CN109070207B - 合金粉末、烧结体、制造合金粉末的方法以及制造烧结体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的合金粉末包含3质量％至30质量％(含端值)的钨、2质量％至30质量％(含端值)的铝和0.2质量％至15质量％(含端值)的氧，余量由钴和/或镍构成。该合金粉末的平均粒径为0.1μm至10μm(含端值)。

Description

合金粉末、烧结体、制造合金粉末的方法以及制造烧结体的 方法

技术领域

本公开涉及合金粉末、烧结体、制造合金粉末的方法以及制造烧结体的方法。本申请要求基于2016年4月28日提交的日本专利申请No.2016-091335的优先权。该日本专利申请中描述的所有内容通过引用并入本文。

背景技术

在WO 2010/021314(专利文献1)中，公开了一种包含铝、铪和氧化钇的分散强化型合金。

引用列表

专利文献

专利文献1：WO 2010/021314

专利文献2：日本专利公开No.47-42507

专利文献3：日本专利公开No.49-49824

专利文献4：日本专利公开No.7-90438

发明内容

本公开的合金粉末包含：3质量％以上30质量％以下的钨；2质量％以上30质量％以下的铝；0.2质量％以上15质量％以下的氧；以及钴和镍中的至少一者作为余量。该合金粉末的平均粒径为0.1μm以上10μm以下。

附图简要说明

图1为示意性示出根据本实施方案的制造合金粉末的方法的流程图。

图2为示意性示出根据本实施方案的制造烧结体的方法的流程图。

具体实施方式

[本公开要解决的问题]

通常，通过成形和烧结合金粉末来制造各种耐热部件(烧结体)。

例如，喷气式发动机的涡轮盘等需要极高的耐热性。已经开发出镍(Ni)基合金和钴(Co)基合金等用于此类超耐热用途。

通过将氧化物微细颗粒分散在烧结体(合金)中，可以预期改善烧结体的高温硬度。此类合金被称为分散强化型合金。通常，已知氧化钇(Y₂O₃)为这种氧化物微细颗粒。

随着待分散的氧化物微细颗粒的高温硬度较高，或者待分散的氧化物微细颗粒较细，预期能够改善分散强化作用。因此，想到使用氧化铝(Al₂O₃)作为氧化物微细颗粒。这是因为氧化铝具有比氧化钇更高的高温硬度。

但是，在含有氧化铝的分散强化型合金中，在加热过程中氧化铝的晶粒生长易于进行。由晶粒生长造成的氧化铝的粗化会导致烧结体中的分散强化作用减弱。

本公开的目的是提供一种合金粉末，其可以提供具有改善的高温硬度的烧结体。

[本公开的有益效果]

本公开可以提供一种合金粉末，其可提供具有改善的高温硬度的烧结体。

[实施方案的说明]

首先，将列出并描述本公开的实施方案。

[1]本公开的合金粉末包含：3质量％以上30质量％以下的钨(W)；2质量％以上30质量％以下的铝(Al)；0.2质量％以上15质量％以下的氧(O)；以及钴(Co)和镍(Ni)中的至少一者作为余量。该合金粉末的平均粒径为0.1μm以上10μm以下。

该合金粉末含有比普通合金粉末更多量的氧。也就是说，该合金粉末包含0.2质量％以上15质量％以下的氧。当氧含量为0.2质量％以上时，在烧结过程中析出微细氧化铝。该微细氧化铝具有分散强化作用。其结果是，提供了具有改善的高温硬度的烧结体。然而，当氧含量大于15质量％时，氧化铝的析出量变得过多。这可能造成烧结体的韧性劣化。

本文的“氧含量”通过惰性气体熔融-非分散型红外线吸收法来测定。例如，使用由HORIBA，Ltd.制造的氧/氮分析仪“EMGA-920”等或其类似产品用于测定。对于一种合金粉末，进行至少五次测定。采用至少五次测定结果的算术平均值作为氧含量。

此外，合金粉末的平均粒径为0.1μm以上10μm以下。当该平均粒径为10μm以下时，合金粉末可以包含0.2质量％以上的氧。这是因为合金粉末的表面积适度地变大。当该平均粒径小于0.1μm时，氧含量可能大于15质量％。因此，氧化铝的析出量也过多，其可能造成烧结体的韧性降低。

本文的“平均粒径”表示在基于体积的粒径分布中，从微细颗粒侧累计50％的粒径。通过激光衍射/散射法来测定平均粒径。对于一种合金粉末，进行至少五次测定。采用至少五次测定结果的算术平均值作为平均粒径。在下文中，平均粒径也记为“d50”。

合金粉末包含3质量％以上30质量％以下的W。该合金中W的固溶度极限为30质量％。也就是说，当W含量大于30质量％时，W可能析出。如果W析出，则烧结体的机械性能可能劣化。如果W含量小于3质量％，则可能不会形成表现出所需高温硬度的合金。

合金粉末包含2质量％以上30质量％以下的Al。该合金中Al的固溶度极限为30质量％。也就是说，如果Al含量大于30质量％，则Al可能析出。如果Al析出，则烧结体的机械性能可能劣化。如果Al含量小于2质量％，则可能不会形成表现出所需高温硬度的合金。

在此，当测定值及其算术平均值中存在小数点以后的数字时，将有效数字限制为小数点后两位。将小数点第三位四舍五入。

本文的“各金属元素的含量”通过电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)来测定。例如，使用由Shimadzu Corporation制造的ICP-MS“ICPMS-2030”等或其类似产品用于测定。对于一种合金粉末，进行至少五次测定。采用至少五次测定结果的算术平均值作为各金属元素的含量。

[2]合金粉末可以包含3质量％以上15质量％以下的氧。合金粉末的平均粒径可以为0.1μm以上4μm以下。这是因为预期韧性和耐磨性会得到改善。

[3]合金粉末可以包含4质量％以上10质量％以下的氧。合金粉末的平均粒径可以为0.3μm以上2μm以下。这是因为预期韧性和耐磨性会得到改善。

[4]合金粉末可以包含5质量％以上8质量％以下的氧。合金粉末的平均粒径可以为0.5μm以上1.5μm以下。这是因为预期韧性和耐磨性会得到改善。

[5]合金粉末可以包含5质量％以上25质量％以下的钨。这是因为预期高温硬度和机械性能会得到改善。

[6]合金粉末可以包含5质量％以上15质量％以下的铝。这是因为预期高温硬度和机械性能会得到改善。

[7]合金粉末还可以包含选自由过渡金属(不包括钨、钴和镍)、硅、锗、硼、碳和锡组成的组中的至少一种作为余量。

当金属粉末还包含选自这些元素的余量时，预期烧结体的抗折强度会得到改善。“过渡金属”表示元素周期表第3族至第11族的任意元素。

[8]一种合金粉末，其包含：5质量％以上25质量％以下的钨；5质量％以上15质量％以下的铝；5质量％以上8质量％以下的氧；35质量％以上45质量％以下的镍；以及钴作为余量。该合金粉末的平均粒径为0.5μm以上1.5μm以下。

该合金粉末可以提供具有改善的高温硬度、韧性、耐磨性和机械性能的烧结体。

[9]氧的至少一部分可以吸附至合金粉末。

在下文中，吸附至合金粉末的氧也被称为“吸附氧”。作为吸附氧而存在的氧可以在烧结过程中促进氧化铝的微细化。因此，预期高温硬度会得到改善。

[10]氧的至少一部分与铝可以形成氧化铝。

预期通过在合金粉末中分散微细氧化铝可以改善分散强化作用。

在合金粉末所含的氧中，吸附氧的占比(单位：质量％)和形成氧化铝的氧的占比(单位：质量％)通过X射线衍射(XRD)分析和Rietveld分析来确定。例如，使用由RigakuCorporation制造的XRD装置“MiniFlex 600”等或其类似产品作为XRD装置。使用集成的粉末X射线分析软件“PDXL”等或其类似产品用于Rietveld分析。

[11]一种烧结体，其包含[1]至[10]中任一项的合金粉末。

预期该烧结体通过微细氧化铝的分散强化作用而表现出优异的高温硬度。

[12]一种制造合金粉末的方法，其包括以下步骤：制备合金粉末，该合金粉末含有钴和镍中的至少一者、钨和铝；以及使该合金粉末与氧接触。该合金粉末包含：3质量％以上30质量％以下的钨；2质量％以上30质量％以下的铝；0.2质量％以上15质量％以下的氧；以及钴和镍中的至少一者作为余量；并且制造该合金粉末以使该合金粉末的平均粒径为0.1μm以上10μm以下。

可以通过该制造方法制造上述[1]至[10]的合金粉末。

[13]使合金粉末与氧接触的步骤可以包括在大气中研磨合金粉末的步骤。

这是因为可以通过在大气中研磨而使合金粉末与氧有效接触。

[14]制造合金粉末的方法还可以包括降低合金粉末中所含的氧的步骤。这是因为易于将合金粉末的氧含量调整至所需范围。

[15]降低氧的步骤可以包括在氮气(N₂)气氛中将合金粉末加热至800℃以上1300℃以下的步骤。

通过将合金粉末加热至800℃以上，合金粉末的氧含量容易降低。据认为这是因为合金粉末被还原了。通过将合金粉末加热至1300℃以下，能够抑制合金粉末中颗粒的粗大化。据认为这是因为抑制了颗粒的熔融。

[16]降低氧的步骤可以包括使合金粉末与热等离子体接触的步骤。热等离子体可以通过将包含氩(Ar)气和氢(H₂)气中的至少一者的气体转换成等离子体而产生。

热等离子体能够降低合金粉末的氧含量。热等离子体对合金粉末的粒径影响较小。

[17]制造合金粉末的方法还可以包括在上述[13]中的研磨之前加热合金粉末以促进合金粉末的老化的步骤。

由于进行合金的老化，因此可以改善合金的高温硬度。此外，老化后的合金粉末易于通过研磨而微粒化(atomized)。通过使合金粉末微粒化，预期还可以改善烧结体的高温硬度。

[18]制造合金粉末的方法还可以包括在真空中加热合金粉末以析出氧化铝的步骤。

本文的“真空”表示压力为1×10²Pa以下的状态。通过在真空中加热合金粉末，在合金粉末中析出微细氧化铝。通过预先在合金粉末中析出微细氧化铝，也可以改善烧结体中的分散强化作用。

[19]一种制造烧结体的方法，其包括以下步骤：制备根据[1]至[10]中任一项的合金粉末；加压合金粉末；以及加热合金粉末。

通过该制造方法可以制造具有改善的高温硬度的烧结体。

[20]在制造烧结体的方法中，可以将合金粉末加压至10MPa以上10GPa以下，同时加热至900℃以上1700℃以下。

通过在高压下加热(烧结)合金粉末来抑制析出的氧化铝的粗大化。因此，预期分散强化作用会得到改善。

[本公开的实施方案的详细描述]

在下文中，将描述本公开的实施方案(在此也描述为“本实施方案”)。然而，以下描述不限定权利要求的范围。

<合金粉末>

根据本实施方案的合金粉末本身为烧结的，由此可以提供具有改善的高温硬度的烧结体。合金粉末也可以为(例如)硬质合金、立方氮化硼(CBN)烧结体、金刚石烧结体、陶瓷烧结体等的结合剂。

<<组成>>

合金粉末具有以下组成。

W：3质量％以上30质量％以下

Al：2质量％以上30质量％以下

氧：0.2质量％以上15质量％以下

余量：Co和Ni中的至少一者

(氧含量)

合金粉末包含0.2质量％以上15质量％以下的氧。当氧含量为0.2质量％以上时，预期微细氧化铝在烧结体中析出。因此，预期烧结体中的分散强化作用会得到改善。当氧含量大于15质量％时，氧化铝的析出量变得过多。这可能造成烧结体的韧性劣化。

合金粉末可以包含3质量％以上15质量％以下、4质量％以上10质量％以下或者5质量％以上8质量％以下的氧。因此，预期烧结体的韧性和耐磨性会得到改善。

(氧的存在形式)

在合金粉末中，氧可以作为吸附氧而存在。氧和Al可以形成氧化铝。

合金粉末中所含的氧实质上可以全部为吸附氧。合金粉末中所含的氧实质上可以全部形成氧化铝。合金粉末可以包含吸附氧和氧化铝两者。也就是说，氧的至少一部分可以吸附至合金粉末。氧的至少一部分和Al可以形成氧化铝。

在合金粉末所含的氧中，吸附氧的占比可以为(例如)0质量％以上100质量％以下、10质量％以上90质量％以下、30质量％以上70质量％以下或者40质量％以上60质量％以下。在烧结期间，吸附氧的存在可以提高氧化铝的微细化。因此，预期高温硬度会得到改善。

在合金粉末所含的氧中，除吸附氧之外的余量可以为氧化铝。也就是说，在合金粉末所含的氧中，形成氧化铝的氧的占比可以为(例如)0质量％以上100质量％以下、10质量％以上90质量％以下、30质量％以上70质量％以下或者40质量％以上60质量％以下。通过在合金粉末中分散微细氧化铝，预期分散强化作用会得到改善。

本文的“氧化铝”的结晶形式不受限制。氧化铝可具有本领域已知的任何晶形。氧化铝可以为(例如)α-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝等。

(W含量)

合金粉末包含3质量％以上30质量％以下的W。该合金中W的固溶度极限为30质量％。也就是说，当W含量大于30质量％时，W可能析出。如果W析出，则烧结体的机械性能可能劣化。如果W含量小于3质量％，则可能不会形成表现出所需高温硬度的合金。

合金粉末可以包含5质量％以上25质量％以下、10质量％以上25质量％以下或者15质量％以上20质量％以下的W。当W含量在上述范围内时，预期烧结体的高温硬度和机械性能会得到改善。

(Al含量)

合金粉末包含2质量％以上30质量％以下的Al。该合金中Al的固溶度极限为30质量％。也就是说，如果Al含量大于30质量％，则Al可能析出。如果Al析出，则烧结体的机械性能可能劣化。如果Al含量小于2质量％，则可能不会形成表现出所需高温硬度的合金。

合金粉末可以包含5质量％以上15质量％以下或者5质量％以上10质量％以下的Al。当Al含量在上述范围内时，预期烧结体的高温硬度和机械性能会得到改善。

(余量)

除了W、Al和氧之外，合金粉末包含Co和Ni中的至少一者作为余量。也就是说，合金粉末可以单独包含Co作为余量、单独包含Ni作为余量或者包含Co和Ni两者作为余量。

合金粉末可以为Co基合金粉末。“Co基”表示Co含量大于其他各元素的含量。合金粉末可以为Ni基合金粉末。“Ni基”表示Ni含量大于其他各元素的含量。合金粉末可以为基于Co和Ni的合金。“基于Co和Ni”表示Co含量和Ni含量合计大于其他各元素的含量。

合金粉末可以包含(例如)合计25质量％以上94.8质量％以下、40质量％以上80质量％以下或者50质量％以上70质量％以下的Co和Ni中的至少一者。

当合金粉末包含Ni和Co两者时，Ni含量可以等于Co含量。Ni含量可以大于Co含量。Ni含量可以小于Co含量。

合金粉末可以包含(例如)20质量％以上50质量％以下、25质量％以上45质量％以下、30质量％以上45质量％以下或者35质量％以上45质量％以下的Ni。

合金粉末可以包含(例如)5质量％以上44.8质量％以下、10质量％以上37质量％以下、15质量％以上35质量％以下或者20质量％以上35质量％以下的Co。当Ni含量和Co含量在上述范围内时，预期烧结体的高温硬度会得到改善。

合金粉末还可以包含不可避免的杂质作为余量。“不可避免的杂质”是指在制造合金粉末时不可避免地混入的杂质。不可避免的杂质的实例包括碳(C)、氮(N)、铁(Fe)、硅(Si)和铬(Cr)。合金粉末包含(例如)大于0质量％且小于0.2质量％的不可避免的杂质。

(其他元素)

合金粉末可以包含其他元素作为余量。“其他元素”是指除W、Al、Co和Ni之外的元素，这些元素是有意添加到合金粉末中的元素。合金粉末还可以包含选自由过渡金属(不包括W、Co和Ni)、Si、锗(Ge)、硼(B)、C和锡(Sn)组成的组中的至少一种作为余量。当金属粉末还包含选自上述元素的余量时，预期烧结体的抗折强度会得到改善。

过渡金属是指元素周期表第3族至第11族的任意元素。更具体而言，过渡金属是指下列任意一者：元素周期表第3族的元素，如钪(Sc)和钇(Y)；元素周期表第4族的元素，如钛(Ti)、锆(Zr)和铪(Hf)；元素周期表第5族的元素，如钒(V)、铌(Nb)和钽(Ta)；元素周期表第6族的元素，如Cr和钼(Mo)；元素周期表第7族的元素，如锰(Mn)、锝(Tc)和铼(Re)；元素周期表第8族的元素，如Fe、钌(Ru)和锇(Os)；元素周期表第9族的元素，如铑(Rh)和铱(Ir)；元素周期表第10族的元素，如钯(Pd)和(铂)Pt；以及元素周期表第11族的元素，如铜(Cu)、银(Ag)和金(Au)。

例如，合金粉末可以进一步包含选自由Cr、Ta、V、Nb、Fe、Ir、Si、B和C组成的组中的至少一种作为余量。这是因为当金属粉末进一步包含选自这些元素的余量时，烧结体的抗折强度的改善幅度趋于变大。

例如，合金粉末可以进一步包含选自由Cr、Nb、Ir、Si、B和C组成的组中的至少一种作为余量。这是因为当金属粉末进一步包含选自这些元素的余量时，烧结体的抗折强度的改善幅度趋于变大。

例如，合金粉末可以进一步包含选自由Ir、Si、B和C组成的组中的至少一种作为余量。这是因为当金属粉末进一步包含选自这些元素的余量时，烧结体的抗折强度的改善幅度趋于变大。

合金粉末可以包含(例如)0.1质量％以上20质量％以下、5质量％以上15质量％以下或者10质量％以上15质量％以下的其他元素。

如上所述，本实施方案的合金粉末可以具有(例如)以下组成。

W：5质量％以上25质量％以下

Al：5质量％以上15质量％以下

氧：5质量％以上8质量％以下

Ni：35质量％以上45质量％以下

余量：Co

<<平均粒径>>

合金粉末的平均粒径(d50)为0.1μm以上10μm以下。因此，合金粉末可以包含0.2质量％以上15质量％以下的氧。合金粉末的d50可以为0.1μm以上4μm以下、0.3μm以上2μm以下或者0.5μm以上1.5μm以下。当d50在上述范围内时，预期韧性和耐磨性会得到改善。

<制造合金粉末的方法>

在下文中，将描述根据本实施方案的制造合金粉末的方法。

图1为示意性示出根据本实施方案的制造合金粉末的方法的流程图。

如图1所示，制造合金粉末的方法包括以下步骤：制备粉末(101)；并使粉末与氧接触(103)。

制造合金粉末的方法还可以包括在制备粉末的步骤(101)和使粉末与氧接触的步骤(103)之间的使粉末老化的步骤(102)。

制造合金粉末的方法还可以包括在使粉末与氧接触的步骤(103)之后的降低氧的步骤(104)。

制造合金粉末的方法还可以包括在使粉末与氧接触的步骤(103)之后的析出氧化铝的步骤(105)。

制造合金粉末的方法可以包括降低氧的步骤(104)和析出氧化铝的步骤(105)两者。

<<制备粉末(101)>>

制造合金粉末的方法包括制备合金粉末的步骤，该合金粉末包含：Co和Ni中的至少一者；W；以及Al。可以通过常规的雾化方法来制备合金粉末。例如，通过水雾化法、气体雾化法、离心雾化法等来制备合金粉末。

在此，将对水雾化法进行描述作为示例。

首先，制造熔融合金。使用高频大气熔炉制造熔融合金。将各金属原料(W、Al、Co和Ni)供给至高频大气熔炉。

确定各金属原料的供给量，使得合金粉末最终包含3质量％以上30质量％以下的W、2质量％以上30质量％以下的Al、0.2质量％以上15质量％以下的氧以及Co和Ni中的至少一者作为余量。制造期间的最高温度为(例如)3000℃。

接下来，将高压水喷射到熔融合金上以使熔融合金粉末化。最后，对合金粉末进行粉末化，以将d50设定为0.1μm以上10μm以下。在水雾化法中，可以通过水压来调整合金粉末的d50。通过水压，也可以调整合金粉末的氧含量。随着水压越高，合金粉末更为微粒化。随着水压越高，氧含量趋于增加。

水压可以为(例如)50MPa以上100MPa以下、55MPa以上90MPa以下、60MPa以上85MPa以下或者65MPa以上80MPa以下。如下所述，也可以通过研磨来调整d50。

<<老化(102)>>

制造合金粉末的方法可以包括在研磨之前加热合金粉末以促进合金粉末的老化的步骤。由于进行合金的老化，因此可以改善合金的高温硬度。此外，老化之后的合金粉末易于通过后面将描述的研磨而微粒化。通过对合金粉末进行微粒化，预期还可以改善烧结体的高温硬度。

加热温度可以为(例如)500℃以上1300℃以下、700℃以上1100℃以下或者800℃以上1000℃以下。加热期间的气氛可以为(例如)真空气氛、氮气气氛、氩气气氛等。处理时间可以为(例如)2小时以上200小时以下、5小时以上50小时以下或者10小时以上30小时以下。

<<与氧接触(103)>>

制造合金粉末的方法包括使合金粉末与氧接触的步骤。因此，合金粉末中包含氧。可以使合金粉末与氧接触，以使合金粉末包含0.2质量％以上15质量％以下的氧。或者，可以使合金粉末与氧接触，以使合金粉末包含大于15质量％的氧。然而，在这种情况下，在使合金粉末与氧接触的步骤(102)之后，降低氧以使合金粉末包含0.2质量％以上15质量％以下的氧。下面将描述降低氧的步骤(104)。

在上述水雾化中，可使合金粉末与氧接触。例如，可以在大气中干燥合金粉末。由此，可以使合金粉末与氧接触。或者，可以在大气中研磨合金粉末。由此，可以使合金粉末与氧接触。也就是说，使合金粉末与氧接触的步骤可以包括在大气中研磨合金粉末的步骤。通过在大气中研磨合金粉末，可以使合金粉末有效地与氧接触。通过研磨，也可以调整合金粉末的d50。

对于研磨方法没有特别的限制。例如，通过干式喷射粉碎机、湿式喷射粉碎机、干式球磨机、湿式球磨机等对合金粉末进行研磨。“干式”表示在研磨期间不使用溶剂。“湿式”表示在研磨期间使用溶剂。干式中的氧含量趋于大于湿式中的氧含量。

在干式喷射粉碎机中，研磨气体可以为(例如)空气等。压力可以为(例如)0.5MPa以上3MPa以下或者1MPa以上2MPa以下。喷射粉碎机中的氧含量趋于大于球磨机中的氧含量。

在湿式研磨中，溶剂可以为(例如)丙酮、乙醇等。在球磨机中，使用(例如)氧化铝球、氮化硅球、硬质合金球等。研磨时间可以为(例如)0.5小时以上200小时以下。

<<降低氧(104)>>

制造合金粉末的方法还可以包括降低合金粉末中所含的氧的步骤。在此，降低氧，以使合金粉末包含0.2质量％以上15质量％以下的氧。

例如，通过以下的第一处理、第二处理和第三处理来降低合金粉末中所含的氧。可以进行第一处理、第二处理和第三处理中的任意一者。可以进行第一处理、第二处理和第三处理中的两者以上。第一处理、第二处理和第三处理各自可以进行多次。

(第一处理)

在第一处理中，将合金粉末在基本上无氧的气氛中加热。因此，合金粉末的氧含量降低。通过(例如)高纯度氮气流、高纯度氩气流等实现基本上无氧的气氛。在此，作为一个示例，将描述在高纯度氮气流中的加热。

加热温度可以为(例如)800℃以上1300℃以下。也就是说，降低氧的步骤可以包括在氮气气氛中将合金粉末加热至800℃以上1300℃以下的步骤。

通过将合金粉末加热至800℃以上，合金粉末的氧含量容易降低。据认为这是因为合金粉末被还原了。通过将合金粉末加热至1300℃以下，抑制了合金粉末中颗粒的粗大化。也就是说，抑制了由加热造成的d50的增加。据认为这是因为抑制了颗粒的熔融。可以将合金粉末加热至900℃以上1000℃以下。因此，预期氧会减少。预期还会抑制颗粒的粗大化。

可以使用通常可获得的任意的高纯度氮气。氮气的纯度适于为3级以上。“3级”表示氮气浓度的纯度大于99.9体积％。可以使用氮气浓度大于99.999体积％的“2级”。可以使用氮气浓度大于99.99995体积％的“1级”。随着氮气的纯度提高，氧容易降低。作为高纯度氮气，使用(例如)由Taiyo Nippon Sanso Corporation制造的高纯度氮“G3(3级)”等或其类似产品。

例如，在高纯度氮气流动的碳炉中进行加热。作为碳炉，使用(例如)由MotoyamaCorporation制造的超高温气氛电炉(型号“MTG-620”)等或其类似产品。

随着处理时间的延长，合金粉末的氧含量趋于降低。处理时间可以为(例如)1小时以上12小时以下、1小时以上5小时以下或者1小时以上3小时以下。

根据待处理的合金粉末的量等而适当调整氮气的流速。氮气的流速可以为(例如)1L/min(升/分钟)至5L/min。

(第二处理)

在第二处理中，在低氧分压的气氛中加热合金粉末。因此，合金粉末的氧含量降低。第二处理的加热温度和处理时间可以与第一处理的加热温度和处理时间相同。也就是说，可以在低氧分压的氮气流动的碳炉中进行第二处理。

本文的“低氧分压”表示氧分压为1×10^-10atm以下的状态。随着氧分压变低，合金粉末的氧含量趋于降低。据认为这是因为合金粉末被有效地还原。

室温下的氧分压可以为(例如)1×10^-10atm至1×10^-30atm、1×10^-20atm至1×10^{- 30}atm、1×10^-25atm至1×10^-30atm或者1×10^-28atm至1×10^-30atm。低氧分压的气氛通过(例如)使用氧分压控制装置来控制氮气中的氧分压而形成。作为氧分压控制装置，使用(例如)氧分压控制器(由STLab Co.,Ltd.制造的“SiOC-200”型)等或其类似产品。

(第三处理)

在第三处理中，使合金粉末与热等离子体接触。热等离子体还原了合金粉末并降低了氧含量。也就是说，降低氧的步骤可以包括使合金粉末与热等离子体接触的步骤。热等离子体是合适的，因为其对合金粉末的粒径影响较小。例如，合金粉末与热等离子体的接触最小程度地增加了d50。

例如，通过将包含氩气和氢气中的至少一者的气体转换成等离子体来产生热等离子体。在此，作为一个示例，将描述使用含有氩气和氢气的混合气体。

将合金粉末置于热等离子体发生器的腔室中。将腔室内的压力调整至(例如)20kPa以上50kPa以下。作为等离子气体，使用含有氩气和氢气的混合气体。施加25kW以上35kW以下的高频电流。由此，在腔室中生成热等离子体。使合金粉末与热等离子体接触。因此，合金粉末的氧含量降低。

<<析出氧化铝(105)>>

制造合金粉末的方法可以包括在真空中加热合金粉末以析出氧化铝的步骤。例如，通过在真空中加热合金粉末，在合金粉末中析出微细氧化铝。通过预先在合金粉末中析出微细氧化铝，可以改善烧结体中的分散强化作用。

通常，加热期间的气氛是高真空(1×10^-1Pa至1×10^-5Pa的状态)。气氛可以是中等真空(1×10²Pa至1×10^-1Pa的状态)或超高真空(1×10^-5Pa以下的状态)。加热温度可以为(例如)800℃以上1000℃以下。

<烧结体>

在下文中，将描述根据本实施方案的烧结体。烧结体包含上述本实施方案的合金粉末。通过微细氧化铝的分散强化作用改善了烧结体的高温硬度。

烧结体可以包含(例如)0.1体积％以上100体积％以下的合金粉末。烧结体可以通过烧结合金粉末本身而形成。也就是说，烧结体可以包含实质上100体积％的合金粉末。

合金粉末可以为烧结体的结合剂。也就是说，烧结体可以包含硬质颗粒和结合相。结合相包含合金粉末。烧结体可以包含(例如)50体积％以上99.9体积％以下的硬质颗粒和0.1体积％以上50体积％以下的合金粉末。硬质颗粒可以为(例如)碳化钨(WC)颗粒、CBN颗粒、金刚石颗粒、氮化钛(TiN)颗粒等。也就是说，烧结体可以为硬质合金、CBN烧结体、金刚石烧结体，陶瓷烧结体等。

通过能量色散X射线光谱法(EDX)确定烧结体实质上仅由合金粉末组成，或者烧结体的结合相包含合金粉末。

当烧结体包含硬质颗粒和合金粉末(结合相)时，(例如)通过扫描电子显微镜(SEM)图像的图像分析来测定合金粉末的体积含量。在SEM观察之前，对烧结体进行镜面抛光。观察抛光表面。例如，根据硬质颗粒的尺寸等来调整观察倍率。观察倍率为(例如)约30,000倍。对抛光表面的反射电子图像进行图像分析。例如，将反射电子图像二值化。因此，反射电子图像中的像素被分类为来源于合金粉末(结合相)的像素和来源于硬质颗粒的像素。将来源于合金粉末的像素的总面积除以整个反射电子图像的面积。由此，计算合金粉末的体积含量(百分率)。对于一种烧结体，在五个以上位置处进行测定。采用五个以上位置处的测定结果的算术平均值作为合金粉末的体积含量。

烧结体可以为(例如)耐热部件、耐磨部件、耐磨工具、切削工具等。烧结体适用于需要高温硬度的用途。烧结体适用于(例如)涡轮盘、耐热合金用磨铣工具等。当合金粉末为结合剂时，结合相不太可能在高温下软化，从而期望工具的寿命等会得到改善。

<制造烧结体的方法>

在下文中，将描述根据本实施方案的制造烧结体的方法。

图2为示意性示出根据本实施方案的制造烧结体的方法的流程图。

如图2所示，制造烧结体的方法包括以下步骤：制备合金粉末(100)；以及烧结合金粉末(200)。烧结合金粉末的步骤(200)包括以下步骤：加压合金粉末(201)；以及加热合金粉末(202)。也就是说，制造烧结体的方法包括以下步骤：制备合金粉末(100)；加压合金粉末(201)；以及加热合金粉末(202)。

<<制备合金粉末(100)>>

制造烧结体的方法包括制备合金粉末的步骤。例如，本实施方案的合金粉末可以通过上述制造合金粉末的方法来制备。

<<烧结(200)>>

制造烧结体的方法包括烧结合金粉末的步骤。烧结合金粉末的步骤包括以下步骤：加压合金粉末；以及加热合金粉末。也就是说，制造烧结体的方法包括：加压合金粉末的步骤；以及加热合金粉末的步骤。

例如，可以通过加压合金粉末来形成生坯。可以通过加热生坯来形成烧结体。

对于烧结方法没有特别的限制。例如，可以进行放电等离子体烧结(SPS)、热压、使用高温高压发生器的超高压压制等。高温高压发生器可以为(例如)带型、立方型或分裂球型。

可以将合金粉末加压至(例如)10MPa以上10GPa以下、100MPa以上10GPa以下、1GPa以上10GPa以下或者5GPa以上10GPa以下。可以将合金粉末加热至(例如)900℃以上1700℃以下、1250℃以上1700℃以下或者1400℃以上1600℃以下。

加压可以与加热同时进行。例如，在制造烧结体的方法中，可以将合金粉末加压至10MPa以上10GPa以下，同时加热至900℃以上1700℃以下。通过在高压下加热合金粉末，趋于抑制氧化铝的粗大化。由此，可以析出微细氧化铝。也就是说，期望分散强化作用会得到改善。

实施例

以下将对实施例进行描述。然而，以下实施例不限制权利要求的范围。

<合金粉末的制造>

如下制造各种合金粉末。

<<粉末No.1至No.41>>

制备包含下表1和表2中所示比率的元素的熔融合金。由高频大气熔炉制造熔融合金。制造期间的最高温度为3000℃。

通过水雾化法使熔融合金粉末化。由此，制备合金粉末。在水雾化期间通过水压来调整合金粉末的d50。通过上述方法测定合金组成和d50。使用由HORIBA，Ltd.制造的氧/氮分析仪“EMGA-920”来测定氧含量。测定结果示于下表1中的“组成”和“水雾化”栏中。

如下表1和表2所示，在粉末No.13至No.17以及No.24至No.38中，制造合金粉末使得对于除W、Al和氧之外的余量，除了包含Co和Ni中的至少一者之外，还包含过渡金属(Cr、Ta、Mo、V、Ti、Zr、Hf、Nb、Mn、Re、Fe、Rh、Ir、Pd或Pt)、Si、Ge、B、C或Sn。这些元素的含量示于下表1和表2的“其他”栏中。

如下表1所示，在水雾化后研磨粉末No.18至No.20。通过干式喷射粉碎机来研磨粉末No.18。使用由Sunrex Industry Co.,Ltd.制造的干式喷射粉碎机(型号“NJ-100”)作为干式喷射粉碎机。将空气用作研磨气体。也就是说，在大气中研磨合金粉末。研磨气体的压力为1.5MPa。在下表1中，干式喷射粉碎机缩写为“干式JM”。

通过湿式喷射粉碎机来研磨粉末No.19。使用由Rix Corporation制造的“G-smasher，PM-L1000”作为湿式喷射粉碎机。在下表1中，湿式喷射粉碎机缩写为“湿式JM”。

通过湿式球磨机来研磨粉末No.20。将乙醇用作溶剂。设定溶剂的量使得浆料的固体含量浓度为30质量％。将硬质合金球(直径：3mm)用作介质。

在粉末No.21中，在研磨合金粉末之前促进合金粉末的老化。也就是说，在真空中在900℃下将合金粉末加热20小时。加热后，通过湿式球磨机来研磨合金粉末。湿式球磨机的条件与粉末No.20的条件相同。

在研磨之前和之后，测定d50。测定结果示于下表1中的“水雾化”和“研磨”栏中。经研磨的粉末No.21(其中在研磨之前促进了合金粉末的老化)的d50略小于未促进老化的粉末No.20的d50。

在水雾化之后，在低氧分压的氮气气氛中对粉末No.12进行加热。也就是说，降低合金粉末中所含的氧。在碳炉中进行加热。通过利用氧分压控制器来控制氮气中的氧分压，从而形成低氧分压的氮气。通过氧化锆型氧浓度计(HORIBA,Ltd.制造的“EMGA-650W”)来测定大气中的氧分压。在室温下，氧分压为1×10^-29atm。在1300℃下将合金粉末加热2小时。

<<粉末No.42至No.44>>

根据与以上相同的步骤，通过水雾化法制备下表3中所示的合金粉末。水雾化之后，在真空中将粉末No.43和No.44加热。也就是说，在1×10^-3Pa的真空中将合金粉末加热至900℃。加热时间示于下表3中。由此，使氧化铝在合金粉末中析出。

通过HORIBA,Ltd.制造的氧/氮分析仪“EMGA-920”来测定合金粉末的氧含量。通过XRD分析和Rietveld分析，测定氧含量中吸附氧的占比和形成氧化铝的氧的占比。使用由Rigaku Corporation制造的XRD装置“MiniFlex 600”用于测定。使用集成粉末X射线分析软件“PDXL”用于Rietveld分析。测定结果示于下表3中的“氧的存在形式”栏中。

<烧结体的制造>

使用粉末No.1至No.41作为原料，制造下表4和表5中所示的烧结体No.1至No.41。下表4和表5的“制备”栏中所示的“粉末No.”对应于上表1和表2中的“粉末No.”。

在下表4和表5所示的条件下烧结合金粉末。加压与加热同时进行。也就是说，将合金粉末加压至7GPa，同时加热至1500℃。烧结进行15分钟。

<烧结体的评价>

测定烧结体的维氏硬度。在25℃和600℃下测定维氏硬度。也就是说，测定室温硬度和高温硬度。使用由Nikon Corporation制造的高温显微硬度测试仪“QM型”用于测定。在以下条件下测定维氏硬度。测定结果如下表4所示。

(维氏硬度的测定条件)

加热速率：20K/min

保留时间：5分钟

试验荷重：50gf

负载时间：30秒

气氛：3×10^-5托

测定烧结体的抗折强度。在根据“JIS K 7017”的条件下测定抗折强度。测定结果示于下表5中。

[表4]

表4评价结果列表第一部分

[表5]

表5评价结果列表第二部分

<结果>

如上表1、表2和表4所示，由具有下列组成和d50的合金粉末制成的烧结体具有改善的高温硬度。据认为这是因为在烧结期间析出了微细氧化铝，并且微细氧化铝引起了分散强化作用。在烧结体中，含有Co和Ni两者作为余量的烧结体具有进一步改善的室温硬度和高温硬度。

<<组成>>

W：3质量％以上30质量％以下

Al：2质量％以上30质量％以下

氧：0.2质量％以上15质量％以下

余量：Co和Ni中的至少一者

<<平均粒径>>

d50：0.1μm以上10μm以下

如上表3所示，合金粉末有时在烧结前的阶段含有氧化铝。

如上表1、表2和表5所示，当合金粉末的余量除了Co和Ni中的至少一者之外，还包含选自由过渡金属(不包括W、Co和Ni)、Si、Ge、B、C和Si组成的组中的至少一种时，预期烧结体的抗折强度能够得到改善。

本文公开的实施方案和实施例在所有方面都是说明性的，而不是限制性的。由权利要求定义的技术范围包括与权利要求等同的含义以及该范围内的所有变化。

附图标记列表

100：制备合金粉末，101：制备粉末，102：老化，103：与氧接触，104：降低氧，105：析出氧化铝，200：烧结，201：加压，202：加热。

Claims (17)

1.一种合金粉末，其包含：

3质量％以上30质量％以下的钨；

2质量％以上30质量％以下的铝；

0.2质量％以上15质量％以下的氧；以及

钴和镍这两者作为余量，

所述合金粉末的平均粒径为0.1μm以上10μm以下，

所述合金粉末中所含的氧实质上全部为吸附氧。

2.根据权利要求1所述的合金粉末，其中所述合金粉末包含3质量％以上15质量％以下的所述氧，并且所述合金粉末的平均粒径为0.1μm以上4μm以下。

3.根据权利要求1所述的合金粉末，其中所述合金粉末包含4质量％以上10质量％以下的所述氧，并且所述合金粉末的平均粒径为0.3μm以上2μm以下。

4.根据权利要求1所述的合金粉末，其中所述合金粉末包含5质量％以上8质量％以下的所述氧，并且所述合金粉末的平均粒径为0.5μm以上1.5μm以下。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的合金粉末，其中所述合金粉末包含5质量％以上25质量％以下的所述钨。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的合金粉末，其中所述合金粉末包含5质量％以上15质量％以下的所述铝。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的合金粉末，还包含选自由过渡金属、硅、锗、硼、碳和锡组成的组中的至少一种作为余量

其中所述过渡金属不包括所述钨、所述钴和所述镍。

8.一种合金粉末，其包含：

5质量％以上25质量％以下的钨；

5质量％以上15质量％以下的铝；

5质量％以上8质量％以下的氧；

35质量％以上45质量％以下的镍；以及

钴作为余量，

所述合金粉末的平均粒径为0.5μm以上1.5μm以下，

所述合金粉末中所含的氧实质上全部为吸附氧。

9.一种烧结体，其包含根据权利要求1至8中任一项所述的合金粉末。

10.一种制造合金粉末的方法，该方法包括以下步骤：

制备合金粉末，该合金粉末含有钴和镍这两者、钨和铝；以及

使所述合金粉末与氧接触，

其中，

所述合金粉末包含：

3质量％以上30质量％以下的所述钨；

2质量％以上30质量％以下的所述铝；

0.2质量％以上15质量％以下的所述氧；以及

所述钴和所述镍这两者作为余量，并且

制造所述合金粉末以使所述合金粉末的平均粒径为0.1μm以上10μm以下，

制造所述合金粉末以使所述合金粉末中所含的氧实质上全部为吸附氧。

11.根据权利要求10所述的制造合金粉末的方法，其中使所述合金粉末与所述氧接触的步骤包括在大气中研磨所述合金粉末的步骤。

12.根据权利要求10或11所述的制造合金粉末的方法，还包括降低所述合金粉末中所含的所述氧的步骤。

13.根据权利要求12所述的制造合金粉末的方法，其中降低所述氧的步骤包括在氮气气氛中将所述合金粉末加热至800℃以上1300℃以下的步骤。

14.根据权利要求12所述的制造合金粉末的方法，其中

降低所述氧的步骤包括使所述合金粉末与热等离子体接触的步骤，并且

所述热等离子体是通过将包含氩气和氢气中的至少一者的气体转换成等离子体而产生的。

15.根据权利要求11所述的制造合金粉末的方法，还包括在研磨所述合金粉末的步骤之前加热所述合金粉末以促进所述合金粉末的老化的步骤。

16.一种制造烧结体的方法，该方法包括以下步骤：

制备根据权利要求1至8中任一项所述的合金粉末；

加压所述合金粉末；以及

加热所述合金粉末。

17.根据权利要求16所述的制造烧结体的方法，其中将所述合金粉末加压至10MPa以上10GPa以下，同时加热至900℃以上1700℃以下。

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