JP2002520485A - 超硬合金の製造方法 - Google Patents

超硬合金の製造方法

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ワルデンストレム，マッツ
アールグレン，マッツ
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ＷＣの粉末と、硬質構成物を形成する任意に別の粉末と、バインダー相と、加圧成形剤との混合工程、乾燥工程、加圧成形工程、及び焼結工程によって超硬合金を製造する方法に関し、それによって混合工程が硬質構成物の粒径および粒径分布が変化しない湿式混合工程であり、ＷＣの粒がバインダー金属で被覆され且つ混合工程より前に解凝集される。焼結工程が、１３２５〜１４１０℃で５〜１５分の保持時間でマイクロ波焼結工程によってなされる。結果として、改良された性質を備えた超硬合金が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は超硬合金の製造方法に関する。マイクロ波焼結工程と微粉砕工程なし
でＷＣをバインダー層で被覆する工程とを組み合わせることによって、極度に均
一な組織を備えた超硬合金が得られた。 超硬合金は、粉末冶金法によって一般的に製造され、そしてこの粉末冶金法は
、硬質構成物を形成する粉末混合物とバインダー相との微粉砕工程と、加圧成形
工程と、焼結工程とを含む。この微粉砕作業は、種々の大きさの微粉砕機中での
微粉砕物体との激しい微粉砕工程である。この微粉砕時間は、数時間から数日程
度である。現在このような処理工程が、粉砕された混合物中にバインダー層の均
一分布を得るために必要であると考えられていた。
【０００２】 超硬合金を製造するための激しい微粉砕工程に対する代わりの技術があり、こ
れは、例えばバインダー相金属で被覆した粒子を使用する。この被覆方法は、流
動床方法、ゾルゲル技術、電解被覆法、ＰＶＤ被覆法、または、例えばドイツ特
許第３４６４７３号、米国特許代５２９８０４号または米国特許第５５０５９０
２号に記載されるような別の方法を含む。被覆された炭化物粒子は、コバルトと
他の適切な炭化物との粉末の追加量と混合することができ、所望の最終材料組成
が達成されて緻密な構造に加圧成形及び焼結がなされる。焼結は、一般的に連続
またはバッチ式の電気炉内でなされる。また他の方法がある。そのような方法の
一つは、ドイツ特許第１９６０１２３４号、国際出願第９６／３３８３０号及び
国際出願第９８／０４３７３号によって既知であるマイクロ波焼結法である。
【０００３】 今日驚くべきことが判明した。すなわち、従来の微粉砕をすることなしに狭い
粒径分布を有するコバルト被覆した硬質構成物との粉末混合物から作られ且つマ
イクロ波の場において焼結された超硬合金ボディーは、標準的な方法に従って焼
結された相当粉末混合物に比較して、さらに狭い粒径分布と目立たないバインダ
ー相プールを含む種々の組織形態を有した。炭化物粒子状に非常に均一に分布し
たバインダー相によって、従来の微粉砕した粉末に比較して被覆した粉末に対し
てはさらに短い焼結時間と低い温度でマイクロ波焼結が用いることが可能である
こと及びさらに緻密な組織が得られることが判明した。
【０００４】 本発明の方法にしたがって、超硬合金は、ＷＣ粉末を所望の狭い粒径分布を備
えた粉末へとジェットミルする工程／篩い分けする工程とによって製造され、こ
の狭い粒径分布においてはｄmaxμｍより細かくてｄminμｍより粗い粒が削除さ
れる。このＷＣ粉末は上記米国特許のいずれかに従って被覆される。このＷＣ粉
末は、他の硬質構成物と、必要であるならばさらにＣoと、加圧成形剤とともに
、所望の最終組成を有するスラリーへと注意深く湿式混合される。この混合は微
粉砕することなく行われ、すなわち、混合することによって粒径または粒径分布
の変化がないことが不可欠である。混合後に、スラリーは粉末へと乾燥され、こ
の粉末から所望の形状のボディーが加圧成形される。これらのボディーは、その
後マイクロ波焼結によって、不活性または制御された雰囲気中で、または真空中
で焼結されて引続き冷却される。焼結温度は１３２５〜１４１０℃であり、保持
時間は５〜１５分である。冷却速度は可能な限り速くする必要がある。
【０００５】 短い焼結時間のために、本質的な粒成長がなく、そして本発明に従い製造され
た超硬合金の顕微鏡組織は、初期範囲ｄmax−ｄminを有するＷＣ粒径と、初期ｄ max 値より本質的に大きくない粒とを特徴とする。さらに、初期の極端に均一な
バインダー相分布が、先行技術に従い焼結したときに得られるよりも少ないバイ
ンダー相プールを保持するかまたは、全く変化しないかである。
【０００６】 本発明は、バインダー相と硬質構成物との量が変化する超硬合金に適用可能で
ある。このバインダー相は、コバルトとニッケル、またはそれらの混合物を含有
する。 ＷＣ粒は、＜５μｍ、好ましくは０.２〜３μｍ、最も好ましくは＜１μｍの
範囲の粒径を有する。
【０００７】 バインダー層の量は、２〜２５wt%、好ましくは５〜１５wt%の間で変化させる
ことができる。ＷＣの量は、９８〜５５wt%、好ましくは９５〜６５wt%の間で変
化させることができる。残余は、γ−相または他の炭化物相である。 最も好ましい実施態様において、ＷＣ粒は、極端に狭い分布ｄmax−ｄmin＜２
μｍを有する。
【０００８】 第２の好ましい実施態様において、ＷＣは双峰または３峰分布で存在する。 第３の好ましい実施態様において、超硬合金はバインダー相豊富表面域を有す
る。 本発明は、金属切削用、岩石穿孔用及び磨耗部品のインサートのような全ての
種類の超硬合金に適用可能である。
【０００９】 実施例１ ＣＮＭＧ１２０４０８−ＰＭタイプの超硬合金工具インサート、すなわち１０
ｗｔ％のＣｏ、０．５ｗｔ％のＣｒ3Ｃ2、０．３ｗｔ％のＶＣ、及び残部ＷＣの
組成を有する旋削用のインサートが、本発明にしたがって０．６μｍの平均粒径
と０．２〜０．９μｍの粒径範囲を有するＷＣ粉末をジェットミルする工程／篩
い分けする工程とによって製造された。コバルトで被覆したＷＣ、すなわち実験
室用のジェットミル装置において注意深く解凝集する米国特許第５，５０５，９
０２号にしたがって準備されたＷＣ−２ｗｔ％Ｃｏを、追加量のＣｏと混合し、
そして所望の材料組成を得るために未被覆のＣｒ3Ｃ2とＶＣとの粉末を解凝集す
る。この混合は実験室用の混合機でエタノールと水との溶液中（１ｋｇの超硬合
金粉末あたり０．２５リットルの流体）で２時間実施され、このバッチ量は１０
ｋｇであった。さらに、このスラリーに２ｗｔ％の潤滑剤が添加された。炭素の
平衡はカーボンブラックで調整された。スプレー乾燥後に、インサートに加圧成
形された。加圧成形後に、インサートは真空中のマイクロ波の場で約１３００℃
に加熱され、引き続き、１，３５０℃で１０分の保持時間でＡｒ保護雰囲気中の
工程を行った。その後、冷却工程は、維持された保護雰囲気中で通常の炉冷のよ
うに続けた。
【００１０】 マイクロ波焼結後のインサートの組織は、従来の焼結インサートと比較してさ
らに均一に拡がったバインダー相から成っていた。その上に、同程度の粒径と炭
素含有量で持って、このインサートは、従来製造されている製品よりかなり低い
ヴィッカース硬さを備えていた。Ａ００〜Ａ０２の範囲の気孔率を備えた緻密な
焼結組織が得られた。
【００１１】 実施例２ 実施例１のような同様のインサートを、実施例１のような同一の方法で焼結温
度１４１０℃の焼結温度でマイクロ波焼結を行った。焼結後の組織は実施例１と
実質的に同一であるが、僅かに粗い平均粒径と低い硬さが得られた。実施例１と
一致する気孔率レベルを備えた緻密な焼結組織が得られた。
【００１２】 実施例３ 比較例として、実施例１と同一の方法からの同一粉末混合物を得た。インサー
トは、高圧焼結サイクルのしたがって１３５０℃の焼結温度で１時間の保持時間
で焼結された。 実施例１に一致する気孔率レベルを備えた緻密な焼結組織が得られた。このイ
ンサートの組織と平均粒径は、次の二つの状態を除き本質的に実施例１のそれと
同一であった。すなわち、 −インサート全体の見掛け広い粒径分布、及び −組織全体における顕著なバインダー相プール。
【００１３】 実施例４ さらに比較例として、インサートは実施例１と同一の粉末混合物から加圧成形
され、そして従来の焼結サイクルで１４１０℃で１時間の保持時間で焼結を行っ
た。 このインサートの組織は、幾分大きな粒径と、低い硬さと、実施例３より組織
中にほとんど目立たないバインダー相プールとを除き、実施例１、２及び３のそ
れと本質的に同一であった。実施例１に一致する気孔率レベルを有する緻密な焼
結組織が得られた。
【００１４】 図１はマイクロ波焼結インサートの組織を４０００Ｘの倍率で示し、インサー
トは実施例２に従って１４１０℃で１０分間焼結され、狭い粒径分布を有しバイ
ンダー相プールは存在しなかった。図２は対応する従来の焼結インサートの組織
を４０００Ｘの倍率で示し、インサートは実施例４に従って１４１０℃で１０時
間焼結され、見掛けの広い粒径分布を有し且つ顕著なバインダー相プールが存在
した。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に従う超硬合金の顕微鏡組織を４０００Ｘの倍率で示す。
【図２】 図２は、相当する先行技術の焼結超硬合金を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アールグレン，マッツ スウェーデン国，エス−187 67 テービ ュー，ケールパルクスベーゲン 19 Ｆターム(参考） 4K018 AD03 BA04 BA11 BB04 BC13 BC21 CA11 DA21 DA23 KA14

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＷＣの粉末と、硬質構成物を形成する任意に別の粉末と、バ
    インダー相と、加圧成形剤との混合工程、スプレー乾燥による好ましい乾燥工程
    、加圧成形工程、及び焼結工程によって超硬合金を製造する方法であって、 前記混合工程が、前記硬質構成物の粒径および粒径分布が変化しない湿式混合
    工程であり、 前記ＷＣの粒が、バインダー金属で被覆され且つ前記混合工程より前に解凝集
    され、且つ 前記焼結工程が、１３２５〜１４１０℃で５〜１５分の保持時間でマイクロ波
    焼結工程によってなされる ことを特徴とする超硬合金の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記ＷＣの粉末が、狭い粒径分布、ｄmax−ｄmin＜２μｍを
    有することを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記ＷＣの粉末が、双峰粒径分布を有することを特徴とする
    請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記超硬合金が、バインダー相豊富表面域を有することを特
    徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
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