JP2006207007A

JP2006207007A - タングステン合金の製造方法とそのタングステン合金

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Publication number: JP2006207007A
Application number: JP2005024404A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Kobayashi; 政春小林; Atsushi Kawakami; 淳川上
Original assignee: Diamet Corp
Current assignee: Diamet Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】真密度の高い合金が得られるタングステン合金の製造方法を提供する。
【解決手段】ニッケル粉末と銅粉末とタングステン粉末とを混合（Ｓ１）した原料粉末を圧縮成形して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結（Ｓ２）して焼結合金を形成するタングステン合金の製造方法において、焼結合金をＨＩＰ処理（Ｓ３）する。圧粉体を焼結した焼結合金は、ニッケルと銅がバインダーとなってタングステンと密着しており、これにＨＩＰ処理を施すことにより内部の気孔（閉塞孔）が消失し、極めて真密度の高い合金が得られる。また、ＨＩＰ処理した合金を１１００℃以上に加熱し、冷却することにより、焼結合金の伸びを確保でき、塑性加工性に優れたものになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、粉末焼結を用いたタングステン合金の製造方法とそのタングステン合金に関する。

従来、この種のものとして、タングステンにニッケルと銅、またはニッケルと鉄とを配合した原料粉末を圧縮して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結して焼結合金であるタングステン合金を製造する方法（例えば特許文献１）が知られており、液相焼結中にタングステンを粒成長させながら空孔を消滅させることにより、真密度化した焼結合金が得られる。

上記タングステン合金は、鉛より密度が大きく、強度的にも優れることから、各種の用途に使用されている。例えば、弾丸などの飛翔体には、鉛の心が用いられていたが、環境の面から鉛の使用が制限されたことにより、タングステン合金の使用が検討されている。
特開平８−１９９２８０号公報

しかし、上記の製造方法では、得られた混合粉末を従来公知の方法で造粒後加圧成形し、焼結するから、合金の焼結密度と理論密度（真密度）との間に差があり、まだ十分に高密度化されているとは言えなかった。また、その合金は、機械的性質である伸びが値が低く、塑性加工性に劣る面があった。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので、真密度の高い合金が得られるタングステン合金の製造方法とそのタングステン合金を提供することを目的とし、さらに、加工性に優れた合金が得られるタングステン合金の製造方法とそのタングステン合金を目的とする。

請求項１の製造方法は、ニッケル粉末と銅粉末とタングステン粉末とを含有した原料粉末を成形すると共に焼結して焼結合金を形成するタングステン合金の製造方法において、前記焼結合金をＨＩＰ処理する製造方法である。

また、請求項２の製造方法は、ニッケル粉末と鉄粉末とタングステン粉末とを含有した原料粉末を成形すると共に焼結して焼結合金を形成するタングステン合金の製造方法において、前記焼結合金をＨＩＰ処理する製造方法である。

また、請求項３の製造方法は、前記ＨＩＰ処理は、ＨＩＰ処理温度を１０００℃以上、１５００℃以下で行う製造方法である。

また、請求項４の製造方法は、前記焼結の温度が、１１００℃以上である製造方法である。

また、請求項５の製造方法は、前記ＨＩＰ処理の後、前記焼結合金を１０００℃以上に加熱し、冷却するものである。

また、請求項６のタングステン合金は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のタングステン合金の製造方法により製造され、密度が１６．７０ｇ／ｃｍ³以上である

請求項１の構成によれば、圧粉体を焼結した焼結合金は、ニッケルと銅がバインダーとなってタングステンと密着しており、これにＨＩＰ処理を施すことにより内部の気孔（閉塞孔）が消失し、真密度の高い合金が得られる。

また、請求項２の構成によれば、圧粉体を焼結した焼結合金は、ニッケルと鉄がバインダーとなってタングステンと密着しており、これにＨＩＰ処理を施すことにより内部の空孔が消失し、真密度の高い合金が得られる。

また、請求項３の構成によれば、１０００℃以上、１５００℃以下の温度範囲でＨＩＰ処理を行うことにより、内部の気孔のほとんどが消失する。

また、請求項４の構成によれば、銅の融点より高い１１００℃以上で圧粉体の焼結を行うことにより、焼結時に銅粉が溶融し、タングステンとの密着性が向上する。

また、請求項５の構成によれば、ニッケルと銅、またはニッケルと鉄のバインダーと、タングステン粒との境界に不純物が集まると、合金の伸び率が低下するが、１０００℃以上に加熱することにより、不純物がタングステンに溶け込み、急冷によりそのまま固まることにより、焼結合金の伸びを確保することができる。

また、請求項６の構成によれば、真密度の高いタングステン合金を利用できる。

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なるタングステン合金の製造方法とそのタングステン合金を採用することにより、従来にないタングステン合金の製造方法とそのタングステン合金が得られ、そのタングステン合金の製造方法とそのタングステン合金について記述する。

以下、本発明の実施例について説明すると、図１〜図３は本発明の実施例１を示し、同図に示すように、タングステン合金は、原料粉末を混合（Ｓ１）し、この混合した原料粉末を所定の圧力でプレスすることにより所定形状の圧粉体を成形（Ｓ２）し、この圧粉体を不活性ガス又は還元性ガス雰囲気で焼結（Ｓ３）して焼結合金を形成し、この焼結合金をＨＩＰ処理（Ｓ４）し、このＨＩＰ処理した焼結合金を熱処理（Ｓ５）して得られる。尚、熱処理（Ｓ５）したものを加工し、検査を行って製品となる。

前記原料粉末は、ニッケル粉末と銅粉末とタングステン粉末とを混合（Ｓ１）してなり、その原料粉末の割合は、例えば、重量比で、ニッケル粉末１％〜７％、銅粉末１％〜４％、残部が実質的にタングステン粉末である。

前記焼結（Ｓ３）における温度は、銅の融点である１０８３℃より高い１１００℃以上で行われ、好ましくは１３００℃以上で行われる。このように銅の融点より高い１１００℃以上で圧粉体の焼結を行うことにより、焼結（Ｓ３）時に銅粉が溶融し、タングステン粒との密着性が向上する。

前記ＨＩＰ処理（Ｓ４）は、ＨＩＰ処理容器（図示せず）内に、前記焼結合金を収納し、内部の加熱と加圧を行って処理され、図３に示すように、略４００℃／時間で昇温を行い、略３時間で１２００℃で昇温し、この１２００℃（ＨＩＰ処理温度）で３時間（ＨＩＰ処理時間）加熱した後、略４００℃／時間で常温まで下げ、同時に、図３に示すように、前記昇温時間である略３時間で内部を常圧から１５００ｋｇｆ／ｃｍ²（ＨＩＰ処理圧力）まで昇圧し、このＨＩＰ処理圧力をＨＩＰ処理時間と同じ３時間保持した後、略３時間で常圧まで下げて行われる。すなわち３時間、１２００℃と１５００ｋｇｆ／ｃｍ²に保つ。また、ＨＩＰ容器内部はアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気とする。

そして、ＨＩＰ処理（Ｓ４）において、前記ＨＩＰ処理温度は、１０００℃以上、１５００℃以下で、好ましくは１１００℃以上、１３００℃以下で、ＨＩＰ処理圧力は、１０００ｋｇｆ／ｃｍ²以上、１６００ｋｇｆ／ｃｍ²以下、ＨＩＰ加熱時間は、１時間以上、５時間以下とすることができる。こうすることにより、焼結（Ｓ３）して得られた焼結合金は、その内部の気孔（閉塞孔）が消失し、極めて真密度の高い合金が得られる。尚、１ｋｇ／ｃｍ²＝０．０９８ＭＰａで換算して、ＨＩＰ処理圧力１５００ｋｇｆ／ｃｍ²は、略１４７ＭＰａである。

ＨＩＰ処理（Ｓ４）後に行われる熱処理（Ｓ５）は、ＨＩＰ処理（Ｓ４）後の焼結合金を１０００℃以上、好ましくは１１００℃以上まで加熱し、１１００℃で所定時間である３〜６時間程度、その温度を保持して加熱を行い、急冷する。この急冷は、例えば、加熱後、合金を常温まで放置して冷却したり、冷却手段を用いた強制冷却により１１００℃から０．１〜１．０時間程度の時間で常温まで冷却したりして行われる。

このように熱処理（Ｓ５）すると、ニッケルと銅のバインダーと、タングステン粒との境界に存在する不純物が、１０００℃以上に加熱されることにより、タングステン粒に溶け込み、急冷によりそのまま固り、これにより焼結合金の伸び率を確保することができる。

実験例１
重量比で、ニッケル粉末３％、銅粉末２％、残部が実質的にタングステン粉末を混合（Ｓ１）した原料粉末を、圧縮成形（Ｓ２）して圧粉体を形成し、これを１３７０℃で加熱して焼結（Ｓ３）し、ＨＩＰ処理無しで、熱処理（Ｓ５）して図３に示す「ＨＩＰなし熱処理後」の焼結合金を複数形成した。また、重量比で、ニッケル粉末３％、銅粉末２％、残部が実質的にタングステン粉末を混合（Ｓ１）した原料粉末を、圧縮成形（Ｓ２）して圧粉体を形成し、これを１３７０℃で加熱して焼結（Ｓ３）し、これを、図２に示したように、ＨＩＰ処理時間：３時間、ＨＩＰ処理温度：１２００℃、ＨＩＰ処理圧力：１５００ｋｇｆ／ｃｍ²で、ＨＩＰ処理（Ｓ４）を行い、前記熱処理（Ｓ５）して「ＨＩＰあり熱処理後」の合金を複数形成した。図３に、それら「ＨＩＰなし熱処理後」の焼結合金、「ＨＩＰあり熱処理後」の焼結合金の物性として、密度，硬さ，弾性，引張強さ及び伸びの測定結果を示す。尚、塑性加工性の程度を示す「伸び（％）」とは、引張試験において、合金の試験片が破断した時の伸びた長さを試験前の合金の長さで割った百分率（％）である。

この例では、「ＨＩＰなし熱処理後」の焼結合金、「ＨＩＰあり熱処理後」の焼結合金の理論密度は、１８．１８ｇ／ｃｍ³である。同図に示すように、「ＨＩＰあり熱処理後」の焼結合金の真密度は、略理論密度まで高められることが分かる。尚、図３の真密度の値は測定値であり、測定誤差により同図の値になったものと思われる。また、引張強さ及び伸びも「ＨＩＰあり熱処理後」の焼結合金が優れ、特に伸びが大幅に改善されており、同「ＨＩＰあり熱処理後」の焼結合金が機械加工性に優れることが分かる。

このように本実施例では、請求項１に対応して、ニッケル粉末と銅粉末とタングステン粉末とを含有した原料粉末を成形（Ｓ２）すると共に焼結（Ｓ３）して焼結合金を形成するタングステン合金の製造方法において、焼結合金をＨＩＰ処理（Ｓ４）するから、圧粉体を焼結した焼結合金は、ニッケルと銅がバインダーとなってタングステンと密着しており、これにＨＩＰ処理（Ｓ４）を施すことにより内部の気孔（閉塞孔）が消失し、真密度の高い合金が得られる。

また、このように本実施例では、請求項３に対応して、ＨＩＰ処理（Ｓ５）は、ＨＩＰ処理温度を１０００℃以上、１５００℃以下で行うから、内部の気孔のほとんどが消失したものとなる。

また、このように本実施例では、請求項４に対応して、焼結（Ｓ３）の温度が、１１００℃以上であるから、銅の融点より高い１１００℃以上で圧粉体の焼結（Ｓ３）を行うことにより、焼結時に銅粉が溶融し、タングステンとの密着性が向上する。

また、このように本実施例では、請求項５に対応して、ＨＩＰ処理（Ｓ５）の後、焼結合金を１０００℃以上に加熱し、冷却する熱処理（Ｓ５）を行うから、ニッケルと銅のバインダーと、タングステン粒との境界に不純物が集まると、合金の伸び率が低下するが、１０００℃以上に加熱することにより、不純物がタングステンに溶け込み、急冷によりそのまま固まることにより、焼結合金の伸び率を確保することができ、機械加工性に優れたものとなる。

また、このように本実施例では、請求項６に対応して、請求項１〜５のいずれか記載のタングステン合金の製造方法により製造され、密度が１６．７０ｇ／ｃｍ³以上、好ましくは１８．０５ｇ／ｃｍ³以上であるから、真密度の高いタングステン合金を利用でき、例えば、飛翔体などへの利用が有効である。

また、実施例上の効果として、ＨＩＰ処理圧力が１０００ｋｇｆ／ｃｍ²〜１６００ｋｇｆ／ｃｍ²であるから、内部の気孔（閉塞孔）が消失し、真密度の高い合金が得られる。

以下、本発明の実施例２について説明すると、上記実施例１と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、原料粉末は、ニッケル粉末と鉄粉末とタングステン粉末とを混合（Ｓ１）してなり、その割合は、例えば、重量比で、ニッケル粉末１％〜７％、鉄粉末１％〜４％、残部が実質的にタングステン粉末である。実施例１と同様に、原料粉末を混合（Ｓ１）し、この混合した原料粉末を所定の圧力でプレスすることにより所定形状の圧粉体を成形（Ｓ２）し、この圧粉体を不活性ガス雰囲気で焼結（Ｓ３）して焼結合金を形成し、この焼結合金をＨＩＰ処理（Ｓ４）し、このＨＩＰ処理した焼結合金を熱処理（Ｓ５）して得られる。

このように本実施例では、請求項２に対応して、ニッケル粉末と鉄粉末とタングステン粉末とを含有した原料粉末を成形（Ｓ２）すると共に焼結（Ｓ３）して焼結合金を形成するタングステン合金の製造方法において、焼結合金をＨＩＰ処理（Ｓ４）するから、圧粉体を焼結した焼結合金は、ニッケルと鉄がバインダーとなってタングステンと密着しており、これにＨＩＰ処理（Ｓ４）を施すことにより内部の気孔（閉塞孔）が消失し、極めて真密度の高い合金が得られ、また、請求項３，５及び６に対応して、上記実施例１と同様な作用・効果を奏する。

尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。

本発明の実施例１を示す製造方法を示すフローチャート図である。同上、ＨＩＰ処理に置ける温度と圧力を示すグラフ図である。同上、物性を示す図である。

Claims

ニッケル粉末と銅粉末とタングステン粉末とを含有した原料粉末を成形すると共に焼結して焼結合金を形成するタングステン合金の製造方法において、前記焼結合金をＨＩＰ処理することを特徴とするタングステン合金の製造方法。
ニッケル粉末と鉄粉末とタングステン粉末とを含有した原料粉末を成形すると共に焼結して焼結合金を形成するタングステン合金の製造方法において、前記焼結合金をＨＩＰ処理することを特徴とするタングステン合金の製造方法。
前記ＨＩＰ処理は、ＨＩＰ処理温度を１０００℃以上、１５００℃以下で行うことを特徴とする請求項１又は２記載のタングステン合金の製造方法。
前記焼結の温度が、１１００℃以上であることを特徴とする請求項１記載のタングステン合金の製造方法。
前記ＨＩＰ処理の後、前記焼結合金を１０００℃以上に加熱し、冷却することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項の記載のタングステン合金の製造方法。
請求項１〜５のいずれか１項に記載のタングステン合金の製造方法により製造され、密度が１６．７０ｇ／ｃｍ³以上であることを特徴とするタングステン合金。