JP2006521987A - 炭化タングステン粒子を処理するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
市販の溶融(または鋳造)炭化タングステンは、アーク炉内に置かれた黒鉛坩堝内でタングステンと炭素とを反応させることによって液体を形成することにより作製される。次いで得られた共析晶組成の液体を、水冷した銅製の金型に投入する。次いで得られた固体を破砕して、所望のメッシュサイズにする。溶融炭化タングステンは、約3.9重量%の炭素を含有し、約80%のW2Cと20%のWCとからなる。W2C相は六方最密構造を有し、一般により硬く、しかしより脆いことが知られている。WC相は、簡単な六方晶構造を有し、6.1重量%の炭素を有している。微細なミクロ構造から粗いミクロ構造に至る溶融炭化タングステンは、典型的な場合、層状構造にフェザーとして挿入されたW2C結晶からなり、鉄(Fe)は、通常、存在する最大の不純物である。溶融炭化タングステン粒子のミクロ構造を、図2(従来技術)に示す。
市販の純粋なWCは、酸化タングステンを浸炭処理することによって、固体状態で生成される。生成された粒子はミクロンサイズのものであり、主に超硬合金の生成に使用される。耐摩耗性コーティングとしての適用例では、WC粒子を微細なコバルト(Co)粉末と混合し、加圧して所望の形状にし、次いで液相中で焼結させる。コバルトの量は、適用例のニーズに合わせて耐摩耗性および靭性が最適になるように、様々に変えることができる。
上述の、市販の溶融炭化タングステン粒子は、耐摩耗性コーティングの適用例としていくつかの欠点を有する。粒子が持つ非常に数多くの鋭角が、粉末流動およびコーティング内の応力集中に関する問題を引き起こす可能性がある。さらに、これらの粒子は、むしろ精製されていないミクロ構造であり、約2400HVの硬度を有する。溶融炭化タングステン粉末の機械的性質を改善するには、粒子を球状化することが知られている。
a)組成、ミクロ構造および相分布が、面心立方構造を有するγ相の単相領域を示す状態図に表されるW-C系の炭化タングステン粒子を含有する出発材料を提供するステップであって、前記単相領域は、液相線によって上方に画定されており、前記粒子は、該粒子が単相領域を横切る熱経路を有するように選択された炭素含量を有するものであるステップと、
b)前記出発材料を、前記単相領域において均質化処理にかけ、それによって、面心立方構造を有する単相化粒子を得るステップと、
c)前記炭化タングステンを焼入れして、前記単相化粒子を周囲温度で凍結させるステップと
を含む方法を提供する。
Claims (20)
- 炭化タングステン粒子を処理するための方法であって、
a)組成、ミクロ構造および相分布が、面心立方構造を有するγ相の単相領域を示す状態図に表されるW-C系の炭化タングステン粒子を含有する出発材料を提供するステップであって、前記単相領域は、液相線によって上方に画定されており、前記粒子は、該粒子が単相領域を横切る熱経路を有するように選択された炭素含量を有するものであるステップと、
b)前記出発材料を、前記単相領域において均質化処理にかけ、それによって、面心立方構造を有する単相化粒子を得るステップと、
c)前記炭化タングステンを焼入れして、前記単相化粒子を周囲温度で凍結させるステップと
を含む方法。 - 均質化処理ステップと焼入れステップとの間に、単相化粒子を液相線を超える温度で加熱して該粒子を球状化するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記出発材料の前記炭化タングステン粒子が角状の形を有する、請求項1または2に記載の方法。
- 前記出発材料の前記炭化タングステン粒子が、200μm未満の平均直径を有する、請求項3に記載の方法。
- 前記出発材料の前記炭化タングステン粒子が、原子Cを37%から39%の間で含有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記出発材料の前記炭化タングステン粒子が、WCおよびW2Cの共析晶組成を有する鋳造炭化タングステン粒子である、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記出発材料が、前記単相領域を広げるために少なくとも1種の合金元素を含有し、それによって単相化粒子の焼入れ性を増大させる、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記合金元素が、Ti、V、Nb、およびTaからなる群から選択される、請求項7に記載の方法。
- 前記出発材料が、少なくとも0.1重量%のNbを含有する、請求項7に記載の方法。
- 前記出発材料が、8重量%のNbを含有する、請求項9に記載の方法。
- 前記合金元素が、前記出発材料中、炭化タングステンと共に鋳造される、請求項7から10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記単相化粒子が、WC1-x組成の粒子を含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記単相化粒子の第1の部分がWC1-x組成の粒子を含み、前記単相化粒子の第2の部分がXC1-x組成の粒子含み、Xが、Ti、V、Nb、およびTaからなる群から選択される、請求項8または9に記載の方法。
- ステップb)の均質化処理が、前記出発材料を黒鉛炉内で加熱することを含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 上部チャンバから底部チャンバへ粒子を循環させるように接続された、上部チャンバと底部チャンバとを有する黒鉛炉の使用を含み、前記均質化処理を該上部チャンバ内で実施し、液相線を超える温度での前記加熱を該底部チャンバ内で実施する、請求項2に記載の方法。
- 前記底部チャンバを誘導プラズマによって加熱する、請求項15に記載の方法。
- 請求項1から16のいずれか一項に記載の方法によって処理された、面心立方ミクロ構造を有する単相化炭化タングステン粒子。
- 前記粒子がWC1-x組成を有する、請求項17に記載の単相化炭化タングステン粒子。
- 請求項8または9に記載の方法によって処理された単相化炭化タングステン粒子であって、前記粒子が面心立方ミクロ構造を有し、前記粒子の第1の部分がWC1-x組成を有し、前記粒子の第2の部分がXC1-x組成を有し、Xが、Ti、V、Nb、およびTaからなる群から選択される、単相化炭化タングステン粒子。
- XがNbからなり、前記粒子の第2の部分が、前記単相化炭化タングステン粒子の0.1%を超える部分を構成し、それによって、高温でのその混和性が低下している、請求項19に記載の単相化炭化タングステン粒子。
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