JP2006526077A

JP2006526077A - 溶浸マトリックスに保持される硬質成分を含む硬質複合材料を有する耐磨耗部材

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Publication number: JP2006526077A
Application number: JP2006514922A
Authority: JP
Inventors: マジャギ、シヴァナンド、アイ．
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2006-11-16
Also published as: EP1631531A4; AU2004276221B2; PL379042A1; EP1631531B1; AU2004276221A1; BRPI0410582A; EP1631531A2; WO2005030667A2; WO2005030667A3; KR20060105430A

Abstract

支持体（２２）に固定された硬質複合部材（２４）を含む耐磨耗部材（２０）。硬質複合部材（２４）は、その中に分布する個別硬質成分（３４）を含む。個別硬質成分（３４）の各々が約０．００１〜約１６平方インチの表面領域を有する。硬質複合部材（２４）が、粒子を含むマトリックス粉末（３０）を更に含み、略全ての硬質粒子が前記硬質成分の前記サイズより小さいサイズを有する。硬質成分（３４）およびマトリックス粉末（３０）は、硬質複合部材（２４）を形成するために、溶浸合金（３１）により共に結合される。支持体（２２）は溶浸合金（３１）と結合する材料から成る。

Description

先行出願の相互参照
本特許出願は、２００３年５月２３日に出願され、出願番号第１０／４４４，７３４号が付与された「溶浸材マトリックスに保持される硬質成分を含む硬質複合材料を有する耐磨耗部材」という名称の先行出願の一部継続出願である。

本発明は耐磨耗部材に関する。特に、この発明は、支持部材の少なくとも一部に堅固に固定される硬質複合部材を含む摩耗部材に関する。硬質複合材料は、型内の複数の硬質構成要素を含み、溶浸合金が硬質構成要素の集合体に溶浸する。

これまでは、溶浸合金が硬質構成要素の集合体に溶浸する温度は十分に高かったので、溶浸合金が硬質構成要素に接触すると、該硬質構成要素が劣化する恐れがあった。したがって、溶浸合金と接触した硬質構成要素の劣化を最小にするよう、十分に低い融点を有する溶浸合金を使用する要求があった。

また、常に、硬質複合部材の製造工程を簡易にするための要求が残っていた。したがって、硬質複合材料の製造工程を簡易にするために、溶浸合金を使用することが望ましい。

硬質複合材料が劣化する硬質構成要素の一例は、特許文献１に示される。特許文献１では、約１７５０°Ｆ（約９５４℃）〜約３０００°Ｆ（約１６４９℃）の融点を有する合金を用いて超硬バイトの劣化を最小にする試みがあった。特許文献１によれば、合金も、周期的な表の第４集のグループＶＩＩＩからの金属（すなわち、鉄、コバルトまたはニッケル）および微量のクロムおよびホウ素を含まなければならなかった。特許文献１の実施例（列７〜８参照）では、典型的な溶浸温度は、約２２５０°Ｆ（１２３２℃）〜約２６００°Ｆ（１４２７℃）であった。

硬質粒子の集合体の隙間に溶浸するマトリックスを有する硬質複合材料の他の例は、特許文献２に示された。特許文献２では、浸炭炭化タングステンまたは炭化タングステン合金の粒子は加熱され、溶融したマトリックス金属は、硬質粒子を収容する型に注入された。特許文献２は、マトリックス金属の融点は、約１５５０°Ｆ（８４３℃）〜２４００°Ｆ（１３１６℃）であることを言及している。溶浸温度は、約１７５０°Ｆ（９４５℃）〜約２５００°Ｆ（１３７１℃）である。

特許文献３（特許文献４は、その分割出願）は、溶浸合金が硬質構成要素に溶浸したマトリックス粉末により保持される少なくとも一の個別硬質要素に含まれる複合材料に関する。溶浸合金が、特許文献５において、融点が１１００℃であることが示されたＭＡＣＲＯＦＩＬ６５と識別される銅−ニッケル−亜鉛合金であることが示唆された。この他に、提案された溶浸合金は、ＭＡＣＲＯＦＩＬ５３と識別される銅−マンガン−ニッケル−亜鉛−ホウ素−珪素合金である。特許文献３によると、ＭＡＣＲＯＦＩＬ５３は、通常約２２００°Ｆ（１２０４℃）で溶浸する。特許文献６は、特許文献３の一部継続出願である。特許文献６はＭＡＣＲＯＦＩＬ５３の合金およびＭＡＣＲＯＦＩＬ６５の合金も開示した。

溶浸合金との接触による硬質複合材料の硬質構成要素の劣化を回避することが望ましいので、溶浸工程時に、接触により硬質構成要素が劣化しない（または、劣化を最小にする）マトリックス材料を使用する硬質複合材料を提供することが有利である。

いくつかの用途では、通常、硬質複合材料は、摩耗部材を形成するための支持部材に付着する。硬質複合材料の目的は、硬質複合材料と支持部材との化合物に、耐摩耗性を付与することである。支持部材は、摩耗部材に強靭性を付与することを目的とする。これらの場合において、硬質複合材料と支持体とを良好に結合するために、溶浸合金および支持部材にとって、適合性を示すことは有利である。この用途では、硬質複合材料の強靭性のみならず耐摩耗性性質を維持することが有利である。
米国特許第３，１４９，４１１号米国特許第３，１７５，２６０号米国特許第５，５８９，２６８号米国特許第５，７３３，６４９号ベルモントメタル社（ＢｅｌｍｏｎｔＭｅｔａｌｓ，Ｉｎｃ．）文献米国特許第５，７３３，６６４号

本発明の一の形態において、本発明は、硬質複合部材と、該硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含む靱性耐摩耗硬質部材である。硬質複合部材は、前記支持体の前記隣接した表面領域の少なくとも一部で前記支持体に固定される。硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含み、個別硬質成分の各々が約０．００１〜約１６平方インチの表面領域を有するようなサイズを有する。硬質複合部材が、粒子を含むマトリックス粉末を更に含み、略全ての粒子が硬質成分のサイズより小さいサイズを有する。硬質複合部材が約５００〜約１４００℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、該溶浸合金は、溶浸により硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により個別硬質成分とマトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、硬質成分、マトリックス粉末、および、溶浸合金は、硬質複合部材を形成するよう共に結合される。支持体は溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、溶浸合金は、支持体と硬質複合部材との接合箇所で、節点を形成する。

別の形態において、本願は、表面領域を有する支持体と、該支持体の表面領域の少なくとも一部で支持体に固定される硬質複合部材と、を備える靱性耐摩耗硬質部材である。硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含み、個別硬質成分の各々が約０．００１〜約１６平方インチの表面領域を有するようなサイズを有する。個別硬質成分が、少なくとも一種類以上の超硬バイト及びセラミックを含み、該超硬バイト及びセラミックが、バインダーがコバルト、ニッケル、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、焼結浸炭炭化タングステン；バインダーがコバルト、ニッケル、鉄およびモリブデンの内一以上を含み、被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む被覆焼結浸炭炭化タングステン；一種類以上のカーバイド、窒化物および一種類以上のチタン、ニオブ、タンタル、ハフニウムおよびジルコニウム、炭化タングステンのホウ化物；被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、一種類以上の被覆カーバイド、被覆窒化物および一種類以上のチタン、ニオブ、タンタル、ハフニウムおよびジルコニウムの被覆ホウ化物；被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、被覆炭化タングステン；被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、被覆炭化珪素；被覆はニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、被覆窒化珪素；被覆炭化ホウ素；のうちの一種類以上を含む。硬質複合部材が、硬質粒子を含むマトリックス粉末を更に含み、前記マトリックス粉末の略全ての硬質粒子が硬質成分のサイズより小さいサイズを有する。硬質複合部材が約５００〜約１４００℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、溶浸合金は、溶浸により硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により個別硬質成分とマトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、硬質成分、マトリックス粉末、および、溶浸合金は、硬質複合部材を形成するよう共に結合される。支持体は溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、溶浸合金は、支持体と硬質複合部材との接合箇所で、節点を形成する。

更に別の形態において、本願は、硬質複合部材と、硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含む靱性耐摩耗硬質部材である。硬質複合部材は、支持体の隣接した表面領域の少なくとも一部で支持体に固定される。硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含み、個別硬質成分の各々が約０．００１〜約１６平方インチの表面領域を有するようなサイズを有する。硬質複合部材が、硬質粒子を含むマトリックス粉末を更に含み、略全ての硬質粒子が硬質成分のサイズより小さいサイズを有し、硬質複合部材が約５００〜約１４００℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、溶浸合金は、溶浸により硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により個別硬質成分とマトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、硬質成分、マトリックス粉末、および、溶浸合金は、硬質複合部材を形成するよう共に結合される。支持体は溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、溶浸合金は、支持体と硬質複合部材との接触面で節点を形成する。

更に別の形態において、本願は、硬質複合部材と、硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含む靱性耐摩耗硬質部材である。硬質複合部材は、支持体の隣接した表面領域の少なくとも一部で支持体に固定される。硬質複合部材が粒径約−３２５〜約＋８０メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子を含み、粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子のニッケルの含有量が約３〜２５重量パーセントである。硬質複合部材は約５００〜約１４００℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、溶浸合金は、溶浸により硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により個別硬質成分とマトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、硬質成分、マトリックス粉末、および、溶浸合金は、硬質複合部材を形成するよう共に結合される。溶浸合金が約６０〜約８０重量パーセントの硬質複合材料を含み、ニッケル浸炭炭化クロム粒子が約２０〜約４０重量パーセントの硬質複合材料を含む。支持体は溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、溶浸合金は、支持体と硬質複合部材との接触面で節点を形成する。

更に別の形態において、本願は、硬質複合部材と、硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含む靱性耐摩耗硬質部材である。硬質複合部材は、支持体の隣接した表面領域の少なくとも一部で支持体に固定される。硬質複合部材は超硬バイトコンパクトを含み、超硬バイトコンパクトが硬質複合材料の表面領域の約４０パーセント〜約８５パーセントを覆う。硬質複合材料が硬質粒子を含むマトリックス粉末を更に含む。硬質複合部材が約５００〜約１４００℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、溶浸合金は、溶浸により硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により個別硬質成分とマトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、硬質成分、マトリックス粉末、および、溶浸合金は、硬質複合部材を形成するよう共に結合される。支持体は溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、溶浸合金は、支持体と硬質複合部材との接触面で節点を形成する。

更に別の形態において、本願は、硬質複合部材と、硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含む靱性耐摩耗硬質部材である。硬質複合部材は、支持体の隣接した表面領域の少なくとも一部で支持体に固定される。硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含む。硬質成分が粒径−３２５＋８０メッシュの一種類以上の粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と粒径−３２５メッシュの二ホウ化チタン粒子とを含む。硬質複合部材は、約６５〜約６９重量パーセントの粒径−８０＋３２５メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、約１２〜約１７重量パーセントの−３２５メッシュの粒径を有する粉砕炭化タングステン粒子と、約１２〜約１７重量パーセントの−３２５メッシュの粒径を有する粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、約１．５〜約２．５重量パーセントの粒径−３２５メッシュのニッケル粒子とを含むマトリックス粉末とを更に含む。硬質複合部材が約５００〜約１４００℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、溶浸合金は、溶浸により硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により個別硬質成分とマトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、硬質成分、マトリックス粉末、および、溶浸合金は、硬質複合部材を形成するよう共に結合される。支持体は溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、溶浸合金は、支持体と硬質複合部材との接合箇所で、節点を形成する。

更に別の形態において、本願は、硬質複合部材と、硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含む靱性耐摩耗硬質部材である。硬質複合部材は、支持体の隣接した表面領域の少なくとも一部で支持体に固定され、硬質複合部材が粒径−３２５＋８０メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と粒径−３２５メッシュの二ホウ化チタン粒子とを含む。粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子が、粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と二ホウ化チタン粒子との組み合わせを約４５〜約７０重量パーセント含む。二ホウ化チタン粒子が粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と二ホウ化チタン粒子との組み合わせを約３０〜約５５重量パーセント含む。硬質複合部材が約５００〜約１４００℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、溶浸合金は、溶浸により粒子が実質的に劣化しないよう、熱により粒子の混合物に溶浸され、それにより、粒子および溶浸合金は、硬質複合部材を形成するよう共に結合される。支持体は溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、溶浸合金は、支持体と硬質複合部材との接合箇所で、節点を形成する。

通常、２０で示される靱性耐摩耗硬質部材の特定の一実施形態を図１に示す。靱性耐摩耗部材２０は板状であるが、靱性耐摩耗部材は、異なる用途に適応するよう多くの異なる形状または外形のいずれか一つを採用可能であることを認識されたい。この点に関しては、ここに示すいくつかの後述する実施形態は異なる形状を示す。

靱性耐摩耗硬質部材２０は、支持体２２および硬質複合材料２４を含む。硬質複合材料２４は、支持体２２に固定される。硬質複合材料２４は耐磨耗性を付与し、支持体２２は強靭性を付与する。

図２は、硬質部材２０の横断面を示すために、図１の靱性耐摩耗部材２０を模式的に示す。図３は、図１の実施形態の靱性耐摩耗部材２０の形成前の型の構成要素の通常の相対的な位置を示す概略図である。

支持体２２は、（支持体と同様に）靱性耐摩耗部材２０に強靭性を付与するための性質を有する多くの材料のいずれか一つから作られることができる。これらの材料は、耐磨耗性表面を必要とする他の支持体と同様に、鉄合金および非鉄合金を（限定せずに）含む。支持体の特定の例示的な材料は、例えばＡＩＳＩ４１４０鋼およびＡＩＳＩ３１６ステンレス鋼等の様々な鋼を含む。ＡＩＳＩ４１４０鋼の名目上の組成物（重量パーセントで）は、０．３８〜０．４３％の炭素、０．７５〜１．００％のマンガン、０．０３５％の燐、０．０４０％の硫黄、０．１５〜０．３５％の珪素、０．８０〜１．１０％のクロム、０．１５〜０．２５％のモリブデンおよびそのバランス鉄（ｂａｌａｎｃｅｉｒｏｎ）である。３１６ステンレス鋼の名目上の組成物は（重量パーセントで）、最大で０．０８％の炭素、最大で２．００％のマンガン、最大で０．０３０％の燐、最大で０．０３０％の珪素、１０．００〜１６．００％のニッケル、１６．００〜１８．００％のクロム、２．００〜３．００％のモリブデンおよびそのバランス鉄である。支持体は、また、硬質粒子を有する鋳造物をその中に含むことができた。支持体は、また、白鋳鉄を含むことができた。この態様が以下でさらに説明されるが、支持体はまた、溶浸合金に接合可能な性質を所有し、それにより、支持体２２と硬質複合材料２４との間が堅固に接合する。

図１〜３の特定の実施形態において、硬質複合材料２４は複数の個別硬質成分（以下に記載）を含み、これらの硬質成分は、括弧３０で示すマトリックス内に保持される。マトリックスは、異なる種類の硬質粒子および／または粉末と、熱と、時々、圧力または真空等の更なる環境の影響下でマトリックス粉末の集合体および硬質成分に溶浸した溶浸合金３１（図３）とを含むマトリックス粉末の集合体を含む。さらに、溶浸合金は、様々な大気（例えば、アルゴン、ヘリウム、水素および窒素）の下で硬質成分およびマトリックス粉末の集合体に溶浸することができる。

図１〜３の特定の実施形態において、硬質成分は、三角形の部材として図２、３の概略図に示される焼結超硬バイトコンパクト３４を含む。焼結超硬バイトコンパクト３４に関して、この硬質な成分は、特定の所定形状を示す。この形状は、靱性耐摩耗硬質部材の特定の用途に応じて変更可能である。粉体冶金技術により、コンパクト３４の形状が、多くの形状または外形のいずれか一つを採用することが可能となる。一変形例において、出願人は、硬質成分（即ち、硬質コンパクト３４）が、約０．００１平方インチ（０．００６平方センチメートル）〜約１６平方インチ（１０３平方センチメートル）の表面領域を有するようなサイズを有することを意図する。出願人はまた、コンパクトが、約０．００５平方インチ（０．０３平方センチメートル）〜約５平方インチ（３３センチメートル）の範囲のサイズでもよいことを意図する。出願人はまた、コンパクトが、約０．０００５平方インチ（０．００３平方センチメートル）〜約０．５平方インチ（０．００３センチメートル）の範囲のサイズでもよいことを意図する。

変形例として、硬質なコンパクト３４は、硬質成分を得るために粉砕される。他の変形例において、出願人は硬質成分が大きなサイズの粉砕された粒子（等）であることを意図し、粒径がメッシュサイズ（例えば、−８０＋１２０メッシュ）で測定される。

図１〜３の特定の実施形態は、焼結超硬バイトコンパクト３４のそれぞれは、硬質複合材料２４のマトリックス内で、選択的に配置されることを示す。図３に概略的に示すように、通常、溶浸前の型で焼結超硬バイトコンパクト３４を選択的に配置することにより、このような配向が達成される。出願人は、コンパクト３４が約０．５〜約９０パーセントの耐磨耗硬質部材の表面領域を含むことが可能であることを意図する。

図１〜３の特定の実施形態において、（および、図２、３に概略的に示すように）、焼結超硬バイトコンパクト３４は、硬質複合材料２４の表面の近くの領域に配置される。図２、３の概略図に示すように、焼結超硬バイトコンパクト３４も硬質複合材料２４と支持体２２との接触面の近くの領域に配置され、それにより、これらのコンパクトは支持体２２の表面上に存在する。いくつかの焼結超硬バイトコンパクト３４も支持体２２上の焼結超硬バイトコンパクト３４上に配置される。この特定の実施形態において、焼結超硬バイトコンパクト３４は硬質複合材料２４の表面から突出しないよう、該硬質複合材料２４の表面と同一平面上にある。出願人は、本発明にて、硬質複合材料において硬質成分の位置を特定するよう限定することを意図しない。例えば、硬質成分は硬質複合材料の体積全体にわたって一様に（または、不均一、または、ランダムに）分布可能である。

焼結超硬バイトコンパクト３４の一つの組成物はコバルト浸炭炭化タングステンであり、コバルトは、コバルト浸炭炭化タングステンコンパクトの約０．２〜約６重量パーセントの範囲で含まれており、炭化タングステンは組成物のバランスである。焼結超硬バイトコンパクト３４の他の組成物は、コバルト浸炭炭化タングステンであり、コバルトは、コバルト浸炭炭化タングステンコンパクトの約６〜約３０重量パーセントの範囲で含まれており、炭化タングステンは組成物のバランスである。さらに別の組成物において、焼結超硬バイトコンパクトは、コバルト（１０重量パーセントのコバルト）浸炭炭化タングステンを含むことができる。

出願人は、上記の特定の硬質成分を説明することにより、この特定の硬質成分に対する発明の範囲を限定することを意図しない。出願人は、その他の材料が硬質複合材料の硬質成分としての使用に適していることを意図する。この点に関して、バインダーがコバルト、ニッケル、鉄およびモリブデンの一以上を含む焼結浸炭炭化タングステン；バインダーがコバルト、ニッケル、鉄およびモリブデンの内一以上を含み、被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む被覆焼結浸炭炭化タングステン；一種類以上のカーバイド、窒化物およびチタン、ニオブ、タンタル、ハフニウムおよびジルコニウムの一種類以上のホウ化物；被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、チタン、ニオブ、タンタル、ハフニウムおよびジルコニウムの内一種類以上の被覆カーバイド、被覆窒化物および被覆ホウ化物；炭化クロム；被覆炭化クロム；被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む被覆炭化珪素；被覆がニッケル、コバルト、鉄、銅、モリブデンまたは他のあらゆる適切な金属の内一以上を含む被覆窒化珪素；および、被覆がニッケル、コバルト、鉄、銅、モリブデンまたは他のあらゆる適切な金属の内一以上を含む被覆炭化ホウ素は、硬質複合材料の硬質成分としての使用に適していると思われる。

マトリックス粉末は、楕円形の部材として図２、３に概略的に示される粉砕超硬バイト粒子３６と、円形部材として図２、３に概略的に示される粉砕鋳造カーバイド粒子３８とを含む。

マトリックス粉末の構成要素を参照すると、粉砕超硬バイト粒子３６は、−３２５＋２００メッシュと同等のサイズ範囲に存在できる。これらの粉砕超硬バイト粒子の他のサイズ範囲は、−８０＋３２５メッシュである。粒径を決定する基準は、−３２５メッシュの粒子のためのシーブサイズ分析およびフィッシャー（Ｆｉｓｈｅｒ）サブシーブサイズ分析器の使用による。粉砕超硬バイト粒子の一つの組成物は、コバルト浸炭炭化タングステン材料の約６〜約３０重量パーセントのコバルトが含まれており、炭化タングステンが材料のバランスである、コバルト浸炭炭化タングステンである。粉砕超硬バイト粒子の別の好ましい組成物は、コバルト浸炭炭化タングステン材料の約０．２〜約６重量パーセントのコバルトが含まれており、炭化タングステンが材料のバランスである、コバルト浸炭炭化タングステンである。

出願人は、特定の組成物を説明することにより、これらの特定の超硬バイトに本発明の範囲を限定することを意図しない。出願人は、他の超硬バイト（例えば炭化クロム）が硬質複合材料の粉砕浸炭炭化タングステン粒子としての使用に適することを意図する。ただし、カーバイドは、炭化タングステン（例えば、炭化チタンおよび炭化クロム）と異なってもよく、バインダーはコバルトと異なってもよい（例えばニッケル）。出願人は更に、特定の用途により、粉砕超硬バイト粒子の組成物が特定の硬質複合材料の全体にわたって変化可能であることを意図する。出願人はまた、超硬バイト以外の特定の硬質材料は、これらの粒子を形成することに適し得ることを意図する。

粉砕鋳造カーバイド粒子３８に関して、これらの粒子のサイズ範囲は−３２５メッシュである。これらの粒子の他のサイズ範囲は、−８０メッシュである。これらの粒子の組成物の一つは鋳造炭化タングステンである。出願人は、粉砕鋳造カーバイド粒子が、具体的な用途に応じて特定の硬質複合材料の全体に亘り組成物を変えることができることを意図する。出願人は更に、他の鋳造カーバイドまたは硬質材料が、粉砕鋳造カーバイド粒子３８の代わり、または、共に使用することに適していることを意図する。

マトリックス粉末は、粉砕超硬バイト粒子および／または粉砕鋳造カーバイド粒子に加えて、粉砕カーバイド粒子（例えば、粒径−８０＋３２５メッシュの粉砕炭化タングステン粒子）；例えば粒径が−３２５メッシュの鋼粒子；例えば粒径が−３２５メッシュのカルボニル鉄粒子；超硬バイト粉末；被覆（例えば、ニッケル被覆）超硬バイト粒子；および、ニッケル被覆炭化タングステン粒子（−８０＋３２５メッシュ）のいずれか一以上を含む。

図３に示すように、粉砕超硬バイト粒子および鋳造カーバイド粒子は、通常、型の体積全体に配置される。

上述のように、溶浸合金３１は、溶浸工程の細に、硬質成分が溶浸合金に接触して劣化しないよう低い融点を有する。

この線に沿うと、溶浸合金の融点は、約５００〜約１４００℃である。出願人は、溶浸合金の融点が約６００〜約８００℃であることを意図する。出願人は、溶浸合金の融点が約６９０〜約７７０℃であることを意図する。出願人は更に、溶浸合金の融点が約７００℃より低いことを意図する。例示する溶浸合金の通常のタイプは、銅基合金、例えば、銅−銀合金、銅−亜鉛合金、銅−ニッケル合金、銅−錫合金およびニッケル−銅−マンガン合金を含む、ニッケル基合金のような銅基合金を含む。例示的な溶浸合金は、以下の表１に記載される。

出願人は、表１の特定の溶浸合金を説明することにより、これらの特定の組成および／または性質を有する溶浸合金により本発明の範囲を限定することを意図しない。

図１の線に沿って全体的に長方形の靱性耐摩耗部材を参照すると、硬質複合材料の硬質粒子は、１００パーセントの粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子を含むことができる。ニッケルは、バランスを含む炭化クロムと共に、約３〜約２５重量パーセントの超硬バイトを含むことができた。超硬バイトの好適な組成物は、約１５重量パーセントのニッケルおよびバランス炭化クロムである。粉砕超硬（ニッケル）炭化クロム粒子の粒径は約−３２５〜約＋８０メッシュである。溶浸合金は、約６０〜約８０重量パーセントの硬質複合材料を含むことができ、粉砕ニッケル浸炭炭化クロムは、約２０〜約４０重量パーセントの硬質複合材料を含むことができる。

図１の実施形態はまた、下記の表１Ａに記載される組成物からも作られる。マトリックス粉末は、表２から採用できる混合物Ｎｏ．２である。硬質成分は、１５重量パーセントの量のニッケルが存在する粉砕ニッケル浸炭炭化クロムである。粉砕浸炭（ニッケル）炭化クロム粒子の粒径は、約−３２５〜約＋８０メッシュである。二ホウ化チタン（ＴｉＢ₂）粒子は−３２５メッシュと同等の粒径を有する。溶浸合金は表１に記載される銅基合金Ａ−１であった。溶浸合金は約６０〜約７０重量パーセントの硬質複合材料を含んだ。

図４を参照すると、支持体５４に固定される硬質複合材料５２を有する靱性耐摩耗部材５０が示される。硬質複合材料５２は、その１つの表面から突出する複数の焼結超硬バイトコンパクト５６を含む。この実施形態において、支持体は通常は４１４０鋼から成る。通常、硬質複合材料本体５２は通常、１０重量パーセントのコバルトとバランス炭化タングステンとの組成物を有する焼結超硬バイトコンパクト５６を含む。マトリックス粉末は、カーバイドおよび／またはカーバイド上の被覆のためのバインダー合金の形のコバルトおよびニッケルと同様に、通常は炭化タングステン、炭化クロムを含む。一つの典型的な溶浸合金は、銅（５３重量パーセント）−ニッケル（１５重量パーセント）−マンガン（２４重量パーセント）−亜鉛（８重量パーセント）の組成を有し、約１１５０℃と同等の融点を有する。

超硬バイトコンパクト５６は、通常、硬質複合材料５２の表面領域の約４０〜約６０パーセントを覆う。超硬バイトコンパクト５６は、通常、硬質複合材料５２の約９０重量パーセントを含む。図示される特定の実施形態において、超硬バイトコンパクト５６は表面から突出し、滴のような形状を有する。超硬バイトコンパクトが正方形または長方形である場合、コンパクトは、硬質複合材料の表面領域の約８０〜約８５パーセントを覆うことができる。

図５を参照すると、円筒状の支持体６４に固定される円筒状の硬質複合材料６２を有する靱性耐摩耗部材６０が示される。この実施形態では、支持体６４は通常は３１６ステンレス鋼または４１４０鋼のいずれかから成る。硬質複合材料本体６２は、通常、タングステン、チタン、ニオブ、タンタル、ハフニウム、クロムおよびジルコニウムを含む一種類以上の超硬バイトを含む硬質成分を含む。マトリックス粉末は、通常、超硬バイト、粉砕超硬バイト、鋳造カーバイド、粉砕カーバイド、炭化タングステン粉体および炭化クロム粉体の内一以上を含む。溶浸合金は、銅（５３重量パーセント）−ニッケル（１５重量パーセント）−マンガン（２４重量パーセント）−亜鉛（８重量パーセント）の組成を有し、約１１５０℃と同等の融点を有する。

部材６０の一の具体例において、硬質複合材料６２は、−８０＋１２０メッシュと同等の粒径を有する粉砕浸炭炭化タングステンを含む硬質成分を含有する。超硬バイトは、１０重量パーセントの量のコバルトが存在するコバルト浸炭炭化タングステンである。硬質複合材料は、さらにこの表２〜６に記載されるマトリックス粉末のいずれか一つであり得るマトリックス粉末を含むが、好ましいマトリックス粉末は、この表２に記載したマトリックス粉末Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３のいずれか一つであってもよい。溶浸合金に対するマトリックス粉末の重量比は、約４０：６０である。いくつかの用途において、硬質成分粉砕浸炭炭化タングステン粒子は、マトリックス粉末と溶浸合金とを含むバランスと共に硬質複合材料の約２．５〜約４０体積パーセント（−８０＋１２０メッシュ）の粒径を有する。しかし、粉砕浸炭炭化タングステン粒子が硬質複合材料の約２〜約４体積パーセントの粒径を有するいくつかの用途がある。粉砕浸炭炭化タングステン粒子も硬質複合材料の約３０〜約４０体積パーセントの粒径を有するいくつかの用途がある。

図６を参照すると、円筒状の支持体７４に固定される円筒状の硬質複合材料７２を有する靱性耐摩耗部材７０が示される。この実施形態では、支持体７４は通常は４１４０鋼または３１６ステンレス鋼から成る。硬質複合材料本体６２は、通常、タングステン、チタン、ニオブ、タンタル、ハフニウム、クロムおよびジルコニウムを含む一種類以上の超硬バイトを含む硬質成分を含む。マトリックス粉末は、通常、超硬バイト、粉砕超硬バイト、鋳造カーバイド、粉砕カーバイド、炭化タングステン粉体および炭化クロム粉体の内一以上を含む。溶浸合金は、銅（５３重量パーセント）−ニッケル（１５重量パーセント）−マンガン（２４重量パーセント）−亜鉛（８重量パーセント）の組成を有し、約１１５０℃と同等の融点を有する。

図５の実施例のように、硬質複合材料７２は、−８０＋１２０メッシュと同等の粒径を有する粉砕浸炭炭化タングステンを含む硬質成分を含有する。超硬バイトは、１０重量パーセントの量のコバルトが存在するコバルト浸炭炭化タングステンである。硬質複合材料は、さらにこの表２〜６に記載されるマトリックス粉末のいずれか一つであり得るマトリックス粉末を含むが、好ましいマトリックス粉末は、この表２に記載したマトリックス粉末Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３のいずれか一つであってもよい。溶浸合金に対するマトリックス粉末の重量比は、約４０：６０である。いくつかの用途において、硬質成分粉砕浸炭炭化タングステン粒子は、マトリックス粉末と溶浸合金とを含むバランスと共に硬質複合材料の約２．５〜約４０体積パーセント（−８０＋１２０メッシュ）の粒径を有する。しかし、粉砕浸炭炭化タングステン粒子が硬質複合材料の約２〜約４体積パーセントの粒径を有するいくつかの用途がある。粉砕浸炭炭化タングステン粒子も硬質複合材料の約３０〜約４０体積パーセントの粒径を有するいくつかの用途がある。

図７および図７Ａを参照すると、支持体８４に固定される硬質複合材料８２を有する、通常８０で示す靱性耐摩耗部材が示される。部材８０は、羽根車砕石機用の中心送りディスクである。本実施形態において、支持体８４は通常は鋼（例えば、４１４０鋼）または白鋳鉄から成る。支持体８４は、内部円筒形突起８８を有する円筒形底部８６を有する。
図７Ａの横断面図から分かるように、支持体８４と硬質複合材料８２との間に非平坦接触面がある。図７および図７Ａからも分かるように、硬質複合材料８２は、異なる磨耗表面９０、９２および円筒状磨耗表面９３を示し、磨耗表面９０は内部円形表面であり、磨耗表面９２は外側円形またはドーナツ状の表面である。

通常、硬質複合材料本体８２は、超硬バイト、炭化珪素、炭化ホウ素、アルミナ、ジルコニアおよび他の適切な硬質材料を通常含む硬質成分を含む。マトリックス粉末が、通常、粉砕炭化タングステン、粉砕浸炭炭化タングステン、粉砕鋳造炭化タングステン、鉄粉、炭化タングステン粉末（テルミット方により、または、相互浸炭された（ｃｏ−ｃａｒｂｕｒｉｚｅｄ）炭化タングステンから作られる炭化タングステン）および／または炭化クロム粉末の一以上を含む。溶浸合金は、銅（５３重量パーセント）−ニッケル（１５重量パーセント）−マンガン（２４重量パーセント）−亜鉛（８重量パーセント）の組成を有し、約１１５０℃と同等の融点を有する。

図８を参照すると、通常、９６として示される靱性耐摩耗部材がある。部材９６は、粗面１００を示す支持体９８を有する。耐磨耗部材９６は、硬質複合材料１０２を更に含む。硬質複合材料１０２と支持体９８の接触面は、図８で示すように粗くなる。

図９を参照すると、通常１０６として示される靱性耐摩耗部材のさらに別の実施形態を示す。耐磨耗部材１０６は、支持体１０８の厚さを通過する穴または孔１１０を含む支持体１０８を含む。支持体１０８がさらに一の深さの閉鎖式の孔１１２および他の深さの閉鎖式の他の孔１１４を含む。孔１１２の深さは孔１１４より深い。

耐磨耗部材１０６も硬質複合材料１１６を含む。硬質複合材料１０６は、図９の横断面図に示されるように、孔（１１０、１１２、１１４）の体積に延長する。硬質複合材料と支持体の接触面は、孔に対する開口の存在を除いて略平坦である。

図１０は、１２０として通常示される中心送りディスクの特定の他の実施形態を示す。ディスク１２０は支持体１２２を含む。支持体１２２は、支持体８４の線に沿って多くの異なる材料から作られる。ディスク１２０は、括弧１２４が示す硬質複合材料を更に含む。硬質複合材料１２４は、外輪１２６を含む。外輪１２６は、ケンキャストマトリックス（ＫｅｎｃａｓｔＭａｔｒｉｘ）で鋳造された硬質粒子を含む。硬質複合材料１２４も、約９０体積パーセントのコバルト浸炭炭化タングステンコンパクトを含む中心部１２８を含む。コバルトは、通常は浸炭炭化タングステンコンパクトの約１０重量パーセントを含む。溶浸合金は、図７および７Ａの実施形態にて使用される溶浸合金と同様である。

特定のマトリックス粉末（混合物Ｎｏ．１〜２０）の実施例は、表２〜６に記載される。

いくつかの具体例に関して、靱性耐摩耗部材が作られ、そこには、支持体および硬質複合材料が存在する。硬質複合材料は、焼結コバルト（１０重量パーセントのコバルト）浸炭炭化タングステンコンパクトを含む硬質成分を含み、マトリックス粉末は、表１の混合物Ｎｏ．１を含み、溶浸合金は、上記の銅（５３重量パーセント）−ニッケル（１５重量パーセント）−亜鉛（８重量パーセント）−マンガン（２４重量パーセント）合金を含んだ。マトリックス粉末は４０重量パーセントを含み、溶浸合金は、マトリックス粉末と溶浸合金との化合物を６０重量パーセントを含んだ。特定の用途によって、浸炭炭化タングステンコンパクトは、マトリックス粉末および溶浸合金を含む硬質複合材料のバランスと共に、約１〜約９５重量パーセントの所定量で存在した。変形例において、および、特定の用途に応じて、浸炭炭化タングステンコンパクトは、硬質複合材料の表面領域の約１重量パーセント〜約９０パーセントの所定量に存在した。いくつかの用途のため、浸炭炭化タングステンコンパクトは、表面領域の約１〜約５パーセントの範囲に存在してもよい。他の用途のため、浸炭炭化タングステンコンパクトは、表面領域の約７０〜約９０パーセントの範囲に存在してもよい。

支持体および硬質複合材料が存在する他の靱性耐摩耗部材が作られた。硬質複合材料は、硬質成分を含んだ。硬質成分は、焼結コバルト（６重量パーセントのコバルト）浸炭炭化タングステンコンパクトを含んだ。マトリックス粉末は、混合物Ｎｏ．２を含んだ。溶浸合金は、銅（５３重量パーセント）−ニッケル（１５重量パーセント）−亜鉛（８重量パーセント）−マンガン（２４重量パーセント）を含む。４５重量パーセントのマトリックス粉末を含み、溶浸合金は、マトリックス粉末と溶浸合金との化合物を５５重量パーセントを含んだ。特定の用途に応じて、浸炭炭化タングステンコンパクトは、マトリックス粉末および溶浸合金を含む硬質複合材料のバランスと共に、約１〜約９５重量パーセントの一定量で存在する。変形例においておよび特定の用途に応じて、硬質複合材料の表面領域の約１〜約９０パーセントの浸炭炭化タングステンコンパクトは一定量に存在した。いくつかの用途のため、浸炭炭化タングステンコンパクトは、表面領域の約１〜約５パーセントの範囲で存在してもよい。他の用途のため、浸炭炭化タングステンコンパクトは、表面領域の約７０〜約９０パーセントの範囲に存在してもよい。

更に別の靱性耐摩耗部材が作られ、そこには、支持体および硬質複合材料が存在する。硬質複合材料は、焼結コバルト（６重量パーセントのコバルト）浸炭炭化タングステン円筒形コンパクトを含む硬質成分を含み、マトリックス粉末は、表１の混合物Ｎｏ．３を含み、溶浸合金は、上記の銅（５３重量パーセント）−ニッケル（１５重量パーセント）−亜鉛（８重量パーセント）−マンガン（２４重量パーセント）合金を含んだ。マトリックス粉末は４０重量パーセントを含み、溶浸合金は、マトリックス粉末と溶浸合金との化合物を６０重量パーセントを含んだ。特定の用途によって、浸炭炭化タングステンコンパクトは、マトリックス粉末および溶浸合金を含む硬質複合材料のバランスと共に、約１〜約９５重量パーセントの所定量で存在した。変形例において、および、特定の用途に応じて、浸炭炭化タングステンコンパクトは、硬質複合材料の表面領域の約１重量パーセント〜約９０パーセントの所定量に存在した。いくつかの用途のため、浸炭炭化タングステンコンパクトは、表面領域の約１〜約５パーセントの範囲に存在してもよい。他の用途のため、浸炭炭化タングステンコンパクトは、表面領域の約７０〜約９０パーセントの範囲に存在してもよい。

支持体および硬質複合材料が存在する他の靱性耐摩耗部材が作られた。硬質複合材料は、硬質成分を含んだ。硬質成分は、焼結コバルト（１０重量パーセントのコバルト）浸炭炭化タングステンコンパクトを含んだ。マトリックス粉末は、表１から混合物Ｎｏ．４を含んだ。溶浸合金は、銅（５３重量パーセント）−ニッケル（１５重量パーセント）−亜鉛（８重量パーセント）−マンガン（２４重量パーセント）を含む。４５重量パーセントのマトリックス粉末を含み、溶浸合金は、マトリックス粉末と溶浸合金との化合物を５５重量パーセントを含んだ。特定の用途に応じて、浸炭炭化タングステンコンパクトは、マトリックス粉末および溶浸合金を含む硬質複合材料のバランスと共に、約１〜約９５重量パーセントの一定量で存在する。変形例においておよび特定の用途に応じて、硬質複合材料の表面領域の約１〜約９０パーセントの浸炭炭化タングステンコンパクトは一定量に存在した。いくつかの用途のため、浸炭炭化タングステンコンパクトは、表面領域の約１〜約５パーセントの範囲で存在してもよい。他の用途のため、浸炭炭化タングステンコンパクトは、表面領域の約７０〜約９０パーセントの範囲に存在してもよい。

同様に当然のことながら、本発明の靱性耐摩耗本体は、例えば、石油精製事業にて使用される流動接触分解ライナを含むことができる、化学工業にて使用される流体ライナのような高温での用途にて使用されることができる。運転温度は、略室温〜約１６００°Ｆである。

全ての特許、特許出願、物品およびここで識別される他の文書は、ここで本願明細書に引用したものとする。本発明の他の実施形態は、当業者にとって、明細書の考察、または、ここで開示される本発明の実施から明らかでもよい。ここで記載される明細書およびあらゆる実施例が、説明のためだけに、以下の請求項によって示される本発明の真の精神と範囲により考慮されることが意図される。

以下は、本願の一部を成す図面の簡単な説明である：
靱性耐摩耗部材は、耐摩耗性を付与する硬質複合材料と、溶浸マトリクスおよび強靭性を付与する支持体（例えば、鋼）に保持される硬質成分を含む、板状の靱性耐摩耗部材の等角図である。マトリックスは、硬質複合材料を形成するために硬質成分を保持し、硬質複合材料と支持体との間に結合が存在する、硬質複合材料および支持体を含む硬質部材の概略図である。溶浸マトリックス材料は硬質成分の集合体上にあり、硬質成分の集合体は支持体に配置される、硬質成分の集合体を介したマトリックス材料の溶浸前の型の図２の硬質部材の構成要素の概略図である。硬質複合材料の一部を含む複数の焼結超硬バイトコンパクトの少なくとも一部が、硬質複合材料の表面から突出する、硬質複合材料支持体を含む硬質部材の特定の実施形態の等角図である。外部表面が耐磨耗性を有するよう、管の内層が支持体を含み、管の外層が硬質複合材料を含む、耐磨耗性管の横断面図である。内層が耐磨耗性を有するよう、管の外層が支持体を含み、管の内層が硬質複合材料を含む、耐磨耗性管の横断面図である。ディスクが、円形の磨耗表面と共に硬質複合材料が存在する内部を有し、円筒状磨耗表面および外側部が円形又ドーナツ状の磨耗表面を有し、支持部材は、硬質複合材料との接触面のための非平坦接触面（又は、表面）を示す、羽根車砕石機用の中心送りディスクの等角図である。硬質複合材料と支持体との間の非平面接触面を図示する、図７の中心送りディスクの横断面図である。硬質複合材料と支持体との接触面が粗面である、靱性耐摩耗部材の横断面図である。支持体が、孔内に含まれる一部の硬質複合材料と共に孔を含む、靱性耐摩耗部材の横断面図である。硬質複合材料が、マトリックス内に硬質カーバイド粒子の外輪および、マトリックス粉末および溶浸合金に保持される超硬バイト成形体を含む内部を含み、硬質複合材料は支持体上にある、中心送りディスクの他の実施形態の横断面図である。

Claims

靱性耐摩耗硬質部材であって、
硬質複合部材と、
前記硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含み、
前記硬質複合部材は、前記支持体の前記隣接した表面領域の少なくとも一部で前記支持体に固定され、
前記硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含み、前記個別硬質成分の各々が約０．００１〜約１６平方インチの表面領域を有するようなサイズを有し、
前記硬質複合部材が、硬質粒子を含むマトリックス粉末を更に含み、略全ての前記硬質粒子が前記硬質成分の前記サイズより小さいサイズを有し、
前記硬質複合部材が約５００〜約１４００℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、前記溶浸合金は、溶浸により前記硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により前記個別硬質成分と前記マトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、前記硬質成分、前記マトリックス粉末、および、前記溶浸合金は、前記硬質複合部材を形成するよう共に結合され、
前記支持体は前記溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、前記溶浸合金は、前記支持体と前記硬質複合部材との接合箇所で、節点を形成する、靱性耐摩耗硬質部材。
前記マトリックス粉末が、粉砕超硬バイト粒子、粉砕鋳造カーバイド粒子、粉砕カーバイド粒子および超硬バイト粉末、鋼粒子、カルボニル鉄粒子および被覆カーバイド粒子の内一以上を含む、請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約５０〜約７０重量パーセントの、粒径−８０＋３２５メッシュの粉砕炭化タングステンと、約２４〜約３２重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕鋳造炭化タングステンと、約０．８〜約１．２重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの鋼粒子と、約０．８〜１．２重量パーセントの、粒径−３２５メッシュのカルボニル鉄粒子と、０〜約７重量パーセントの、粒径−４５メッシュの炭化クロム粒子と、０〜約２５重量パーセントの、粒径−３２５メッシュのニッケル被覆炭化タングステン粒子と、０〜約１５重量パーセントの、−１４０＋３２５メッシュの粒径を有する粉砕浸炭炭化クロム−ニッケル粒子と、を含む請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約６５〜約６９重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、約２９重量パーセンと約３３重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、約０．９〜約１．１重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの鋼粒子と、約０．９〜約１．１重量パーセントの、粒径−３２５メッシュのカルボニル鉄粒子と、を含む請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約６１〜約６６重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、約２７重量パーセンと約３１重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、約０．８〜約１．０重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの鋼粒子と、約０．８〜約１．０重量パーセントの、粒径−３２５メッシュのカルボニル鉄粒子と、約６５〜約６９重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、約２９〜約３３重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、約０．９〜約１．１重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの鋼粒子と、約０．９〜約１．１重量パーセントの、粒径−３２５メッシュのカルボニル鉄粒子と、約４〜約６重量パーセントの、粒径−４５メッシュの炭化クロム粒子と、を含む請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約５１〜約５６重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、約２２重量パーセンと約３７重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、約０．７〜約０．９重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの鋼粒子と、約０．７〜約０．９重量パーセントの、粒径−３２５メッシュのカルボニル鉄粒子と、約１５〜約２５重量パーセントの、粒径−３２５メッシュのニッケル被覆炭化タングステン粒子と、を含む請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約５８〜約６３重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、約２５重量パーセンと約２９重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、約０．８〜約１．０重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの鋼粒子と、約０．８〜約１．０重量パーセントの、粒径−３２５メッシュのカルボニル鉄粒子と、約８〜約１２重量パーセントの、−１４０＋３２５メッシュの粒径を有する粉砕浸炭炭化クロム−ニッケル粒子と、を含む請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約６５〜約６９重量パーセントの、−８０＋３２５メッシュの粒径を有する粉砕炭化タングステン粒子と、約１２重量パーセンと約１７重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、約１２〜約１７重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、約１．５〜約２．５重量パーセントの、粒径−３２５メッシュのニッケル粒子と、を含む請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約６１〜約６６重量パーセントの、−８０＋３２５メッシュの粒径を有する粉砕炭化タングステン粒子と、約１１重量パーセンと約１６重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、約１１〜約１６重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、約１．５〜約２．５重量パーセントの、粒径−３２５メッシュのニッケル粒子と、約４〜約６重量パーセントの、−４５メッシュの粒径を有する炭化クロム粒子と、を含む請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
約５１〜約５６重量パーセントの、−８０＋３２５メッシュの粒径を有する粉砕炭化タングステン粒子と、約１０重量パーセンと約１５重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、約１０重量パーセンと約１５重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕鋳物炭化タングステン粒子と、約１．３〜約１．９重量パーセントの、粒径−３２５メッシュのニッケル粒子と、約１５〜約２５重量パーセントの、粒径−３２５メッシュのニッケル被覆炭化タングステン粒子と、を含む請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約５８〜約６３重量パーセントの、−８０＋３２５メッシュの粒径を有する粉砕炭化タングステン粒子と、約１２重量パーセンと約１７重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、約１２重量パーセンと約１７重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、約１．５〜約２．５重量パーセントの、粒径−３２５メッシュのニッケル粒子と、約７〜約１３重量パーセントの、−１４０＋３２５メッシュの粒径を有する粉砕浸炭炭化クロム−ニッケル粒子と、を含む請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約８０〜約１００重量パーセントの、−１４０＋３２５メッシュの粒径を有する粉砕コバルト浸炭炭化タングステン粒子と、約０重量パーセンと約１０重量パーセントの、粒径−４５メッシュの炭化クロム粒子と、約０重量パーセンと約２５重量パーセントの、粒径−３２５メッシュのニッケル被覆炭化タングステン粒子と、約０〜約１５重量パーセントの、−１４０＋３２５メッシュの粒径を有する粉砕焼結炭化ニッケル粒子と、を含む請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約１００重量パーセントの、−１４０＋３２５メッシュの粒径を有する粉砕コバルト浸炭炭化タングステン粒子を含む、請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約９５重量パーセントの、−１４０＋３２５メッシュの粒径を有する粉砕コバルト浸炭炭化タングステン粒子と、約５重量パーセントの、−４５メッシュの粒径を有する炭化クロム粒子と、を含む、請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約８０重量パーセントの、−１４０＋３２５メッシュの粒径を有する粉砕コバルト浸炭炭化タングステン粒子と、約２０重量パーセントの、−３２５メッシュの粒径を有するニッケル被覆炭化タングステン粒子と、を含む、請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約９０重量パーセントの、−１４０＋３２５メッシュの粒径を有する粉砕コバルト浸炭炭化タングステン粒子と、約１０重量パーセントの、−１４０＋３２５メッシュの粒径を有する粉砕浸炭炭化クロム−ニッケル粒子と、を含む、請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約８０重量パーセントの、−３２５メッシュの粒径を有するニッケル浸炭炭化タングステン粒子と、約０重量パーセンと約１０重量パーセントの、粒径−４５メッシュの炭化クロム粒子と、約０重量パーセンと約２５重量パーセントの、粒径−３２５メッシュのニッケル被覆炭化タングステン粒子と、約０〜約１５重量パーセントの、−１４０＋３２５メッシュの粒径を有する粉砕浸炭炭化クロム−ニッケル粒子と、を含む請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約１００重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化タングステン粒子を含む、請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約９５〜約５重量パーセントの間の、粒径−４５メッシュの炭化クロム粒子を含む、請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約８０重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化タングステン粒子と、約２０重量パーセントの、−３２５メッシュの粒径を有するニッケル被覆炭化タングステン粒子と、を含む、請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約９０重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化タングステン粒子と、約１０重量パーセントの、−３２５メッシュの粒径を有するニッケル被覆炭化タングステン粒子と、を含む、請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
前記マトリックス粉末が、約８５重量パーセントの、粒径−３２５メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化タングステン粒子と、約１５重量パーセントの、−３２５メッシュの粒径を有するニッケル被覆炭化タングステン粒子と、を含む、請求項１記載の靱性耐摩耗部材。
靱性耐摩耗硬質部材であって、
表面領域を有する支持体と、
前記支持体の表面領域の少なくとも一部で前記支持体に固定される硬質複合部材と、を備え、
前記硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含み、
前記個別硬質成分の各々が約０．００１〜約１６平方インチの表面領域を有するようなサイズを有し、
前記個別硬質成分が、少なくとも一種類の超硬バイト及びセラミックを含み、該超硬バイト及びセラミックが、
バインダーがコバルト、ニッケル、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、焼結浸炭炭化タングステン、
バインダーがコバルト、ニッケル、鉄およびモリブデンの内一以上を含み、被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む被覆焼結浸炭炭化タングステン、
一種類以上の前記カーバイド、窒化物および一種類以上のチタン、ニオブ、タンタル、ハフニウムおよびジルコニウム、炭化タングステンのホウ化物、
前記被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、一種類以上の前記被覆カーバイド、被覆窒化物および一種類以上のチタン、ニオブ、タンタル、ハフニウムおよびジルコニウムの被覆ホウ化物、
前記被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、被覆炭化タングステン、
前記被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、被覆炭化珪素、
前記被覆がニッケル、コバルト、鉄およびモリブデンの内一以上を含む、被覆窒化珪素、
被覆炭化ホウ素、のうちの一種類以上を含み、
前記硬質複合部材が、硬質粒子を含むマトリックス粉末を更に含み、前記マトリックス粉末の略全ての前記硬質粒子が前記硬質成分の前記サイズより小さいサイズを有し、
前記硬質複合部材が約５００〜約１４００℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、前記溶浸合金は、溶浸により前記硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により前記個別硬質成分と前記マトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、前記硬質成分、前記マトリックス粉末、および、前記溶浸合金は、前記硬質複合部材を形成するよう共に結合され、前記支持体は前記溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、前記溶浸合金は、前記支持体と前記硬質複合部材との接合箇所で節点を形成する、靱性耐摩耗硬質部材。
前記溶浸合金が、約１５〜約５５重量パーセントの銅と、約１〜約１８重量パーセントのニッケルと、約５〜約４０重量パーセントの亜鉛と、約２５重量パーセントまでのマンガンと、約１５〜約７５重量パーセントの銀と、約５重量パーセントまでの錫と、を含む、請求項２３記載の靱性耐摩耗部材。
前記溶浸合金は、約５３重量パーセントの銅と、約１５重量パーセントのニッケルと、約８重量パーセントの亜鉛と、約２４重量パーセントのマンガンと、を含む請求項２４記載の靱性耐摩耗部材。
前記溶浸合金は、約４５重量パーセントの銅と、約３５重量パーセントの亜鉛と、約２０重量パーセントの銀と、を含む請求項２４記載の靱性耐摩耗部材。
前記溶浸合金は、約４０重量パーセントの銅と、約３３重量パーセントの亜鉛と、約２５重量パーセントの銀と、約２重量パーセントの錫と、を含む請求項２４記載の靱性耐摩耗部材。
前記溶浸合金は、約４２重量パーセントの銅と、約２重量パーセントのニッケルと、約５６重量パーセントの銀と、を含む請求項２４記載の靱性耐摩耗部材。
前記溶浸合金は、約２０重量パーセントの銅と、約１０重量パーセントの亜鉛と、約７０重量パーセントの銀と、を含む請求項２４記載の靱性耐摩耗部材。
前記溶浸合金が、約６００℃〜約８００℃の融点を有する、請求項２４記載の靱性耐摩耗部材。
前記溶浸合金が、約６９０℃〜約７７０℃の融点を有する、請求項２４記載の靱性耐摩耗部材。
前記溶浸合金が、約７００℃より低い融点を有する、請求項２４記載の靱性耐摩耗部材。
前記硬質成分が、焼結コバルト浸炭炭化タングステンコンパクトを含み、前記コバルトの含有量が約１０重量パーセントである、請求項２３記載の靱性耐摩耗部材。
前記硬質成分が、焼結コバルト浸炭炭化タングステンコンパクトを含み、前記コバルトの含有量が約６重量パーセントである、請求項２３記載の靱性耐摩耗部材。
前記硬質成分は、ニッケル被覆焼結コバルト浸炭炭化タングステンコンパクトを含み、前記コバルトの含有量が約１０重量パーセントである、請求項２３記載の靱性耐摩耗部材。
靱性耐摩耗硬質部材であって、
硬質複合部材と、
前記硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含み、
前記硬質複合部材は、前記支持体の前記隣接した表面領域の少なくとも一部で前記支持体に固定され、
前記硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含み、前記個別硬質成分の各々が約０．００１〜約１６平方インチの表面領域を有するようなサイズを有し、
前記硬質複合部材が、硬質粒子を含むマトリックス粉末を更に含み、略全ての前記硬質粒子が前記硬質成分の前記サイズより小さいサイズを有し、
前記硬質複合部材が約５００〜約１４００℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、前記溶浸合金は、溶浸により前記硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により前記個別硬質成分と前記マトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、前記硬質成分、前記マトリックス粉末、および、前記溶浸合金は、前記硬質複合部材を形成するよう共に結合され、
前記支持体は前記溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、前記溶浸合金は、前記支持体と前記硬質複合部材との接触面で節点を形成する、靱性耐摩耗硬質部材。
前記硬質複合材料が、前記支持体のほぼ全ての隣接した表面領域に亘って前記支持体に固定される、請求項３６記載の靱性耐摩耗部材。
前記支持体の前記隣接した表面領域の前記硬質複合材料が固定された部分が粗くなる、請求項３６記載の靱性耐摩耗部材。
前記支持体が、少なくとも一の孔と、前記孔内に含まれる少なくとも一部の前記硬質複合材料とを含む請求項３６記載の靱性耐摩耗部材。
前記支持体が複数の表面領域を有し、前記硬質複合材料が略前記複数の表面領域の略全体で支持体に固定されている請求項３６記載の靱性耐摩耗部材。
靱性耐摩耗硬質部材であって、
硬質複合部材と、
前記硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含み、
前記硬質複合部材は、前記支持体の前記隣接した表面領域の少なくとも一部で前記支持体に固定され、
前記硬質複合部材が粒径約−３２５〜約＋８０メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子を含み、
前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子のニッケルの含有量が約３〜２５重量パーセントであり、
前記硬質複合部材が約５００〜約１４００℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、前記溶浸合金は、溶浸により前記硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により前記個別硬質成分と前記マトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、前記硬質成分、前記マトリックス粉末、および、前記溶浸合金は、前記硬質複合部材を形成するよう共に結合され、
前記溶浸合金が約６０〜約８０重量パーセントの前記硬質複合材料を含み、前記ニッケル浸炭炭化クロム粒子が約２０〜約４０重量パーセントの前記硬質複合材料を含み、
前記支持体は前記溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、前記溶浸合金は、前記支持体と前記硬質複合部材との接触面で節点を形成する、靱性耐摩耗硬質部材。
前記ニッケル浸炭炭化クロム粒子のニッケルの含有量が約１５重量パーセントである請求項４１記載の靱性耐摩耗部材。
靱性耐摩耗硬質部材であって、
硬質複合部材と、
前記硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含み、
前記硬質複合部材は、前記支持体の前記隣接した表面領域の少なくとも一部で前記支持体に固定され、
前記硬質複合部材は超硬バイトコンパクトを含み、前記超硬バイトコンパクトが前記硬質複合材料の前記表面領域の約４０パーセント〜約８５パーセントを覆い、
前記硬質複合材料が硬質粒子を含むマトリックス粉末を更に含み、
前記硬質複合部材が約５００〜約１４００℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、前記溶浸合金は、溶浸により前記硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により前記個別硬質成分と前記マトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、前記硬質成分、前記マトリックス粉末、および、前記溶浸合金は、前記硬質複合部材を形成するよう共に結合され、
前記支持体は前記溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、前記溶浸合金は、前記支持体と前記硬質複合部材との接触面で節点を形成する、靱性耐摩耗硬質部材。
前記超硬バイトがコバルト浸炭炭化タングステンを含み、前記超硬バイトコンパクトが約４０〜約６０パーセントの前記硬質複合材料の前記表面領域を覆う請求項４３記載の靱性耐摩耗部材。
前記超硬バイトコンパクトの一部が前記硬質複合材料の前記表面から突出する請求項４４記載の靱性耐摩耗部材。
前記超硬バイトコンパクトが約９０重量パーセントの前記硬質複合材料を含む請求項４３記載の靱性耐摩耗部材。
前記超硬バイトがコバルト浸炭炭化タングステンを含み、前記超硬バイトコンパクトが約８０〜約８５パーセントの前記硬質複合材料の前記表面領域を覆う請求項４３記載の靱性耐摩耗部材。
前記超硬バイトコンパクトの略全てが、前記硬質複合材料の前記表面から突出しない請求項４７記載の靱性耐摩耗部材。
靱性耐摩耗硬質部材であって、
硬質複合部材と、
前記硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含み、
前記硬質複合部材は、前記支持体の前記隣接した表面領域の少なくとも一部で前記支持体に固定され、
前記硬質複合部材は、該硬質複合部材に分布する複数の個別硬質成分を含み、前記硬質成分が粒径−３２５＋８０メッシュの一種類以上の粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と粒径−３２５メッシュの二ホウ化チタン粒子とを含み、
前記硬質複合部材は、約６５〜約６９重量パーセントの粒径−８０＋３２５メッシュの粉砕炭化タングステン粒子と、約１２〜約１７重量パーセントの−３２５メッシュの粒径を有する粉砕炭化タングステン粒子と、約１２〜約１７重量パーセントの−３２５メッシュの粒径を有する粉砕鋳造炭化タングステン粒子と、約１．５〜約２．５重量パーセントの粒径−３２５メッシュのニッケル粒子とを含むマトリックス粉末とを更に含み、
前記硬質複合部材が約５００〜約１４００℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、前記溶浸合金は、溶浸により前記硬質成分が実質的に劣化しないよう、熱により前記個別硬質成分と前記マトリックス粉末との混合物に溶浸され、それにより、前記硬質成分、前記マトリックス粉末、および、前記溶浸合金は、前記硬質複合部材を形成するよう共に結合され、
前記支持体は前記溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、前記溶浸合金は、前記支持体と前記硬質複合部材との接合箇所で、節点を形成する、靱性耐摩耗硬質部材。
前記マトリックス粉末が、該マトリックス粉末と前記硬質成分との前記混合物を約３５〜約４５重量パーセント含み、粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子が、前記マトリックス粉末と前記硬質成分との前記混合物を約３５〜約４５重量パーセント含み、前記二ホウ化チタン粒子は、前記マトリックス粉末と前記硬質成分との前記混合物を約１５〜約２５重量パーセント含む請求項４９記載の靱性耐摩耗硬質部材。
前記硬質成分は二ホウ化チタンを含み、前記マトリックス粉末が、前記マトリックス粉末と前記二ホウ化チタン粒子との前記混合物を約７５〜約８５重量パーセント含み、前記二ホウ化チタン粒子は、前記マトリックス粉末と前記二ホウ化チタン粒子との前記混合物を約１５〜約２５重量パーセント含む、請求項４９記載の靱性耐摩耗硬質部材。
前記硬質成分は二ホウ化チタンを含み、前記マトリックス粉末が、前記マトリックス粉末と前記二ホウ化チタン粒子との前記化合物を約６０〜約７５重量パーセント含み、前記二ホウ化チタン粒子は、前記マトリックス粉末と前記二ホウ化チタン粒子との前記化合物を約２０〜約４０重量パーセント含む、請求項４９記載の靱性耐摩耗硬質部材。
前記溶浸合金が、約５３重量パーセントの銅と、約１５重量パーセントのニッケルと、約８重量パーセントの亜鉛と、約２４重量パーセントのマンガンとを含む請求項４９記載の靱性耐摩耗部材。
前記溶浸合金が約６０〜約７０重量パーセントの前記硬質複合材料を含む請求項４９記載の靱性耐摩耗硬質部材。
靱性耐摩耗硬質部材であって、
硬質複合部材と、
前記硬質複合部材に隣接した表面領域を有する支持体と、を含み、
前記硬質複合部材は、前記支持体の前記隣接した表面領域の少なくとも一部で前記支持体に固定され、
前記硬質複合部材が粒径−３２５＋８０メッシュの粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と粒径−３２５メッシュの二ホウ化チタン粒子とを含み、前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子が、前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と前記二ホウ化チタン粒子との組み合わせを約４５〜約７０重量パーセント含み、前記二ホウ化チタン粒子が前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と前記二ホウ化チタン粒子との前記組み合わせを約３０〜約５５重量パーセント含み、
前記硬質複合部材が約５００〜約１４００℃の融点を有する溶浸合金を更に含み、前記溶浸合金は、溶浸により前記粒子が実質的に劣化しないよう、熱により前記粒子の混合物に溶浸され、それにより、前記粒子および前記溶浸合金は、前記硬質複合部材を形成するよう共に結合され、
前記支持体は前記溶浸合金と接合可能な材料から成り、それにより、前記溶浸合金は、前記支持体と前記硬質複合部材との接合箇所で、節点を形成する、靱性耐摩耗硬質部材。
前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子が、前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と前記二ホウ化チタン粒子との前記組み合わせを約６６重量パーセント含み、前記二ホウ化チタン粒子が前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と前記二ホウ化チタン粒子との前記組み合わせを約３４重量パーセント含む請求項５６記載の靱性耐摩耗硬質部材。
前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子が、前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と前記二ホウ化チタン粒子との前記組み合わせを約５０重量パーセント含み、前記二ホウ化チタン粒子が前記粉砕ニッケル浸炭炭化クロム粒子と前記二ホウ化チタン粒子との前記組み合わせを約５０重量パーセント含む請求項５６記載の靱性耐摩耗硬質部材。