JP2010540256A - ろう材金属被覆物品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

一つの実施形態において、炭化物含有物品は超研摩材層（５２）を取り付けた炭化物本体（５４）を含む。ろう材金属被覆（５６）を炭化物基材（５４）の表面に取り付ける。被覆（５６）は、主に融点が１２００℃より低い金属の粒子で構成され、粒子の大きさは０．１ｍｍ未満である。別の実施形態において、ろう材金属被覆（５６）を超研摩材（５２）又はその他の物品の炭化物本体（５４）に適用するための方法は、低融点金属の微細な粒子を該炭化物本体に、該粒子とガスを５００ｋｍ／ｓｅｃと２ｋｍ／ｓｅｃの間の速度、毎分５０グラム未満の粒子の体積供給量で該本体にスプレーすることにより被着させることを含む。

Description

本特許の出願書類は少なくとも１枚のカラーで作成された写真または図面を含む。本特許のカラー図面または写真を含む写しは、要請があれば必要な費用の支払いに応じて特許商標局（米国）から提供される。

〔関連出願への相互参照〕
本特許出願は、２００７年１０月５日に出願され、その開示全体が参照によって本明細書に組み込まれる同時係属中の米国仮特許出願第６０／９７７６９４号の優先権を主張する。

〔技術分野〕
本明細書に記載される実施形態は、一般に、超研摩材物品などの被覆された物品と、超研摩材物品の炭化物基材などの炭化物含有物品にろう材金属を被覆する方法を対象とする。実施形態はまた、炭化物を含有する切削用部品又はその他の工具にろう材金属を被覆するためにコールドスプレー又はカイネティックメタライゼーションを用いるための方法を対象とする。

超研摩材工具などの金属切削用及び成形用工具の製造では、一般に、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）又は多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）材料又はブランクを放電加工（ＥＤＭ）により切削して小さな精密成形ピースにし、工具ホルダーにろう付けすることが必要になる。多くのＰＣＤ及びＰＣＢＮ材料は、ＰＣＤ及びＰＣＢＮ材料の片面又は片側に配置した炭化物基材層が拡散接合された形で供給される。この炭化物とＰＣＤ又はＰＣＢＮのブランクは、一般にＥＤＭ又はその他の方法を用いて切断してチップにされる。各チップの炭化物の面にろう材金属を適用し、その後高温でろう付けを行って、チップを工具に、例えばドリル、鋸、あるいはその他の道具に、取り付ける。チップを工具にろう付けする前に工具メーカーがろう材金属箔を工具に合わせて切断し仮付け（貼り付け、クランプ、手での保持）する必要がないように、ろう材金属層を超研摩材ブランクの炭化物側に結合又は付着させることが望ましい。これは、工具メーカーが何百個もの同一工具を製造しなければならない場合、又は少数の異なる形状のチップを製造しなければならない場合に、特に好都合である。

ＰＣＤ又はＰＣＢＮのチップにろう材金属層を適用するためには、ユーザーはろう材金属箔を切断し、そのろう材金属箔を各ＰＣＤ又はＰＣＢＮチップの炭化物側に接着剤を用いて貼り付けなければならない。あるいは、ユーザーは、切断した箔を各ＰＣＤ又はＰＣＢＮチップに別な方法で固定してもよい。この工程は複雑で多大な労力を要し、非常に時間がかかり、その結果工具製造業者のコストを増大させる。クランプした工具／チップ／ろう材金属系を、溶融させる前に加熱している間に、仮付けが機能しなくなり、チップの位置が工具に対してずれたり、工具から脱落することがある。

炭化物で被覆されたＰＣＤ及びＰＣＢＮへろう材金属を適用することはない。普通、炭化物は金属が３０パーセント未満であり、従ってろう材金属とＰＣＤ又はＰＣＢＮ物品の炭化物側とを結合させてＥＤＭによる切削と日常的な取り扱いに耐えることができるようすることは困難である。単純な低温接着剤又は半田は、ＥＤＭ作業の間に劣化又は溶融するので、役に立たない。

拡散接合された良質の金属フィルムが存在する。しかし、拡散接合された金属フィルムを形成するためには高圧高温（ＨＰＨＴ）が必要なので、これらの物品は非常に高価である。これは、材料や物品のＰＣＤ又はＰＣＢＮ部分に割れや欠けなどのむらを生じさせる可能性がある。拡散接合された金属フィルムは、切断された小さなチップ（＜５ｍｍ）に高圧を用いずに取り付けることができる。しかし、最初にチップを特定の形にカットし、ろう付け箔又はペーストを小さな各チップに個別に貼付又は塗布してから、各チップを個別に又は個々の容器内で加熱しなければならないので、これは不便であり、融通性がなく、多大な労力を要し、かつ時間がかかる。

現在は、接着用のろう材金属を約５ｍｍ未満の厚さのＰＣＢＮチップに炉中でのろう付けによって適用している（例えば、米国特許出願公開第２００４／０１５５０９６号明細書参照）。この方法は、ＥＤＭでの切断前のＰＣＢＮチップに金属粉末と樹脂で作られるろう材ペーストを塗布する工程と、塗布されたチップをグラファイトトレーの個別のグラファイトキャビティーに入れる工程と、炉内でトレーを高温に熱する工程を含む。しかし、この方法は、熱応力、ＰＣＤ又はＰＣＢＮと炭化物の剥離、及び炭化物、超研摩材材料、又はその両方における割れの発生のために、５ｍｍより厚いＰＣＤ又はＰＣＢＮ部品に塗布するのに用いることができない。

超研摩材インサートに溶接可能な金属層を適用する従来の試みとしては、国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０３１３３３号明細書に記載されているものがある。しかし、その文書に記載された方法は加熱ガスの使用を必要とし、高熱に耐えられる金属層に限定される。この高温法は完成した工具の質を望ましくないものにする。ＰＣＤ及びＰＣＢＮ材料に塗布する他の高温法が試みられており、それには電気スパークコーティング（例えば米国特許第５１０２０３１号明細書参照）や、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）スプレーコーティング（例えば米国特許出願公開第２００１／０００１０４２号明細書参照）が含まれる。しかし、この方法で作られるろう付け層は、ＰＣＤ又はＰＣＢＮの炭化物側にバルクの溶融金属を塗布することで超研摩材材料が過熱されて全体的な硬度が低下するため、品質が良くない。また、バルクの溶融金属を塗布することによって、冷却中のろう材金属層に割れ又は収縮が生じて剥離を招きがちである。溶融金属流体によるコーティングは、たいていの流体金属による炭化物の濡れが良くないために困難であり、流体フィルムが凝集してコーティングの被覆率及び／又は厚さの均一性の低下につながる。

したがって、超研摩材チップの炭化物基材にろう材金属を適用するための方法であって、熱による割れの発生を回避する一方で、強靭でしっかり付着した一様なろう材金属フィルムを目的の超研摩材の炭化物側に作る方法が必要とされている。

ここに提示される実施形態は、一般に、炭化物に対するろう材金属被覆、炭化物でコーティングされたＰＣＤ及びＰＣＢＮ材料に対するろう材金属被覆、及び炭化物又は炭化物で被覆されたＰＣＤ及びＰＣＢＮ材料にろう材金属被覆を適用する方法に関する。いろいろな実施形態において、ろう材金属は、炭化物物品の表面に、あるいはＰＣＤ又はＰＣＢＮ物品の炭化物基材に、コールドメタライゼーション法によって、例えば、それだけに限定されないが、カイネティックメタライゼーション、コールドスプレーメタライゼーション、電磁粒子加速、変形された高速空気燃料スプレー、又は高速インパクトフュージョンなどの方法によって、被着させることができる。

一つの実施形態では、超研摩材物品は超研摩材層とその超研摩材層に付着した炭化物基材を含む。任意選択的に、炭化物基材そのものを、ここに記載されている方法を使って処理することもできる。炭化物基材の金属含有量は３０体積％未満である。ろう材金属被覆は炭化物基材の表面に付着される。この被覆は主に、融点が１２００℃より低い金属、例えば銅、銀、亜鉛、錫、ビスマス、鉛など、あるいはそれらの組み合わせ又は合金で製作される。被覆は、個々の大きさが０．１ｍｍ未満の、金属の粒子で製作してもよい。任意選択的に、被覆は少量（例えば、５パーセント未満又は４パーセント未満）の、融点がもっと高い金属、例えばチタン、を含んでもよい。任意選択的に、物品はろう材金属被覆上にフラックス層、例えば硼砂粉末のフラックス層など、を含むこともできる。

別の実施形態において、炭化物を含む物品にろう材金属被覆を適用するための方法は、融点が１２００℃より低い金属の粒子をカイネティックメタライゼーションによって炭化物の表面に被着することを含む。この方法はまた、被着する前に、炭化物に表面形状を付与することと金属粒子を予熱することを含んでもよい。被着は、金属粒子とガスをスプレーノズルへ供給することと、そのスプレーノズルを通して金属粒子とガスを基材上に導くこと含むことができる。任意選択的に、基材上に導くのは、粒子とガスを５００ｋｍ／ｓｅｃと２ｋｍ／ｓｅｃの間の速度、毎分５０グラム未満の粒子の体積供給量で、基材にスプレーすることを含むことができる。

別の実施形態において、超研摩材ブランクを作成するための方法は、約２体積％と約３０体積％の間の金属を含む炭化物基材に超研摩材層を塗布すること、ろう材金属の被覆を炭化物基材にコールドメタライゼーション法によって被着させること、そして被着後に、ろう材で被覆された物品からブランクを切り取ることを含む。コールドメタライゼーション法としては、例えば、カイネティックメタライゼーション、コールドスプレーメタライゼーション、電磁粒子加速、変形された高速空気燃料スプレー、又は高速インパクトフュージョンを挙げることができる。被着は、微細な（５μｍ〜１００μｍ）銅又はその他の金属粉末と空気又はその他のガスをスプレーノズルに供給することと、そのスプレーノズルを通して金属粉末とガスを基材上に導くことを含むことができる。任意選択的に、基材上に導くのは、粉末とガスを５００ｋｍ／ｓｅｃと２ｋｍ／ｓｅｃの間の速度、毎分５０グラム未満の粒子の体積供給量で、基材にスプレーすることを含むことができる。

ろう材金属で被覆された工具を製造する方法における典型的な工程を説明する図である。

典型的な超研摩材工具がろう材金属被覆を受けるところを説明する図である。

本発明に従ってＰＣＤブランクに適用された被覆を説明する図である。

本発明に従って適用された典型的な被覆に割れ又は剥離がないのを説明する図である。

本発明の実施形態を説明する前に、システムや方法や手順は様々であり得るので、本発明はここに記載された特定のシステム、方法又は手順に限定されるものではないことを了解しておくべきである。また、ここで用いられる用語は特定の実施形態を説明するためのものであり、本発明の開示の範囲を制限しようとするものではなく、それは特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。

原文明細書及び特許請求の範囲において用いられる、単数形の“a”、“an”及び“the”は、前後の文脈から明らかにそうでないことがはっきりしている場合を除き、複数への言及も含むものである。本明細書において用いられるすべての技術及び科学用語は、そうでないことが明確に記載されていない限り、当業者によって普通に了解されるのと同じ意味を有する。本明細書で用いられる「含む（comprising）」という用語は、「包含するが、それには限定されない」ということを意味する。

本明細書で用いられる「ろう材金属」という用語は、超研摩材インサート又はブランクの炭化物基材とそのインサート又はブランクを保持する工具との間で結合フィルム又は層として働く任意の物質、フィルム、又は層を意味する。この結合は、「ろう付け」として広く知られている方法によって形成される、主に接着的な性質のものであり、このろう付けは、一般に、ろう材金属を加熱して溶融させ、溶融物を毛管力又は圧力によって広がらせてから、溶融物を凝固させて工具とチップを結合する接着フィルムを形成することを含む。接着フィルム又は層は一般的に、厚さが０．０００１インチ〜０．０１０インチ以上、又は０．０５ｍｍ〜約１．２ｍｍ、融点が４００℃〜１２００℃の金属又は合金である。ろう材金属層は、超研摩材チップ、基材、又は物品と反応するものでもしないものでもよく、普通は抗酸化性である。

本明細書で用いる「コールドメタライゼーション」という用語は、金属も基材もあまり顕著に加熱することなく金属を基材に被着させることができる方法を指す。「あまり顕著に加熱することなく」とは、金属が溶融しないこと、そして任意選択的に、炭化物の最高温度が瞬間とは言えない長さの時間の間、常に３００℃より低いことを意味する。コールドメタライゼーション法の例としては、それだけに限定されないが、カイネティックメタライゼーション、コールドスプレーメタライゼーション、電磁粒子加速、変形された高速空気燃料スプレー、高速インパクトフュージョンなど、あるいは粒子を高速でスプレーすることによって非溶融金属粒子を炭化物基材の表面に被着させる同様の方法が挙げられる。粒子は、融点より低い温度に、例えば最高で５００℃又はそれ以上に予熱してもよい。

一部の実施形態において、ろう材金属被覆を炭化物物品に、例えば炭化タングステン工具に、又はＰＣＤもしくはＰＣＢＮ切削エレメントの炭化物基材に被着させる方法は、コールドメタライゼーション、例えばカイネティックメタライゼーション、コールドスプレーメタライゼーション、電磁粒子加速、変形された高速空気燃料スプレー、高速インパクトフュージョンなど、を用いてろう材金属を基材に被着させることを含む。例えば、図１を参照して、一つの方法は、炭化物基材の一面に超研摩材材料のＰＣＤ又はＰＣＢＮを、例えば当業者に公知の拡散接合又は高圧高温処理方法を用いて、適用する工程（工程１０）を含むことができる。この方法はその後、コールドメタライゼーションによってろう材金属被覆を炭化物基材に被着させること（工程１６）を含む。あるいはまた、この方法は、サーメット層をコールドスプレーにより超研摩材層に直接被着させることを含むこともある。

一部の実施形態では、フラックス層を同様のコールドメタライゼーション法を用いてろう材金属層にスプレーしてもよい（工程１８）。フラックス層は硼砂粉末などの物質を含むことができる。

一部の実施形態では、そのような方法はさらに、炭化物をろう材金属で被覆後の対象物を、例えば放電加工（ＥＤＭ）を使用して切断する工程（工程２０）を含むことができる。特定の実施形態では、ろう材金属で被覆された炭化物とＰＣＤ又はＰＣＢＮ材料を切断して、ブランク、工具、チップ切削エレメント、又はそのようなその他の物品にすることができる（工程２０）。別の実施形態では、上記の方法は、ろう材金属層を適用する前に炭化物基材の表面の少なくとも一部を例えば研削により仕上げ加工して、基材を粗く（あるいはまた滑らかに）する工程（工程１２）を含むことができる。

カイネティックメタライゼーションの方法は、一般に、溶融していない微細な低融点金属粉末又は微細な低融点金属粉末混合物を高速で、通常は５００ｍ／ｓｅｃを超える速度で、表面にスプレーすることを含む。そのような方法のいろいろな実施形態では、微細な低融点金属粉末又は微細な低融点金属粉末混合物、セラミック又は樹脂粉末を、ガス又はガス混合物、例えば空気、窒素、ヘリウム又は水素、と混合し、高速（すなわち５００ｍ／ｓｅｃから２ｋｍ／ｓｅｃまでの速度で）スプレーして、基材の表面に粒子が衝突したときに減速させる。基材は、４０℃から粒子の融点の３分の２までの任意の温度に保つことができるが、普通は２０〜３０℃である。基材は冷却することも、加熱することも、あるいは周囲温度にとどまるようにすることもできる。

金属粉末は主に、低融点金属（すなわち融点が１２００℃より低い金属）から作られる。一部の実施形態では、金属粉末としては、銅、銀、亜鉛、錫、アルミニウム、ビスマス、鉛など、あるいはそれらの組み合わせ又は合金を挙げることができるが、金属粉末はそれらに限定されない。任意選択的に、金属粉末は少量の（例えば５パーセントより少ない、又はパーセント未満の）さらに高融点の金属、例えばチタン、を含んでもよい。

たいていの用途では、金属粒子を被着させる炭化物基材は、主としてセラミック材料から作られる炭化物基材である。例えば、基材は金属を約１２パーセント含有している炭化タングステンを含むことができる。

ろう材金属層を適用する処理過程で、金属粒子は基材の表面に衝突することができる。粒子は、適用の前に又はスプレー工程やその他の工程における摩擦（内部及び外部）によって最高で粒子の融点まで、ただしそれを超えない温度まで、加熱することができる（工程１４）。一部の実施形態では、金属粒子は全く加熱しなくてよく、その代わりに衝突の力だけで基材に結合することができる。粒子はガスと混合され、そして適用されたときに粘性流動して広がり、その後摩擦熱が超研摩材物品中に散逸されるにつれて急速に冷えて固化し、基材上に固体フィルムを形成する。任意選択的に、ガスは単純に、利用可能である周囲空気でよく、周囲温度又は室温で、通常の建物の空調システムで得ることができる以外の余分な加熱も冷却もなく供給することができる。供給圧力は、例えば、４０ｐｓｉと５００ｐｓｉでよい。供給の速度は大きくてよい（例えば、５００ｍ／ｓｅｃ〜１５００ｍ／ｓｅｃ、又は５００ｍ／ｓｅｃ〜２０００ｍ／ｓｅｃ）でよいとは言え、粒子の体積供給量は非常に小さい（普通、毎分５０グラム未満）。したがって、摩擦及び熱流束は、２ｍｍ²未満の接触面積に対して約１５０ワット未満（すなわち、スプレーの横方向速度をゼロと仮定して、７５Ｗ／ｍｍ²未満）であることができる。粒子の熱は超研摩材／炭化物物品によって急速に散逸され、そのため物品が３００℃を超えて過熱することはない。

適用前に、溶融していない粒子を摩擦で加熱し応力を加えて大きな歪みの塑性流動を生じさせてもよい。粒子の基材表面への、及び粒子間の接着を生じさせるのは、この大きな歪みの塑性流動である。粒子が塑性流動に抵抗すると、それらはくっつかず、被覆は形成されない。塑性流動には一般に、被覆を行う際に、変形が生じるのに十分な時間、表面の温度が融点の約３分の２になることが必要である。粒子が硬すぎると、それらが形成された被覆を削り、プロセスの効率が低下する。

粒子をスプレーする前に、それらに予め歪みを与えたり、合金にしたり、冷間加工したり、アニールしたり、又は予熱したりして、それらの硬度を低下させ、コールドスプレー処理に関連した大きな歪みと大きな歪み速度（２ｋｍ／ｓｅｃ未満）の塑性変形に対する抵抗を減らすことが有益である。

当該技術分野で現在知られており、あるいは今後知られることになるいずれの炭化物材料も、ここに記載された方法を使って被覆することができる。一部の実施形態では、超研摩材工具の炭化物基材はセラミック材料と金属マトリクス材料を含むことができ、金属マトリクス材料は炭化物の組成全体の約３０体積パーセント（体積％）未満を構成する。別の実施形態では、金属マトリクス材料は、炭化物の約２５体積％、２０体積％、１５体積％、１０体積％、９体積％、８体積％、７体積％、６体積％、又は５体積％のうちのいずれか未満を構成することができる。さらに別の実施形態では、金属マトリクス材料は、炭化物の約３０体積％〜約２体積％、約２５体積％〜約２体積％、約１５体積％〜約２体積％、約１０体積％〜約２体積％、又は約５体積％〜約２体積％を構成することができる。

炭化物材料のセラミック部分は、炭化モリブデン、炭化クロム、炭化タングステン、炭化鉄などであることができるが、それらに限定はされない。例えば、一つの実施形態では、約２体積％〜約５体積％の金属を有する炭化タングステンが用いられる。金属マトリクスは付加的な結合材又は接合材として働くことができる。例えば、炭化物材料の粒子を、鉄、ニッケル、クロム、モリブデン又はコバルトなどの鉄族金属の金属マトリクスによって結合することができる。例えば、一つの実施形態では、炭化タングステンは結合用の金属マトリクス材料としてコバルトを組み入れることができる。

コーティングする前に表面形状を付与して表面積を増大させると有益である。これは、摩擦で加熱された粒子に、冷却前に接着する変形のためのより大きな表面積を与える。

ここで用いられるろう材は、微細な低融点物質を有することができる。ここで用いられる「微細な」という語は、粒径が０．１ｍｍ未満、任意選択的に０．０８ｍｍ未満、又は任意選択的に０．０６ｍｍと０．０４ｍｍの間にある物質を意味する。任意選択的に、粒子は５μｍと１００μｍの間にあってもよい。「低融点」とは、融点が１２００℃より低いこと、任意選択的には１０００℃より低いことを意味する。この物質はまた、炭化タングステン／コバルトなどの、一般にサーメットに関連したセラミック及び／又は樹脂質成分、あるいは硼砂粉末などの、ろう付けフラックス材を含んでもよい。したがって、従来技術の適用方法と異なり、粒子は溶融もせず、顕著に凝集もせずに、基材への接着性がより高くなり、基材に加わる応力が小さくなる。

ろう材フィルム又は層は、ろう材金属の単一の層を構成することも、積層配置された多重層を構成することもできる。これらの層は、樹脂／セラミック材料の層を金属層又はセラミック／金属の層とともに任意のパターンで含むことができる。

図２を参照して説明すると、超研摩材工具５０は超研摩材層５２と炭化物基材５４を含む。基材の外側表面５６の一部又は全部が金属粉末粒子６０の被覆を受けることができる。粒子は微細であり、例えば銅、銀、亜鉛、錫、アルミニウム、ビスマス、鉛など、あるいはそれらのうちの任意のもの組み合わせ又は合金などの、低融点金属を主として含む。一部の実施形態では、ろう材金属は主として低融点金属から構成されて、有意量の高融点（１２００℃より高い）金属を含まない。

ここに記載される実施例及び方法は、超硬合金物品に適合させてもよい。超硬合金は、炭化タングステン、炭化チタン、又は炭化バナジウムなどの耐熱性金属炭化物と、金属結合材相とを含む。

ここに記載された方法は、接着剤などの固着用の材料の適用を必要とせず、またろう材金属粒子を被着させる炭化物基材の表面に拡散接合された金属が存在することを必要ともしない。したがって、いろいろな実施形態において、この方法は超研摩材の切削エレメントの炭化物表面にろう材金属を被着させる工程を含むだけでよい。他のいろいろな実施形態では、この方法は、炭化物にろう材金属を被着させる前に炭化物表面に他の物質を加えることなく、炭化物表面をなめらかに、又は粗くし、又はそれに表面形状を付与する工程をさらに含むことができる。一つの実施形態では、炭化物表面は研削によって滑らかにされる。別の実施形態では、表面はグリットブラストによって表面形状を付与される。

上述の実施形態の方法においてカイネティックメタライゼーションを用いることによって、接着剤を用いることなく、ＰＣＤ又はＰＣＢＮ層を過度に加熱することなく、そして炭化物被覆又はＰＣＤもしくはＰＣＢＮ層の一体性を損なうことなく、超研摩材物品の炭化物表面にろう材金属被覆を適用することが可能になる。一部の実施形態では、ろう材金属被覆を形成するために必要な熱は、炭化物で被覆されたＰＣＤ又はＰＣＢＮ材料のＰＣＤ又はＰＣＢＮ層に蓄積されずに、金属フィルム及び／又は炭化物被覆を通して散逸することができる。したがって、一部の実施形態の方法は、ＰＣＤ又はＰＣＢＮ層、炭化物層及び／又はろう材金属フィルムの全体の加熱及び／又は収縮を回避でき、その一方で金属が溶融し、流動して炭化物層の表面で結晶化するのに十分な局所温度を実現することができる。

一様なろう材金属被覆を実現するために、カイネティックメタライゼーション法を改変することができる。例えば、溶融物の粘度を高めて表面流動とろう材金属の接着性を低下させる酸化を、不活性ガスの推進剤を用いることで防ぐことができる。コールドスプレー法は大量のガスを用いるので、空気が好ましい。Ｈ₂又はヘリウムなどの低原子量のガスを用いて、限られたガス圧力でより大きな加速を実現し、より大きな粒子速度を発生させるようにすることができる。さらに、固体粒子の形と大きさを調整してガス流中でのそれらの加速を高めることができる。その上、ガス／固体混合比、ガス推進剤の圧力、及び／又は金属粉末の粒径に関係することもある、金属粉末粒子の速度のばらつきと減速が、金属被覆に影響を及ぼすことがある。さらに、摩擦熱が小さすぎて減速された粒子の一時的最高表面温度が融点の約３分の２よりも低いような場合、及び摩擦熱が大きすぎる場合、金属粒子は表面で跳ね返り、跳ね飛び、蒸発し、又は合体することがあるので、それらは流動せず及び／又は炭化物表面に十分付着しないことがある。過剰な熱もまた、材料の炭化物又はＰＣＤもしくはＰＣＢＮ層を損傷することがある。したがって、カイネティックスプレーを相応に調整して、粒子の加熱しすぎ又は加熱不足に関連したマイナスの影響なしにろう材金属の良好な付着を実現することが望ましい。これは通常、ガス圧力を制御し、またノズル形状を収束させたり分岐させたりして、そしてまたスプレーノズルから表面までの距離によって、行われる。

〔例１〕
ＰＣＢＮブランクを、カイネティックメタライゼーションを利用して銅粉末で被覆した。カイネティックメタライゼーションは、以下の条件、すなわち、１６μｍの銅粉末をノズルスロート径が２ｍｍのスプレーノズルに２０ｇ／分で供給して、その粉末を３５０ｐｓｉの圧力の５００℃に予熱したＮ_２ガスと混合する、という条件下で行った。その結果得られたスプレーの粒子速度は６１０ｍ／ｓｅｃを超えていた。スプレーを５０ｍｍ／ｓｅｃでＰＣＢＮブランクの全域に（炭化物側へ上向きに）、横方向に２ｍｍずつ移動させて、ＰＣＢＮブランクをカバーするため８ｍｍオーバースプレーするように当てた。この被覆工程の効率は約２０％であった（言い換えると、約８０％の金属が溶融も付着もせず、再利用された）。得られた銅フィルムは、図４（被覆の底部断面、側面図）と図３（上面図、銅と未焼結（ｇｒｅｅｎ）酸化銅のコーティングを示す）に示されているように、厚さが一様に０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍであり、肉眼で見た粗さと色も外径５８ｍｍのブランク全体にわたって一様であった。図３と図４に見られるように、被覆には剥がれも割れもなかった。全てのコーティングが炭化物によく付着しており、粘着テープをろう材金属表面に押し付けてから剥がしても炭化物に付着したままであることができた。さらに、コールドスプレーで銅を被覆したＰＣＢＮブランクをＥＤＭによって切断したところ、図３に示したＥＤＭ切断エッジに見られるように、被覆はＥＤＭの間に剥離し又は割れを生ずることがなかった。

〔例２〕
融点が６７０℃で粒径が６３μｍの予め合金化したＣｕＺｎＳｎ（３３：３３：３３）粉末を、空気中にて９００ｍ／ｓｅｃで、ＰＣＤブランクの底面のグリットブラスト（９０グリットＳｉＣ）された炭化物表面にスプレーした。この合金の被覆は良好に付着して、０．０８ｍｍの被覆厚さまで堆積した。このＣｕＺｎＳｎ被覆は、ＥＤＭによる切断で図４に示したように剥落も剥がれもしなかった。しかし、レーザー切断では、被覆に剥落が見られた。ＥＤＭで切断した部分の被覆を、通常のフラックスと方法を用いて標準的な誘導加熱のろう付けで試験した。適度の接合強度の結合が得られた。

〔例３〕
上記の例２の金属粉末を、超研摩材ブランクのラッピングしたＰＣＤ表面に空気中にて９００ｍ／ｓｅｃで直接スプレーした。金属は良好に付着し、ＰＣＤ上に０．１ｍｍの厚さまで堆積した。

〔例４〕
上記の例２の金属粉末を、ＨＴＭグレード超研摩材ブランクの表面に空気中にて９００ｍ／ｓｅｃでコールドスプレーした。被覆は良好に付着し、１ｍｍの厚さまで堆積した。被覆の断面に剥離は見られなかった。

上で開示された及びその他の構成要件、機能、又はそれらに取って替わるもののいくつかを、望ましい形に組み合わせて他のたくさんの異なるシステムにし、あるいは応用に供してもよいことが理解されよう。現在は予見されていない又は予期されていないいろいろな代替、変更、改変又は改善が当業者によって将来なされることがあり得るが、それらも特許請求の範囲により包含されると意図されるものである。

Claims (14)

1. 炭化タングステン表面にろう材金属被覆を適用するための方法であり、該基材は金属含有量が約３０体積％未満であるろう材金属被覆適用方法であって、
   融点が１２００℃未満の金属粒子を炭化タングステン表面にカイネティックメタライゼーションにより被着させること、
   を含むろう材金属被覆適用方法。
2. 前記被着の前に、
   前記炭化タングステン表面に表面形状を付与すること、及び
   前記金属粒子を５００℃までの温度に予熱すること、
   を更に含む、請求項１記載の方法。
3. 前記被着させることが、
   前記金属粒子とガスをスプレーノズルに供給すること、及び
   当該金属粒子とガスを当該スプレーノズルを通して前記基材へ導くこと、
   を含む、請求項１記載の方法。
4. 前記導くことが、前記粒子とガスを５００ｋｍ／ｓｅｃと２ｋｍ／ｓｅｃの間である速度、毎分５０グラム未満である粒子の体積供給量で、前記基材にスプレーすることを含む、請求項３記載の方法。
5. 超研摩材ブランクを作製する方法であって、
   約２体積％と約３０体積％の間の金属を含む炭化物基材に超研摩材層を適用すること、
   該炭化物基材にコールドメタライゼーション法によってろう材金属の被覆を被着させること、及び
   該被着後に、該ろう材で被覆された物品からブランクを切り取ること、
   を含む超研摩材ブランク作製方法。
6. 前記コールドメタライゼーション法が、カイネティックメタライゼーション、コールドスプレーメタライゼーション、電磁粒子加速、変形された高速空気燃料スプレー、又は高速インパクトフュージョンを含む、請求項５記載の方法。
7. 前記被着させることが、
   金属粉末とガスをスプレーノズルに供給すること、及び
   該金属粉末とガスを該スプレーノズルを通して前記基材へ導くこと、
   を含む、請求項５記載のプロセス。
8. 前記導くことが、前記粒子とガスを５００ｋｍ／ｓｅｃと２ｋｍ／ｓｅｃの間である速度、毎分５０グラム未満である粒子の体積供給量で、前記基材にスプレーすることを含む、請求項５記載の方法。
9. 前記金属粉末が微細な銅粒子を含む、請求項７記載の方法。
10. 前記金属粉末の平均粒径が５μｍと１００μｍの間である、請求項７記載の方法。
11. 前記ガスが室温の空気を含む、請求項７記載の方法。
12. ガスを２３℃と５００℃の間の温度に予熱することによって前記ガスを調製することをさらに含む、請求項７記載の方法。
13. 粉末を周囲温度より高く１２００℃より低いレベルに予熱することによって前記粉末を調製することをさらに含む、請求項７記載の方法。
14. 前記導くことが、前記ノズルを通して４０ｐｓｉと５００ｐｓｉの間の圧力及び５００ｍ／ｓｅｃと１５００ｍ／ｓｅｃの間の粒子速度で前記ガスと粉末を導くことを含む、請求項７記載の方法。

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