JP2012503094A - 硬質金属 - Google Patents
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Abstract
Description
− 平均サイズが1〜30μmの範囲内にある、(Cr,Me)xCyの丸みの付いた粒(但し、Me、x、及びyは上記で定義された通りである。)と、
− 平均サイズが0.2〜20μmの範囲内にある、丸みの付いた又はファセット面が付いた粒子のカーバイド相と、
− Me中のC、Cr、Si、及びカーバイド相の成分の固溶体からなる金属ベースの相(但し、MeはFe、Co、及び/又はNiである。)と
を含む微細構造を含むことが好ましい。
・少なくとも13体積%の金属カーバイドと、0.1〜10重量%のSiと、0.1〜10重量%のCrと、鉄族金属又はその合金とを含む粉末のブレンドを提供するステップと、
・好ましくはカーバイド、窒化物、及び/又は炭窒化物コーティング又はこれらの混合物である保護コーティングでコーティングされたダイヤモンド又はcBN粒を提供するステップと、
・ある量のダイヤモンド若しくはcBN粒又はこれらの混合物を、粉末のブレンドに混合して、混合物を形成するステップと、
・この混合物を圧密化して、未焼結の物品(green article)を形成するステップと、
・大気圧未満で、又は不活性雰囲気中で、1250℃以下の温度で未焼結の物品を焼結するステップと
を含む。
平均直径が約0.8μmである70重量%のWC粉末、22.5重量%のCo粉末、6%のCr3C2粉末、及び1.5重量%のSi粉末を含む粉末の、1kgのバッチを、ヘキサン媒体及びパラフィン蝋20g及び硬質金属ボール6kgで、摩砕ミル内で6時間ミリング処理した。ミリング後、得られたスラリーを乾燥し、粉末をスクリーニングして凝集塊を除去した。スクリーニングされた粉末を、従来のコールドプレスを用いて圧密化することにより、円筒形状のサンプルを形成し、これを1160℃の真空中で1分間焼結した。焼結したサンプルは、密度12.4g/cm3、硬さ(HV30)250、破壊靭性14.6MPa m1/2、及び抗折力2700MPaを有していた。これらの性質は、同様の結合剤含量を有する従来のWC−Co硬質金属と同等である。サンプルの微細構造は、1〜2μmのファセット面付きWCと、1〜10μmの、丸みの付いた(Cr,Co)7C3及び(Cr,Co)23C6の混合物を含む粒子と、C、Cr、及びSiがいくらか溶解しているCoベースの結合剤とを含んでいた。(Cr,Co)7C3及び(Cr,Co)23C6の丸みの付いた粒子は、村上試薬中で2分間にわたり冶金学的断面をエッチングした後、黄色を有していた。
平均直径が約0.8μmである67重量%のWC粉末、24重量%のCo粉末、6.4%のCr3C2粉末、及び1.6重量%のSi粉末を含む粉末の、1kgのバッチを、ヘキサン媒体及びパラフィン蝋20g及び硬質金属ボール6kgで、摩砕ミル内で6時間ミリング処理した。ミリング後、得られたスラリーを乾燥し、粉末をスクリーニングして凝集塊を除去した。平均直径が300〜400umの範囲内にあり且つ平均厚さが約0.5umのTiCコーティングを有するダイヤモンド粒子を、得られた粉末に7重量%のレベルで導入し、撹拌ミキサを用いて粉末中にブレンドした。添加したダイヤモンドの重量%は、最終的な焼結生成物中のダイヤモンド20体積%に相当するよう計算した。したがって、この段階で混合物は、63重量%のWC、22.5重量%のCo、7重量%のダイヤモンド粒子、6重量%のCr3C2、及び1.5重量%のSiを含んでいた。
様々なダイヤモンド含有硬質金属を、例2のプロセスを使用して生成した。これらのダイヤモンド含有硬質金属、及びその他の硬質金属を、市販のダイヤモンド砥石に対するスライド試験に供した。スライド試験は、ダイヤモンド砥石を鋼製砥石の代わりに用い且つアルミナ粒子を使用しないこと以外、ASTM B611摩耗試験と同様の方法で実施した。硬質金属摩耗は、試験の前後でサンプルを計量することによって測定し、回転数は1000であった。1A1−200−20−10−16という記号を有するダイヤモンド砥石は、Wuxi Xinfeng Diamond Tolls Factory(中国)製であった。試験をした硬質金属級は、下記の通りであった:K04 − WC-0.2%VC-4%Co、K07 − WC-0.3%VC-0.2%Cr3C2-7%Co、T6 − WC-6%Co、B15N − WC-6.5%Co。試験をしたダイヤモンド含有硬質金属は、下記の通りであった:D53−DEC20 − 50重量%Co、13重量%Cr3C2、3重量%Si、34重量%WCであって20体積%のダイヤモンドを含む、硬質金属母材。D54−DEC20 − 35重量%Co、9重量%Cr3C2、2重量%Si、54重量%WCであって20体積%のダイヤモンドを含む、硬質金属母材。D53−DEC30 − D53−DEC20の場合と同じ硬質金属母材であるが30体積%のダイヤモンドを含む母材。この結果を図4に示す。この図から、ダイヤモンド含有硬質金属の耐摩耗性は、従来の硬質金属の場合よりもほぼ2桁大きいことが明らかである。さらに図5から、ダイヤモンド含有硬質金属の摩耗は、従来の硬質金属の摩耗よりも著しく少ないことがわかる。
Claims (18)
- TiC、VC、ZrC、NbC、MoC、HfC、TaC、WC、又はこれらの組合せからなる群から選択される少なくとも13体積%の金属カーバイドと、鉄族金属又はその合金の1種又は複数並びに0.1〜10重量%のSi及び0.1〜10重量%のCrを含み、且つ1280℃以下の液相線温度を有する結合剤相と、保護コーティングでコーティングされた3〜39体積%のダイヤモンド若しくはcBN粒子又はこれらの混合物とを含む、硬質金属。
- 保護コーティングが、周期表のIVa〜VIa族の金属(単数又は複数)、及び/又はそのカーバイド、炭窒化物、又は窒化物からなる単層又は多層を含み、前記コーティングは少なくとも0.2μmの平均厚さを有する、請求項1に記載の硬質金属。
- 結合剤相の液相線温度が1160℃未満である、請求項1又は請求項2に記載の硬質金属。
- 結合剤相が、1〜20重量%の溶解炭素をさらに含む、請求項1から3までのいずれか一項に記載の硬質金属。
- Crが、結合剤相中にクロムカーバイド及び/又は固溶体の形で存在する、請求項1から4までのいずれか一項に記載の硬質金属。
- Crが、金属Cr複合カーバイド(Me,Cr)xCy(但し、MeはFe、Co、及び/又はNiであり、xは1〜23であり、yは1〜6である。)の形で存在する、請求項5に記載の硬質金属。
- Siが、結合剤相中に固溶体の形で存在する、請求項1から6までのいずれか一項に記載の硬質金属。
- Siが、Co、Ni、及び/又はFeのケイ化物の形で存在する、請求項1から6までのいずれか一項に記載の硬質金属。
- 結合剤相が、10重量%以下のB、Al、S、及び/又はReをさらに含む、請求項1から8までのいずれか一項に記載の硬質金属。
- ダイヤモンド及び/又はcBN粒子が、1〜500ミクロンの範囲内の平均サイズを有する、請求項1から9までのいずれか一項に記載の硬質金属。
- 結合剤相が、低、中、又は高合金鋼である、請求項1から10までのいずれか一項に記載の硬質金属。
- 理論密度の99.5%以上の密度を有する、請求項1から11までのいずれか一項に記載の硬質金属。
- 平均サイズが1〜30μmの範囲内にある、(Cr,Me)xCyの丸みの付いた粒子(但し、Me、x、及びyは請求項6で定義された通りである。)と、
平均サイズが0.2〜20μmの範囲内にある、丸みの付いた又はファセット面が付いた粒子のカーバイド相と、
Me中のC、Cr、Si、及びカーバイド相の成分の固溶体からなる金属ベースの相(但し、MeはFe、Co、及び/又はNiである。)と
を含む微細構造を含む、請求項1から12までのいずれか一項に記載の硬質金属。 - (Cr,Me)xCyの丸みの付いた粒子は、村上試薬中、5分以上にわたり室温でエッチングした後の冶金学的断面が褐色又は黄色である、請求項13に記載の硬質金属。
- 少なくとも13体積%の金属カーバイド、0.1〜10重量%のSi及び0.1〜10重量%のCr並びに鉄族金属又は合金を含む粉末のブレンドを提供するステップと、
保護コーティングでコーティングされたダイヤモンド若しくはBN粒子、又はこれらの混合物を提供するステップと、
ある量のダイヤモンド若しくはcBN粒子又はこれらの混合物を、粉末のブレンドに混合して、混合物を形成するステップと、
混合物を圧密化して、未焼結の物品を形成するステップと、
大気圧未満で、又は不活性雰囲気中で、1250℃以下の高温で30秒〜5分間、未焼結の物品を焼結するステップと
を含む、請求項1から14までのいずれか一項に記載の硬質金属を作製するための方法。 - 焼結時間が30秒〜3分間である、請求項15に記載の方法。
- 焼結時間が30秒〜2分間である、請求項16に記載の方法。
- 焼結温度が1160℃以下である、請求項15から17までのいずれか一項に記載の方法。
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