JP2013528147A - 球状粉末およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

球状タングステンカーバイド粉末は、材料が３６００ｋｇｆ／ｍｍ^２より高い微小硬さを有し、粉末が９．８０ｇ／ｃｍ^３から１１．５６ｇ／ｃｍ^３の見掛け密度を有することによって特徴づけられる。粉末の製造方法は、ａ）回転可能なるつぼを有するチャンバーを用意するステップと、ｂ）前記回転可能なるつぼの中に材料を加えるステップと、ｃ）プラズマアーク放電を使って材料を溶かすステップと、ｄ）液体の滴を形成するために、るつぼを回転して、溶かされた材料を細分化し、次に、粉末を得るために滴を冷やすステップと、を有し、回転可能なるつぼの中に加えられた材料は、それがるつぼに入る前に、材料の融点温度の４０％より高い温度まで加熱される。原料を溶かすのに必要な電流を減らすことができる。熱損失が低減され、粉末化の間に得られた球状粉末が、構成と構造において均質化になる。コストが低減される。

Description

本発明は、概して、熱と遠心力利用の微粒化による粉末の製造方法に関する。本発明は、球状タングステンカーバイド粉末にも関する。本発明は、さらに、その方法を実行するための装置に関する。

複合材料の耐摩耗性は、例えば、補強粒子の濃度およびサイズを含む要因と母材特性とに依存する。平等な条件の下では、耐摩耗性の更なる増加は、複合材料内の粒子の特性の改善によって達成される。インゴット粉砕による粒子の製造は、荷重の影響下での破壊の場所として作用する粒子に、傷、おさ割れ、および他の欠陥を引き起こす。このように、従来技術では、粒子の微細構造と必然的にそれらの機械的特性との改善が必要である。

ソビエト特許出願公開第１８０２４６６号には、押出し機構での溶解ゾーンへの棒の供給にて棒を処理することと、プラズマで棒を溶解することと、第２のプラズマトロンのプラズマストリームと共に液体合金をパンノズライザー（ｐａｎｎｏｄｕｌｉｚｅｒ）に注ぐことと、遠心力利用の粉末化と、を含む、溶けにくい材料の粉末の製造の方法が開示されている。

不都合なこととしては、その技術が、プラズマ放電のより大きな電流強さを必要とすることと、２つのプラズマトロンの使用が粉末製造のプロセスを非常に高価にすることとがある。

ソビエト特許出願公開第５０３６８８号には、粉末を運ぶ作り付けの移動可能な不溶解性のチューブワイヤと共に、内部に回転式の黒鉛るつぼを備えた真空室を有する、球状材料の製造のための装置が開示されている。

ソビエト特許出願公開第５０３６８８号は、陽極である回転式の黒鉛るつぼと、電気アークの活動下で熱せられたるつぼに原物質を運ぶタングステンの不溶解性のスリーブ陰極と、の間での電気放電を有する、球状材料の製造の方法が示されている。るつぼの中では、遠心力の影響下で上昇し、るつぼの外に押し出される液体合金が現れ、その後、それが舞い上がり固体化して滴となり、飛翔中に結晶化する。そのプロセスは、不活性ガス媒体であるアルゴン内で実行されることになる。

不都合なこととしては、装置内の不溶解性の電極が、電気放電の最適なパラメータを得ることができず、電流が増加し、るつぼの端部で、固まった液体合金の塊（いわゆる「あご髭状のもの」）が形成され、そしてそれは、粉末化プロセスの安定性における異常と、るつぼの頻繁な交換と、必然的に装置生産性及び生産された粉末の量の減少と、を引き起こすことがある。

ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｋｒａｉｎｉａｎ ＳＳＲ ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ ｓｃｉｅｎｃｅｓ、Ｎｏ７２（８３６）、１９７３には、高い高度、強さおよび可塑性を有するタングステンカーバイド合金を生産する方法が開示されている。

ロシア特許出願公開第２３０１１３３号には、溶けにくい材料の粉末、特には、鋳造タングステンカーバイドの製造のための方法および装置が開示されている。装置は、チャンバー内に回転可能なるつぼを含み、その中で材料が溶かされる。窒素が不活性ガスとして使用される。るつぼが回転したとき、小滴が形成される。加熱が、プラズマアーク放電によって与えられる。「あご髭状のもの」の形成は、プラズマストリームを動かすことによって回避される。プラズマからの熱出力の供給は、あご髭状のものの形成を避けるために、るつぼの端からるつぼの内部表面まで、変えることができる。

従来技術では、原料を溶かすために必要とされるプラズマ放電の電流を低減する必要が依然としてある。液体合金の温度をその融点よりも確実に高く維持するための改良方法も必要である。熱損失を低減することと、液体合金の均質性および得られた粉末の均質性を改良することもまた必要である。

従来技術すなわち後の粉砕を伴う溶解を用いて製造されたタングステンカーバイド合金は、微細なひびの存在のため、十分な強度を有していない。

本発明の目的は、少なくとも、従来技術におけるいくつかの不都合を取り除くこと、及び、改良された粉末と、粉末の製造のための改良された方法および装置を提供することである。

第１の態様では、材料が３６００ｋｇｆ／ｍｍ^２よりも高い微小硬さを有し、粉末が９．８０から１１．５６ｇ／ｃｍ^３までの見掛け密度を有する、球状のタングステンカーバイド粉末が提供される。

第２の態様では、粉末を製造する方法が提供され、前記方法は、ａ）回転可能なるつぼを有するチャンバーを用意し、ｂ）前記回転可能なるつぼの中に材料を加え、ｃ）プラズマアーク放電を使って、加熱を少なくとも部分的に行い、材料を溶かし、ｄ）液体の滴を形成するために、前記るつぼを回転して、遠心力下で、溶かされた材料を細分化し、次に、粉末を得るために滴を冷やす、ステップを有し、前記回転可能なるつぼの中に加えられた材料は、それがるつぼに入る前に、材料の融点温度の４０％より高い温度まで加熱される。

第３の態様では、チャンバーと、ふたと、移動可能なプラズマトーチと、円筒状の冷却されたるつぼと、製造された粉末用の収集装置と、を含む、粉末を製造するために適した装置が提供され、その装置は、るつぼに加えられる予定の材料用の加熱装置を含む。

更なる態様および実施形態は、特に参照によってこの中に包含される添付の特許請求の範囲において定義される。

本発明の効果は、原料を融解するために必要とされるプラズマ放電の電流を低減でき、また、液体合金の温度をその融点よりも確実に高く保つことが可能になるということを含む。熱損失が減少するので、液体合金は均質の構成になり、粉末化の間に得られた球状粉末は、その構成および構造において均質になる。

更なる効果は、粒子サイズの分布がより狭くなり、そのため、所望の粒子サイズの生産が増加することである。

その上もう１つの効果は、エネルギーコストが著しく減少することである。一実施形態では、エネルギー消費が、誘導加熱を用いた球状粉末の製造と比べて３．８倍よりも低くなる。

溶けにくい材料の粉末の製造の実施形態のための装置の図である。１５は、冷却媒体の入口と出口を示す。 溶けにくい材料の粉末の製造のための装置のるつぼの実施形態の図である。

本発明は、添付図面を参照し、例として直ちに記載される。

本発明が詳細に開示および記載される前に、本発明は、本明細書中に開示された、特定の合成物、構成、方法ステップ、基材および材料に限定されず、合成物、構成、方法ステップ、基材および材料は、いくらか変更されてもよいことが理解されるであろう。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲とその均等物によってのみ限定されるので、この中で用いられた用語は、特定の実施形態のみを記載することを目的として使用され、限定する意図が無いことも理解されるであろう。

この明細書および添付の特許請求の範囲にて使われているように、単数形“ａ”、“ａｎ”および“ｔｈｅ”は、文脈が明らかに異なることを指示していなければ、複数の指示対象を含むということを注意すべきである。

この中で使われているいかなる用語および科学専門用語も、もし他に何も定義されていなければ、この発明が属する分野の当業者によって共通に理解される意味を持つことが意図される。

明細書と特許請求の範囲を通して数値に関連して使われているような用語「約」は、当業者にとって、正確な、普通の、および、容認可能な範囲を示す。前記範囲は±１０％である。

「見掛け密度」という用語は、球状粉末の単位体積の重さを示すために、明細書および特許請求の範囲を通じて使われている。見掛け密度は、多くの場合、ｇ／ｃｍ^３で測定される。

「破壊荷重」という用語は、個々の球状粉末粒子に圧力が確実に与えられたときにそれを壊すまたは破裂するのにちょうど十分な圧力を示すために、明細書および特許請求の範囲を通じて使われている。破壊荷重は、２つの平らな表面の間の球状粉末粒子を、球状粉末粒子が壊れるまたは崩壊するまで増加していく力で押し付けることによって測定される。

「共晶」という用語は、他のいかなる構成物よりも低い温度で固体になる１つの物質を持つ、化合物または元素の混合物を示すために、明細書および特許請求の範囲を通じて使われている。

「微小硬さ」という用語は、低荷重での材料の硬さ試験を示すために、明細書および特許請求の範囲を通じて使われている。もうひとつの用語は、「微小押込硬さ試験」である。微小押込硬さ試験では、特定の幾何学的形状のダイヤモンド圧子が、テスト荷重と通常呼ばれる既知の適切な力を使って、テスト標本の表面の中に押される。微小硬さは、常に、ＥＮ−ＩＳＯ−６５０７（ＩＳＯ ６５０７−１：２００５）に従ったビッカース硬さ試験 ＨＶ０．１を使って測定される。

「球状」という用語は、個々の粒子が本質的に球状であることを示すために、粉末粒子に関連して明細書および特許請求の範囲を通じて使われている。粉末に関連する球状という用語は、全ての粉末粒子が完全な球状であることを意味せず、粉末粒子の９０％、好ましくは９５％、より好ましくは９９％より多い大部分の粒子が、本質的に球状であることを意味する。球状粒子は、完全な幾何学的な球から外れてもよく、それらが本質的に球状であれば、それらは球と示される。

ガス雰囲気の構成物及び、ガスの流れの気体力学及び幾何数列のパラメータを変更できることとともに冷却ガスの流れを変更できること、温度、プラズマ放電電流強度、プラズマガスの構成および供給率、及びるつぼの回転速度を変更できることは、種々の溶けにくい材料から、粉末サイズの幅広い範囲を得ることができる。使用可能な溶けにくい材料の例は、限定されないが、タングステンとモリブデン、溶けにくい金属のカーバイド、溶けにくい金属のカーバイドの混合物、例えば、タングステンカーバイド（ＷＣ−Ｗ_２Ｃ）の共晶混合物、ホウ化物、窒化物および炭窒化物を含む。

３．８重量％−４．２重量％のカーボン（Ｃ）の含有量を持つタングステンカーバイド（ＷＣ−Ｗ_２Ｃ）の共晶混合物は、アブレシブ摩耗（ａｂｒａｓｉｖｅ ｗｅａｒ）とチョック摩耗（ｃｈｏｃｋ ｗｅａｒ）とに対する高い耐性を持つ。それは、工具の製造及び、例えば、建築工学、採鉱装置および化学薬品装置、そして硬い材料に接触する作動体の範囲内での耐アブレシブ摩耗コーティングに使われる構成物の一部である。

第１の態様では、材料が３６００ｋｇｆ／ｍｍ^２よりも高い微小硬さを有し、粉末が９．８０ｇ／ｃｍ^３から１１．５６ｇ／ｃｍ^３の見掛け密度を有する、球状タングステンカーバイド粉末が提供される。

一実施形態では、材料は、３６００ｋｇｆ／ｍｍ^２から４２００ｋｇｆ／ｍｍ^２までの微小硬さを有する。他の実施形態では、材料は、３６００ｋｇｆ／ｍｍ^２から４８００ｋｇｆ／ｍｍ^２までの微小硬さを有する。

一実施形態では、粉末は、３．８重量％から４．２重量％のカーボン（Ｃ）を有する。

一実施形態では、粉末は、０．１重量％よりも少ない低い鉄（Ｆｅ）を含む。

一実施形態では、タングステンカーバイドは、Ｗ_２ＣとＷＣの共晶混合物である。

一実施形態では、球の直径は、２０μｍから１８００μｍである。

第２の態様では、粉末の製造のための方法が提供され、前記方法は、ａ）回転可能なるつぼを有するチャンバーを用意し、ｂ）前記回転可能なるつぼの中に材料を加え、ｃ）プラズマアーク放電を使って、加熱が少なくとも部分的に行われているところで、材料を溶かし、ｄ）液体の滴を形成するために、前記るつぼを回転して、遠心力下で、溶かされた材料を細分化し、次に、粉末を得るために滴を冷やす、ステップを有し、前記回転可能なるつぼの中に加えられる材料は、それがるつぼに入る前に、材料の融解温度の４０％より高い温度まで加熱されている。

一実施形態では、前記回転可能なるつぼの中に加えられる材料は、それがるつぼに入る前に、材料の融解温度の４０％から８０％の温度まで加熱される。

一実施形態では、上述のタングステンカーバイド粉末は、前記方法によって製造される。

一実施形態では、るつぼに加えられた材料は、カーボン（Ｃ）とタングステン（Ｗ）を有する。１つの実施形態では、るつぼに加えられた材料は、３．７重量％−３．９重量％のカーボン（Ｃ）を有する。

一実施形態では、アルゴン、ヘリウムおよび窒素から成るグループから選択された少なくとも１つのガスを含むガスが、前記チャンバー内で使用される。一実施形態では、窒素が前記チャンバー内で使用される。一実施形態では、チャンバーをポンプで真空状態にし、それをガスで満たすことによって、チャンバーが、有害な酸素から浄化される。一実施形態では、ガス混合物が、チャンバーを満たすために使われ、一方、他のガス混合物が、プラズマ発生ガスとして使われる。チャンバー内のガスとプラズマ発生ガスの両方は、上述のように選択される。

一実施形態では、プラズマアークは、まず、るつぼの中心に向かって導かれ、その後、るつぼの端に向かって導かれる。一実施形態では、交互におこるプラズマアークは、るつぼの中心とるつぼの端部とに向かって導かれる。

一実施形態では、溶融した材料の温度は、その材料の溶融温度よりも上に維持される。一実施形態では、溶融した材料の温度は、その材料の溶融温度から２０℃よりも高い。一実施形態では、溶融した材料の温度は、その材料の溶融温度から２０℃から１００℃高い。

一実施形態では、るつぼは、５００ｒｐｍから２００００ｒｐｍの回転速度で回転する。

一実施形態では、前記粉末は、タングステンカーバイドを有する。一実施形態では、前記粉末は、ＷＣ相とＷ_２Ｃ相の共晶混合物を有する。

一実施形態では、前記るつぼは、水冷式である。

一実施形態では、タングステンカーバイドの粉末の製造方法は、チャンバー内に設けられた回転式のるつぼに必要な構成物の材料を運ぶことと、プラズマサポートガスとして窒素を使用し陽極であるるつぼとプラズマトロン陰極との間での材料を通したプラズマアーク放電で原料を溶かすことと、遠心力の影響下においてガスの雰囲気中で液体合金を細分化して液体合金滴を形成することと、冷却で滴を結晶化させることと、を含む。一実施形態では、るつぼが陰極でありプラズマトロンが陽極であるように、陰極と陽極が交換される。

装置内での材料の融解は、るつぼ内への直接のプラズマにて少なくとも部分的に行われる。融点を超える温度まで硬い原料を直接熱することは、工程を継続させるためのコストの増加を引き起こし生産性を低減させるかなりの量の粉末を必要とする。

るつぼへの運搬の前に０．４×Ｔｍｅｌの温度より上で、ヒータ内で元の原料を予備加熱することは、原料を溶かすために必要なプラズマ放電の電流強さを低減するだけでなく、液体合金温度をその融点よりも高く確実に保つことも可能にする。その結果、熱損失が低減し、液体合金が、均質化した構成物になり、そして、粉末化の間に得られる球状粉末が、その構成および構造において均質化する。同じ電流強度さのプラズマ放電では、原料の予備加熱は、粉末化プロセスの生産性を増加させる。

アルゴン、ヘリウム、窒素、または、それらの混合物は、一実施形態において、ガスとして使われる。一実施形態では、原料は、少なくとも一つの溶けにくい材料を含む。るつぼは、結晶化にて必要とされる粒子構成物の球状微粒子の滴の形成のために必要な速度で回転されることになる。るつぼの回転速度は、一実施形態では、５００ｒｐｍから２００００ｒｐｍである。その結果、溶けにくい金属または溶けにくい金属合金のうちの少なくとも１つ、または、カーバイド、ホウ化物または炭窒化物のうちの少なくとも１つ、および溶けにくい金属の他の構成物の粉末、特には、タングステンカーバイドＷＣ−Ｗ_２Ｃの共晶混合物の粉末が得られる。

元の原料をるつぼに運ぶための加熱装置は、一実施形態では、周囲にチューブヒータが付いたトレーとして作られるか、例えば、カーボン−カーボンの複合材料にてチューブヒータとして作られる。元の原料をるつぼに運ぶための加熱装置の接続角度は、原料の自然なスリップ角（ａｎｇｌｅ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ｓｌｉｐ）より大きい。るつぼは、一実施形態では、銅で作られ、るつぼの内壁に位置する挿入物は、例えば、カーボン−カーボン複合材料で作られている。

一実施形態では、材料は、振動フィーダによって前記るつぼに加えられる。一実施形態では、材料は、回転フィーダによって前記るつぼに加えられる。振動フィーダと回転フィーダの組み合わせも含まれる。

一実施形態では、るつぼは振動する。そのような実施形態では、振動周波数、るつぼの直径、および、るつぼの回転速度の組み合わせが、あご髭状のものの形成を最小化するために選択されるべきである。

第３の態様では、チャンバーと、ふたと、移動可能なプラズマトーチと、円筒状の冷却されたるつぼと、製造された粉末用の収集装置と、を含む、粉末を製造するために適した装置が提供され、その装置は、るつぼに加えられる材料用の加熱装置を含む。

一実施形態では、前記加熱装置は、ヒータを有するトレーである。一実施形態では、前記加熱装置は、管状のヒータである。一実施形態では、前記加熱装置は、カーボン材料で作られている。

一実施形態では、装置は、さらに、振動によって材料を前記るつぼに供給するのに適したフィーディング機構を有する。１つの実施形態では、装置は、さらに、回転によって材料をるつぼに供給するのに適したフィーディング機構を有する。振動と回転の組み合わせも含まれる。

一実施形態では、るつぼは振動するように構成されている。

一実施形態では、タングステンカーバイド粉末の製造のための装置は、チャンバー軸に沿って元の原料を運ぶためのフィード機構が配置され、粉末を下すための装置を有する底部ドアが付いているカバー付きの円筒状のチャンバー、チャンバー内のフィード機構に沿って配置され、冷却された回転式電流導電るつぼとして作られた粉末化装置、及びるつぼの回転軸に対してその変更の可能性を有する角度で固定されたアークプラズマトロンを含む。

図１内に描かれた装置の一実施形態は、傾斜した底部とカバーとを備えた円筒形状のチャンバー（１３）を有する。プラズマトロン（５）とフィード機構（１０）は、異なる軸方向でカバー中に配置されている。プラズマトロン（５）は、ムーバ（４）と接続されている。フィード機構は、投与機構（９）を有するチャンバーの外側で、元の原料（７）を有する収納庫（８）に接続されている。チャンバー内では、それに合致して、回転機構（１）に固定されたスプレイるつぼ（２）が位置している。チャンバー（１３）内に位置されたるつぼ（２）に元の原料（１２）を運ぶための加熱装置は、フィード機構（１０）と接続されている。加熱装置は、周囲にチューブヒータ（６）が付けられたトレーを有してもよい。

チューブヒータ（６）は、一実施形態では、カーボン−カーボン複合材料で作られ、そして、一実施形態では、トレー（１１）が無い場合には、粉末の運搬のための加熱装置として働く。カメラ（１３）の傾斜した底部の低い部分には、粉末を集めるため、それに接続された受け容器（１４）が配置されている。

図２に示された水冷式の粉末化るつぼ（２）は、導電材料で作られた円筒状のフレームワーク（１５）、溶解に対して不活性な材料で作られフレームワークの内壁に配置された挿入物（１６）、および、導電材料で作られフレームワークの底に配置された挿入物（１７）を有する。

方法の一実施形態では、装置は、以下に従って操作される。貯蔵室（８）から、粗粒子の形状の元の原料（７）が、投与機構（９）に入れられる。装置は、加圧され、吸引され、そして、大気圧または必要な溶けにくい材料の粉末の製造のために必要な圧力まで、必要なガスで満たされる。回転機構（１）の助けによって、るつぼ（２）の回転に必要な速度が設定される。陽極であるるつぼとプラズマトロン陰極（５）の間で、プラズマアークが開始される。アークの陽極点は、るつぼ（２）の底に集められる。粉末の運搬が作動される。投与機構（９）からの粗粒子は、フィード機構（１０）を通じて、例えば、カーボン−カーン本材料で作られたチューブヒータ（６）の助けによって３０００℃まで熱せられたトレー（１１）に移動する。トレーを通過しながら、粗粒子の粒子は、０．４×Ｔｍｅｌより高く熱せられ、そして、回転しているるつぼ（２）に注がれ、そこで、それらはプラズマアークの影響下で溶解する。Ｔｍｅｌは、融解温度である。遠心力の影響下の液体合金は、断熱の挿入物（１６）でカバーされたるつぼ（２）の側面に押しつけられる。新たに粗粒子が運ばれるにつれて、液体合金の量は増加し、そして、それは側面に沿って上昇する。プラズマアークの陽極点は、プラズマトロンムーバ（４）にて、液体金属を追って上昇し、そして、るつぼ（２）の端部に集中する。るつぼ（２）の端部に到達すると、液体合金は、遠心力によって、るつぼの端部を越えて外に引っ張られ、そして、チャンバーのガスを通って落下し、そこで、落下中に固体化し、そして、小さな球の形状で、チャンバーの底の上から落ちる。製造された粉末は、チャンバーの底部に配置された収納庫（１４）に注がれる。

るつぼの底に導電材料を配置することで、溶落ちからるつぼを保護する。るつぼの表面上への、溶解を不活性にする材料の断熱挿入物の配置は、るつぼの電熱負荷をかなり減らすだけでなく、材料溶解プロセスのトータルの熱損失もかなり減らす。その結果、るつぼの運転寿命が長くなり、プロセスのエネルギーコストが減少する。

円筒形のチャンバー軸と異なる方向への、プラズマトロンと投与機構付きの収納庫との配置は、上昇する液体合金を追って、るつぼの側面に沿って陽極点を迅速に正確に移動することと、液体合金の安定化および均質化と製造された粉末の特性の改善とを引き起こす、るつぼの端部上の硬くなった液体合金（あご髭状のもの）の形成を減少させることと、を可能にする。

ガスの雰囲気構成、予備加熱装置温度、プラズマ放電の電流強度、るつぼ回転速度の変更の可能性は、様々な溶けにくい材料：タングステンとモリブデンのような溶けにくい金属、溶けにくい金属のカーバイド、溶けにくい金属のカーバイドの混合物、例えば、鋳造タングステンカーバイド（ＷＣ−Ｗ_２Ｃ）、ホウ化物、窒化物と炭窒化物、炭窒化ホウ化物および他の溶けにくい金属混合物以外の広い寸法範囲の粉末を製造することを可能にする。

一実施形態では、本発明による球状タングステンカーバイド合金粒子の破壊荷重は、２０ｋｇｆよりも大きい。一実施形態では、本発明による球状タングステンカーバイド合金粒子の破壊荷重は、約２０ｋｇｆから約２７ｋｇｆまでである。他の実施形態では、本発明による球状タングステンカーバイド合金粒子の破壊荷重は、２０．８ｋｇｆから２７．２ｋｇｆまでである。破壊荷重の測定は、２０回から３０回繰り返され、平均値が計算される。

球状タングステンカーバイド合金の硬さは、金属のカーバイド用のすべての中で最も高いが、ダイヤモンドと炭化ホウ素の硬さにはかなわない。

いくつかの硬い金属の比較特性を以下に示す。
材料 微小硬さ、ｋｇｆ／ｍｍ^２
タングステンカーバイド １７８０−２０００
チタニウムカーバイド ２８００−３０００
粉砕されたタングステンカーバイド合金 １８００−２２００
球状タングステンカーバイド合金、本製品 ３６００−４８００
本発明の他の特徴および使用とそれらの関連する効果は、発明の説明と実施例を読んだ当業者にとって明らかであろう。

この発明は、ここに示された特定の実施形態に限定されないと理解されるであろう。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲とその均等物によってのみ限定されるので、以下の例は説明的な目的のために与えられ、そして本発明の範囲を限定する意図は無い。

例
例１
融点が３３８０℃のタングステンの粉末化が、提案された発明の機構を有するものとそれら無しの遠心粉末化のための装置で実行された。粉末化は、純粋な窒素雰囲気内で実行された。るつぼは、本発明で提案された挿入物と一緒に、および、それら無しで使用された。るつぼの開口端部の直径は６０ｍｍであった。るつぼの回転速度は、５０００ｒｐｍであった。プラズマアークの電流は、８００Ａから１５００Ａの制限の中で変更され、アークの電圧は、７０Ｖ−８５Ｖであった。粗粒子の予備加熱は、周囲にチューブヒータを備えたタングステン製の底面と移動する元の粗粒子との接触によって実行された。ヒータは、カーボン−カーボン複合材料で作られており、そして、それは自律型電力源からの通過電流で２５００℃まで加熱された。ヒータからの粗粒子の出口温度は、１８５０℃−１９５０℃であった。粉末化の結果は、表１で与えられる。提案された装置での提案された方法によるタングステンの粉末化は、プロセス生産性の増加、得られた球状粉末の特性の安定化、および、その運転寿命を延ばす、るつぼへの電流および熱負荷のかなりの減少をもたらす。

例２
鋳造タングステンカーバイド（タングステンカーバイドＷＣ−Ｗ_２Ｃの共晶混合物）は、るつぼ回転速度２８５０ｒｐｍの遠心粉末化装置で粉末にされた。粉末化のために、１ｍｍより小さい粒子サイズを有する粉砕された鋳造タングステンカーバイドの粗粒子が使われた。元の粗粒子内のカーボンの含有量はその全体の４．０％であり、粉砕された鋳造タングステンカーバイドの平均の微小硬さは、Ｈμ−１８００ＨＶであった。プラズマアークの電流は、８００Ａから１５００Ａまでの制限の中で変更され、アークの電圧は、７０Ｖ−８５Ｖであった。鋳造タングステンカーバイド粗粒子の予備加熱は、チューブヒータの内面と移動する元の粗粒子との接触によって実行された。ヒータは、カーボン−カーボン複合材料で作られ、そして、それは自律型電力源からの通過電流で２２００℃まで加熱された。ヒータからの粗粒子の出口温度は、１８５０℃−１９００℃であった。粉末化は、開口端部直径６２ｍｍを有する純粋な窒素雰囲気内で実行された。また、既知の方法による鋳造タングステンカーバイド粗粒子の比較粉末化も実行された。粉末化結果を表２に示す。

提案された装置での提案された方法による鋳造タングステンカーバイドの粉末化は、プロセス生産性の増加、得られた球状粉末の特性の安定化、および、その運転寿命を延ばするつぼへの電流および熱負荷のかなりの減少をもたらす。明らかにされた方法によって製造された鋳造タングステンカーバイドの微小硬さは、３６００ＨＶ−４２００ＨＶの範囲内であり、それは、従来の方法によって製造された鋳造タングステンカーバイド粉末の微小硬さの値よりも１．２倍−１．３倍高い。

例３（比較）
得られた粉末は、５０ミクロンから８００ミクロンまでの範囲の粒子サイズを持っていた。この方法によって生産された融合したタングステンカーバイド粉末の微小硬さは、３４００ｋｇｆ／ｍｍ^２−３５５０ｋｇｆ／ｍｍ^２の範囲内であった。それは、アルゴン雰囲気内で生産されたタングステンカーバイド粉末の微小硬さの値の１．２５倍−１．２７倍である。微小硬さの増加は、摩滅への材料耐性を著しく増加する。

得られた粉末の見掛け密度は、８．５ｇ／ｃｍ^３−１０．０ｇ／ｃｍ^３の範囲内であり、それは、間接的に、その内部多孔性と完全な球からの逸脱を示す。

高い強さの電流の使用は、製品の硬さおよび強度特性をわずかに増加させる。しかし、電極は、容易に損傷し、そして、高い電流の影響によって頻繁な交換を必要とする。さらに、高い電流を使うとき、るつぼの端部の急速な摩滅が生じる。これは、粉末化プロセスの不安定化及びあご髭状のものの形成を引き起こし、るつぼの頻繁な交換を必要とする。関連する停止時間は、生産ユニットの不十分な性能を引き起こし、コストが増加する。

例４
球形の粉末は、ヘリウム雰囲気中の遠心粉末化で生産された。プラズマガスとして、比率が１：１のヘリウムと窒素の混合物が使用された。投入された原材料は、３．９０重量％−３．９２重量％の含有量のカーボン（Ｃ）を有していた。原材料は、回転しているるつぼに入れられる前に、１０５０℃−２０００℃まで加熱された。粉末化は、例３と同じ回転速度で行われた。粉末化は、プラズマアーク電流の最大値、すなわちたった１２００Ａで行われた。

得られた粉末粒子は、実質的には内部多孔性のない球の形状であった。陽極アーク点は、溶けたものを追って上昇し、るつぼの内側の端部に集中し、それは、るつぼの端部上の固まったカーバイド−「あご髭状のもの」−の制御できない形成を完全になくした。粉末の見掛け密度は、９．８０ｇ／ｃｍ^３−１１．５ｇ／ｃｍ^３で、それは、例３からの材料と比較して、得られる材料の多孔性のレベルおよび不純物含有量の実質的な減少を裏付ける。

ヘリウム−窒素プラズマガスを使用しヘリウム雰囲気内で、特許請求の範囲に記載の方法によって製造されたタングステンカーバイド粉末の微小硬さは、３６００ｋｇｆ／ｍｍ^２−４８００ｋｇｆ／ｍｍ^２の範囲内となった。それは、窒素雰囲気内で生産されたタングステンカーバイド粉末の微小硬さの１．２０−１．２７倍である。微小硬さの増加は、摩滅に対する材料耐性を著しく増加し、そして、耐摩耗性のコーティング用のフィラーとしての粉末の選択における決定パラメータである。

電流プラズマ放電の減少は、電極構造のデザインを著しく簡略化し、電極の寿命を著しく延ばし、そして、著しく動作コストを減少させる。

例５
３．８重量％−３．９重量％の固定カーボン、０．０９重量％−０．１０重量％の遊離カーボン、および、１．１重量％−１．２重量％の他の不純物（クロム、バナジウム、ニオブ、コバルトなど）、および、０．５、０．３、０．１５そして０．１重量％の鉄含量と、他の不純物と、を含む原材料の粉砕された先端（粒）について、粉末化が実行された。粉末化の形態は、例４のように維持された。粗粒子は、１０５０℃−２０００℃まで予備加熱された。粉末化を含むプロセスの結果、製造された粉末（鉄を含む）内の不純物の全体的なレベルは、粉砕された原材料内の不純物の初期レベルと比較して、０．４重量％−１．１重量％まで減少した（初期の材料の純度に依存する）。製造された球状粉末内の鉄の含有量の減少は、以前に粉末化された粗粒子での含有量と比較して、０．０５重量％−０．４０重量％であった（原材料での含有量に依存する）。この場合では、遊離カーボン含有量が０．０５重量％−０．０８重量％まで減少し、そして、他の不純物では０．２重量％−０．７重量％の範囲内であった。

全ての他の状況が等しい条件のもとでは、原材料（粗粒子）の純度は、製造された粉末の特性を定義し、そして、材料に対して、追加的に増えた微小硬度を与えるであろう。不純物の含有量に依存して、生産された球状粉末の微小硬度は、３６００ｋｇｆ／ｍｍ^２（０．１０重量％よりも少ない鉄、０．０５重量％よりも少ない遊離カーボン、１．０重量％を超えない他の不純物の場合）から、４８００ｋｇｆ／ｍｍ^２（０．０６重量％よりも少ない鉄、０．０２重量％よりも少ない遊離カーボンの場合）まで変化し、他の不純物は０．５０重量％より少なくなった。このケースでは、見掛け密度は、９．８０ｇ／ｃｍ^３から１１．５ｇ／ｃｍ^３までの範囲になった。一実施形態では、材料の特性を決定する重要な値は、鉄含量が０．１重量％よりも低いということである。この実施形態では、０．１重量％を超える鉄含量を有する粉末の見掛け密度は、０．１重量％よりも低い含量を有する粉末の見掛け密度よりも、０．３から０．１単位（ｇ／ｃｍ^３）低い。

特許請求の範囲に記載の、非常に重要な特徴を有する装置は、融合したタングステンカーバイド、高い微小硬さを有する球状粒子、粉砕力に対する高い耐性、および、粉末の高い見掛け密度をもたらす。生産された粉末の上記特性は、摩滅と衝撃摩耗に対する高い耐性を与える。

例６
本例は炭素ホウ化物タングステンの先端（粒）を使う粉末化についてである。これは、カーバイドと、タングステンのホウ化物と、の混合物である。すなわち、それは、Ｗ_２Ｃ、ＷＣ、およびＷ_２Ｂ_５を有する。５０％のＷ_２Ｃ＋ＷＣと５０％のＷ_２Ｂ_５である。るつぼの回転速度は、約５０００ｒｐｍであった。粗粒子は、１８００℃まで予備加熱された。アーク電流は１０００Ａだった。粉末化は、記載に応じた装置で実行された。ヘリウムが装置を満たすために使われ、そして、５０％アルゴン＋５０％ヘリウムの混合物がプラズマ発生ガスとして使われた。プラズマは、あご髭状のものの形成を最小化するために、るつぼの内側に向けて、そして、るつぼの端部に向けられる。

一般的な技術で粉末化を実行するとき、不規則な形の粒子が３０％より多く形成され、るつぼの端部における「あご髭状のもの」の形成が発生した。提案された方法の実行により、我々は、以前の粉末化技術によって得られたものより、〜８５％高い生産量と、球状カーバイドの微小硬さのレベルで２０％−３０％高い硬さを有する球状炭素ホウ化物タングステンを得ることができた。

多くの試験は、以下の表にまとめられている。粒子のサイズは、２０−１２００μｍである。

Claims (27)

1. 材料が、３６００ｋｇｆ／ｍｍ^２よりも高い微小硬さを有し、そして、粉末が９．８０から１１．５６ｇ／ｃｍ^３までの見掛け密度を有することを特徴とする球状タングステンカーバイド粉末。
2. 前記粉末が、３．８重量％のから４．２重量％のカーボンを有する、請求項１に記載の球状タングステンカーバイド粉末。
3. 前記粉末が、０．１重量％よりも少ない鉄を有する、請求項１に記載の球状タングステンカーバイド粉末。
4. 前記タングステンカーバイドが、Ｗ_２ＣとＷＣの共晶の混合物である、請求項１に記載の球状タングステンカーバイド粉末。
5. 粉末の製造方法であって、
   前記方法は、
   ａ）回転可能なるつぼを有するチャンバーを用意するステップと、
   ｂ）前記回転可能なるつぼの中に材料を加えるステップと、
   ｃ）プラズマアーク放電を使って、加熱が少なくとも部分的に行い、前記材料を溶かすステップと、
   ｄ）液体の滴を形成するために、前記るつぼを回転して、遠心力下で、溶かされた前記材料を細分化し、次に、粉末を得るために前記滴を冷やすステップと、を有し、
   前記回転可能なるつぼの中に加えられる前記材料は、るつぼに入る前に、前記材料の融解温度の４０％より高い温度まで加熱されることを特徴とする、粉末の製造方法。
6. 前記るつぼに加えられる前記材料は、カーボン（Ｃ）とタングステン（Ｗ）を有する、請求項５に記載の方法。
7. 前記るつぼに加えられる前記材料は、３．９重量％−４．５重量％のカーボンを有する、請求項５または６に記載の方法。
8. アルゴン、ヘリウムおよび窒素から成るグループから選択された少なくとも１つのガスを有するガスが、前記チャンバー内で使用される、請求項５から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 窒素が前記チャンバー内で使用される、請求項５から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記プラズマアークは、最初に、前記るつぼの中心に向けられ、その後、前記るつぼの端部に向けられる、請求項５から９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記プラズマアークは、前記るつぼの前記中心と前記るつぼの端部とに交互に向けられる、請求項５から１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記溶かされた材料の温度は、前記材料の前記融解温度よりも高く維持される、請求項５から１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記溶かされた材料の温度は、前記材料の融解温度から２０℃よりも高く維持される、請求項５から１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記るつぼは、５００ｒｐｍから２００００ｒｐｍまでの回転速度で回転する、請求項５から１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記粉末は、タングステンカーバイドを有する、請求項６から１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記粉末は、ＷＣ相とＷ_２Ｃ相の共晶の混合物を有する、請求項６から１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記るつぼは、水冷式である、請求項６から１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記材料は、振動フィーダによって前記るつぼに加えられる、請求項６から１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記材料は、回転フィーダによって前記るつぼに加えられる、請求項６から１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記るつぼは振動する、請求項６から１９のいずれか１項に記載の方法。
21. チャンバーと、ふたと、移動可能なプラズマトーチと、円筒状の冷却されたるつぼと、製造された粉末用の収集装置と、を含む、粉末の製造に適した装置において、前記装置は、前記るつぼに加えられる材料用の加熱装置を含むことを特徴とする、粉末の製造に適した装置。
22. 前記加熱装置は、ヒータを有するトレーである、請求項２１に記載の装置。
23. 前記加熱装置は、管状のヒータである、請求項２１に記載の装置。
24. 前記加熱装置は、カーボン材料で作られている、請求項２１に記載の装置。
25. 前記装置は、振動によって前記材料を前記るつぼに供給することに適したフィーディング機構をさらに含む、請求項２１から２４のいずれか１項に記載の装置。
26. 前記装置は、回転によって前記材料を前記るつぼに供給することに適したフィーディング機構をさらに含む、請求項２１から２５のいずれか１項に記載の装置。
27. 前記るつぼは振動するように構成されている、請求項２１から２６のいずれか１項に記載の装置。

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