JP2017520389A - 耐摩耗性部品、及びこのような部品で提供される材料の機械的分解のための装置 - Google Patents

耐摩耗性部品、及びこのような部品で提供される材料の機械的分解のための装置 Download PDF

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Abstract

粒子状材料の粉砕のための耐摩耗性部品（４）であって、鋼本体（６）、及び前記鋼本体（６）の前方部分に取付けられた超硬合金の先頭部分（７）を備えている耐摩耗性部品。耐摩耗性部品（４）は、前記先頭部分（７）に関連して前記鋼本体（６）の少なくとも１つの面に取り付けられた金属マトリックス複合材の耐摩耗性コーティング（８）を備えている。【選択図】図３

Description

本開示は、粒子状材料の破砕、摺り潰し、粉状化などの粉砕のための耐摩耗性部品に関し、この耐摩耗性部品は、鋼本体と、該鋼本体の前方部分に取り付けられた超硬合金の先頭部分とを備えている。
本開示は、さらに、このような耐摩耗性部品で提供される材料の機械的分解のための装置に関する。
破砕機を用いてオイルサンド関連物質を破砕する場合のような、粒子状物質の破砕に関連して、種々の設計の耐摩耗性部品を使用することができる。ある解決策では、互いに対して反対方向に回転する一対の回転ドラムの外周面上に耐摩耗材料の歯が取り付けられている。それらの回転の間に、粒子状物質は、上方から該ドラム間のギャップの中に導入される。この原則は、例えば、オイルサンドから瀝青が抽出されるオイルサンド処理プラントにおいて、粒子状物質の破砕のためのいわゆる２次及び３次破砕機で用いられている。
該歯によって形成された耐摩耗性部品は、鋼本体を備え得る。この鋼本体の前方部分に、超硬合金の先頭部分が取り付けられている。先頭部分は、破砕する物質に衝突し、影響を及ぼす部品の最先端且つ第１の部分であり、破砕作業のほとんどを担っている。前方部分以外にも、摩耗から保護するべき他の鋼本体の面があり得る。このような面に耐摩耗性コーティングを適用するべきである。コーティングは、破砕される物質に衝突するときに受ける力に耐えるだけの硬度をもたなければならず、耐摩耗性部品によって破砕中又は破砕された耐摩耗性部品が通り過ぎる物質の浸食、腐食、及び摩滅に対して耐性がなければならないという意味で、耐摩耗性でなければならない。先行技術によれば、このようなコーティング、並びに先頭部分は、コバルト及び／又はニッケル系結合剤を有するタングステンカーバイドなどの超硬合金を含む。したがって、該面の少なくとも一部が、先頭部分を形成する材料と同じ種類の材料で覆われている。
しかしながら、現在の技術では、超硬合金のコーティングを鋼本体に適用することは、技術的に困難であり、時間がかかる。好ましくは、超硬合金は、例えば補強材によって、鋼本体に機械的に取り付けられる１つ又は複数の本体として設けられる必要がある。したがって、粒子状物質の破砕のための耐摩耗性部品の先行技術設計に代わるものがあれば、それは、粒子状物質の破砕を含む技術分野の少なくとも幾つかの用途で大きな価値をもつ。
本開示の態様では、粒子状物質の破砕などの用途に適した耐摩耗性部品が提示されており、該部品は、効率良く製造できるように設計されている。具体的には、耐摩耗性部品は、熱間等方圧加圧（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ：ＨＩＰ）処理を用いた該部品の少なくとも１つ又は複数の部分の製造を促進する設計でなければならない。
したがって、本開示は、鋼本体と、前記鋼本体の前方部分に取り付けられた超硬合金の先頭部分とを備えている、粒子状材料の粉砕のための耐摩耗性部品に関し、前記部品は、前記先頭部分に関連して前記鋼本体の少なくとも１つの面に付着した金属マトリックス複合材（ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）の耐摩耗性コーティングを備え、耐摩耗性コーティングは、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）を用いた粉末混合物の圧密によって形成されていることを特徴としている。ＨＩＰ処理は、耐摩耗性コーティングと鋼本体との間により優れた接着をもたらす。前述又は後述で定義された耐摩耗性部品において、超硬合金の先頭部分は、前記鋼本体の前方部分に冶金的に結合されており、前記部品は、鋼本体の少なくとも１つの面にさらに冶金的に結合されている金属マトリックス複合材の耐摩耗性コーティングを備えている。
さらに、得られた耐摩耗性コーティングは、内部に溶融相の兆候がない無孔性の微細構造をもつようになる。
先頭部分は、ＨＩＰ処理の結果、拡散接合によって鋼本体の前方部に機械的に取り付けられた別個の部分であり得る。ＨＩＰ処理によって、耐摩耗性コーティングと先頭部分との両方が鋼本体に取り付けられる。
耐摩耗性部品が破砕機などに備え付けられ、破砕機などが動作しているとき、先頭部分は、破砕される物質に衝突する耐摩耗性部品の最先端部分である。金属マトリックス複合材は、ＨＩＰ処理で鋼本体に付着し得るため、鋼本体の１つ又は複数の面上のコーティング材料として適している。ＨＩＰ処理では、前記金属マトリックス複合材の成分を含む粉末混合物が、このような面の上に位置付けされ、前記ＨＩＰ処理中に適用された熱と圧力によって圧密される。したがって、金属マトリックス複合材は、鋼本体に冶金的に接着する。金属マトリックス複合材は、３０〜７０体積％のタングステンカーバイドの粒子、及び３０〜７０体積％の金属系合金のマトリックスからなり得る。先頭部分は、鋼本体の前方部分上に直接取り付けられてもよく、或いは、鋼本体の前方部分に付着した前記金属マトリックス複合材のコーティング上に取り付けられてもよい。
一実施形態によれば、前記金属マトリックス複合材は、ニッケル系金属マトリックス複合材（ｎｉｃｋｅｌ−ｂａｓｅｄ ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、コバルト系金属マトリックス複合材（ｃｏｂａｌｔ−ｂａｓｅｄ ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、又は鉄系金属マトリックス複合材（ｉｒｏｎ−ｂａｓｅｄ ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）のうちのいずれかである。このような金属マトリックス複合材は、特にＨＩＰ処理に適しており、高い耐摩耗性を有するコーティングをさらに生じさせる。金属マトリックス複合材は、ニッケル系合金又はコバルト系合金又は鉄系合金のマトリックス内のタングステンカーバイドの粒子をさらに含み得る。タングステンカーバイドの粒子は、金属系合金のマトリックス内で離散的な非相互接続粒子として分配され得る。一代替例によれば、タングステンカーバイドの粒子の大部分は、金属系合金のマトリックス内で離散的な非相互接続粒子として分配されている。ＨＩＰ処理によって耐摩耗性コーティングが生成された部品では、金属系合金マトリックス内での離散的な非相互接続のタングステン粒子の均一な分配が、部品全体にわたって延性と均一な硬度を生じさせ、結果として、高い耐摩耗性及び強度を有する部品が提供される。
一実施形態によれば、前記金属マトリックス複合材は、タングステンカーバイドの粒子及びニッケル系合金のマトリックスを含み、前記ニッケル系合金は、０〜１．０重量％のＣ、５〜１４．０重量％のＣｒ、０．５〜４．５重量％のＳｉ、１．２５〜３．０重量％のＢ、１．０〜４．５重量％のＦｅ、並びに残部のＮｉ及び不可避的不純物からなる。このニッケル系合金は、強度と延性があり、したがって、耐摩耗用途におけるマトリックス材料として非常に適している。
炭素は、クロム及び鉄とともに、例えば、延性のニッケル系合金マトリックスで析出されるＭ２３Ｃ６及びＭ７Ｃ３などの小さな金属リッチ炭化物（ｍｅｔａｌ ｒｉｃｈ ｃａｒｂｉｄｅ）を形成する。析出炭化物は、転位が伝播することを遮断することによって、マトリックスを強化する。本開示によれば、耐摩耗性コーティングの付着に用いられるニッケル系合金の粉末は、金属リッチ炭化物の十分な析出を確実に行うため、少なくとも０．２５重量％の炭素を含む。しかしながら、炭素があまりにも多いと、ニッケル系合金マトリックスの延性が低下する場合があり、したがって、炭素は１．０重量％に制限されるべきである。したがって、ニッケル系合金は、好ましくは、０．２５〜１．０重量％の炭素からなる。例えば、炭素の量は、０．２５〜０．３５又は０．５〜０．７５重量％である。
クロムは、耐腐食性のため、且つクロムリッチ炭化物及びクロムリッチホウ化物（ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｒｉｃｈ ｂｏｒｉｄｅ）の析出を確実に行うために重要である。したがって、クロムは、少なくとも５重量％の量でニッケル系合金マトリックス内に含まれる。しかしながら、クロムは、強固な炭化物形成体であり、したがって、クロムの量が多いことにより、タングステンカーバイド粒子の溶解が増加し得る。したがって、クロムは１４重量％に制限されるべきである。したがって、ニッケル系合金は、好ましくは、５〜１４重量％のクロムを含む。例えば、クロムの量は、５．０〜９．５重量％又は１１〜１４重量％である。特定の用途では、タングステンカーバイド粒子の溶解を完全に回避することが望ましい。このような場合、クロムの含有量は、ニッケル系合金マトリックス内で＜１．０重量％であってもよい。
ケイ素は、ニッケル系合金粉末の製造工程で使用され、したがって、典型的に、少なくとも０．５重量％（例えば、２．５〜３．２５重量％又は４．０〜４．５重量％）の量でニッケル系合金マトリックス内に存在し得る。ケイ素は、Ｍ６Ｃタイプのタングステンリッチ炭化物に対して安定効果を有する場合があり、したがって、ケイ素の含有量は、４．５重量％に制限されるべきである。
ホウ素は、クロムリッチホウ化物（ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｒｉｃｈ ｂｏｒｉｄｅ）を形成する。クロムリッチホウ化物は、硬化に役立ち、ニッケル系合金マトリックスの耐摩耗性を向上させる。目立った効果を達成するため、ホウ素の量は、少なくとも１．２５重量％とするべきである。しかしながら、ニッケル系合金マトリックス内で主成分を構成するニッケル内のホウ素の溶解度は限られており、したがって、ホウ素の量は、３．０重量％を越えてはならない。例えば、ホウ素の量は、１．２５〜１．８重量％又は２．０〜２．５重量％又は２．５〜３．０重量％である。
鉄は、通常、金属屑に含まれており、この金属屑よりニッケル系合金を含む粉末が製造される。しかしながら、鉄の量が多いことにより、タングステンカーバイド粒子の溶解に至る恐れがあり、したがって、鉄は４．５重量％に制限されるべきである。例えば、鉄は、１．０〜２．５重量％又は３．０〜４．５重量％の量で存在する。
ニッケルは、ニッケル系合金の残部を構成する。ニッケルは、ある程度延性を有する金属であり、ニッケル内で炭素の溶解度が低いことから、マトリックス材料として適している。タングステン粒子の溶解を回避するため、炭素の低溶解度は、マトリックス材料における重要な特徴である。
一実施形態によれば、金属マトリックス複合材は、１０５〜２５０μｍの粒径を有するタングステンカーバイドの粒子、並びにニッケル系合金の拡散接合された粒子のマトリックスを含み、ニッケル系合金の拡散接合された粒子の粒径は、＜３２μｍである。タングステンカーバイド粒子は、ＷＣ又はＷ２Ｃ、或いはＷＣとＷ２Ｃの混合物であってもよい。タングステンカーバイド粒子は、球面形状又はファセット形状であってもよい。タングステン粒子は、耐摩耗性をもたらす。ニッケル系合金の接合された粒子の大きさは、レーザ回折、すなわち、レーザビームが空気中又は液体中の粒子の分散系を通過する際に生じる回折光の「ハロ」を解析することによって決定され得る。ニッケル系合金の最大粒子は、ニッケル系合金粒子がより大きなタングステンカーバイド粒子の各々を確実に完全包囲するようにするため、３２μｍに設定される。代替例によれば、ニッケル系合金の粒子の最大径は、３０μｍ、２８μｍ、２６μｍ、２４μｍ、又は２２μｍである。ニッケル系合金の粒子の平均粒径が、タングステンカーバイド粒子の平均粒径に比べて比較的小さいことが重要である。これにより、実質的にすべてのタングステンカーバイド粒子がニッケル系合金粒子内に個別に埋め込まれ、粉末混合物内で均等に分配されるように、前記粒子を含む粉末混合物を混合し、取り扱うことができるという効果がある。したがって、実質的に各タングステン粒子がニッケル系合金粒子によって完全に包囲される。「すべて」と云った場合、タングステンカーバイド粒子のごく一部のみが互いに接していることを意味する。「均等に」という表現は、隣接するタングステン粒子間の距離が、粉末混合物の体積にわたってほぼ一定であることを意味する。
ニッケル系合金のマトリックスは、ホウ化物及び炭化物の析出粒子をさらに含んでもよく、ホウ化物及び炭化物の粒子は、マトリックス内で、離散的な個別の粒子として分配され、ホウ化物及び炭化物の粒子の大きさは、５〜１０μｍである。マトリックス内の追加の小さな炭化物の存在は、高い衝突角と低い衝突角の両方でＭＭＣ材料に衝突する研摩媒体に起因する浸食及び摩滅からニッケル系合金マトリックスを保護する。析出粒子は、鉄及び／又はクロムリッチホウ化物、並びに鉄及び／又はクロムリッチ炭化物であり得る。
代替的な実施形態によれば、金属マトリックス複合材は、タングステンカーバイドの粒子及びコバルト系合金のマトリックスを含み、コバルト系合金は、２０〜３５重量％のＣｒ、０〜２０重量％のＷ、０〜１５重量％のＭｏ、０〜１０重量％のＦｅ、０〜５重量％のＮｉ、０．０５〜４重量％のＣ、及び残部Ｃｏからなる。このような部品は、浸食、さらに摩損に対して非常に高い耐性を示す。優れた耐摩耗性は、部品内に分散された比較的大きなタングステンカーバイド粒子に部分的に依存する。しかしながら、いかなる理論にも縛られることなく、高い耐摩耗性、具体的には、浸食摩耗に対する耐性は、コバルト系マトリックスの変形硬化特性と、所定量の小さくて硬い炭化物（すなわち、部品のマトリックス内に存在する１〜４μｍの大きさの炭化物）との両方の結果であると考えられている。マトリックス内の追加の小さな炭化物の存在は、高い衝突角と低い衝突角の両方でＭＭＣ材料に衝突する研摩媒体に起因する浸食からコバルト系合金マトリックスを保護する。いかなる理論にも縛られることなく、析出粒子は、ＨＩＰ処理の間、第１の粉末のタングステンカーバイド粒子とコバルト系合金粉末の合金素子との間の反応の結果として形成されると考えられている。
さらなる実施形態によれば、コバルト系合金は、２７〜３２重量％のＣｒ、０〜２重量％のＷ、４〜９重量％のＭｏ、０〜２重量％のＦｅ、２〜４重量％のＮｉ、０．１〜１．７重量％のＣ、及び残部Ｃｏを含む。代替的な実施形態によれば、コバルト系合金は、２６〜３０重量％のＣｒ、４〜８重量％のＭｏ、０〜８重量％のＷ、０〜４重量％のＮｉ、０〜１．７重量％のＣ、及び残部Ｃｏを含む。さらに別の実施形態によれば、コバルト系合金は、２６〜２９重量％のＣｒ、４．５〜６重量％のＭｏ、２〜３重量％のＮｉ、０．２５〜０．３５重量％のＣ、及び残部Ｃｏを含む。
別の実施形態によれば、金属マトリックス複合材は、タングステンカーバイドの粒子及び鉄系合金のマトリックスを含む。鉄系合金は、重量％で、０．５〜３重量％のＣ、０〜３０重量％のＣｒ、０〜３重量％のＳｉ、０〜１０重量％のＭｏ、０〜１０重量％のＷ、０〜１０重量％のＣｏ、０〜１５重量％のＶ、０〜２重量％のＭｎ、残部のＦｅ及び不可避的不純物を含み得る。一実施形態によれば、鉄系合金は、重量％で、１〜２．９重量％のＣ、４〜２５重量％のＣｒ、０．３〜１．５重量％のＳｉ、４〜８重量％のＭｏ、４〜８重量％のＷ、０〜８重量％のＣｏ、３〜１５重量％のＶ、０．４〜１．５重量％のＭｎ、残部のＦｅ及び不可避的不純物を含み得る。
典型的には、前記先頭部分は、テーパ状断面を有し、鋼本体の前記前方部分で先端部又は端部を形成するが、これは必須ではない。本開示の一実施形態によれば、前記鋼本体は、底面、及び前記底面の反対側の上面を備え、金属マトリックス複合材の前記耐摩耗性コーティングは、前記上面に付着している。前述又は後述で定義された耐摩耗部品によれば、前記底面と前記上面の間に、前記鋼本体は、互いに対向する側面を備え得る。金属マトリックス複合材の前記耐摩耗性コーティングは、前記側面の少なくとも一部に付着している。代替的な実施形態によれば、鋼本体は、円錐台、角錐台、先端が切り取られたくさびの形状を有してもよく、前記先頭部分は、前記円錐台、角錐台、又は先端が切り取られたくさびの上に鼻部を形成し、前記面は、前記円錐台、角錐台、又は先端が切り取られたくさびの外表面であり、金属マトリックス複合材の耐摩耗性コーティングは、前記外表面の少なくとも一部に付着している。
本開示によれば、耐摩耗性部品は、粉砕器又はシュレッダのインパクトハンマー、ロール破砕機の歯（ｒｏｌｌ ｃｒｕｓｈｅｒ ｔｏｏｔｈ）、１次及び／又は２次及び／又は３次破砕機のための破砕機の歯、破砕機のための摩耗セグメント、破砕機のための摩耗プレート、スラリー処理システムのための部品、或いはシュレッダのためのブレード又はカッターのうちのいずれかであってもよい。
本開示は、さらに、材料の機械的分解のための装置に関し、以上及び以下で定義された耐摩耗性部品を含むことを特徴とする。この装置は、本出願で以上及び以下で説明され、当業者によって認識及び理解されるように、粒子状物質の破砕が行なわれると予想され得る任意の用途で使用される破砕機又は任意の種類の破砕装置であり得るが、同様に、任意の粉砕器又はシュレッダ、或いは、材料の粉砕、典型的には、粒子状物質の粉砕のための任意の他の種類の装置であり得る。例えば、材料の機械的分解のための装置は。粉砕される粒子状物質は、例えば、採鉱作業に関連して得られた物質、或いは、以下で例示されるように、オイルサンドからのオイルの生成に関連して得られた物質であってもよい。
前述又は後述で定義された材料の機械的分解のための装置は、少なくとも１つの回転要素及びさらなる要素を備えてもよく、回転要素と前記さらなる要素との間には間隔があり、前記回転要素の外周面上に、前述又は後述で定義された少なくとも１つの耐摩耗性部品が設けられており、回転要素が回転すると、前記間隔内に存在する粒子状物質を機械的分解、好ましくは破砕する目的で、耐摩耗性部品が、その先頭部分を先頭にして前記間隔の中へ移動することを特徴としている。さらなる要素は、さらなる回転要素であってもよく、前記さらなる回転要素の外周面上に、前述又は後述で定義された少なくとも１つの耐摩耗性部品が設けられてもよく、さらなる回転要素が回転すると、前記間隔内に存在する粒子状物質を機械的分解（破砕など）する目的で、前記さらなる回転要素上の耐摩耗性部品が、その先頭部分を先頭にして前記間隔の中へ移動する。
本開示のさらなる特徴及び利点は、本開示の実施形態の以下の詳細な説明で提示される。
本開示の実施形態は、添付の図面を参照しつつこれより提示される。
本開示に係る、材料の機械的分解のための装置の側面図である。 本開示に係る、材料の機械的分解のための装置の一部の斜視図である。 本開示に係る、耐摩耗性部品の第１の実施形態の斜視図である。 図５のＩＶ−ＩＶに沿った、図３の耐摩耗性部品の断面図である。 図４で示された耐摩耗性部品の上面図である。 図５のＩＶ−ＩＶに沿った、図３で示された耐摩耗性部品の断面図である。 本開示に係る、耐摩耗性部品の第２の実施形態の斜視図である。 図７で示された耐摩耗性部品の上面図である。 図８のＩＸ−ＩＸに沿った断面図である。 図８のＸ−Ｘに沿った断面図である。 本開示に係る、耐摩耗性部品の第３の実施形態、及び部品が取り付けられたホルダの斜視図である。 図１０〜１１で示された耐摩耗性部品及びホルダの上面図である。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿った、図１０〜１２で示された耐摩耗性部品及びホルダの断面図である。
定義
本明細書で使用されている用語「粉砕」は、固形材料をある平均粒径からより小さい平均粒径へ縮小させることを意味する任意の工程を含むことが意図されている。「粉砕」の例は、限定されないが、摺り潰し、破砕、研削、及び粉状化である。
「ｗｔ％」という用語は、「重量％」を意味することが意図され、「ｖｏｌ％」という用語は、「体積％」を意味することが意図されている。
「金属マトリックス複合材」（ＭＭＣ）という用語は、セラミック材料の分散系を含む金属マトリックスからなる材料を意味することが意図され、セラミック材料の例は、セラミック材料の形状は限定されないが、炭化物、窒化物、酸化物、及び／又はホウ化物からなる粒子、繊維、ウィスカである。さらに、セラミック材料は、金属マトリックスの合金素子間の化学的反応の結果ではなく、金属マトリックス複合材に添加される。
超硬合金は、ＷＣ粒子と共にＣｏ又はＣｏ合金マトリックスを通常含むＭＭＣ材料である。金属マトリックスは、さらにＮｉ又はＮｉ合金を含み得る。ＷＣ炭化物に加えて、他の炭化物又は窒化物（例えば、ＴｉＣ、Ｃｒ系炭化物、ＴａＣ、及び／又はＨｆＣ）も超硬合金内に存在し得る。
図１は、本開示に係る、材料１の機械的分解のための装置の実施形態を示す。この場合、装置は破砕機である。破砕機は、オイルサンドからオイルを抽出する目的でオイルサンドが処理される採鉱プラントにおいて使用されることが主に意図されている。しかしながら、粒子状物質の破砕のために破砕機が使用される他の似たような用途も当然ながら予想される。破砕機１は、第１の回転要素２及びさらなる第２の回転要素３を含み、第１の回転要素２と第２の回転要素３との間に間隔がある。前記回転要素２、３の外周面上には、耐摩耗性部品４が設けられ、耐摩耗性部品４は、回転要素が回転すると、前記間隔内に存在する粒子状物質を破砕する目的で、先頭部分を先頭にして前記間隔の中へ移動する。図１で示された実施形態によると、このような粒子状物質は、上方から導入される。耐摩耗性部品４は、細長いホルダ５に取付けられる。ホルダ５は、回転要素２、３に取り付けられ、その長手方向に延在する。各ホルダ５は、前述又は後述で定義された複数の耐摩耗性部品を運び、各回転要素２、３のそれぞれの外周の所定のセグメントを占有する。
図１及び２で示された耐摩耗性部品４は、図３から６でより詳細に示され、オイルサンドからオイルを抽出するためのプラントにおいて、いわゆる２次サイザーでの使用に主に適合される。しかしながら、本開示は、これらの特定の耐摩耗性部品が設けられている破砕機に限定されず、図７から１３で例示されている、本開示の範囲内の任意の種類の耐摩耗性部品が設けられ得る。したがって、破砕機は、より粗い粒子状物質の破砕のための１次サイザー、或いは、２次サイザーにおいてよりも微細な粒子状物質の破砕のための３次サイザーなど、上述の２次サイザーの用途以外の他の用途にも適用されてよい。本開示に係る破砕機における使用を意図する耐摩耗性部品の種々の実施形態は、以下でより詳細に説明される。
図３から図６は、本開示の耐摩耗性部品４の第１の実施形態を示す。耐摩耗性部品４は、鋼本体６、鋼本体６の前方部分に取付けられた先頭部分７、及び前記先頭部分７に関連して前記鋼本体６の少なくとも１つの面に付着した金属マトリックス複合材の耐摩耗性コーティング８を備えている。鋼本体６は、図１で示されたホルダ５のうちの１つのようなホルダの上にのっかることを意図する底面９を備えている。鋼本体は、底面９の反対側に上面１０を有している。底面９と上面１０の間において、鋼本体６の両側に側面１１が設けられている。したがって、鋼本体６は、２つの対向する側面１１を備えている。鋼本体６の一方の端部には、くさびのような前方部分１２が設けられ、その前方部分１２の端部には超硬合金から作られた先頭部分７が設けられている。先頭部分７は、耐摩耗性部品４によって破砕される粒子状物質に衝突する、耐摩耗性部品４の最前部であることを意図する。したがって、先頭部分７は、耐摩耗性部品の最も硬い部分である。図３から６で示された実施形態では、先頭部分７は、鋼本体６の前方部分１２内の凹部に係止する先頭部分７の突出部によって画定された外形ロッキングジョイントによって鋼本体６に取り付けられている。
鋼本体６の先頭部分７から後面１３へと、鋼本体６の上面１０は、耐摩耗性コーティング８によって覆われている。対向する側面１１の上方部もさらに耐摩耗性コーティング８によって覆われている。耐摩耗性コーティング８によって覆われている鋼本体６の部分は、図１及び２で示されたような用途において摩耗に最も曝されると推測される面９−１１の部分である。可能であるならば、側面１１のより大きな部分又はその全領域が、耐摩耗性コーティング８で覆われてもよい。さらに、後面１２は、耐摩耗性部品４の機能又は製造のいずれかのために必要又は有利であるとみなされた場合、耐摩耗性コーティング８で覆われてもよい。
耐摩耗性コーティング８は、タングステンカーバイドの粒子、並びにニッケル系合金、コバルト系合金、又は鉄系合金のうちの任意の１つの金属マトリックスからなる金属マトリックス複合材を含む。耐摩耗性コーティングは、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）を用いた、粉末混合物の圧密によって形成されている。一実施形態によれば、タングステンカーバイドの粒子は、金属系合金のマトリックス内で離散的な非相互接続粒子として分配されている。好適な金属マトリックス合金の例は、後で提示される。
図３から図６で示された耐摩耗性部品４は、ボルト（図示せず）を受け入れる孔１４を備えている。このボルトによって、部品４を図１で示されたホルダ５のようなホルダに取り付けることができる。孔１４は、鋼本体６の上面１０から底面９へと延在する。
図７〜図１０は、参照番号１５で示される、本開示の耐摩耗性部品の代替的な実施形態を示す。この実施形態の耐摩耗性部品１５は、鋼本体１６、鋼本体１６の前方部分に取付けられた先頭部分１７、及び前記先頭部分１７に関連して前記鋼本体１６の少なくとも１つの面に付着した金属マトリックス複合材の耐摩耗性コーティング１８をさらに備えている。図１０で見ることができるように、先頭部分１７は、鋼本体１６の前方部分に直接取り付けられていないが、鋼本体１６の前方部分を覆う耐摩耗性コーティング１８の一部に取り付けられている。このような設計は必須ではない。実際、先頭部分を鋼本体１６に直接取り付けた方が好ましい場合もある。このような場合、鋼本体１６の前方部分は、図７から図１０で示されているように、耐摩耗性コーティング１８によって覆われるべきではない。
先の実施形態のように、先頭部分１７は超硬合金からなり、耐摩耗性コーティング１８は、金属マトリックス複合材を含み、金属マトリックス複合材は、タングステンカーバイドの粒子、並びにニッケル系合金、コバルト系合金、又は鉄系合金のうちの任意の１つの金属マトリックスを含む。
鋼本体１６は、図１で示されたホルダ５のうちの１つのようなホルダ上にのっかることを意図する底面１９を備えている。鋼本体１６は、底面１９の反対側に上面２０を有する。底面１９と上面２０の間において、鋼本体１６の両側に側面２１が設けられている。したがって、鋼本体１６は、２つの対向する側面２１を備えている。鋼本体１６上に後面２２がさらに設けられている。上面２０は耐摩耗性コーティング１８によって覆われ、同様に上面２０に隣接する後面２２の上方部分も耐摩耗性コーティング１８によって覆われている。上面２０に隣接する各側面２１の上方部分もさらに耐摩耗性コーティング１８で覆われている。底面１９に隣接する側面２１の下方部分は、溶接によって耐摩耗性部品１５をホルダに取り付けることを助けるため、耐摩耗性コーティング１８で覆われていない。
図７から図１０で示された耐摩耗性部品１５は、オイルサンドからオイルを抽出するためのプラントにおいて、いわゆる３次サイザーで使用することが主に意図されている。
図１１〜図１３は、参照番号２３で示される、本開示に係る耐摩耗性部品のさらなる実施形態を示す。耐摩耗性部品２３がどのようにホルダに取り付けられるかをより明瞭に示すため、ホルダ２４がさらに示される。図１１から図１３で示されている部品２３のように設計された耐摩耗性部品への取り付けを可能にするため、図１で示されたホルダ５は、図１１から１３で示されたホルダ２３のように設計され得る。
耐摩耗性部品２３は、鋼本体２５を示しており、鋼本体２５は、その前方部分で少なくとも部分的に円錐台形状を有する。鋼本体２５は、ホルダ２４への挿入及び取り付けを意図する後部をさらに備えている。鋼本体２５の前方部分の最前部では、前記円錐台上に鼻部を形成する先頭部分２６が設けられている。金属マトリックス複合材の耐摩耗性コーティング２７は、前記円錐台の外表面２８に付着する。耐摩耗性部品２３がホルダ２４に挿入され且つ取り付けられた場合、外部に露出される鋼本体２５の表面はない。言い換えると、ホルダ２４によって収容されていない鋼本体２５のすべての面が、耐摩耗性コーティング２７及び先頭部分２６によって覆われている。
図１１から図１３で示された耐摩耗性部品は、オイルサンドからオイルを抽出するためのプラントにおいて、１次サイザーの破砕機で使用されることが主に意図されている。この耐摩耗性部品は、図３から図１０で示された耐摩耗性部品４、１５よりも粗い物質を破砕することが主に意図されている。
図１から図１３を参照しつつ説明された耐摩耗性部品４、１５、２３は、すべて、超硬合金、好ましくは、超硬合金の固体片を含む先頭部分７、１７、２６を有する。好ましくは、超硬合金は、タングステンカーバイド及びバインダー相（典型的には、コバルトバインダー相）を含む。好ましくは、先頭部分は、鋼本体に直接接続されるが、代替的に、鋼本体上に適用された耐摩耗性コーティングに取り付けられてもよい。
耐摩耗性コーティング８、１８、２７は、熱間等方圧加圧によって、形成されて鋼本体６、１６、２５に付着する。耐摩耗性コーティングの成分を含む粉末混合物は、鋼本体６、１６、２７の１つ又は複数の面の上に配置される。これらの１つ又は複数の面は、コーティングによって覆われ、それから例えば、ガラス被包又は金属被包によって、その位置で被包される。鋼本体及びその被包は、粉末混合物が収容されるモールドを形成する。その後、温度と圧力を加熱可能な圧力チャンバの中で上昇させる。この加熱可能な圧力チャンバは、通常、所定のＨＩＰサイクルに従う熱間等方圧加圧チャンバ（ＨＩＰチャンバ）と呼ばれる。適用された上昇温度と圧力、並びに上昇温度と圧力の適用期間は、特定の組成、及びその他の可能性のある関連する特徴（粒子の大きさと形状、及び圧密される粉末混合物の量など）に適合される。
加熱チャンバは、５００バールを超える等方圧力まで、ガス（例えば、アルゴンガス）によって加圧される。典型的に、等方圧力は、９００〜１２００バールである。チャンバは、金属系合金粉末の融点未満の温度まで加熱される。温度が、融点に近くなるほど、融解相及び脆い炭化物の網状組織の望ましくない筋を形成するリスクが高くなる。したがって、温度は、ＨＩＰの間、炉中で、できる限り低くすべきである。しかし、低温において拡散過程が減速し、材料は残留空隙を含有することになり、粒子間の冶金的結合は弱くなる。したがって、温度は、好ましくは、金属系合金の融点を１００〜２００℃下回り、例えば、コバルト系合金又はニッケル系合金については、９００〜１１５０℃又は１０００〜１１５０℃である。充填されたモールドは、所定の圧力及び所定の温度で加熱チャンバ内で所定の期間保たれる。ＨＩＰの間に粉末粒子間で行われる拡散過程は、時間依存性であるため、長い時間が好ましい。しかしながら、時間が長過ぎると、過剰なＷＣの分解がもたされる場合がある。好ましくは、型は、０．５〜３時間（１〜２時間、１時間など）ＨＩＰ工程が施されるべきである。
ＨＩＰの間、金属系合金粉末の粒子は、塑性変形し、互いに対して、且つタングステン粒子に対して、様々な拡散過程を通して冶金的に結合し、その結果、拡散結合された金属系合金粒子及びタングステンカーバイド粒子の高密度で均一性のある部品が形成される。冶金的結合において、金属性の表面は、酸化物、介在物、又はその他の汚染物などの欠陥のない界面により完璧に結合する。
粉末混合物の圧密の後、最終的に製作される耐摩耗性部品上で望まれないような、存在し得る被包部分は、耐摩耗性コーティングと共に耐摩耗性部品から取り除かれる。
ＨＩＰ処理のための粉末混合物、本開示に係る耐摩耗性コーティングでは、含有粉末の量は、第１のＷＣの粉末が、粉末混合物の全体積の３０〜７０％を構成し、第２の金属系合金の粉末が、粉末混合物の全体積の７０〜３０体積％を構成するように選択される。例えば、粉末混合物の全体積の３０体積％がＷＣから構成される場合、残りは、７０体積％の金属系合金粉末である。「ＷＣ」と云った場合、純粋なタングステンカーバイド又は鋳造共晶炭化物（ｃａｓｔ ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｃａｒｂｉｄｅ）（ＷＣ／Ｗ２Ｃ）を意味する。共晶ＷＣ／Ｗ２Ｃ炭化物ではなく、マクロ結晶質の純粋なＷＣの使用が好ましい。タングステンカーバイドのＷＣ相は、Ｗ２Ｃよりも分解に対して遥かに耐性がある。共晶タングステンカーバイドは、８０〜９０体積％のＷ２Ｃからなり、したがって、純粋なタングステンカーバイドよりも分解に対して遥かに敏感である。
耐摩耗性部品４、１４、２３の鋼本体６、１６、２５上で耐摩耗性コーティング８、１８、２７を形成する金属系マトリックス複合材は、ニッケル系金属マトリックス複合材又はコバルト系金属マトリックス複合材、或いは鉄系金属マトリックス複合材である。タングステンカーバイドの粒子は、金属系合金のマトリックス内で離散的な非相互接続粒子として分配され得る。
ニッケル系金属マトリックス複合材
本開示の範囲内にあり、ＨＩＰを用いた圧密に適した、ニッケル系合金の適切な組成（重量％）の実施例は、以下の通りである。
Ｃ：０．１、Ｓｉ：２．３、Ｂ：１．２５、Ｆｅ：１．２５、残部のＮｉ及び不可避的不純物。
Ｃ：０．１、Ｓｉ：２．３、Ｂ：１．７５、Ｆｅ：１．２５、残部のＮｉ及び不可避的不純物。
Ｃ：０．１、Ｓｉ：３．２、Ｂ：１．２５、Ｆｅ：１．２５、残部のＮｉ及び不可避的不純物。
Ｃ：０．２５、Ｃｒ：５．０、Ｓｉ：３．２５、Ｂ：１．２５、Ｆｅ：１．０、残部のＮｉ及び不可避的不純物。
Ｃ：０．３５、Ｃｒ：８．５、Ｓｉ：２．５、Ｂ：１．２５、Ｆｅ：１．０、残部のＮｉ及び不可避的不純物。
Ｃ：０．３５、Ｃｒ：９．５、Ｓｉ：３．０、Ｂ：２．０、Ｆｅ：３．０、残部のＮｉ及び不可避的不純物。
Ｃ：０．５、Ｃｒ：１１．５、Ｓｉ：４．０、Ｂ：２．５、Ｆｅ：３．０、残部のＮｉ及び不可避的不純物。
Ｃ：０．７５、Ｃｒ：１４．０、Ｓｉ：４．０、Ｂ：２．０、Ｆｅ：４．５、残部のＮｉ及び不可避的不純物。
ニッケル系合金粒子は、実質的に球形を有し、代替的に変形した球形を有する。合金素子の含有量の増加により、結果としてより硬くて脆い材料が生じる。上述の実施例は、約１４の硬度（Ｒｃ）から約６２の硬度（Ｒｃ）の範囲にある。金属合金の硬度は、ある程度、耐摩耗性金属マトリックス複合材を得るために重要な特性である。しかしながら、ある一定の延性は、金属マトリックス複合材のクラッキングを起こしにくくするため、さらに合金に対して要求される特性である。クラッキングしにくくない金属マトリックス複合材は、よりクラッキングしやすい、対応する金属マトリックス複合材よりも、より優れた耐摩耗性を有することが証明されてきた。
ニッケル系金属マトリックス複合材の場合、３０〜４０、好ましくは３３〜３７の範囲内の硬度（Ｒｃ）を有するニッケル系合金が特に有利であると証明されており、結果として、十分に硬さをもちながらも延性を有する金属マトリックス複合材が生じている。本開示の範囲内であり得るニッケル系合金の上述の実施例の中では、以下の組成（重量％）が、硬度と延性の組み合わせに起因して非常に優れた耐摩耗性特性を有する金属マトリックス複合材を生じさせることが証明されており、それ故に好ましい。
０．３５ Ｃ
８．５ Ｃｒ
２．５ Ｓｉ
１．８ Ｂ
２．５ Ｆｅ
残部のＮｉ及び不可避的不純物
金属マトリックス複合材を生成するため、ｄ２０＝２２μｍの粒径を有する上述の組成の粉末が、ＨＩＰ処理が施される粉末混合物内で使用されており、すなわち、粉末粒子の９０％が２２μｍ未満の大きさを有する。
好適なタングステンカーバイドは、１０５〜２５０μｍの範囲内の粒径を有する。約５０体積％のタングステンカーバイドを有する金属マトリックス複合材が好ましい。これは、約６７重量％のタングステンカーバイドに対応する。したがって、耐摩耗性コーティングは、金属マトリックス複合材によって形成されており、３３重量％が金属マトリックスであり、６７重量％がタングステンカーバイドである。
コバルト系金属マトリックス複合材
ニッケル系金属マトリックス複合材に対する代替物として、コバルト系金属マトリックス複合材を耐摩耗性コーティングとして使用してもよい。金属マトリックス複合材内でコバルト系合金を使用する主な利点は、これらの合金の積層欠陥エネルギーが低く、それにより、合金の適切な変形硬化挙動が生じることである。任意の理論に縛られないが、これは、コバルト系合金が、浸食性媒体の高い衝突角度において浸食に対して優れた耐性を有する１つの理由であると考えられている。
一実施形態によれば、金属マトリックス複合材は、タングステンカーバイドの粒子及びコバルト系合金のマトリックスを含み、コバルト系合金は、２０〜３５重量％のＣｒ、０〜２０重量％のＷ、０〜１５重量％のＭｏ、０〜１０重量％のＦｅ、０〜５重量％のＮｉ、０．０５〜４重量％のＣ、並びに残部のＣｏ及び不可避的不純物からなる。クロムは、耐腐食性のために、且つ硬質な炭化クロムが合金内での炭素との反応により確実に生成されるために添加される。さらに、タングステン及び／又はモリブデンは、炭化物形成及び固溶強化のためにコバルト系合金内に含まれ得る。炭化物、すなわち、クロム炭化物、タングステンカーバイド、及び／又はモリブデンリッチ炭化物は、延性のコバルト相の硬度、さらにその耐摩耗性を向上させる。しかしながら、合金素子Ｃｒ、Ｗ、及びＭｏの量があまりにも多いと、過剰な量の炭化物析出に至る場合があり、それにより、金属マトリックスの延性が減少する。合金のＦＣＣ結晶構造を安定化させるために鉄が添加され、それ故に合金の耐変形性が向上する。しかしながら、鉄の量が多すぎると、機械的特性、腐食性、及びトライボロジ的性質に悪影響が及ぶ場合がある。
さらなる実施形態によれば、コバルト系合金は、２７〜３２重量％のＣｒ、０〜２重量％のＷ、４〜９重量％のＭｏ、０〜２重量％のＦｅ、２〜４重量％のＮｉ、０．１〜１．７重量％のＣ、及び残部Ｃｏを含み得る。
代替的な実施形態によれば、コバルト系合金は、２６〜３０重量％のＣｒ、４〜８重量％のＭｏ、０〜８重量％のＷ、０〜４重量％のＮｉ、０〜１．７重量％のＣ、及び残部Ｃｏを含み得る。
さらに別の実施形態によれば、コバルト系合金は、２６〜２９重量％のＣｒ、４．５〜６重量％のＭｏ、２〜３重量％のＮｉ、０．２０〜０．３５重量％のＣ、及び残部Ｃｏを含み得る。
本開示を実施可能にするため、好適な金属マトリックス複合材は、約５０体積％のＷＣ粒子及び５０体積％のコバルト系合金を含み、コバルト系合金は２６〜２９重量％のＣｒ、４．５〜６重量％のＭｏ、及び０．２〜０．３５重量％のＣ、並びに残部のＣｏ及び不可避的不純物という組成を有する。この組成物は、ＨＩＰを用いて圧密されることになる。それにより、１００〜２００μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、及び４５〜９５μｍの平均粒径を有するコバルト系合金粉末が、好ましくは、ＨＩＰを用いて圧密される粉末混合物を形成し得る。
鉄系金属マトリックス複合材
ニッケル系又はコバルト系金属マトリックス複合材に対する代替物として、鉄系金属マトリックス複合材を耐摩耗性コーティングとして使用してもよい。好ましくは、鉄系合金は、重量％で、０．５〜３重量％のＣ、０〜３０重量％のＣｒ、０〜３重量％のＳｉ、０〜１０重量％のＭｏ、０〜１０重量％のＷ、０〜１０重量％のＣｏ、０〜１５重量％のＶ、０〜２重量％のＭｎ、残部のＦｅ及び不可避的不純物を含む。好適な実施形態によれば、鉄系合金は、重量％で、１〜２．９重量％のＣ、４〜２５重量％のＣｒ、０．３〜１．５重量％のＳｉ、４〜８重量％のＭｏ、４〜８重量％のＷ、０〜８重量％のＣｏ、３〜１５重量％のＶ、０．４〜１．５重量％のＭｎ、残部のＦｅ及び不可避的不純物を含む。
本開示を実施可能にするため、好適な鉄系金属マトリックス複合材は、約５０体積％のＷＣ粒子及び５０体積％の鉄系合金を含み、鉄系合金は、重量％で、１．９〜２．１重量％のＣ、２６重量％のＣｒ、０．６〜０．８重量％のＳｉ、０．４〜０．６重量％のＭｎ、残部のＦｅ及び不可避的不純物という組成を有する。この組成物は、ＨＩＰを用いて圧密される。それにより、１００〜２００μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、及び４５〜９５μｍの平均粒径を有する鉄系合金粉末は、好ましくは、ＨＩＰを用いて圧密される粉末混合物を形成し得る。

Claims (15)

  1. 粒子状材料の粉砕のための耐摩耗性部品（４、１４、２３）であって、鋼本体（６、１６、２５）、及び前記鋼本体（６、１６、２５）の前方部分に取付けられた超硬合金の先頭部分（７、１７、２６）を備え、前記部品が、前記先頭部分（７、１７、２６）に関連して前記鋼本体（６、１６、２５）の少なくとも１つの面（１０、１１；２０、２１；２８）に付着した金属マトリックス複合材の耐摩耗性コーティング（８、１８、２７）を備えている耐摩耗性部品であって、前記耐摩耗性コーティング（８、１８、２７）が、熱間等方圧加圧を用いて、粉末混合物の圧密によって、且つ前記粉末混合物を前記鋼本体に冶金的に結合することによって、形成されていることを特徴としている、耐摩耗性部品。
  2. 前記金属マトリックス複合材が、ニッケル系金属マトリックス複合材、コバルト系金属マトリックス複合材、又は鉄系金属マトリックス複合材であることを特徴としている、請求項１に記載の耐摩耗性部品（４、１４、２３）。
  3. タングステンカーバイドの粒子が、金属系合金のマトリックス内で離散的な非相互接続粒子として分配されていることを特徴としている、請求項１又は２に記載の耐摩耗性部品（４、１４、２３）。
  4. 前記金属マトリックス複合材が、タングステンカーバイドの粒子及びニッケル系合金のマトリックスを含み、前記ニッケル系合金が、０〜１．０重量％のＣ、５〜１４．０重量％のＣｒ、０．５〜４．５重量％のＳｉ、１．２５〜３．０重量％のＢ、１．０〜４．５重量％のＦｅ、並びに残部のＮｉ及び不可避的不純物からなることを特徴としている、請求項１から３のいずれか一項に記載の耐摩耗性部品（４、１４、２３）。
  5. 前記金属マトリックス複合材が、タングステンカーバイドの粒子及びコバルト系合金のマトリックスを含み、前記コバルト系合金が、２０〜３５重量％のＣｒ、０〜２０重量％のＷ、０〜１５重量％のＭｏ、０〜１０重量％のＦｅ、０〜５重量％のＮｉ、０．０５〜４重量％のＣ、並びに残部のＣｏ及び不可避的不純物からなることを特徴としている、請求項１から３のいずれか一項に記載の耐摩耗性部品（４、１４、２３）。
  6. 前記金属マトリックス複合材が、タングステンカーバイドの粒子及びコバルト系合金のマトリックスを含み、前記コバルト系合金が、２６〜２９重量％のＣｒ、４．５〜６重量％のＭｏ、０．２０〜０．３５重量％のＣ、２〜３重量％のＮｉ、並びに残部のＣｏ及び不可避的不純物を含むことを特徴としている、請求項１から３のいずれか一項に記載の耐摩耗性部品（４、１４、２３）。
  7. 前記金属マトリックス複合材が、タングステンカーバイドの粒子及び鉄系合金のマトリックスを含み、前記鉄系合金が、０．５〜３重量％のＣ、０〜３０重量％のＣｒ、０〜３重量％のＳｉ、０〜１０重量％のＭｏ、０〜１０重量％のＷ、０〜１０重量％のＣｏ、０〜１５重量％のＶ、０〜２重量％のＭｎ、並びに残部のＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴としている、請求項１から３のいずれか一項に記載の耐摩耗性部品（４、１４、２３）。
  8. 前記先頭部分（７、１７、２６）が、テーパ状の断面を有し、且つ前記鋼本体（６、１６、２５）の前記前方部分で先端部又は端部を形成することを特徴としている、請求項１から７のいずれか一項に記載の耐摩耗性部品（４、１４、２３）。
  9. 前記鋼本体（６、１６）が、底面（９、１９）、及び前記底面（９、１９）の反対側の上面（１０、２０）を備え、金属マトリックス複合材の前記耐摩耗性コーティング（８、１８）が、前記上面（１０、２０）に付着していることを特徴としている、請求項１から８のいずれか一項に記載の耐摩耗性部品（４、１４、２３）。
  10. 前記鋼本体（６、１６）は、前記底面（９、１９）と前記上面（１０、２０）の間に、互いに対向する側面（１１、２１）を備え、金属マトリックス複合材の前記耐摩耗性コーティング（８、１８、２７）が、前記側面（１１、２１）の少なくとも一部に付着していることを特徴としている、請求項９に記載の耐摩耗性部品（４、１４、２３）。
  11. 前記鋼本体（２５）が、円錐台の形状を有し、前記先頭部分（２６）が、前記円錐台上に鼻部を形成し、前記面が、前記円錐台の外表面（２８）であり、金属マトリックス複合材の前記耐摩耗性コーティング（２７）が、前記外表面（２８）の少なくとも一部に付着していることを特徴としている、請求項８に記載の耐摩耗性部品（４、１４、２３）。
  12. 前記耐摩耗性部品（４、１４、２３）が、インパクトハンマー、或いはロール破砕機の歯、或いは２次及び／又は３次破砕機のための破砕機の歯、或いは破砕機のための摩耗セグメント、或いは破砕機のための摩耗プレート、或いはスラリー処理システムのための部品のうちのいずれかであることを特徴としている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の耐摩耗性部品（４、１４、２３）。
  13. 材料（１）の機械的分解のための装置であって、請求項１から１２のいずれか一項に記載の耐摩耗性部品（４、１４、２３）を備えていることを特徴としている、装置。
  14. 少なくとも１つの回転要素（２）及びさらなる要素（３）を備え、前記回転要素（２）と前記さらなる要素（３）との間に間隔がある材料（１）の機械的分解のための装置であって、前記回転要素（２）の外周面上に、請求項１から１２のいずれか一項に記載の少なくとも１つの耐摩耗性部品（４、１４、２３）が設けられ、前記回転要素（２）が回転すると、前記間隔内に存在する粒子状物質を機械的分解する目的で、前記耐摩耗性部品（４、１４、２３）が、その先頭部分（７、１７、２６）を先頭にして前記間隔の中へ移動することを特徴としている、請求項１３に記載の材料（１）の機械的分解のための装置。
  15. 前記さらなる要素（３）がさらなる回転要素であり、前記さらなる回転要素の外周面上に、請求項１から１２のいずれか一項に記載の少なくとも１つの耐摩耗性部品（４、１４、２３）が設けられ、前記さらなる回転要素（３）が回転すると、前記間隔内に存在する粒子状物質を機械的分解する目的で、前記さらなる回転要素（３）上の前記耐摩耗性部品（４、１４、２３）が、その先頭部分（７、１７、２６）を先頭にして前記間隔の中へ移動することを特徴としている、請求項１４に記載の材料の機械的分解のための装置。
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