JP2019123903A - 高熱伝導性を有する耐熱性wc基複合材料およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)タングステンカーバイド(WC)を母相とする硬質相とアルミニウム(Al)を含む合金の結合相を有するWC基複合材料であって、複合材料全重量に対する酸素含有量が0.7重量%以下あり、かつ、WCの平均粒径が0.3μm以上5μm以下であり、かつ、熱伝導率が55W/mK以上であることを特徴とするWC基複合材料。
(2)前記結合相の割合が5体積%以上50体積%以下であることを特徴とする前記(1)に記載のWC基複合材料。
(3)室温破壊靱性が6.0MPam0.5以上であることを特徴とする前記(1)または(2)に記載のWC基複合材料。
(4)前記結合相は、Alを5原子%以上50原子%以下含有し、残部が鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)のうちの1種以上および不可避不純物からなる合金であることを特徴とする前記(1)から(3)のいずれかに記載のWC基複合材料。
(5)前記結合相がFeAl金属間化合物およびNiAl金属間化合物の少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする前記(1)から(4)のいずれかに記載のWC基複合材料。
(6)前記(1)のWC基複合材料を製造する方法であって、以下の工程:
原料のWC粉末の酸素含有量を低減する酸素含有量低減工程、
Alを含む合金粉末を粉砕し粒径を5μm以下とする粉砕工程、
前記酸素含有量低減工程において酸素含有量が低減されたWC粉末と、前記粉砕工程で粉砕した合金粉末とを無粉砕で混合する混合工程、および
前記混合工程で混合した粉末を真空下で焼結する焼結工程
を含むことを特徴とするWC基複合材料の製造方法。
本発明の一実施形態に係るWC基複合材料(以下、単に「複合材料」ともいう。)は、タングステンカーバイド(WC)を母相とする硬質相とアルミニウム(Al)を含む合金の結合相を有し、複合材料全重量に対する酸素含有量が少ないことを特徴とする。WC基複合材料の酸素含有量は、少なければ少ないほどAl酸化物によるフォノン散乱が抑制されるため好ましい。具体的には、WC基複合材料の酸素含有量は、複合材料全重量に対し0.7重量%以下の範囲である。望ましくは0.5重量%以下、さらに望ましくは0.4重量%以下であると良い。酸素含有量が0.7重量%を超えると、Al酸化物によるフォノン散乱によって複合材料の熱伝導率が著しく低下する場合がある。本発明において、WC基複合材料の酸素含有量は、不活性ガス溶融法を用いて測定する。
評価対象となる像に面積Aの長方形を描き、長方形内のWC粒子数NWCを求める。対象面積の境界線上にあるWC粒子は0.5個としてカウントする。WCの複合材料に対する理論体積率をVWCとすると、WC粒子の平均径DWCは以下の式(1)から求まる。
本発明の一実施形態に係るWC基複合材料の製造方法は、
原料のWC粉末の酸素含有量を低減する酸素含有量低減工程、
Alを含む合金粉末を粉砕し粒径を5μm以下とする粉砕工程、
前記酸素含有量低減工程において酸素含有量が低減されたWC粉末と、前記粉砕工程で粉砕した合金粉末とを無粉砕で混合する混合工程、および
前記混合工程で混合した粉末を真空下で焼結する焼結工程
を含む。
原料粉末として、市販のWC粉末(WCF,WC15, WC25,WC90、日本新金属製)、Fe粉末(粒径3−5μm、高純度科学研究所製)、FeAl2粉末(Fe:33mol%、Al:67mol%、平均径120μm、正栄商会製)、NiAl粉末(Ni:50mol%、Al:50mol%、粒径200μm以下、高純度科学研究所製)、Ni粉末(粒径3−5μm、高純度科学研究所製)を準備した。
まず、FeAl2粉末やNiAl粉末のみを420mlステンレスポットに入れ、超硬ボールを用いて、アセトン内でボールミルすることにより粒径を5μm以下になるように粉砕し(粉砕工程)、エバポレータを用いて乾燥した。
また、WC粉末(WCF:平均粒径0.7μm,WC15:平均粒径1.5μm,WC25:平均粒径2.0μm,WC90:平均粒径9.0μm)は、必要に応じてFeAl2粉末やNiAl粉末と同様にアセトン内でのボールミルにより粉砕した後、エバポレータ、真空乾燥機を用いて乾燥した。その後、乾燥粉末を真空熱処理炉内に入れ、1000℃,10−2Paの真空度で、WC粉末を熱処理し、表面の酸化物を除去した(酸素含有量低減工程)。
具体的には、WC90を真空下で1000℃,1時間の条件で熱処理してWC粉末Aを得た。WC25を真空下で1000℃,1時間の条件で熱処理してWC粉末Bを得た。WCFを真空下で1000℃,1時間の条件で熱処理してWC粉末Cを得た。WC90を9時間湿式ミルした後、真空下で1000℃,1時間の条件で熱処理してWC粉末Dを得た。WC25を6時間湿式ミルした後、真空下で1000℃,1時間の条件で熱処理してWC粉末Eを得た。
原料としたWC90、WC25、WC15、WCFおよび真空熱処理したWC粉末A〜D、粉砕処理したFeAl2粉末、NiAl粉末、およびFe粉末およびNi粉末の酸素含有量を、不活性ガス溶融法を採用した酸素分析装置(TC−436,レコー株式会社製)により測定した。得られた結果を表1に示す。熱処理によって、原料としたWC粉末(WCF,WC25,WC90)の酸素含有量が低減していることが確認された(WC粉末A〜E)。
まず、WC粉末(WCF 平均粒径0.7μm)、FeAl2粉末、Fe粉末全てを420mlのステンレスポットに入れ、直径5mmの超硬ボール1200g、アセトン100mlを添加し、湿式によるボールミル混合を行い、エバポレータを用いて乾燥することで混合粉末を得た。また、比較例2のWC−NiAl複合材料を作製するための混合粉末は以下のように行った。まず、WC粉末(WC15:平均粒径1.3μm)、NiAl粉末、Ni粉末全てを420mlのステンレスポットに入れ、直径5mmの超硬ボール1200g、アセトン100mlを添加し、湿式によるボールミル混合を行い、エバポレータを用いて乾燥することで混合粉末を得た。
本手法は、従来のWC−Co超硬合金を作製するために用いられる粉末調製プロセスと同様の手法である。
図2にWC−NiAl複合材料における実施例、比較例の微構造の一例を示す。比較例2の写真に見えるサブミクロンサイズの黒い点がAlの酸化物に該当し、多数のAlの酸化物が生成していることわかった。一方、実施例8においては、5μm未満の結合相の巨大プールが散見されるが、サブミクロンサイズの黒い点すなわちAlの酸化物の生成は大幅に低減していることがわかった。
また、表4の結果から、複合材料の熱伝導率はWCの平均粒径に大きく依存することが分かる。図3にWC−FeAlにおけるWCの平均粒径と熱伝導率の関係をプロットした結果を示す。本発明の製造方法に従って作製した実施例1〜7のWC基複合材料では、WCの平均粒径と熱伝導率とが直線的な関係を示しているが、従来のWC−Co超硬合金と同様の粉末調製プロセスにより作製した比較例1のWC基複合材料では、この直線から外れ、熱伝導率が相対的に低いことが分かる。これは、比較例1の複合材料ではフォノンの散乱因子であるAl酸化物(アルミナ)が多量に生成しているためであり、このことは比較例1の複合材料の酸素含有量が実施例1〜7に比べて著しく高いことからも裏付けられる。
またWC−NiAにおいても、実施例8と比較例2の結果を比べると、比較例2のサンプルの方が大きい平均粒径を有するにもかかわらず、実施例8のサンプルの方が熱伝導率は高い。これも、酸素量の低減によりフォノンの散乱因子の生成を抑制したことの効果であると考えられる。
Claims (6)
- タングステンカーバイド(WC)を母相とする硬質相とアルミニウム(Al)を含む合金の結合相を有するWC基複合材料であって、複合材料全重量に対する酸素含有量が0.7重量%以下であり、かつ、WCの平均粒径が0.3μm以上5μm以下であり、かつ、熱伝導率が55W/mK以上であることを特徴とするWC基複合材料。
- 前記結合相の割合が5体積%以上50体積%以下であることを特徴とする請求項1に記載のWC基複合材料。
- 室温破壊靱性が6.0MPam0.5以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のWC基複合材料。
- 前記結合相は、Alを5原子%以上50原子%以下含有し、残部が鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)のうちの1種以上および不可避不純物からなる合金であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のWC基複合材料。
- 前記結合相が、FeAl金属間化合物またはNiAl金属間化合物のうちの少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のWC基複合材料。
- 請求項1に記載のWC基複合材料を製造する方法であって、
以下の工程:
原料のWC粉末の酸素含有量を低減する酸素含有量低減工程、
Alを含む合金粉末を粉砕し粒径を5μm以下とする粉砕工程、
前記酸素含有量低減工程において酸素含有量が低減されたWC粉末と、前記粉砕工程で粉砕した合金粉末とを無粉砕で混合する混合工程、および
前記混合工程で混合した粉末を真空下で焼結する焼結工程
を含むことを特徴とするWC基複合材料の製造方法。
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CN110846546A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-28 | 北京科技大学 | 一种用预合金粉制备高强韧硬质合金的方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57188644A (en) * | 1981-05-15 | 1982-11-19 | Mitsubishi Metal Corp | Tungsten carbide sintered superhard alloy for hot working device member |
US4466829A (en) * | 1981-04-06 | 1984-08-21 | Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Tungsten carbide-base hard alloy for hot-working apparatus members |
JPH073357A (ja) * | 1993-06-15 | 1995-01-06 | Agency Of Ind Science & Technol | 高硬度で耐酸化性に優れた超硬合金 |
JP2007039752A (ja) * | 2005-08-04 | 2007-02-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高硬度皮膜形成用硬質合金上に硬質皮膜を形成した工具あるいは金型材料及びその製造方法 |
CN105154707A (zh) * | 2015-10-26 | 2015-12-16 | 河海大学 | 一种碳化钨复合材料的制备方法及其应用 |
WO2016056487A1 (ja) * | 2014-10-10 | 2016-04-14 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 高温耐酸化性のレアメタルフリー硬質焼結体およびその製造方法 |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4466829A (en) * | 1981-04-06 | 1984-08-21 | Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Tungsten carbide-base hard alloy for hot-working apparatus members |
JPS57188644A (en) * | 1981-05-15 | 1982-11-19 | Mitsubishi Metal Corp | Tungsten carbide sintered superhard alloy for hot working device member |
JPH073357A (ja) * | 1993-06-15 | 1995-01-06 | Agency Of Ind Science & Technol | 高硬度で耐酸化性に優れた超硬合金 |
JP2007039752A (ja) * | 2005-08-04 | 2007-02-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高硬度皮膜形成用硬質合金上に硬質皮膜を形成した工具あるいは金型材料及びその製造方法 |
WO2016056487A1 (ja) * | 2014-10-10 | 2016-04-14 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 高温耐酸化性のレアメタルフリー硬質焼結体およびその製造方法 |
CN105154707A (zh) * | 2015-10-26 | 2015-12-16 | 河海大学 | 一种碳化钨复合材料的制备方法及其应用 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110846546A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-28 | 北京科技大学 | 一种用预合金粉制备高强韧硬质合金的方法 |
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