JP2020153017A - 超硬合金材料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
顆粒は、真空または保護雰囲気中、1000℃〜1250℃の温度で、1〜60分間固相焼結され、予備焼結された粒状粉末が得られる。予備焼結された顆粒は選別され(例えば、ふるい分けによって)、予備焼結された顆粒の所要のサイズ分級物が得られる。予備焼結された顆粒は、真空または保護雰囲気中、1260℃〜1330℃の温度で、2〜20分間焼結され、焼結された顆粒の凝集物が得られる。凝集物は、別個の完全に焼結された顆粒に砕かれる。完全に焼結された顆粒は選別され、所要のサイズ分級物が得られる。
少なくとも60MPa、または少なくとも100MPaなどのより高い圧縮強度は、改善された特性を与えることができる。前駆体物質の顆粒は、典型的には20μm〜200μmのサイズを有する。30μm〜200μm、および40μm〜90μmのサイズは、いくつかの用途に好まれ得る。レーキアーム5が粉末を供給容器3から造形容器7に広げる際に、顆粒は均等に広がり、レーキアーム5と容器壁との間で引きずられたり、詰まったりしないことを確保するために、顆粒のサイズは、付加製造プロセス中の各層よりもはるかに大きくすべきではない。例えば、各所望の層が、100μmの厚さである場合、最大顆粒サイズは、100μmを超えるべきではない。ケーキを形成する際のプロセスの温度により、各層はプロセス中に圧縮され、顆粒の密度から最終物品の密度へ増加するため、顆粒は、層の厚さよりわずかに大きくなり得ることに留意する。
所望の分級物は、粉末の取扱いを助けるために、最大粒子径、最小粒子径および平均粒子径を含んでもよい。選別は、ふるい分けによって行われてもよく、顆粒サイズは、例えば、40〜100μmであってもよい。
WC−Co粉末(200kg)の製造バッチは、174kgのWCと26kgのCo粉末とを一緒に粉砕することによって作られた。WC粉末は、1.3μmの平均粒径を有した。Co粉末は、約1μmの平均粒径を有した。加えて、アルコールに4kgのパラフィンワックスが添加された。これらの成分は、1000kgの炭化物ボールを備えるアトライターミル中で一緒に3時間粉砕された。
例1に記載された付加製造プロセスによって製造された炭化物円柱体は、1320℃の温度において、真空中で2分間、加えてアルゴン中で40barの圧力で10分間の熱間等方圧プレス法で液相焼結に付された。その密度は14.22g/cm3であったことが分かり、これは密度100%(14.2±0.1g/cm3の理論密度)に相当した。保磁力は10.4kA/mに低下し、磁気モーメントは18.1Gcm3/gに低下し、硬さは1220ビッカース単位に上昇し、破壊靱性は14.1MPam1/2に上昇した。
Claims (21)
- 付加製造による超硬合金物品の製造方法であって、
顆粒を含んでなる粒状前駆体物質を提供することであって、前記顆粒が、炭化物粒子と、コバルト、ニッケルおよび鉄のいずれかを含んでなるバインダーと、を含んでなり、各顆粒が、理論密度の少なくとも99.5%の密度を有し、前記前駆体物質の顆粒が、少なくとも40メガパスカル(MPa)の平均圧縮強度を有する、粒状前駆体物質を提供することと、
付加製造プロセスを用いて、前記前駆体物質に由来する物質の連続層を構築することにより前記物品を製造することと、
を含んでなる、超硬合金物品の製造方法。 - 前記前駆体物質の各顆粒が、前記理論密度の少なくとも99.7%、前記理論密度の少なくとも99.9%、および前記理論密度の100%のいずれかから選択される密度を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記前駆体物質の顆粒が、少なくとも60MPa、および少なくとも100MPaのいずれかから選択される平均圧縮強度を有する、請求項1または2に記載の方法。
- 前記前駆体物質の顆粒が、20ミクロン〜200ミクロン、30ミクロン〜120ミクロン、および40ミクロン〜90ミクロンのいずれかから選択されるサイズを有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記前駆体物質の顆粒を提供することが、
超硬合金粉末混合物を可塑剤と有機流体中で粉砕して懸濁物を得ることと、
前記懸濁物を乾燥して超硬合金粉末を得ることと、
前記超硬合金粉末を粒状にして超硬合金顆粒を得ることと、
前記顆粒を、真空または保護雰囲気中、1000℃〜1250℃の温度で、1〜60分間固相焼結して、予備焼結された粒状粉末を得ることと、
前記予備焼結された粒状粉末を選別して、前記予備焼結された顆粒の所望のサイズ分級物を得ることと、
前記予備焼結された顆粒を、真空または保護雰囲気中、1260℃〜1330℃の温度で、2〜20分間液相焼結して、完全に焼結された顆粒の凝集物を得ることと、
前記凝集物を砕いて、別個の完全に焼結された顆粒を得ることと、
前記完全に焼結された顆粒を選別して所望のサイズ分級物を得ることと、
を含んでなる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。 - 前記懸濁物を噴霧乾燥して、前記超硬合金顆粒を乾燥および粒状にすることを、さらに含んでなる、請求項5に記載の方法。
- 前記超硬合金粉末を、50℃超の温度において、回転ドラム内の回転を用いることによって粒状にすることを、さらに含んでなる、請求項5に記載の方法。
- 前記前駆体物質の顆粒を提供することが、
超硬合金粉末混合物を可塑剤と有機流体中で粉砕して懸濁物を得ることと、
前記懸濁物を乾燥して超硬合金粉末を得ることと、
前記超硬合金粉末をプレスして素地を形成することと、
前記素地を砕いて素顆粒を形成することと、
前記素顆粒を選別して前記素顆粒の所望のサイズ分級物を得ることと、
前記素顆粒を、真空または保護雰囲気中、1260℃〜1330℃の温度で、2〜20分間焼結して、完全に焼結された顆粒の凝集物を得ることと、
前記凝集物を砕いて、別個の完全に焼結された顆粒を得ることと、
前記完全に焼結された顆粒を選別して所望のサイズ分級物を得ることと、
を含んでなる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。 - 前記前駆体物質の顆粒を提供することが、
超硬合金粉末混合物を可塑剤と有機流体中で粉砕して懸濁物を得ることと、
前記懸濁物を乾燥して超硬合金粉末を得ることと、
前記超硬合金粉末を粒状にして超硬合金顆粒を得ることと、
前記顆粒を選別して前記顆粒の所要のサイズ分級物を得ることと、
前記顆粒を、真空または保護雰囲気中、1260℃〜1330℃の温度で、2〜20分間焼結して、完全に焼結された顆粒の凝集物を得ることと、
前記凝集物を砕いて、別個の完全に焼結された顆粒を得ることと、
前記完全に焼結された顆粒を選別して所要のサイズ分級物を得ることと、
を含んでなる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。 - 前記予備焼結された顆粒を焼結した後に、0.5〜10MPaの圧力下、アルゴン中で、前記完全に焼結された顆粒を熱間等方圧プレスすることを、さらに含んでなる、請求項5〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記超硬合金物品が、理論密度の少なくとも97%、理論密度の少なくとも98%、理論密度の少なくとも99%、および理論密度の少なくとも99.5%のいずれかから選択される密度を有する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記超硬合金物品を、真空または保護雰囲気中、1300℃〜1350℃の温度で、2〜15分間液相焼結に付することを、さらに含んでなる、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記超硬合金物品を、真空または保護雰囲気中、1300℃〜1350℃の温度で、2〜15分間液相焼結に付することと、
前記超硬合金物品を、0.5〜10MPaの圧力下、アルゴン中で、熱間等方圧プレスすることと、をさらに含んでなる、請求項12に記載の方法。 - 前記付加製造プロセスが、直接金属レーザー焼結(DMLS)、選択的レーザー焼結(SLS)、および電子ビーム溶解(EBM)のいずれかを含んでなる、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記顆粒が、前記バインダー中に固溶体の形態で、Ti、V、Mn、Zr、Nb、Mo、Hf、Taおよび/またはこれらの金属の群から選択される金属の炭化物、炭窒化物および/または窒化物を含んでなる、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記顆粒が、Re、Os、Ir、Ce、Y、Si、Cuの群から選択される金属を含んでなる、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記超硬合金物品の表面上に、多結晶ダイヤモンド,PCDの層を配置することを、さらに含んでなる、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。
- 付加製造による超硬合金物品の製造に用いる粒状前駆体物質であって、顆粒前駆体物質が顆粒を含んでなり、前記顆粒が、炭化物粒子と、コバルト、ニッケルおよび鉄のいずれかを含んでなるバインダーと、を含んでなり、各顆粒が、理論密度の少なくとも99.5%の密度を有し、前記前駆体物質の顆粒が、少なくとも40MPaの平均圧縮強度を有する、粒状前駆体物質。
- 前記前駆体物質の各顆粒が、前記理論密度の少なくとも99.7%、前記理論密度の少なくとも99.9%、および前記理論密度の100%のいずれかから選択される密度を有する、請求項18に記載の粒状前駆体物質。
- 前記前駆体物質の顆粒が、少なくとも60MPa、および少なくとも100MPaのいずれかから選択される平均圧縮強度を有する、請求項18または19のいずれか一項に記載の粒状前駆体物質。
- 前記前駆体物質の顆粒が、20ミクロン〜200ミクロン、30ミクロン〜120ミクロン、および40ミクロン〜90ミクロンのいずれかから選択されるサイズを有する、請求項18〜20のいずれか一項に記載の方法。
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