JP2024518385A - 結合相が強化された焼結炭化物材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、分散形態の炭化タングステン７０～９５重量％、有利には８０～９５重量％と結合相とを含む焼結炭化物材料、特に硬質合金であって、結合相は、金属バインダー材料を含み、金属バインダー材料は、Ｃｏを含み、結合相は、金属間化合物相材料ならびに／または溶解元素ＮｉおよびＡｌを含み、金属間化合物相材料が存在する場合、金属間化合物相材料は、構造式（Ｍ，Ｘ）３（Ａｌ，Ｙ）に従って形成されており、ここで、Ｍ＝Ｎｉであり、Ｙ＝Ｃｏおよび／または他の成分であり、Ｘ＝タングステンおよび／または他の成分であり、結合相は、以下の化学元素組成：Ｎｉ＞２５重量％、Ａｌ＞４重量％、残部Ｃｏおよび溶解したバインダー成分、例えばＷおよび／またはＣを有する、焼結炭化物材料に関する。

Description

本発明は、分散形態の炭化タングステン７０～９５重量％と結合相とを含む焼結炭化物材料、特に硬質合金であって、結合相は、金属バインダー材料、特にＣｏを含む、焼結炭化物材料に関する。

欧州特許第２６９１１９８号明細書には、このような焼結炭化物材料、すなわち硬質合金体およびその製造方法が記載されている。この公知の製法によれば、粗結晶粒炭化タングステンと、化学量論量よりも多い割合の炭素およびコバルト粉末とを含む粉末を混合する。さらに、この粉末に粉末状のタングステンを加える。タングステン粉末およびコバルト粉末は、約１μｍの平均粒径を有していた。粗結晶粒炭化タングステンは、４０．８μｍの平均粒径を有していた。

次いで、この粉末をボールミルで粉砕し、これにヘキサンおよびパラフィンワックスを加えた。この混合物からプレス加工により未焼結圧縮体を製造し、次いで、この未焼結圧縮体を焼結させた。焼結工程後、得られた焼結炭化物材料を熱処理に供した。その際、これを６００℃まで加熱し、この温度で１０時間保持した。

後続の冷却工程の後に、焼結炭化物材料を分析に供した。その際、焼結炭化物材料は結合相中にナノ粒子を有し、ナノ粒子は１０ｎｍ未満のサイズを有することが判明した。ナノ粒子は、イータ相（Ｃｏ_３Ｗ_３Ｃ）もしくは（Ｃｏ_６Ｗ_６Ｃ）またはシータ相（Ｃｏ_２Ｗ_４Ｃ）によって形成されていた。ナノ粒子の粒度は、１０ｎｍ未満であった。

ナノ粒子は、結合相の強化を伴うことが判明している。これにより、焼結炭化物材料の硬度を高めることができる。これらの素材の欠点は、ナノ粒子の熱安定性が欠如していることにある。これにより、高温用途や高温入力が発生する用途には、限られた範囲でしか適していない。

岩石加工や、アスファルトやコンクリートの切削加工の際には、摩擦により工具表面に非常に高い温度が発生する。硬質材料の炭化タングステンは、このような温度でも高温硬度が高く、こうした温度にはさほど影響を受けない。しかし、金属バインダーの強度は、このような温度で劇的に低下する。金属バインダーの強度が低下すると、使用による応力の結果、摩滅・摩耗の増加や結合相の溶出が起こる。その結果、炭化タングステン結晶粒を硬質合金中に保持できなくなる。

本発明の課題は、耐摩耗性の向上と同時に高い破壊強度をも有する焼結炭化物体材料、特に硬質合金を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴によって解決される。それによれば、分散形態の炭化タングステン７０～９５重量％、有利には８０～９５重量％と結合相とを含む焼結炭化物材料、特に硬質合金であって、結合相は、金属バインダー材料を含み、金属バインダー材料は、Ｃｏを含み、結合相は、金属間化合物相材料ならびに／または溶解元素ＮｉおよびＡｌを含み、金属間化合物相材料が存在する場合、金属間化合物相材料は、構造式（Ｍ，Ｘ）_３（Ａｌ，Ｙ）に従って形成されており、ここで、Ｍ＝Ｎｉであり、Ｙ＝Ｃｏおよび／または他の成分であり、Ｘ＝タングステンおよび／または他の成分であり、結合相は、以下の化学元素組成：Ｎｉ＞２５重量％、Ａｌ＞４重量％、残部Ｃｏおよび溶解したバインダー成分、例えばＷおよび／またはＣを有する、焼結炭化物材料が提案される。

したがって、本発明によれば、強化結合相を有しており、かつ／または強化結合相を形成する準備がなされている焼結炭化物材料、特に硬質合金が提案される。いずれの場合も、結合相は、金属間化合物相材料により強化される。

金属間化合物相材料がすでに結合相中に存在する場合、金属間化合物相材料は直接的に結合相を強化する。

結合相中の焼結炭化物材料が溶解元素ＮｉおよびＡｌを含む場合、焼結炭化物材料の熱処理により金属間化合物相材料が形成され、次いで、この金属間化合物相材料によって結合相が強化される。

ここで、この熱処理中に、結合相の元素Ｎｉ、Ｃｏ、ＷおよびＡｌが結合して金属間化合物相材料が形成される。この金属間化合物相材料は、構造式（Ｍ，Ｙ）_３（Ａｌ，Ｘ）に従って形成されており、ここで、Ｍ＝Ｎｉであり、Ｙ＝Ｃｏおよび／または他の成分であり、Ｘ＝タングステンおよび／または他の成分である。

ここで、焼結炭化物材料の熱処理は、金属間化合物相材料を想定どおりに形成するのに適した様々な方法で行うことができる。

ここで、特に、熱処理、特に焼結炭化物材料への外部からの熱の導入であってよい。熱処理は、例えば、活性源が熱さまたは冷たさを発生させ、この活性源が熱さまたは冷たさを材料に導入するかまたは材料から除去することによって生じさせることができる。したがって、例えば、金属間化合物相材料の形成を、焼結炭化物材料が導入された炉内で行うことができる。また、焼結炭化物材料の表面の少なくとも一部を加熱装置、例えばバーナーに曝すことも考えられる。

また、焼結炭化物材料において熱を発生させるために、焼結炭化物材料にエネルギーを導入する励起源が存在することも考えられる。これは、例えば誘導コイルやレーザー装置であってよい。

また、受動的な加熱によって、すなわち、焼結炭化物材料を有利には想定どおりの運転状態で、または焼結炭化物材料が加工、特に利用される方法工程の過程で使用することによって熱を発生させることも考えられる。

ここで、例えば、焼結炭化物材料の想定どおりの利用、特に想定どおりの使用、特に工具の使用時に生じるように、例えば摩擦によって焼結炭化物材料において熱が発生する。工具の場合、工具は、加工対象物に対して相対的に（例えば、路面切削用チゼルの場合には、この路面切削用チゼルが路面に対して相対的に）動かされ、これにより摩擦エネルギーが発生し、これによって焼結炭化物材料において熱が発生する。その際に生じる熱を用いて、焼結炭化物材料における金属間化合物相材料の少なくとも部分的な形成による結合相の自己強化効果を達成することができる。

また、焼結炭化物材料が支持体、例えば工具の基体や担体に施与される方法工程の過程で焼結炭化物材料が受動的に加熱されることも考えられる。その際に生じる熱を利用して、金属間化合物相材料を形成することができる。ここで、考えられる接合方法は、溶接法、例えば摩擦溶接法、電子ビーム溶接法、ろう付け法、例えば硬ろう付け法、炉中ろう付け法、誘導ろう付け法、拡散ろう付け法、クラッド法、例えば爆着である。

上述の効果を達成するために、本発明によれば、結合相が、以下の化学元素組成：Ｎｉ＞２５重量％、Ａｌ＞４重量％、残部Ｃｏおよび溶解したバインダー成分、例えばＷおよび／またはＣを有することが提供される。

金属間化合物相材料は、金属バインダー中に結晶性のインターカレーションを形成する。

この金属間化合物相材料は、それがインターカレートされている金属バインダー材料に比べて、特に高温で著しく高い強度を有する。摩耗攻撃を受ける焼結炭化物材料の表面において、金属間化合物相材料は、例えば土壌掘削工具で使用される際に金属バインダー材料のエロージョンや溶出を低減する。

土壌掘削工具の動きや、ほぐされた土質や残った土質によって、焼結炭化物材料に摩滅負荷や機械的負荷が生じる。その際、炭化タングステン結晶粒は、この摩耗攻撃に対して十分な耐摩耗性を発揮する。ここで、先行技術において問題となるのは、バインダー材料の強度が炭化タングステンよりも著しく低いことである。今や、本発明によれば、金属間化合物相材料が、結合相に組み込まれているかあるいは結合相中で形成されるため、金属バインダー材料の急速なエロージョンや溶出が阻止される。

さらに、驚くべきことに、金属間化合物相材料によって焼結炭化物材料の内部構造も強化可能であることが判明した。強い衝撃様応力が発生した場合、金属間化合物相材料の結晶によって、炭化タングステン粒子をつなぐ結合相の領域における炭化タングステン粒子の摺動、ひいては結合相の過剰な塑性変形が低減または阻止される。特に、この場合、金属間化合物相材料の個々の結晶は、互いに支持しあっている。このことは特に、工具の使用温度が高い場合に大きな利点となる。なぜならば、このような温度では、結合相中のＣｏの強度が低下するが、金属間化合物相材料は、依然としてバインダー材料に十分な支持を確実に提供するためである。

全体として、本発明による解決策により、焼結炭化物材料の耐摩耗性の著しい向上が達成可能であることが判明した。例えば本発明による焼結炭化物材料を路面切削機用丸シャンク型チゼルの切削チップの形態で使用すると、耐摩耗性が最大５０％向上することが試験により判明した。このような耐摩耗性の大幅な向上を、アスファルトやコンクリートの路面の切削時に達成できることが判明した。

本発明による焼結炭化物材料により特に、特に農業、林業、あるいは路面建設、鉱業またはトンネル建設の分野で、植物材料、鉱物材料または建築材料の処理、ほぐし、運搬および加工用の工具の作業領域を構築することができる。

焼結炭化物材料中に金属間化合物相材料が存在する場合、本発明による一変形例によれば、焼結炭化物材料中の金属バインダー材料の割合が、１～２８重量％、有利には１～１９重量％であることが提供可能である。その際、不可避不純物を除いて、この金属バインダー材料の全割合またはほぼ全割合がＣｏで形成されていてよい。このような材料選択により、特に強靭な結合相が得られ、この結合相は、既存の金属間化合物相材料や形成される金属間化合物相材料によって効果的に強化される。

本発明の一変形例によれば、焼結炭化物材料中の元素ＮｉおよびＡｌの合計が、焼結炭化物体の少なくとも１つの領域において、１～２８重量％、有利には１．５～１９重量％であることが提供可能である。この範囲のデータは、存在し得る金属間化合物相材料のＮｉおよびＡｌと、結合相に溶解したＮｉあるいはＡｌとの双方を考慮したものである。このような組成物により、特に課される要求が高度である硬質合金製の土壌掘削用工具を製造することができる。

焼結炭化物材料中に金属間化合物相材料が存在しないか、またはわずかしか存在しない場合、本発明の一変形例によれば、焼結炭化物材料中の結合相の割合が５～３０重量％、有利には５～２０重量％であることが提供可能である。この場合、結合相の大部分は、金属バインダー材料Ｃｏによって形成されていてよい。さらに、ＡｌおよびＮｉが金属バインダー材料として結合相に溶解していてよい。最後に、さらなる元素および不可避不純物も結合相中に存在し得る。

本発明によれば、不可避不純物を除いて、結合相が、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ以外に他の成分、特に溶解したＷ、Ｃおよび／またはＦｅを含むことも提供することができる。

本発明によれば、任意に結合相中に存在する金属間化合物相材料が、構造式（Ｍ，Ｙ）_３（Ａｌ，Ｘ）に従って形成されているか、または金属間化合物相材料を、完成した焼結炭化物材料中の元素組成に基づいて、この構造式に従って形成することができ、ここで、Ｍ＝Ｎｉであり、Ｙ＝Ｃｏおよび／または他の成分であり、Ｘ＝タングステンおよび／または他の成分である。

金属間化合物相材料が結合相中に存在する場合、少なくとも金属間化合物相材料の結晶の大部分において、Ｙ＝Ｃｏであり、Ｘ＝Ｗであることが有利である。したがって、焼結炭化物材料中の結合相中の溶解成分の組成は、熱処理または熱の作用により金属間化合物相材料がこのように形成し得るように選択されている（上記参照）。

さらに、金属間化合物相材料（Ａｌ，Ｘ）の晶子の一部またはすべてについて、Ｘは、Ｗの形態のみならず、Ｍｏおよび／またはＮｂおよび／またはＴｉおよび／またはＴａおよび／またはＣｒおよび／またはＶの形態でも存在することができる。したがって、完成した焼結炭化物材料中の結合相中の溶解成分の組成は、熱処理または熱の作用により金属間化合物相材料がこのように形成し得るように選択することができる（上記参照）。

本発明によれば、結合相が、２つ以上の金属間化合物相材料もしくは単一の金属間化合物相材料のみを含むこと、および／または焼結炭化物材料が、２つ以上の金属間化合物相材料もしくは単一の金属間化合物相材料のみが熱処理もしくは熱の作用によって形成されるように調製されていることが提供可能である。

好ましい本発明の一構成によれば、結合相が、以下の化学元素組成：
Ｎｉ＞３５重量％、Ａｌ＞５重量％、残部Ｃｏおよび溶解したバインダー成分、例えばＷおよび／またはＣ、
特に好ましくは、Ｎｉ＞４０、Ａｌ＞６．５重量％、残部Ｃｏおよび溶解したバインダー成分、例えばＷおよび／またはＣ
を有することが提供可能である。

ここで、これらのデータは、結合相中の各物質の総含有量に関するものである。したがって、これらのデータは、溶解形態の各元素に加え、さらには金属間化合物相材料中に結合した状態で存在する各元素をも考慮したものである。

指定されたデータの値により、結合相の最適な強化効果が得られることが判明した。

金属間化合物相材料による結合相の最適な強化を生じさせることができるようにするために、本発明の範囲において、Ｎｉの重量割合に対するＡｌの重量割合の比が＞０．１０、有利には＞０．１２であることが提供可能である。

ここで有利には、Ｎｉの重量割合に対するＡｌの重量割合の比が≦０．４６、有利には≦０．１８、特に好ましくは≦０．１６であることも提供可能である。

Ｎｉの重量割合に対するＡｌの重量割合の比に関する上記のデータは、全重量割合を考慮したものであり、すなわち、溶解元素ＡｌおよびＮｉと、金属間化合物相材料中のＡｌおよびＮｉ（存在する場合）との双方を考慮したものである。ＡｌおよびＮｉの重量割合の検出は、通常のＩＣＰ測定によって行うことができる。

考えられる本発明の一変形例は、焼結炭化物材料が少なくとも２つの体積領域を有し、第１の体積領域において、単位体積に対する金属間化合物相材料の相対的な割合が、第２の体積領域よりも大きくなるように構成されている。少なくとも２つの体積領域の構成により、焼結炭化物材料の特性、特に工具特性に狙いどおりに影響を与えることができる。例えば、高度の摩滅・摩耗に曝されているゾーンは、金属間化合物相材料の相対的な割合が高い体積領域を有することができる。対照的に、特殊な靭性要件を満たす必要があるゾーンは、金属間化合物相材料の相対的な割合が低い体積領域を有することができる。完全を期すために、第１の体積領域と比較して金属間化合物相材料の相対的な割合が低い第２の体積領域が、金属間化合物相材料を含まない場合もあることをここで指摘しておく。

考えられる本発明の代替的な一形態は、金属間化合物相材料の相対的な割合が高い第１の体積領域が、焼結炭化物材料の表面の少なくとも１つの領域と境を接しているように構成されている。このようにすると、焼結炭化物材料の表面に高い耐摩滅性が生じる。有利には、第２の体積領域は、焼結炭化物材料の表面に隣接して配置されておらず、焼結炭化物材料の内部に存在する。これにより、高い破壊安定性が確保される。

また、第１の体積領域と比較して金属間化合物相材料の相対的な割合が低いかまたは金属間化合物相材料を含まない第２の体積領域が、焼結炭化物材料の表面の少なくとも１つの領域と境を接しており、有利には第１の体積領域が焼結炭化物材料の表面に隣接していないことも提供可能である。これにより、最適な寿命を達成するために、工具使用中にその切削輪郭が切削作業に最適に適合する工具を製造することができる。特に、いわゆる再研磨効果を実現することができる。

考えられる本発明の一変形例は、結合相、特に金属バインダー材料および／または金属間化合物相材料が、Ｎｂおよび／またはＴｉおよび／またはＴａおよび／またはＭｏおよび／またはＶおよび／またはＣｒを含み、有利には、これらの材料のうち１つ以上が、結合相中に溶解した形態で、および／または炭化物の形態で存在するように構成されている。これにより、既存の金属間化合物相材料および／または熱の作用もしくは熱処理によって形成される金属間化合物相のソルバス温度および強度の向上を達成することができる。その結果、焼結炭化物材料の強度はそのままで、必要となる金属間化合物相材料が少なくて済む。あるいは添加によってバインダー強度が向上し、ひいては熱間強度が向上する。

しかし、前述の成分の１つ以上が、金属間化合物相材料の少なくとも一部の結晶格子に組み込まれていること、または熱による処理（熱処理もしくは熱の作用）によって金属間化合物相材料の結晶格子に組み込むことができることも考えられる。例えば、チタン原子（または前述の群の別の材料）は、金属間化合物相材料の結晶格子中で主にＡｌまたはＷの格子サイトを占め、Ｗと同様に金属間化合物相材料の析出温度を上昇させる。

それにより、金属間化合物相材料が焼結炭化物材料中に存在する場合、一方では、すでに高温で析出が開始されるため、金属間化合物相材料を焼結プロセス中により効果的に析出させることができ、なぜならば、この場合、拡散速度が著しく高いためである。

他方では、すでに述べたように、焼結炭化物材料のソルバス温度が上昇するため、この措置により高い熱間強度が達成される。換言すれば、焼結炭化物材料中の金属間化合物相材料を再溶解させ得るのに必要な温度が上昇する。

本発明によれば、結合相中のＭｏおよび／またはＮｂおよび／またはＴｉおよび／またはＴａおよび／またはＣｒおよび／またはＶの割合が≦１５ａｔ％であることも提供可能である。上述の元素は、確かに原則として炭化物を形成する。本発明の範囲において、今や、これらの元素が溶解度積および炭素に対する該元素の親和性に応じて結合相に少量溶解しており、その結果、これらの元素を金属間化合物相材料の結晶格子中に取り込むことができ、かつ／またはこれらの元素が金属結合相中に溶解し得るように、材料組成が選択されていることが提供可能である。結合相の靭性が高い焼結炭化物材料が望まれる場合には、炭化物形態の割合を少量に抑えることが望ましい。その場合、材料が合計で≦１５ａｔ％の割合で存在することが望ましい。

さらに、チタン（および／またはＭｏおよび／またはＮｂおよび／またはＴｉおよび／またはＴａおよび／またはＣｒおよび／またはＶ）がタングステンの役割を引き継ぐため、焼結炭化物材料の製造のための粉末混合物を、炭素割合に関して化学量論的に調整できることが有利である。

本発明の一構成変形例によれば、炭素割合が化学量論量となるように、または化学量論量よりも少なくなるように調整されていることが提供可能である。この措置により、化学量論量よりも多い炭素割合に起因する焼結素材におけるグラファイト析出が阻止あるいは最小化される。本発明者らは、このようなインターカレーションが焼結炭化物材料の破壊強度に不利な影響を及ぼすことを認識した。

本発明によれば、焼結炭化物材料中の炭素割合が、
Ｃ_{化学量論量}（重量％）－０．００３×バインダー含有量（重量％）からＣ_{化学量論量}（重量％）－０．０１２×バインダー含有量（重量％）まで
の範囲であり、有利には、
Ｃ_{化学量論量}（重量％）－０．００５×バインダー含有量（重量％）からＣ_{化学量論量}（重量％）－０．０１×バインダー含有量（重量％）まで
の範囲であることが特に提供可能である。

本発明の範囲において、上述の有利な効果は、粗結晶粒硬質合金の場合に特に顕著である。したがって、本発明の好ましい一構成変形例において、分散炭化タングステンが、ＤＩＮ ＩＳＯ ４４９９ Ｐａｒｔ ２に準拠して測定した平均粒径が１～１５μｍの範囲、有利には１．３～１０μｍの範囲、特に好ましくは２．５～６μｍの範囲である結晶粒の形態で焼結炭化物材料中に存在することが提供される。

有利には、結合相中のＦｅの最大割合が５重量％であり、かつ／またはバインダー材料中に他の不可避不純物が存在することが提供されている。

既存のまたは熱処理もしくは熱の作用によって形成される金属間化合物相（Ｍ，Ｙ）_３（Ａｌ，Ｘ）が、ＩＣＳＤ（Inorganic Crystal Structure Database、無機結晶構造データベース）による結晶構造Ｌ１_２（空間群２２１）を有することが提供されている場合、焼結炭化物体が高負荷に曝された際に、金属間化合物相の結晶が金属バインダー材料中で互いに効果的に支持しあうことができる結合相の微細構造が生じる。

有利には、好ましくは土壌掘削工具の用途では、既存のまたは熱処理もしくは熱の作用によって形成される金属間化合物相材料が１５００ｎｍの最大サイズ、有利には１０００ｎｍの最大サイズを有することが提供されている。

本発明の好ましい一構成変形例によれば、焼結炭化物材料が、イータ相および／またはＡｌ_２Ｏ_３を含まないかまたは可能な限り含まないことが提供可能である。本発明者らは、イータ相の最大割合またはＡｌ_２Ｏ_３の最大割合は、焼結炭化物材料全体に対して最大で０．６体積％であることが望ましいことを認識した。双方の物質が焼結炭化物材料中に存在する場合、イータ相材料とＡｌ_２Ｏ_３との合計が最大で０．６体積％であると有利である。

Ａｌ_２Ｏ_３および／またはイータ相材料の粒径は、好適には最大でＷＣの平均粒度の５倍であり、その際、ＷＣの平均粒度ならびにＡｌ_２Ｏ_３および／またはイータ相材料の粒径は、切片法（ＤＩＮ ＩＳＯ ４４９９ Ｐａｒｔ ２に準拠）によって決定することができる。

焼結炭化物材料の靭性は、イータ相あるいはＡｌ_２Ｏ_３により悪影響を受ける可能性がある。イータ相の割合が高い場合、焼結炭化物材料は、条件付きではあるが、課される要求が高度である土壌掘削工具の使用に適している。Ａｌ_２Ｏ_３についても同様である。

本発明の上述の課題は、作業領域を有する基体を備え、該作業領域に、請求項１から１７までのいずれか１項記載の焼結炭化物材料からなる少なくとも１つの作業要素が、有利には材料接続による接合で、特にろう付けによる接合で、特に硬ろう付けによる接合で保持されている、工具、特に細砕工具、土壌掘削工具であって、有利には路面切削機用、リサイクラー用、スタビライザー用、農業もしくは林業用の土壌掘削機用の工具、特に細砕工具、土壌掘削工具によっても解決される。

有利には、作業領域内の焼結炭化物材料は、切削チップ、刃または切削エッジまたは加工エッジを有する切削体を形成する。焼結炭化物材料が防護用被覆材であることも考えられる。

したがって、上述したように、本発明によれば、作業要素が、有利には少なくとも１つの刃および／もしくは少なくとも１つの切削チップを有する切削要素の形態で、または摩耗保護要素、特に保護プレート、保護バー、保護ピン、保護突起もしくは保護ボルトの形態で形成されていることが提供可能である。

本発明の特に好ましい用途は、工具が、切削工具、切削用チゼル、特に路面切削用チゼルまたは採鉱用チゼル、すき刃、耕運機チップ、ドリル工具、特にアースドリル、破砕工具、例えば破砕用チゼルまたは破砕用バー、マルチング工具、木材チッピング工具またはシュレッダー工具、分別工具、例えばスクリーンであることが提供される場合に生じる。

本発明のさらに特に好ましい使用は、切削用チゼルが、チゼルヘッドとそれに直接または間接的に連結されたチゼルシャフトとを有し、チゼルヘッドに作業要素が保持されているように構成されている。

例えば、作業要素が、本発明による焼結炭化物材料によって形成されており、この作業要素が、例えばＰＣＤ材料からなる超硬質切削チップの支持体を形成していることも提供可能である。

上記のように、焼結炭化物材料は、強化結合相を有する硬質合金であることができる。この強化は、焼結プロセスでの冷却中に金属間化合物相材料が析出することによって達成することができ、かつ／または焼結プロセスに続く熱プロセスで金属間化合物相材料を形成し、その際、焼結炭化物材料を、焼結炭化物材料における金属間化合物相材料の析出を可能にする温度とする場合に達成することができる。

本発明による硬質合金の製造には、原料の初期秤量時の公称組成として、７０～９５重量％のＷＣ、１～２８重量％の金属バインダーおよび１～２８重量％の金属間化合物相を選択することができる。金属バインダーは、元素Ｃｏ、および任意にＦｅおよび／または他の成分を含むことができる。金属間化合物相は、初期秤量時にはＮｉ_３Ａｌである。

本発明の課題はまた、焼結炭化物材料の製造方法であって、まず第１の方法工程で、分散形態の炭化タングステン７０～９５重量％、有利には８０～９５重量％と結合相とを含む焼結炭化物材料前駆体、特に硬質合金を製造し、ここで、結合相は、金属バインダー材料を含み、金属バインダー材料は、Ｃｏを含み、結合相は、溶解元素ＮｉおよびＡｌを含み、結合相は、以下の化学元素組成：
Ｎｉ＞２５重量％、Ａｌ＞４重量％、残部Ｃｏおよび溶解したバインダー成分、例えばＷおよび／またはＣ
を有し、さらなる方法工程で、焼結炭化物材料前駆体を熱処理に供することにより、結合相中に金属間化合物相材料を含む焼結炭化物材料を形成し、ここで、金属間化合物相材料は、構造式（Ｍ，Ｙ）_３（Ａｌ，Ｘ）に従って形成されており、ここで、Ｍ＝Ｎｉであり、Ｙ＝Ｃｏおよび／または他の成分であり、Ｘ＝タングステンおよび／または他の成分である、方法により解決される。

ここで、熱処理は、少なくとも１つの加熱工程または少なくとも１つの冷却工程を含むことができる。

本発明によれば、有利には、熱処理後に、金属間化合物相材料（Ｍ，Ｙ）_３（Ａｌ，Ｘ）の結晶の少なくとも一部が、ＩＣＳＤ（Inorganic Crystal Structure Database、無機結晶構造データベース）による結晶構造Ｌ１２（空間群２２１）を有することが提供可能である。

結合相の特に効果的な強化を達成できるようにするために、特に焼結炭化物材料としての粗結晶粒硬質合金において、有利には、金属間化合物相材料の少なくとも一部が、（検鏡試片について切片法により測定された）１５００ｎｍの最大サイズ、有利には１０００ｎｍの最大サイズを有することが提供可能である。

好適には、本発明による方法により製造された焼結炭化物材料の少なくとも一領域、有利には金属間化合物相材料が存在する領域の保磁力ＨｃＭが次のとおりであることが提供可能である：
ＨｃＭ［ｋＡ／ｍ］＞（１．５＋０．０４×Ｂ）＋（１２．５－０．５×Ｂ）／Ｄ＋４［ｋＡ／ｍ］、
有利には、ＨｃＭ［ｋＡ／ｍ］＞（１．５＋０．０４×Ｂ）＋（１２．５－０．５×Ｂ）／Ｄ＋６［ｋＡ／ｍ］、
特に好ましくは、ＨｃＭ［ｋＡ／ｍ］＞（１．５＋０．０４×Ｂ）＋（１２．５－０．５×Ｂ）／Ｄ＋１０［ｋＡ／ｍ］
ここで、Ｂは、焼結炭化物材料中の結合相の割合（重量％）であり、Ｄは、ＤＩＮ ＩＳＯ ４４９９ Ｐａｒｔ ２に準拠した切片法により決定された分散ＷＣの粒度である。

結合相にＣｏを含み、金属間化合物相材料を含まない一般的な硬質合金の場合、保磁力は通常、所与のバインダー含有量でＷＣの平均粒度を間接的に決定するために用いられる。本発明によれば、金属間化合物相材料は、保磁力を著しく増大させる。したがって、保磁力は、間接的に、インターカレートされた金属間化合物相材料による結合相の強化の指標として評価することができる。保磁力が高いほど、金属バインダー材料と金属間化合物相材料とＷＣとの間の界面の合計が大きい。析出した金属間化合物相材料の数が多いと、特に高温で（特に高い工具使用温度で）、結合相中で金属間化合物相材料の個々の結晶が互いに良好に支持しあう。

焼結炭化物材料の少なくとも一領域の保磁力ＨＣＭ［ｋＡ／ｍ］＞（１．５＋０．０４×Ｂ）＋（１２．５－０．５×Ｂ）／Ｄ＋４［ｋＡ／ｍ］は、主に上述の摩耗保護用途、例えば摩耗防護に用いることができる。

焼結炭化物材料の少なくとも一領域の保磁力、有利にはＨＣＭ［ｋＡ／ｍ］＞（１．５＋０．０４×Ｂ）＋（１２．５－０．５×Ｂ）／Ｄ＋６［ｋＡ／ｍ］は、主に上述の、課される要求が高度である土壌掘削工具に用いることができる。

焼結炭化物材料の少なくとも一領域の保磁力、有利にはＨＣＭ［ｋＡ／ｍ］＞（１．５＋０．０４×Ｂ）＋（１２．５－０．５×Ｂ）／Ｄ＋１０［ｋＡ／ｍ］は、主に上述の高性能工具に用いることができる。

本発明の一構成変形例によれば、焼結炭化物材料の少なくとも一領域の保磁力は、焼結炭化物材料と同じ組成およびＷＣ粒度を有する硬質合金体の保磁力よりも２０％高く、その際、結合相は、金属Ｃｏバインダーのみから形成されており、この金属バインダーは、金属間化合物相材料を含まないことも提供可能である。

よって、同じ組成を有する硬質合金体は、分散形態の炭化タングステン７０～９５重量％と結合相とを含む硬質合金体であって、結合相は、金属バインダー材料を含むが金属間化合物相材料を含まず、焼結炭化物材料中の金属バインダー材料の割合は、５～３０重量％であり、バインダー材料は、それ以外は、本発明による焼結炭化物材料のバインダー材料と同じまたはほぼ同じ組成を有する。

上述したように、保磁力は、結合相中の金属間化合物相材料の割合に関する示唆あるいは徴候を間接的に示す。したがって、保磁力は、結合相の強化の程度を間接的に示す。

本発明の範囲において、本発明による方法により製造された焼結炭化物材料は、温度８００℃、ひずみ速度０．００１［１／ｓ］における焼結炭化物材料の熱間圧縮強度が≧１６５０［ＭＰａ］となるように、かつ／または温度８００℃、ひずみ速度０．０１［１／ｓ］における焼結炭化物材料の熱間圧縮強度が≧１６００［ＭＰａ］となるように構成されていてよい（直径８ｍｍ、高さ１２ｍｍの円筒形試験片についての測定）。結合相中の金属バインダー材料の割合が５～７重量％であり、ＷＣの割合が９３～９５重量％の範囲であり、有利にはこの場合、ＷＣが、２～５μｍの範囲の平均粒径を有する粗結晶粒の形態で存在する焼結炭化物材料により、特に路面切削用チゼルの切削チップを製造することができる。

製造（測定方法の説明を含む）
製造：
以下に、結合相に金属間化合物相材料を含む焼結炭化物材料を粉末冶金プロセスルーチンで製造することができる製造方法について説明する。粉末冶金プロセスルーチンは、加圧可能な粉末混合物を製造するプロセス工程と、成形するプロセス工程と、最終的に焼結させてコンパクトで緻密な焼結炭化物体を得るプロセス工程とに分けられる。

粉末混合物の製造の出発原料として、様々な粒度のＷＣ粉末を使用することができ、特に粒径ＦＳＳＳ＞２５μｍの粗結晶粒ＷＣを使用することができる。結合相の出発粉末は、超微粒子コバルト粉末（ＦＳＳＳ １．３μｍ）およびニッケルアルミニウム粉末、例えばアルミニウム含有量が約１３．３重量％のＮｉ－１３Ａｌ粉末である。Ｎｉ－Ａｌ粉末の粒径は、ＦＳＳＳ＜７０μｍであり、好ましくはＦＳＳＳ ４５μｍ未満である。狙いどおりの炭素含有量を調整してバランスをとるために、Ｗ金属粉末（ＦＳＳＳ＜２μｍ）およびカーボンブラックを使用する。結合相とＴｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒなどの合金元素との合金化には、それらの炭化物粉末または粒径＜３μｍのＷ含有混合炭化物を使用する。

粉末混合物の製造を、先行技術により、有利には硬質合金球を備えたボールミルでの湿式粉砕によって行う。粉砕媒体として、エタノールおよびヘキサンを使用する。他の可能な粉砕媒体は、アセトン、または適切な抑制剤を含む水性媒体であろう。

バインダー含有量が＞１５％である焼結炭化物材料の粉末混合物の製造では、バインダー含有量が高く、再結晶化が促進されるため、１回の粉砕工程で十分である。一方で、バインダー含有量が１５％以下の場合には、Ｎｉ－Ａｌ粉末を効果的に粉砕し、粉砕工程中の酸化物の形成を最小限に抑えるために、多段湿式粉砕プロセスが有利である。

第１の方法工程では、Ｎｉ－Ａｌ粉末を、粉砕液、および平均粒径ＦＳＳＳ＞２０μｍ、好ましくは３０～６０μｍの粗結晶粒炭化タングステンと集中的に混合する。必要に応じて、加圧助剤、少量の合金成分およびコバルト粉末をすでにここでも添加することができる。

粉砕パラメータ（時間、粉砕材料に対する粉砕球の比、粉砕媒体）およびＷＣとＮｉ－Ａｌ粉末との比は、焼結炭化物材料において設定されるＷＣ粒度によって異なる。

第２の方法工程では、この予備粉砕物に所定の粒度のＷＣ原料５０～８０重量％を添加して混合するが、その際、凝集物を低減し、かつ可能な限り均質な混合物を得ることに主眼が置かれる。

合金調整および加圧助剤の添加が第１の粉砕工程（予備粉砕ＶＭ）でまだ実施されていない場合には、これを第２の方法工程で実施することもできる。

湿式粉砕で得られたスラリーを先行技術により乾燥させて、プレスに適した粉末に変換させる。好ましくは、これを噴霧乾燥法によって行う。

成形を、有利には直接的に、機械式、油圧式または電気機械式のプレス機による軸方向プレスによって行う。

焼結を、真空中で、好ましくは工業用焼結ＨＩＰ炉で１３５０～１５５０℃で行い、この炉では、液相焼結の後に不活性ガスの導入によって過圧を発生させ、その際に、場合により存在する残留気孔を除去することができる。

図１に、３重量％のＣｏおよび３重量％のＮｉ_３ＡｌについてのＷＣ－Ｃｏ－Ｎｉ_３Ａｌの相図を例示的に示し、この相図は、これらの析出物の形成を示している。

融液の凝固後、最初は、ＷＣ、ならびにＣｏ、Ｎｉ、Ａｌ、ＷおよびＣの固溶体のみが存在する。ソルバス温度未満になるとようやく、この固溶体から金属間化合物相材料が析出し、その際、金属間化合物相材料は、好ましくは構造式（Ｍ，Ｙ）_３（Ａｌ，Ｘ）に従って形成されており、ここで、Ｍ＝Ｎｉであり、Ｙ＝Ｃｏおよび／または他の成分であり、Ｘ＝タングステンおよび／または他の成分である。これらの金属間化合物相材料を、走査型電子顕微鏡で視認可能とすることができる。

図２および図３には、硬質合金の形態の本発明による２つの異なる焼結炭化物材料が、このような走査型電子顕微鏡画像により示されている。このような硬質合金の結合相を明瞭に認めることができ、金属間化合物相材料（明色の相）１０と金属バインダー材料３０（暗色）とが識別できる。ＷＣ結晶粒２０は、結合相を介して互いに結合されている。

金属間化合物相材料が結合相中に均一に分布していることが判明し、その際、金属間化合物相材料の結晶は、立方体形状を有し、有利には１５００ｎｍより小さい。金属間化合物相材料（Ｍ，Ｙ）_３（Ａｌ，Ｘ）の結晶は、ＩＣＳＤ（Inorganic Crystal Structure Database、無機結晶構造データベース）による結晶構造Ｌ１_２（空間群２２１）を有する。

このような焼結炭化物材料を、鋼製の基体に接合することができ、それにより、該焼結炭化物材料は、工具、例えば細砕工具、土壌掘削工具であって、有利には路面切削機用、リサイクラー用、スタビライザー用、農業もしくは林業用の土壌掘削機用の工具の作業要素を形成する。この場合、この作業要素は、工具の作業領域に配置されている。基体との接合は、ろう付けによる接合で、特に硬ろう付けによる接合で行われる。この場合、ろう付け接合部を形成するために、工具に熱が加えられる。その後、工具は、例えば水および油のエマルジョン中で急冷される。

ろう付け工程で金属間化合物相材料が少なくとも部分的に再び溶解することにより、金属間化合物相材料の各成分は、急冷硬化後に焼結炭化物材料中に溶解成分として存在する。したがって、このようにして、焼結炭化物材料前駆体が形成される。

この焼結炭化物材料前駆体は、すでに何度か上述したように、次いで熱処理に供される。ここで、熱処理によって焼結炭化物材料に熱が導入される場合があり、その際、温度は、ソルバス温度未満でかつ有利には４００℃超であることが望ましい。処理時間、すなわち熱処理が行われる時間は、０．２５～２４時間である。熱処理時に焼結炭化物材料の少なくとも一部の領域で金属間化合物相材料が再び形成されることで、結合相の強化が生じる。

ここで、熱処理は、熱源を用いて焼結炭化物材料に狙いどおりに熱を導入する能動的な工程であってよい。有利には、熱処理は受動的に行われ、その際、例えば工具の使用中に焼結炭化物材料前駆体が被加工物、例えば道路の路面舗装と接触する。この接触時に焼結炭化物材料前駆体に熱が導入されることで、焼結炭化物材料前駆体を、金属間化合物相材料が形成される温度にする。このようにして、工具は、本発明により自動的に強化され、その際、摩耗を受ける領域に本発明による焼結炭化物材料が形成される。

上記のようにして構成された焼結炭化物材料が、焼結プロセスで製造され、この焼結プロセスで金属間化合物相が形成されることも考えられる。次いで、この生成物を、有利には金属間化合物相が少なくとも部分的に再び溶解するソルバス温度より高い温度にすることができる。次いでこの材料を急冷して、焼結炭化物材料前駆体を形成する。その後、この焼結炭化物材料前駆体を熱処理に供することで、本発明による焼結炭化物材料が形成される。

金属間化合物相材料を結合相中に容易に析出可能とするために、有利には、結合相中の（Ｍ，Ｙ）_３（Ａｌ，Ｘ）含有量が≧４０％であり、その際、炭素割合が化学量論量となるようにまたは化学量論量よりも少なくなるように調整されていることが提供可能である。

結合相においてタングステンが高度に溶解しているほど、金属間化合物相の析出が安定することが判明した。これは、金属間化合物相材料の結晶構造に「Ｃｏ_３Ｗ」が取り込まれ、析出範囲が高温にシフトするためである。

ここでは元素Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、および特にＴｉ、Ｔａも同様の効果を示し、これらを合金に少量（バインダー中で＜１５ａｔ％）加えることができる。

使用可能な合金量は、金属炭化物のそれぞれの溶解度積に依存する。その大きさが無視できるものであっても、結晶粒微細化効果に起因するものではない、驚くほど明確な効果が示された。

安定性の向上および析出挙動の改善に基づいて、合金に他の元素を添加することで、バインダー中の金属間化合物相材料の割合を減少させることができ、４０％未満にすることも可能である。さらに、例えばＴｉやＴａの存在下では、これらの元素が安定剤としてのタングステンの役割を引き継ぐため、炭素割合を化学量論量よりも少なくなるように調整する必要がなくなる。

金属間化合物相材料の析出が熱間強度に及ぼす影響は、熱間圧縮試験によって印象的に示すことができる。図４は、試験温度およびひずみ速度を変えた場合の、それぞれバインダーを６％含む硬質合金の熱間圧縮強度を示している。特に８００℃の試験温度では、金属間化合物相材料により強度が約４０～５０％増加している。

本発明による焼結炭化物材料の試料について物理的特性値を測定し、これらは、素材およびその素材の特性の特性評価に役立つ。

硬質合金の場合、保磁力Ｈ_ｃＭおよび比飽和磁化４ｐｓの測定は、非破壊検査法として確立されている。

両測定パラメータを、Foerster社製Ｋｏｅｒｚｉｍａｔ（登録商標）１．０９７を用いた本発明による焼結炭化物材料の特性評価についても決定する。

素材の特性評価のためのもう１つのパラメータは密度であり、これを、アルキメデスの原理に従って秤量により決定する。

素材の硬度を、金属組織学的に準備された研磨済み試料の硬質合金について、有効な規格に準拠して決定する。有利には、試験荷重１０ｋｐのビッカースＨＶ１０硬さ試験を用いる（ＩＳＯ ３８７８）。

同様に、研磨済み試料について、焼結素材の気孔率（ＤＩＮ－ＩＳＯ ４４９９－４規格）および酸化アルミニウム粒子を光学顕微鏡によって確認し、評価する。ＡあるいはＢの気孔率の比較画像を用いて微細構造中の酸化アルミニウムの体積％割合を推定することができ、その際、Ａ０８あるいはＢ０８は、およそ０．６体積％の体積割合に相当する。イータ相の光学顕微鏡試験では、これを規格（ＤＩＮ－ＩＳＯ ４４９９－４）に準拠して村上試薬でエッチングする。ＷＣの平均粒度の決定を、ＤＩＮ ＩＳＯ ４４９９－２に準拠して行う。この場合、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像を切片法で評価する。

バインダー中の金属間化合物相の割合および析出粒子の最大サイズも同様にＳＥＭ画像によって決定するが、ただし、インレンズＢＳＥ検出器を使用する。このために、試料の数カ所で画像を撮影し、代表的な断面について画像処理および階調値区切りによる面積割合の決定によって評価を実施する。

実施例：
以下の表に、本発明による焼結炭化物体の実施例を示す。本表に示す実施例は、原則として、上述と同様の方法によって製造することができる：

よって、上記の説明に従って、本発明は、分散形態の炭化タングステン７０～９５重量％、有利には８０～９５重量％と結合相とを含む焼結炭化物材料、特に硬質合金であって、結合相は、金属バインダー材料を含み、金属バインダー材料は、Ｃｏ、溶解Ｎｉおよび溶解Ａｌを含み、結合相は、任意に金属間化合物相材料を含むことができ、金属間化合物相材料が存在する場合、金属間化合物相材料は、構造式（Ｍ，Ｙ）_３（Ａｌ，Ｘ）に従って形成されており、ここで、Ｍ＝Ｎｉであり、Ｙ＝Ｃｏおよび／または他の成分であり、Ｘ＝タングステンおよび／または他の成分であり、結合相は、以下の化学元素組成：Ｎｉ＞２５重量％、Ａｌ＞４重量％、残部Ｃｏおよび溶解したバインダー成分、例えばＷおよび／またはＣを有する、焼結炭化物材料に関する。

以下、図５から図１２に示す実施形態例を参照して、本発明をより詳細に説明する。

３重量％のＣｏおよび３重量％のＮｉ_３ＡｌについてのＷＣ－Ｃｏ－Ｎｉ_３Ａｌの相図である。 硬質合金の形態の本発明による焼結炭化物材料を示す図である。 硬質合金の形態の本発明による焼結炭化物材料を示す図である。 試験温度およびひずみ速度を変えた場合の、それぞれバインダーを６％含む硬質合金の熱間圧縮強度を示す図である。 チゼルチップの垂直断面図である。 図５によるチゼルチップを、図５のＶＩ－ＶＩと記された断面線に沿って示す図である。 図５～図６によるが、ただし組織組成を変更したチゼルチップ５０の垂直断面図である。 図５～図６によるが、ただし組織組成を変更したチゼルチップ５０の垂直断面図である。 図５～図６によるが、ただし組織組成を変更したチゼルチップ５０の垂直断面図である。 図５～図６によるが、ただし組織組成を変更したチゼルチップ５０の垂直断面図である。 図５～図６によるが、ただし組織組成を変更したチゼルチップ５０の垂直断面図である。 図５～図６によるが、ただし組織組成を変更したチゼルチップ５０の垂直断面図である。

図５から図１２は、焼結炭化物材料４０の形態のチゼルチップ５０を示している。これらのチゼルチップ５０は、好適には切削工具、特に切削チゼル、丸シャンク型チゼル、路面切削用チゼル、採鉱用チゼルなどに使用される。

チゼルチップ５０は、鋼体に接合され、有利にはろう付けされるように形成および準備されている。この目的のために、鋼体は通常、シャンク、有利には丸シャンクが一体成形されたヘッドを有する。シャンクから離れる方向に向かって、ヘッドは、チゼルチップ５０のための収容部を有する。チゼルチップ５０を、この収容部内または収容部上に固定することができる。

チゼルチップ５０は、一体的に構成されており、ベース部５１を有する。ベース部５１により、チゼルチップ５０を鋼体に接合することができる。有利には、ベース部５１は、接合面５１．１を有する。チゼルチップ５０を鋼体に固定するために、接合面５１．１と鋼体との間に硬ろう付け接合のろう付け材料を配置することができる。

チゼルチップ５０と鋼体との間のろう付けギャップの厚さをできるだけ一定に保つために、接合面５１．１の領域でチゼルチップ５０にスペーサ５１．２が成形されており、このスペーサ５１．２が、接合面５１．１を越えて突出し、接合面５１．１がろう付けプロセスのために鋼体の合わせ面から距離を置いて保持されるように鋼体に載るように形成されていることが提供可能である。

さらに、接合面５１．１の領域に１つ以上の凹部５２が存在することが提供可能である。ここで、凹部は、有利には、接合面５１．１の凸状の丸みを介してくぼんだ部分に移行するように構成されていてよく、このくぼんだ部分は、好適には凹状の谷状部として形成されている。凹部５２により、チゼルチップ５０に必要となる材料を低減することができる。さらに、凹部５２は、接合面５１．１の領域における余分なろう付け材料のための貯留部を形成する。

ベース部５１は、有利には円周方向の縁部５１．３を有し、この縁部５１．３は、少なくとも一部の領域において凸形状として形成されていてよく、縁部５１．３は、ベース部５１と移行部５３との間の移行部として形成されていてよい。

移行部５３は、凹状領域５３．１として形成される第１の領域を有する。また、切頭錐体状のジオメトリ、または凹状領域５３．１と少なくとも部分的に切頭錐体状のジオメトリとからなる組み合わせが提供されていてもよい。第１の領域により、チゼルチップ５０は、ベース部５１からチゼルチップ５０の先端部５４に向かう方向に先細状となる。

移行部５３は、さらに、ベース部５１の反対側で第１の領域に続く円筒状領域５３．２を有することもできる。図５に示すように、少なくともチゼルチップ５０の領域において、第１の領域と円筒状領域との間の移行部は連続的に、有利にはチゼルチップの長手中心軸線の方向に連続的に微分可能であるように形成されているため、連続性の途切れは回避される。

チゼルチップ５０は、有利には移行部５３の領域にくぼみ５３．３を有することができる。これらは、材料を低減するとともに、工具の使用中に掘り崩される土壌材料の排出を最適化する役割を果たす。

チゼルチップ５０は、移行部５３に、有利には円筒状領域５３．２に続く先端部５４を有する。接続部５４．１は、凸状湾曲部として形成されていてよい。接続部５４．１にはテーパ状部５４．２が続いており、このテーパ状部５４．２は末端部５４．３へと移行する。末端部５４．３は、有利には凸状湾曲部の形態、特に好ましくは球状キャップの形態で形成されている。

図６は、チゼルチップ５０の断面図および上面図である。チゼルチップ５０の円周上に均一に分布するように配置されているくぼみ５３．３を、はっきりと視認することができる。

チゼルチップ５０は、少なくとも１つの第１の体積領域７０と少なくとも１つの第２の体積領域６０とを有する。

第２の体積領域６０において、焼結炭化物材料４０は、結合相の金属バインダー材料３０を介して互いに結合している炭化タングステン結晶粒（ＷＣ結晶粒）２０を含む。第２の体積領域６０には、金属間化合物相材料１０が存在しないか、または金属間化合物相材料１０が、有利には３０重量％／単位体積未満、有利には２５重量％／単位体積未満、特に好ましくは１５重量％／単位体積未満の濃度で存在することが提供可能である。

第１の体積領域７０において、焼結炭化物材料４０は、結合相の金属バインダー材料３０を介して互いに結合している炭化タングステン結晶粒（ＷＣ結晶粒）２０を含む。第１の体積領域７０に、金属間化合物相材料１０は、有利には≧３０重量％／単位体積、有利には３０～７０重量％／単位体積の範囲、特に好ましくは３５～６０重量％／単位体積の範囲、さらに好ましくは４０～５０重量％／単位体積の範囲の濃度で存在する。

金属間化合物相材料は、構造式（Ｍ，Ｙ）_３（Ａｌ，Ｘ）に従って形成されており、ここで、Ｍ＝Ｎｉであり、Ｙ＝Ｃｏおよび／または他の成分であり、Ｘ＝タングステンおよび／または他の成分である。結合相は、以下の化学元素組成を有する：Ｎｉ＞２５重量％、Ａｌ＞４重量％、残部Ｃｏおよび溶解したバインダー成分、例えばＷおよび／またはＣ。

第１の体積領域７０における、単位体積に対する金属間化合物相材料の相対的な割合Ｙは、第２の体積領域６０よりも大きい。

図面に示すように、第１の体積領域７０および第２の体積領域６０は、焼結炭化物材料４０の表面の少なくとも１つの領域と境を接することができる。

金属間化合物相材料１０の相対的な割合が高い第１の体積領域７０は、チゼルチップ５０の表面の一部、特にテーパ状部５４．２および／または末端部５４．３の先端部５４を形成する。

先端部５４から出発して、さらに、第１の体積領域７０がベース部５１まで延在している場合もある。有利には、ベース部５１の領域を第２の体積領域６０により形成することも可能である。金属間化合物相材料１０の含有量が相対的に低い、または金属間化合物相材料１０を含まない第２の体積領域６０は、有利には移行部５３の領域に配置されている。図６に示すように、第１の体積領域７０と第２の体積領域６０との双方が、移行部５３の領域においてチゼルチップ５０の表面に隣接している場合もあり得る。

図５および図６に示す実施形態例による第１および第２の体積領域７０，６０の配置は、以下の技術的利点を有する：
先端部５４が第１の体積領域７０によって形成されていることにより、この場合には特に摩耗のリスクがある領域において高い耐摩滅性が提供される。

摩耗のリスクがない領域では、靭性が向上し、したがって破壊安定性が向上する。

さらに、体積領域６０，７０により、例えばチゼルチップの再研磨を支援する特定の摩耗形態が狙いどおりに調整可能であることが考えられる。

図７から図１２は、チゼルチップ５０のさらなる構成変形例を示す。ここで、チゼルチップ５０は、図５および図６に示すチゼルチップ５０と基本的に同一に構成されている。この点に関して、繰り返しを避けるために上記の説明が参照され、相違点のみを説明する。図７から図１２によるチゼルチップ５０は、特に、第１および第２の体積領域７０，６０の配置および構成が異なる。

図７に示すように、第１の体積領域７０は、先端部５４の領域に配置されており、有利には部分的に移行部５３の円筒状領域５３．２に配置されている。しかし、第１の体積領域７０が先端部５４の領域にのみ配置されていることも考えられる。この場合、第１の体積領域７０は、先端部５４の領域において摩滅・摩耗を効果的に防ぐ。

図８は、第１の体積領域７０が完全にまたは部分的にチゼルチップ５０内に配置されていてよいことを示している。第１の体積領域７０は、この場合、有利には移行部５３の全領域にわたってチゼルチップ５０の長手中心軸線の方向に延在するように構成されていてよい。すでに上述したように、第１の体積領域７０は、金属間化合物相材料１０の存在により、特に高いせん断強度を特徴とする。このようにして、破断のリスクがある移行領域５３は、第１の体積領域７０によって効果的に強化される。

それとは逆に、図９に示すように、第２の体積領域６０を完全にまたは部分的にチゼルチップ５０内に配置することも可能である。この場合、第１の体積領域７０は、第２の体積領域６０を有利には完全に取り囲む。摩滅を特に効果的に防ぎ、移行部５３の領域におけるチゼルチップ５０の破損を阻止するために、第１の体積領域は、チゼルチップ５０の表面を完全にまたはほぼ完全に形成している。チゼルチップ５０の長手中心軸線に対して横方向に大きく広がっているため、第１の体積領域７０は、軸方向の高い曲げ抵抗モーメントをも提供する。

図１０は、図７による変形例の発展形態において、金属間化合物相材料１０の相対的な割合が高い第１の体積領域７０が、先端部５４の領域および移行部５３を超えて延在することが可能であり、それによって、第１の体積領域７０が、先端部５４および移行部の表面を有利には完全に形成する場合もあることを示している。第１の体積領域７０は、図１０に示すように、ベース部５１まで、またはベース部５１内にも導かれる。

図１１は、第１の体積領域７０が、先端部５４の末端部５４．３からベース部５１まで、連続した体積領域を形成するようにチゼルチップ５０内に延在してもよいことを示している。

図１２は、図５および図６による実施形態例とは逆に、第１および第２の体積領域７０，６０が入れ替わっていることも提供可能であることを示す。

上記の図面は、概略的な図示として理解されるべきである。これは特に、第１あるいは第２の体積領域７０，６０が、図面に示されるように正確に鮮明に画定されているのではなく、２つの体積領域７０，６０の間に移行部が形成されている場合のことである。

図５から図１２までに示す焼結炭化物材料４０を製造または形成するために、本発明によれば、まず第１の方法工程で、分散形態の炭化タングステン７０～９５重量％、有利には８０～９５重量％と結合相とを含む焼結炭化物材料前駆体、特に硬質合金を製造する方法が用いられる。結合相は、少なくともＣｏを金属バインダー材料として含むとともに、溶解元素ＮｉおよびＡｌを含む。結合相は、以下の化学元素組成：
Ｎｉ＞２５重量％、Ａｌ＞４重量％、残部Ｃｏおよび溶解したバインダー成分、例えばＷおよび／またはＣ
を有する。

さらなる方法工程で、焼結炭化物材料前駆体を上記で説明したような熱処理に供することにより、少なくとも第１の体積領域７０において結合相中に金属間化合物相材料１０を含む焼結炭化物材料４０を形成する。金属間化合物相材料１０は、構造式（Ｍ，Ｙ）_３（Ａｌ，Ｘ）に従って形成されており、ここで、Ｍ＝Ｎｉであり、Ｙ＝Ｃｏおよび／または他の成分であり、Ｘ＝タングステンおよび／または他の成分である。

この目的のために、さらなる方法工程で、焼結炭化物材料前駆体を、熱処理の間に、４００℃とソルバス温度との間の温度範囲で０．２５～時間の期間にわたって保持することができる。個々の体積領域６０，７０を狙いどおりに形成するために、例えば、レーザーまたは誘導コイルを用いて狙いどおりの加熱を行うことができる。

Claims (27)

1. 分散形態の炭化タングステン７０～９５重量％、有利には８０～９５重量％と結合相とを含む焼結炭化物材料（４０）、特に硬質合金であって、前記結合相は、金属バインダー材料（３０）を含み、前記金属バインダー材料は、Ｃｏを含み、前記結合相は、金属間化合物相材料（１０）ならびに／または溶解元素ＮｉおよびＡｌを含み、前記金属間化合物相材料（１０）が存在する場合、前記金属間化合物相材料（１０）は、構造式（Ｍ，Ｘ）_３（Ａｌ，Ｙ）に従って形成されており、ここで、Ｍ＝Ｎｉであり、Ｙ＝Ｃｏおよび／または他の成分であり、Ｘ＝タングステンおよび／または他の成分であり、前記結合相は、以下の化学元素組成：
   Ｎｉ＞２５重量％、Ａｌ＞４重量％、残部Ｃｏおよび溶解したバインダー成分、例えばＷおよび／またはＣ
   を有する、焼結炭化物材料（４０）。
2. 前記結合相が、以下の化学元素組成：
   Ｎｉ＞３５重量％、Ａｌ＞５重量％、残部Ｃｏおよび溶解したバインダー成分、例えばＷおよび／またはＣ、
   特に好ましくは、Ｎｉ＞４０重量％、Ａｌ＞６．５重量％、残部Ｃｏおよび溶解したバインダー成分、例えばＷおよび／またはＣ
   を有する、請求項１記載の焼結炭化物材料（４０）。
3. Ｎｉの重量割合に対するＡｌの重量割合の比が＞０．１０、有利には＞０．１２である、請求項１または２記載の焼結炭化物材料（４０）。
4. 前記焼結炭化物材料（４０）中のＣｏの割合が、１～２８重量％、有利には１～１９重量％である、請求項１から３までのいずれか１項記載の焼結炭化物材料（４０）。
5. 前記焼結炭化物材料（４０）中の前記元素ＮｉおよびＡｌの合計が、少なくとも焼結炭化物体のある領域において１～２８重量％、有利には１．５～１９重量％である、請求項１から４までのいずれか１項記載の焼結炭化物材料。
6. 前記焼結炭化物材料（４０）が、少なくとも２つの体積領域（６０，７０）を有し、第１の体積領域（７０）において、単位体積に対する金属間化合物相材料（１０）の相対的な割合が、第２の体積領域（６０）よりも大きい、請求項１から５までのいずれか１項記載の焼結炭化物材料。
7. 前記第１の体積領域（７０）が、前記焼結炭化物材料（４０）の表面の少なくとも１つの領域と境を接しており、有利には、前記第２の体積領域（６０）が、前記焼結炭化物材料（４０）の表面に隣接しておらず、または、
   前記第２の体積領域（６０）が、前記焼結炭化物材料（４０）の表面の少なくとも１つの領域と境を接しており、有利には、前記第１の体積領域（７０）が、前記焼結炭化物材料（４０）の表面に隣接していない、請求項６記載の焼結炭化物材料（４０）。
8. 前記結合相、特に前記金属バインダー材料（３０）および／または前記金属間化合物相材料（１０）が、Ｎｂおよび／またはＴｉおよび／またはＴａおよび／またはＭｏおよび／またはＶおよび／またはＣｒを含み、有利には、前記材料のうち１つ以上が、前記結合相中に溶解した形態で存在する、請求項１から７までのいずれか１項記載の焼結炭化物材料（４０）。
9. 前記焼結炭化物材料（４０）中の炭素割合が、化学量論量となるようにまたは化学量論量よりも少なくなるように調整されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の焼結炭化物材料（４０）。
10. 前記焼結炭化物材料（４０）中の前記炭素割合が、
    Ｃ_{化学量論量}（重量％）－０．００３×バインダー含有量（重量％）からＣ_{化学量論量}（重量％）－０．０１２×バインダー含有量（重量％）まで
    の範囲であり、有利には、
    Ｃ_{化学量論量}（重量％）－０．００５×バインダー含有量（重量％）からＣ_{化学量論量}（重量％）－０．０１×バインダー含有量（重量％）まで
    の範囲である、請求項９記載の焼結炭化物材料（４０）。
11. 前記結合相中のＭｏおよび／またはＮｂおよび／またはＴｉおよび／またはＴａおよび／またはＣｒおよび／またはＶの割合が、≦１５ａｔ％である、請求項１から１０までのいずれか１項記載の焼結炭化物材料（４０）。
12. 前記分散炭化タングステン（ＷＣ結晶粒２０）が、ＤＩＮ ＩＳＯ ４４９９ Ｐａｒｔ ２に準拠して測定した平均粒径が１～１５μｍの範囲、有利には１．３～１０μｍの範囲、特に好ましくは２．５～６μｍの範囲である結晶粒の形態で前記焼結炭化物材料（４０）中に存在する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の焼結炭化物材料（４０）。
13. 前記結合相中のＦｅの最大割合が＜５重量％であり、かつ／または前記結合相中に他の不可避不純物が存在する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の焼結炭化物材料（４０）。
14. 前記金属間化合物相材料（Ｍ，Ｙ）_３（Ａｌ，Ｘ）（１０）の結晶の少なくとも一部が、ＩＣＳＤ（Inorganic Crystal Structure Database、無機結晶構造データベース）による結晶構造Ｌ１２（空間群２２１）を有する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の焼結炭化物材料（４０）。
15. 前記金属間化合物相材料（１０）の少なくとも一部が、（検鏡試片について切片法により測定された）１５００ｎｍの最大サイズ、有利には１０００ｎｍの最大サイズを有する、請求項１から１４までのいずれか１項記載の焼結炭化物材料（４０）。
16. イータ相の最大割合またはＡｌ_２Ｏ_３の最大割合が、前記焼結炭化物材料（４０）全体に対して最大で０．６体積％であるか、またはイータ相材料とＡｌ_２Ｏ_３との合計が、最大で０．６体積％である、請求項１から１５までのいずれか１項記載の焼結炭化物材料（４０）。
17. Ａｌ_２Ｏ_３および／または前記イータ相材料の平均粒径が、最大でＷＣの平均粒度の５倍である、請求項１から１６までのいずれか１項記載の焼結炭化物材料（４０）。
18. 本発明による方法により製造された前記焼結炭化物材料（４０）の少なくとも一領域の保磁力ＨｃＭが、以下：
    ＨｃＭ［ｋＡ／ｍ］＞（１．５＋０．０４×Ｂ）＋（１２．５－０．５×Ｂ）／Ｄ＋４［ｋＡ／ｍ］、
    有利には、ＨｃＭ［ｋＡ／ｍ］＞（１．５＋０．０４×Ｂ）＋（１２．５－０．５×Ｂ）／Ｄ＋６［ｋＡ／ｍ］、
    特に好ましくは、ＨｃＭ［ｋＡ／ｍ］＞（１．５＋０．０４×Ｂ）＋（１２．５－０．５×Ｂ）／Ｄ＋１０［ｋＡ／ｍ］
    であり、ここで、Ｂは、前記焼結炭化物材料中の前記結合相の割合（重量％）であり、Ｄは、ＤＩＮ ＩＳＯ ４４９９ Ｐａｒｔ ２に準拠した切片法により決定された分散ＷＣの粒度である、請求項１から１７までのいずれか１項記載の焼結炭化物材料（４０）。
19. 作業領域を有する基体を備え、該作業領域に、請求項１から１８までのいずれか１項記載の焼結炭化物材料（４０）からなる少なくとも１つの作業要素が、有利には材料接続による接合で、特にろう付けによる接合で、特に硬ろう付けによる接合で保持されている、工具、特に細砕工具、土壌掘削工具であって、有利には路面切削機用、リサイクラー用、スタビライザー用、農業もしくは林業用の土壌掘削機用の工具、特に細砕工具、土壌掘削工具。
20. 前記作業要素が、有利には少なくとも１つの刃および／もしくは少なくとも１つの切削チップを有する切削要素の形態で、または摩耗保護要素、特に保護プレート、保護バー、保護ピン、保護突起もしくは保護ボルトの形態で形成されている、請求項１９記載の工具。
21. 前記工具が、切削工具、切削用チゼル、特に路面切削用チゼルまたは採鉱用チゼル、すき刃、耕運機チップ、ドリル工具、特にアースドリル、破砕工具、例えば破砕用チゼルまたは破砕用バー、マルチング工具、木材チッピング工具またはシュレッダー工具、分別工具、例えばスクリーンである、請求項１９または２０記載の工具。
22. 前記切削用チゼルが、チゼルヘッドとそれに直接または間接的に連結されたチゼルシャフトとを有し、前記チゼルヘッドに前記作業要素が保持されている、請求項２１記載の工具。
23. 焼結炭化物材料（４０）の製造方法であって、まず第１の方法工程で、分散形態の炭化タングステン７０～９５重量％、有利には８０～９５重量％と結合相とを含む焼結炭化物材料前駆体、特に硬質合金を製造し、ここで、前記結合相は、金属バインダー材料（３０）を含み、前記金属バインダー材料（３０）は、Ｃｏを含み、前記結合相は、溶解元素ＮｉおよびＡｌを含み、前記結合相は、以下の化学元素組成：
    Ｎｉ＞２５重量％、Ａｌ＞４重量％、残部Ｃｏおよび溶解したバインダー成分、例えばＷおよび／またはＣ
    を有し、さらなる方法工程で、前記焼結炭化物材料前駆体を熱処理に供することにより、前記結合相中に金属間化合物相材料（１０）を含む焼結炭化物材料（４０）を形成し、ここで、前記金属間化合物相材料（１０）は、構造式（Ｍ，Ｙ）_３（Ａｌ，Ｘ）に従って形成されており、ここで、Ｍ＝Ｎｉであり、Ｙ＝Ｃｏおよび／または他の成分であり、Ｘ＝タングステンおよび／または他の成分である、方法。
24. 前記金属間化合物相材料（Ｍ，Ｙ）_３（Ａｌ，Ｘ）（１０）の結晶の少なくとも一部が、ＩＣＳＤ（Inorganic Crystal Structure Database、無機結晶構造データベース）による結晶構造Ｌ１２（空間群２２１）を有する、請求項２３記載の方法。
25. 前記金属間化合物相材料（１０）の少なくとも一部が、（検鏡試片について切片法により測定された）１５００ｎｍの最大サイズ、有利には１０００ｎｍの最大サイズを有する、請求項２３または２４記載の方法。
26. 前記焼結炭化物材料前駆体を、前記熱処理の間に、４００℃とソルバス温度との間の範囲の温度範囲で０．２５～２４時間の範囲の期間にわたって保持する、請求項２３から２５までのいずれか１項記載の方法。
27. 前記焼結炭化物材料前駆体が、請求項１から１８までのいずれか１項記載の焼結炭化物材料（４０）として形成されている、請求項２３から２６までのいずれか１項記載の方法。

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