JP5522713B2 - 遷移金属固溶タングステン合金粉末及びその製造方法 - Google Patents
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Description
式[1]:M−W(但し、MはCo,Fe,Fe−MnまたはNiから選ばれる1種以上を示す)
本発明の遷移金属固溶タングステン合金粉末には単一遷移金属がタングステンに固溶した、1)コバルトがタングステン格子中に固溶されてなり、Co−Wで示される遷移金属固溶タングステン合金粉末、2)鉄がタングステン格子中に固溶されてなり、式:Fe−Wで示される遷移金属固溶タングステン合金粉末、3)ニッケルがタングステン格子中に固溶されてなり、式:Ni−Wで示される遷移金属固溶タングステン合金粉末が挙げられる。
式[1]:M−W(但し、MはCo、Fe、Fe−MnまたはNiから選ばれる1種以上を示す)
を製造するようにしたことを特徴とする遷移金属固溶タングステン合金粉末の製造方法を提供するものである。
式[1]:M−W(但し、MはCo、Fe、Fe−MnまたはNiから選ばれる1種以上を示す)
であって、コバルトを0.3〜20.8重量%含み、残部がタングステンからなるのを基本とするが、コバルトの全てあるいは一部を、鉄、マンガン及びニッケルの一種以上の元素で置換することにより形成される。ここで、コバルトを含めM成分がタングステン合金粉末の0.3重量%未満では省資源の効果が得られず、20.8重量%を超えると、タンクステン粒界に第2相が析出し、遷移金属元素を固溶(強制固溶)したタングステン合金粉末にならないことが見られる。
他方、ニッケルは、コバルトと類似の機能をもち、コバルトよりも価格が安いことに特徴を有する。また、ニッケルはコバルト以上に触媒活性を付与する。鉄は、タンクステン粉末の強度を向上させ、しかも安価であることに特徴を有する。また、鉄、鉄―マンガンはその変態的特徴を有効に利用することができ、超硬合金金型の破壊靱性の改善に役立てることができる。
合金粉末のX線回折図形はbccW相のピークのみが見られ、Coを均一に強制固溶したW合金粉末が得られた。
表2に示す化学成分(wt%)を有する、従来材(No.21)、本発明材(No.22〜No.28、No.31〜No.34)、比較材(No.29、No.30)を作製した。
次に、このタングステン合金粉末に、グラファイトを混合し、Ar中、1473Kで1h保持してタングステン炭化物を作製した。
即ち、
(a)は、SEM像である。白く見える部分がWC骨格であり、黒く見える部分が金属Coからなるドメインである。1623 Kで3.6 ks焼結時にCoドメインは不可避的に成長するが、なお、3mm以下を保っている。
(b)WのX線像である。WC骨格の形成を示す。
(c)CoのX線像である。WC骨格中のCoドメインの形成を示す。
(d)CのX線像である。WC骨格の形成を示す。
この金属相の形成がタングステンの使用量削減に有効であり、かつ、機械的特性も向上させる。したがって、この新規WC炭化物を分散した超硬合金は、耐摩耗材料として好適である。
(a)は、SEM像である。白く見える部分がWC骨格であり、黒く見える部分がFe-Mn固溶体相からなるドメインである。焼結時に金属ドメインは不可避的に成長するが、なお、1mm以下を保っている。このSEM像のビッカ-ス硬さ試験のあっ痕を示す。ビッカ−ス硬さはHv1945であり、極めて高い硬さを示した。また、ビッカ−ス硬さ試験圧痕の先端にクラックは発生せず、靱性も良好であることが分かった。
(b)は、WのX線像である。WC骨格の形成を示す。また、Wの一部はFe-Mn固溶体ドメイン分配される。
(c)は、FeのX線像である。Fe-Mn固溶体ドメインの形成を示す。
(d)は、CoのX線像である。結合相Coの一部は焼結中にFe-Mn固溶体ドメインに分配されることを示す。
(e)は、CのX線像である。WC骨格の形成を示す。
(f)は、MnのX線像である。Fe-Mn固溶体ドメインの形成を示す。
金属ドメインを内包するWC炭化物がこのような高い硬さを示す理由は,本発明において、WC骨格が金属ドメインの変形を拘束するマイクロ構造を創出することに成功したためである。
Claims (5)
- タングステンイオンを含むパラタングステン酸アンモニウム水溶液と遷移金属錯体塩水溶液とを混合した混合水溶液を蒸発乾固又は噴霧乾燥し、得られた乾燥物を酸化物に熱分解した後水素熱還元して形成された遷移金属固溶タングステン合金粉末であって、
コバルト、鉄、マンガン及びニッケルの群から選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素がタングステン格子中に固溶されてなり、X線回折図形にbccタングステン相ピークが認められる式[1]で示される遷移金属固溶タングステン合金粉末。
式[1]:M−W(但し、MはCo、Fe、Fe−MnまたはNiから選ばれる1種以上を示す) - コバルトの一部を、鉄、マンガン及びニッケルの群から選ばれる1種以上と置換した式[2]:Co−M1−W(但し、M1はFe、Fe−MnまたはNiから選ばれる1種以上を示す)で示される請求項1記載の遷移金属固溶タングステン合金粉末。
- 鉄がタングステン格子中に固溶されてなり、鉄の一部がコバルト、マンガン及びニッケルの群から選ばれる1種以上と置換した式[3]:Fe−M2−W(但し、M2は,Co、MnまたはNiから選ばれる1種以上を示す)で示される請求項1記載の遷移金属固溶タングステン合金粉末。
- タングステン60〜90mol%に対しコバルト、鉄、マンガン及びニッケルの群から選ばれる少なくとも1種40〜10mol%を固溶させてなる請求項1〜3のいずれかに記載の遷移金属固溶タングステン合金粉末。
- タングステンイオンを含むパラタングステン酸アンモニウム水溶液と、コバルト、鉄、マンガン及びニッケルの群から選ばれる少なくとも1種の遷移金属イオンを含む遷移金属錯体塩水溶液を、タングステンイオンが60mol%以上、遷移金属イオンが40mol%以下の比率で混合した後、
該混合水溶液を蒸発乾固させるか又は噴霧乾燥させ、得られた乾燥物を酸化物に熱分解した後水素熱還元することによって、遷移金属元素を固溶した下記式[1]で示される遷移金属固溶タングステン合金粉末
式[1]:M−W(但し、MはCo、Fe、Fe−MnまたはNiから選ばれる1種以上を示す)
を製造するようにしたことを特徴とする遷移金属固溶タングステン合金粉末の製造方法。
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