JP6721615B2 - Diamond carbide composite material - Google Patents

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Description

本発明はダイヤモンド粒子を表面に付着させた超硬質粒子を含有する緻密で高硬度なダイヤモンド超硬複合材料及びその製造方法に関係する。 The present invention relates to a dense and high hardness diamond cemented carbide composite material containing ultrahard particles having diamond particles adhered to the surface thereof and a method for producing the same.

石油、天然ガス、地熱などのエネルギー開発に用いる掘削用ビットには、岩石を掘削するだけでなく、掘削した穴径を保持する特性が必要となる。図1に典型的な掘削用ビット(トリコンビット)の断面略図を示す(ビット1:3個あるビットの一つ)。例えば、掘削した穴の側壁とビットが接触する箇所(ゲージ部)2が岩石との摩擦で摩耗すると掘削穴は先細りになり、ビット交換した後の次のビットも側壁を再度掘削しなければならなくなる。従ってビットが激しく損傷するだけでなく、側壁の掘削により多くの時間がかかってしまうという問題がある。一方でビットの取り換えには膨大な費用を要するため、ビットの長寿命化も強く求められている。このため、掘削用ビットのゲージ部の耐摩耗性を向上させるべく、高価なダイヤモンド(人工、天然)を含めた、あらゆる耐摩耗性の材料が検討されている。 Excavation bits used for energy development such as oil, natural gas, and geothermal need not only excavate rocks, but also have the property of retaining the diameter of the excavated hole. FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a typical drill bit (tricone bit) (bit 1: one of three bits). For example, if the part (gauge part) 2 where the side wall of the excavated hole comes into contact with the bit wears due to friction with the rock, the excavated hole becomes tapered, and the side wall of the next bit after exchanging the bit must be excavated again. Disappear. Therefore, not only is the bit severely damaged, but it also takes a lot of time to excavate the side wall. On the other hand, replacement of a bit requires a huge amount of money, so that the life of the bit is also strongly demanded. Therefore, in order to improve the wear resistance of the gauge portion of the excavating bit, various wear resistant materials including expensive diamond (artificial and natural) have been studied.

硬岩掘削時に最もよく用いられている多結晶ダイヤモンド焼結体(人工ダイヤモンド)(PDC;Polycrystalline Diamond Compact)は最高の硬さと耐摩耗性を備えているが、岩石を削り取っていく研削性はない。PDCチップをゲージ部に適用したビットでは、ゲージ摩耗は強化されるが、研削性がないために、側壁からのビットに対する面圧8が増加する。その圧力はビットの構造上、ベアリング部3に影響を及ぼし、掘削ビットの寿命を短くする原因となる。ゲージ部2に掘削性を持たせるために、チップを頭出しして(1mm程度ゲージ面から突出させて)側壁を砕き落とす方法が適用されているが、カッターの回転により軸部に振動が発生し、シール部4への土砂の噛み込みが助長され、その土砂によりベアリング部が摩耗し、最終的に回転不良を引き起こす原因となる。 Polycrystalline diamond compact (PDC), which is most commonly used when excavating hard rock, has the highest hardness and wear resistance, but it does not have the grindability to scrape off rocks. .. In the bit in which the PDC chip is applied to the gauge portion, the gauge wear is strengthened, but the surface pressure 8 on the bit from the side wall is increased because it has no grindability. Due to the structure of the bit, the pressure affects the bearing portion 3 and shortens the life of the drill bit. In order to make the gauge part 2 excavable, a method is used in which the tip is cueed (protruding from the gauge surface by about 1 mm) and the side wall is broken down, but vibration of the shaft part occurs due to rotation of the cutter. However, the entrapment of earth and sand into the seal portion 4 is promoted, and the earth and sand causes wear of the bearing portion, which eventually causes poor rotation.

この問題を解決するためには、ゲージ部2のチップに、硬岩石を削り取るような研削性を持たせればよい。これを目的として、本願の発明者等は、超硬合金中にダイヤモンド粒子を分散して、耐摩耗性と研削性を併せ持った複合材料で形成されたチップを開発した(特許文献1)。このチップをビットゲージ部に適用することで、ゲージが岩石との摩擦で摩耗することによる掘削抗の先細りを防ぐだけでなく、側壁を研削して面圧8を減少させることでベアリング部を保護し、掘削ビットの長寿命化に貢献することができる。また、側壁を研削できるので、チップ頭出しを行う必要もなく、振動によるシールへの土砂噛み込みを減少させ、結果として掘削ビットの長寿命化に貢献することができる。 In order to solve this problem, the tip of the gauge portion 2 may be provided with grindability for scraping hard rock. For this purpose, the inventors of the present application have developed a chip formed of a composite material having both wear resistance and grindability by dispersing diamond particles in a cemented carbide (Patent Document 1). Applying this tip to the bit gauge part not only prevents the taper of the excavation resistance due to the wear of the gauge due to friction with rocks, but also protects the bearing part by grinding the side wall and reducing the surface pressure 8. In addition, it can contribute to prolonging the life of the drill bit. Further, since the side wall can be ground, it is not necessary to locate the tip of the chip, and it is possible to reduce the amount of sand and sand trapped in the seal due to vibration, and as a result, it is possible to contribute to the long life of the drill bit.

特許5076044号公報(米国特許第6782958号明細書)Japanese Patent No. 5076044 (US Pat. No. 6,782,958)

上記ダイヤモンド複合材料の研削力はダイヤモンド粒子の大きさに比例する。ダイヤモンド粒子が大きいとチップ表面からの突出量が大きくなり、岩石に食い込む面積が大きくなるためである。一方で、ダイヤモンド粒子の大きさの増加とともにダイヤモンドに対する応力と衝撃値は増加するが、ダイヤモンドの靭性が本来低いために、ダイヤモンド自体が欠損し破壊されやすくなる。製造上においても、ダイヤモンド粒子と超硬粉末との比重差が大きいため、ダイヤモンド粒子が大きくなると、超硬合金内に均等に分散させて複合材料を形成することが困難となる。これらの理由から、特許文献1のダイヤモンド複合材料において、研削性、耐摩耗性を保持しながら、単純にダイヤモンド粒子を大きくすることは難しく、この方法で研削性をさらに向上させることは困難である。 The grinding force of the diamond composite material is proportional to the size of diamond particles. This is because when the diamond particles are large, the amount of protrusion from the chip surface is large, and the area that bites into the rock is large. On the other hand, although the stress and impact value on the diamond increase as the size of the diamond particles increases, the diamond itself is inherently low in toughness, so that the diamond itself is apt to be broken and broken. Also in manufacturing, since the difference in specific gravity between the diamond particles and the cemented carbide powder is large, when the diamond particles become large, it becomes difficult to disperse them evenly in the cemented carbide to form a composite material. For these reasons, in the diamond composite material of Patent Document 1, it is difficult to simply increase the size of the diamond particles while maintaining the grindability and wear resistance, and it is difficult to further improve the grindability by this method. ..

本発明の目的は、特許文献1のダイヤモンド粒子の代わりに、球状の超硬合金を核としてその周囲を核の径よりも十分小さいダイヤモンド粒子で包囲したダイヤモンド集合体を提供することである。さらに本発明の目的は、超硬合金中にダイヤモンド粒子を分散させた特許文献1のダイヤモンド複合材料のダイヤモンド粒子の代わりにこのダイヤモンド集合体を用いることにより、研削性をさらに強化したダイヤモンド超硬複合材料を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a diamond aggregate in which spherical cemented carbide is used as a core instead of the diamond particles of Patent Document 1, and the periphery thereof is surrounded by diamond particles that are sufficiently smaller than the diameter of the core. Further, an object of the present invention is to use the diamond aggregate instead of the diamond particles of the diamond composite material of Patent Document 1 in which diamond particles are dispersed in a cemented carbide, thereby further improving the grindability. To provide the material.

本発明の別の目的は、ダイヤモンド粒子等の超硬質粒子表面の炭化を防ぐために、焼結温度を低温にする事が可能なダイヤモンド超硬複合材料、及びその製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a diamond cemented carbide composite material capable of lowering the sintering temperature in order to prevent carbonization of the surface of ultrahard particles such as diamond grains, and a method for producing the same.

本発明によるダイヤモンド超硬複合材料は、炭化タングステン(WC)を主成分とする超硬合金の球状の粒子を核とし、WCを主成分として燐(P)を含有する鉄族金属を結合材として、少なくとも1層の複数の微小なダイヤモンド粒子で前記核の表面を均一に被覆し、固着させたダイヤモンド集合体を含み、複数の前記ダイヤモンド集合体が、炭化タングステン(WC)を主成分として燐(P)を含有する鉄族金属を含む超硬合金組織中に分散されている。 The diamond cemented carbide composite material according to the present invention has spherical particles of cemented carbide containing tungsten carbide (WC) as a main component as a core, and an iron group metal containing WC as a main component and containing phosphorus (P) as a binder. , A diamond aggregate in which the surface of the core is uniformly coated and fixed with at least one layer of a plurality of fine diamond particles, the plurality of diamond aggregates containing tungsten carbide (WC) as a main component and phosphorus ( P) is dispersed in the cemented carbide structure containing the iron group metal.

好ましくは、前記ダイヤモンド粒子の粒径は5μm〜200μmである。 Preferably, the diamond particles have a particle size of 5 μm to 200 μm.

本発明は、さらに前記ダイヤモンド集合体の製造方法を提供する。該製造方法は、核となるWCを主成分とする超硬合金の球状粒子の表面に粘着材を塗布する工程と、少なくとも1層の複数のダイヤモンド粒子を、WCを主成分としてPを含有する鉄族金属からなる結合材と混合して前記核の表面を均一に被覆するように付着させる工程と、真空中で加熱して前記ダイヤモンド粒子の層を前記核の表面に固着させる工程とを含む。 The present invention further provides a method for producing the diamond aggregate. The manufacturing method includes a step of applying an adhesive to the surface of spherical particles of cemented carbide containing WC as a core, which is a core, and a plurality of diamond particles of at least one layer, and P containing WC as a main component. A step of admixing with a binder made of an iron group metal so as to uniformly cover the surface of the core; and a step of heating in a vacuum to fix the layer of diamond particles to the surface of the core. ..

本発明は、さらに前記ダイヤモンド超硬複合材料の製造方法を提供する。該製造方法は、前記ダイヤモンド集合体と、炭化タングステンWCを主成分としてPを含有する鉄族金属を含む超硬合金とを混合する工程と、該混合物を型に投入して予備プレスを行う工程と、それに続いて高真空下で昇温した後ホットプレスする工程とを含む。 The present invention further provides a method for producing the diamond cemented carbide composite material. The manufacturing method comprises a step of mixing the diamond aggregate and a cemented carbide containing an iron group metal containing tungsten carbide WC as a main component and an iron group metal, and a step of performing preliminary pressing by putting the mixture into a mold. And a subsequent step of hot pressing after raising the temperature under high vacuum.

本発明では、前記ダイヤモンド粒子の代わりにcBNの粒子を用いてもよい。 In the present invention, particles of cBN may be used instead of the diamond particles.

本発明は、特許文献1のダイヤモンド粒子の代わりに、超硬金属を核としてその周囲を小さいダイヤモンド粒子で包囲したダイヤモンド集合体を超硬合金中に分散させることにより、従来のダイヤモンド複合材料の耐摩耗性と研削性を強化した上に、耐衝撃性も向上させることができる。 According to the present invention, instead of the diamond particles of Patent Document 1, a diamond aggregate in which a cemented carbide is used as a nucleus and surrounded by small diamond particles is dispersed in a cemented carbide to improve the durability of a conventional diamond composite material. In addition to enhancing wear resistance and grindability, impact resistance can also be improved.

本発明においても、岩石との摩耗で地の超硬合金組織が摩耗し、ダイヤモンド集合体が表面から部分的に露出することでダイヤモンド超硬複合材料表面に凹凸を自然形成させ、研削性を向上させている。ダイヤモンド集合体の最表面は小さいダイヤモンド粒子であるため、従来と同等以上の耐摩耗性を保持している。さらに、ダイヤモンド集合体に掛かる衝撃を、ダイヤモンドよりも靭性のあるダイヤモンド集合体の核を形成する硬い超硬合金により緩和させることができるため、耐衝撃性も向上する。さらに大きな衝撃に対してはダイヤモンド集合体の外側にある、核となる硬い超硬合金よりも軟らかい地の超硬合金により吸収するため、より耐衝撃性に富んだ構造を実現することができる。 Also in the present invention, the cemented carbide structure of the ground is abraded by abrasion with rocks, the diamond aggregate is partially exposed from the surface to naturally form irregularities on the surface of the diamond cemented carbide composite material and improve the grindability. I am making it. Since the outermost surface of the diamond aggregate is small diamond particles, it maintains wear resistance equal to or higher than conventional ones. Furthermore, since the impact applied to the diamond aggregate can be alleviated by the hard cemented carbide forming the nucleus of the diamond aggregate that is tougher than diamond, the impact resistance is also improved. Further, since a larger impact is absorbed by the soft cemented carbide on the outer side of the diamond aggregate, which is softer than the hard cemented carbide serving as the core, it is possible to realize a structure having higher impact resistance.

本発明の適用例である掘削用ビットの模式的断面図である。It is a typical sectional view of an excavation bit which is an example of application of the present invention. 本発明によるダイヤモンド集合体の模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a diamond aggregate according to the present invention. 本発明によるダイヤモンド集合体の外観写真である。2 is a photograph of the appearance of a diamond aggregate according to the present invention. 本発明によるダイヤモンド集合体を超硬合金組織中に分散したダイヤモンド超硬複合材料の模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a diamond cemented carbide composite material in which a diamond aggregate according to the present invention is dispersed in a cemented carbide structure. 本発明による超硬合金組織中の1つのダイヤモンド集合体の拡大した断面写真である。1 is an enlarged cross-sectional photograph of one diamond aggregate in a cemented carbide structure according to the present invention. 本発明によるダイヤモンド集合体を超硬合金組織中に分散したダイヤモンド超硬複合材料の断面写真である。1 is a cross-sectional photograph of a diamond cemented carbide composite material in which a diamond aggregate according to the present invention is dispersed in a cemented carbide structure. 本発明によるダイヤモンド集合体を超硬合金組織中に分散したダイヤモンド超硬複合材料の別の箇所の断面写真である。3 is a cross-sectional photograph of another portion of the diamond cemented carbide composite material in which the diamond aggregate according to the present invention is dispersed in the cemented carbide structure. 本発明によるダイヤモンド集合体を超硬合金組織中に分散したダイヤモンド超硬複合材料のまた別の箇所の断面写真である。3 is a cross-sectional photograph of another portion of a diamond cemented carbide composite material in which a diamond aggregate according to the present invention is dispersed in a cemented carbide structure. 本発明によるダイヤモンド超硬複合材料の試験片の岩石掘削試験に用いたボーリングマシンの外観図である。It is an external view of a boring machine used for the rock excavation test of the test piece of the diamond cemented carbide composite material by this invention. 本発明によるダイヤモンド超硬複合材料の試験片を取り付けた掘削ビットの先端部の外観図である。FIG. 2 is an external view of a tip portion of a drill bit to which a test piece of a diamond cemented carbide composite material according to the present invention is attached. 本発明によるダイヤモンド超硬複合材料、および比較の材料を試験片に用いた掘削ビットの掘進率の、ダイヤモンド粒子の大きさ依存性を示すグラフである。5 is a graph showing the diamond particle size dependence of the rate of progress of a drill bit using a diamond cemented carbide composite material according to the present invention and a comparative material as a test piece.

本発明のダイヤモンド超硬複合材料の構成要素となる超硬合金組織34(試料M)とダイヤモンド集合体20(試料D:3種類)を以下のように作製した。
(超硬合金組織)
粒径2〜3μmのWC粉末を85重量%、粒径2〜3μmのCoを12重量%、40μm以下のNiP(P含有量:10%)を3重量%秤量して、アルコール中で48時間ボールミル混合を行った。
A cemented carbide structure 34 (Sample M) and a diamond aggregate 20 (Sample D: 3 types), which are constituent elements of the diamond cemented carbide composite material of the present invention, were prepared as follows.
(Cemented Carbide Structure)
85% by weight of WC powder having a particle size of 2 to 3 μm, 12% by weight of Co having a particle size of 2 to 3 μm, and 3% by weight of NiP (P content: 10%) having a particle size of 40 μm or less were weighed, and 48 hours in alcohol. Ball mill mixing was performed.

(ダイヤモンド集合体)
図2Aに断面構造を模式的に示したように、本発明のダイヤモンド集合体20は、超硬合金の球状の粒子21の周囲に微小なダイヤモンド粒子22を付着させ結合材23で固着させたものである。具体的な作製法は、超硬合金の粒子(材種:G1;粒径:0.8〜1.1mm)の表面に粘着剤としてパラフィンを塗り、ダイヤモンドの平均粒径が異なる以下に示す3種類の混合物D1〜D3のそれぞれを表面に付着させ、真空中で1000℃、10分の熱処理を行ってダイヤモンド粒子を超硬合金の粒子の表面上に固着させた。上記粘着剤にはワセリンまたは有機溶剤を用いてもよい。
(Diamond aggregate)
As shown schematically in the cross-sectional structure in FIG. 2A, in the diamond aggregate 20 of the present invention, fine diamond particles 22 are attached around spherical particles 21 of cemented carbide and fixed with a binder 23. Is. A specific production method is as follows. Paraffin is applied as an adhesive to the surface of cemented carbide particles (material type: G1; particle size: 0.8 to 1.1 mm), and the average particle size of diamond is different. Each of the types of mixtures D1 to D3 was adhered to the surface and heat-treated at 1000° C. for 10 minutes in vacuum to fix the diamond particles to the surface of the cemented carbide particles. Vaseline or an organic solvent may be used for the adhesive.

(D1)超硬合金に対して5重量%の75%ダイヤモンド粒子(325/400メッシュ、平均粒径44μm)−25%NiP(P含有量:10%)
(D2)超硬合金に対して5重量%の75%ダイヤモンド粒子(140/170メッシュ、平均粒径105μm)−25%NiP(P含有量:10%)
(D3)超硬合金に対して5重量%の75%ダイヤモンド粒子(50/60メッシュ、平均粒径300μm)−25%NiP(P含有量:10%)
(D1) 5% by weight of cemented carbide 75% diamond particles (325/400 mesh, average particle size 44 μm)-25% NiP (P content: 10%)
(D2) 5% by weight of cemented carbide 75% diamond particles (140/170 mesh, average particle size 105 μm)-25% NiP (P content: 10%)
(D3) 5% by weight of cemented carbide, 75% diamond particles (50/60 mesh, average particle size 300 μm)-25% NiP (P content: 10%)

図2Bは、作製したダイヤモンド集合体の一例の、拡大した外観写真を示す。
ダイヤモンド粒子の粒径が500μm以上になると超硬合金粒に均等付着させることが難しく、かつ衝撃でダイヤモンド粒子の破壊、脱落が発生するため好ましくない。他方、粒径が5μm以下の場合は、以下に述べるダイヤモンド超硬複合材料の製作の際のホットプレス焼結中の熱の影響によってダイヤモンドの消耗が激しくなるため好ましくない。従って、最適粒径は10〜300μmである。また理想的には、小さいダイヤモンド粒子で核となる超硬合金の表面積の100%を覆うことが望ましい。
FIG. 2B shows an enlarged photograph of the appearance of an example of the produced diamond aggregate.
If the particle size of the diamond particles is 500 μm or more, it is difficult to evenly attach the diamond particles to the cemented carbide particles, and the diamond particles are broken or dropped by impact, which is not preferable. On the other hand, if the particle size is 5 μm or less, the diamond wear becomes severe under the influence of heat during hot press sintering during the production of the diamond cemented carbide composite material described below, which is not preferable. Therefore, the optimum particle size is 10 to 300 μm. Ideally, it is desirable that the small diamond particles cover 100% of the surface area of the cemented carbide as the core.

次に、本発明のダイヤモンド超硬複合材料について以下に説明する。
図3Aに模式的断面図を示すように、本発明のダイヤモンド超硬複合材料30は、超硬合金の核31の表面上にダイヤモンド粒子32を結合剤33で固着させたダイヤモンド集合体を、超硬複合材料の組織34の中に複数個分散させた構造を有している。本実施例では、超硬複合材料の組織34(試料M)は超硬合金の核31(試料D1〜D3)とは異なる、より軟らかい組成により構成されている。
Next, the diamond cemented carbide composite material of the present invention will be described below.
As shown in the schematic cross-sectional view in FIG. 3A, the diamond cemented carbide composite material 30 of the present invention comprises a diamond aggregate in which diamond particles 32 are fixed on the surface of a core 31 of a cemented carbide with a binder 33. It has a structure in which a plurality of hard composite materials 34 are dispersed. In the present embodiment, the structure 34 (sample M) of the cemented carbide composite material has a softer composition different from the nucleus 31 (samples D1 to D3) of the cemented carbide.

次に、上記試料D1〜D3を用いたダイヤモンド超硬複合材料の試料片(TP1〜TP3)の作製方法を以下に述べる。
(TP1)試料Mを100gと試料D1を30g混合して、Φ20mmのカーボン型に10g投入して200kg/cmで仮プレスした後、高真空下で1000℃に昇温後、荷重1t/cmでホットプレス(30分間保持)した。
(TP2)試料Mを100gと試料D2を30g混合して、Φ20mmのカーボン型に10g投入して200kg/cmで仮プレスした後、高真空下で1000℃に昇温後、荷重1t/cmでホットプレス(30分間保持)した。
(TP3)試料Mを100gと試料D3を30g混合して、Φ20mmのカーボン型に10g投入して200kg/cmで仮プレスした後、高真空下で1000℃に昇温後、荷重1t/cmでホットプレス(30分間保持)した。
Next, a method for producing sample pieces (TP1 to TP3) of the diamond cemented carbide composite material using the samples D1 to D3 will be described below.
(TP1) After mixing 100 g of the sample M and 30 g of the sample D1, 10 g was put into a carbon mold of Φ20 mm and temporarily pressed at 200 kg/cm 2 , and then the temperature was raised to 1000° C. under high vacuum, and the load was 1 t/cm. Hot press at 2 (hold for 30 minutes).
(TP2) After mixing 100 g of the sample M and 30 g of the sample D2, 10 g was put into a carbon mold of Φ20 mm and temporarily pressed at 200 kg/cm 2 , then the temperature was raised to 1000° C. under high vacuum, and the load was 1 t/cm. Hot press at 2 (hold for 30 minutes).
(TP3) 100 g of the sample M and 30 g of the sample D3 were mixed, 10 g was put into a carbon mold having a diameter of 20 mm and temporarily pressed at 200 kg/cm 2 , and then the temperature was raised to 1000° C. under high vacuum, and the load was 1 t/cm. Hot press at 2 (hold for 30 minutes).

このようにして、超硬合金組織(試料M)中に、ダイヤモンド集合体(試料D1〜D3)をそれぞれ分散させたダイヤモンド超硬複合材料の試料片を作製した。図3Bはダイヤモンド集合体の光学顕微鏡による拡大した断面写真である。また、ダイヤモンド超硬複合材料の断面写真を図3C〜3Eに示す。なお、これらの図の断面は、図3A上部に示されたダイヤモンド超硬複合材料の表面に平行(紙面に垂直)な断面であり、同一の試料の別の箇所の写真である。図3C〜3Eから見積もった、ダイヤモンド粒子の核の表面に対する平均被覆率はそれぞれ、約68%、約50%、約63%である。この実施例において、超硬合金組織のビッカース硬度は1100HV、ダイヤモンド集合体の核となる超硬合金のビッカース硬度は1700HV程度である。 In this way, sample pieces of the diamond cemented carbide composite material in which the diamond aggregates (Samples D1 to D3) were dispersed in the cemented carbide structure (Sample M) were produced. FIG. 3B is an enlarged cross-sectional photograph of a diamond aggregate by an optical microscope. 3C to 3E show cross-sectional photographs of the diamond cemented carbide composite material. The cross sections of these figures are cross sections parallel to the surface of the diamond cemented carbide composite material shown in the upper part of FIG. 3A (perpendicular to the paper surface), and are photographs of different portions of the same sample. The average coverages of the diamond particle nuclei surface estimated from FIGS. 3C-3E are about 68%, about 50%, and about 63%, respectively. In this example, the cemented carbide structure has a Vickers hardness of 1100 HV, and the cemented carbide serving as the core of the diamond aggregate has a Vickers hardness of about 1700 HV.

このようにして得られたダイヤモンド超硬複合材料の試験片を、図4に示すようなボーリングマシンの先端部のリングビットに図5のように取り付け、花崗岩上を荷重:300kg/cm、回転速度:300rpmで回転摺動する試験を行った。また、比較として特許文献1のダイヤモンド複合材料、およびダイヤモンドを用いていない超硬合金(G1)も試験片として同様の試験を行った。その結果を図6に示す。The test piece of the diamond cemented carbide composite material thus obtained was attached to the ring bit at the tip of the boring machine as shown in FIG. 4 as shown in FIG. 5, and loaded on the granite at a load of 300 kg/cm 2 , rotation. Speed: A test of rotating and sliding at 300 rpm was conducted. For comparison, the diamond composite material of Patent Document 1 and a cemented carbide (G1) not containing diamond were also subjected to the same test as test pieces. The result is shown in FIG.

いずれのダイヤモンドの粒径(メッシュサイズ)においても、本発明によるダイヤモンド超硬複合材料は、特許文献1のダイヤモンド複合材料、およびダイヤモンドを用いていない超硬合金(G1)と比較してかなり大きな掘進率を示した。本実施例では、140/170メッシュサイズで最大の掘進率:25mm/minが得られた。 Regardless of the particle size (mesh size) of the diamond, the diamond cemented carbide composite material according to the present invention is considerably larger than the diamond composite material of Patent Document 1 and the cemented carbide (G1) that does not use diamond. Showed the rate. In this example, the maximum excavation rate of 25 mm/min was obtained with the 140/170 mesh size.

なお、上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限定されず、本発明の精神と添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更、及び修正をすることができることは当業者に明らかである。 Although the above description has been made with respect to the embodiments, the present invention is not limited thereto, and it is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the spirit of the present invention and the scope of the appended claims. Is.

例えば、上記実施例ではダイヤモンド粒子を用いたが、これに代えて同様に高硬度な材料である立方晶窒化ホウ素(cBN)の粒子を用いても良い。また、ダイヤモンド粒子層の内部(核)、及び外部(組織)の超硬合金材料は任意の組成に変えることができる。 For example, although diamond particles are used in the above embodiment, particles of cubic boron nitride (cBN), which is also a material of high hardness, may be used instead of diamond particles. Further, the cemented carbide material inside (nucleus) and outside (structure) of the diamond particle layer can be changed to any composition.

本発明によるダイヤモンド超硬複合材料は耐摩耗性と研削性を併せ持つため、複合材料石油、天然ガス、地熱などのエネルギー開発に用いる掘削用ビット、その他の掘削用工具の耐摩耗部材として利用が可能である。 Since the diamond cemented carbide composite material according to the present invention has both wear resistance and grindability, it can be used as a wear resistant member for composite material petroleum, natural gas, drilling bits used for energy development such as geothermal, and other drilling tools. Is.

1 ビット
2 ゲージ部
3 ベアリング
4 シール部
7 掘削荷重
8 側壁からの面圧
20 ダイヤモンド集合体
21、31 超硬合金核
22、32 ダイヤモンド粒子
23、33 結合剤
30 ダイヤモンド超硬複合材料
34 超硬合金組織
1 bit 2 gauge part 3 bearing 4 seal part 7 excavation load 8 surface pressure from side wall 20 diamond aggregate 21, 31 cemented carbide core 22, 32 diamond particles 23, 33 binder 30 diamond cemented carbide material 34 cemented carbide Organization

Claims (12)

炭化タングステン(WC)を主成分とする超硬合金を核とし、燐(P)を含有する鉄族金属である結合材と複数のダイヤモンド粒子とを混合させた混合物を、前記核の表面を被覆するように固着させたダイヤモンド集合体であって、前記ダイヤモンド粒子の含有量は、前記ダイヤモンド集合体に対して5質量%以下である、ダイヤモンド集合体。 The surface of the core is coated with a mixture obtained by mixing a binder, which is an iron group metal containing phosphorus (P), with a cemented carbide containing tungsten carbide (WC) as a core, and a plurality of diamond particles. The diamond aggregate fixed as described above, wherein the content of the diamond particles is 5% by mass or less with respect to the diamond aggregate. 前記ダイヤモンド粒子の粒径が5μm〜500μmである、請求項1に記載のダイヤモンド集合体。 The diamond aggregate according to claim 1, wherein the diamond particles have a particle diameter of 5 µm to 500 µm. 請求項1または2に記載の前記ダイヤモンド集合体が、WCを主成分としてPを含有する鉄族金属を含む超硬合金組織中に複数個分散された、ダイヤモンド超硬複合材料。 A diamond cemented carbide composite material, wherein a plurality of the diamond aggregates according to claim 1 or 2 are dispersed in a cemented carbide structure containing an iron group metal containing WC as a main component and containing P. 核となる炭化タングステン(WC)を主成分とする超硬合金の粒子の表面に有機化合物からなる粘着材を塗布する工程と、
複数のダイヤモンド粒子を、燐(P)を含有する鉄族金属である結合材と混合して、前記核の表面を被覆するように付着させる工程と、
さらに真空中で加熱して前記複数のダイヤモンド粒子を前記核の表面に固着させる工程と
を含むダイヤモンド集合体の製造方法であって、前記ダイヤモンド粒子の含有量は、前記ダイヤモンド集合体に対して5質量%以下である、ダイヤモンド集合体の製造方法。
A step of applying an adhesive material made of an organic compound on the surface of particles of a cemented carbide containing tungsten carbide (WC) as a core as a main component;
Mixing a plurality of diamond particles with a binder, which is an iron group metal containing phosphorus (P), and attaching the diamond particles so as to cover the surface of the nucleus.
A method of manufacturing a diamond aggregate, further comprising heating in a vacuum to fix the plurality of diamond particles to the surface of the nucleus, wherein the content of the diamond particles is 5 with respect to the diamond aggregate. A method for manufacturing a diamond aggregate, which is less than or equal to mass %.
請求項1または2に記載のダイヤモンド集合体と、炭化タングステン(WC)を主成分として燐(P)を含有する鉄族金属を含む超硬合金とを混合する工程と、
該混合物を型に投入して予備プレスを行う工程と、
その後、前記混合物を高真空下で昇温した後ホットプレスする工程と
を含むダイヤモンド超硬複合材料の製造方法。
Mixing the diamond aggregate according to claim 1 or 2 with a cemented carbide containing an iron group metal containing tungsten carbide (WC) as a main component and containing phosphorus (P);
Charging the mixture into a mold and performing preliminary pressing,
And then hot pressing the mixture under high vacuum, followed by hot pressing.
請求項に記載の前記ダイヤモンド超硬複合材料を耐摩耗用部材として用いた、掘削用工具。 A drilling tool using the diamond cemented carbide composite material according to claim 3 as a wear resistant member. 炭化タングステン(WC)を主成分とする超硬合金を核とし、燐(P)を含有する鉄族金属である結合材と複数の立方晶窒化ホウ素(cBN)粒子とを混合させた混合物を、前記核の表面を被覆するように固着させた立方晶窒化ホウ素集合体であって、前記立方晶窒化ホウ素粒子の含有量は、前記立方晶窒化ホウ素集合体に対して5質量%以下である、立方晶窒化ホウ素集合体。A mixture obtained by mixing a binder, which is an iron group metal containing phosphorus (P) and a plurality of cubic boron nitride (cBN) particles, with a cemented carbide mainly containing tungsten carbide (WC) as a core, A cubic boron nitride aggregate fixed so as to cover the surface of the nucleus, the content of the cubic boron nitride particles is 5 mass% or less relative to the cubic boron nitride aggregate, Cubic boron nitride aggregate. 前記立方晶窒化ホウ素粒子の粒径が5μm〜500μmである、請求項7に記載の立方晶窒化ホウ素集合体。The cubic boron nitride aggregate according to claim 7, wherein the cubic boron nitride particles have a particle size of 5 µm to 500 µm. 請求項7または8に記載の前記立方晶窒化ホウ素集合体が、WCを主成分としてPを含有する鉄族金属を含む超硬合金組織中に複数個分散された、立方晶窒化ホウ素超硬複合材料。A cubic boron nitride cemented carbide composite in which a plurality of the cubic boron nitride aggregates according to claim 7 or 8 are dispersed in a cemented carbide structure containing an iron group metal containing WC as a main component and containing P. material. 核となる炭化タングステン(WC)を主成分とする超硬合金の粒子の表面に有機化合物からなる粘着材を塗布する工程と、A step of applying an adhesive material made of an organic compound on the surface of particles of a cemented carbide containing tungsten carbide (WC) as a core as a main component;
複数の立方晶窒化ホウ素(cBN)粒子を、燐(P)を含有する鉄族金属である結合材と混合して、前記核の表面を被覆するように付着させる工程と、Mixing a plurality of cubic boron nitride (cBN) particles with a binder, which is an iron group metal containing phosphorus (P), and adhering to cover the surface of the core.
さらに真空中で加熱して前記複数の立方晶窒化ホウ素粒子を前記核の表面に固着させる工程とFurther heating in vacuum to fix the plurality of cubic boron nitride particles to the surface of the nucleus;
を含む立方晶窒化ホウ素集合体の製造方法であって、前記立方晶窒化ホウ素粒子の含有量は、前記立方晶窒化ホウ素集合体に対して5質量%以下である、立方晶窒化ホウ素集合体の製造方法。A method for producing a cubic boron nitride aggregate, the content of the cubic boron nitride particles is 5% by mass or less with respect to the cubic boron nitride aggregate, Production method.
請求項7または8に記載の立方晶窒化ホウ素集合体と、炭化タングステン(WC)を主成分として燐(P)を含有する鉄族金属を含む超硬合金とを混合する工程と、Mixing the cubic boron nitride aggregate according to claim 7 or 8 and a cemented carbide containing an iron group metal containing tungsten (WC) as a main component and containing phosphorus (P);
該混合物を型に投入して予備プレスを行う工程と、Charging the mixture into a mold and performing preliminary pressing,
その後、前記混合物を高真空下で昇温した後ホットプレスする工程とAnd then hot pressing the mixture under high vacuum and
を含む立方晶窒化ホウ素超硬複合材料の製造方法。A method for producing a cubic boron nitride cemented carbide composite material containing:
請求項9に記載の前記立方晶窒化ホウ素超硬複合材料を耐摩耗用部材として用いた、掘削用工具。A drilling tool using the cubic boron nitride cemented carbide composite material according to claim 9 as a wear-resistant member.
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