JP7405210B2 - cemented carbide - Google Patents

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Description

本開示は、タングステン炭化物粉末、タングステン炭化物-コバルト金属複合粉末、および超硬合金に関する。本出願は、2017年12月18日に出願した日本特許出願である特願2017-241878号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。 The present disclosure relates to tungsten carbide powder, tungsten carbide-cobalt metal composite powder, and cemented carbide. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2017-241878, which is a Japanese patent application filed on December 18, 2017. All contents described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.

特開2007-262475号公報(特許文献1)は、WC粉末およびCo粉末を含む超硬合金粉末であって、WC粉末は平均粒径が50~200nmであり、Co粉末は粒径が100nm以上のCo粉末数が全Co粉末数の4%以下の割合である超硬合金粉末を開示する。 JP 2007-262475A (Patent Document 1) discloses a cemented carbide powder containing WC powder and Co powder, in which the WC powder has an average particle size of 50 to 200 nm, and the Co powder has a particle size of 100 nm or more. Disclosed is a cemented carbide powder in which the number of Co powders is 4% or less of the total number of Co powders.

また、国際公開第2009/001929号(特許文献2)は、硬質相としてWC粒子を、結合相としてCoをそれぞれ含み、かつCo33C、Co66C、Co24CおよびCo39Cから選ばれる少なくとも1種のコバルトタングステン炭化物粒子を含有する超硬合金であって、CuKα線を用いたX線回折測定におけるCo33Cピーク、Co66Cピーク、Co24CピークおよびCo39Cピークのうち最大のピーク強度をI1とし、WCの最大のピーク強度をI2としたとき、「0<I1/I2≦0.05を満足するとともに、WC粒子の平均粒径が0.3μm以下で、かつコバルトタングステン炭化物粒子の平均粒径がWC粒子の平均粒径よりも小さい超硬合金を開示する超合金を開示する。 Furthermore, International Publication No. 2009/001929 (Patent Document 2) contains WC particles as a hard phase, Co as a binder phase, and Co 3 W 3 C, Co 6 W 6 C, Co 2 W 4 C and A cemented carbide containing at least one type of cobalt tungsten carbide particles selected from Co 3 W 9 C, which has a Co 3 W 3 C peak, a Co 6 W 6 C peak in X-ray diffraction measurement using CuKα rays, When the maximum peak intensity of the Co 2 W 4 C peak and the Co 3 W 9 C peak is I 1 and the maximum peak intensity of WC is I 2 , 0<I 1 /I 2 ≦0.05. A superalloy is disclosed that satisfies the above requirements and discloses a cemented carbide in which the average particle size of the WC particles is 0.3 μm or less, and the average particle size of the cobalt tungsten carbide particles is smaller than the average particle size of the WC particles.

特開2007-262475号公報Japanese Patent Application Publication No. 2007-262475 国際公開第2009/001929号International Publication No. 2009/001929

本開示の一態様に係るタングステン炭化物粉末は、平均粒径が50nm以下のタングステン炭化物粒子を含み、タングステン炭化物粒子は遷移金属元素が固溶しており、遷移金属元素はコバルトを含む。 A tungsten carbide powder according to one aspect of the present disclosure includes tungsten carbide particles having an average particle size of 50 nm or less, in which a transition metal element is dissolved in solid solution, and the transition metal element includes cobalt.

本開示の一態様に係るタングステン炭化物-コバルト金属複合粉末は、上記のタングステン炭化物粒子と、タングステン炭化物粒子の少なくとも一部の粒子の表面に形成されているコバルト金属と、を含むタングステン炭化物-コバルト金属複合粒子を含む。 A tungsten carbide-cobalt metal composite powder according to one aspect of the present disclosure includes the above-described tungsten carbide particles and a cobalt metal formed on the surface of at least some of the tungsten carbide particles. Contains composite particles.

本開示の一態様に係る超硬合金は、タングステン炭化物粒子を含み、タングステン炭化物粒子は、遷移金属元素が固溶しており、平均粒径が80nm以下であり、最大粒径が100nm以下である。 A cemented carbide according to one aspect of the present disclosure includes tungsten carbide particles, in which the tungsten carbide particles have a transition metal element dissolved therein, have an average particle size of 80 nm or less, and have a maximum particle size of 100 nm or less. .

図1Aは、高角散乱環状暗視野走査透過電子顕微鏡法により本開示のタングステン炭化物粉末中のタングステン炭化物粒子に含まれるタングステン以外の遷移金属元素であるバナジウムの固溶状態の一例を示す顕微鏡像の写真である。FIG. 1A is a photograph of a microscopic image showing an example of a solid solution state of vanadium, which is a transition metal element other than tungsten, contained in tungsten carbide particles in the tungsten carbide powder of the present disclosure, obtained by high-angle scattering annular dark-field scanning transmission electron microscopy. It is. 図1Bは、高角散乱環状暗視野走査透過電子顕微鏡法により本開示のタングステン炭化物粉末中のタングステン炭化物粒子に含まれるタングステン以外の遷移金属元素であるコバルトの固溶状態の一例を示す顕微鏡像の写真である。FIG. 1B is a photograph of a microscopic image showing an example of a solid solution state of cobalt, which is a transition metal element other than tungsten, contained in tungsten carbide particles in the tungsten carbide powder of the present disclosure, obtained by high-angle scattering annular dark-field scanning transmission electron microscopy. It is. 図1Cは、高角散乱環状暗視野走査透過電子顕微鏡法により本開示のタングステン炭化物粉末中のタングステン炭化物粒子に含まれるタングステンの分布状態の一例を示す顕微鏡像の写真である。FIG. 1C is a photograph of a microscopic image showing an example of the distribution state of tungsten contained in tungsten carbide particles in the tungsten carbide powder of the present disclosure obtained by high-angle scattering annular dark-field scanning transmission electron microscopy. 図2は、本開示のタングステン炭化物粉末および超硬合金の製造方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of the method for manufacturing tungsten carbide powder and cemented carbide of the present disclosure.

[本開示が解決しようとする課題]
特開2007-262475号公報(特許文献1)に開示の超硬合金粉末および国際公開第2009/001929号(特許文献2)に開示の超硬合金は、いずれもタングステンおよびタングステン以外の遷移金属元素を含む複合酸化物を経由して形成される複合炭化物を原料として形成されている。かかる複合炭化物は、複合酸化物の段階でタングステンとタングステン以外の遷移元素とが分離または偏析するため、形成される複合炭化物においてもタングステンとタングステン以外の遷移元素とが分離または偏析している部分(すなわち固溶していない部分)が残存する。かかる複合炭化物においてタングステンとタングステン以外の遷移元素との固溶を促進させるためには、高温での熱処理がさらに必要となる。かかる熱処理を行なうと複合炭化物の粒径が増大する。タングステンとタングステン以外の遷移元素とが分離または偏析している部分を有する複合炭化物から得られる超硬合金、およびタングステンとタングステン以外の遷移元素とが分離または偏析している部分が無く互いに固溶しているが粒径の大きい複合炭化物から得られる超硬合金は、いずれも硬度は高いが耐摩耗性は低下するという問題点がある。
[Problems to be solved by this disclosure]
The cemented carbide powder disclosed in JP-A-2007-262475 (Patent Document 1) and the cemented carbide disclosed in International Publication No. 2009/001929 (Patent Document 2) both contain tungsten and transition metal elements other than tungsten. It is formed using a composite carbide formed via a composite oxide containing as a raw material. In such a composite carbide, since tungsten and transition elements other than tungsten separate or segregate at the stage of forming a composite oxide, the composite carbide that is formed also has portions where tungsten and transition elements other than tungsten are separated or segregated ( In other words, the portion that is not dissolved in solid solution) remains. In order to promote solid solution of tungsten and a transition element other than tungsten in such a composite carbide, heat treatment at a high temperature is further required. Such heat treatment increases the particle size of the composite carbide. A cemented carbide obtained from a composite carbide that has a part where tungsten and a transition element other than tungsten are separated or segregated, and a cemented carbide obtained from a composite carbide that has a part where tungsten and a transition element other than tungsten are separated or segregated and are dissolved in solid solution with each other. However, all cemented carbides obtained from composite carbides with large particle sizes have a problem in that they have high hardness but low wear resistance.

そこで、本開示は、硬度および耐摩耗性がいずれも高い超硬合金を形成できるタングステン炭化物粉末、タングステン炭化物-コバルト金属複合粉末、および超硬合金を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide a tungsten carbide powder, a tungsten carbide-cobalt metal composite powder, and a cemented carbide that can form a cemented carbide having both high hardness and wear resistance.

[本開示の効果]
本開示によれば、硬度および耐摩耗性がいずれも高い超硬合金を形成できるタングステン炭化物粉末、タングステン炭化物コバルト金属複合粉末、超硬合金、およびタングステン炭化物粉末の製造方法を提供できる。
[Effects of this disclosure]
According to the present disclosure, it is possible to provide a tungsten carbide powder, a tungsten carbide cobalt metal composite powder, a cemented carbide, and a method for producing a tungsten carbide powder that can form a cemented carbide having both high hardness and wear resistance.

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本明細書において、「遷移金属元素」とは、タングステン(W)以外の遷移金属元素を示すものとする。
[Description of embodiments of the present disclosure]
First, embodiments of the present disclosure will be listed and described. In this specification, the term "transition metal element" refers to a transition metal element other than tungsten (W).

[1]本開示の一態様に係るタングステン炭化物(WC)粉末は、平均粒径が50nm以下のタングステン炭化物(WC)粒子を含み、WC粒子は遷移金属元素が固溶しており、遷移金属元素はコバルト(Co)を含む。本態様のWC粉末は、焼結することにより、WC粒子中に固溶している遷移金属元素の1種類であるCoが焼結の際にWC粒子の表面にコバルト(Co)金属として析出して結合相を形成するため、均一微細な結晶相が形成されて、硬度および耐摩耗性の高い超硬合金を形成できる。 [1] The tungsten carbide (WC) powder according to one aspect of the present disclosure includes tungsten carbide (WC) particles having an average particle size of 50 nm or less, in which the WC particles have a transition metal element dissolved therein, and the WC particle has a transition metal element dissolved therein. contains cobalt (Co). When the WC powder of this embodiment is sintered, Co, which is one type of transition metal element solid-solved in the WC particles, is precipitated as cobalt (Co) metal on the surface of the WC particles during sintering. As a result, a uniform fine crystalline phase is formed and a cemented carbide with high hardness and wear resistance can be formed.

[2]上記WC粉末において、遷移金属元素は、バナジウム(V)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、およびモリブデン(Mo)からなる群から選択される少なくとも1種類をさらに含むことができる。かかるWC粉末は、遷移金属元素として、Coに加えて、焼結の際に粒子成長を抑制するV、Cr、Ta、Nb、およびMoからなる群から選択される少なくとも1種類がWC粒子に固溶しているため、微細なWC粒子を有する硬度および耐摩耗性のより高い超硬合金を形成できる。 [2] In the above WC powder, the transition metal element further includes at least one selected from the group consisting of vanadium (V), chromium (Cr), tantalum (Ta), niobium (Nb), and molybdenum (Mo). can be included. Such WC powder contains, in addition to Co, at least one transition metal element selected from the group consisting of V, Cr, Ta, Nb, and Mo, which suppresses particle growth during sintering, and is fixed to the WC particles. Because it is molten, a cemented carbide with fine WC particles and higher hardness and wear resistance can be formed.

[3]上記WC粉末は、透過電子顕微鏡(TEM)による顕微鏡像における20個のWC粒子のそれぞれの中心の点において、透過電子顕微鏡エネルギー分散型X線分光(TEM-EDX)法によるWC粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子間濃度ばらつきを粒子間平均濃度の10%以下とすることができる。かかるWC粉末は、上記粒子間濃度ばらつきが粒子間平均濃度の10%以下となるほどに、遷移金属元素がWC粒子に均一に固溶しているため、微細なWC粒子を有する硬度および耐摩耗性のより高い超硬合金を形成できる。 [3] The above-mentioned WC powder was transformed into WC particles by transmission electron microscopy energy dispersive When the concentration of each included transition metal element is measured, the inter-particle concentration variation represented by the difference between the maximum value and the minimum value of the measured value can be set to 10% or less of the average inter-particle concentration. In such WC powder, the transition metal element is uniformly dissolved in the WC particles such that the inter-particle concentration variation is 10% or less of the average inter-particle concentration, so that the hardness and wear resistance of the fine WC particles are improved. It is possible to form a cemented carbide with higher hardness.

[4]上記WC粉末は、TEMによる顕微鏡像におけるWC粒子の中心を通る直線上で任意に選択されるWC粒子の内部の5つの点において、TEM-EDX法によるWC粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子内濃度ばらつきを粒子内平均濃度の10%以下とすることができる。かかるWC粉末は、上記粒子内濃度ばらつきが粒子内平均濃度の10%以下となるほどに、遷移金属元素がWC粒子に均一に固溶しているため、微細なWC粒子を有する硬度および耐摩耗性のより高い超硬合金を形成できる。 [4] The above-mentioned WC powder has five points inside the WC particle arbitrarily selected on a straight line passing through the center of the WC particle in the TEM microscopic image, and each transition contained in the WC particle is determined by the TEM-EDX method. When the concentration of a metal element is measured, the intra-particle concentration variation represented by the difference between the maximum value and the minimum value of the measured value can be made 10% or less of the average intra-particle concentration. In such WC powder, the transition metal element is uniformly dissolved in the WC particles such that the intra-particle concentration variation is 10% or less of the average intra-particle concentration, so that the hardness and wear resistance of the fine WC particles are improved. It is possible to form a cemented carbide with higher hardness.

[5]本開示の一態様に係るタングステン炭化物(WC)-コバルト(Co)金属複合粉末は、上記WC粉末のWC粒子と、WC粒子の少なくとも1部の粒子の表面に形成されているCo金属と、を含む。本態様のWC-Co金属複合粉末は、nmオーダの大きさのWC粒子の表面にnmオーダの大きさのCo金属が析出して形成されているものであるため、焼結の際に遷移金属元素であるCoの数μm以上の大きさの偏析(Coプール)を防止して、硬度および耐摩耗性のより高い超硬合金を形成できる。 [5] The tungsten carbide (WC)-cobalt (Co) metal composite powder according to one aspect of the present disclosure includes WC particles of the WC powder and Co metal formed on the surface of at least a part of the WC particles. and, including. The WC-Co metal composite powder of this embodiment is formed by precipitating Co metal in nm order size on the surface of WC particles in nm order size, so transition metal is removed during sintering. By preventing the segregation of the element Co (Co pool) in a size of several μm or more, a cemented carbide with higher hardness and wear resistance can be formed.

[6]本開示の一態様に係る超硬合金は、WC粒子を含み、WC粒子は、遷移金属元素が固溶しており、平均粒径が80nm以下であり、最大粒径が100nm以下である。本態様の超硬合金は、遷移金属元素がWC粒子に固溶しているため、また、微細なWC粒子を有するため、硬度および耐摩耗性が高い。 [6] The cemented carbide according to one aspect of the present disclosure includes WC particles, in which the WC particles have a transition metal element dissolved therein, have an average particle size of 80 nm or less, and have a maximum particle size of 100 nm or less. be. The cemented carbide of this embodiment has high hardness and wear resistance because the transition metal element is solidly dissolved in the WC particles and because it has fine WC particles.

[7]上記超硬合金において、遷移金属元素は、V、Cr、Ta、Nb、およびMoからなる群から選択される少なくとも1種類を含むことができる。かかる超硬合金は、遷移金属元素として、Coに加えて、焼結の際に粒子成長を抑制するV、Cr、Ta、Nb、およびMoからなる群から選択される少なくとも1種類がWC粒子に固溶しているため、微細なWC粒子を有し、硬度および耐摩耗性がより高い。 [7] In the cemented carbide, the transition metal element may include at least one selected from the group consisting of V, Cr, Ta, Nb, and Mo. In this cemented carbide, in addition to Co, at least one transition metal element selected from the group consisting of V, Cr, Ta, Nb, and Mo, which suppresses particle growth during sintering, is added to the WC particles. Since it is a solid solution, it has fine WC particles and has higher hardness and wear resistance.

[8]上記超硬合金は、TEMによる顕微鏡像における任意の20個のWC粒子のそれぞれの中心の点において、TEM-EDX法によるWC粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子間濃度ばらつきを粒子間平均濃度の10%以下とすることができる。かかる超硬合金は、上記粒子間濃度ばらつきが粒子間平均濃度の10%以下となるほどに、遷移金属元素がWC粒子に均一に固溶しているため、微細なWC粒子を有し、硬度および耐摩耗性がより高い。 [8] When the concentration of each transition metal element contained in the WC particles is measured by the TEM-EDX method at the center point of each of 20 arbitrary WC particles in the TEM microscopic image of the above cemented carbide, The inter-particle concentration variation, expressed as the difference between the maximum and minimum measured values, can be made 10% or less of the average inter-particle concentration. Such a cemented carbide has fine WC particles and has fine WC particles, and has hardness and More wear resistant.

[9]上記超硬合金は、TEMによる顕微鏡像におけるWC粒子の中心を通る直線上で任意に選択されるWC粒子の内部の5つの点において、TEM-EDX法によるWC粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子内濃度ばらつきを粒子内平均濃度の10%以下とすることができる。かかる超硬合金は、上記粒子内濃度ばらつきが粒子内平均濃度の10%以下となるほどに、遷移金属元素がWC粒子に均一に固溶しているため、微細なWC粒子を有し、硬度および耐摩耗性がより高い。 [9] The above-mentioned cemented carbide is characterized in that each of the WC particles contained in the WC particles measured by the TEM-EDX method at five points inside the WC particles arbitrarily selected on a straight line passing through the center of the WC particles in the TEM microscopic image. When the concentration of a transition metal element is measured, the intra-particle concentration variation represented by the difference between the maximum value and the minimum measured value can be made 10% or less of the average intra-particle concentration. Such cemented carbide has fine WC particles, and has fine WC particles, and hardness and More wear resistant.

[10]上記超硬合金は、コバルト(Co)金属相をさらに含み、Co金属相の含有量は15mass%以下とすることができる。かかる超硬合金は、WC粒子に遷移金属元素が固溶しているため、Co金属相の含有量が2mass%以下の少量であっても、硬度および耐摩耗性が高い。 [10] The cemented carbide further includes a cobalt (Co) metal phase, and the content of the Co metal phase can be 15 mass% or less. Such a cemented carbide has high hardness and wear resistance even if the content of the Co metal phase is as small as 2 mass% or less, since the transition metal element is dissolved in the WC particles.

[11]上記超硬合金は、WC粒子を含み、WC粒子は遷移金属元素が固溶しており、WC粒子は、平均粒径が80nm以下であり、最大粒径が100nm以下であり、TEMによる顕微鏡像における20個のWC粒子のそれぞれの中心の点において、TEM-EDX法によるWC粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子間濃度ばらつきを粒子間平均濃度の10%以下とし、TEMによる顕微鏡像におけるWC粒子の中心を通る直線上で任意に選択されるWC粒子の内部の5つの点において、TEM-EDX法によるタングステン炭化物粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子内濃度ばらつきを粒子内平均濃度の10%以下とすることができる。かかる超硬合金は、遷移金属元素がWC粒子に固溶しており、微細なWC粒子を有し、上記粒子間濃度ばらつきが粒子間平均濃度の10%以下となるほどに、および、上記粒子内濃度ばらつきが粒子内平均濃度の10%以下となるほどに、遷移金属元素がWC粒子に均一に固溶しているため、硬度および耐摩耗性がさらに高い。 [11] The cemented carbide contains WC particles, the WC particles have a transition metal element dissolved therein, the WC particles have an average particle size of 80 nm or less, a maximum particle size of 100 nm or less, and TEM The maximum and minimum values of the measured values when the concentration of each transition metal element contained in the WC particles was measured by the TEM-EDX method at the center point of each of the 20 WC particles in the microscopic image obtained by The inter-particle concentration variation represented by the difference is 10% or less of the average inter-particle concentration, and at five points inside the WC particle arbitrarily selected on a straight line passing through the center of the WC particle in the TEM microscopic image, TEM - When the concentration of each transition metal element contained in tungsten carbide particles is measured by the EDX method, the intra-particle concentration variation, expressed as the difference between the maximum and minimum measured values, is calculated as 10% of the average intra-particle concentration. It can be as follows. Such a cemented carbide has a transition metal element dissolved in solid solution in WC particles, has fine WC particles, and has a concentration variation among particles of 10% or less of the average concentration between particles, and a concentration within the particles. As the concentration variation is 10% or less of the average concentration within the particles, the transition metal element is uniformly dissolved in the WC particles, so that the hardness and wear resistance are even higher.

[本開示の実施形態の詳細]
≪実施形態1:タングステン炭化物粉末≫
<タングステン炭化物粉末>
本実施形態に係るWC粉末(タングステン炭化物粉末)は、平均粒径が50nm以下のWC粒子を含み、WC粒子は遷移金属元素が固溶しており、遷移金属元素はCoを含む。本実施形態のWC粉末は、焼結することにより、WC粒子中に固溶している遷移金属元素の1種類であるCoが焼結の際にWC粒子の表面にCo金属として析出して結合相を形成するため、均一微細な結晶相が形成されて、硬度および耐摩耗性の高い超硬合金を形成できる。
[Details of embodiments of the present disclosure]
<<Embodiment 1: Tungsten carbide powder>>
<Tungsten carbide powder>
The WC powder (tungsten carbide powder) according to the present embodiment includes WC particles having an average particle size of 50 nm or less, in which a transition metal element is dissolved in solid solution, and the transition metal element includes Co. By sintering the WC powder of this embodiment, Co, which is one type of transition metal element solid-solved in the WC particles, is precipitated as Co metal on the surface of the WC particles during sintering and bonded. Since the phase is formed, a uniform fine crystal phase is formed, and a cemented carbide with high hardness and wear resistance can be formed.

WC粒子の平均粒径は、焼結により得られる超硬合金の硬度および耐摩耗性を高くする観点から、50nm以下であり、30nm以下が好ましい。また、WC粒子の平均粒径は、微粒子合成の際の現在の技術的な限界の観点から、3nm以上程度が好ましい。WC粒子の平均粒径は、TEM観察により、50個以上の粒子が含まれる視野像から、リニアインターセプト法(視野像に任意の直線を引き、その直線がWC粒子を横切る線分の長さからWC粒子の平均粒径を算出する方法をいう、以下同じ。)により算出する。また、XRD(X線回折)測定による回折ピークの半値幅から以下のシェラーの式(1)
D=(0.94λ)/(βcosθ) ・・・(1)
(式中、D:結晶平均粒径、λ:X線波長、β:半値幅[rad]、θ:ブラッグ角)によっても、結晶平均粒径を算出できる。
The average particle diameter of the WC particles is 50 nm or less, preferably 30 nm or less, from the viewpoint of increasing the hardness and wear resistance of the cemented carbide obtained by sintering. Further, the average particle diameter of the WC particles is preferably about 3 nm or more from the viewpoint of current technical limitations in fine particle synthesis. The average particle diameter of WC particles is determined by TEM observation using a field image containing 50 or more particles using the linear intercept method (drawing an arbitrary straight line on the field image and determining the length of the line segment where the straight line crosses the WC particles). This is a method for calculating the average particle diameter of WC particles (the same applies hereinafter). In addition, from the half-width of the diffraction peak by XRD (X-ray diffraction) measurement, the following Scherrer equation (1) can be used.
D=(0.94λ)/(βcosθ)...(1)
The average crystal grain size can also be calculated from (where D: crystal average grain size, λ: X-ray wavelength, β: half width [rad], θ: Bragg angle).

WC粒子は、遷移金属元素が固溶しており、遷移金属元素がCoを含む。これにより、WC粒子に固溶しているCoが焼結の際にWC粒子の表面にCo金属として析出して均一微細な結晶相を形成するため、硬度および耐摩耗性の高い超硬合金を形成できる。Coを含む遷移金属元素がWC粒子に固溶していることは、高角散乱環状暗視野走査透過電子顕微鏡(HAADF-STEM)法による顕微鏡像(以下、HAADF-STEM像ともいう。)において遷移金属元素の分離および/または偏析が無いことにより確認できる。Coを含む遷移金属元素は、焼結の際に均一微細な結晶相を形成する観点から、WC粒子に均一に固溶していることが好ましい。Coを含む遷移金属元素がWC粒子に均一に固溶していることは、後述のように、TEM-EDX法により確認できる。 In the WC particles, a transition metal element is dissolved in solid solution, and the transition metal element contains Co. As a result, the Co dissolved in the WC particles precipitates as Co metal on the surface of the WC particles during sintering to form a uniform fine crystal phase, making it possible to create a cemented carbide with high hardness and wear resistance. Can be formed. The fact that transition metal elements including Co are dissolved in WC particles indicates that transition metal elements can be detected in microscopic images obtained by high-angle scattering annular dark-field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM) (hereinafter also referred to as HAADF-STEM images). This can be confirmed by the absence of separation and/or segregation of elements. From the viewpoint of forming a uniform fine crystal phase during sintering, it is preferable that the transition metal element containing Co is uniformly dissolved in the WC particles. As will be described later, it can be confirmed by the TEM-EDX method that the transition metal elements including Co are uniformly dissolved in the WC particles.

WC粒子におけるCoを含む遷移金属元素の含有量は、形成する超硬合金の結合相として作用させる観点から、0.5mass%以上が好ましく、1mass%以上がより好ましく、形成する超硬合金の強度の観点から、20mass%以下が好ましく、10mass%以下がより好ましい。 The content of transition metal elements including Co in the WC particles is preferably 0.5 mass% or more, more preferably 1 mass% or more, from the viewpoint of acting as a binder phase of the cemented carbide to be formed, and the content can improve the strength of the cemented carbide to be formed. From this viewpoint, it is preferably 20 mass% or less, more preferably 10 mass% or less.

WC粉末において、遷移金属元素は、WC粉末を焼結する際に粒子成長を抑制して微細なWC粒子を有する硬度および耐摩耗性のより高い超硬合金を形成する観点から、Coに加えて、V、Cr、Ta、Nb、およびMoからなる群から選択される少なくとも1種類をさらに含むことが好ましい。V、Cr、Ta、Nb、およびMoからなる群から選択される少なくとも1種類の遷移金属元素の含有量は、超硬合金を形成する際にWC粒子の粒子成長を抑制する観点から、0.1mass%以上が好ましく、0.3mass%以上がより好ましく、形成する超硬合金の曲げ強度を高くする観点から、2.0mass%以下が好ましく、1.0mass%以下がより好ましい。 In the WC powder, transition metal elements are used in addition to Co, from the viewpoint of suppressing particle growth when sintering the WC powder to form a cemented carbide with fine WC particles and higher hardness and wear resistance. , V, Cr, Ta, Nb, and Mo. The content of at least one type of transition metal element selected from the group consisting of V, Cr, Ta, Nb, and Mo is set to 0.0000. It is preferably 1 mass% or more, more preferably 0.3 mass% or more, and from the viewpoint of increasing the bending strength of the cemented carbide to be formed, it is preferably 2.0 mass% or less, and more preferably 1.0 mass% or less.

WC粉末に含まれるWおよびそれぞれの遷移金属元素(すなわち、Co、V、Cr、Ta、NbおよびMoなど)の組成(種類および含有量)は、ICP-AES(誘導結合プラズマ-発光分析)法により特定する。具体的には、WC粉末0.1gを適宜メノウ乳鉢で粉砕する。炭酸カルシウム0.2gと酸化ホウ素0.5gとからなるアルカリ溶媒とともに白金ルツボ中に投入して1000℃で溶融し、その溶融体を20mlの35mass%塩酸および20mlのイオン交換水からなる酸性溶液内にて60℃で回収した後に、イオン交換水にて200mlまで希釈する。これをICP分析装置に導入し、Ar(アルゴン)プラズマにて励起されたWおよびそれぞれの遷移金属元素より放出される光を分光し、発光強度より定量分析を行う。 The composition (type and content) of W and each transition metal element (i.e., Co, V, Cr, Ta, Nb, Mo, etc.) contained in the WC powder was determined using the ICP-AES (Inductively Coupled Plasma-Emission Spectrometry) method. Specify by. Specifically, 0.1 g of WC powder is appropriately ground in an agate mortar. 0.2 g of calcium carbonate and 0.5 g of boron oxide were placed in a platinum crucible together with an alkaline solvent and melted at 1000°C. After collecting at 60° C., dilute to 200 ml with ion-exchanged water. This is introduced into an ICP analyzer, and the light emitted from W excited by Ar (argon) plasma and the respective transition metal elements is spectrally analyzed, and quantitative analysis is performed based on the emission intensity.

WC粉末は、遷移金属元素がWC粒子に均一に固溶することにより、焼結により微細なWC粒子を有する硬度および耐摩耗性のより高い超硬合金を形成できる観点から、HAADF-STEM像において、WC粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の分離および/または偏析が無いことが好ましい。図1Aに、HAADF-STEM法により本実施形態のWC粉末中のWC粒子に含まれるW以外の遷移金属元素であるVの固溶状態の一例(後述の実施例II-1)を示す。図1Bに、HAADF-STEM法により本実施形態のWC粉末中のWC粒子に含まれるW以外の遷移金属元素であるCoの固溶状態の一例(後述の実施例II-1)を示す。図1Cは、HAADF-STEM法により本実施形態のWC粉末中のWC粒子に含まれるWの分布状態の一例(後述の実施例II-1)を示す。図1A、図1Bおよび図1Cを参照して、WC粒子に含まれるWおよびその他の遷移金属元素であるCoおよびVは、いずれもWC粒子内において分離および/または偏析がなく、WC粒子に均一に固溶していることが分かる。 WC powder has a uniform solid solution of transition metal elements in WC particles, so that it can be sintered to form a cemented carbide with fine WC particles and higher hardness and wear resistance. It is preferable that there is no separation and/or segregation of each transition metal element contained in the WC particles. FIG. 1A shows an example of a solid solution state of V, which is a transition metal element other than W, contained in WC particles in the WC powder of this embodiment (Example II-1 described later) by HAADF-STEM method. FIG. 1B shows an example of a solid solution state of Co, which is a transition metal element other than W, contained in WC particles in the WC powder of this embodiment (Example II-1 described later) by HAADF-STEM method. FIG. 1C shows an example of the distribution state of W contained in WC particles in the WC powder of the present embodiment (Example II-1 described below) by HAADF-STEM method. Referring to FIGS. 1A, 1B, and 1C, W and other transition metal elements, Co and V, contained in the WC particles are uniform in the WC particles without separation and/or segregation within the WC particles. It can be seen that it is dissolved in solid solution.

また、WC粉末は、遷移金属元素がWC粒子に均一に固溶することにより、焼結により微細なWC粒子を有する硬度および耐摩耗性のより高い超硬合金を形成できる観点から、TEMによる顕微鏡像(以下、TEM像ともいう。)における任意の20個のWC粒子のそれぞれの中心の点において、TEM-EDX(透過電子顕微鏡エネルギー分散型X線分光)法によるWC粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子間濃度ばらつきが、粒子間平均濃度の10%以下であることが好ましく、粒子間平均濃度の8%以下であることがより好ましく、粒子間平均濃度の7%以下であることがさらに好ましく、粒子間平均濃度の6%以下であることが特に好ましい。ここで、20個のWC粒子に含まれる遷移金属元素の粒子間濃度ばらつきを測定することから、TEM像の視野内には20個以上のWC粒子が存在することが必要である。また、濃度測定の精度を高く維持する観点から、TEM像の視野内に存在するWC粒子は20個以上40個以下が好ましい。WC粒子の中心とは、WC粒子に外接するように描いた楕円の長軸と短軸との交点をいい、TEM像により測定する。ここで、粒子間濃度ばらつきとは、上記20個のWC粒子の中心の点における遷移金属元素の濃度の最大値と最小値の間の差をいう。粒子間平均濃度とは、上記20個のWC粒子の中心の点における遷移金属元素の濃度の間の平均の濃度をいう。 In addition, WC powder can be used under TEM microscopy from the viewpoint that by sintering, a cemented carbide with fine WC particles and higher hardness and wear resistance can be formed by uniformly dissolving transition metal elements in WC particles. At the center point of each of 20 arbitrary WC particles in an image (hereinafter also referred to as a TEM image), each transition contained in the WC particles is determined by TEM-EDX (transmission electron microscopy energy dispersive X-ray spectroscopy). When measuring the concentration of a metal element, it is preferable that the interparticle concentration variation, expressed as the difference between the maximum and minimum measured values, is 10% or less of the average interparticle concentration, and It is more preferably 8% or less, even more preferably 7% or less of the interparticle average concentration, and particularly preferably 6% or less of the interparticle average concentration. Here, since the interparticle concentration variation of the transition metal element contained in 20 WC particles is measured, it is necessary that 20 or more WC particles exist within the field of view of the TEM image. Furthermore, from the viewpoint of maintaining high accuracy in concentration measurement, the number of WC particles present within the field of view of the TEM image is preferably 20 or more and 40 or less. The center of a WC particle refers to the intersection of the long axis and short axis of an ellipse drawn to circumscribe the WC particle, and is measured using a TEM image. Here, the inter-particle concentration variation refers to the difference between the maximum and minimum concentration values of the transition metal element at the center point of the 20 WC particles. The interparticle average concentration refers to the average concentration of the transition metal element at the center point of the 20 WC particles.

また、WC粉末は、遷移金属元素がWC粒子に均一に固溶することにより、焼結により微細なWC粒子を有する硬度および耐摩耗性のより高い超硬合金を形成できる観点から、TEM像におけるWC粒子の中心を通る直線上で任意に選択されるWC粒子の内部の5つの点において、TEM-EDX法によるWC粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子内濃度ばらつきが粒子内平均濃度の10%以下であることが好ましく、粒子内平均濃度の8%以下であることがより好ましく、粒子内平均濃度の7%以下であることがさらに好ましく、粒子内平均濃度の6%以下であることが特に好ましい。ここで、粒子内濃度ばらつきとは、上記5つの点における遷移金属元素の濃度の最大値と最小値の間の差をいう。また、粒子内平均濃度とは、上記5つの点における遷移金属元素の濃度の平均値をいう)。 In addition, WC powder has the advantage of being able to form a cemented carbide with fine WC particles and higher hardness and wear resistance through sintering due to the uniform solid solution of transition metal elements in WC particles. The concentration of each transition metal element contained in the WC particles is measured by the TEM-EDX method at five points inside the WC particles arbitrarily selected on a straight line passing through the center of the WC particles. It is preferable that the intra-particle concentration variation expressed by the difference between the maximum value and the minimum value is 10% or less of the intra-particle average concentration, more preferably 8% or less of the intra-particle average concentration, and the intra-particle average concentration It is more preferably 7% or less of the intra-particle average concentration, and particularly preferably 6% or less of the average intra-particle concentration. Here, the intra-particle concentration variation refers to the difference between the maximum and minimum concentration values of the transition metal element at the above five points. In addition, the intra-particle average concentration refers to the average value of the concentration of the transition metal element at the above five points).

<タングステン炭化物粉末の製造方法>
図2を参照して、本実施形態に係るWC粒子の製造方法は、アンモニア水にタングステン酸化物を溶解させることにより第1水溶液を調製するタングステン酸化物の溶解工程S11と、第1水溶液に有機酸を溶解させることにより第2水溶液を調製する有機酸の添加工程S12と、有機酸の分解温度よりも低い温度で第2水溶液を乾燥させることにより乾燥固形物を調製する第1次乾燥工程S13と、乾燥固形物を水に再度溶解させることにより第3水溶液を調製する乾燥固形物の溶解工程S14と、第3水溶液に遷移金属元素として少なくともCo(コバルト)を含む水溶液を混合することにより第4水溶液を調製する遷移金属元素の添加工程S15と、第4水溶液を乾燥させることにより炭化物前駆体を調製する第2次乾燥工程S20と、不活性ガス雰囲気中で炭素の存在下で炭化物前駆体を熱処理することによりタングステン炭化物(WC)粉末を調製する炭化工程S30と、を含む。本態様のWC粉末の製造方法は、工程中でW(タングステン))とW以外の遷移金属元素とが分離または偏析する複合酸化物を形成することなくWC粉末を製造するため、粒径が小さくCoを含む遷移金属元素が固溶しているWC粉末が得られる。このようなWC粉末は、微細なWC粒子を有し硬度および耐摩耗性のより高い超硬合金を形成できる。
<Method for producing tungsten carbide powder>
Referring to FIG. 2, the method for producing WC particles according to the present embodiment includes a tungsten oxide dissolving step S11 of preparing a first aqueous solution by dissolving tungsten oxide in aqueous ammonia, and a step S11 of dissolving tungsten oxide in which a first aqueous solution is An organic acid addition step S12 in which a second aqueous solution is prepared by dissolving the acid; and a first drying step S13 in which a dry solid is prepared by drying the second aqueous solution at a temperature lower than the decomposition temperature of the organic acid. A dry solid dissolving step S14 of preparing a third aqueous solution by redissolving the dry solid in water, and a third aqueous solution containing at least Co (cobalt) as a transition metal element in the third aqueous solution. A transition metal element addition step S15 for preparing a fourth aqueous solution, a second drying step S20 for preparing a carbide precursor by drying the fourth aqueous solution, and a step S20 for preparing a carbide precursor in the presence of carbon in an inert gas atmosphere. and a carbonization step S30 of preparing tungsten carbide (WC) powder by heat-treating. The method for producing WC powder of this embodiment produces WC powder without forming a composite oxide in which W (tungsten) and transition metal elements other than W separate or segregate during the process, so the particle size is small. A WC powder in which transition metal elements including Co are dissolved in solid solution is obtained. Such WC powder can form a cemented carbide having fine WC particles and higher hardness and wear resistance.

(タングステン酸化物の溶解工程)
タングステン酸化物の溶解工程S11において、アンモニア水にタングステン酸化物を溶解させることにより第1水溶液を調製する。アンモニア水は、特に制限はなく、その種類は市販のアンモニア水で足り、その濃度はたとえば1mass%以上20mass%以下でよい。タングステン酸化物は、特に制限はなく、たとえば、WO3でもよく、WO2でもよい。この溶解操作は室温(たとえば25℃)で行なえる。
(Tungsten oxide melting process)
In the tungsten oxide dissolving step S11, a first aqueous solution is prepared by dissolving tungsten oxide in aqueous ammonia. There are no particular restrictions on the ammonia water, and commercially available ammonia water may be used as the type, and the concentration may be, for example, 1 mass% or more and 20 mass% or less. The tungsten oxide is not particularly limited, and may be, for example, WO 3 or WO 2 . This dissolution operation can be performed at room temperature (for example, 25°C).

(有機酸の添加工程)
有機酸の添加工程S12において、第1水溶液に有機酸を溶解させることにより第2水溶液を調製する。有機酸は、特に制限はないが、後工程で第2水溶液を乾燥させて乾燥固形物を調製することから、分解温度が100℃以上であることが好ましい。有機酸は、たとえば、ヒドロキシ酸、アミノ酸、ポリカルボン酸、およびアミノポリカルボン酸からなる群から選択される少なくとも1種類であってもよい。有機酸は、より具体的には、クエン酸、グルコン酸、リンゴ酸等のヒドロキシ酸;アラニン、アルギニン、アスパラギン酸等のアミノ酸;シュウ酸、コハク酸、マレイン酸等のポリカルボン酸;EDTA等のアミノポリカルボン酸;から選択される少なくとも1種類であってもよい。この溶解操作は室温(たとえば25℃)で行なえる。
(Organic acid addition step)
In the organic acid addition step S12, a second aqueous solution is prepared by dissolving an organic acid in the first aqueous solution. The organic acid is not particularly limited, but since the second aqueous solution is dried in a subsequent step to prepare a dry solid, it is preferable that the decomposition temperature is 100° C. or higher. The organic acid may be, for example, at least one type selected from the group consisting of hydroxy acids, amino acids, polycarboxylic acids, and aminopolycarboxylic acids. More specifically, organic acids include hydroxy acids such as citric acid, gluconic acid, and malic acid; amino acids such as alanine, arginine, and aspartic acid; polycarboxylic acids such as oxalic acid, succinic acid, and maleic acid; and EDTA and the like. It may be at least one type selected from aminopolycarboxylic acids. This dissolution operation can be performed at room temperature (for example, 25°C).

(第1次乾燥工程)
第1次乾燥工程S13において、有機酸の分解温度よりも低い温度で第2水溶液を乾燥させることにより乾燥固形物を調製する。乾燥方法は、特に制限はなく、一般的な恒温乾燥器を用いてもよい。乾燥温度は、有機酸の分解温度よりも低くする。たとえば、有機酸がクエン酸(分解温度175℃)である場合、乾燥温度は175℃よりも10~30℃低い温度とする。乾燥時間は、特に制限はなく、24~48時間でよい。得られる乾燥固形物では、アンモニア成分が低減されている。
(First drying process)
In the first drying step S13, a dry solid is prepared by drying the second aqueous solution at a temperature lower than the decomposition temperature of the organic acid. The drying method is not particularly limited, and a general constant temperature dryer may be used. The drying temperature is lower than the decomposition temperature of the organic acid. For example, when the organic acid is citric acid (decomposition temperature 175°C), the drying temperature is 10 to 30°C lower than 175°C. The drying time is not particularly limited and may be 24 to 48 hours. The resulting dry solid has a reduced ammonia component.

(乾燥固形物の溶解工程)
乾燥固形物の溶解工程S14において、乾燥固形物を水に再度溶解させることにより第3水溶液を調製する。この溶解操作は室温(たとえば25℃)で行なえる。かかる溶解により得られる第3水溶液は、有機酸が解離することにより有機酸イオンが生成し、また上記のようにアンモニア成分が低減されているため、酸性水溶液となる。
(Dissolution process of dry solids)
In the dry solid matter dissolving step S14, a third aqueous solution is prepared by dissolving the dry solid matter in water again. This dissolution operation can be performed at room temperature (for example, 25°C). The third aqueous solution obtained by such dissolution becomes an acidic aqueous solution because organic acid ions are generated by the dissociation of the organic acid and the ammonia component is reduced as described above.

(遷移金属元素の添加工程)
遷移金属元素の添加工程S15において、第3水溶液に遷移金属元素として少なくともCoを含む水溶液を混合することにより第4水溶液を調製する。遷移金属元素としてCoを含む水溶液は、特に制限はなく、たとえば硝酸コバルト、塩化コバルト等のCo塩を含む水溶液であってもよい。遷移金属元素は、Coに加えて、V、Cr、Ta、Nb、およびMoからなる群から選択される少なくとも1種類をさらに含むことが好ましい。V、Cr、Ta、Nb、およびMoからなる群から選択される少なくとも1種類の遷移金属元素は、WC粉末の焼結の際に粒子成長を抑制するため、微細なWC粒子を有する硬度および耐摩耗性のより高い超硬合金を形成できるからである。このようにして、第4水溶液である水溶性組成物が得られる。
(Step of adding transition metal element)
In the transition metal element addition step S15, a fourth aqueous solution is prepared by mixing an aqueous solution containing at least Co as a transition metal element with the third aqueous solution. The aqueous solution containing Co as a transition metal element is not particularly limited, and may be an aqueous solution containing a Co salt such as cobalt nitrate or cobalt chloride. In addition to Co, the transition metal element preferably further includes at least one selected from the group consisting of V, Cr, Ta, Nb, and Mo. At least one transition metal element selected from the group consisting of V, Cr, Ta, Nb, and Mo suppresses particle growth during sintering of the WC powder, thereby increasing the hardness and resistance of fine WC particles. This is because a cemented carbide with higher wear resistance can be formed. In this way, a water-soluble composition, which is the fourth aqueous solution, is obtained.

(第2次乾燥工程)
第2次乾燥工程S20において、第4水溶液(水溶液組成物)を乾燥させることにより炭化物前駆体を調製する。乾燥方法は、特に制限はなく、一般的な恒温乾燥器を用いてもよい。乾燥温度は、有機酸の分解を防止する観点から、有機酸の分解温度よりも低くする。たとえば、有機酸がクエン酸(分解温度175℃)である場合、乾燥温度は175℃よりも10~30℃低い温度とする。乾燥時間は、特に制限はなく、24~48時間でよい。こうして得られるものは、後工程によりWC粉末という炭化物が得られることから、炭化物前駆体と呼んでいる。
(Second drying process)
In the second drying step S20, a carbide precursor is prepared by drying the fourth aqueous solution (aqueous solution composition). The drying method is not particularly limited, and a general constant temperature dryer may be used. The drying temperature is set lower than the decomposition temperature of the organic acid from the viewpoint of preventing decomposition of the organic acid. For example, when the organic acid is citric acid (decomposition temperature 175°C), the drying temperature is 10 to 30°C lower than 175°C. The drying time is not particularly limited and may be 24 to 48 hours. What is obtained in this way is called a carbide precursor because a carbide called WC powder is obtained in a post-process.

(炭化工程)
炭化工程S30は、不活性ガス雰囲気中で炭素の存在下で炭化物前駆体を熱処理することによりタングステン炭化物(WC)粉末を調製する。不活性ガス雰囲気は、炭化物前駆体を炭化させるのに障害とならない不活性ガスであれば特に制限はなく、N2(窒素)ガス、Ar(アルゴン)ガス等でよい。このようにして、実施形態1にかかるタングステン炭化物粉末が得られる。
(Carbonization process)
In the carbonization step S30, tungsten carbide (WC) powder is prepared by heat treating a carbide precursor in the presence of carbon in an inert gas atmosphere. The inert gas atmosphere is not particularly limited as long as it does not interfere with carbonizing the carbide precursor, and may be N 2 (nitrogen) gas, Ar (argon) gas, or the like. In this way, the tungsten carbide powder according to Embodiment 1 is obtained.

≪実施形態2:タングステン炭化物-コバルト金属複合粉末≫
<タングステン炭化物-コバルト金属複合粉末>
本実施形態に係るWC(タングステン炭化物)-Co(コバルト)金属複合粉末は、実施形態1に係るWC粉末のWC粒子と、WC粒子の少なくとも1部の粒子の表面に形成されているCo金属と、を含む。本実施形態のWC-Co金属複合粉末は、nmオーダの大きさのWC粒子の表面にnmオーダの大きさのCo金属が析出して形成されているものであるため、焼結の際に遷移金属元素であるCoの数μm以上の大きさの偏析(Coプール)を防止して、硬度および耐摩耗性のより高い超硬合金を形成できる。WC粒子の表面に形成されているCo金属の含有量は、WC-Co金属複合粉末の焼結により硬度および耐摩耗性のより高い超硬合金を形成する観点から、0.3mass%以上2mass以下が好ましく、0.5mass%以上1.5mass%以下がより好ましい。また、曲げ強度の高い超硬合金を形成する場合は、WC粒子の表面に形成されているCo金属の含有量は、5mass%以上15mass%以下が好ましく、6mass%以上12mass%以下がより好ましい。ここで、WC粒子の表面に形成されているCo金属の存在および含有量は、WC-Co金属複合粉末を塩酸または硝酸に溶解させ、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP-AES)により確認および測定する。
<<Embodiment 2: Tungsten carbide-cobalt metal composite powder>>
<Tungsten carbide-cobalt metal composite powder>
The WC (tungsten carbide)-Co (cobalt) metal composite powder according to the present embodiment includes the WC particles of the WC powder according to Embodiment 1 and the Co metal formed on the surface of at least a part of the WC particles. ,including. The WC-Co metal composite powder of this embodiment is formed by precipitating Co metal with a size on the nm order on the surface of WC particles with a size on the nm order, so transition occurs during sintering. Segregation (Co pool) of several micrometers or more of the metallic element Co can be prevented, and a cemented carbide with higher hardness and wear resistance can be formed. The content of Co metal formed on the surface of the WC particles is 0.3 mass% or more and 2 mass% or less, from the viewpoint of forming a cemented carbide with higher hardness and wear resistance by sintering the WC-Co metal composite powder. is preferable, and more preferably 0.5 mass% or more and 1.5 mass% or less. Further, when forming a cemented carbide with high bending strength, the content of Co metal formed on the surface of the WC particles is preferably 5 mass% or more and 15 mass% or less, more preferably 6 mass% or more and 12 mass% or less. Here, the presence and content of Co metal formed on the surface of the WC particles is confirmed by dissolving the WC-Co metal composite powder in hydrochloric acid or nitric acid and using high-frequency inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES). and measure.

<タングステン炭化物-コバルト金属複合粉末の製造方法>
本実施形態に係るWC(タングステン炭化物)-Co(コバルト)金属複合粉末の製造方法は、実施形態1に係るWC粉末を水素雰囲気中200℃以上で熱処理する熱処理工程を含む。かかる熱処理工程により、WC粒子に固溶していたCoがWC粒子の表面に析出して、Co金属が形成されることにより、WC-Co金属複合粉末が得られる。
<Production method of tungsten carbide-cobalt metal composite powder>
The method for producing WC (tungsten carbide)-Co (cobalt) metal composite powder according to the present embodiment includes a heat treatment step of heat-treating the WC powder according to Embodiment 1 at 200° C. or higher in a hydrogen atmosphere. Through this heat treatment step, Co dissolved in the WC particles is precipitated on the surface of the WC particles to form Co metal, thereby obtaining a WC-Co metal composite powder.

≪実施形態3:超硬合金≫
<超硬合金>
本実施形態に係る超硬合金は、WC粒子を含み、WC粒子は、遷移金属元素が固溶しており、平均粒径が80nm以下であり、最大粒径が100nm以下である。本実施形態の超硬合金は、遷移金属元素がWC粒子に固溶しているため、硬度および耐摩耗性が高い。遷移金属元素のうちCoは、nmオーダの大きさのWC粒子の界面にCo金属として均一に析出して、微細な組織を形成しているため、硬度および耐摩耗性が高い。WC粒子に固溶している遷移金属元素およびWC粒子の界面にCo金属として析出しているCoはSTEM-HAADF法により特定する。
≪Embodiment 3: Cemented carbide≫
<Cemented carbide>
The cemented carbide according to the present embodiment includes WC particles, in which transition metal elements are dissolved in solid solution, and the average particle size is 80 nm or less and the maximum particle size is 100 nm or less. The cemented carbide of this embodiment has high hardness and wear resistance because the transition metal element is solidly dissolved in the WC particles. Among the transition metal elements, Co is uniformly precipitated as a Co metal at the interface of WC particles having a size on the order of nanometers, forming a fine structure, and therefore has high hardness and wear resistance. The transition metal element dissolved in the WC particles and the Co precipitated as Co metal at the interface of the WC particles are identified by the STEM-HAADF method.

超硬合金におけるCoの含有量は、超硬合金の結合相として作用させる観点から、0.1mass%以上が好ましく、0.3mass%以上がより好ましく、超硬合金の曲げ強度を高める観点から、2.0mass%以下が好ましく、1.0mass%以下がより好ましい。 The content of Co in the cemented carbide is preferably 0.1 mass% or more, more preferably 0.3 mass% or more, from the viewpoint of acting as a binder phase of the cemented carbide, and from the viewpoint of increasing the bending strength of the cemented carbide. It is preferably 2.0 mass% or less, more preferably 1.0 mass% or less.

超硬合金において、超硬合金に含まれるWC粒子の成長を抑制して微細なWC粒子とし、硬度および耐摩耗性をより高くする観点から、Coに加えて、V、Cr、Ta、Nb、およびMoからなる群から選択される少なくとも1種類をさらに含むことが好ましい。V、Cr、Ta、Nb、およびMoからなる群から選択される少なくとも1種類の遷移金属元素の含有量は、超硬合金の形成の際のWC粒子の粒子成長を抑制する観点から、0.1mass%以上が好ましく、0.3mass%以上がより好ましく、超硬合金の曲げ強度を高める観点から、2.0mass%以下が好ましく、1.0mass%以下がより好ましい。 In cemented carbide, in addition to Co, V, Cr, Ta, Nb, It is preferable to further include at least one selected from the group consisting of and Mo. The content of at least one type of transition metal element selected from the group consisting of V, Cr, Ta, Nb, and Mo is set to 0.0000. It is preferably 1 mass% or more, more preferably 0.3 mass% or more, and from the viewpoint of increasing the bending strength of the cemented carbide, it is preferably 2.0 mass% or less, and more preferably 1.0 mass% or less.

超硬合金のWC粉末に含まれるWおよびそれぞれの遷移金属元素(すなわち、Co、V、Cr、Ta、NbおよびMoなど)の組成(種類および含有量)は、ICP-AES(誘導結合プラズマ-発光分析)法により特定する。具体的には、超硬合金0.1gを適宜メノウ乳鉢で粉砕する。炭酸カルシウム0.2gと酸化ホウ素0.5gとからなるアルカリ溶媒とともに白金ルツボ中に投入して1000℃で溶融し、その溶融体を20mlの35mass%塩酸および20mlのイオン交換水からなる酸性溶液内にて60℃で回収した後に、イオン交換水にて200mlまで希釈する。これをICP分析装置に導入し、Ar(アルゴン)プラズマにて励起されたWおよびそれぞれの遷移金属元素より放出される光を分光し、発光強度より定量分析を行う。 The composition (type and content) of W and each transition metal element (i.e., Co, V, Cr, Ta, Nb, Mo, etc.) contained in the WC powder of the cemented carbide is determined by ICP-AES (inductively coupled plasma). Identification by luminescence spectroscopy) method. Specifically, 0.1 g of cemented carbide is appropriately ground in an agate mortar. 0.2 g of calcium carbonate and 0.5 g of boron oxide were placed in a platinum crucible together with an alkaline solvent and melted at 1000°C. After collecting at 60° C., dilute to 200 ml with ion-exchanged water. This is introduced into an ICP analyzer, and the light emitted from W excited by Ar (argon) plasma and the respective transition metal elements is spectrally analyzed, and quantitative analysis is performed based on the emission intensity.

超硬合金は、遷移金属元素がWC粒子に均一に固溶することにより、微細なWC粒子を有し耐摩耗性がより高くなる観点から、HAADF-STEM像において、WC粒子の内部において、WC粒子に含まれるWおよびそれぞれの遷移金属元素の分離および/または偏析が無いことが好ましい。超硬合金のHAADF-STEM像において、遷移金属元素のうちCoは、WC粒子の界面に析出していることが確認できる。 Cemented carbide has fine WC particles and higher wear resistance due to uniform solid solution of transition metal elements in WC particles. It is preferable that there is no separation and/or segregation of W and each transition metal element contained in the particles. In the HAADF-STEM image of the cemented carbide, it can be confirmed that among the transition metal elements, Co is precipitated at the interface of the WC particles.

また、超硬合金は、遷移金属元素がWC粒子に均一に固溶することにより、微細なWC粒子を有し硬度および耐摩耗性がより高くなる観点から、TEM像における任意の20個のWC粒子のそれぞれの中心の点において、透過電子顕微鏡エネルギー分散型X線分光法によるWC粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子間濃度ばらつきが、粒子間平均濃度の10%以下であることが好ましく、粒子間平均濃度の8%以下であることがより好ましく、粒子間平均濃度の7%以下であることがさらに好ましく、粒子間平均濃度の6%以下であることが特に好ましい。ここで、20個のWC粒子に含まれる遷移金属元素の粒子間濃度ばらつきを測定することから、TEM像の視野内には20個以上のWC粒子が存在することが必要である。また、濃度測定の精度を高く維持する観点から、TEM像の視野内に存在するWC粒子は20個以上40個以下が好ましい。WC粒子の中心とは、WC粒子に外接するように描いた楕円の長軸と短軸との交点をいい、TEM像により測定する。ここで、粒子間濃度ばらつきとは、上記20個のWC粒子の中心の点における遷移金属元素の濃度の最大値と最小値の間の差をいう。粒子間平均濃度とは、上記20個のWC粒子の中心の点における遷移金属元素の濃度の間の平均の濃度をいう。 In addition, cemented carbide has fine WC particles and has higher hardness and wear resistance due to uniform solid solution of transition metal elements in WC particles. The difference between the maximum value and the minimum value of the measured value when the concentration of each transition metal element contained in the WC particles is measured by transmission electron microscopy energy dispersive X-ray spectroscopy at the center point of each particle. The expressed interparticle concentration variation is preferably 10% or less of the interparticle average concentration, more preferably 8% or less of the interparticle average concentration, and preferably 7% or less of the interparticle average concentration. More preferably, it is particularly preferably 6% or less of the average interparticle concentration. Here, since the interparticle concentration variation of the transition metal element contained in 20 WC particles is measured, it is necessary that 20 or more WC particles exist within the field of view of the TEM image. Furthermore, from the viewpoint of maintaining high accuracy in concentration measurement, the number of WC particles present within the field of view of the TEM image is preferably 20 or more and 40 or less. The center of a WC particle refers to the intersection of the long axis and short axis of an ellipse drawn to circumscribe the WC particle, and is measured using a TEM image. Here, the inter-particle concentration variation refers to the difference between the maximum and minimum concentration values of the transition metal element at the center point of the 20 WC particles. The interparticle average concentration refers to the average concentration of the transition metal element at the center point of the 20 WC particles.

また、超硬合金は、遷移金属元素がWC粒子に均一に固溶することにより、微細なWC粒子を有し硬度および耐摩耗性がより高くなる観点から、TEMによる顕微鏡像(以下、TEM像ともいう)におけるWC粒子の中心部を通る直線上で任意に選択されるWC粒子の内部の5つの点において、TEM-EDX法による超硬合金に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子内濃度ばらつきが粒子内平均濃度の10%以下であることが好ましく、粒子内平均濃度の8%以下であることがより好ましく、粒子内平均濃度の7%以下であることがさらに好ましく、粒子内平均濃度の6%以下であることが特に好ましい。ここで、粒子内濃度のばらつきとは、上記5つの点における遷移金属元素の濃度の最大値と最小値の間の差をいう。また、粒子内平均濃度とは、上記5つの点における遷移金属元素の濃度の平均値をいう。 In addition, cemented carbide has microscopic TEM images (hereinafter referred to as TEM images) from the viewpoint that it has fine WC particles and has higher hardness and wear resistance due to the uniform solid solution of transition metal elements in WC particles. The concentration of each transition metal element contained in the cemented carbide was measured by the TEM-EDX method at five points inside the WC particles arbitrarily selected on a straight line passing through the center of the WC particles. It is preferable that the intra-particle concentration variation, expressed as the difference between the maximum and minimum measured values, is 10% or less of the average intra-particle concentration, and more preferably 8% or less of the average intra-particle concentration. It is preferably 7% or less of the intra-particle average concentration, more preferably 6% or less of the intra-particle average concentration. Here, the variation in intra-particle concentration refers to the difference between the maximum and minimum concentration of the transition metal element at the five points. In addition, the intra-particle average concentration refers to the average value of the concentration of the transition metal element at the above five points.

超硬合金におけるWC粒子の平均粒径は、超硬合金の硬度および耐摩耗性を高くする観点から、80nm以下であり、65nm以下が好ましい。また、超硬合金におけるWC粒子の平均粒径は、WC粒子の細粒化による超硬合金の硬度および耐摩耗性の上昇を損なわない観点から、15nm以上程度が好ましい。さらに、超硬合金におけるWC粒子の最大粒径は、超硬合金の硬度および耐摩耗性を高くする観点から、100nm以下であり、80nm以下が好ましい。 The average particle size of the WC particles in the cemented carbide is 80 nm or less, preferably 65 nm or less, from the viewpoint of increasing the hardness and wear resistance of the cemented carbide. Further, the average particle diameter of the WC particles in the cemented carbide is preferably about 15 nm or more from the viewpoint of not impairing the increase in hardness and wear resistance of the cemented carbide due to the refinement of the WC particles. Further, the maximum particle size of the WC particles in the cemented carbide is 100 nm or less, preferably 80 nm or less, from the viewpoint of increasing the hardness and wear resistance of the cemented carbide.

超硬合金におけるWC粒子の粒径は、TEM観察により、50個以上の粒子が含まれる視野像から、リニアインターセプト法により算出する。また、TEM-EDX測定によるピークの半値幅から上述のシェラーの式によっても、結晶平均粒径を算出できる。 The particle size of the WC particles in the cemented carbide is calculated by the linear intercept method from a visual field image containing 50 or more particles by TEM observation. Further, the average crystal grain size can also be calculated from the half-value width of the peak obtained by TEM-EDX measurement using the above-mentioned Scherrer equation.

超硬合金は、コバルト(Co)金属相が含まれていてもよく、Co金属相の含有量は2mass%以下であることが好ましく、1.5mass%以下であることがより好ましい。かかる超硬合金は、WC粒子に遷移金属元素が固溶し、および/または、遷移金属元素のうちCoがWC粒子の表面に析出してCo金属となってWC粒子を覆うため、Co金属相の含有量が2mass%以下の少量であっても、硬度および耐摩耗性が高い。また、曲げ強度の高い超硬合金を形成する場合は、5mass%以上15mass%以下が好ましく、6mass%以上12mass%以下がより好ましい。超硬合金中の遷移金属元素および遷移金属のうちのCo金属相の含有量は、ICP-AES法により測定できる。 The cemented carbide may contain a cobalt (Co) metal phase, and the content of the Co metal phase is preferably 2 mass% or less, more preferably 1.5 mass% or less. In such cemented carbide, transition metal elements are dissolved in solid solution in WC particles, and/or Co of the transition metal elements is precipitated on the surface of the WC particles to become Co metal and cover the WC particles, so that the Co metal phase is not formed. Even if the content is as small as 2 mass% or less, the hardness and wear resistance are high. Moreover, when forming a cemented carbide with high bending strength, the amount is preferably 5 mass% or more and 15 mass% or less, and more preferably 6 mass% or more and 12 mass% or less. The content of the transition metal element and the Co metal phase among the transition metals in the cemented carbide can be measured by the ICP-AES method.

本実施形態に係る超硬合金は、WC粒子を含み、WC粒子は遷移金属元素が固溶しており、WC粒子は、平均粒径が80nm以下であり、最大粒径が100nm以下であり、TEMによる顕微鏡像における20個のWC粒子のそれぞれの中心の点において、TEM-EDX法によるWC粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子間濃度ばらつきが、粒子間平均濃度の10%以下であり、TEMによる顕微鏡像におけるWC粒子の中心を通る直線上で任意に選択されるWC粒子の内部の5つの点において、TEM-EDX法によるタングステン炭化物粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子内濃度ばらつきが粒子内平均濃度の10%以下であることが特に好ましい。かかる超硬合金は、Coを含む遷移金属元素がWC粒子に固溶しており、微細なWC粒子を有し、上記粒子間濃度ばらつきが粒子間平均濃度の10%以下となるほどに、および、上記粒子内濃度ばらつきが粒子内平均濃度の10%以下となるほどに、遷移金属元素がWC粒子に均一に固溶しているため、硬度および耐摩耗性がさらに高い。 The cemented carbide according to the present embodiment includes WC particles, the WC particles have a transition metal element dissolved therein, the WC particles have an average particle size of 80 nm or less, and a maximum particle size of 100 nm or less, The maximum and minimum values of the measured values when the concentration of each transition metal element contained in the WC particles is measured by the TEM-EDX method at the center point of each of the 20 WC particles in the TEM microscopic image. Five points inside the WC particle are arbitrarily selected on a straight line passing through the center of the WC particle in a TEM microscopic image, and the inter-particle concentration variation represented by the difference is 10% or less of the average inter-particle concentration. When the concentration of each transition metal element contained in tungsten carbide particles is measured by the TEM-EDX method, the intra-particle concentration variation expressed as the difference between the maximum and minimum measured values is the intra-particle average concentration. It is particularly preferable that the amount is 10% or less. Such a cemented carbide has a transition metal element containing Co dissolved in solid solution in WC particles, has fine WC particles, and has such a structure that the inter-particle concentration variation is 10% or less of the average inter-particle concentration, and The transition metal element is uniformly dissolved in the WC particles so that the intra-particle concentration variation is 10% or less of the average intra-particle concentration, so that the hardness and wear resistance are even higher.

<超硬合金の製造方法>
図2を参照して、本実施形態にかかる超硬合金の製造方法は、実施形態1のWC粉末および実施例2のWC-Co金属複合粉末の少なくとも1種類の粉末を焼結することにより超硬合金を調製する焼結工程S40を含む。焼結工程S40においては、WC粉末および/またはWC-Co金属複合粉末を加圧することにより加粉体を形成した後、加粉体を加熱および加圧することにより焼結体である超硬合金を調製する。
<Method for manufacturing cemented carbide>
Referring to FIG. 2, the method for manufacturing a cemented carbide according to the present embodiment includes sintering at least one type of powder of the WC powder of Embodiment 1 and the WC-Co metal composite powder of Example 2. It includes a sintering step S40 for preparing a hard metal. In the sintering step S40, a powdered body is formed by pressing the WC powder and/or the WC-Co metal composite powder, and then the cemented carbide as the sintered body is heated and pressed. Prepare.

加粉体の形成方法は、特に制限はなく、CIP(冷間静水圧加圧)等であってもよい。CIPにおいては、室温(たとえば25℃)で150MPa以上250MPa以下の圧力で加圧することができる。加粉体を焼結する前に、H2(水素)ガス雰囲気下で300℃以上500℃以下の温度で30分以上2時間以下の時間加熱することができる。これにより、加粉体中のCoC(コバルト炭化物)がCo金属になるため、加粉体はWCおよびCo金属との混合体に変化する。Co金属は圧粉体が焼結される際に液相となり、Co液相焼結が進行するため、超硬合金の緻密化が期待できる。ここで、得られる超硬合金におけるCo金属の含有率が2mass%以下となる範囲で、実施形態1のWC粉末または実施形態2のWC-Co金属複合粉末にCo金属を混合してもよい。 The method for forming the powder is not particularly limited, and may be CIP (cold isostatic pressing) or the like. In CIP, pressure can be applied at room temperature (for example, 25° C.) at a pressure of 150 MPa or more and 250 MPa or less. Before sintering the powdered body, it can be heated in an H 2 (hydrogen) gas atmosphere at a temperature of 300° C. or more and 500° C. or less for a period of 30 minutes or more and 2 hours or less. As a result, the CoC (cobalt carbide) in the powder becomes Co metal, so the powder changes into a mixture of WC and Co metal. Co metal turns into a liquid phase when the green compact is sintered, and Co liquid phase sintering progresses, so densification of the cemented carbide can be expected. Here, Co metal may be mixed with the WC powder of Embodiment 1 or the WC-Co metal composite powder of Embodiment 2 within a range such that the content of Co metal in the obtained cemented carbide is 2 mass% or less.

圧粉体を加熱および加圧することにより超硬合金を製造する。たとえば、加熱は、たとえば、アルゴンガス雰囲気、窒素ガス雰囲気、アルゴンガスと水素ガスとの混合ガス雰囲気、または、窒素ガスと水素ガスとの混合ガス雰囲気で実施される。圧粉体は、たとえば、1250℃以上1450℃以下に加熱される。加熱の時間は、たとえば、30分以上2時間以下でよい。圧粉体の加熱により得られら焼結体をさらに加熱および加圧することにより超硬合金を製造する。加熱および加圧の方法は、特に制限はなく、HIP(熱間静水圧加圧)等であってもよい。HIPにおいては、加熱温度は1300℃以上1500℃以下とし、加圧圧力は100MPa以上250MPa以下とすることができる。このようにして実施形態3にかかる超硬合金が得られる。 Cemented carbide is manufactured by heating and pressurizing a compact. For example, the heating is performed in an argon gas atmosphere, a nitrogen gas atmosphere, a mixed gas atmosphere of argon gas and hydrogen gas, or a mixed gas atmosphere of nitrogen gas and hydrogen gas. The green compact is heated to, for example, 1250°C or more and 1450°C or less. The heating time may be, for example, 30 minutes or more and 2 hours or less. A cemented carbide is produced by further heating and pressurizing the sintered body obtained by heating the green compact. The method of heating and pressurizing is not particularly limited, and may be HIP (hot isostatic pressing) or the like. In HIP, the heating temperature can be 1300° C. or more and 1500° C. or less, and the pressurizing pressure can be 100 MPa or more and 250 MPa or less. In this way, the cemented carbide according to Embodiment 3 is obtained.

<実施例I-1>
1.タングステン炭化物粉末の調製
10mass%のアンモニア水(和光純薬製試薬)1Lに対し、タングステン酸化物であるWO3粉末(アライドマテリアル製F1グレード)200gを投入し、24時間スターラー攪拌して溶解させることにより、第1水溶液を調製した。第1水溶液に無水クエン酸180gを投入して溶解させることにより、第2水溶液を調製した。第2水溶液を150℃の恒温器内で24時間放置することにより、第2水溶液を乾燥(第1次乾燥)させて乾燥固形物を調製した。第2水溶液の乾燥は、クエン酸の分解温度180℃より30℃低い150℃で行なった。乾燥固形物を1Lの水に再度溶解させることにより、第3水溶液を調製した。この第3水溶液は酸性水溶液であった。第3水溶液に遷移金属元素としてCoを含む硝酸コバルト(和光純薬工業製試薬)の濃度500g/Lの水溶液33mlを混合することにより第4水溶液を調製した。第4水溶液を150℃の恒温器に24時間放置することにより、炭化物前駆体を調製した。雰囲気置換焼結炉(モトヤマ製NLA-2025D)を用いて、炭化物前駆体をカーボンボート内に配置し、窒素ガスを0.5L/minでフローさせた雰囲気中900℃で2時間熱処理することにより、WC(タングステン炭化物)粉末を調製した。
<Example I-1>
1. Preparation of tungsten carbide powder Add 200 g of WO 3 powder (F1 grade, manufactured by Allied Materials), which is a tungsten oxide, to 1 L of 10 mass% ammonia water (reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and stir with a stirrer for 24 hours to dissolve. A first aqueous solution was prepared. A second aqueous solution was prepared by adding 180 g of anhydrous citric acid to the first aqueous solution and dissolving it. The second aqueous solution was left in a thermostat at 150° C. for 24 hours to dry the second aqueous solution (first drying) to prepare a dry solid. The second aqueous solution was dried at 150°C, which is 30°C lower than the decomposition temperature of citric acid, 180°C. A third aqueous solution was prepared by redissolving the dry solids in 1 L of water. This third aqueous solution was an acidic aqueous solution. A fourth aqueous solution was prepared by mixing 33 ml of an aqueous solution of cobalt nitrate (reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) containing Co as a transition metal element with a concentration of 500 g/L into the third aqueous solution. A carbide precursor was prepared by leaving the fourth aqueous solution in a thermostat at 150° C. for 24 hours. Using an atmosphere displacement sintering furnace (NLA-2025D manufactured by Motoyama), the carbide precursor was placed in a carbon boat and heat treated at 900°C for 2 hours in an atmosphere with nitrogen gas flowing at a rate of 0.5 L/min. , WC (tungsten carbide) powder was prepared.

2.超硬合金の調製
上記により得られたWC粉末10gを粉砕し、錠剤成形器を用いて50MPaの圧力で成形後、ポリ袋に真空封入し、室温(25℃)で200MPaの圧力でCIP(冷間等方静水圧)処理して圧粉体を得た。圧粉体を水素ガスを2L/minでフローさせた雰囲気中350℃で3時間熱処理した。これにより、圧粉体中のCo炭化物がCo金属になるため、圧粉体はWCとCo金属との混合体に変化する。WCとCo金属との混合体を、Arガス、N2ガス、ArおよびH2の混合ガス、またはN2およびH2の混合ガスの雰囲気中、1350℃で1時間熱処理することにより、Co液相焼結が起こり、WC-Co焼結体を調製した。タングステン炭化物-コバルト焼結体を、Arガス雰囲気中1320℃および100MPaでHIP(熱間静水圧加圧)処理することにより、超硬合金を調製した。
2. Preparation of cemented carbide 10 g of the WC powder obtained above was crushed, molded using a tablet press at a pressure of 50 MPa, vacuum sealed in a plastic bag, and subjected to CIP (cooling) at a pressure of 200 MPa at room temperature (25°C). (isostatic hydrostatic pressure) to obtain a green compact. The green compact was heat-treated at 350° C. for 3 hours in an atmosphere in which hydrogen gas was flowing at 2 L/min. As a result, the Co carbide in the green compact becomes Co metal, and the green compact changes to a mixture of WC and Co metal. A mixture of WC and Co metal is heat-treated at 1350°C for 1 hour in an atmosphere of Ar gas, N 2 gas, a mixed gas of Ar and H 2 , or a mixed gas of N 2 and H 2 to form a Co liquid. Phase sintering occurred and a WC-Co sintered body was prepared. A cemented carbide was prepared by subjecting a tungsten carbide-cobalt sintered body to HIP (hot isostatic pressing) at 1320° C. and 100 MPa in an Ar gas atmosphere.

3.物性評価
上記により得られたタングステン炭化物粉末および超硬合金の物性は、以下の方法により測定して評価して、結果を表1にまとめた。ここで、表1において、「<LOD」とは、TEM-EDX法による測定限界未満である0.1mass%未満を示す。
3. Evaluation of Physical Properties The physical properties of the tungsten carbide powder and cemented carbide obtained above were measured and evaluated by the following methods, and the results are summarized in Table 1. Here, in Table 1, "<LOD" indicates less than 0.1 mass%, which is less than the measurement limit by the TEM-EDX method.

(WC粉末および超硬合金の組成の評価)
WC粉末および超硬合金の組成は、ICP-AES法により特定した。具体的には、WC粉末0.1gを適宜メノウ乳鉢で粉砕した。炭酸カルシウム0.2gと酸化ホウ素0.5gとからなるアルカリ溶媒とともに白金ルツボ中に投入して1000℃で溶融し、その溶融体を20mlの35mass%塩酸および20mlのイオン交換水からなる酸性溶液内にて60℃で回収した後に、イオン交換水にて200mlまで希釈する。これをICP分析装置(SHIMAZU社製ICPS-8100またはそれと同等の装置)に導入し、Ar(アルゴン)プラズマにて励起されたWおよびそれぞれの遷移金属元素より放出される光を分光し、発光強度より定量分析を行なった。
(Evaluation of composition of WC powder and cemented carbide)
The compositions of the WC powder and cemented carbide were determined by the ICP-AES method. Specifically, 0.1 g of WC powder was appropriately ground in an agate mortar. 0.2 g of calcium carbonate and 0.5 g of boron oxide were placed in a platinum crucible together with an alkaline solvent and melted at 1000°C. After collecting at 60° C., dilute to 200 ml with ion-exchanged water. This was introduced into an ICP analyzer (ICPS-8100 manufactured by SHIMAZU or an equivalent device), and the light emitted from W excited in Ar (argon) plasma and each transition metal element was analyzed, and the emission intensity was measured. A more quantitative analysis was performed.

(WC粉末および超硬合金の平均粒径の評価)
WC粉末および超硬合金中のWC粒子の平均粒径は、TEM観察により、50個以上の粒子が含まれる視野像から、リニアインターセプト法により算出した。また、XRD測定による回折ピークの半値幅から以下のシェラーの式(1)
D=(0.94λ)/(βcosθ) ・・・(1)
(式中、D:結晶平均粒径、λ:X線波長、β:半値幅[rad]、θ:ブラッグ角)によって算出した結晶平均粒径が上記の平均粒径に一致することも確認した。
(Evaluation of average particle size of WC powder and cemented carbide)
The average particle size of the WC particles in the WC powder and cemented carbide was calculated by the linear intercept method from a visual field image containing 50 or more particles by TEM observation. In addition, from the half-width of the diffraction peak by XRD measurement, the following Scherrer equation (1) is used.
D=(0.94λ)/(βcosθ)...(1)
It was also confirmed that the average crystal grain size calculated by (in the formula, D: crystal average grain size, λ: X-ray wavelength, β: half width [rad], θ: Bragg angle) corresponds to the above average grain size. .

(WC粉末および超硬合金におけるCoを含む遷移金属元素の固溶の有無)
WC粉末および超硬合金のWC粒子にCoを含む遷移金属元素が固溶しているか否かは、HAADF-STEM法により得られるHAADF-STEM像において、WC粒子に含まれるWおよびそれぞれの遷移金属元素の分布を示すコントラストに差が無いか有るか(すなわち、コントラストがほぼ重なるか否か)、および、遷移金属元素の分離、析出または偏析が無い(固溶)か分離、析出または偏析があるか(非固溶)かにより確認した。
(Presence or absence of solid solution of transition metal elements including Co in WC powder and cemented carbide)
Whether or not transition metal elements including Co are dissolved in the WC powder and WC particles of cemented carbide can be determined by the presence of W and each transition metal contained in the WC particles in the HAADF-STEM image obtained by the HAADF-STEM method. Whether there is no difference in contrast indicating the distribution of elements (i.e., whether the contrasts almost overlap or not), and whether there is separation, precipitation, or segregation of transition metal elements (solid solution) or separation, precipitation, or segregation. Confirmation was made by whether (non-solid solution).

(WC粉末および超硬合金における遷移金属元素の分布の評価)
(1)粒子間濃度ばらつきの評価
WC粉末および超硬合金のTEMによる顕微鏡像(TEM像)における任意の20個のWC粒子のそれぞれの中心の点において、TEM-EDX法によりWC粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子間濃度ばらつきが、粒子間平均濃度に対して何%になるのかを算出することにより、粒子間濃度ばらつきを評価した。
(Evaluation of distribution of transition metal elements in WC powder and cemented carbide)
(1) Evaluation of interparticle concentration variation At the center point of each of 20 arbitrary WC particles in a TEM microscopic image (TEM image) of WC powder and cemented carbide, the WC particles contained in the WC particles are determined by the TEM-EDX method. When measuring the concentration of each transition metal element, calculate what percentage of the inter-particle concentration variation, expressed as the difference between the maximum and minimum measured values, is relative to the average inter-particle concentration. The inter-particle concentration variation was evaluated.

(2)粒子内濃度ばらつきの評価
WC粉末および超硬合金のTEM像におけるWC粒子の中心部を通る直線上で任意に選択されるWC粒子の内部の5つの点において、TEM-EDX法によりWC粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子内濃度ばらつきが、粒子内平均濃度に対して何%になるのかを算出することにより、粒子内濃度ばらつきを評価した。
(2) Evaluation of intra-particle concentration variation The TEM-EDX method was used to evaluate the WC particles at five points inside the WC particles arbitrarily selected on a straight line passing through the center of the WC particles in the TEM images of the WC powder and cemented carbide. When measuring the concentration of each transition metal element contained in particles, what percentage of the intra-particle concentration variation, expressed as the difference between the maximum and minimum measured values, is relative to the average intra-particle concentration? By calculating, the intra-particle concentration variation was evaluated.

(超硬合金の硬度)
ビッカース硬度試験機(SHIMAZU社製HMV-G21)を用いて、超硬合金に圧子を荷重100gで5秒間押し込んだときに得られる圧痕からビッカース硬度を算出した。
(hardness of cemented carbide)
Using a Vickers hardness tester (HMV-G21 manufactured by SHIMAZU), the Vickers hardness was calculated from the indentation obtained when an indenter was pressed into the cemented carbide at a load of 100 g for 5 seconds.

(超硬合金の耐摩耗性)
直径8mm×長さ80mmの丸棒形状に作製した超硬合金に、研削加工および放電加工を施し、外周部を形成した。水を導入する箇所にテーパー部を形成し、超硬合金中央に長手方向に直径0.5mmの貫通孔を形成することにより高圧水流加工用ノズルを作製した。作製したノズルを用いて、#120ガーネット砥粒を含む水性スラリーを用いた水圧300MPaで鉄板を切断する試験を実施した。一定時間ごとにノズル貫通孔の直径を測定し、摩耗による直径変化を記録した。貫通孔初期直径0.5mmに対して、直径が0.1mm増加するまで水圧切断試験を実施した。貫通孔直径が0.6mmになるまでの時間を寿命として評価した。寿命が長いほど耐摩耗性が高い。
(Wear resistance of cemented carbide)
A cemented carbide prepared in the shape of a round bar with a diameter of 8 mm and a length of 80 mm was subjected to grinding and electrical discharge machining to form an outer peripheral portion. A nozzle for high-pressure water jet machining was produced by forming a tapered portion at the point where water is introduced, and forming a through hole with a diameter of 0.5 mm in the longitudinal direction in the center of the cemented carbide. Using the prepared nozzle, a test was conducted in which an iron plate was cut at a water pressure of 300 MPa using an aqueous slurry containing #120 garnet abrasive grains. The diameter of the nozzle through hole was measured at regular intervals, and changes in diameter due to wear were recorded. With respect to the initial diameter of the through hole of 0.5 mm, a hydraulic cutting test was conducted until the diameter increased by 0.1 mm. The time taken until the diameter of the through hole reached 0.6 mm was evaluated as the lifespan. The longer the life, the higher the wear resistance.

<実施例I-2>
上記実施例I-1で調製したWC粉末を、高圧焼結装置(KOBELCO社製)を用いて、圧力7GPaおよび温度1350℃で30分間処理することにより超硬合金を作製したこと以外は、実施例I-1と同様にしてWC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例I-1と同様にして評価した。結果を表1にまとめた。
<Example I-2>
Except that the cemented carbide was produced by processing the WC powder prepared in Example I-1 above for 30 minutes at a pressure of 7 GPa and a temperature of 1350°C using a high-pressure sintering device (manufactured by KOBELCO). WC powder and cemented carbide were produced in the same manner as in Example I-1, and their physical properties were evaluated in the same manner as in Example I-1. The results are summarized in Table 1.

<実施例II-1>
第4水溶液を調製する際に、第3水溶液に混合する混合遷移金属元素としてCoを含む硝酸コバルト(和光純薬工業製試薬)の濃度500g/Lの水溶液100mlに塩化バナジウム(III)粉末1g(WO3粉末200gに対して0.5mass%に相当)を添加したこと以外は、実施例I-1と同様にして、WC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例I-1と同様にして評価した。結果を表1にまとめた。ここで、塩化バナジウム(III)とは、V(バナジウム)イオンの価数が3である塩化バナジウムを意味する。
<Example II-1>
When preparing the fourth aqueous solution, 1 g of vanadium (III) chloride powder ( WC powder and cemented carbide were prepared in the same manner as in Example I-1, except that 0.5 mass% (equivalent to 200 g of WO 3 powder) was added, and their physical properties were determined as in Example I-1. It was evaluated in the same manner. The results are summarized in Table 1. Here, vanadium (III) chloride means vanadium chloride whose V (vanadium) ion has a valence of 3.

<実施例II-2>
塩化バナジウム(III)粉末1gに替えて塩化クロム(III)粉末1gを用いたこと以外は、実施例II-1と同様にして、WC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例I-1と同様にして評価した。結果を表1にまとめた。ここで、塩化クロム(III)とは、Cr(クロム)イオンの価数が3である塩化クロムを意味する。
<Example II-2>
WC powder and cemented carbide were produced in the same manner as in Example II-1, except that 1 g of chromium (III) chloride powder was used in place of 1 g of vanadium (III) chloride powder, and their physical properties were described in Example II-1. Evaluation was made in the same manner as I-1. The results are summarized in Table 1. Here, chromium (III) chloride means chromium chloride in which the valence of Cr (chromium) ions is 3.

<実施例II-3>
塩化バナジウム(III)粉末1gに替えて塩化バナジウム(III)粉末0.6gおよび塩化クロム(III)粉末0.4gを用いたこと以外は、実施例II-1と同様にして、WC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例I-1と同様にして評価した。結果を表1にまとめた。
<Example II-3>
WC powder and ultraviolet chloride powder were prepared in the same manner as in Example II-1, except that 0.6 g of vanadium (III) chloride powder and 0.4 g of chromium (III) chloride powder were used in place of 1 g of vanadium (III) chloride powder. Hard alloys were produced and their physical properties were evaluated in the same manner as in Example I-1. The results are summarized in Table 1.

<実施例II-4>
塩化バナジウム(III)粉末1gに替えて塩化タンタル(V)粉末1gを用いたこと以外は、実施例II-1と同様にして、WC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例I-1と同様にして評価した。結果を表1にまとめた。ここで、塩化タンタル(V)とは、Ta(タンタル)イオンの価数が5である塩化タンタルを意味する。
<Example II-4>
WC powder and cemented carbide were produced in the same manner as in Example II-1, except that 1 g of tantalum (V) chloride powder was used in place of 1 g of vanadium (III) chloride powder, and their physical properties were described in Example II-1. Evaluation was made in the same manner as I-1. The results are summarized in Table 1. Here, tantalum (V) chloride means tantalum chloride in which the Ta (tantalum) ion has a valence of 5.

<実施例II-5>
塩化バナジウム(III)粉末1gに替えて塩化ニオブ(V)粉末1gを用いたこと以外は、実施例II-1と同様にして、WC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例I-1と同様にして評価した。結果を表1にまとめた。ここで、塩化ニオブ(V)とは、Nb(ニオブ)イオンの価数が5である塩化ニオブを意味する。
<Example II-5>
WC powder and cemented carbide were produced in the same manner as in Example II-1, except that 1 g of niobium (V) chloride powder was used in place of 1 g of vanadium (III) chloride powder, and their physical properties were described in Example II-1. Evaluation was made in the same manner as I-1. The results are summarized in Table 1. Here, niobium chloride (V) means niobium chloride in which the valence of Nb (niobium) ions is 5.

<実施例II-6>
塩化バナジウム(III)粉末1gに替えて塩化モリブデン(V)粉末1gを用いたこと以外は、実施例II-1と同様にして、WC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例I-1と同様にして評価した。結果を表1にまとめた。ここで、塩化モリブデン(V)とは、Mo(モリブデン)イオンの価数が5である塩化モリブデンを意味する。
<Example II-6>
WC powder and cemented carbide were produced in the same manner as in Example II-1, except that 1 g of molybdenum chloride (V) powder was used in place of 1 g of vanadium (III) chloride powder, and their physical properties were described in Example II-1. Evaluation was made in the same manner as I-1. The results are summarized in Table 1. Here, molybdenum chloride (V) means molybdenum chloride in which the valence of Mo (molybdenum) ions is 5.

<比較例I>
上記の実施例との比較のため、WC粉末(アライドマテリアル社製WC02NRPグレード)100g、高純度化学研究所社製Co金属粉末2gをエタノール分散媒に投入し、アトライタ混合し、乾燥粉末を錠剤成形器で圧力50MPaで成形した後、ポリ袋に真空封入し、室温(25℃)および200MPaでCIP(冷間等方静水圧加圧)処理して圧粉体を得た。圧粉体をArガス雰囲気中1350℃で1時間熱処理することにより、焼結体を調製した。この焼結体をArガス雰囲気中で温度1320℃かつ圧力100MPaでHIP(熱間等方静水圧加圧)処理することにより、超硬合金を調製した。得られた超硬合金の物性を実施例I-1と同様にして評価した。結果を表1にまとめた。
<Comparative example I>
For comparison with the above example, 100 g of WC powder (WC02NRP grade manufactured by Allied Materials) and 2 g of Co metal powder manufactured by Kojundo Kagaku Kenkyusho were added to an ethanol dispersion medium, mixed with an attritor, and the dry powder was formed into tablets. After molding in a container at a pressure of 50 MPa, it was vacuum sealed in a plastic bag and subjected to CIP (cold isostatic pressing) at room temperature (25° C.) and 200 MPa to obtain a green compact. A sintered body was prepared by heat-treating the green compact at 1350° C. for 1 hour in an Ar gas atmosphere. A cemented carbide was prepared by subjecting this sintered body to HIP (hot isostatic pressing) at a temperature of 1320° C. and a pressure of 100 MPa in an Ar gas atmosphere. The physical properties of the obtained cemented carbide were evaluated in the same manner as in Example I-1. The results are summarized in Table 1.

<比較例II>
上記の実施例との比較のため、濃度50mass%のメタタングステン酸アンモニウム水溶液(日本無機化学工業社製MW-2)1Lに対し、硝酸コバルト10g、バナジン酸アンモニウム5g(いずれも和光純薬工業社製純度99%試薬)を溶解させた。この混合水溶液について噴霧熱分解装置(大川原化工機社製)を用いて、粒径約10μmの混合酸化物粉末とした。この混合酸化物粉末を一酸化炭素と水素の混合ガス(CO/H2=1/4)雰囲気下900℃で還元および炭化することにより、WC粉末を得た。このWC粉末から比較例1と同様にして超硬合金を調製した。得られた超硬合金の物性を実施例I-1と同様にして評価した。結果を表1にまとめた。
<Comparative Example II>
For comparison with the above example, 10 g of cobalt nitrate and 5 g of ammonium vanadate (all of which were manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 99% pure reagent) was dissolved. This mixed aqueous solution was made into mixed oxide powder with a particle size of about 10 μm using a spray pyrolysis device (manufactured by Okawara Kakoki Co., Ltd.). A WC powder was obtained by reducing and carbonizing this mixed oxide powder at 900° C. in a mixed gas atmosphere of carbon monoxide and hydrogen (CO/H 2 =1/4). A cemented carbide was prepared from this WC powder in the same manner as in Comparative Example 1. The physical properties of the obtained cemented carbide were evaluated in the same manner as in Example I-1. The results are summarized in Table 1.

Figure 0007405210000001
Figure 0007405210000001

表1を参照して、実施例I-1~I-2およびII-1~II-6に示すように、平均粒径が50nm以下のタングステン炭化物(WC)粒子を含み、WC粒子が遷移金属元素が固溶しており、遷移金属元素はコバルト(Co)を含むWC粉末を焼結することにより、硬度および耐摩耗性の高い(たとえばノズル寿命の長い)超硬合金が得られることが分かった。 Referring to Table 1, as shown in Examples I-1 to I-2 and II-1 to II-6, the WC particles contain tungsten carbide (WC) particles with an average particle size of 50 nm or less, and the WC particles contain a transition metal. It has been found that cemented carbide with high hardness and wear resistance (for example, long nozzle life) can be obtained by sintering WC powder that contains cobalt (Co) as a transition metal element. Ta.

<実施例III-1>
1.タングステン炭化物粉末の調製
10mass%のアンモニア水(和光純薬製試薬)1Lに対し、タングステン酸化物であるWO3粉末(アライドマテリアル製F1グレード)200gを投入し、24時間スターラー攪拌して溶解させることにより、第1水溶液を調製した。第1水溶液に無水クエン酸180gを投入して溶解させることにより、第2水溶液を調製した。第2水溶液を150℃の恒温器内で24時間放置することにより、第2水溶液を乾燥(第1次乾燥)させて乾燥固形物を調製した。第2水溶液の乾燥は、クエン酸の分解温度180℃より30℃低い150℃で行なった。乾燥固形物を1Lの水に再度溶解させることにより、第3水溶液を調製した。この第3水溶液は酸性水溶液であった。第3水溶液に遷移金属元素としてCoを含む硝酸コバルト(和光純薬工業製試薬)の濃度500g/Lの水溶液165mlを混合することにより第4水溶液を調製した。第4水溶液を150℃の恒温器に24時間放置することにより、炭化物前駆体を調製した。雰囲気置換焼結炉(モトヤマ製NLA-2025D)を用いて、炭化物前駆体をカーボンボート内に配置し、窒素ガスを0.5L/minでフローさせた雰囲気中900℃で2時間熱処理することにより、WC(タングステン炭化物)粉末を調製した。
<Example III-1>
1. Preparation of tungsten carbide powder Add 200 g of WO 3 powder (F1 grade, manufactured by Allied Materials), which is a tungsten oxide, to 1 L of 10 mass% ammonia water (reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and stir with a stirrer for 24 hours to dissolve. A first aqueous solution was prepared. A second aqueous solution was prepared by adding 180 g of anhydrous citric acid to the first aqueous solution and dissolving it. The second aqueous solution was left in a thermostat at 150° C. for 24 hours to dry the second aqueous solution (first drying) to prepare a dry solid. The second aqueous solution was dried at 150°C, which is 30°C lower than the decomposition temperature of citric acid, 180°C. A third aqueous solution was prepared by redissolving the dry solids in 1 L of water. This third aqueous solution was an acidic aqueous solution. A fourth aqueous solution was prepared by mixing 165 ml of an aqueous solution of cobalt nitrate (reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) containing Co as a transition metal element with a concentration of 500 g/L into the third aqueous solution. A carbide precursor was prepared by leaving the fourth aqueous solution in a thermostat at 150° C. for 24 hours. Using an atmosphere displacement sintering furnace (NLA-2025D manufactured by Motoyama), the carbide precursor was placed in a carbon boat and heat treated at 900°C for 2 hours in an atmosphere with nitrogen gas flowing at a rate of 0.5 L/min. , WC (tungsten carbide) powder was prepared.

2.超硬合金の調製
上記により得られたWC粉末10gを粉砕し、錠剤成形器を用いて50MPaの圧力で成形後、ポリ袋に真空封入し、室温(25℃)で200MPaの圧力でCIP(冷間等方静水圧)処理して圧粉体を得た。圧粉体を水素ガスを2L/minでフローさせた雰囲気中350℃で3時間熱処理した。これにより、圧粉体中のCo炭化物がCo金属になるため、圧粉体はWCとCo金属との混合体に変化する。WCとCo金属との混合体を、Arガス、N2ガス、ArおよびH2の混合ガス、またはN2およびH2の混合ガスの雰囲気中、1350℃で1時間熱処理することにより、Co液相焼結が起こり、WC-Co焼結体を調製した。タングステン炭化物-コバルト焼結体を、Arガス雰囲気中1320℃および100MPaでHIP(熱間静水圧加圧)処理することにより、超硬合金を調製した。
2. Preparation of cemented carbide 10 g of the WC powder obtained above was crushed, molded using a tablet press at a pressure of 50 MPa, vacuum sealed in a plastic bag, and subjected to CIP (cooling) at a pressure of 200 MPa at room temperature (25°C). (isostatic hydrostatic pressure) to obtain a green compact. The green compact was heat-treated at 350° C. for 3 hours in an atmosphere in which hydrogen gas was flowing at 2 L/min. As a result, the Co carbide in the green compact becomes Co metal, and the green compact changes to a mixture of WC and Co metal. A mixture of WC and Co metal is heat-treated at 1350°C for 1 hour in an atmosphere of Ar gas, N 2 gas, a mixed gas of Ar and H 2 , or a mixed gas of N 2 and H 2 to form a Co liquid. Phase sintering occurred and a WC-Co sintered body was prepared. A cemented carbide was prepared by subjecting a tungsten carbide-cobalt sintered body to HIP (hot isostatic pressing) at 1320° C. and 100 MPa in an Ar gas atmosphere.

3.物性評価
実施例I-1と同様にして、WC粉末および超硬合金の組成の評価、WC粉末および超硬合金の平均粒径の評価、WC粉末および超硬合金におけるCoを含む遷移金属元素の固溶の有無、ならびにWC粉末および超硬合金における遷移金属元素の分布の評価(粒子間濃度ばらつきの評価および粒子内濃度ばらつきの評価)を行った。また、上記により得られた超硬合金の曲げ強度を、以下の方法により測定して評価した。すなわち、曲げ強度は、超硬工具協会規格CIS026Bの「超硬質合金の曲げ強さ(抗折力)試験方法」に準じて行った。支点間距離は20mmとし、荷重点・支点サイズはR1.6-R3.0とし、試料サイズは4mm×8mm×25mmとした。結果を表2にまとめた。
3. Evaluation of physical properties In the same manner as in Example I-1, evaluation of the composition of WC powder and cemented carbide, evaluation of average particle diameter of WC powder and cemented carbide, and evaluation of transition metal elements including Co in WC powder and cemented carbide were performed. The presence or absence of solid solution and the distribution of transition metal elements in the WC powder and cemented carbide were evaluated (evaluation of interparticle concentration variation and evaluation of intraparticle concentration variation). Further, the bending strength of the cemented carbide obtained above was measured and evaluated by the following method. That is, the bending strength was measured according to the "Test method for bending strength (transverse rupture strength) of cemented carbide" of the Cemented Carbide Tool Association standard CIS026B. The distance between fulcrums was 20 mm, the load point/fulcrum size was R1.6-R3.0, and the sample size was 4 mm x 8 mm x 25 mm. The results are summarized in Table 2.

<実施例III-2>
第4水溶液を調製する際に、第3水溶液に混合する混合遷移金属元素としてCoを含む硝酸コバルト(和光純薬工業製試薬)の濃度500g/Lの水溶液165mlに塩化バナジウム(III)粉末0.8g(WO3粉末200gに対して0.4mass%に相当)を添加したこと以外は、実施例III-1と同様にして、WC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例III-1と同様にして評価した。結果を表2にまとめた。
<Example III-2>
When preparing the fourth aqueous solution, 165 ml of an aqueous solution with a concentration of 500 g/L of cobalt nitrate (reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) containing Co as a mixed transition metal element to be mixed in the third aqueous solution is mixed with 0.0 ml of vanadium (III) chloride powder. WC powder and cemented carbide were prepared in the same manner as in Example III-1, except that 8 g (corresponding to 0.4 mass% with respect to 200 g of WO 3 powder) was added, and their physical properties were evaluated as in Example III. -1 was evaluated in the same manner. The results are summarized in Table 2.

<実施例III-3>
第4水溶液を調製する際に、第3水溶液に混合する混合遷移金属元素としてCoを含む硝酸コバルト(和光純薬工業製試薬)の濃度500g/Lの水溶液165mlに塩化クロム(III)粉末1.6g(WO3粉末200gに対して0.8mass%に相当)を添加したこと以外は、実施例III-1と同様にして、WC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例III-1と同様にして評価した。結果を表2にまとめた。
<Example III-3>
When preparing the fourth aqueous solution, chromium (III) chloride powder 1. WC powder and cemented carbide were prepared in the same manner as in Example III-1, except that 6 g (corresponding to 0.8 mass% with respect to 200 g of WO 3 powder) was added, and their physical properties were evaluated as in Example III. -1 was evaluated in the same manner. The results are summarized in Table 2.

<実施例III-4>
第4水溶液を調製する際に、第3水溶液に混合する混合遷移金属元素としてCoを含む硝酸コバルト(和光純薬工業製試薬)の濃度500g/Lの水溶液165mlに塩化バナジウム(III)粉末0.8g(WO3粉末200gに対して0.4mass%に相当)および塩化クロム(III)粉末1.6g(WO3粉末200gに対して0.8mass%に相当)を添加したこと以外は、実施例III-1と同様にして、WC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例III-1と同様にして評価した。結果を表2にまとめた。
<Example III-4>
When preparing the fourth aqueous solution, 165 ml of an aqueous solution with a concentration of 500 g/L of cobalt nitrate (reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) containing Co as a mixed transition metal element to be mixed in the third aqueous solution is mixed with 0.0 ml of vanadium (III) chloride powder. Example except that 8 g (corresponding to 0.4 mass% to 200 g of WO 3 powder) and 1.6 g of chromium (III) chloride powder (corresponding to 0.8 mass% to 200 g of WO 3 powder) were added. WC powder and cemented carbide were produced in the same manner as in Example III-1, and their physical properties were evaluated in the same manner as in Example III-1. The results are summarized in Table 2.

<実施例III-5>
第4水溶液を調製する際に、第3水溶液に混合する混合遷移金属元素としてCoを含む硝酸コバルト(和光純薬工業製試薬)の濃度500g/Lの水溶液73mlに塩化バナジウム(III)粉末0.8g(WO3粉末200gに対して0.4mass%に相当)を添加したこと以外は、実施例III-1と同様にして、WC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例III-1と同様にして評価した。結果を表2にまとめた。
<Example III-5>
When preparing the fourth aqueous solution, 73 ml of an aqueous solution with a concentration of 500 g/L of cobalt nitrate (reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) containing Co as a mixed transition metal element to be mixed in the third aqueous solution is mixed with 0.0 ml of vanadium (III) chloride powder. WC powder and cemented carbide were prepared in the same manner as in Example III-1, except that 8 g (corresponding to 0.4 mass% with respect to 200 g of WO 3 powder) was added, and their physical properties were evaluated as in Example III. -1 was evaluated in the same manner. The results are summarized in Table 2.

<実施例III-6>
第4水溶液を調製する際に、第3水溶液に混合する混合遷移金属元素としてCoを含む硝酸コバルト(和光純薬工業製試薬)の濃度500g/Lの水溶液91mlに塩化バナジウム(III)粉末0.8g(WO3粉末200gに対して0.4mass%に相当)を添加したこと以外は、実施例III-1と同様にして、WC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例III-1と同様にして評価した。結果を表2にまとめた。
<Example III-6>
When preparing the fourth aqueous solution, 91 ml of an aqueous solution with a concentration of 500 g/L of cobalt nitrate (reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) containing Co as a mixed transition metal element to be mixed in the third aqueous solution is mixed with 0.0 ml of vanadium (III) chloride powder. WC powder and cemented carbide were prepared in the same manner as in Example III-1, except that 8 g (corresponding to 0.4 mass% with respect to 200 g of WO 3 powder) was added, and their physical properties were evaluated as in Example III. -1 was evaluated in the same manner. The results are summarized in Table 2.

<実施例III-7>
第4水溶液を調製する際に、第3水溶液に混合する混合遷移金属元素としてCoを含む硝酸コバルト(和光純薬工業製試薬)の濃度500g/Lの水溶液110mlに塩化バナジウム(III)粉末0.8g(WO3粉末200gに対して0.4mass%に相当)を添加したこと以外は、実施例III-1と同様にして、WC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例III-1と同様にして評価した。結果を表2にまとめた。
<Example III-7>
When preparing the fourth aqueous solution, 110 ml of an aqueous solution with a concentration of 500 g/L of cobalt nitrate (reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) containing Co as a mixed transition metal element to be mixed in the third aqueous solution is mixed with 0.0 ml of vanadium (III) chloride powder. WC powder and cemented carbide were prepared in the same manner as in Example III-1, except that 8 g (corresponding to 0.4 mass% with respect to 200 g of WO 3 powder) was added, and their physical properties were evaluated as in Example III. -1 was evaluated in the same manner. The results are summarized in Table 2.

<実施例III-8>
第4水溶液を調製する際に、第3水溶液に混合する混合遷移金属元素としてCoを含む硝酸コバルト(和光純薬工業製試薬)の濃度500g/Lの水溶液220mlに塩化バナジウム(III)粉末0.8g(WO3粉末200gに対して0.4mass%に相当)を添加したこと以外は、実施例III-1と同様にして、WC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例III-1と同様にして評価した。結果を表2にまとめた。
<Example III-8>
When preparing the fourth aqueous solution, 220 ml of an aqueous solution with a concentration of 500 g/L of cobalt nitrate (reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) containing Co as a mixed transition metal element to be mixed in the third aqueous solution is mixed with 0.0 ml of vanadium (III) chloride powder. WC powder and cemented carbide were prepared in the same manner as in Example III-1, except that 8 g (corresponding to 0.4 mass% with respect to 200 g of WO 3 powder) was added, and their physical properties were evaluated as in Example III. -1 was evaluated in the same manner. The results are summarized in Table 2.

<実施例III-9>
第4水溶液を調製する際に、第3水溶液に混合する混合遷移金属元素としてCoを含む硝酸コバルト(和光純薬工業製試薬)の濃度500g/Lの水溶液256mlに塩化バナジウム(III)粉末0.8g(WO3粉末200gに対して0.4mass%に相当)を添加したこと以外は、実施例III-1と同様にして、WC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例III-1と同様にして評価した。結果を表2にまとめた。
<Example III-9>
When preparing the fourth aqueous solution, 256 ml of an aqueous solution with a concentration of 500 g/L of cobalt nitrate (reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) containing Co as a mixed transition metal element to be mixed in the third aqueous solution is mixed with 0.0 ml of vanadium (III) chloride powder. WC powder and cemented carbide were prepared in the same manner as in Example III-1, except that 8 g (corresponding to 0.4 mass% with respect to 200 g of WO 3 powder) was added, and their physical properties were evaluated as in Example III. -1 was evaluated in the same manner. The results are summarized in Table 2.

<実施例III-10>
第4水溶液を調製する際に、第3水溶液に混合する混合遷移金属元素としてCoを含む硝酸コバルト(和光純薬工業製試薬)の濃度500g/Lの水溶液275mlに塩化バナジウム(III)粉末0.8g(WO3粉末200gに対して0.4mass%に相当)を添加したこと以外は、実施例III-1と同様にして、WC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例III-1と同様にして評価した。結果を表2にまとめた。
<Example III-10>
When preparing the fourth aqueous solution, 275 ml of an aqueous solution with a concentration of 500 g/L of cobalt nitrate (reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) containing Co as a mixed transition metal element to be mixed in the third aqueous solution is mixed with 0.0 ml of vanadium (III) chloride powder. WC powder and cemented carbide were prepared in the same manner as in Example III-1, except that 8 g (corresponding to 0.4 mass% with respect to 200 g of WO 3 powder) was added, and their physical properties were evaluated as in Example III. -1 was evaluated in the same manner. The results are summarized in Table 2.

<実施例III-11>
第4水溶液を調製する際に、第3水溶液に混合する混合遷移金属元素としてCoを含む硝酸コバルト(和光純薬工業製試薬)の濃度500g/Lの水溶液294mlに塩化バナジウム(III)粉末0.8g(WO3粉末200gに対して0.4mass%に相当)を添加したこと以外は、実施例III-1と同様にして、WC粉末および超硬合金を作製し、それらの物性を実施例III-1と同様にして評価した。結果を表2にまとめた。
<Example III-11>
When preparing the fourth aqueous solution, 294 ml of an aqueous solution with a concentration of 500 g/L of cobalt nitrate (reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) containing Co as a mixed transition metal element to be mixed in the third aqueous solution is mixed with 0.0 ml of vanadium (III) chloride powder. WC powder and cemented carbide were prepared in the same manner as in Example III-1, except that 8 g (corresponding to 0.4 mass% with respect to 200 g of WO 3 powder) was added, and their physical properties were evaluated as in Example III. -1 was evaluated in the same manner. The results are summarized in Table 2.

<比較例III>
上記の実施例との比較のため、WC粉末(アライドマテリアル社製WC02NRPグレード)100g、VC粉末(アライドマテリアル社製OR10グレード)0.41g、高純度化学研究所社製Co金属粉末2gをエタノール分散媒に投入し、アトライタ混合し、乾燥粉末を錠剤成形器で圧力50MPaで成形した後、ポリ袋に真空封入し、室温(25℃)および200MPaでCIP(冷間等方静水圧加圧)処理して圧粉体を得た。圧粉体をArガス雰囲気中1350℃で1時間熱処理することにより、焼結体を調製した。この焼結体をArガス雰囲気中で温度1320℃かつ圧力100MPaでHIP(熱間等方静水圧加圧)処理することにより、超硬合金を調製した。得られた超硬合金の物性を実施例III-1と同様にして評価した。結果を表2にまとめた。
<Comparative Example III>
For comparison with the above example, 100 g of WC powder (WC02NRP grade manufactured by Allied Materials), 0.41 g of VC powder (OR10 grade manufactured by Allied Materials), and 2 g of Co metal powder manufactured by Kojundo Kagaku Kenkyusho Co., Ltd. were dispersed in ethanol. The powder was poured into a medium, mixed with an attritor, and the dry powder was molded using a tablet molding machine at a pressure of 50 MPa, then vacuum sealed in a plastic bag and treated with CIP (cold isostatic isostatic pressing) at room temperature (25°C) and 200 MPa. A green compact was obtained. A sintered body was prepared by heat-treating the green compact at 1350° C. for 1 hour in an Ar gas atmosphere. A cemented carbide was prepared by subjecting this sintered body to HIP (hot isostatic pressing) at a temperature of 1320° C. and a pressure of 100 MPa in an Ar gas atmosphere. The physical properties of the obtained cemented carbide were evaluated in the same manner as in Example III-1. The results are summarized in Table 2.

Figure 0007405210000002
Figure 0007405210000002

表2を参照し、実施例III-1~III-10に示すように、平均粒径が50nm以下のタングステン炭化物(WC)粒子を含み、WC粒子が遷移金属元素が固溶しており、遷移金属元素はコバルト(Co)を含み、Coの含有量が5.0mass%以上15mass%以下のWC粉末を焼結することにより、WC粒子の表面に析出したCo金属の含有量が5.0mass%以上15mass%以下で、曲げ強度が高い超硬合金が得られることが分かった。 Referring to Table 2, as shown in Examples III-1 to III-10, the WC particles contain tungsten carbide (WC) particles with an average particle size of 50 nm or less, and the WC particles have a transition metal element dissolved therein. The metal element includes cobalt (Co), and by sintering WC powder with a Co content of 5.0 mass% or more and 15 mass% or less, the content of Co metal precipitated on the surface of the WC particles is 5.0 mass%. It has been found that a cemented carbide with high bending strength can be obtained with a content of 15 mass% or less.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the embodiments and examples described above, and it is intended that equivalent meanings to the claims and all changes within the scope are included.

S11 タングステン酸化物の溶解工程、S12 有機酸の添加工程、S13 第1次乾燥工程、S14 乾燥固形物の溶解工程、S15 遷移金属元素の添加工程、S20 第2次乾燥工程、S30 炭化工程、S40 焼結工程。 S11 Tungsten oxide dissolution step, S12 Organic acid addition step, S13 First drying step, S14 Dry solid matter dissolution step, S15 Transition metal element addition step, S20 Second drying step, S30 Carbonization step, S40 Sintering process.

Claims (5)

タングステン炭化物粒子を含み、コバルト金属相をさらに含み、
前記タングステン炭化物粒子は、遷移金属元素が固溶しており、平均粒径が80nm以下であり、最大粒径が100nm以下であり、
前記遷移金属元素は、バナジウム、クロム、タンタル、ニオブ、およびモリブデンからなる群から選択される少なくとも1種類である、超硬合金。
comprising tungsten carbide particles and further comprising a cobalt metal phase;
The tungsten carbide particles contain a transition metal element in solid solution, have an average particle size of 80 nm or less, and have a maximum particle size of 100 nm or less,
The cemented carbide, wherein the transition metal element is at least one selected from the group consisting of vanadium, chromium, tantalum, niobium, and molybdenum .
透過電子顕微鏡による顕微鏡像における任意の20個の前記タングステン炭化物粒子のそれぞれの中心の点において、透過電子顕微鏡エネルギー分散型X線分光法による前記タングステン炭化物粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子間濃度ばらつきが、粒子間平均濃度の10%以下である、請求項1に記載の超硬合金。 At the center point of each of the arbitrary 20 tungsten carbide particles in the microscopic image obtained by a transmission electron microscope, the concentration of each transition metal element contained in the tungsten carbide particles is determined by energy dispersive X-ray spectroscopy using a transmission electron microscope. The cemented carbide according to claim 1 , wherein the interparticle concentration variation, expressed as the difference between the maximum and minimum measured values, is 10% or less of the average interparticle concentration. 透過電子顕微鏡による顕微鏡像における前記タングステン炭化物粒子の中心を通る直線上で任意に選択される前記タングステン炭化物粒子の内部の5つの点において、透過電子顕微鏡エネルギー分散型X線分光法による前記タングステン炭化物粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子内濃度ばらつきが粒子内平均濃度の10%以下である、請求項1または請求項2に記載の超硬合金。 The tungsten carbide particles obtained by transmission electron microscopy energy dispersive X-ray spectroscopy at five points inside the tungsten carbide particles arbitrarily selected on a straight line passing through the center of the tungsten carbide particles in a microscopic image obtained by a transmission electron microscope. Claim 1: When the concentration of each transition metal element contained in the transition metal element is measured, the intra-particle concentration variation represented by the difference between the maximum and minimum measured values is 10% or less of the average intra-particle concentration. Or the cemented carbide according to claim 2 . 記コバルト金属相の含有量は15mass%以下である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の超硬合金。 The cemented carbide according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the cobalt metal phase is 15 mass% or less. タングステン炭化物粒子を含み、コバルト金属相をさらに含み、
前記タングステン炭化物粒子は遷移金属元素が固溶しており、
前記遷移金属元素は、バナジウム、クロム、タンタル、ニオブ、およびモリブデンからなる群から選択される少なくとも1種類であり、
前記タングステン炭化物粒子は、平均粒径が80nm以下であり、最大粒径が100nm以下であり、
透過電子顕微鏡による顕微鏡像における任意の20個の前記タングステン炭化物粒子のそれぞれの中心の点において、透過電子顕微鏡エネルギー分散型X線分光法による前記タングステン炭化物粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子間濃度ばらつきが、粒子間平均濃度の10%以下であり、
透過電子顕微鏡による顕微鏡像における前記タングステン炭化物粒子の中心を通る直線上で任意に選択される前記タングステン炭化物粒子の内部の5つの点において、透過電子顕微鏡エネルギー分散型X先分光法による前記タングステン炭化物粒子に含まれるそれぞれの遷移金属元素の濃度を測定したときの、測定値の最大値と最小値との差で表される粒子内濃度ばらつきが粒子内平均濃度の10%以下である、超硬合金。
comprising tungsten carbide particles and further comprising a cobalt metal phase;
The tungsten carbide particles have a transition metal element dissolved therein,
The transition metal element is at least one selected from the group consisting of vanadium, chromium, tantalum, niobium, and molybdenum,
The tungsten carbide particles have an average particle size of 80 nm or less and a maximum particle size of 100 nm or less,
At the center point of each of the arbitrary 20 tungsten carbide particles in the microscopic image obtained by a transmission electron microscope, the concentration of each transition metal element contained in the tungsten carbide particles is determined by energy dispersive X-ray spectroscopy using a transmission electron microscope. When measured, the interparticle concentration variation represented by the difference between the maximum and minimum measured values is 10% or less of the average interparticle concentration,
At five points inside the tungsten carbide particles arbitrarily selected on a straight line passing through the center of the tungsten carbide particles in a microscopic image obtained by a transmission electron microscope, the tungsten carbide particles are measured by energy dispersive X-axis spectroscopy using a transmission electron microscope. Cemented carbide, in which the intra-particle concentration variation, expressed as the difference between the maximum and minimum measured values, is 10% or less of the average intra-particle concentration when measuring the concentration of each transition metal element contained in the .
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