JPS58501382A - High hardness material - Google Patents

High hardness material

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JPS58501382A
JPS58501382A JP57502807A JP50280782A JPS58501382A JP S58501382 A JPS58501382 A JP S58501382A JP 57502807 A JP57502807 A JP 57502807A JP 50280782 A JP50280782 A JP 50280782A JP S58501382 A JPS58501382 A JP S58501382A
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ホルツル・ロバート・エイ
ベナンダー・ロバート・イー
デービス・ロバート・デイー
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エアー・プロダクツ・アンド・ケミカルズ・インコーポレーテッド
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 高硬度材料 本発明は、改良されたタングステン−炭素材料、およびこのような材料を製造す る方法に関する。[Detailed description of the invention] High hardness material The present invention provides improved tungsten-carbon materials and methods for making such materials. Regarding how to

タングステンカーバイドは、耐摩耗材料として多年にわたって使用されてきてい る。このようなカーバイドは、−1、タングステンカーバイドを延性金属、たと えばコバルトと焼結して、許容しうる硬度、強度および靭性をもつ材料を製造す ることによって、製造される。Tungsten carbide has been used as a wear-resistant material for many years. Ru. Such carbides are -1, tungsten carbide, a ductile metal, For example, it can be sintered with cobalt to produce a material with acceptable hardness, strength and toughness. Manufactured by

また、このようなカーバイドは、たとえば、米国特許第3.g74,672号( Tarver) に記載されるような、化学的蒸着法により製造されて、きTこ が、それらは完全には満足すべきものではなかった。タングステンカーバイドの 析出において、2つの形態のカーバイト9、WCまたはW2Cが最もひんばんに 製造される。これらの形態のうちで、WCはW2Cよりももろ(な(かつ強いた めに、より望ましいと考えられる。前記Tarverの方法により製造される析 出物を研究し、これはW2Cの形態であることがわかった。このような析出物は 、比較的もろ(かつ強さに欠けるので、多くの目的に適さない。Further, such carbides are described, for example, in U.S. Patent No. 3. g74,672 ( Tarver) produced by chemical vapor deposition method, However, they were not completely satisfactory. tungsten carbide In precipitation, two forms of carbide 9, WC or W2C, are the most common. Manufactured. Of these forms, the WC is more flexible (and more coercive) than the W2C. Therefore, it is considered more desirable. Analytes produced by the Tarver method After studying the artifact, I found that it was a form of W2C. Such precipitates , relatively brittle (and lacking in strength), making it unsuitable for many purposes.

カーバイドを析出する他の化学的蒸着法は、米国特許第3,814.625号( LawinおよびE(ayman )中に記載されている。このLewinおよ びHaymanの方法において、タングステンカーバイドの析出物は、タングス テンのフッ化物を炭化水素および水素と400〜1000Cの温度において反応 させることにより、製造される。L+ewinおよびHayman は、WC, W2Cまたはそれらの混合物の形成を意図している。しかしながら、N、J、A rcher による引き続く研究は、望ましさに劣るW2Cのみが前記のLew inおよびHaymanの方法により生成されることを示した。”Tungst en Carbide Coatings on 5teel−N、J 、Ar cher著参照(Conference on ChemicalVapor  Deposition+ 5th International Confer ence 1975 * The Electro Chemical 5oc iety+Pr1nston、 N6w Jersey)oまた、Archer の研究によると、LewinおよびHayman の析出物は、長い結晶および 柱状の結晶の晶癖からなり、これらは低い引張り強さのそれ以上の原因となりう る。Other chemical vapor deposition methods for depositing carbides are described in U.S. Pat. No. 3,814.625 ( Lawin and E (ayman). This Lewin and In the methods of Hayman and Hayman, the tungsten carbide precipitate is Reacting the fluoride of ten with hydrocarbons and hydrogen at a temperature of 400-1000C It is manufactured by L+ewin and Hayman are W.C. It is intended to form W2C or mixtures thereof. However, N, J, A Subsequent research by Rcher revealed that only the less desirable W2C It was shown that it could be produced by the method of In and Hayman. “Tungst en Carbide Coatings on 5teel-N, J, Ar cher (Conference on Chemical Vapor) Deposition+ 5th International Conference ence 1975 * The Electro Chemical 5oc iety+Pr1nston, N6w Jersey) o Also, Archer According to the study of Lewin and Hayman, precipitates are composed of long crystals and Consisting of a crystal habit of columnar crystals, these may be further responsible for the low tensile strength Ru.

タングステンカーバイドの第6の形態、すなわちW3Cは、英国特許明細書第1 ,540.71’8号(1979年2月14日発行)およびWear、 Vol  48 、237−250(1978) 、 N、J、Archer et a l著に記載された。この材料は、初期にXa回折スRクトルにより特性づけられ 、ベータタングステンまたはA15タングステン構造と呼ばれ(Herman、 et al、 5tructurbericht、Vol、 1,928)そし てこれらの初期の研究者によりW2Oであると教示された。Archer et  alの析出物は、六フッ化タングステンおよびベンゼン、トルエンまたはキシ レンを用いる化学的蒸着により形成された。これらの析出物は、ある用途には適 するが、比較的太き(、細長い粒子であり、柱状配置を含んだ。したがって、析 出物は比較的低い引張り強さを有し、そして50マイクロメートルを超える析出 において横方向の割れを示した。The sixth form of tungsten carbide, namely W3C, is described in British Patent Specification No. , No. 540.71'8 (published February 14, 1979) and Wear, Vol. 48, 237-250 (1978), N. J. Archer et a. It was described in the author. This material was initially characterized by the Xa diffraction spectrum. , called beta tungsten or A15 tungsten structure (Herman, et al, 5tructorbericht, Vol. 1,928) was taught by these early researchers to be W2O. Archer etc. The precipitates of al are tungsten hexafluoride and benzene, toluene or oxygen. Formed by chemical vapor deposition using urethane. These precipitates are not suitable for some applications. However, the particles were relatively thick (and elongated, and included a columnar arrangement. Therefore, the analysis The precipitate has a relatively low tensile strength and the precipitate is larger than 50 micrometers. showed lateral cracking.

米国特許第4,162,345号(Robert A、Ho1z1.本願の発明 者のうちの1人、1979年7月24日発行)には、異常に高い硬度および引張 り強さの析出物を生ずる、タングステンおよび炭素またはモリブデンおよび炭素 の析出物の製造が記載されている。このような析出物は、柱状結晶を含まず、そ の代わり微細な、等軸結具から本質的に成る構造によって特徴づけられる。これ らの析出物の硬度、強度および柔軟性は、前述のようなタングステンカーバイド の先行技術の析出物より大きく改良される。U.S. Patent No. 4,162,345 (Robert A, Holz1. Invention of the present application) (Published July 24, 1979) has an unusually high hardness and tensile strength. tungsten and carbon or molybdenum and carbon, resulting in tough precipitates. The production of precipitates is described. Such precipitates do not contain columnar crystals; Instead, it is characterized by a structure consisting essentially of fine, equiaxed connections. this The hardness, strength and flexibility of the precipitates are similar to those of tungsten carbide as previously mentioned. is greatly improved over prior art deposits.

F(olzlの特許に記載される方法において、気体の揮発性・・ロゲン化物を 、炭素、水素および酸素を含有する気体の有機化合物と、支持体の表面よりも離 れたところにおいて置換反応で反応させて、中間生成物を生成する。In the method described in the F(olzl patent), a gaseous volatile... , a gaseous organic compound containing carbon, hydrogen, and oxygen and separated from the surface of the support. At that point, a substitution reaction is performed to produce an intermediate product.

その後、中間生成物の少なくとも一部分を水素ガスと、支持体の加熱された表面 において反応させる。Thereafter, at least a portion of the intermediate product is exposed to hydrogen gas and the heated surface of the support. React at

Ho1zlの特許に記載されている方法は、すぐれた機械的性質をもつ析出物の 製造において非常に有効であることが証明された。しかしながら、析出物と支持 体との間の膨張係数が実質的に異なる場合、このような析出物をできるだけ低い 温度で製造できることが望ましくなる。The method described in the Ho1zl patent produces a precipitate with excellent mechanical properties. It has proven to be very effective in manufacturing. However, precipitates and supports If the expansion coefficients between the bodies differ substantially, such precipitates should be kept as low as possible. It would be desirable to be able to manufacture at high temperatures.

析出物を含有する支持体が周囲温度に冷却するにつれて、支持体および析出物の 両者は収縮する。析出物の熱膨張4 率が支持体のそれと実質的に異なる場合、支持体および析出物は異なる速度で収 縮する。比較的高い温度から冷却するとき、これは析出物と支持体との間の境界 に応力の状態を発生することがあり、これにより支持体への析出物の接着が影響 を受けることがある。これは、析出物を支持体から分離して、それ自体で独立し た生成物を構成する場合、問題ではなく、事実有利であることがある。As the support containing the precipitate cools to ambient temperature, the support and precipitate Both contract. Thermal expansion of precipitate 4 If the rate is substantially different from that of the support, the support and precipitate will collect at different rates. Shrink. When cooling from a relatively high temperature, this is the boundary between the precipitate and the support. can create stress conditions, which can affect the adhesion of the deposit to the support. may be received. This separates the precipitate from the support and makes it independent on its own. This is not a problem, and may in fact be advantageous when constituting a product that is

しかしながら、析出物および支持体が一体構造であることを望む場合、劣った接 着は有意な問題となりうる。However, if it is desired that the precipitate and support be of monolithic structure, poor contact may occur. wear can be a significant problem.

高温に関連する他の問題は、金属の支持体、たとえば鋼および接着したタングス テンカーバイドに関連して生ずる。約5500以上の温度において、鋼の支持体 は、応力解放のため変形するかあるいは焼きなましまたは金属学的転移のため弱 くなることがある。また、接着したタングステンカーバイドは、約65DCを超 える温度において機械的性質を劣化することがある。下に横たわる支持体の弱化 は、最終生成物が支持体から除去される、それ自体で独立する物体であるとき問 題ではないが、最終生成物が硬質合金の析出物で被覆された支持体である場合、 問題となるであろう。Other problems associated with high temperatures are metal supports such as steel and bonded tungsten. Occurs in association with ten carbide. At temperatures above about 5,500 ℃, the steel support deforms due to stress relief or weakens due to annealing or metallurgical transformation. It may happen. Also, the bonded tungsten carbide has a Mechanical properties may deteriorate at elevated temperatures. Weakening of the underlying support is a question when the final product is an independent object in itself that is removed from the support. Although not a problem, if the final product is a support coated with a hard metal precipitate, That would be a problem.

したがって、本発明の1つの目的は、比較的低い温度で製造されて、析出物と支 持体との熱膨張の差に関連する問題を軽減する、タングステンおよび炭素の合金 の硬質の強い析出物を提供することである。Therefore, one object of the present invention is to produce a material at a relatively low temperature to eliminate precipitates and supports. A tungsten and carbon alloy that reduces problems associated with differential thermal expansion with the carrier. The objective is to provide a hard and strong precipitate.

本発明の追加の目、的は、タングステンおよ、び゛炭素50合金の改良された析 出物を鋼または他の基材金属の支持体上に製造して、支持体の機械的変形、金属 学的転移または応力解放に関連する問題を回避することである。An additional object of the present invention is to provide an improved analysis of tungsten and carbon-50 alloys. The product is manufactured on a support of steel or other base metal, and mechanical deformation of the support, metal This is to avoid problems associated with chemical transitions or stress relief.

本発明のほかの目的は、タングステンおよび炭素の合金の改良された析出物を、 接着したタングステンカーバイドの支持体上に、比較的低い温度で製造して、こ のような支持体の機械的性質の起こりうる劣化を防止することである。Another object of the invention is to provide an improved precipitate of tungsten and carbon alloys. This is fabricated at relatively low temperatures on a bonded tungsten carbide support. The aim is to prevent possible deterioration of the mechanical properties of the support such as.

本発明のさらにほかの目的は、タングステンおよび炭素の、改良された機械的性 質をもつ、合金の析出物を製造することである。Yet another object of the invention is to improve the mechanical properties of tungsten and carbon. The goal is to produce alloy precipitates with high quality.

本発明の他の目的および利点は、以下の説明から明らかとなるであろう。Other objects and advantages of the invention will become apparent from the description below.

非常に一般的に、本発明の熱化学的に析出した生成物は、タングステンおよび炭 素または炭素および酸素の2相混合物から本質的に成り、−相は純粋なタングス テンであり、そして他相はA15構造である。析出物は粒子の柱状分布を含まず 、そして硬度は1200VHN よりも大きい。平均の粒度は0.1ミクロンよ り小さい。Very generally, the thermochemically precipitated products of the present invention include tungsten and charcoal. consists essentially of a two-phase mixture of carbon and oxygen, with the -phase being pure tungsten. Ten, and the other phase is A15 structure. Precipitates do not contain columnar distribution of particles , and the hardness is greater than 1200VHN. The average particle size is 0.1 micron. It's small.

本発明は、前記の米国特許第4,162,345号(Holzl)の広い教示の 範囲内において、高い品質であるが、X@回折分析のもとで、前記特許に記載さ れるものと異なる析出物を得ることができることを認める。タングステンと主と してWCの形態である微細に分散したタングステン・、のカーバイト9を含有す る、前述のHo1zlの特許に記載モ されている析出物と異な゛す、1本発明の析−は主、と、してタングステンとA 15構造゛との混合物の“形態である。こ5のような結論は、フィ□リップスー ノウレ、ルコ(Ph1lips−Norelco)・回折計によ・リニッケル洲 過6u K放射線を一55kVおよび1.5iAにおいて使用する、X線回析分 析に基づ(。The present invention builds on the broad teachings of the aforementioned U.S. Pat. No. 4,162,345 (Holzl). Within the range, high quality, but under X@ diffraction analysis, as described in the said patent. It is acknowledged that it is possible to obtain a precipitate different from that shown in the figure. tungsten and main contains finely dispersed tungsten carbide 9 in the form of WC. The model described in the above-mentioned Ho1zl patent 1. The precipitates of the present invention are mainly composed of tungsten and A. This is the form of a mixture with the 15 structure.This 5 conclusion is based on the Norelco (Ph1lips-Norelco), Diffractometer, Linickel Island X-ray diffraction analysis using 6uK radiation at -55kV and 1.5iA Based on analysis (.

回折計の走査は、30°〜105°の20の範囲において得た。析出物の平均粒 度は0.1ミクロンより小さく、そして粒子は柱状配置ではなく、Archer + 5upraにより報告された実質的に細長い(すなわち、幅の5〜10倍) 形状をもたな〜・、この材料は、1200kp/m2より大きいビッカース硬度 を示す。Diffractometer scans were obtained in 20 ranges from 30° to 105°. Average grain size of precipitates The degree is smaller than 0.1 micron, and the particles are not in a columnar arrangement, but in Archer + Substantially elongated (i.e. 5-10 times the width) reported by 5upra This material has a Vickers hardness greater than 1200 kp/m2. shows.

いわゆるA15構造は、多(の材料において生ずる結晶構造の特定の型である。The so-called A15 structure is a particular type of crystal structure that occurs in poly() materials.

たとえば、酸化クロムのA15構造は、 M−V−Nevitt+ Trans actions of theMetallurgical 5ociety  of AIME* Junes 1958の652〜355に一ジに報告されて いる。タングステンに基づくA15構造は、時には、ベータータングステンと呼 ばれ、そして種々の報告者によりW3CまたはW2Oと特性づけられてきた。For example, the A15 structure of chromium oxide is M-V-Nevitt+ Trans actions of the Metallurgical 5ociety As reported in 652-355 of AIME* June 1958. There is. Tungsten-based A15 structures are sometimes referred to as beta-tungsten. and has been characterized by various authors as W3C or W2O.

X線回析分析は、本発明の材料の構造が純粋なタングステンの相とA15構造の 相との混合物であることを示す・A15相はタングステンカーバイドまたはタン グステンカーバイドとタングステンオキシドとの混合物である。しかしながら、 この材料のある種の特性は、A15構造自体が、本発明の材料において、W3C またはW2Oの化学量論的しくルよりも炭素または酸素が低いという結論を導び いた。この構造は溶融物からでな(、ある条件下の蒸着のみから形成する。それ は準安定性化合物であり、そして約600〜700Cで熱処理すると、A15構 造は分解するか、あるいは炭素または酸素のいずれが存在しても、引き続くX線 回析がそれらを示ないように、転移する。しかしながら、重量分析は、炭素また は酸素がなお存在することを示す。その上、硬度は熱処理すると多少減少するが 、それはなお高(、通常約20%より少ない比率で減少する。炭素または酸素の 相は、熱処理後、106倍拡大すると、粒子であることがわかる。この相の性質 は、現在まだ未知であるが、多分原子の分散であろう。しかしながら、炭素また は酸素は粒子境界におt・て非晶質の炭化物または酸化物として存在することも ある。X-ray diffraction analysis shows that the structure of the material of the invention is a pure tungsten phase and an A15 structure. ・A15 phase is a mixture of tungsten carbide or tungsten carbide. It is a mixture of gsten carbide and tungsten oxide. however, Certain properties of this material are such that the A15 structure itself is in the W3C or draw the conclusion that carbon or oxygen is lower than the stoichiometric value of W2O. there was. This structure does not form from the melt (but only from deposition under certain conditions). is a metastable compound, and when heat treated at about 600-700C, the A15 structure The structure decomposes, or whether carbon or oxygen is present, subsequent X-ray Transitions so that the diffraction does not show them. However, gravimetric analysis indicates that oxygen is still present. Moreover, the hardness decreases somewhat with heat treatment. , it is still high (usually reduced by a proportion less than about 20%) of carbon or oxygen. The phase can be seen to be particles when magnified 106 times after heat treatment. The nature of this phase Although it is currently unknown, it is probably due to the dispersion of atoms. However, carbon or Oxygen may also exist as amorphous carbides or oxides at grain boundaries. be.

いずれの場合においても、本発明の析出物中の炭素または酸素の百分率は分子の W3CまたはW2O中に存在するよりも実質的に少ない。たとえば、W31IC は炭素の重量百分率が約2.1%である。他方において、本発明の折物中に存在 する炭素は約1%より少ないように思われ、0,1%程度に少ないことがある。In either case, the percentage of carbon or oxygen in the precipitate of the invention is Substantially less than is present in W3C or W2O. For example, W31IC The weight percentage of carbon is about 2.1%. On the other hand, present in the folded material of the present invention The carbon content appears to be less than about 1%, and may be as low as 0.1%.

その上、炭素の量は、析出物中に存在するA15構造の量または硬度に正比例す るとは思われない。また、熱処理すると、実質的な発熱が起こり、A15構造の 相の分解または転移が示される。Moreover, the amount of carbon is directly proportional to the amount or hardness of A15 structures present in the precipitate. I don't think so. Additionally, heat treatment generates substantial heat, resulting in the A15 structure Phase decomposition or transition is indicated.

この発熱は、はぼ14キロカロリー71であり、そして8 材料の重量による実際の炭素または酸素の含量に直接関係しないと思われる。This fever is approximately 14 kilocalories 71, and 8 It does not appear to be directly related to the actual carbon or oxygen content by weight of the material.

後述する析出の条件は、A15構造の体積分率が低すぎることを避けるようにま た選択する。A15構造の体積分率が低すぎると、析出物の硬度値は有用でない ほどに低下する。最低の有用な硬度値は、典型的には、約1200ビツカースで あり、そして約20%を超えるA15構造の体積分率を必要とする。The precipitation conditions described below were adjusted to avoid the volume fraction of the A15 structure being too low. Select. If the volume fraction of A15 structure is too low, the hardness value of the precipitate is not useful. It decreases as much as possible. The lowest useful hardness value is typically around 1200 bits. and requires a volume fraction of A15 structures greater than about 20%.

本発明の析出の高い硬度値は、2相材料についてのいわゆる混合物のアプローチ 法に基づく理論的計算から、予測されない。Archer et aL 1’  978 + 5upraは、W2CおよびW3Cの両者が2000〜2500v HNの範囲の硬度を有することを報告している。この混合物の方法を用いてタン グステア (460VHN ) トW3C(2500WE(N)との等体積混合 物の硬度を計算する場合、1500の硬度数に到達するであろう。しかしながら 、本発明の材料の硬度は、純粋なタングステンとA15構造との等体積混合物は 典型的には2000 VE(N以上、であり、そして2500 VE(Hに近づ く。The high hardness values of the inventive precipitates are due to the so-called mixture approach for two-phase materials. Not expected from theoretical calculations based on the law. Archer et aL 1' 978 + 5upra is 2000-2500v for both W2C and W3C It is reported to have a hardness in the range of HN. Tan using this mixture method Equal volume mixing with Gustair (460VHN) and W3C (2500WE (N)) If we calculate the hardness of an object, we will arrive at a hardness number of 1500. however , the hardness of the material of the invention is as follows: an equal volume mixture of pure tungsten and A15 structure Typically 2000 VE (more than N, and approaching 2500 VE (H) Ku.

本発明の析出物におけるこの予期されない硬度は、A15相における粒子の純化 および内部の圧縮応力の結果であると信じられる 本発明の析出物のX線回折分 析によると、析出したA15相の格子寸法を計算することができる。本発明の析 出物におけるA15相、立方体の構造であり、5.015〜5.039オングス トロームの格9 特表昭58−501382(4) 子間隔を有することが、決定される。これは英国特許第1.540.718号( ArcherおよばHayman) Kよる応力のないW3Cの5、[34Bの 報告された格子間隔と異なる。本発明の析出物のA15相の格子空間のこの差は 、数千メガパスカル(MPa)までのA15相における内部圧縮応力を示す。こ のような内部の圧縮応力は、もろい材料が圧縮においてよりよくはたらきかつこ の材料が通常期待されうるものよりも非常にかたいように作用するので、高度に 望ましい。This unexpected hardness in the precipitates of the present invention is due to the purification of the particles in the A15 phase. and X-ray diffraction analysis of the precipitate of the present invention believed to be the result of internal compressive stress. According to the analysis, the lattice dimensions of the precipitated A15 phase can be calculated. Analysis of the present invention A15 phase in the product, cubic structure, 5.015 to 5.039 ang Trom's case 9 special table 1986-501382 (4) It is determined to have a child spacing. This is British Patent No. 1.540.718 ( Archer and Hayman) K stress-free W3C 5, [34B different from the reported grid spacing. This difference in the lattice space of the A15 phase of the precipitates of the present invention is , indicating internal compressive stresses in the A15 phase up to several thousand megapascals (MPa). child Internal compressive stresses such as Because the material behaves much harder than what could normally be expected, desirable.

このような析出物を得るとき、タングステンのフッ化物の気体の流れを、炭素、 酸素および水素を含有する1種またはそれ以上の有機化合物の気体の流れと一緒 に、化学的蒸着反応器内に確立する。気体の有機化合物は、20Cにおいて少な (とも1トルの蒸気圧を有しかつ4個より小さい炭素原子を含有するように選択 する。水素ガスの流れも反応器内に確立する。反応器へ導入される気体の流れ、 支持体の温床、および気体の温度は、圧縮応力、硬度、および微視的特性が前述 のようなものである、純粋なタングステン相およびA15構造物相から成る2相 の被膜を、支持体上に生成するように選択する。When obtaining such a precipitate, a gas flow of tungsten fluoride is combined with carbon, together with a gaseous flow of one or more organic compounds containing oxygen and hydrogen , established within a chemical vapor deposition reactor. Gaseous organic compounds are small at 20C. (both selected to have a vapor pressure of 1 Torr and contain less than 4 carbon atoms) do. A flow of hydrogen gas is also established within the reactor. the flow of gas introduced into the reactor; The hotbed of the support, and the temperature of the gas, compressive stress, hardness, and microscopic properties are as described above. Two phases consisting of a pure tungsten phase and an A15 structured phase, such as a coating is selected to be produced on the support.

A15相は理論的にはタングステンおよび酸素のみからなることができるが、気 体の流れ中に酸素のみを用いて介15構造物を達成する試みはこうしてこれまで 不成功に終ったので、析出物中の多少の炭素は不必要であることがわかった。The A15 phase can theoretically consist of only tungsten and oxygen, but Attempts to achieve 15 structures using only oxygen in the body stream thus far Due to unsuccessful attempts, some carbon in the precipitate was found to be unnecessary.

0 本発明の方法において、従来の化学的蒸着に類似するが、真にはそれではない事 象の順序が起こる。本発明の方法は、化学的蒸着反応器に本質的に類似する反応 器を用いる。しかしながら、この装置は典型的な化学的蒸着法が起こらないよう な方法で操作する。典型的な化学的蒸着は、支持体表面上に直接固相の析出物を 形成する、反応器内の支竺体の表面における気体による単一の反応を含む。典型 的な化学的蒸着は、柱状の結晶の晶癖で配置された、比較的大きい粒子を有する 、被膜を析出する。0 In the method of the present invention, although similar to conventional chemical vapor deposition, it is not truly one. Elephant order happens. The method of the invention uses a reaction system that is essentially similar to a chemical vapor deposition reactor. Use a vessel. However, this equipment does not allow typical chemical vapor deposition methods to occur. operate in a certain way. Typical chemical vapor deposition deposits a solid phase directly onto the surface of a support. It involves a single reaction with a gas at the surface of a strut in a reactor to form. typical chemical vapor deposition has relatively large particles arranged in a columnar crystal habit. , depositing a coating.

こうして、典型的な化学的蒸着析出物の断面を金属学的に検査すると、粒子の柱 が示され、これらの粒子は数ミクロンを超える大きさであり、支持体の表面に対 して垂直に伸びる柱で配置されている。このような析出物は典型的には非常にも ろく、粒子の隣接する柱は割れやす〜・弱い長い領域を生ずる。Thus, metallurgical examination of a cross-section of a typical chemical vapor deposition deposit reveals columns of particles. are shown, and these particles are larger than a few microns and are attached to the surface of the support. It is arranged with pillars that extend vertically. Such precipitates are typically very Adjacent pillars of grains tend to crack easily, producing long regions of weakness.

本発明の方法においては、米国特許第4,162,345号(Holzl)中に 記載されるより一般的な方法に従い、初期の反応を支持体の表面から変位したと 仏ろで起こさせる。In the method of the present invention, in U.S. Pat. No. 4,162,345 (Holzl) Following the more general method described, the initial reaction is displaced from the surface of the support. Wake me up with Buddha.

この反応は、水素、炭素および酸素を含有する気体の有機化合物から誘導された 酸素または酸素含有基との置換反応による、タングステンのフッ化物(好ましく はWF6)の分解または部分的還元を含む。引き続く水素ガスとの反応は、最終 の析出物を生ずる。This reaction is derived from gaseous organic compounds containing hydrogen, carbon and oxygen. Fluoride of tungsten (preferably involves the decomposition or partial reduction of WF6). The subsequent reaction with hydrogen gas produces the final A precipitate is formed.

本発明の方法は、支持体の温度および気体の反応成分の温度に依存する気体の反 応成分のある流速を用いて実施することKより、高い硬度および強度を有するタ ングステンA15構造物の析出物を、約650Cまたはそれより低い温度におい て製造できるという発見に基づく。The method of the invention is characterized by a gaseous reaction that is dependent on the temperature of the support and the temperature of the gaseous reactants. It is possible to use a material with higher hardness and strength by using a flow rate that ungsten A15 structure deposits at a temperature of about 650C or lower. Based on the discovery that it can be manufactured using

これらのノミラメ−ターの種々の組み合わせ、それらのいくつかは次の実施例に 記載する、は所望の析出物を製造できる。Various combinations of these millimeters, some of which are shown in the following examples. As described, the desired precipitate can be produced.

したがって、本発明は、改良された高品質の析出物を650Cよりかなり低い温 度において得ることができるということにおいて、驚ろくべきでありかつ予期さ れない。析出物と支持体との間の熱膨張係数の差から生ずる問題、′および支持 体の弱化に関する問題は、これにより回避される。したがって、本発明は、所望 の最終生成物が被覆された支持体生成物である場合、とくに重要である。生ずる 析出物は、Al1相における非常に小さく、柱状でなくかつ細長くない粒子、お よび内部の圧縮応力の応力によって特徴づけられる、タングステンとA15構造 物との混合物である。高い硬度に加えて、析出物は砂の粒子による耐摩耗性によ り示されるように、きわめてすぐれた摩耗量を示す。析出物の硬度は、析出物中 に存在するA15構造または相の量に直接関係するように思われる。一般的に、 析出物中のA15相の比率がより高(なればなるほど、硬度はより高くなり、逆 に、析出物中のA15相の量が少なくなればなるほど、硬度はよす低くなる。前 述のように、析出物中の炭素または酸素の量は、本発明の析出物中のA15構造 物が化学量論的12 W3CまたはW2Oではないので、硬度に直接関係するとは思われない。Therefore, the present invention provides improved high quality precipitates at temperatures well below 650C. amazing and unexpected in that it can be obtained at Not possible. Problems arising from differences in thermal expansion coefficients between the deposit and the support, ′ and the support Problems with weakening the body are thereby avoided. Therefore, the present invention provides the desired This is particularly important when the final product is a coated support product. arise Precipitates are very small, non-columnar and non-elongated particles in the Al1 phase. Tungsten and A15 structure characterized by internal compressive stress stress It is a mixture with things. In addition to high hardness, the precipitates are also highly abrasion resistant due to the sand particles. As shown in the figure, it shows an extremely high amount of wear. The hardness of the precipitate is appears to be directly related to the amount of A15 structure or phase present. Typically, The higher the proportion of A15 phase in the precipitate, the higher the hardness, and vice versa. In addition, the smaller the amount of A15 phase in the precipitate, the lower the hardness. Before As mentioned above, the amount of carbon or oxygen in the precipitate depends on the A15 structure in the precipitate of the present invention. 12 things are stoichiometric Since it is not W3C or W2O, it does not appear to be directly related to hardness.

生成するA15構造物の量は、一般に、反応速度および反応器へ導入される気体 の予熱温度に関係する。こうして、予熱温度が高ければ高いほど、A15構造物 の量は典型的には多くなる。同様に、反応速度が低(なればなるほど、析出物− 中に存在するA15相の量は典型的には多くなるであろう。これらのパラメータ ーを適当に変えることにより、たとえば、2600ビツカースの硬度は、炭素プ ラス酸素の百分率を0.1〜1重量%とすると、得ることができる。The amount of A15 structure produced generally depends on the reaction rate and the gas introduced into the reactor. related to the preheating temperature. Thus, the higher the preheating temperature, the higher the A15 structure. The amount of is typically large. Similarly, the lower the reaction rate (the more precipitates - The amount of A15 phase present therein will typically be high. These parameters For example, the hardness of 2600 Vickers can be achieved by changing the It can be obtained by setting the percentage of lath oxygen to 0.1 to 1% by weight.

使用する気体の有機化合物の量、すなわち、その流速は、一般に、支持体の温度 、フッ化物の流速、水素の流速、および気体の温度に依存するであろう。たとえ ば、気体の有機化合物としてメタノールを用いる酸素原子対フッ化物中のタング ステン原子の量の比は、好ましくは約0.04以下である。さらに、気体の有機 化合物の流速は、水素の流れの量に関係する。一般的に、メタノールを用いると き、この比は0.005程度であろう。他の気体の有機化合物は多少困難にふる まうことがある。たとえば、ジメチルエーテルは、WF6 の分解において反応 性知劣り、同じ効果を得るために、より大きい濃度を必要とするであろう。The amount of gaseous organic compound used, i.e. its flow rate, generally depends on the temperature of the support. , will depend on the fluoride flow rate, hydrogen flow rate, and gas temperature. parable For example, oxygen atoms versus tung in fluoride using methanol as the gaseous organic compound. The ratio of the amounts of Sten atoms is preferably about 0.04 or less. In addition, gaseous organic The compound flow rate is related to the amount of hydrogen flow. Generally, using methanol This ratio would be about 0.005. Other gaseous organic compounds present some difficulty. Sometimes it happens. For example, dimethyl ether reacts in the decomposition of WF6. It is less sensitive and would require greater concentrations to achieve the same effect.

さらに、気体有機化合物の使用量は、気体を反応器へ導入するときの温度により 著しく影響を受ける。気体を予熱するとき、必要とする気体の有機化合物の量は 、実質的に減少する。気体の温度は適当な予熱格子または他の加熱装置によりコ ントロールすることができるが、気体の温度も反応器内およびその付近の一般条 件により影響を受けるであろう。たとえば、支持体から放射される熱は、入る気 体の温度に影響を及ぼすであろう。Additionally, the amount of gaseous organic compound used depends on the temperature at which the gas is introduced into the reactor. Significantly affected. When preheating a gas, the amount of organic compounds in the gas required is , substantially reduced. The temperature of the gas is controlled by a suitable preheating grate or other heating device. However, the temperature of the gas also depends on the general conditions in and around the reactor. may be affected by the situation. For example, the heat radiated from the support is It will affect body temperature.

タングステンのフッ化物を部分的に分解する初期反応は、酸素または酸素含有基 のフッ素原子の1個またはそれ以上との部分的置換を含む。前述のように、気体 の有機化合物対フッ化物の比は低く、精確な比はこの方法において用いる特定の 温度、圧力および反応成分に依存する。用いる精確な比は、気体流中の酸素原子 の数対気体流中のタングステンの原子の数の比によって、より容易に特徴づける ことができる。一般的に、より高い比はより高い析出ν度において許容されるこ とができ、そして低い比はより低い析出温度において許容されることかで會る。The initial reaction that partially decomposes the fluoride in tungsten is due to oxygen or oxygen-containing groups. with one or more fluorine atoms. As mentioned above, gas The ratio of organic compounds to fluoride is low and the exact ratio depends on the specific Depends on temperature, pressure and reaction components. The exact ratio used is the oxygen atoms in the gas stream. is more easily characterized by the ratio of the number of tungsten atoms in the gas flow to the number of be able to. In general, higher ratios are acceptable at higher precipitation v degrees. and lower ratios are acceptable at lower precipitation temperatures.

たとえば、60DCにおいて、好ましい比は約1対6であり、これに対して60 0Cにおいて、好ましい比は約1対500程度に大きくあることができる。はぼ 1対100の酸素対金属原子の比は、450cの析出温度における十分な粒子の 純化を生成するために使用できるが、1対40はこの温度において好ましい。酸 素対金属の最大の比は、析出が完全に阻止される点あるいは析出物が異常にかた くかつもろくなる点により決定される。For example, at 60 DC, the preferred ratio is about 1 to 6, whereas 60 At 0C, the preferred ratio can be as high as about 1:500. Habo An oxygen to metal atom ratio of 1:100 provides sufficient particle size at a precipitation temperature of 450c. Although it can be used to produce purification, 1:40 is preferred at this temperature. acid The maximum element-to-metal ratio is the point at which precipitation is completely inhibited or the precipitate becomes abnormally hard. Determined by the point at which it becomes stiff and brittle.

析出物の硬度は、反応成分として使用する気体の有機4 化合物の量により、また有機化合物の密度により影響されうる。たとえば、有機 反応成分対タングステンのフッ化物の比が一定であるとき、アセトン(6個の炭 素原子をもつ)から作られる析出物について得られる硬度は、エタノール(2個 の炭素原子をもつ)から作られたものより大きい。次ぎに、エタノールから作ら れた析出物は、メタノール(1個の炭素原子をもつ)から作られた析出物よりも かたい。ジメチルエーテル(2個の炭素原子をもつ)から作られた析出物は、エ タノール(同様に2個の炭素原子をもつ)から作られたものに類似する。The hardness of the precipitate depends on the gaseous organic 4 used as a reaction component. It can be influenced by the amount of compound and also by the density of the organic compound. For example, organic When the ratio of reactants to tungsten fluoride is constant, acetone (6 carbons) The hardness obtained for precipitates made from ethanol (having two elementary atoms) is carbon atoms). Next, it is made from ethanol. The precipitate made from methanol (which has one carbon atom) is Hard. A precipitate made from dimethyl ether (with two carbon atoms) Similar to that made from tanol (which also has two carbon atoms).

これらの結果が示すように、硬度は反応成分中の炭素原子対金属原子の数の比に よって実質的に影響を受ける。As these results show, hardness depends on the ratio of the number of carbon atoms to metal atoms in the reactants. Therefore, it will be substantially affected.

反応成分の体積比が一定であるとき、この硬度の変動は2対1程度に大きくある ことがある。たとえば、約1000kl?/m1lI2のビッカース硬度は反応 成分としてメタノールを用いて得ることができ、そして2500に9/1ia2 を超える硬度は反応成分としてアセトンを用いて得ることができるであろう。有 機材料の混合物を、事実、用いて所望の硬度に硬度を調整することができる。約 1000kg/ml112〜約3.900 kg7mn2の範囲の選択した硬度 は、これらのガイドラインを用いる適切な実験により達成できる。有機化合物は 、アルコ・−ル、エーテル、アルデヒド、およびケトンから成る群より選ぶこと ができる。When the volume ratio of the reaction components is constant, this variation in hardness is as large as 2:1. Sometimes. For example, about 1000kl? /m1lI2 Vickers hardness is reaction can be obtained using methanol as a component and 2500 to 9/1ia2 Hardnesses in excess of 100% could be obtained using acetone as the reaction component. Yes Mixtures of materials can in fact be used to adjust the hardness to the desired hardness. about Selected hardness ranging from 1000 kg/ml112 to approx. 3.900 kg7mn2 can be achieved through appropriate experimentation using these guidelines. organic compounds are , alcohols, ethers, aldehydes, and ketones. Can be done.

有機材料の選択において、ある種の制限が存在する。Certain limitations exist in the selection of organic materials.

有機化合物は、支持体の表面温度より実質的に低い温度、典型的には100〜2 00C以下だけ低い温度において、部分的に分解しなくてはならず、これにより タングステンのフッ化物により部分的に分解されなければならないということが 、主として重要である。フッ化物と有機化合物との間の反応が支持体の表面温度 に近づいた場合、この化学系への有機化合物の添加は異常な粒子の純化の析出物 の生成に無効である。通常化学的蒸着が生ずる。The organic compound is heated at a temperature substantially below the surface temperature of the support, typically 100 to 2 It must be partially decomposed at temperatures below 00C, thereby It turns out that tungsten must be partially decomposed by fluoride. , is of primary importance. The reaction between fluoride and organic compounds causes the surface temperature of the support to When approached, the addition of organic compounds to this chemical system may lead to abnormal particle purification precipitates. is invalid for generation. Chemical vapor deposition usually occurs.

さらに、より高い温度において、有機反応成分がフッ化物とすでに反応しない場 合、それはそれ自体熱分解し、炭素のすすを形成する。エチルアルコールは六フ ッ化タングステンと非常に反応性である材料のよい例であり、それゆえ適当であ る。Additionally, at higher temperatures, if the organic reactants no longer react with the fluoride, If so, it pyrolyzes itself and forms carbon soot. Ethyl alcohol is six This is a good example of a material that is highly reactive with tungsten fluoride and is therefore suitable. Ru.

有機化合物の選択における他の重要な制限は、揮発性である。この方法を普通に 実施するために、かなりの揮発性をもつ材料を必要とする。これは多くの有機反 応成分を失格させる。使用する有機化合物は20Cにおいて少なくとも1トルの 蒸気圧をもつことが、一般に必要である。一般に、約6個より多い炭素原子を含 有する材料は、十分に揮発性でない傾向がある。また、約3個より多い炭素原子 を含有する有機反応成分は、過度にかたくかつもろい析出物を生成する傾向があ る。本発明は上に述べた有機化合物に限定されず、日常の評価により、この開示 を読んだ当業者が適当であることを発見しうる他の有機化合物を包含する。4個 より少ない炭素原子が存在することが好ましい。Another important limitation in the selection of organic compounds is volatility. Use this method normally For implementation, it requires materials with considerable volatility. This is because many organic disqualify the component. The organic compound used has a temperature of at least 1 Torr at 20C. It is generally necessary to have a vapor pressure. Generally contains more than about 6 carbon atoms. Materials that do tend to be not volatile enough. Also, more than about 3 carbon atoms Organic reaction components containing Ru. The present invention is not limited to the organic compounds mentioned above, and routine evaluation has shown that this disclosure It includes other organic compounds that a person skilled in the art who has read the following may find suitable. 4 pieces Preferably fewer carbon atoms are present.

16 揮発性のタングステンのフッ化物は、この方法の・ξラメーターの範囲内で適当 であるように、十分に揮発性であるかぎり、本発明において使用できる。六フッ 化タングステン(WF″6)は本発明の方法において最も適することがわかった 。16 Volatile tungsten fluoride is suitable within the ξ parameter of this method. As long as it is sufficiently volatile, it can be used in the present invention. Rokufu Tungsten chloride (WF″6) was found to be most suitable in the method of the invention. .

熱移動および生産速度をコントロールするために、不活性ガス、たとえば、窒素 、アルゴンまたはヘリウムをこの方法における希釈ガスとしてしばしば使用され る。Inert gas, e.g. nitrogen, to control heat transfer and production rate. , argon or helium are often used as diluent gases in this method. Ru.

いったん初期の置換反応がタングステンのフッ化物を部分的に分解すると、それ 以上の反応は起こる。この反応は支持体の表面またはその付近において起こり、 そして所望の被膜を析出する。Once the initial substitution reaction partially decomposes the tungsten fluoride, it The above reactions occur. This reaction occurs at or near the surface of the support; A desired coating is then deposited.

水素を部分的に分解したフッ化物とのそれ以上の反応に使用する。初期反応の生 じうる他の分解生成物が参加する。反応の正確な順序は、理解されない。しかし ながら、水素は反応して残留するフッ化物を第1反応の分解生成物の中から外に 除去すると、推測される。いずれの場合においても、異常な強さおよび一体性を もつ硬質の析出物が得られる。The hydrogen is used for further reaction with partially decomposed fluoride. initial reaction other decomposition products that may participate. The exact order of the reactions is not understood. but However, hydrogen reacts and removes the remaining fluoride from the decomposition products of the first reaction. When removed, it is inferred. In both cases, extraordinary strength and unity A hard precipitate is obtained.

水素は初期の反応成分と一緒にあるいは下流(しかし、もちろん、支持体の上流 )に注入することができる。フッ化水素は、すべて他のノミラメ−ターが一定で あるとき、析出速度に影響を及ぼすであろう。一般に、水素の流速が高くなれば なるほど、析出速度は高くなる。しかしながら、高い水素の流速は析出物の不連 続または孔を生じうる。この可能性シま気体の有機化合物の流速を増大すること により減少できるが、これは析出物のもろさにそれに応じて影響を及ぼすであろ う。Hydrogen may be present with or downstream of the initial reaction components (but, of course, upstream of the support). ) can be injected. For hydrogen fluoride, all other parameters are constant. At some point, it will affect the precipitation rate. In general, the higher the hydrogen flow rate I see, the precipitation rate increases. However, high hydrogen flow rates cause discontinuity of precipitates. This may result in connections or holes. This possibility increases the flow rate of gaseous organic compounds. , but this would affect the fragility of the precipitate accordingly. cormorant.

本発明の析出物は、約0,1ミクロンより小さい平均寸法および相の不規則分布 を有する、均質な微細なかつ等軸の粒子から本質的に成る結晶構造によって特徴 づけられる。゛前者の特性は、従来の化学的蒸着法の典型的な柱状結晶の晶癖と 対照的である。析出物は、異常に高い耐摩耗性および予期されない硬度を有する ことがわかった。The precipitates of the present invention have an average size of less than about 0.1 micron and an irregular distribution of phases. characterized by a crystalline structure consisting essentially of homogeneous, fine and equiaxed grains, with can be attached.゛The former characteristic is similar to the typical columnar crystal habit of conventional chemical vapor deposition. It's a contrast. Precipitates have unusually high wear resistance and unexpected hardness I understand.

鋼または他の活性な支持体材料、たとえば、鋳鉄、チタンまたはアルミニウム上 に本発明の被膜を析出するとき、支持体をまずより貴金属の材料、たとえば、ニ ッケルまちは銅で電気化学的に析出することにより被覆することが好ましい。こ のような被膜は、本発明の方法により合金の析出物を作るため(使用する気体の 攻撃から支持体を保護するであろう。on steel or other active support materials, e.g. cast iron, titanium or aluminum When depositing the coating of the invention on a substrate, the support is first coated with a more noble metal material, Preferably, the gussets are coated with copper by electrochemical deposition. child This film is formed by forming alloy precipitates by the method of the present invention (depending on the amount of gas used). It will protect the support from attack.

実施例I 2.5mX76r+aのグラファイトの棒k、内部が気密の石英のエンはロウプ (envelope)の誘電加熱のグラファイト炉内に取り付けた。グラファイ ト棒を約450Cの温度に加熱し、200d/分の六フッ化タングステン、10 00d/分の水素、4d/分のメタノール、および5300d/分のN2の気体 混合物を炉内の棒の上に通人した。気体の予熱温度は600Cであった。この系 内の合計の圧力は250トルに維持し、そして流出ガスな8 炉から真空ポンプにより排出した。析出は1時間実施し、その後反応性気体の流 れを停止し、そして棒を冷却した。Example I 2.5m x 76r+a graphite rod k, internally airtight quartz en is rope (envelope) in a dielectrically heated graphite furnace. graphite tungsten hexafluoride at 200 d/min. 00 d/min hydrogen, 4 d/min methanol, and 5300 d/min N2 gases The mixture was poured onto a rod in the oven. The preheating temperature of the gas was 600C. This system The total pressure inside is maintained at 250 Torr, and the effluent gas is kept at 8 The furnace was evacuated by a vacuum pump. The precipitation was carried out for 1 hour, after which the flow of reactive gas The flow was stopped and the bar was allowed to cool.

輝やいた平滑な、密着性、凝着性の被膜が、棒上に析出したことが観察された。A shiny, smooth, cohesive, cohesive coating was observed to be deposited on the bar.

被膜の組成は、X線回析により、タングステン相およびA15相、3ろ容量%の タングステンおよび67容量%のA15構造の混合物から主として構成されてい ることが決定された。硬度は、500デの荷重を用いて測定すると、1820V F(N(m/關2)であった。A15構造の格子間隔は、約5.OAであり、3 200 Mpaの内部の静水圧縮応力を示した。グラファイト支持体は被膜とほ とんど精確に同じ膨張係数をもたせるために選択したので、示したプレストレス は被膜に固有のものであった。The composition of the coating was determined by X-ray diffraction to be tungsten phase and A15 phase, with a filtration capacity of 3%. Mainly composed of a mixture of tungsten and 67% by volume A15 structure. It was decided that Hardness is 1820V when measured using a load of 500 de The lattice spacing of the A15 structure was approximately 5.OA, and 3. It exhibited an internal hydrostatic compressive stress of 200 Mpa. The graphite support is coated with The prestress shown was chosen to have exactly the same coefficient of expansion. was unique to the coating.

実施例■ はぼ5μのニッケルで予備めっきした、内径761nm×長さ2000rnmの 鋼の円筒について、本発明を、次のように実施して、内表面を被覆した。Example■ Pre-plated with 5μ nickel, inner diameter 761nm x length 2000rnm. The invention was carried out on a steel cylinder to coat the inner surface as follows.

WF6200rnl/分 82 1200m11分 0F(30CH3(ジメチルエーテル)15mA’/分N2 1500$/分 温度 425C 気体の予熱 200C 析出は約2時間実施し、そして15〜18μの被膜厚さが得られた。WF6200rnl/min 82 1200m 11 minutes 0F (30CH3 (dimethyl ether) 15mA'/min N2 1500$/min Temperature 425C Gas preheating 200C Deposition was carried out for about 2 hours and a coating thickness of 15-18 microns was obtained.

500y−の荷重を用いて2’200 VHN(ky /mtn 2)のビカー ス硬度をもつ、輝やいた、平滑な、接着性、凝着性の被膜が観察された。X線回 析分析は、実施例Iに類似した。Bicat of 2'200 VHN (ky/mtn 2) using a load of 500y- A shiny, smooth, adhesive, cohesive coating with a hardness of 100% was observed. X-ray circuit Analytical analysis was similar to Example I.

実施例■ 実施例Hの析出物について、小型のサンドブラスト装置を用いて、摩耗試験を実 施した。90 psiのシリカの砂を、試料に22.5°の角度で20分の累積 時間の間向けた。重量損失を測定し、体積損失に変換し、同様に試験した800 被膜の硬質クロムめっきした鋼の試料と比較した。本発明の被膜は3X10−、 ’cIrL3/時の摩耗速度であったが、これに対してクロムめっきした鋼は6 13X 10− ’cm3/時の摩耗速度を有した。Example■ A wear test was carried out on the precipitate of Example H using a small sandblasting device. provided. 90 psi silica sand was applied to the sample at a 22.5° angle for 20 minutes. Aimed for hours. Weight loss was measured and converted to volume loss, and similarly tested 800 The coating was compared with a hard chromium plated steel sample. The coating of the present invention is 3X10-, ’cIrL3/hr, compared to 6 for chromium-plated steel. It had a wear rate of 13 x 10-'cm3/hr.

26%のクロムのステンレス鋼についての試験は、本発明の被膜に対してと同様 な結果を示した。Tests on 26% chromium stainless steel were similar to those for the coating of the present invention. The results showed that

実施例■ 実施例■のものに類似する条件のもとであるが、次の流速を用いて、被膜を製造 した。Example■ Coatings were produced under conditions similar to those of Example ■, but using the following flow rates: did.

WF6 10100O/分 H2500d/分 N2 500ml/分 エタノール 5m11分 圧力 200トル 支持体の温度 450C 気体の予熱 200c 20 析出物の硬度は、50OFFの荷重を用いて2000〜2500vHNであった 。WF6 10100O/min H2500d/min N2 500ml/min Ethanol 5ml 11 minutes Pressure: 200 torr Support temperature 450C Gas preheating 200c 20 The hardness of the precipitate was 2000-2500vHN using a load of 50OFF. .

実施例■ 実施例■のものと同様な条件を用いるが、2.5 M/分のメタノールおよび2 .5 m /分のジメチルエーテルの流速を用いると、析出物は1500 Vf (Hの硬度を有した。Example■ Using conditions similar to those of Example ■, but with 2.5 M/min of methanol and 2. .. Using a dimethyl ether flow rate of 5 m/min, the precipitate was 1500 Vf (It had a hardness of H.

したがって、明らかなように、本発明の方法は、比較的低い支持体温度において 、すぐれた硬度および耐摩耗性の析出物を製造できる。有効な結果は、約16マ イクロメードル/C程度に高い熱膨張係数を有する支持体を用いて達成す今こと ができ、こうして支持体はフェライト鋼およびマルテンサイト鋼および鋳鉄、な らびに沈殿硬化鋼を包含する。支持体の形状寸法が簡単であるか、あるいはヤン グ率または降伏強さが低いため支持体が実質的なコンプライアンスを有するある 特別の場合において、膨張率の支持体を使用できる。Therefore, it is clear that the method of the present invention is effective at relatively low support temperatures. , can produce deposits with excellent hardness and wear resistance. Valid results are approximately 16 ma This can be achieved by using a support with a coefficient of thermal expansion as high as Ikromedol/C. and thus supports can be made of ferritic and martensitic steels, cast iron, etc. and precipitation hardened steels. The geometry of the support is simple or If the support has substantial compliance due to low yield strength or In special cases, expansion support can be used.

本発明において固有に達成できる低い析出速度のため、よりすぐれたつきまわり およびより均一な析出が生ずる。Better throwing power due to the lower deposition rates uniquely achievable in the present invention and more uniform precipitation occurs.

また、支持体温度がより低いので、被覆される部品の加熱法が融通性をもつ。析 出物中の粒子はきわめて小さくかつ対称な大きさをもつために、固有のより強く 、より耐摩耗性の材料が得られる。その上、円錐形の粒子生長の構造は、より高 い温度において作った析出物中に時には存在するが、本発明では生じない。この ような構造は、析出物中に弱い領域を導入しうる。Also, the lower substrate temperature provides flexibility in heating the parts to be coated. analysis Because the particles in the ejected material are extremely small and symmetrical in size, they have a stronger , a more wear-resistant material is obtained. Moreover, the conical particle growth structure is more Although sometimes present in precipitates made at low temperatures, they do not occur in the present invention. this Such structures can introduce weak regions in the precipitate.

手続補正書(方式) %式% 1、事件の表示 PCT/US82101045 高硬度材料 3、補正をする者 事件との関係 出 願 人 住所 名 称 ダート・インダストリーズ・インコーホレーテッド4、代理人 住 所 東京都千代田区大手町二丁目2番1号補正書の翻訳文提出書 (特許法第184条の7第1項) 昭和58年4月4日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 1、特許出願の表示 PCT/USB2101045 2、発明の名称 高硬度材料 5特許出願人 住 所 アメリカ合衆国イリノイ州60062.ノースプルツク。Procedural amendment (formality) %formula% 1.Display of the incident PCT/US82101045 High hardness material 3. Person who makes corrections Relationship to the incident: Applicant address Name: Dart Industries Incorporated 4, Agent Address: 2-2-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Submission of translation of written amendment (Article 184-7, Paragraph 1 of the Patent Act) April 4, 1982 Mr. Kazuo Wakasugi, Commissioner of the Patent Office 1. Display of patent application PCT/USB2101045 2. Name of the invention High hardness material 5 Patent applicant Address: 60062, Illinois, USA. North Spurtsk.

サンダース・ロード2211 名 称 ダート・インダストリーズ・インコーホレーテッド氏名 (2770) 弁理士湯浅恭三 5、補正書の提出年月日 昭和58年2月4日 6、添附書類の目録 (1)補正書の翻訳文 1通 請求の範囲 1、 タングステンおよび炭素またはタングステン、炭素および酸素の2相混合 物から主として成り、粒子の柱状分布を含まず、1200 VHN より大きい 硬度を有し、かつ0.1ミクロより小さい平均粒度を有する熱化学的に析出した 生成物において、−相は純粋なタングステンから成り、そして他相はA15構造 から成り、前記タングステン相は約20〜90%で存在し、前記生成物は約0. 1重量%より大きくかつ約1重量%より小さい炭素含量を有することを特徴とす る、熱化学的に析出した生成物。2211 Saunders Road Name: Dart Industries, Inc. Name (2770) Patent attorney Kyozo Yuasa 5. Date of submission of written amendment February 4, 1982 6. List of attached documents (1) One translation of the written amendment The scope of the claims 1. Two-phase mixture of tungsten and carbon or tungsten, carbon and oxygen consisting mainly of particles, without columnar distribution of particles, larger than 1200 VHN thermochemically precipitated with hardness and an average particle size of less than 0.1 micron In the product, one phase consists of pure tungsten and the other phase has A15 structure. , the tungsten phase is present at about 20-90%, and the product is about 0. characterized by having a carbon content greater than 1% by weight and less than about 1% by weight A thermochemically precipitated product.

2、炭素含量が約0.1%より大きくかつ約1%より小さい、請求の範囲1に記 載の熱化学的に析出した生成物。2. The carbon content of claim 1 is greater than about 0.1% and less than about 1%. Thermochemically precipitated products.

3、約600C〜700Cにおいて熱処理すると、前記A15構造は転移し、そ して前記硬度はその熱処理前の硬度の少なくとも半分に維持される、請求の範囲 1に記載の熱化学的に析出した生成物。3. When heat treated at about 600C to 700C, the A15 structure transforms and its wherein said hardness is maintained at least half of its pre-heat treatment hardness. 1. The thermochemically precipitated product according to 1.

4、約20〜約90%の純粋なタングステンを含む、請求の範囲1に記載の生成 物。4. The product of claim 1 comprising about 20 to about 90% pure tungsten. thing.

5、A15相は圧縮において内部的に予備応力を受けている、請求の範囲1に記 載の熱化学的に析出した生成物。5. The A15 phase is internally prestressed in compression. Thermochemically precipitated products.

6、予備応力は1000 MPaを超える、請求の範囲5に記載の熱化学的に析 出した生成物。6. The thermochemically analyzed method according to claim 5, wherein the prestress exceeds 1000 MPa. product released.

7、A15相の格子間隔は、X線回新分析により決定して、5.04 Aよりも 実質的に小さい、請求の範囲1に記2 載の熱力学的に析出した生成物。7. The lattice spacing of the A15 phase was determined by X-ray regeneration analysis, and was smaller than 5.04A. Substantially small Thermodynamically precipitated products.

8、 タングステンおよび炭素またはタングステン、炭素および酸素の2相混合 物から主として成り、粒子の柱状分布も含まず、1200 VHNより大きい硬 度を有し、かつ0.1ミクロンより小さい平均粒度を有する被膜であって、−相 は純粋なタングステンから成り、そして他相はA15構造からなり、前記タング ステン相は約20〜90%で存在し、前記被膜は約0.1重量%より大きくかつ 約1重量%より小さい炭素含量を有することを特徴とする被膜を有する金属支持 体からなる被覆された支持体生成物。8. Two-phase mixture of tungsten and carbon or tungsten, carbon and oxygen consisting mainly of particles, including no columnar distribution of particles, with a hardness greater than 1200 VHN and has an average particle size of less than 0.1 micron, the coating having -phase is made of pure tungsten, and the other phase is made of A15 structure, and the tungsten The stainless phase is present at about 20-90% and the coating is greater than about 0.1% by weight and Metal support having a coating characterized by having a carbon content of less than about 1% by weight A coated support product consisting of a body.

9 支持体は16マイクロメ一ドル/メートル/Cより小さい熱膨張係数を有す る鉄(ferrous)の物体である、請求の範囲8に記載の被覆された支持体 生成物。9. The support has a coefficient of thermal expansion of less than 16 micrometres/meter/C. The coated support according to claim 8, which is a ferrous object. product.

10、支持体は接着したタングステンカーバイドからなる、被覆された支持体生 成物。10. The support is a coated support material consisting of bonded tungsten carbide. A product.

11、化学的蒸着反応器内に、支持体、タングステンのフッ化物の気体の流れ、 および炭素、水素および酸素を含有する1種またはそれ以上の有機化合物の気体 の流れを供給し、前記気体の有機化合物および前記気体のタングステンのフッ化 物は、これにより支持体の表面から離れたところで反応して、置換反応において 前記気体のタングステンのフッ化物および前記気体の有機化合物を部分的に分解 し、そして前記置換反応の気体生成物を支持体の表面において水素ガスと支持体 の温度で反応させて、前記支持体上に析出する微粒子材料を生成させ、前記気体 の有機化合物は20Cにおいて少なくとも1トルの蒸気圧を有しかつ4個より少 ない炭素原子を含有し、前記1種またはそれ以上の気体の有機化合物は前記気体 のタングステンのフッ化物と置換反応で支持体の温度よりも低い温度において反 応することができる、ことからなる、タングステンおよび炭素またはタングステ ンおよび炭素および酸素から成り、−相が純粋なタングステンであり、そして他 相がA15構造である、硬質の微粒子の2相材料を支持体上に析出する方法にお いて、前記支持体を約300〜約650Cに維持し、そして前記気体の流れは、 気体の流れ中のタングステン原子対炭素原子の比が6:1を超え、かつ気体の流 れ中のタングステン原子対酸素原子の比が約3:1〜500:1であるようなも のである、ことを特徴とする方法。11. a support, a tungsten fluoride gas flow within a chemical vapor deposition reactor; and a gas of one or more organic compounds containing carbon, hydrogen and oxygen. the gaseous organic compound and the gaseous tungsten fluoride; This allows the substances to react away from the surface of the support, in a substitution reaction. Partially decomposes the gaseous tungsten fluoride and the gaseous organic compounds and the gaseous products of the substitution reaction are combined with hydrogen gas on the surface of the support. to produce particulate material that precipitates on the support, and the gas have a vapor pressure of at least 1 Torr at 20C and less than 4 the one or more gaseous organic compounds containing no carbon atoms; In the displacement reaction of tungsten with fluoride, the reaction occurs at a temperature lower than the temperature of the support. tungsten and carbon or tungsten tungsten and carbon and oxygen, the − phase is pure tungsten, and the other A method for depositing a two-phase material of hard fine particles on a support, the phase of which has an A15 structure. the support is maintained at about 300 to about 650C, and the gas flow is The ratio of tungsten atoms to carbon atoms in the gas flow is greater than 6:1, and the gas flow The ratio of tungsten atoms to oxygen atoms in the film is about 3:1 to 500:1. A method characterized by:

12、タングステンのフッ化物は、六フッ化タングステンである、請求の範囲1 1に記載の方法。12. Claim 1, wherein the tungsten fluoride is tungsten hexafluoride. The method described in 1.

13、前記気体の有機化合物は、アルコール、エーテル、アルデヒドおよびケト ンから成る群より選ばれる、請求の範囲11に記載の方法。13. The gaseous organic compounds include alcohols, ethers, aldehydes and keto 12. The method of claim 11, wherein the method is selected from the group consisting of:

14、前記気体の有機化合物は、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、 エチレンオキシド9、およびアセトンから成る群より選ばれる、請求の範囲11 に記載の方法。14. The gaseous organic compound is methanol, ethanol, dimethyl ether, Claim 11 selected from the group consisting of ethylene oxide 9 and acetone. The method described in.

15、前記気体の有機化合物はメタノールである、請求の範囲11に記載の方法 。15. The method according to claim 11, wherein the gaseous organic compound is methanol. .

16、前記気体の有機化合物はエタノールである、請求 ・の範囲11に記載の 方法。16. The method according to claim 11, wherein the gaseous organic compound is ethanol. Method.

1Z 前記気体の有機化合物はジメチルエーテルである、請求の範囲11に記載 の方法。1Z According to claim 11, the gaseous organic compound is dimethyl ether. the method of.

18、前記気体の有機化合物はアセトンである、請求の範囲11に記載の方法。18. The method of claim 11, wherein the gaseous organic compound is acetone.

国際調査報告 第1頁の続きinternational search report Continuation of page 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、 タングステンおよび′炭素ま′たは夕2ングステン、炭素および酸素の2 相混合物から主として成′す1、−:相は純粋なタングステンであり、そして他 相はA15・構造で2あ”v2、粒子の柱状分布を含まず、1200 VHNよ り大きい硬度を有し、そして0.1ミクロンより小さい平均の粒度を有する、熱 化学的に析出した生成物。 2、炭素含量が約0.1%より大きくかつ約1%より小さい、請求の範囲1に記 載の熱化学的に析出した生成物。 3、約600t:’〜700t:’において熱処理すると、前記A15構造は転 移し、そして前記硬度はその熱処理前の硬度の少なくとも半分に維持される、請 求の範囲1に記載の熱化学的に析出した生成物。 4、約20〜約90%の純粋なタングステンを含む、請求の範囲1に記載の生成 物。 5、A15相は圧縮において内部的に予備応力を受けている。請求の範囲1に記 載の熱化学的に析出した生成物。 6、予備応力は100 o Mpaを超えるb請求の範囲5に記載の熱化学的に 析出した生成物。 7、A15相の格子間隔は、X線回訴分析により決定して、5.04 Aよりも 実質的に小さい、請求の範囲1に記載の熱力学的に析出した生成物。 8、タングステンおよび炭素またはタングステン、炭素および酸素の2相混合物 から主として成り、−相は純粋粒子の柱状分布を含まず、1200’ VHN  より大きい硬度′を有し、そして0.1ミクロン〕より小さい平均の粒度を一侑 する被膜をその上に有する、金属支持体から5なる被覆された支持体生成物。 9 支持体は13マイクロメートル/メートに、/ Cより小さい熱膨張係数を 有する鉄(ferrous)の物体である、請求の範囲8に記載の被覆された支 持体生成物。 10、支持体は接着したタングステンカーバイドからなる、被覆された支持体生 成物。 11、化学的蒸着反応器内に、約600〜約!5C1の温度の支持体、タングス テンのフッ化物の気体・の流れおよび炭素、水素および酸素を含有する1種また :はそれ以上の有機化合物の気体の流れを供給し、前記化合物、は20Cにおい て少な(とも1トルの蒸気圧を有IL、かつ4個より少ない炭素原子を含有し、 前記1種またはそれ以上の気体の有機化合物は前記気体の有機化合$JL!、前 1記気体のタングステンのフッ化物と置換反応におt・て支持体の温度よりも低 い温度で反応することができ1、前、記気体の有機化合物および前記気体のタン グステンのフッ化′物、は、これにより支持体の表面から離れたところで反応し て1.置換反応において前記気体のタングステンのフッ化物および前記気体の有 機化合物を部分的に分解し、そして前記置換反応の気体生成物を支持体表面にお いて水素ガスと支持体温度において反応させて、支持体上に析23 ゲステンおよび炭素またはタングステン、炭素および酸素から成り、−相が純粋 なタングステンであり、そして他相がA15構造物である、硬質の微粒子の2相 材料を支持体上に析出する方法。 12、タングステンのフッ化物は、六フッ化タングステンである、請求の範囲1 1に記載の方法。 16、′前記気体の有機化合物は、アルコール、エーテル、アルデヒド1および ケトンから成る群より選ばれる。請求の範囲11に記載の方法。 14、前記気体の有機化合物は、メタノール、エタノール、)メチルエーテル、 エチレンオキシド、およびアセ15、前記気体の有機化合物はメタノールである 、請求の範囲11に記載の方法。 16、前記気体の有機化合物はエタノールである、請求の範囲11に記載の方法 。 1Z 前記気体の有機化合物はジメチルエーテルである、請求の範囲11に記載 の方法。 18、前記気体の有機化合物はアセトンである、請求の範囲11に記載の方法。[Claims] 1. Tungsten and 'carbon' or two tungsten, carbon and oxygen Mainly composed of a phase mixture 1, -: the phase is pure tungsten, and the other The phase is A15, structure is 2A"v2, does not contain columnar distribution of particles, and is 1200 VHN. Thermal Chemically precipitated products. 2. The carbon content of claim 1 is greater than about 0.1% and less than about 1%. Thermochemically precipitated products. 3. When heat treated at about 600t:' to 700t:', the A15 structure transforms. and said hardness is maintained at least half of its pre-heat treatment hardness. A thermochemically precipitated product according to claim 1. 4. The product of claim 1 comprising about 20 to about 90% pure tungsten. thing. 5. The A15 phase is internally prestressed in compression. Claim 1 Thermochemically precipitated products. 6. The prestress is greater than 100 MPa. Precipitated product. 7. The lattice spacing of the A15 phase is determined by X-ray countermeasure analysis and is less than 5.04A. A thermodynamically precipitated product according to claim 1, which is substantially small. 8. Two-phase mixture of tungsten and carbon or tungsten, carbon and oxygen The - phase does not contain a columnar distribution of pure particles, and the 1200' VHN have a hardness greater than 0.1 microns and an average particle size smaller than 0.1 micron A coated support product consisting of a metal support having a coating thereon. 9 The support has a coefficient of thermal expansion of 13 micrometers/meter, less than /C. The coated support according to claim 8, which is a ferrous object having retention product. 10. The support is a coated support material consisting of bonded tungsten carbide. A product. 11. In a chemical vapor deposition reactor, about 600 to about! 5C1 temperature support, tungs Flow of fluoride gas and carbon, hydrogen and oxygen containing one or more : provides a gaseous flow of an organic compound above which the compound is heated at 20C. (both have a vapor pressure of 1 torr and contain less than 4 carbon atoms, The one or more gaseous organic compounds are the gaseous organic compounds $JL! ,Before 1. In the substitution reaction of gaseous tungsten with fluoride, the temperature is lower than that of the support at t. 1. The above-mentioned gaseous organic compound and the above-mentioned gaseous tan This causes the fluoride of gsten to react away from the surface of the support. 1. In the substitution reaction, the gaseous tungsten fluoride and the gaseous The organic compound is partially decomposed and the gaseous products of the displacement reaction are deposited on the support surface. and react with hydrogen gas at the temperature of the support to deposit 23% on the support. Consisting of gesten and carbon or tungsten, carbon and oxygen, - phase is pure Two phases of hard fine particles, one of which is tungsten and the other phase is an A15 structure. A method of depositing material onto a support. 12. Claim 1, wherein the tungsten fluoride is tungsten hexafluoride. The method described in 1. 16, 'The gaseous organic compounds include alcohols, ethers, aldehydes 1 and selected from the group consisting of ketones. The method according to claim 11. 14. The gaseous organic compound is methanol, ethanol,) methyl ether, ethylene oxide, and ace15, the gaseous organic compound being methanol , the method according to claim 11. 16. The method of claim 11, wherein the gaseous organic compound is ethanol. . 1Z According to claim 11, the gaseous organic compound is dimethyl ether. the method of. 18. The method of claim 11, wherein the gaseous organic compound is acetone.
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