KR0163992B1 - Method for powder of wc-co alloy - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학적 방법에 의한 초미립 WC/Co 합금 분말의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 합금의 기계적 성질을 개선하고, 내마모성을 향상시킬 수 있게 하는 화학적 방법에 의한 초미립 WC/Co 합금 분말의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an ultrafine WC / Co alloy powder by a chemical method, and more particularly, to an ultrafine WC / Co alloy by a chemical method for improving the mechanical properties of the alloy and improving wear resistance. It relates to a method for producing a powder.

본 발명의 화학적 방법에 의한 초미립 WC/Co 합금 분말의 제조방법은 AMT-Co(NO3)2용액을 분무건조기를 이용하여 다공질 구상체의 CoWO4와 WO2상들이 존재하는 시초분말을 제조하는 제1공정과, 상기 시초분말을 반응관상로에서 N2/H2가스를 이용하여 낮은 공정온도에서 다공질의 W/Co 분말로 환원시키는 제2공정과, 상기 W/Co 분말을 CO/H2가스로 침탄하여 WC/Co 분말을 제조하는 제3공정과, 상기 침탄이 완료된 초미립 WC/Co 분말내에 존재하는 유리탄소를 CO/CO2분위기내에서 탄소활동도를 조절하여 제거하는 제4공정으로 이루어진다.In the method for preparing ultra-fine WC / Co alloy powder according to the chemical method of the present invention, an AMT-Co (NO 3 ) 2 solution is prepared using a spray dryer to prepare starting powder in which CoWO 4 and WO 2 phases of porous spherical bodies are present. A first step of reducing the initial powder into a porous W / Co powder at a low process temperature using N 2 / H 2 gas in a reaction tube furnace, and CO / H of the W / Co powder A third step of carburizing with 2 gas to produce WC / Co powder, and a fourth step of controlling and removing carbon activity in a CO / CO 2 atmosphere by removing free carbon present in the ultrafine WC / Co powder after carburizing is completed. The process takes place.

Description

초미립 WC-Co 합금 분말의 제조방법Manufacturing method of ultra fine WC-Co alloy powder

제1도는 본 발명에 따른 화학적 방법에 의한 초미립 WC-Co 합금 분말의 제조방법에 따른 제조공정을 나타내는 공정블럭도.1 is a process block diagram showing a manufacturing process according to the manufacturing method of ultra-fine WC-Co alloy powder by the chemical method according to the present invention.

제2도는 본 발명에 따른 화학적 방법에 의한 초미립 WC-Co 합금 분말의 제조방법에 따라 화학적으로 분쇄된 시초분말 SEM 사진도.Figure 2 is a SEM photograph of the starting powder powder chemically pulverized according to the manufacturing method of ultra-fine WC-Co alloy powder by the chemical method according to the present invention.

제3도는 본 발명에 따른 화학적 방법에 의한 초미립 WC-Co 합금 분말의 제조방법에 따라 시초분말을 환원할 때 온도변화에 따른 분말입자의 무게감량 변화를 나타내는 그래프도.Figure 3 is a graph showing the weight loss change of the powder particles with the temperature change when reducing the initial powder in accordance with the manufacturing method of ultrafine WC-Co alloy powder by the chemical method according to the present invention.

제4도의 (a)는 환원작용이 개시되지 않은 상태하에서의 시초분말을 이루는 CoWO4분말 및 WO2분말의 XRD Peak의 강도를 나타내는 그래프도.(A) of FIG. 4 is a graph showing the intensity of the XRD peaks of the CoWO 4 powder and the WO 2 powder forming the initial powder under a state in which reduction is not initiated.

제4도의 (b)는 시초분말을 750℃의 온도로 1시간 동안 가열한 후 CoWO4분말 및 WO2분말과, 이 CoWO4분말 및 WO2분말이 환원된 W-Co 분말의 XRD Peak의 강도를 나타내는 그래프도.(B) of FIG. 4 shows the intensity of XRD peak of CoWO 4 powder and WO 2 powder and W-Co powder reduced with CoWO 4 powder and WO 2 powder after heating the initial powder to a temperature of 750 ° C. for 1 hour. Graph showing.

제4도의 (c)는 시초분말을 750℃의 온도로 3시간 동안 가열한 후 CoWO4분말 및 WO2분말이 환원된 W-Co 분말의 XRD Peak의 강도를 나타내는 그래프도.Figure 4 (c) is a graph showing the intensity of the XRD Peak of the W-Co powder CoWO 4 powder and WO 2 powder reduced after the initial powder is heated to a temperature of 750 ℃ for 3 hours.

제4도의 (d)는 시초분말을 750℃의 온도로 4시간 동안 가열한 후 환원된 W-Co 분말의 XRD Peak의 강도를 나타내는 그래프도.Figure 4 (d) is a graph showing the intensity of the XRD peak of the reduced W-Co powder after heating the starting powder to a temperature of 750 ℃ for 4 hours.

제5도의 (a)는 WC-Co 분말의 침탄온도를 700℃로 하였을 경우의 무게변화를 나타내는 그래프도.(A) of FIG. 5 is a graph showing the weight change when the carburizing temperature of the WC-Co powder is 700 ° C.

제5도의 (b)는 WC-Co 분말의 침탄온도를 750℃로 하였을 경우의 무게변화를 나타내는 그래프도.FIG. 5B is a graph showing the weight change when the carburizing temperature of the WC-Co powder is set at 750 ° C.

제5도의 (c)는 WC-Co 분말의 침탄온도를 800℃로 하였을 경우의 무게변화를 나타내는 그래프도.(C) of FIG. 5 is a graph showing the weight change when the carburizing temperature of the WC-Co powder is set at 800 ° C.

제6도는 중량%로 10%의 Co를 함유하는 WC-Co 분말의 모양과 크기를 나타내는 TEM 사진도.6 is a TEM photograph showing the shape and size of a WC-Co powder containing 10% Co by weight percent.

본 발명은 화학적 방법에 의한 초미립 WC-Co 합금 분말의 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 초경합금의 기계적 성질을 개선하고 내마모성을 향상시킬 수 있게 하는 화학적 방법에 의한 초미립 WC-Co 합금 분말의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an ultrafine WC-Co alloy powder by a chemical method, and more particularly, to a method of preparing ultrafine WC-Co alloy powder by a chemical method for improving mechanical properties and improving wear resistance of a cemented carbide. It relates to a manufacturing method.

일반적으로 초경합금은 TiC, TaC, Mo2C, VC를 바인더와 함께 혼합 성형하거나 텅스텐 탄화물(WC)을 함유하는 합금 분말을 분말야금법으로 소결하여 제조되며, 내마모성과 내열성을 요구하는 절삭공구재와 다이스재 등에 사용되고 있다.In general, cemented carbide is manufactured by mixing and molding TiC, TaC, Mo 2 C, and VC together with a binder or by sintering alloy powder containing tungsten carbide (WC) by powder metallurgy. It is used for dice materials.

여기서 WC-Co계 초경합금은 화학적 조성, WC 분말 입자의 입도분포와 합금중의 탄소량, 그리고 미세조직의 기공도 및 이물질의 함유정도가 기계적 성질에 영향을 미치는 것으로 알려져 있는데, 특히 WC 분말의 입도와 WC 분말과 Co의 분포도는 초경합금의 특성을 결정하는 주요 요인으로 작용하게 된다.In the case of WC-Co cemented carbide, the chemical composition, the particle size distribution of the WC powder particles and the carbon content in the alloy, the porosity of the microstructure and the degree of inclusion of foreign substances are known to affect the mechanical properties. The distribution of WC powder and Co acts as a major factor in determining the properties of cemented carbide.

이때 WC 분말이 작은 입도로 분포될수록, 또 WC 분말과 Co가 균일하게 혼합 분포될수록 경도와 압축강도 및 항절력(TRS) 등과 같은 기계적 성질과 내마모성을 향상시킬 수 있게 된다.In this case, as the WC powder is distributed in a small particle size and the WC powder and Co are uniformly distributed and distributed, mechanical properties such as hardness, compressive strength, and tensile strength (TRS) can be improved.

한편, 상기한 WC-Co계의 초경합금을 제조하는 방법은 통상 분쇄를 통해 0.5μm 입도의 WC 분말을 제조하고, 여기에 Co 등을 혼합한 후 높은 온도 및 장시간에 걸쳐 소결하는 방법이 사용되고 있다.On the other hand, the above-described method for producing a WC-Co-based cemented carbide is usually prepared by grinding WC powder having a particle size of 0.5 μm through pulverization, mixing Co and the like, and then sintering at high temperature and for a long time.

그러나, 상기와 같은 종래의 WC-Co계 초경합금을 제조하는 방법은 WC 분말의 분쇄혼합을 통한 물리적 방법으로 제조되기 때문에 그 입자의 크기가 0.1μm 이하의 나노(nano) 결정립 수준에까지 이를 수 없어 결정립 미세화가 곤란하고, Co 등의 혼합물과 균일하게 분포되지 못하며, 오랜 공정시간 및 높은 공정온도를 요할 뿐만 아니라, 공정 불순물의 혼입 등 문제점이 있어 초경합금의 기계적 성질 및 내마모성의 향상에 한계가 있었다.However, since the conventional method for producing a WC-Co-based cemented carbide is manufactured by a physical method through pulverized mixing of the WC powder, the grain size cannot reach the nano grain level of 0.1 μm or less. It is difficult to miniaturize, uniformly distributed with a mixture such as Co, not only requires a long process time and a high process temperature, but also has problems such as incorporation of process impurities, thereby limiting the improvement of mechanical properties and wear resistance of the cemented carbide.

따라서 WC의 입자를 0.1μm 이하의 나노결정립 수준으로 제조할 수 있는 방법 및 수단이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a method and means capable of producing particles of WC at nanocrystalline levels of 0.1 μm or less.

본 발명은 상기와 같은 종래의 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 화학적인 방법에 의해 WC 분말의 입자를 0.1μm 이하의 나노결정립 수준으로 제조할 수 있는 방법 및 수단이 요구되고 있다.The present invention has been made to meet the above-described conventional requirements, an object of the present invention is to require a method and means for producing particles of WC powder by the chemical method to a nanocrystalline level of 0.1 μm or less. have.

본 발명은 상기와 같은 종래의 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 화학적인 방법에 의해 WC 분말의 입자를 0.1μm 이하의 나노결정립 수준으로 제조하고, 아울러 Co 등과 균일한 분포를 이루게 하여 초경합금의 기계적 성질을 개선할 뿐만 아니라, 내마모성의 향상을 극대화할 수 있게 하는 화학적 방법에 의한 초미립 WC-Co 합금 분말의 제조방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made in order to meet the above-described conventional requirements, the object of the present invention is to produce a particle of WC powder by a chemical method to a nanocrystalline level of 0.1μm or less, and also uniform distribution of Co and the like In addition to improving the mechanical properties of the cemented carbide, and to provide a method for producing ultra-fine WC-Co alloy powder by a chemical method that can maximize the improvement of wear resistance.

이를 실현하기 위하여 본 발명은 AMT-Co(NO3)2용액을 분무건조기를 이용하여 CoWO4와 WO2상들이 존재하는 시초분말을 제조하는 단계와, 상기 시초분말을 반응관상로에서 N2/H2혼합가스를 이용하여 다공질의 W/Co 분말로 환원시키는 단계와, 상기 W/Co 분말을 CO/H2혼합가스로 침탄하여 WC/Co 분말을 제조하는 단계와, 상기 침탄이 완료된 WC/Co 분말내에 존재하는 유리탄소를 CO/CO2혼합가스 분위기내에서 탄소활동도를 조절하여 제거하는 단계으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초미립 WC-Co 합금 분말의 제조방법을 제공한다.In order to realize this, the present invention provides a step of preparing an initial powder containing CoWO 4 and WO 2 phases using an AMT-Co (NO 3 ) 2 solution using a spray dryer, and adding the initial powder to a N 2 / H 2 comprising the steps of reduction to the porous W / Co powder using a gas mixture, comprising the steps of: preparing a WC / Co powder by carburization of the W / Co powder with CO / H 2 gas mixture, wherein the carburizing is finished WC / It provides a method for producing an ultra-fine WC-Co alloy powder, characterized in that the step of controlling the carbon activity in the CO / CO 2 mixed gas atmosphere to remove the free carbon present in the Co powder.

그리고, 상기 시초분말중의 염을 제거하기 위하여 350∼400℃의 온도에서 열처리하고, 시초분말의 환원단계는 수소분위기에서 350∼800℃의 온도로 3∼4시간 진행되는 것을 특징으로 한다.And, in order to remove the salt in the initial powder is heat-treated at a temperature of 350 ~ 400 ℃, the reduction step of the initial powder is characterized in that it proceeds for 3 to 4 hours at a temperature of 350 ~ 800 ℃ in a hydrogen atmosphere.

또한, 상기 침탄단계는 750∼800℃의 온도에서 20∼25분간 수행하며, 상기의 WC-Co 합금 분말중 WC의 평균입도는 0.1μm 이하인 것을 그 특징으로 한다.In addition, the carburizing step is performed for 20 to 25 minutes at a temperature of 750 ~ 800 ℃, characterized in that the average particle size of WC in the WC-Co alloy powder is 0.1μm or less.

이하, 본 발명의 수치한정의 이유에 대하여 설명한다.Hereinafter, the reason for numerical limitation of this invention is demonstrated.

먼저, 시초분말의 염을 제거하기 위한 온도범위를 350∼400℃로 한정한 이유는 제3도에서 나타낸 바와 같이 시초분말의 염제거시 350℃에서부터 급격한 무게감량이 시작되어 400℃ 이후부터 그 감량이 서서히 감소하고 있기 때문이다. 즉, 이러한 갑작스런 무게의 변화는 시초분말에서 염들이 제거되고 있다는 것을 뜻하기 때문이다.First, the reason for limiting the temperature range for removing the salt of the starting powder is 350 to 400 ° C., as shown in FIG. 3, when the salt of the starting powder is removed, a rapid weight loss starts from 350 ° C. and the weight is lost after 400 ° C. This is because it is gradually decreasing. This sudden change in weight means that salts are being removed from the starting powder.

또한, 수소분위기에서 시초분말의 환원을 행한 것은 산소와의 반응성 즉, 환원력이 강한 수소분위기에서 환원을 행함으로써 보다 나은 시초분말의 환원을 위한 것이고, 그 온도범위를 350∼800℃로 한정한 이유는 제3도에서 보여지듯이 시편의 무게변화가 350℃에서 발생하기 시작하여 800℃에서 일정하게 유지되기 때문이다.In addition, the reduction of the starting powder in the hydrogen atmosphere is for the reduction of the starting powder by reducing the reactivity with oxygen, that is, reducing the hydrogen atmosphere with a strong reducing power, and the temperature range is limited to 350 to 800 ° C. This is because the change in weight of the specimen begins to occur at 350 ° C and remains constant at 800 ° C, as shown in FIG.

즉, 이것은 시초분말의 환원이 350℃에서 시작하여 800℃에서 종료되는 것을 나타낸다.In other words, this indicates that the reduction of the starting powder starts at 350 ° C and ends at 800 ° C.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

[실시예]EXAMPLE

제1도는 본 발명에 의한 초미립 초경합금 분말의 제조공정을 나타내는 블록도로, 제1공정에서 AMT-Co(NO3)2용액을 분무건조하여 시초분말을 제조한다.FIG. 1 is a block diagram showing a manufacturing process of the ultrafine cemented carbide powder according to the present invention. In the first process, a starting powder is prepared by spray drying the AMT-Co (NO 3 ) 2 solution.

여기에서 AMT(Ammonium Meta Tungstate)는 (NH4)6(H2W12O40)4H2O를 나타낸다.Here, Ammonium Meta Tungstate (AMT) represents (NH 4 ) 6 (H 2 W 12 O 40 ) 4H 2 O.

이와 같이 제조되는 시초분말은 제2도에서와 같이 평균적으로 30∼40μm 입도의 구상상태로 되는데, 시초분말에는 약간의 수분이 존재하고 있으며, 수분의 양은 분무건조기에 유입되는 용액의 양이 많은 경우 증가하였다.The starting powder prepared as described above has a spherical shape with an average particle size of 30 to 40 μm, as shown in FIG. 2. In the starting powder, some water is present, and the amount of water is large when the amount of the solution flowing into the spray dryer is large. Increased.

또한, 시초분말내에는 수분과 친화력이 강한 염들을 포함하고 있어 대기중에 보관하는 경우 수분을 급속하게 흡수하므로 수분과 친화력이 강한 염을 제거하는 것이 필요한데 이를 위하여 400℃의 공기중에서 가열한다.In addition, since the initial powder contains salts having strong affinity with water, when stored in the air, it is necessary to remove salts having strong affinity with water because it absorbs moisture rapidly. For this, it is heated in air at 400 ° C.

이에 따라 시초분말 중의 수분 및 대부분의 염 즉, NH4, NO3등이 제거되고 시초분말은 산화물 형태로 존재하게 되며, 이 과정에서 시초분말의 무게가 약 30% 감소되었다.Accordingly, water and most salts in the starting powder, that is, NH 4 , NO 3, etc. are removed, and the starting powder is present in the form of an oxide. In the process, the weight of the starting powder is reduced by about 30%.

상기와 같이 수분과 염이 제거된 산화물형태의 시초분말은 N2-H2혼합가스 분위기하에서 환원되며, 그 반응식은 다음과 같다.As described above, the initial powder in the form of an oxide in which water and salts are removed is reduced in a N 2 -H 2 mixed gas atmosphere.

W-Oxide(WO2), Co-Oxide+H2→W-Co+H2O↑W-Oxide (WO 2 ), Co-Oxide + H 2 → W-Co + H 2 O ↑

상기에서 환원작용에 직접 참여하는 H2가스 이외에 N2가스를 3:1의 비율로 첨가하였으며, 그 이유는 비용절감을 위해서이다.In addition to the H 2 gas directly participating in the reduction in the above N 2 gas was added in a ratio of 3: 1, for the purpose of cost reduction.

이러한 반응식에 따라 시초분말이 수소분위기에서 환원될 때 시편의 무게 감소량을 조사한 TGA 결과가 제3도에 나타나 있다.According to this scheme, the TGA results of the weight loss of the specimen when the starting powder is reduced in the hydrogen atmosphere are shown in FIG.

제3도에 따르면 시편의 무게는 400℃ 이하에서 대부분 염들이 제거되면서 급격히 감소하여, 800℃에서 분말에 남아 있는 산소가 거의 제거되어 환원이 완료되고 최종 환원처리후 분말의 무게는 약 40% 정도 감소되는 것을 알 수 있다.According to FIG. 3, the weight of the specimen decreases rapidly as most salts are removed below 400 ° C., and oxygen remaining in the powder is almost removed at 800 ° C., and the reduction is completed. The weight of the powder is about 40% after the final reduction treatment. It can be seen that the decrease.

또, 제4도는 시초분말과 750℃에서 환원한 W-10% Co 분말들의 XRD 결과로서 환원이 진행되면서 CoWO4와 WO2상들이 환원되는 것을 나타낸다.4 shows that CoWO 4 and WO 2 phases are reduced as the reduction proceeds as a result of XRD of the initial powder and the W-10% Co powders reduced at 750 ° C.

제4도의 (a)는 환원작용이 개시되지 않은 상태하에서의 시초분말로서 CoWO4와 WO2상들이 분말내에 존재하고 있음을 나타낸다.(A) of FIG. 4 shows that CoWO 4 and WO 2 phases are present in the powder as the initial powder under the condition that no reduction is initiated.

제4도의 (b)는 시초분말을 750℃의 온도로 1시간 동안 가열한 후 CoWO4분말 및 WO2분말과, 이 CoWO4분말 및 WO2분말이 환원된 W-Co 분말의 XRD 결과를 나타낸다.(B) of FIG. 4 shows the XRD results of CoWO 4 powder and WO 2 powder and W-Co powder with reduced CoWO 4 powder and WO 2 powder after the initial powder was heated to a temperature of 750 ° C. for 1 hour. .

제4도의 (c)는 시초분말을 750℃의 온도로 3시간 동안 가열한 후 CoWO4분말 및 WO2분말이 환원된 W-Co 분말의 XRD Peak의 강도를 나타낸다.(C) of FIG. 4 shows the intensity of the XRD peak of the W-Co powder in which the CoWO 4 powder and the WO 2 powder are reduced after the initial powder is heated to a temperature of 750 ° C. for 3 hours.

제4도의 (d)는 시초분말을 750℃의 온도로 4시간 동안 가열한 후 환원된 W-Co 분말의 XRD Peak의 강도를 나타낸다.(D) of FIG. 4 shows the intensity of the XRD peak of the reduced W-Co powder after the initial powder was heated to a temperature of 750 ° C. for 4 hours.

제4도에 나타난 바와 같이 분무 건조된 시초분말을 750℃의 온도로 4시간 동안 가열하면 CoWO4분말 및 WO2분말은 모두 W-Co 분말로 환원되고, 이때 환원된 분말은 시초분말과 같은 구형을 유지하고 있지만, 다공질로서 크기가 약 20∼30% 감소하였음을 알 수 있다.As shown in FIG. 4, when the spray dried raw powder is heated to a temperature of 750 ° C. for 4 hours, both CoWO 4 powder and WO 2 powder are reduced to W-Co powder, and the reduced powder is spherical like the initial powder. Although it is maintained, it can be seen that the size is reduced by about 20 to 30% as a porous material.

이것은 환원에 의한 분말내부의 산소의 제거에 따른 것으로 사료되며, 환원온도가 높을수록 기공의 크기가 증가하는 것으로 나타났다.This is thought to be due to the removal of oxygen in the powder by reduction, the pore size increases with the reduction temperature.

또한, 상기 W-Co 분말은 이중에 함유된 Co의 함유정도에 따라 WC로 완전 환원시키기 위한 환원조건이 차이가 나는데, Co 함량이 3중량%에서 18중량%로 증가할수록 TGA에서 환원이 완료되는 시간은 점차 줄어든다.In addition, the W-Co powder has a difference in reducing conditions for the complete reduction to WC according to the content of Co contained in the double, the reduction is completed in TGA as Co content increases from 3% by weight to 18% by weight The time gradually decreases.

즉, Co가 중량%로 3%일 때 90분 동안의 가열시간을 요하고, Co가 중량%로 6%일 경우에는 50분 동안의 가열시간을 그리고 Co가 중량%로 10%일 때에는 45분 동안의 가열시간을 통하여 완전한 환원작용이 완료된다.That is, heating time for 90 minutes is required when Co is 3% by weight, heating time is 50 minutes when Co is 6% by weight, and 45 minutes when Co is 10% by weight. The complete reduction is completed through the heating time.

이와같이 환원작용이 완료된 구상 다공질의 W-Co 분말은 침탄된다.In this way, the spherical porous W-Co powder having the reduction effect is carburized.

즉, 상기한 구상다공질의 W-Co 분말이 CO-H2혼합가스 분위기에서 침탄되는데 이때 초미립의 W-Co 미세기공으로 잉여의 분해탄소가 채워지고 이 탄소는 W 입자와 급속히 반응하여 아래의 반응식에 따라 WC로 된다.In other words, the spherical porous W-Co powder is carburized in a CO-H 2 mixed gas atmosphere, and the ultra-fine W-Co micropores are filled with the excess decomposition carbon, and the carbon reacts rapidly with the W particles, thus providing the following reaction formula: According to WC.

W+2CO→WC+CO2W + 2CO → WC + CO 2

상기에서 침탄작용에 직접 작용하는 CO 가스 이외에 H2가스를 약 4:1의 비율로 추가 투입한 것은 침탄시키고자 하는 분말의 표면을 깨끗하게 하는 작용이외에 비용절감을 위해서이다.The addition of H 2 gas in a ratio of about 4: 1 in addition to the CO gas directly acting on the carburizing action is for cost reduction in addition to the action of cleaning the surface of the powder to be carburized.

중량%로 10%의 Co를 함유하는 W-Co 분말은 800℃의 온도에서 10분간 유지되었을 때 Co3W3C의 중간탄화물상들이 여전히 존재하고 있었으나, 20분 동안 유지후에는 W-Co 분말의 침탄이 완료된 것을 XRD로서 확인할 수 있었고, 침탄온도 750℃에서는 침탄시간이 25분 정도 소요되었다.W-Co powders containing 10% Co by weight were still present in Co 3 W 3 C intermediate carbide phases when maintained for 10 minutes at a temperature of 800 ° C. It was confirmed that the carburizing was completed by XRD, carburizing time required about 25 minutes at the carburizing temperature 750 ℃.

침탄이 완료된 초미립 WC-Co 분말은 탈탄되어 WC-Co 분말내에 잔존하고 있는 유리 탄소를 제거한다.The carburized ultrafine WC-Co powder is decarburized to remove free carbon remaining in the WC-Co powder.

유리탄소(Free Carbon)는 침탄공정중 생성된 것으로서 CO-CO2혼합가스 분위기내에서 탄소활동도를 0.4로 고정함으로써 제거가 가능하다.Free carbon is produced during the carburization process and can be removed by fixing the carbon activity to 0.4 in a CO-CO 2 mixed gas atmosphere.

이때의 반응식은 WC+C+CO2→WC+2CO이며, CO2를 단독으로 투입시 발생하는 WC중의 C의 탈탄을 방지하기 위하여 CO-CO2의 비를 조절하여 투입하였다.At this time, the reaction formula is WC + C + CO 2 → WC + 2CO, was added by adjusting the ratio of CO-CO 2 to prevent the decarburization of C in the WC generated when CO 2 alone.

제5도는 WC-10중량% Co 분말을 700℃, 750℃, 800℃의 온도에서 침탄, 탈탄을 행하였을 때의 반응시간 및 무게변화를 나타낸 것으로 CO-CO2분위기에서 탈탄처리시 더 이상의 무게감소가 일어나지 않는 구간에서 탈탄반응이 완료되고, 반응에 걸리는 시간은 반응온도가 높아질수록 감소하는 것을 알 수 있다.The fifth turning WC-10 wt% Co powder with 700 ℃, when 750 ℃, decarburization treatment carburization at a temperature of 800 ℃, illustrates the reaction time and the weight change when the done decarburization in the CO-CO 2 atmosphere further weight The decarburization reaction is completed in the section where the decrease does not occur, and the time taken for the reaction decreases as the reaction temperature increases.

그러나, 각각의 온도에서 제조된 초미립 WC-Co 분말의 XRD 피크(Peak)의 반각폭을 비교하여 보면 반응온도가 높을수록 공정시간을 줄어들었지만 제조된 분말의 크기는 크게 증가되는 것을 알 수 있다.However, comparing the half-widths of the XRD peaks of the ultra-fine WC-Co powders prepared at each temperature, the process time was decreased as the reaction temperature was higher, but the size of the prepared powder was greatly increased. .

700∼800℃의 온도에서 제조한 wc-10중량% Co 분말을 Ni 도금하여 전해연마시킨 후 TEM으로 관찰한 사진을 제5도에 나타내었는데, 700∼750℃에서 제조한 WC-10중량% Co 초경분말은 약 30∼50nm 정도의 입자크기를 얻을 수 있으나, 800℃에서는 WC 입자가 상당히 크게 성장하였다.Ni plating on the wc-10 wt% Co powder prepared at a temperature of 700 to 800 ° C. followed by electrolytic polishing, and the photograph observed by TEM is shown in FIG. 5. WC-10 wt% Co prepared at 700 to 750 ° C. The cemented carbide powder can have a particle size of about 30 to 50 nm, but at 800 ° C., the WC particles grow considerably.

따라서 반응속도와 WC 입자의 크기를 모두 고려하여 반응관상로에서 750℃에서 침탄과 탈탄에 소요된 시간은 각각 3.5시간과 5시간이 소요되었고, 제조된 WC-10중량% Co의 WC 입자의 크기는 약 50nm였다.Therefore, in consideration of both the reaction rate and the size of the WC particles, the time required for carburizing and decarburizing at 750 ° C. in the reaction tube furnace was 3.5 hours and 5 hours, respectively. Was about 50 nm.

또한, Co 함량이 줄어들수록 침탄이 완료되는데 필요한 시간은 급격히 증가하여 3중량% Co의 경우 약 30분의 침탄시간이 요구되었다.In addition, as the Co content decreases, the time required to complete carburization increases rapidly, and a carburizing time of about 30 minutes is required for 3 wt% Co.

그러나, Co 함량이 12중량%, 18중량%인 경우에는 10중량%인 경우보다 침탄과 탈탄시간은 급격히 감소하였다.However, in the case of Co content of 12% by weight and 18% by weight, carburization and decarburization time were drastically reduced compared to 10% by weight.

그 이유는 침탄시에 Co가 Co 가스의 촉매분해 효과를 증가시킴에 기인한 것이다.The reason is that Co increases the catalytic decomposition effect of Co gas during carburization.

상기와 같은 본 발명에 의한 화학적 방법에 의한 초미립 초경 합금 분말 및 그 제조방법은 WC 분말의 입자를 0.1μm 이하의 나노결정립 수준으로 제조하고, 아룰러 Co 등과 균일한 분포를 이루게 하여 초경합금의 기계적 성질을 개선할 뿐아니라, 내마모성의 향상을 극대화할 수 있는 이점이 있다.The ultrafine cemented carbide powder according to the chemical method according to the present invention and the manufacturing method thereof produce particles of WC powder at the level of nanocrystal grains of 0.1 μm or less, and make uniform distribution of Arler Co and the like to mechanically produce cemented carbide. In addition to improving the properties, there is an advantage that can maximize the improvement of wear resistance.

Claims (5)

AMT-Co(NO3)2용액을 분무건조기를 이용하여 CoWO4와 WO2상들이 존재하는 시초분말을 제조하는 단계와, 상기 시초분말을 반응관상로에서 N2-H2혼합가스를 이용하여 다공질의 W-Co 분말로 환원시키는 단계와, 상기 W-Co 분말을 CO-H2혼합가스로 침탄하여 WC-Co 분말을 제조하는 단계와, 상기 침탄이 완료된 WC-Co 분말내에 존재하는 유리탄소를 CO-CO2혼합가스 분위기내에서 탄소활동도를 조절하여 제거하는 단계으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초미립 WC-Co 합금 분말의 제조방법.Preparing an initial powder containing CoWO 4 and WO 2 phases using an AMT-Co (NO 3 ) 2 solution using a spray dryer, and using the N 2 -H 2 mixed gas in a reaction tube furnace. Reducing the porous W-Co powder, carburizing the W-Co powder with a CO-H 2 mixed gas to produce a WC-Co powder, and free carbon present in the carburized WC-Co powder. Method for producing an ultra-fine WC-Co alloy powder, characterized in that consisting of the step of controlling the carbon activity in the CO-CO 2 mixed gas atmosphere. 제1항에 있어서, 상기 시초분말중의 염을 제거하기 위하여 350∼400℃의 온도에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 초미립 WC-Co 합금 분말의 제조방법.The method for producing ultrafine WC-Co alloy powder according to claim 1, characterized in that heat treatment is performed at a temperature of 350 to 400 ° C. to remove salts in the starting powder. 제1항에 있어서, 상기 환원단계는 수소분위기에서 350∼800℃의 온도로 3∼4시간 진행되는 것을 특징으로 하는 초미립 WC-Co 합금 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein the reducing step is performed for 3 to 4 hours at a temperature of 350 to 800 ℃ in a hydrogen atmosphere. 제1항에 있어서, 상기 침탄단계는 750∼800℃ 온도에서 20∼25분간 수행되는 것을 특징으로 하는 초미립 WC-Co 합금 분말의 제조방법.According to claim 1, wherein the carburizing step is a method for producing ultra-fine WC-Co alloy powder, characterized in that performed for 20 to 25 minutes at a temperature of 750 ~ 800 ℃. 제1항에 있어서, 상기의 WC-Co 합금 분말중 WC의 평균입도는 0.1μm 이하인 것을 특징으로 하는 초미립 WC-Co 합금 분말의 제조방법.The method for producing ultrafine WC-Co alloy powder according to claim 1, wherein the average particle size of WC in the WC-Co alloy powder is 0.1 µm or less.
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