KR102037764B1 - 내마모성 재료 그리고 내마모성 재료를 생성하는 시스템 및 방법 - Google Patents

내마모성 재료 그리고 내마모성 재료를 생성하는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 내마모성 복합 재료를 형성하는 시스템 및 방법은, 몰드 공동 내에 다공성 내마모성 충전재를 위치시키고 매트릭스 재료를 용융시킬 정도로 충분한 온도까지 가열함으로써 충전재 재료에 매트릭스 재료를 침투시키는 단계와; 그 다음에 조립체를 냉각시켜 내마모성 복합 재료를 형성하는 단계를 포함한다. 이 시스템 및 방법은 굴착 장비를 위한 부품 또는 다른 기계 부품 등의 기판의 표면 상에 내마모성 복합 재료를 형성하는 데 사용될 수 있다. 하나의 적절한 매트릭스 재료가 다양한 연성 철 합금 중 임의의 것일 수 있다.

Description

내마모성 재료 그리고 내마모성 재료를 생성하는 시스템 및 방법{WEAR RESISTANT MATERIAL AND SYSTEM AND METHOD OF CREATING A WEAR RESISTANT MATERIAL}
관련출원에 대한 교차-참조
본 출원은 2012년 1월 31일자로 출원된 미국 임시 출원 제61/593,091호에 대한 우선권 및 이익을 향유하고, 이 출원은 온전히 여기에 합체되어 그 일부를 구성한다.
본 발명은 일반적으로 내마모성 재료를 생성하는 시스템 및 방법에 그리고 특히 내마모성 재료를 형성하여 경납땜(brazing)에 의해 기판에 재료를 연결하는 데 침투 기술(infiltration technique)을 이용하는 시스템 및 방법에 그리고 또한 이 시스템 및 방법의 제품에 관한 것이다.
다양한 형태의 굴착 장비는 반복된 충격 및 응력이 적용되는 포인트, 모서리, 표면 그리고 다른 부품을 갖고, 이것은 이러한 부품의 마모 또는 파단을 가져올 수 있다. 따라서, 양호한 인성과 결합된 높은 경도 및 내마모성을 갖는 재료가 이러한 적용 분야에 바람직하다. 높은 경도 및 내마모성을 갖는 재료는 유사한 도전 과제가 직면되는 적용 분야를 포함하는 다른 분야에서 또한 유용할 수 있다.
내마모성 부품을 제조하는 하나의 통상적인 기술은 몰드 내에 위치되는 경질의 내마모성 재료 주위에 용융 금속(예컨대, 주철)을 주입함으로써 부품을 주조하여 주조된 금속 부품에 내마모성 재료를 부착하고 내마모성 복합체를 생성하는 것이다. 이러한 방법의 주요 단점에 따르면, 내마모성 재료가 이러한 방법에 의해 부착되는 기판은 주조에 적절한 재료에 제한된다. 추가로, 내마모성 재료는 일반적으로 5-50%의 체적 분율 범위로 제한되고, 50 ㎛ 초과의 입자로 제한되고, 이들 부품은 일반적으로 6.25 ㎜(0.250 인치) 미만의 두께로 제한된다. 나아가, 이러한 방법은 약 200℃ 내지 400℃까지 용융 합금을 과열시킬 것을 요구하고, 이것은 카바이드(carbide) 입자의 상당한 용해로 이어지고 그에 따라 최종 복합체의 성질을 저하시킨다. 나아가, 이러한 주조가 공기 중에서 수행되기 때문에, 경질 입자 및 매트릭스 금속의 양쪽 모두의 산화에 대한 가능성이 있고, 산화물이 복합체 내에 포획되어 마모 및 기계 성능을 저하시킬 수 있다.
내마모성 부품을 제조하는 또 다른 통상의 기술은 순수한 텅스텐 카바이드 및 초경합금 입자의 양쪽 모두의 다공성 질량체 내로의 니켈계 합금, 구리계 합금 및/또는 주철의 침투이다. 그러나, 니켈 및 구리계 합금은 상당한 비용을 수반하고, 주철은 모든 적용 분야에 만족스러운 인성을 갖지 못한다. 연성 철이 주조 가능하고 양호한 파단 인성을 갖는 훨씬 더 경제적인 재료를 대표한다. 그러나, 이들 기술에 채용되는 조건은 연성 철 침투에 적절하지 않다. 추가로, 이들 기술과 관련된 침투 온도는 경질 입자의 상당한 열화가 일어날 정도로 높다. 이들 기술을 사용한 구상 주조 카바이드 내로의 주철의 침투의 경우에, 최초의 카바이드 입자는 완전히 붕괴될 수 있다. 용융 결합제 금속과 경질 카바이드 입자 사이에서의 금속학적 상호 작용의 결과로서, 이러한 기술을 위한 입자 크기는 반응 후에도 여전히 내마모성을 제공하는 비교적 상당한 분율의 경질 입자가 남겨지도록 전형적으로 1.14 ㎜(0.045 인치)보다 크게 유지되어야 한다.
따라서, 일부의 기존의 제품 및 방법이 많은 유리한 특징을 제공하지만, 이들은 그럼에도 불구하고 일부의 제한을 갖는다. 본 발명의 목적은 종래 기술의 이들 제한 그리고 다른 단점 중 일부를 극복하고 지금까지 이용 가능하지 않았던 새로운 특징을 제공하는 것이다.
다음에는 본 발명의 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 발명의 태양의 대체적인 요약이 제공된다. 이러한 요약은 본 발명의 광범위한 개관은 아니다. 이것은 본 발명의 주요 또는 중요 요소를 식별하거나 본 발명의 범주를 한정하도록 의도되지 않는다. 다음의 요약은 아래에서 제공되는 더 상세한 설명에 대한 도입부로서 일반적인 형태로 본 발명의 일부 개념을 제공할 뿐이다.
본 발명의 태양은 기판 상에 내마모성 복합 코팅을 형성하는 데 사용되는 방법에 관한 것이다. 몰드가 기판의 표면에 근접하게 위치되고, 그에 의해 표면은 몰드의 공동과 연통되고, 다공성 내마모성 재료가 표면에 밀접되게 공동 내에 위치된다. 금속 매트릭스 재료가 공동과 연통되게 위치되고, 몰드 및 매트릭스 재료는 매트릭스 재료의 융점보다 높은 온도까지 가열된다. 온도는 매트릭스 재료가 용융 형태로 내마모성 재료 내로 침투되어 기판의 표면에 접촉될 정도로 충분한 시간 동안 융점보다 높게 유지된다. 그 후에, 몰드 및 매트릭스 재료는 냉각되어 매트릭스 재료를 응고시키고 기판의 표면 상에 매트릭스 내에 임베딩된(embedded) 내마모성 재료를 포함하는 내마모성 복합 코팅을 형성한다. 매트릭스 재료는 하나의 실시예에서 연성 철일 수 있고, 연성 철은 중량%로 대략 3.0-4.0%의 탄소, 대략 1.8-2.8%의 규소, 대략 0.1-1.0%의 망간, 대략 0.01-0.03%의 황 그리고 대략 0.01-0.1%의 인을 포함하는 조성을 가질 수 있고, 이 때에 잔량은 철 및 부수 원소 그리고 불순물이다. 니켈(최대 37 중량%), 크로뮴(최대 5.5 중량%) 및/또는 규소(최대 5.5 중량%) 등의 다른 원소 및 첨가물이 연성 철 내에 포함될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
하나의 태양에 따르면, 내마모성 재료는 전이 금속의 카바이드, 나이트라이드(nitride), 보라이드(boride), 실리사이드(silicide), 금속간 화합물(intermetallic compound) 그리고 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1개 이상의 재료를 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 카바이드의 예는 WC, TiC, SiC, Cr3C2, VC, ZrC, NbC, TaC, (W,Ti)C, B4C 및 Mo2C 그리고 이들의 조합을 포함한다. 사용될 수 있는 나이트라이드의 예는 TiN, BN, Si3N4, ZrN, VN, TaN, NbN, HfN, CrN, MoN 및 WN 그리고 이들의 조합을 포함한다. 사용될 수 있는 보라이드의 예는 타이타늄 보라이드, 크로뮴 보라이드, 텅스텐 보라이드, 니켈 보라이드, 지르코늄 보라이드, 하프늄 보라이드, 탄탈럼 보라이드, 나이오븀 보라이드, 바나듐 보라이드, 몰리브데넘 보라이드, 규소 보라이드, 알루미늄 보라이드 그리고 전이 금속의 다른 보라이드, 그리고 이들의 조합을 포함한다. 사용될 수 있는 실리사이드의 예는 전이 금속의 실리사이드를 포함한다. 내마모성 재료는 침윤 적합성 코팅(wetting compatible coating)을 추가로 가질 수 있다.
또 다른 태양에 따르면, 복합 코팅은 기판의 복수개의 표면 상에 형성될 수 있거나, 기판의 표면의 단지 일부 상에 형성될 수 있다.
추가의 태양에 따르면, 다공성 내마모성 재료는 느슨한 입자상 재료의 형태로 또는 입자상 재료로 형성되는 다공성 프리폼(preform)의 형태로 되어 있을 수 있고, 입자상 재료는 다공성 프리폼을 형성하도록 함께 접합된다. 프리폼 내의 입자상 재료는 여러 개의 상이한 방식으로 예컨대 소결(sintering)에 의해 또는 중합체 재료에 의해 함께 접합될 수 있다. 중합체 재료가 접합에 사용되면, 재료는 경납땜 온도가 가열 중에 입자상 재료로부터 중합체 재료를 제거할 정도로 충분하도록 선택될 수 있다.
또 다른 태양에 따르면, 몰드는 공동을 한정하도록 기판에 연결되는 시트 금속 외피이거나 이것을 포함할 수 있다. 외피는 외피의 외부로의 개구를 가질 수 있고, 다공성 내마모성 재료는 개구를 통한 삽입에 의해 공동 내에 위치될 수 있다. 이러한 외피는 기판의 두께보다 상당히 낮은 벽 두께를 가질 수 있고, 기판의 외부 표면에 용접될 수 있다.
추가의 태양에 따르면, 가열은 퍼니스 챔버(furnace chamber) 내에서 수행되고, 챔버는 온도가 매트릭스 재료의 융점에 도달되기 전에 (예컨대, 0.0001 또는 0.001 Torr 내지 0.010 Torr, 또는 훨씬 더 낮은 압력만큼) 배기(evacuate)될 수 있다. 불활성 가스가 매트릭스 재료가 용융된 후에 챔버 내로 유입될 수 있다. 대체예에서, 용융은 예컨대 매트릭스 재료가 용융되기 전에 챔버 내로 아르곤 가스를 유입시킴으로써 불활성 가스의 존재 하에서 수행될 수 있다. 이러한 실시예에서, 몰드는 잔류 가스가 침투 중에 투과성 부분으로부터 탈출되게 하도록 다공성 내마모성 재료와 접촉되는 투과성 부분을 갖는다.
추가의 태양에 따르면, 매트릭스 재료는 내마모성 재료에 적어도 부분적으로 측면 방향으로 또는 수평으로 위치될 수 있고, 이 방법은 매트릭스 재료에 인접하게 그리고 내마모성 재료에 대향으로 변위 매체[예컨대, 세라믹 비드(ceramic bead) 등의 유동성 매체]를 위치시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 변위 매체는 용융 매트릭스 재료를 지지하고, 용융 매트릭스 재료가 내마모성 재료 내로 침투될 때에 용융 매트릭스 재료를 변위시킨다. 배리어(barrier)가 추가로 변위 매체 내로의 용융 매트릭스 재료의 투과에 저항하도록 변위 매체와 매트릭스 재료 사이에 위치될 수 있다. 측면 방향 침투의 하나의 예는 기판이 튜브형 구조물일 때이고, 그에 의해 용융 매트릭스 재료는 튜브형 구조물의 내부 표면 상에 복합 코팅을 형성하도록 측면 방향으로 외향으로 침투된다. 이러한 구성에서, 변위 매체는 튜브형 구조물의 중심에 위치되고, 용융 매트릭스 재료가 내마모성 재료 내로 침투될 때에 외향으로 변위된다.
본 발명의 추가의 태양은 기판의 표면 상에 내마모성 복합 코팅을 형성하는 데 사용되는 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은, 기판의 표면에 근접하게 위치되는 몰드로서, 그에 의해 표면은 몰드의 공동과 연통되는, 몰드와; 표면에 밀접되는 공동 내의 다공성 내마모성 재료와; 공동과 연통되는 금속 매트릭스 재료를 포함할 수 있다. 이 시스템은 예컨대 매트릭스 재료의 융점보다 높은 온도까지 몰드 및 매트릭스 재료를 가열하는 단계 그리고 매트릭스 재료가 용융 형태로 내마모성 재료 내로 침투되어 기판의 표면에 접촉될 정도로 충분한 시간 동안 온도를 유지하는 단계와; 그 다음에 몰드 및 매트릭스 재료를 냉각시켜 매트릭스 재료를 응고시키고 기판의 표면 상에 내마모성 복합 코팅을 형성하는 단계를 포함하는 위에서 설명된 태양에 따른 방법과 연계하여 사용 가능할 수 있다. 위에서 설명된 것과 같이, 매트릭스 재료는 연성 철일 수 있다.
하나의 태양에 따르면, 내마모성 재료는 위에서 설명된 재료를 포함하여 전이 금속의 카바이드, 나이트라이드, 보라이드, 실리사이드, 금속간 화합물 그리고 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1개 이상의 재료를 포함할 수 있다.
또 다른 태양에 따르면, 다공성 내마모성 재료는 위에서 설명된 것과 같이 느슨한 입자상 재료의 형태로 또는 입자상 재료로 형성되는 다공성 프리폼의 형태로 되어 있을 수 있고, 입자상 재료는 다공성 프리폼을 형성하도록 함께 접합된다.
본 발명의 추가의 태양은 위에서 설명된 태양에 따른 시스템 및/또는 방법에 따라 또는 다른 시스템 및/또는 방법에 의해 제조될 수 있는 제조 물품에 관한 것이다. 이 물품은 표면에 접합되는 내마모성 복합 코팅을 보유한 표면을 갖는 금속 기판을 포함한다. 내마모성 복합 코팅은 내마모성 입자상 재료 그리고 또한 내마모성 입자상 재료를 함께 접합하는 금속 매트릭스 재료를 포함한다. 코팅은 연속 코팅일 수 있다. 매트릭스 재료는 추가로 기판에 내마모성 복합 코팅을 접합하도록 기판의 표면에 접합된다. 금속 매트릭스 재료는 위에서 설명된 것과 같은 조성을 가질 수 있는 연성 철일 수 있다. 이 방법은 적어도 0.005 인치 그리고 전형적으로 0.040 인치보다 큰 두께를 갖는 코팅을 형성하는 데 사용될 수 있다. 이 방법은 일부 실시예에서 최대 6 인치 이상 또는 최대 7.5 인치 이상의 침투 거리를 성취할 수 있고, 그에 따라 다양한 실시예에서 기판 그 자체보다 더 큰 두께 예컨대 최대 6 인치 이상, 최대 7.5 인치 이상 또는 훨씬 더 큰 두께를 갖는 코팅을 형성하는 데 사용될 수 있다.
하나의 태양에 따르면, 내마모성 재료는 위에서 설명된 예를 포함하여 전이 금속의 카바이드, 나이트라이드, 보라이드, 실리사이드, 금속간 화합물 그리고 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1개 이상의 재료를 포함할 수 있다.
또 다른 태양에 따르면, 기판은 표면에 연결되고 표면으로부터 외향으로 연장되는 복수개의 돌출부를 갖는다. 돌출부는 내마모성 복합 코팅 내에 임베딩된다. 하나의 예로서, 돌출부는 기판의 외부 표면 상에 대칭으로 분포되는 복수개의 리브 또는 판 부재(rib or plate member)일 수 있다.
추가의 태양에 따르면, 물품은 굴착, 채광 또는 다른 토목 장비를 위한 마모성 부재일 수 있고, 기판은 마모성 부재의 작업 부분에 의해 형성될 수 있고, 그에 의해 복합 코팅은 작업 부분을 덮는다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부 도면과 연계하여 취해진 다음의 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 더 충분한 이해를 가능케 하기 위해, 본 발명이 이제부터 첨부 도면을 참조하여 예를 통해 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 내마모성 복합 재료를 형성하기 위한 위로부터의 수직 침투의 예를 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 내마모성 복합 재료를 형성하기 위한 아래로부터의 수직 침투의 예를 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 내마모성 복합 재료를 형성하기 위한 수평 침투의 예를 도시하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 태양에 따른 수직 침투를 사용하여 기판 상에 내마모성 복합 재료를 형성하는 시스템 및 방법의 하나의 실시예를 도시하는 침투 전의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 태양에 따른 도 4에 도시된 방법을 사용하여 그 상에 형성되는 내마모성 복합 재료를 갖는 기판을 도시하는 침투 후의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 태양에 따른 외향 침투를 사용하여 기판 상에 내마모성 복합 재료를 형성하는 시스템 및 방법의 또 다른 실시예를 도시하는 침투 전의 개략도이다.
도 7은 도 6에 도시된 것과 같은 시스템의 단면을 도시하는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 태양에 따른 수직 및 수평 침투를 사용하여 기판 상에 내마모성 복합 재료를 형성하는 시스템 및 방법의 또 다른 실시예를 도시하는 침투 전의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 태양에 따른 수직 및 수평 침투를 사용하여 기판 상에 내마모성 복합 재료를 형성하는 시스템 및 방법의 또 다른 실시예를 도시하는 침투 전의 개략도이다.
도 10은 본 발명에 따른 방법을 사용하여 제조되는 연성 철 매트릭스 내의 구상 주조 텅스텐 카바이드 입자의 예를 도시하는 현미경 사진이다.
도 11은 구상 주조 텅스텐 카바이드/연성 철 복합체와 본 발명에 따른 방법을 사용한 침투 공정 후에 남아 있는 과도한 연성 철 사이의 계면을 도시하는 현미경 사진이다.
도 12는 본 발명의 태양에 따른 침투 방법을 사용하여 그 상에 형성되는 내마모성 복합 재료를 갖는 기판의 또 다른 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진공 상태 하의 퍼니스 내에서의 경납땜 재료로써의 다공성 내마모성 재료의 침투를 위한 시스템 및 방법의 예를 도시하는 개략도이다.
도 14는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 경납땜 재료의 용융 전의 진공 상태 하의 퍼니스 내에서의 경납땜 재료로써의 다공성 내마모성 재료의 침투를 위한 시스템 및 방법의 예를 도시하는 개략도이다.
도 15는 Ar 분압이 경납땜 재료의 용융 후에 퍼니스 내로 유입된 상태의 도 14의 시스템 및 방법의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 Ar 분압 하의 퍼니스 내에서의 경납땜 재료로써의 다공성 내마모성 재료의 침투를 위한 시스템 및 방법의 예를 도시하는 개략도이다.
도 17은 굴착 또는 채광 장비를 위한 포인트의 형태로 본 발명의 태양에 따라 사용되도록 구성되는 기판의 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 18은 그 외부 표면 상에 형성되는 내마모성 복합 재료를 갖는 도 17의 기판의 단면도이다.
도 19는 본 발명의 태양에 따른 내마모성 복합 재료를 형성하는 몰드로서 사용되도록 구성되는 외피의 하나의 실시예의 사시도이다.
도 20은 본 발명의 태양에 따른 내마모성 복합 재료를 형성하는 데 사용되도록 구성되는 굴착 또는 채광 장비를 위한 포인트의 형태로 된 하나의 실시예의 기판에 연결되는 도 19의 외피의 단면도이다.
본 발명은 많은 상이한 형태로 실시예가 가능하지만, 본 출원은 본 발명의 원리의 예시로서 간주되어야 하고 예시 및 설명된 실시예로 본 발명의 넓은 태양을 제한하도록 의도되지 않는다는 이해 하에서 본 발명의 양호한 실시예가 도면에 도시되어 있고 여기에서 상세하게 설명될 것이다.
일반적으로, 본 발명의 태양은, 몰드 공동 내에 다공성 내마모성 충전재 재료를 위치시키는 단계 그리고 매트릭스 재료를 용융시킬 정도로 충분한 온도까지 가열함으로써 충전재 재료에 매트릭스 재료를 침투시키는 단계와; 그 다음에 조립체를 냉각시켜 내마모성 복합 재료를 형성하는 단계를 포함하는 내마모성 복합 재료를 형성하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 최종 복합 재료는 충전재 재료와 상호 혼합되어 충전재 재료에 접합되는 매트릭스 재료를 포함하고, 여기에서 매트릭스 재료는 기판에 복합체를 접합하고, 또한 충전재 재료를 함께 접합할 수 있다. 이 시스템 및 방법은 채광, 굴착을 위한 부품, 또는 토목 장비 또는 다른 기계 부품 등의 기판의 표면 상에 내마모성 복합 재료를 형성하는 데 사용될 수 있다. 여기에서 설명된 것과 같은 기판의 "표면"은 복수개의 상이한 표면을 포함할 수 있고, 명시적으로 언급되지 않으면 이러한 표면(들)에 대한 임의의 특정한 외형을 의미하지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 기판은 침투 공정에 적절한 융점을 갖는 예컨대 매트릭스 재료보다 높은 융점을 갖는 임의의 재료일 수 있다. 이러한 기판의 예는 주조(cast), 가단(wrought) 및 분말 야금-제조 금속 재료 그리고 또한 세라믹 그리고 금속화 세라믹 등의 세라믹계 재료를 포함한다. 하나의 실시예에서, 기판은 탄소강, 합금강, 스테인리스강 또는 공구강일 수 있다. 이 시스템 및 방법은 대체예에서 일체형 단편으로서 내마모성 복합 재료를 형성하는 데 사용될 수 있다.
하나의 실시예에서, 이 방법은 매트릭스 재료로서 연성 철을 이용하고, 우수한 내마모성 및 인성을 갖는 고밀도, 경질 및 인성의 복합체를 제조한다. 추가로, 연성 철은 과도한 가열 없이 용융을 가능케 할 정도로 충분히 낮은 융점을 갖는다. 여기에 참조로 합체되어 있는 ASTM 표준 A536-84(재인증, 2004)에 의해 한정된 범주 내에 있는 임의의 연성 철을 포함하는 모든 형태/등급의 연성 철이 본 발명에 따라 사용 가능할 수 있다. 하나의 실시예에서, 연성 철 매트릭스 재료는 중량%로 대략 3.0-4.0%의 탄소, 대략 1.8-2.8%의 규소, 대략 0.1-1.0%의 망간, 대략 0.01-0.03%의 황 그리고 대략 0.01-0.1%의 인의 조성을 가질 수 있고, 이 때에 잔량은 철 및 부수 원소 그리고 불순물이다. 여기에서 사용되는 것과 같이, 용어 "대략"은 나열된 명목 수치(예컨대, 조성 범위의 종점)의 +/-10%의 변동을 나타낸다. 또 다른 실시예에서, 조성은 이러한 변동을 포함하지 않을 수 있다. 추가의 실시예에서, 위의 조성은 매트릭스 재료의 내식성, 내마모성 및/또는 고온성을 개선하는 Ni, Cr 및/또는 Si 등의 추가의 합금 첨가물을 포함할 수 있다. 예컨대, 다양한 실시예에서, Ni은 최대 37 중량%의 양으로 첨가될 수 있고, Cr은 최대 5.5 중량%의 양으로 첨가될 수 있고, 및/또는 Si는 최대 약 5.5 중량%의 양으로 첨가될 수 있다. 연성 철 합금은 다른 실시예에서 성능을 상승시킬 수 있는 합금 첨가물을 포함하는 추가의 합금 첨가물을 포함할 수 있다. 이러한 합금 첨가물을 갖는 연성 철 합금은 고-합금 연성 철로서 알려져 있고, 일반적으로 ASTM A439 및 A571의 범주 내에 속하고, 이것은 또한 참조로 여기에 합체되어 있다. 이러한 합금은 또한 여기에서 설명되는 시스템 및 방법의 실시예에 따라 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 임의의 합금 첨가물이 과도한 방식으로 예컨대 침투 온도를 상당히 상승시킴으로써 및/또는 매트릭스 또는 최종 내마모성 재료의 성질을 저하시킴으로써 성질 또는 미세 조직에 악영향을 미치지 않으면 이들이 상이한 성질 및/또는 미세 조직을 성취하는 데 이용될 수 있다. 이 방법은 대체 실시예에서 연성 철 이외의 금속 매트릭스 재료로써 복합체를 생성하는 데 이용될 수 있다.
매트릭스 재료는 다양한 형태로 제공될 수 있다. 예컨대, 하나의 실시예에서, 매트릭스 재료는 1개 이상의 블록(block), 빌릿(billet) 등의 모놀리식 형태(monolithic form)로 제공될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 매트릭스 재료는 분말, 섬유, 위스커(whisker) 등의 입자상 형태로 제공될 수 있다. 추가의 실시예에서, 매트릭스 재료는 다공성 형태로 제공될 수 있다. 매트릭스 재료는 추가의 실시예에서 이러한 형태들의 조합으로 제공될 수 있다.
다양한 카바이드, 나이트라이드, 보라이드 및 실리사이드를 포함하는 다양한 경질 및 내마모성 재료 그리고 또한 다른 형태의 세라믹 재료를 포함하는 다른 경질 및 내마모성 재료 그리고 이러한 재료들의 혼합물이 상이한 실시예와 연계하여 충전재 재료로서 사용될 수 있다. 이러한 재료는 버진 형태(virgin form)로 및/또는 침윤 적합성을 제공하는 적절한 코팅으로써 제공될 수 있다. 예컨대, 내마모성 재료 입자가 매트릭스 재료와 침윤-적합성이 아닌 경우에, 내마모성 재료 입자에는 이들이 침투 경납땜에 의해 복합 재료를 형성하는 데 사용되기 전에 침윤-적합성 코팅이 코팅될 수 있다. 충전재 재료로서 사용될 수 있는 카바이드는 텅스텐 카바이드(WC), TiC, SiC, Cr3C2, VC, ZrC, NbC, TaC, (W,Ti)C, B4C 및 Mo2C 그리고 다른 카바이드를 포함한다. 하나의 실시예에서, 구상 주조 WC, 압착 주조 WC 및/또는 접합 WC가 충전재 재료로서 사용된다. 충전재 재료로서 사용될 수 있는 나이트라이드는 TiN, BN, Si3N4, ZrN, VN, TaN, NbN, HfN, CrN, MoN 및 WN 그리고 다른 나이트라이드를 포함한다. 충전재 재료로서 사용될 수 있는 보라이드는 타이타늄 보라이드, 크로뮴 보라이드, 텅스텐 보라이드, 니켈 보라이드, 지르코늄 보라이드, 하프늄 보라이드, 탄탈럼 보라이드, 나이오븀 보라이드, 바나듐 보라이드, 몰리브데넘 보라이드, 규소 보라이드 및 알루미늄 보라이드 그리고 또한 다른 보라이드 등의 전이 금속의 보라이드를 포함한다. 충전재 재료로서 사용될 수 있는 실리사이드는 전이 금속의 실리사이드를 포함한다. 다른 재료는 전이 금속의 금속간 화합물을 포함한다. 하나의 실시예에서, 충전재 재료는 경납땜 재료 내의 충전재 재료의 용해를 제한 또는 방지하도록 용융 경납땜 재료 내에서 제한된 용해도를 갖는 재료를 기초로 하여 선택될 수 있다. 여기에서 사용되는 것과 같이, 용어 "매트릭스 재료" 및 "충전재 재료"는 매트릭스 재료 또는 충전재 재료가 어떤 특정한 비율의 복합 재료를 형성한다는 것을 의미하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 예컨대, 매트릭스 재료는 다수개 또는 복수개의 복합 재료를 형성하지 않아도 되고, 충전재 재료는 일부 실시예에서 다수개 또는 복수개의 복합 재료를 형성할 수 있다.
다공성 충전재 재료는 1개 이상의 상이한 형태로 제공될 수 있다. 하나의 실시예에서, 다공성 충전재 재료는 분말, 섬유, 위스커 등의 느슨한 입자상 재료의 형태로 되어 있을 수 있다. 이 방법은 다양한 실시예에서 50 ㎛ 미만의 입자 크기 또는 1 ㎜ 미만의 입자 크기를 포함하는 광범위한 입자 크기를 이용할 수 있다. 하나의 실시예에서, 입자상 충전재 재료는 0.1 ㎛ 초과의 입자 크기를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 입자상 충전재 재료는 0.1 ㎛ 초과 그리고 최대 5 ㎜의 입자 크기를 가질 수 있다. 추가의 실시예에서, 입자상 충전재 재료는 대략 500 ㎛의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 하나의 실시예에서, 충전재 재료는 조대 및 미세 입자의 조합 등의 다중의 입자 크기로 제공될 수 있고, 이 조합은 충전재 재료의 더 큰 밀도 및/또는 체적 분율을 성취하는 데 사용될 수 있다. 임의의 주어진 체적 분율의 충전재 재료에서, 이러한 미세 입자의 사용은 일반적으로 더 미세한 공극 크기로 이어지고, 이들 공극을 충전하는 매트릭스 재료의 항복 강도를 상승시킬 수 있고, 그에 의해 매트릭스 재료의 전체적인 내마모성을 상승시킨다. 입자상 재료가 몰드 공동 내에 위치될 때에, 입자들 사이의 공간이 매트릭스 재료에 의해 침투될 수 있는 다공성 구조를 형성한다. 또 다른 실시예에서, 다공성 충전재 재료는 다공성 프리폼의 형태로 되어 있을 수 있다. 다공성 프리폼의 공극은 하나의 실시예에서 5% 내지 95%의 범위 내에 있을 수 있다. 예컨대, 다공성 프리폼은 중합체 결합제 등의 결합제 재료에 의해 함께 접합되는 입자상 재료를 포함할 수 있다. 프리폼이 예컨대 침투 공정 중에 휘발될 접착제에 의해 기판 재료에 부착될 수 있다. 침투 시에, 용융 매트릭스 재료는 매트릭스 재료가 입자들 사이의 공극에 추가하여 결합제의 제거에 의해 남겨진 공극을 충전할 수 있도록 (예컨대, 용융, 휘발 등에 의해) 결합제 재료를 제거할 정도로 충분한 온도를 갖는다. 또 다른 예로서, 다공성 프리폼은 공극이 입자들 사이에 존재하도록 소결에 의해 함께 접합되는 입자상 재료를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 사전-소결된 프리폼이 입자 크기의 정도인 공극 크기를 가질 수 있는데, 부품이 입자들 사이에서 네크 성장(neck growth)을 성취하여 약간의 기계 취급 강도를 제공하도록 약간 소결될 수 있기 때문이다. 부직포 섬유 매트 또는 직물 등의 다른 다공성 재료가 또한 사용될 수 있다. 추가의 실시예에서, 다공성 충전재 재료는 상이한 형태들의 조합으로 제공될 수 있다. 예컨대, 하나의 실시예에서, 충전재 재료는 충전재 재료의 일부를 형성하는 1개 이상의 프리폼을 포함할 수 있고, 이 때에 다른 부분은 입자상 재료(예컨대, 느슨한 분말, 섬유, 위스커 등) 및/또는 부직포 섬유 매트 또는 직물에 의해 형성된다.
매트릭스 재료에 의한 충전재 재료의 침투에 의한 경납땜 작업은 일반적으로 용융 매트릭스 재료가 충전재 재료에 접촉되어 다공성 충전재 재료 내로 침투되도록 충전재 재료와 접촉되거나 그렇지 않으면 연통된 상태로 그 융점보다 높은 온도까지 매트릭스 재료를 가열함으로써 성취될 수 있다. 충전재 재료는 일반적으로 매트릭스 재료가 침투 중에 기판에 접촉되어 기판에 최종 복합 재료를 연결하도록 침투 중에 기판과 접촉되게 또는 그렇지 않으면 연통되게 위치된다. 다양한 몰드가 아래에서 설명되는 것과 같이 침투와 연계하여 이용될 수 있다. 도 1-3은 다양한 실시예에 따른 다양한 침투 구성을 도시하고 있고, 각각은 몰드(12)의 공동(11) 내에 충전재 재료(15) 내로 침투되는 용융 매트릭스 재료(16)를 개략적으로 도시하고 있다. 도 1은 하향 수직 침투를 도시하고 있고, 여기에서 중력이 침투를 돕는 다. 그러나, 침투가 주로 모세관 작용에 의해 추진되기 때문에, 중력을 이용하지 않을 수 있거나 중력에 대항하여 작용될 수 있는 수평 침투, 상향 수직 침투, 외향/방사상 침투 및 다른 침투 구성이 사용될 수 있다. 도 2는 상향 수직 침투의 예를 도시하고 있고, 도 3은 수평 침투의 예를 도시하고 있다. 아래에서 더 상세하게 논의되는 도 6-7은 수평 침투의 또 다른 예로서 간주될 수 있는 외향 또는 방사상 침투를 도시하고 있다. 임의의 비-하향 침투 실시예에서, 침투가 완료될 때까지 충전재 재료(15)와 접촉된 상태로 용융 매트릭스 재료(16)를 유지하도록 충전재 재료(15) 내로 침투된 용융 매트릭스 재료(16)를 변위시키는 기술이 이용될 수 있다. 예컨대, 몰드(12)는 매트릭스 재료(16), 충전재 재료(15) 및 기판을 적절한 접촉/연통 상태로 유지하도록 침투 중에 이동될 수 있다. 또 다른 예로서, 램(ram) 또는 다른 압력 기구가 매트릭스 재료(15)가 침투 중에 충전재 재료와 항상 접촉되는 것을 보증하는 데 사용될 수 있다. 추가의 예에서, 세라믹 비드 등의 이동 가능한 재료가 아래에서 설명되고 도 6-9에 도시된 것과 같이 침투된 매트릭스 재료를 변위시키는 데 사용될 수 있다.
하나의 실시예에서, 매트릭스 또는 경납땜 재료는 융점보다 25℃ 내지 75℃ 높게 과열되고, 이것은 주조를 위해 전형적으로 요구되는 과열보다 상당히 낮다. 연성 철 재료가 매트릭스 재료로서 사용되는 경우에, 침투는 하나의 예시 실시예에서 1177℃ 내지 1246℃(2150℉ 내지 2275℉)의 온도 범위 또는 또 다른 실시예에서 1191℃(2175℉)의 온도에서 수행될 수 있다. 침투를 위한 유지 시간은 하나의 실시예에서 1 내지 60 분일 수 있고, 이 때에 더 큰 침투 길이가 일반적으로 더 긴 침투 시간을 이용한다. 침투는 하나의 실시예에서 아르곤(Ar) 분위기 등의 불활성 분위기에서 수행될 수 있고, 이것은 융점보다 높은 온도에서 휘발-유도 용융 금속 스플래터(splatter)를 피할 수 있게 한다. 하나의 실시예에서, 침투 중의 아르곤 압력은 대략 6.5 x 10-5 atm 내지 4 x 10-4 atm일 수 있다. 침투에 사용될 수 있는 다양한 분위기가 아래에서 더 상세하게 논의되고, 도 13-16에 도시되어 있다. 침투 후에, 하나의 실시예에서, 부품은 예컨대 약 20-30 분에 걸쳐 927℃(1700℉)까지 냉각될 수 있고, 그 다음에 실온까지 더 서서히 냉각될 수 있다. 관련된 재료 특히 기판 재료의 성질에 따라, 기계 가공 및/또는 열 처리 등의 후 처리가 수행될 수 있다. 예컨대, 기판의 정체성에 따라, 노르말라이징(normalizing), 경화에 후속된 템퍼링(tempering) 또는 마템퍼링(martempering)에 후속된 템퍼링 등의 열 처리가 공지된 기술에 따라 수행될 수 있다. 일부의 기판은 일부의(또는 임의의) 열 처리로부터 이익을 얻지 못한다는 것이 이해되어야 한다. 기계 가공이 최종 부품의 의도된 적용 분야를 기초로 하여 요구되거나 그렇지 않을 수 있다.
위에서 설명된 것과 같은 충전재 재료의 침투는 주로 모세관 작용 즉 침투 전면(infiltration front) 상에 작용하는 모세관 압력에 의해 추진된다. 침투 전면에서의 압력 차이는 용융 매트릭스 재료의 표면 장력, 충전재 재료에 대한 용융 매트릭스 재료의 접촉 각도, 충전 재료의 기하학적 특성(예컨대, 공극, 비틀림, 공극 크기 및 형상의 변동 그리고 용융 재료의 외관 접촉 각도에 대한 그 영향) 그리고 충전재 재료 내의 임의의 잔류 가스의 압력을 포함하는 많은 인자에 의존한다. 이들 인자 중 많은 것들을 제어하는 자유도는 특정한 매트릭스/충전재 시스템 내에서 제한될 수 있다. 잔류 가스 압력이 적어도 부분적으로 제어될 수 있고, 충전재 재료 내의 잔류 가스 압력의 최소화가 압력 차이 그리고 모세관 작용을 위한 추진력을 최대화할 수 있다. 이것은 결국 매트릭스 재료가 충전재 재료 내로 침투될 수 있는 잠재 거리를 최대화할 수 있다. 적어도 일부의 구성에서, 프리폼 또는 프리폼들의 형태로 된 충전재 재료의 사용은 다른 형태의 충전재 재료에 비해 침투 거리를 최대화할 수 있다.
도 13-16은 내마모성 복합 재료를 형성하는 시스템 또는 조립체를 도시하고 있고, 여기에서 상이한 분위기가 충전재 재료(15) 내의 잔류 가스 압력을 제어 및/또는 최소화하도록 경납땜 작업 중에 사용된다. 이들 실시예에서, 침투는 몰드(12), 매트릭스 재료(16) 및 충전재 재료(15)를 보유하는 챔버(31)를 갖는 퍼니스(30) 내에서 수행되고, 여기에서 챔버(31) 내부측의 분위기는 제어될 수 있다. 조립체는 아래에서 설명되는 것과 같이 몰드(12)와 연통되는 기판(도시되지 않음)을 추가로 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 경납땜 작업의 분위기는 약 5-7 인치 이상의 거리 등의 충전재 재료를 통한 더 큰/더 긴 거리에 걸쳐 매트릭스 재료의 침투를 추진할 정도로 충분한 모세관 압력 구배를 성취하는 것을 돕도록 제어될 수 있다. 아래에서 설명되고 도 13-16에 도시된 실시예의 각각에서, 챔버(31)는 매트릭스 재료(16)의 용융 전에 실질적으로 배기된다. 적어도 침투 공정의 시작 시의 배기가 충전재 재료의 산화를 피하는 데 하나의 실시예에서 양호하다. 그러나, 배기되지 않거나 위에서 논의된 것보다 작은 정도로 배기되는 것과 같은 상이한 절차가 다른 실시예에서 사용될 수 있다.
도 13은 침투를 위한 시스템(500)의 하나의 실시예를 도시하고 있고, 여기에서 침투는 진공 상태 하에서 수행된다. 이러한 실시예에서, 전체의 챔버(31)는 매트릭스 재료(16)의 용융 전에 배기되고, 침투 공정 전체에 걸쳐 진공 상태 하에서 유지된다. 배기 후의 가스 압력은 하나의 실시예에서 0.001 내지 0.010 Torr일 수 있거나, 또 다른 실시예에서 0.0001 Torr 정도(예컨대, 0.0001 내지 0.010 Torr)로 낮을 수 있거나, 추가의 실시예에서 0.0001 Torr 미만일 수 있다. 침투는 하나의 실시예에서 약 30-60 분 동안 대략 1193-1218℃(2180-2225℉)에서 수행될 수 있다. 매트릭스 재료(16)의 용융 전의 챔버의 배기는 충전재 재료(15) 내의 잔류 가스 압력을 감소시키거나 제거하고, 이것은 모세관 작용을 통한 침투를 추진하는 것을 돕는다. 일부의 합금 특히 상당한 망간 함량을 갖는 합금이 사용될 때에 매트릭스 재료가 용융된 후에 진공 하에서 시스템을 유지한 결과로서 매트릭스 재료 내의 화학 물질의 휘발로 인한 스플래터링(splattering)이 직면된다는 것이 주목되어야 한다. 이러한 스플래터링은 퍼니스(30) 내의 장비를 손상시킬 수 있고, 또한 경납땜에 이용 가능한 매트릭스 재료(16)의 양을 감소시킬 수 있다. 이러한 스플래터링은 합금의 Mn 함량을 충분히 낮게 유지함으로써 완화될 수 있지만, 이렇게 하는 것은 큰 비용을 수반할 수 있다. 이러한 스플래터링은 또한 매트릭스 재료(16)가 용융된 후에 챔버(31) 내의 Ar 또는 또 다른 비-반응성 가스의 존재에 의해 피해질 수 있다.
도 14-15는 침투를 위한 시스템(600)의 또 다른 실시예를 도시하고 있고, 여기에서 Ar 가스가 매트릭스 재료(16)가 용융된 후에 챔버(31) 내로 유입된다. 도 14에 도시된 것과 같이, 챔버(31)는 도 13에 대해 위에서 설명된 것과 유사하게 경납땜 공정 전에 위에서 설명된 것과 같이 배기된다. 위에서 설명된 것과 같이, 침투가 하나의 실시예에서 약 30-60 분 동안 대략 1193-1218℃(2180-2225℉)에서 수행될 수 있다. 매트릭스 재료(16)가 용융된 후에, 아르곤 가스(32)(또는 또 다른 비-반응성 가스)가 챔버(31) 내로 유입된다. 하나의 실시예에서, Ar 가스(32)는 Ar 분압이 약 0.050-0.100 Torr에 도달될 때까지 챔버(31) 내로 급송된다. 매트릭스 재료(16)의 용융 전의 챔버의 배기는 충전재 재료(15) 내의 잔류 가스 압력을 감소시키거나 제거하고, 이것은 위에서 설명된 것과 같이 침투를 추진하는 것을 돕고, 후속의 Ar 가스(32)의 유입은 휘발성 물질에 의해 유발되는 스플래터링을 감소시키는 것을 돕는다. 도 14-15에 도시된 것과 같은 시스템을 사용하는 하나의 예에서, 매트릭스 재료(16)는 Ar 분위기가 매트릭스 재료(16)의 용융 후에 유입된 때에 1193℃(2180℉)에서의 침투 중에 충전재 재료(15)의 적어도 7.5 인치만큼 침투되는 것으로 밝혀졌다. 그러나, Ar 분위기가 용융 전에 유입된 때에, 매트릭스 재료(16)는 시스템이 침투 온도에서 유지되는 시간과 무관하게 최대로 단지 6.5 인치만큼 침투되는 것으로 밝혀졌다. 이것은 충전재 재료(15) 내의 잔류 가스가 모세관 작용을 통해 성취될 수 있는 침투의 길이를 제한할 수 있다는 것을 나타낸다.
도 16은 침투를 위한 시스템(700)의 또 다른 실시예를 도시하고 있고, 여기에서 Ar 가스(32)가 매트릭스 재료(16)의 용융 전에 챔버(31) 내로 유입된다. 도 14에 대해 위에서 설명된 것과 유사하게, 이러한 실시예의 챔버(31)는 시스템이 매트릭스 재료(16)의 용융 온도에 거의 도달될 때까지(예컨대, 온도가 연성 철에 대해 약 1177℃(2150℉)에 도달될 때까지) 가열 공정 중에 위에서 설명된 것과 같이 배기된다. 그 시점에서, Ar 가스(32) 또는 다른 비-반응성 가스가 매트릭스 재료(16)의 용융 전에 챔버(31) 내로 유입된다. 위에서 설명된 것과 유사하게, 가스(32)는 하나의 실시예에서 0.050-0.100 Torr의 Ar 분압이 도달될 때까지 유입될 수 있다. 위에서 설명된 것과 같이, 침투가 하나의 실시예에서 약 30-60 분 동안 대략 1193-1218℃(2180-2225℉)에서 수행될 수 있다. 침투를 제한하는 충전재 재료(15) 내의 잔류 가스 압력을 피하기 위해, 몰드(12)에는 충전재 재료(15)와 접촉되는 투과성 부분(33)이 제공된다. 투과성 부분(33)은 잔류 가스가 침투 중에 충전재 재료(15)로부터 탈출되게 하여 매트릭스 재료(16)의 침투를 제한하지 않도록 다공성 또는 그렇지 않으면 가스-투과성일 수 있다. 투과성 부분(33)은 매트릭스 재료(16)가 투과성 부분(33)을 덮거나 밀봉하여 침투의 완료 전에 잔류 가스의 탈출을 차단하는 것을 피하도록 매트릭스 재료(16)에 대체로 대향으로 제공될 수 있다. 위에서 설명된 것과 같이, Ar 가스의 존재는 용융 매트릭스 재료(16)의 스플래터링을 억제한다. 몰드(12)가 투과성 부분(33)을 포함하는 도 16에 도시된 것과 같은 시스템을 사용하는 하나의 예에서, 매트릭스 재료(16)는 Ar 분위기가 매트릭스 재료(16)의 용융 전에 유입된 때에 1218℃(2225℉)에서의 침투 중에 충전재 재료(15)의 적어도 7.5 인치만큼 침투되는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 몰드(12)가 밀봉되고 침투 전면이 매트릭스 재료(16)의 용융 매트릭스 재료 후에 챔버(31) 내의 분위기와 연통되지 않을 때에, 침투가 최대로 단지 6.5 인치만큼 연장되는 것으로 밝혀졌다. 이것은 챔버(31) 내의 분위기와 연통된 상태로 침투 전면을 유지하는 것이 충전재 재료(15) 내의 잔류 가스가 모세관 작용 추진력에 미칠 수 있는 제한 영향을 감소시킬 수 있다는 것을 나타낸다.
도 4-5는 내마모성 복합 재료를 형성하는 시스템 또는 조립체(100) 그리고 시스템 또는 조립체(100)를 이용하는 방법의 하나의 예시 실시예를 도시하고 있다. 이러한 실시예에서, 도 4에 도시된 것과 같이, 기판(10)(예컨대, 굴착 공구의 포인트)은 몰드(12)의 공동(11) 내에 위치되고, 그에 의해 몰드(12)는 몰드(12)의 내부 표면(13)과 기판(10)의 외부 표면(14) 사이의 공동(11) 내에 체적부를 포위한다. 기판(10)은 예컨대 가닛 그릿(garnet grit)을 사용하는 그릿 블라스팅(grit blasting)에 의해 오일 및/또는 그리스 물질을 제거하여 산화물 스케일을 제거하고 표면을 거칠게 만들고 그에 따라 매트릭스 재료가 기판(10)에 양호하게 접합되도록 세척 및 건조에 의해 미리 준비될 수 있다. 몰드(12)는 고-융점 금속 재료, 세라믹 재료 또는 그라파이트 등의 임의의 적절한 재료로부터 제조될 수 있다. 가능하면, 몰드(12)는 예컨대 지점 P에서의 용접에 의해 기판(10)의 외부 표면(14)에 용접, 경납땜 또는 그렇지 않으면 연결될 수 있다. 하나의 실시예에서, 몰드(12)는 공동(11)을 생성하도록 기판에 용접되는 강철 외피이고, 몰드 공동(11)의 오염을 피하도록 용접 전에 그릿 블라스팅될 수 있다. 이러한 실시예가 아래에서 더 상세하게 설명되고, 도 19-20에 도시되어 있다. 충전재 재료(15)는 도 4에 도시된 것과 같이 예컨대 입자상 재료 또는 프리폼의 형태로 기판(10)의 외부 표면(14)과 접촉된 또는 그렇지 않으면 연통된 상태로 몰드 공동(11) 내로 삽입된다. 매트릭스 재료(16)는 충전재 재료(15) 그리고 기판의 외부 표면(14)과 연통되게 위치된다. 매트릭스 재료(16)는 도 4에 도시된 것과 같이 예컨대 단순하게 고체 형태로 충전재 재료(15)의 상부 상에 매트릭스 재료(16)를 위치시킴으로써 몰드 공동(11) 내에 위치될 수 있다. 하나의 실시예에서, 매트릭스 재료(16)는 블록 또는 빌릿 형태로 되어 있을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 매트릭스 재료(16)는 급송기 또는 주입 구조물 내에 위치될 수 있다. 이 시스템(100)은 그 다음에 예컨대 불활성 분위기(예컨대, 아르곤)를 포함할 수 있는 가열을 위한 퍼니스 내에 이 시스템(100)을 위치시킴으로써 위에서 설명된 것과 같이 침투를 위해 준비될 수 있다. 트레이(tray) 또는 유사한 용기가 스테인리스강 트레이 등의 퍼니스 내에서 이 시스템(100)을 지지하는 데 사용될 수 있다. 침투 중에, 매트릭스 재료(16)는 용융되어 모든 충전재 재료(15)를 통해 하향으로 침투되고, 결국 기판(10)의 외부 표면(14)에 접촉된다.
위에서 설명된 것과 같이 침투가 수행되고 이 시스템(100)이 냉각된 후에, 외부 표면(14) 상에 복합 코팅(18)을 갖는 부품(17)이 도 5와 같이 형성된다. 부품(17)은 몰드(12)로부터 제거될 수 있고, 이것은 기판(10)에 용접되고 및/또는 코팅(18)에 접합되면 몰드(12)를 절단 또는 박리할 것을 요구할 수 있다. 복합 코팅(18)은 함께 결속되고 매트릭스 재료(16)에 의해 기판(10)에 연결되는 충전재 재료(15)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 충전재 재료(16)는 복합 재료(18) 내에서 5-95%의 체적 분율을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 충전재 재료(16)는 30-85%의 체적 분율을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 부품(17)은 복합 코팅(18)의 외부측의 적어도 일부 상에 과도한 매트릭스 재료(19)를 가질 수 있다. 과도한 재료(19)는 예컨대 또 다른 단편을 용접 또는 부착하는 기부로서 작용하도록 부품(17) 상에 의도적으로 생성되어 남겨질 수 있다. 과도한 재료(19)는 존재한다면 그 대신에 예컨대 기계 가공에 의해 제거될 수 있다. 복합 코팅(18)은 요구 적용 분야에 따라 광범위한 두께로써 형성될 수 있다. 하나의 실시예에서, 부품(17)에는 약 0.5"의 두께를 갖는 복합 코팅(18)이 형성될 수 있고, 이것은 광범위한 적용 분야에서 사용 가능할 수 있다. 부품(17)은 반복된 충격 및 응력을 견디는 하나의 장비의 포인트, 모서리 또는 다른 부분일 수 있고, 복합 코팅(18)의 우수한 내마모성 및 인성은 이러한 적용 분야에서 성능을 향상시킨다. 굴착/채광 장비는 여기에서 설명된 시스템 및 방법에 따라 제조되는 부품(17)을 위한 적용 분야의 하나의 예를 나타낸다. 도 12는 위에서 설명된 것과 같이 그 외부 표면(14') 상에 덮인 내마모성 복합 재료 층(18')을 갖는 기판(10')을 형성하는 작업 부분을 갖는 토목 장비를 위한 부재(예컨대, 강철 채광 포인트)를 위한 마모성 부재의 형태로 여기에서 설명된 시스템 및 방법의 하나의 실시예에 따라 제조되는 부분(17')의 추가의 실시예를 도시하고 있다. 하나의 실시예에서, 복합 재료 층(18')은 연성 철 매트릭스 재료 내의 구상 주조 텅스텐 카바이드 입자 또는 다른 내마모성 재료로 구성된다.
도 17-18은 내마모성 복합 코팅(18)을 제조하기 위해 도 4-5에 도시된 것과 같은 시스템 또는 조립체(100), 또는 유사한 시스템/조립체와 연계하여 사용될 수 있는 기판(10)(예컨대, 굴착 또는 채광 공구의 포인트)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 기판(10)의 재료, 충전재 재료(15) 및/또는 매트릭스 재료(16)의 정체성 및 성질에 따라, 기판(10) 및 코팅(18)의 열 팽창 계수(CTE)는 부정합될 수 있다. 예컨대, 강철 기판(10)이 사용될 때에, 강철은 전형적으로 코팅(18)보다 높은 CTE를 갖는다. 이러한 CTE 차이의 하나의 예는 사용된 재료에 따라 약 2 x 10-6/℃일 수 있다. 이것은 결국 특히 코팅(18)이 (예컨대, 도 4-5에 도시된 것과 같이) 기판(10)의 외부측 표면 상에 형성될 때에 기판(10)과 코팅(18) 사이의 분리를 유발할 수 있다. 도 17-18의 실시예에서, 기판(10)에는 외부 표면(14) 상에 리브의 형태로 된 돌출부(28)가 제공된다. 돌출부(28)는 기판(10) 및 코팅(18)이 경납땜 후에 냉각될 때에 가해지는 압력에 따라 소성 변형됨으로써 기판(10)과 코팅(18) 사이의 CTE의 차이에 의해 유발되는 문제를 완화시키는 것을 도울 수 있다. 하나의 실시예에서, 돌출부(28)는 소성 변형을 완화시키도록 비교적 낮은 항복 강도 및 양호한 연성을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 돌출부(28)를 위한 재료를 선택할 때의 다른 고려 사항은 (예컨대, 용접 또는 다른 기술에 의한) 기판(10)으로의 연결에 대한 그리고 코팅(18)으로의 접합에 대한 그 적합성이다. 강철 기판(10)에 접합되는 돌출부로서의 사용에 적절한 재료의 하나의 예가 AISI 1008 등의 연강이다. 적절한 재료의 다른 예는 특히 304 스테인리스강, AISI 1018 및 AISI 1010을 포함할 수 있다. 돌출부(28)는 또한 코팅(18)의 접합을 위한 추가의 표면을 제공할 수 있고, 그에 따라 코팅(18)과 기판(10) 사이의 접합을 더욱 향상시킬 수 있다. 도 18에서 관찰되는 것과 같이, 코팅(18)은 돌출부(28)가 완성된 부품(17) 내의 코팅(18) 내에 임베딩되어 코팅(18)에 접합되도록 돌출부(28) 주위에 형성된다. 그러나, 다른 실시예에서, 돌출부(28)는 적어도 코팅(18)의 외부 표면까지 연장될 수 있고, 코팅(18)의 외부 표면과 실질적으로 동일 평면에 있을 수 있다.
도 17-18의 실시예의 돌출부(28)는 기판(10)의 외부 표면(14)으로부터 외향으로 연장되고, 이들의 두께보다 상당히 큰 길이 및 높이를 갖는 리브 또는 판의 형태로 되어 있다. 하나의 예에서, 돌출부(28)는 [기판(10)의 표면에 평행한] 약 1-2 인치의 길이, [코팅(18)의 두께 방향에 평행한] 약 0.25 인치의 높이 그리고 약 0.125 인치의 두께를 가질 수 있다. 추가로, 이러한 실시예의 돌출부(28)는 대체로 축 방향 방식으로 배향되고, 기판(10)의 외부 표면(14)의 모든 패싯(facet) 상에 상당히 균등하게 그리고 대칭으로 분포된다. 하나의 실시예에서, 돌출부(28)는 열 팽창 부정합으로부터 기인되는 일부의 또는 모든 스트레인이 돌출부(28)의 변형에 의해 수용되는 방식으로 선택되는 두께, 길이 및 폭을 가질 수 있다. 추가로, 하나의 실시예에서, 각각의 돌출부의 길이는 높이보다 클 수 있고, 이것은 결국 두께보다 클 수 있다(즉, 길이>폭>두께). 이러한 치수 관계를 사용하는 돌출부(28)는 코팅(18)을 위한 잠재 접합 영역을 증가시키는데, 돌출부(28)에 의해 추가되는 잠재 접합 영역이 돌출부(28)에 의해 덮이는 기판(10)의 잠재 접합 영역보다 크기 때문이다. 돌출부(28)의 치수는 코팅의 두께 그리고 기판의 치수에 따라 변형될 수 있다. 돌출부(28) 사이의 거리는 또한 기판(10)의 위치 및 기하 구조에 의존할 수 있고, 하나의 실시예에서 1" 내지 3"에서 변동될 수 있다. 다른 실시예에서, 돌출부(28)는 로드(rod), 원뿔(cone), 페그(peg) 등의 상이한 형태를 가질 수 있고, 상이한 방식으로 분포 및/또는 배향될 수 있다. 도 17에 도시된 것과 같은 돌출부(28)는 기판(10)의 외부 표면(14)에 용접된다. 기판(10)은 용접 후에 그릿 블라스팅될 수 있다. 기판(10)에 돌출부(28)를 연결하는 다른 기술이 다른 실시예에서 사용될 수 있다. 돌출부(28)는 기판(10)과 동일한 재료로 형성될 수 있고, 하나의 실시예에서 기판(10)과 일체로 형성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 돌출부(28)를 갖는 기판(10)은 사용된 재료 및 구조에 따라 용접 후에 및/또는 경납땜 후에 열 처리 또는 변형된 버전의 전통적인 열 처리를 요구할 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 나아가, 도 17-18에 도시된 것과 같은 완성된 부품(17)은 토목 장비를 위한 포인트 등의 마모성 부재이고, 기판(10)은 마모성 부재의 작업 부분에 의해 형성되고, 그에 의해 돌출부(28)는 작업 부분에 연결된다. 다른 형태의 돌출부(28)가 이러한 마모성 부재와 관련하여 이용될 수 있고, 또한 도 17-18에 도시된 것과 같은 돌출부(28)는 다른 형태의 제조 물품과 관련하여 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 6-9는 본 발명의 태양에 따른 내마모성 복합체를 생성하는 다른 시스템 및 방법을 도시하고 있다. 도 6-7은 외향 및 방사상 침투를 통해 기판(10)의 내부 표면(20) 상에 복합 재료를 형성하는 시스템(200)을 도시하고 있다. 이러한 실시예에서, 기판(10)은 튜브형의 형태를 갖고, 기판(10)은 기판(10)의 내부측 상에 몰드 공동(11)을 생성하도록 몰드(12) 및 판(21)과 함께 사용된다. 판(21)은 몰드 구조물을 위해 위에서 언급된 임의의 재료(예컨대, 그라파이트, 금속 또는 세라믹)를 포함하는 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 판(21), 몰드(12) 및/또는 기판(10)이 용접 가능한 재료로 제조되면, 이들 구성 요소 중 임의의 구성 요소가 용접에 의해 연결될 수 있지만, 용접이 필수적인 것은 아니다. 다공성 충전재 재료(15)는 복합체를 형성하도록 기판(10)의 내부 표면(20) 상의 소정 위치에 위치되고, 매트릭스 재료(16)는 충전재 재료(15)와 접촉되게 또는 그렇지 않으면 연통되게 위치된다. 세라믹 비드(22) 또는 또 다른 변위 재료가 또한 침투 중에 매트릭스 재료(16)를 변위시키도록 몰드 공동(11) 내의 소정 위치에 위치된다. 매트릭스 재료(16)의 변위는 침투 중에 충전재 재료(15)와 일정한 접촉 상태로 매트릭스 재료(16)를 지지하도록 수행되고, 매트릭스 재료(16)의 침투는 세라믹 비드(22)에 의해 가해지는 힘보다는 주로 다른 힘(예컨대, 모세관 작용)에 의해 추진된다는 것이 이해되어야 한다. 대체예에서, 또 다른 변위 기술이 사용될 수 있다. 도 6-7의 실시예에서, 매트릭스 재료(16)는 충전재 재료(15)와 접촉되게 튜브형 형태(도 7 참조)로 몰드 공동(11) 내에 위치될 수 있고, 충전재 재료(15) 내로 외향으로 침투된다. 매트릭스 재료(16)는 또 다른 실시예에서 그 대신에 충전재 재료(15) 주위에 원형 형태로 배열되는 복수개의 빌릿으로서 제공될 수 있다. 이러한 구성에서, 세라믹 비드(22)는 튜브형 매트릭스 재료(16)의 내경부 내부측에 위치되고, 비드(22)는 침투된 매트릭스 재료(16)를 변위시키도록 외향으로 이동된다. 대체예에서, 또 다른 변위 기술이 사용될 수 있다. 이 시스템(200)은 퍼니스 내에 위치되고 위에서 설명된 것과 같이 처리되어 침투를 완료할 수 있다. 최종 부품은, 위에서 설명된 것과 같이, 기판의 내부 표면(21) 상에 세라믹 재료를 갖고, 과도한 매트릭스 재료를 포함할 수 있다.
도 8은 수평 및 하향 수직의 양쪽 모두의 침투를 통해 기판(10)의 외부 표면(14) 상에 복합 재료를 형성하는 시스템(300)을 도시하고 있다. 이러한 실시예에서, 기판(10)의 일부가 몰드 공동(11) 내부측에 위치되고, 판(21)이 몰드 공동(11)을 포위하도록 몰드(12)와 함께 사용된다. 판(21)은 몰드 구조물을 위해 위에서 언급된 임의의 재료(예컨대, 그라파이트, 금속 또는 세라믹)를 포함하는 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 판(21), 몰드(12) 및/또는 기판(10)이 용접 가능한 재료로 제조되면, 이들 구성 요소 중 임의의 구성 요소가 용접에 의해 연결될 수 있지만, 용접이 필수적인 것은 아니다. 추가의 부재(23)가 밀봉 목적을 위해 및/또는 침투를 종료시키는 데 사용될 수 있고, 판(21)에 인접하게 위치될 수 있다. 그라파이트 포일(graphite foil) 또는 세라믹 울(ceramic wool)이 이들 기능을 성취하도록 추가의 부재(23)로서 사용될 수 있는데, 매트릭스 재료(15)가 이들 재료 내로 침윤 또는 투과되지 못하기 때문이다. 다공성 충전재 재료(15)는 복합체를 형성하도록 기판(10)의 외부 표면(14) 상의 소정 위치에 위치되고, 매트릭스 재료(16)는 충전재 재료(15)와 접촉되게 또는 그렇지 않으면 연통되게 위치된다. 도 8에 도시된 것과 같이, 매트릭스 재료(16)는 하향 침투를 위해 충전재 재료(15) 위에 그리고 수평 침투를 위해 충전재 재료(15)와 나란히 위치된다. 세라믹 비드(22) 또는 또 다른 변위 재료가 또한 침투 중에 매트릭스 재료(16)를 변위시키도록 몰드 공동(11)의 소정 위치 내에 위치된다. 대체예에서, 또 다른 변위 기술이 사용될 수 있다. 도 8의 실시예에서, 매트릭스 재료(16)는 몰드 공동(11) 내에서 충전재 재료(15) 주위에 위치되고, 충전재 재료(15) 내로 수평으로 그리고 수직으로 침투된다. 이러한 구성에서, 세라믹 비드(22)는 매트릭스 재료(16) 주위에 수평으로 위치되고, 비드(22)는 수평으로 침투된 매트릭스 재료(16)를 변위시키도록 내향으로 이동된다. 가요성 세라믹 섬유 매트 또는 부직포 등의 배리어(24)가 비드(22)와 매트릭스 재료(16) 사이에 위치될 수 있다. 배리어(24)는 일반적으로 용융 매트릭스 재료(16)에 대해 불투과성일 수 있고, 또한 가요성일 수 있고, 세라믹 비드(22)로부터 매트릭스 재료(15) 상으로 압력을 투과시킬 수 있다. 수직으로 침투된 매트릭스 재료(16)의 변위가 필요하지 않을 수 있다. 이 시스템(300)은 퍼니스 내에 위치되고 위에서 설명된 것과 같이 처리되어 침투를 완료할 수 있다. 최종 부품은, 위에서 설명된 것과 같이, 기판의 외부 표면(14) 상에 세라믹 재료를 갖고, 과도한 매트릭스 재료를 포함할 수 있다.
도 9는 수평 및 하향 수직의 양쪽 모두의 침투를 통해 기판(10)의 외부 표면(14) 상에 복합 재료를 형성하는 시스템(400)을 도시하고 있다. 이러한 실시예에서, 기판(10)의 일부가 몰드 공동(11) 내부측에 위치되고, 판(21)이 몰드 공동(11)을 포위하도록 몰드(12)와 함께 사용된다. 판(21)은 몰드 구조물을 위해 위에서 언급된 임의의 재료(예컨대, 그라파이트, 금속 또는 세라믹)를 포함하는 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 판(21), 몰드(12) 및/또는 기판(10)이 용접 가능한 재료로 제조되면, 이들 구성 요소 중 임의의 구성 요소가 용접에 의해 연결될 수 있지만, 용접이 필수적인 것은 아니다. 추가의 부재(23)가 밀봉 목적을 위해 및/또는 침투를 종료시키는 데 사용될 수 있고, 판(21)에 인접하게 위치될 수 있다. 그라파이트 포일 또는 세라믹 울이 이들 기능을 성취하도록 추가의 부재(23)로서 사용될 수 있는데, 매트릭스 재료(15)가 이들 재료 내로 침윤 또는 투과되지 못하기 때문이다. 다공성 충전재 재료(15)는 복합체를 형성하도록 기판(10)의 외부 표면(14) 상의 소정 위치에 위치되고, 매트릭스 재료(16)는 충전재 재료(15)와 접촉되게 또는 그렇지 않으면 연통되게 위치된다. 도 9에 도시된 것과 같이, 매트릭스 재료(16)는 하향 침투를 위해 충전재 재료(15) 위에 그리고 수평 침투를 위해 충전재 재료(15)와 나란히 위치된다. 세라믹 비드(22) 또는 또 다른 변위 매체가 또한 침투 중에 매트릭스 재료(16)를 변위시키도록 몰드 공동(11) 내의 소정 위치에 위치된다. 대체예에서, 또 다른 변위 기술이 사용될 수 있다. 도 9의 실시예에서, 매트릭스 재료(16)는 몰드 공동(11) 내에서 충전재 재료(15) 주위에 위치되고, 충전재 재료(15) 내로 수평으로 그리고 수직으로 침투된다. 이러한 구성에서, 세라믹 비드(22)는 매트릭스 재료(16) 주위에 수평으로 그리고 수직으로 위치되고, 비드(22)는 침투된 매트릭스 재료(16)를 변위시키도록 내향으로 그리고 하향으로 이동된다. 이 시스템(400)은 퍼니스 내에 위치되고 위에서 설명된 것과 같이 처리되어 침투를 완료할 수 있다. 최종 부품은, 위에서 설명된 것과 같이, 기판의 외부 표면(14) 상에 세라믹 재료를 갖고, 과도한 매트릭스 재료를 포함할 수 있다.
도 19-20은 주로 하향 수직 침투를 통해 기판(10)의 외부 표면(14) 상에 복합 재료를 형성하는 시스템(800)의 또 다른 예를 도시하고 있다. 도 19-20의 시스템(800)은 도 4-5 및 12에 도시된 것과 같은 기판(10, 10')과 유사할 수 있는 굴착/채광 포인트의 형태로 기판(312)과 연계하여 사용되는 것으로 도시되어 있는 시트 재료로부터 제조되는 외피(314)의 형태로 몰드를 이용한다. 도 19-20에 도시된 외피(314)는 다른 이러한 외피와 함께 2011년 4월 6일자로 출원된 미국 임시 출원 제61/472,470호 그리고 2012년 4월 5일자로 출원되고 2012년 10월 11일자로 미국 특허 출원 공개 제2012/0258273호로서 공개된 미국 특허 출원 제13/440,273호에 더 상세하게 기재되어 있고, 이들 출원은 온전히 여기에 참조로 합체되어 그 일부를 구성한다. 외피(314)는 위에서 설명되고 도 4-5에 도시된 것과 유사하게 복합 코팅(18)을 형성하는 데 이용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 도 4에 도시된 것과 유사하게, 충전재 재료(15)는 외피(314) 내의 개구(317)를 통해 주입될 수 있고, 매트릭스 재료(16)는 그 후에 충전재 재료(15)의 상부 상에 위치될 수 있다. 개구(317)는 충전재 재료(15) 및/또는 매트릭스 재료(16)의 삽입을 돕도록 깔때기형 구성을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 개구(317)는 예컨대 외피(314)가 경납땜 중에 상이한 배향으로 위치되면 외피(314) 상의 다른 곳에 위치될 수 있다.
외피(314)의 시트 금속은 특정한 요구 형상으로 형성 또는 조립될 수 있고 침투에 의한 또는 일반적으로 재료 침투 공정 중에 침투 경납땜에 요구되는 온도에 의한 용해, 용융 또는 과도한 약화를 견딜 수 있는 임의의 재료로 제조될 수 있다. 하나의 예에서, 외피(314)는 저-탄소 "연강"으로 형성될 수 있다. 예컨대, 외피(314)는 대략 0.105 인치의 평균 외피 두께를 가질 수 있다. 하나의 실시예에서, 외피(314)는 광범위한 적용 분야에 유용할 수 있는 16 Ga(0.060 인치의 두께) 내지 10 Ga(0.135 인치의 두께)의 범위 내의 시트 금속으로 제조될 수 있다. 대조적으로, 도 20의 기판(312)은 외피에 의해 덮이는 영역에서 1.000 내지 3.450 인치의 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 외피(314)는 어떤 다른 적절한 두께를 가질 수 있다. 예컨대, 추가의 실시예에서, 외피(314)는 대략 0.25 인치의 두께를 갖는 강철 또는 다른 금속 판으로 제조될 수 있거나, 주조되거나, 바 스톤(bar stock)으로부터 기계 가공되거나, 상이한 방식으로 형성될 수 있다. 외피(314)의 상이한 부분이 상이한 두께를 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
기판(312)에 비해 상대적으로 얇은 외피(314)는 외피(314)가 상대적으로 저렴하고 용이하게 형성될 수 있다는 것을 의미한다. 간단한 형상의 외피에 대해, 비교적 저가의 외피(314)가 시트 금속의 단편을 절단하고 이들 단편을 용접 또는 경납땜함으로써 제조될 수 있다. 약간 더 복잡한 형상은 특정한 구성으로 시트 금속의 단편을 굽히고 그 다음에 굽혀진 시트 금속 단편을 함께 용접함으로써 형성될 수 있다. 복잡한 형상은 딥 드로잉(deep drawing), 게린 공정(Guerin process)에 의한 성형(고무 패드 성형), 하이드로포밍(hydroforming) 및/또는 폭발 성형(explosive forming) 등의 시트 금속 성형 공정에 의해 형성될 수 있다. 정밀["로스트 왁스(lost wax)"] 주조가 또한 사용될 수 있지만, 로스트 왁스 공정의 비용은 종종 비경제적이다. 특히 복잡한 형상에 대해, 외피의 단편이 이들 공정 중 하나 이상에 의해 형성될 수 있고, 그 다음에 용접 또는 경납땜에 의해 접합된다.
도 19-20에 도시된 것과 같이, 외피(314)는 2개-부분 등각 밴드(two-part conformal band)(320)를 갖는 2개의 부분으로 형성된다. 외피(314)의 2개-부분 외피 본체(316)가 초기에 전방 플랜지(330) 또는 후방 플랜지(332)를 각각 갖는 전방 절반 단편(326) 및 후방 절반 단편(328)으로부터 형성될 수 있다. 전방 플랜지(330)는 전방 절반부(326)의 후방 모서리로부터 횡단 방향으로 연장되고, 후방 플랜지(332)는 후방 절반부(328)의 전방 모서리로부터 횡단 방향으로 연장된다. 전방 플랜지(330)는 용접 또는 침투를 위해 의도된 재료보다 높은 용융 온도를 갖는 경납땜 재료로써의 경납땜에 의해 후방 플랜지(332)에 접합될 수 있다. 외피(314)는 아래에서 설명되는 것과 같이 외피(314)의 전체 주연부 주위에서 기판(312)의 표면의 일부와 표면-표면 접촉되게 위치되도록 구성되는 등각 밴드(320)를 가질 수 있고, 그에 의해 외피(314)는 적어도 등각 밴드(320)에서 용접 또는 경납땜에 의해 기판(312)에 연결된다. 다른 실시예에서, 외피(314)는 [플랜지(330, 332)가 존재하지 않을 수 있는] 단일의 단편 또는 더 큰 개수의 단편으로 형성될 수 있다. 2개-부분 외피(314)는 일부 구성에서 대응하는 1개-부분 외피보다 용이하게 형성될 수 있다. 2개-부분 외피(314)는 또한 대응하는 1개-부분 외피와 관련된 이러한 접합에 비해 일부 구성에서 대응하는 기판에 더 용이하게 접합될 수 있다.
외피(314)는 도 20에서 포인트의 형태로 대응하는 기판(312)의 일부에 접합되는 것으로 도시되어 있다. 기판(312)의 외부 기하 구조는 등각 밴드(320)에 용접 또는 경납땜되는 접합 표면(335)을 한정하는 주요 본체(334)를 포함할 수 있다. 기판(312)은 플래토(plateau)(336) 및 주위 표면 등의 경질 재료의 접합을 위한 적어도 일부의 리세스(recess) 또는 다른 릴리프(relief)를 제공할 수 있다. 기판(312)의 말단 단부가 경사형 모서리(344) 및/또는 둥근 표면(346)을 한정하도록 성형될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기판(312)은 경질 재료를 위한 리세스 또는 다른 릴리프를 제공하지 않을 수 있다. 도 20에서 관찰되는 것과 같이, 외피(314)는 등각 밴드(320)로부터 매끄럽게 연장되고, 그에 의해 기판(312)과 외피(314) 사이에 공동(350)을 한정한다. 공동(350)은 기판(312)에 접합되는 (도시되지 않은) 코팅의 최종 두께를 한정하고, 외피(314)의 내부 기하 구조는 완성된 부품의 최종 기하 구조를 한정한다.
도 19-20에 도시된 것과 같은 경량 시트 금속 외피(314)는 기판 상으로의 정밀한 정렬을 위해 용이하게 이동될 수 있고, 그 다음에 기판의 대부분의 배향과 무관하게 기판에 용접될 수 있다. 얇은 금속 외피는 클램핑 또는 고정구에 대한 필요성 없이 용접 또는 고온 경납땜에 의해 하부의 기판에 신뢰 가능하게 부착되기 쉽고, 생성된 접합부는 침투 경납땜에 요구되는 높은 온도에서도 유밀성을 갖는다. 임의의 형태의 침투 표면 경화 관련 몰드(infiltration hardfacing involving mold)에서, 용융 금속 경납땜 재료는 몰드 내부측에 남아 있어야 한다. 본 발명의 얇은 금속 외피로써, 기판으로의 신뢰 가능한 부착이 추가의 클램핑 또는 고정구 없이 성취된다. 최종 조립체는 그에 따라 침투 경납땜을 위한 퍼니스 내에 더 용이하게 위치되고, 그에 의해 무거운 부품을 표면 경화시키는 실질적으로 더 용이한 침투를 가능케 한다.
위에서 설명되고 도면에 도시된 시스템(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800)의 다양한 특징 그리고 또한 그 변형이 본 발명의 범주 내에서 조합 및 상호 교환될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 마찬가지로, 위에서 설명된 방법의 임의의 기술 또는 그 변형이 위에서 설명된 시스템(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) 중 임의의 시스템과 연계하여 이용될 수 있다.
도 10-11은 도 4의 시스템(100)과 유사한 시스템을 사용하여 그리고 위에서 설명된 것과 같은 방법을 사용하여 형성되는 복합 재료(18)의 현미경 사진이다. 도 10-11은 연성 철 매트릭스 재료(16)에 의해 포위되는 구상 주조 WC 충전재 재료(15)를 도시하고 있다. 매트릭스 재료(16)는 연성 철에 특유한 그라파이트 노듈(graphite nodule)(25)을 포함한다. 도 10-11에서 관찰되는 것과 같이, WC 입자(15)의 대부분의 구상 형상은 보존되었고, 이것은 용융 매트릭스 재료(16)와 충전재 재료(15)의 최소 반응 또는 용해를 나타낸다. 도 11은 복합 재료(18)와 과도한 매트릭스 재료(19) 사이의 계면(26)을 도시하고 있다.
여기에서 설명된 시스템 및 방법에 따라 제조되는 복합 코팅은 우수한 내마모성 및 인성을 나타낸다. 하나의 예에서, 샘플이 연성 철 매트릭스와 함께 구상 주조 WC, 압착 주조 WC 및 접합 WC를 사용하여 도 4의 시스템(100)과 유사한 시스템을 사용하여 그리고 위에서 설명된 것과 같은 방법을 사용하여 준비된다. 1121℃(2050℉)에서 진공 침투에 의해 니켈계 합금 및 구리로써 보강되는 주조 및 접합 WC의 샘플이 비교를 위해 준비된다. D2 강철이 또한 비교를 위해 사용된다. 건조 모래 고무 휠(DSRW: dry sand rubber wheel) 연삭 시험(ASTM G65)이 ASTM G65의 절차 A에 따라 이들 샘플에 대해 수행된다. 시험 조건은 다음과 같다. 즉,
· 총 회전수: 6000
· 샘플에 대한 하중: 30 lbs
· 모래 유동률: 300-400 g/분.
2회의 연속 DSRW 시험이 동일한 마모 흔적 영역에 대해 수행되고, 제2 시험 중의 질량 손실이 재료의 연삭 마모 손실을 나타내는 것으로서 간주된다. 아래의 표 1로부터 관찰될 수 있는 것과 같이, 구상 주조 텅스텐 카바이드/연성 철 그리고 그 다음의 압착 주조 텅스텐 카바이드/연성 철은 다른 재료에 비해 우수한 내마모성을 보여준다. 샘플은 코팅으로서 준비되고, 기판은 시험을 위해 기판에 근접한 표면을 노출시키도록 기계 가공 및 연삭에 의해 제거된다.
Figure 112014071262939-pct00001
위의 표 1의 결과로부터 관찰되는 것과 같이, 구상 주조 WC 및 압착 주조 WC와 조합된 연성 철의 사용은 다른 조합에 비해 더 낮은 질량 및 체적 손실을 가져온다. 추가로, WC 및 연성 철의 조합은 다른 조합에 비교 가능한 경도를 갖는다. 나아가, 연성 철은 시험된 다른 매트릭스 합금 특히 Ni 및 Cu 합금보다 상당히 저렴하다. 따라서, 이러한 시험은 본 발명의 실시예에 따른 시스템 및 방법을 사용하여 연성 철 매트릭스 재료 및 WC 충전재 재료로부터 제조되는 복합체의 유리한 사용을 나타낸다.
여기에서 설명된 시스템, 방법 및 제품의 다양한 실시예는 기존의 기술보다 큰 이익 및 장점을 제공한다. 예컨대, 최종 복합 제품은 우수한 내마모성 및 인성을 나타내고, 경제적으로 제조될 수 있다. 또 다른 예로서, 이 시스템 및 방법은 재료의 융점이 침투 공정에 적절하기만 하면 가단, 주조 및 분말 야금 금속 기판 그리고 또한 세라믹 또는 세라믹계 복합체 등의 비금속 기판을 포함하는 다양한 상이한 기판에 내마모성 재료를 가하는 데 사용될 수 있다. 또 다른 예로서, 경납땜 기술의 사용은 재료 형성 그리고 기판으로의 접합이 단일의 단계로 성취되게 한다. 추가로, 경납땜 기술은 전형적으로 주조 및 다른 기술에 비해 침투를 위한 더 긴 시간을 이용하고, 이것은 결국 더 긴 침투 길이(일부 실시예에서, 최대 8-10" 이상)를 가능케 한다. 따라서, 더 두꺼운 코팅이 또한 주조 그리고 또한 이송식 플라즈마 아크 용접 오버레이(plasma transferred arc weld overlay), 열 스프레이(thermal spray) 등의 다른 표면 경화 공정을 포함하는 기존의 기술에 비해 생성될 수 있다. 또 다른 예로서, 이 시스템 및 방법은 다른 공정(예컨대, 주조)보다 낮은 과열을 이용할 수 있고, 이것은 결국 충전재 재료와 매트릭스 재료 사이의 더 작은 반응 그리고 높은 내마모성 및 인성을 나타내는 강력한 미세 조직을 가져온다. 추가로, 더 낮은 정도의 반응은 더 작은 입자 크기 또는 다중의 입자 크기가 충전재 재료에 사용되게 하고, 그에 의해 더 큰 밀도의 경질 충전재 재료가 성취될 수 있다. 위에서 설명된 것과 같이, 매트릭스 재료의 더 큰 항복 강도 그리고 복합 재료의 더 큰 전체적인 내마모성이 또한 성취될 수 있다. 또 다른 예로서, 이 시스템 및 방법에서의 불활성 분위기의 사용은 구성 요소의 산화를 최소화 또는 방지하고, 매트릭스 재료로부터의 휘발성 원소의 증발을 제어할 수 있고, 그에 의해 스플래싱을 감소시킨다. 다른 이익 및 장점이 당업자에 의해 인식될 수 있다.
여러 개의 대체 실시예 및 예가 여기에서 설명 및 예시되었다. 당업자라면 개별 실시예의 특징 그리고 구성 요소들의 가능한 조합 및 변화를 이해할 것이다. 당업자라면 임의의 실시예가 여기에서 개시된 다른 실시예와 임의의 조합으로 제공될 수 있다는 것을 추가로 이해할 것이다. 본 발명은 그 사상 또는 중심 특징으로부터 벗어나지 않으면서 다른 특정한 형태로 실시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 그러므로, 본 발명의 예 및 실시예는 예시일 뿐이고 제한의 의미를 갖지 않는 것으로 모든 관점에서 간주되어야 하고, 본 발명은 여기에서 주어진 세부 사상에 제한되지 않는다. "상부(top)", "저부(bottom)" 등의"" 상대 용어는 여기에서 사용되는 것과 같이 단지 예시 목적을 위해 의도되고, 실시예를 제한하지 않는다. 이러한 명세서의 어느 것도 특허청구범위에서 구체적으로 언급되지 않으면 본 발명의 범주 내에 속하기 위해 특정한 3 차원 배향의 구조를 요구하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 첨부 도면은 반드시 실제 배율로 그려져 있지 않다는 것이 이해되어야 한다. 추가로, 용어 "복수(plurality)"는 여기에서 사용되는 것과 같이 분리 또는 결합 중 어느 한쪽의 방식으로 1개 초과의 임의의 부재 그리고 필요에 따라 무한대의 개수를 나타낸다. 나아가, 물품 또는 장치를 "제공하는 것(providing)"은 여기에서 사용되는 것과 같이 넓게는 미래의 행동이 물품에 대해 수행되도록 물품을 이용 또는 접근 가능하게 만드는 것을 말하고, 물품을 제공하는 당사자가 물품을 제조, 생산 또는 공급하거나 물품을 제공하는 당사자가 물품의 소유권 또는 통제권을 갖는다는 것을 내포하지 않는다. 따라서, 특정한 실시예가 예시 및 설명되었지만, 많은 변형이 본 발명의 사상으로부터 상당히 벗어나지 않으면서 착상될 수 있고, 보호의 범주는 단지 첨부된 특허청구범위의 범주에 의해 제한된다.

Claims (65)

  1. 토목 장비가 작동하는 동안, 지면과 접촉하기 위한 작업 단부를 갖는 굴착 투스(tooth)용 포인트로서, 상기 작업 단부는 말단 단부를 향하여 연장하는 대향 표면들을 갖는 강철 기판, 상기 말단 단부로부터 후방으로 연장되는 대향 표면들 각각에 형성된 공동, 상기 대향 표면들의 작업부와 상기 말단 단부를 덮도록(overlay) 각각의 상기 공동들을 채우는 복합 코팅, 및 상기 복합 코팅의 외부 형상을 한정하기 위해 상기 공동들 각각의 후방으로 상기 강철 기판에 고정된 외피를 포함하고, 상기 복합 코팅은 연성 철 매트릭스 재료에 의해 침투된 다공성 내마모성 재료를 포함하고,
    상기 매트릭스 재료는 연성 철이고 상기 복합 코팅을 상기 작업부와 상기 외피에 접합시키는 것을 특징으로 하는, 포인트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연성 철은 중량%로 3.0-4.0%의 탄소, 1.8-2.8%의 규소, 0.1-1.0%의 망간, 0.01-0.03%의 황 그리고 0.01-0.1%의 인으로 구성된 조성을 포함하고, 이 때에 잔량은 철 및 부수 원소 그리고 불순물인 것을 특징으로 하는, 포인트.
  3. 제2항에 있어서, 상기 연성 철의 조성은 0중량% 초과 37중량% 이하의 Ni을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 포인트.
  4. 제2항에 있어서, 상기 연성 철의 조성은 0중량% 초과 5.5중량% 이하의 Cr을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 포인트.
  5. 제2항에 있어서, 상기 연성 철의 조성은 0중량% 초과 5.5중량% 이하의 Si을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 포인트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 내마모성 재료는 입자상 재료이고, 상기 매트릭스 재료는 상기 내마모성 재료를 접합시키는 것을 특징으로 하는, 포인트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 내마모성 재료는 전이 금속의 카바이드, 나이트라이드, 보라이드, 실리사이드, 금속간 화합물 그리고 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1개 이상의 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 포인트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 강철 기판은 상기 작업부로부터 외향으로 연장되고 상기 작업부에 연결되는 복수개의 돌출부를 갖고, 상기 돌출부는 복합 코팅 내에 임베딩된 것을 특징으로 하는, 포인트.
  9. 제8항에 있어서, 상기 돌출부들은 상기 작업부 상에 대칭으로 분포되는 복수개의 리브 부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 포인트.
  10. 제1항에 있어서, 상기 복합 코팅은 상기 강철 기판의 두께보다 더 큰 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 포인트.
  11. 제1항에 있어서, 상기 복합 코팅은 적어도 7.5 인치의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 포인트.
  12. 제1항에 있어서, 상기 외피는 상기 공동들의 후방으로 상기 강철 기판의 작업부와 접촉하는 등각 밴드를 갖는 것을 특징으로 하는, 포인트.
  13. 제12항에 있어서, 상기 외피는 상기 공동들의 후방으로 용접 또는 경납땜에 의해 상기 강철 기판과 연결되는 것을 특징으로 하는, 포인트.
  14. 제1항에 있어서, 상기 공동내의 상기 내마모성 재료는 직경이 1 mm 미만인 입자인 것을 특징으로 하는, 포인트.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2857140B1 (en) * 2013-10-02 2019-04-03 Oerlikon Metco (US) Inc. Brazing rod for forming a wear resistant coating and wear resistant coating
WO2015103670A1 (en) * 2014-01-09 2015-07-16 Bradken Uk Limited Wear member incorporating wear resistant particles and method of making same
GB2523583C (en) * 2014-02-28 2019-12-25 Castings Tech International Limited Forming a composite component
CN104525716B (zh) * 2014-11-18 2016-10-05 西安理工大学 冷冲模具及其制备方法
US10105796B2 (en) 2015-09-04 2018-10-23 Scoperta, Inc. Chromium free and low-chromium wear resistant alloys
CN105925929B (zh) * 2016-06-27 2018-08-21 福建省诺希科技园发展有限公司 一种ZrC-SiC/NiCrMoV热作模具钢涂层制备方法
JP6761596B2 (ja) * 2016-07-29 2020-09-30 三菱マテリアル株式会社 複合材料からなる切削工具
CN106048404A (zh) * 2016-08-18 2016-10-26 江阴联华铸造有限公司 一种汽车曲轴用抗疲劳耐磨球墨铸铁件及其制备方法
CN108251803B (zh) * 2016-12-29 2020-06-02 深圳先进技术研究院 TiB2自润滑涂层及其制备方法和耐磨构件
JP6322300B1 (ja) * 2017-01-06 2018-05-09 株式会社エーアイ 白金加工品の製造方法
CN107400886A (zh) * 2017-07-19 2017-11-28 武汉理工大学 一种基于激光熔融沉积的汽车离合器面片及其制备方法
EP3655184A4 (en) * 2017-07-20 2021-05-26 ESCO Group LLC HARD SURFACE PRODUCTS INTENDED FOR ABRASIVE APPLICATIONS AND THEIR MANUFACTURING PROCESSES
CA3117043A1 (en) 2018-10-26 2020-04-30 Oerlikon Metco (Us) Inc. Corrosion and wear resistant nickel based alloys
CN111136242B (zh) * 2018-11-06 2022-04-08 有研金属复材技术有限公司 一种非均质多功能金属基复合材料铸件的制备方法
CN109438997A (zh) * 2018-11-27 2019-03-08 徐州市恩矿新材料有限公司 一种用于耐磨材料的组合物的配方
RU2765870C2 (ru) * 2019-08-05 2022-02-04 Акционерное общество "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" (АО "НИИМаш") Способ соединения деталей и устройство для его осуществления
EP4121232A1 (en) * 2020-03-18 2023-01-25 CONV Australia Holding Pty Ltd. Wear resistant composite
US11882777B2 (en) 2020-07-21 2024-01-30 Osmundson Mfg. Co. Agricultural sweep with wear resistant coating
RU2753362C1 (ru) * 2020-11-11 2021-08-13 Акционерное общество "Пермский завод "Машиностроитель" Способ наплавки медных сплавов на сталь
CN112626456A (zh) * 2021-01-05 2021-04-09 天津职业技术师范大学(中国职业培训指导教师进修中心) 一种兼具高硬度和高韧性的ZrB2-Ni涂层及其制备工艺
JP2022146047A (ja) * 2021-03-22 2022-10-05 キオクシア株式会社 セレクタ装置及び半導体記憶装置
CN113388777B (zh) * 2021-04-22 2022-07-08 宁国市开源电力耐磨材料有限公司 一种耐磨铸钢件及其制备工艺
CN117381942B (zh) * 2023-10-10 2024-05-03 广州市恒宏生态建材有限公司 一种环保耐磨的无机生态石的制备工艺

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005273439A (ja) 2004-02-26 2005-10-06 Kubota Corp 掘削用のビット
US20090191085A1 (en) * 2008-01-29 2009-07-30 Cesar Augusto Rezende Braga Ferritic Ductile Cast Iron Alloys

Family Cites Families (153)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1939991A (en) 1931-12-17 1933-12-19 Hard Metal Alloys Inc Diamond cutting tool or the like and method of making the same
US1978319A (en) 1932-06-16 1934-10-23 Harold W Mowery Method of making abrasive metal castings
US2130684A (en) 1936-10-30 1938-09-20 Heald Machine Co Method of forming a cutting tool
US2260593A (en) 1940-05-27 1941-10-28 Texas Electric Steel Casting C Method of making wear resistant surfaces
US2363272A (en) 1942-07-10 1944-11-21 Taeyaerts Jan Diamond-tipped tool and method of making the same
US2603985A (en) 1949-09-29 1952-07-22 Bennie J Vidmar Method of repointing dipper teeth
US2714245A (en) * 1951-12-07 1955-08-02 Sintercast Corp America Sintered titanium carbide alloy turbine blade
US2731711A (en) 1954-05-13 1956-01-24 Gen Electric Sintered tungsten carbide composition
US2833638A (en) * 1955-03-24 1958-05-06 Servco Mfg Corp Hard facing material and method of making
NL275996A (ko) 1961-09-06
NL290912A (ko) 1962-11-15
US3149411A (en) 1962-12-21 1964-09-22 Jersey Prod Res Co Composite materials containing cemented carbides
US3168767A (en) 1963-04-01 1965-02-09 Kenneth V Lutz Method of and product for rebuilding tampers on compaction rollers
AT282213B (de) 1968-06-04 1970-06-25 Metallgesellschaft Ag Verfahren zum Erzeugen scharfer Kanten beim Panzern von Maschinenteilen und Werkstücken
US3608170A (en) * 1969-04-14 1971-09-28 Abex Corp Metal impregnated composite casting method
US3790353A (en) 1972-02-22 1974-02-05 Servco Co Division Smith Int I Hard-facing article
US3882594A (en) 1972-02-22 1975-05-13 Servco Co Method of forming a hard facing on the body of a tool
US3894575A (en) 1972-06-05 1975-07-15 Textron Inc High density carbide stud
US3777517A (en) 1972-06-07 1973-12-11 Warren M Shwayder Saw and impact resistant lock shackle
US3932952A (en) 1973-12-17 1976-01-20 Caterpillar Tractor Co. Multi-material ripper tip
US3889093A (en) 1974-01-23 1975-06-10 Kennametal Inc Hardfaced member and method of attaching hardfacing element thereto
US3977227A (en) 1974-02-25 1976-08-31 Noble Charles H Method of cold extruding ductile cast iron tube
US4017480A (en) 1974-08-20 1977-04-12 Permanence Corporation High density composite structure of hard metallic material in a matrix
JPS599615B2 (ja) 1974-09-25 1984-03-03 株式会社リケン 超塑性を有する強靭球状黒鉛鋳鉄及び熱処理方法
US3972570A (en) 1975-04-17 1976-08-03 Caterpillar Tractor Co. Wear-resistant composite track shoe
US3955855A (en) 1975-04-17 1976-05-11 Caterpillar Tractor Co. Wear-resistant composite track link
US4024902A (en) 1975-05-16 1977-05-24 Baum Charles S Method of forming metal tungsten carbide composites
US4013453A (en) 1975-07-11 1977-03-22 Eutectic Corporation Flame spray powder for wear resistant alloy coating containing tungsten carbide
SE399911C (sv) 1976-02-05 1980-01-31 Sandvik Ab Slitdetalj med hog slitstyrka och god hallfasthet, sammansatt av hardmetall och gjutjern
US4052802A (en) 1976-02-23 1977-10-11 Caterpillar Tractor Co. Ground-engaging tool with wear-resistant insert
US4136230A (en) 1976-07-29 1979-01-23 Eutectic Corporation Wear resistant alloy coating containing tungsten carbide
US6735890B2 (en) 2001-07-06 2004-05-18 Esco Corporation Wear assembly
US4187626A (en) 1978-02-27 1980-02-12 Esco Corporation Excavating tool having hard-facing elements
US4156374A (en) 1978-03-20 1979-05-29 Shwayder Warren M Pre-formed wear pads for drill stabilizers
US4274769A (en) 1978-04-21 1981-06-23 Acker Drill Company, Inc. Impregnated diamond drill bit construction
GB2041427B (en) 1978-11-01 1982-08-18 Nl Industries Inc Insert for tool wear surfaces and method of manufacture
US4327156A (en) 1980-05-12 1982-04-27 Minnesota Mining And Manufacturing Company Infiltrated powdered metal composite article
JPS5788966A (en) 1980-11-21 1982-06-03 Komatsu Ltd Production of abrasion resistant composite material
US4363661A (en) * 1981-04-08 1982-12-14 Ford Motor Company Method for increasing mechanical properties in ductile iron by alloy additions
JPS57171563A (en) 1981-04-15 1982-10-22 Komatsu Ltd Abrasion resistant material
US4608318A (en) 1981-04-27 1986-08-26 Kennametal Inc. Casting having wear resistant compacts and method of manufacture
US4529042A (en) 1981-05-29 1985-07-16 Adams Hard-Facing Company, Inc. Tillage tool appendage
MX173495B (es) 1981-10-30 1994-03-09 Aalborg Portland Cement Metodo para mejorar las caracteristicas de una parte superficial de un cuerpo moldeable
JPS6017819B2 (ja) * 1982-04-01 1985-05-07 マツダ株式会社 高温耐酸化性、耐熱疲労性に優れた球状黒鉛鋳鉄
US4452325A (en) 1982-09-27 1984-06-05 Conoco Inc. Composite structure for cutting tools
US5178647A (en) * 1983-07-29 1993-01-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Wear-resistant member
US4499795A (en) 1983-09-23 1985-02-19 Strata Bit Corporation Method of drill bit manufacture
DE3334815C1 (de) 1983-09-26 1984-10-18 Siku GmbH Metall- und Kunststoffwarenfabrik, Rickenbach Werkzeug
US4605157A (en) 1984-01-31 1986-08-12 Nl Industries, Inc. Drill bit manufacturing method
US4638847A (en) 1984-03-16 1987-01-27 Giw Industries, Inc. Method of forming abrasive resistant white cast iron
US4526220A (en) 1984-03-16 1985-07-02 Scherer John R Method for improving performance of chaplets in metal casting
JPS61190353A (ja) 1985-02-20 1986-08-25 Fuji Xerox Co Ltd 複写機のオゾン排出装置
US4719076A (en) 1985-11-05 1988-01-12 Smith International, Inc. Tungsten carbide chips-matrix bearing
US4933240A (en) 1985-12-27 1990-06-12 Barber Jr William R Wear-resistant carbide surfaces
US4676124A (en) 1986-07-08 1987-06-30 Dresser Industries, Inc. Drag bit with improved cutter mount
US4705123A (en) 1986-07-29 1987-11-10 Strata Bit Corporation Cutting element for a rotary drill bit and method for making same
US4938991A (en) 1987-03-25 1990-07-03 Dresser Industries, Inc. Surface protection method and article formed thereby
US5090491A (en) 1987-10-13 1992-02-25 Eastman Christensen Company Earth boring drill bit with matrix displacing material
GB8725671D0 (en) 1987-11-03 1987-12-09 Reed Tool Co Manufacture of rotary drill bits
US4884477A (en) 1988-03-31 1989-12-05 Eastman Christensen Company Rotary drill bit with abrasion and erosion resistant facing
FR2632353A1 (fr) 1988-06-02 1989-12-08 Combustible Nucleaire Outil pour machine d'abattage minier comportant une piece abrasive diamantee
US4916869A (en) 1988-08-01 1990-04-17 L. R. Oliver & Company, Inc. Bonded abrasive grit structure
US5066546A (en) 1989-03-23 1991-11-19 Kennametal Inc. Wear-resistant steel castings
US5027878A (en) 1989-10-05 1991-07-02 Deere & Company Method of impregnation of iron with a wear resistant material
US5030519A (en) 1990-04-24 1991-07-09 Amorphous Metals Technologies, Inc. Tungsten carbide-containing hard alloy that may be processed by melting
US5190092A (en) 1990-08-08 1993-03-02 Deere & Company Method of impregnation of iron with a wear-resistant material
US5113924A (en) 1990-08-17 1992-05-19 Hitchiner Manufacturing Co., Inc. Method of casting wear-resistant, cast iron machine element
FR2667088B1 (fr) 1990-09-20 1994-10-14 Technogenia Sa Dent pour outil d'excavation.
US5355750A (en) 1991-03-01 1994-10-18 Baker Hughes Incorporated Rolling cone bit with improved wear resistant inserts
US5316851A (en) * 1991-06-12 1994-05-31 General Electric Company Silicon carbide composite with metal boride coated fiber reinforcement
US5111600A (en) 1991-07-30 1992-05-12 Caterpillar Inc. Tooth with hard material applied to selected surfaces
US5299620A (en) 1992-01-21 1994-04-05 Deere & Company Metal casting surface modification by powder impregnation
JP2593935Y2 (ja) * 1992-01-31 1999-04-19 東芝タンガロイ株式会社 リングビット
JPH0639523A (ja) * 1992-07-23 1994-02-15 Toshiba Mach Co Ltd 高強度耐食、耐摩耗性部材の製造方法
JPH0679435A (ja) * 1992-09-01 1994-03-22 Eagle Ind Co Ltd 掘削用ビットの製造方法
US5271547A (en) 1992-09-15 1993-12-21 Tunco Manufacturing, Inc. Method for brazing tungsten carbide particles and diamond crystals to a substrate and products made therefrom
US5373907A (en) 1993-01-26 1994-12-20 Dresser Industries, Inc. Method and apparatus for manufacturing and inspecting the quality of a matrix body drill bit
JPH06240710A (ja) 1993-02-10 1994-08-30 Komatsu Ltd 異種材複合型切刃とその製造方法
JPH0778242B2 (ja) 1993-02-12 1995-08-23 日本ユテク株式会社 耐摩耗性複合金属部材の製造方法
FI935559A (fi) 1993-06-14 1994-12-15 Robit Rocktools Ab Oy Menetelmä kovametallinastojen kiinnittämiseksi porakruunuun ja porakruunu
US5441121A (en) 1993-12-22 1995-08-15 Baker Hughes, Inc. Earth boring drill bit with shell supporting an external drilling surface
US6073518A (en) * 1996-09-24 2000-06-13 Baker Hughes Incorporated Bit manufacturing method
US5765624A (en) 1994-04-07 1998-06-16 Oshkosh Truck Corporation Process for casting a light-weight iron-based material
GB2288351B (en) 1994-04-08 1998-03-18 Cutting & Wear Resistant Dev Method for facing a substrate
US5502905A (en) 1994-04-26 1996-04-02 Caterpillar Inc. Tooth having abrasion resistant material applied thereto
US5445231A (en) * 1994-07-25 1995-08-29 Baker Hughes Incorporated Earth-burning bit having an improved hard-faced tooth structure
US5589268A (en) 1995-02-01 1996-12-31 Kennametal Inc. Matrix for a hard composite
US5737980A (en) 1996-06-04 1998-04-14 Smith International, Inc. Brazing receptacle for improved PCD cutter retention
US5880382A (en) 1996-08-01 1999-03-09 Smith International, Inc. Double cemented carbide composites
US6050208A (en) 1996-11-13 2000-04-18 Fern Investments Limited Composite structural laminate
US6033791A (en) 1997-04-04 2000-03-07 Smith And Stout Research And Development, Inc. Wear resistant, high impact, iron alloy member and method of making the same
US6039641A (en) 1997-04-04 2000-03-21 Sung; Chien-Min Brazed diamond tools by infiltration
US6024804A (en) * 1997-05-02 2000-02-15 Ohio Cast Products, Inc. Method of preparing high nodule malleable iron and its named product
US5837069A (en) 1997-09-16 1998-11-17 Weyburn-Bartel Inc. Cast iron components and method of making
US20040006074A1 (en) * 1998-04-28 2004-01-08 The Government Of The United States Of America Cyclin dependent kinase (CDK)4 inhibitors and their use for treating cancer
US6220117B1 (en) 1998-08-18 2001-04-24 Baker Hughes Incorporated Methods of high temperature infiltration of drill bits and infiltrating binder
US6649682B1 (en) * 1998-12-22 2003-11-18 Conforma Clad, Inc Process for making wear-resistant coatings
DE19924683C2 (de) 1999-05-28 2002-02-28 Betek Bergbau & Hartmetall Verfahren zur Bestückung eines Meißelkopfes eines Schaftmeißels und Meißel
US6258180B1 (en) 1999-05-28 2001-07-10 Waupaca Foundry, Inc. Wear resistant ductile iron
US6571493B2 (en) * 1999-12-27 2003-06-03 Komatsu Ltd. Cutting edge
JP2001248127A (ja) 1999-12-27 2001-09-14 Komatsu Ltd カッティングエッジ
US6601789B1 (en) 2000-03-22 2003-08-05 Spokane Industries, Inc. Rock crusher impact shoe
US6347676B1 (en) * 2000-04-12 2002-02-19 Schlumberger Technology Corporation Tooth type drill bit with secondary cutting elements and stress reducing tooth geometry
US6719948B2 (en) 2000-05-22 2004-04-13 Massachusetts Institute Of Technology Techniques for infiltration of a powder metal skeleton by a similar alloy with melting point depressed
AUPQ933400A0 (en) 2000-08-10 2000-08-31 Huggett, Paul A method of manufacturing metallic composites produced thereby
CN1108211C (zh) * 2000-09-14 2003-05-14 四川大学 铁基表面复合材料凸轮轴及其制造方法
BR0210854B1 (pt) 2001-07-06 2013-02-05 fecho para um conjunto de desgaste, mÉtodo para montagem de um elemento de desgaste e mÉtodo para remover um elemento de desgaste.
KR100860249B1 (ko) 2001-12-04 2008-09-25 마고또 앵떼르나씨오날 에스.에이. 개선된 내마모성을 갖는 주조 부품 및 그 제조 방법
US7017677B2 (en) 2002-07-24 2006-03-28 Smith International, Inc. Coarse carbide substrate cutting elements and method of forming the same
US20030213861A1 (en) 2002-05-15 2003-11-20 Condon Gary J. Crusher wear components
US7261752B2 (en) 2002-09-24 2007-08-28 Chien-Min Sung Molten braze-coated superabrasive particles and associated methods
US7250069B2 (en) * 2002-09-27 2007-07-31 Smith International, Inc. High-strength, high-toughness matrix bit bodies
RU2228409C1 (ru) 2002-10-29 2004-05-10 Военно-технический университет при Федеральной службе специального строительства Российской Федерации Способ изготовления зуба землеройной машины
EP1590099A4 (en) 2003-02-07 2009-08-05 Diamond Innovations Inc PROCESSING DEVICE WEAR WITH INCREASED RESISTANCE AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF
US20040234820A1 (en) 2003-05-23 2004-11-25 Kennametal Inc. Wear-resistant member having a hard composite comprising hard constituents held in an infiltrant matrix
US7395882B2 (en) 2004-02-19 2008-07-08 Baker Hughes Incorporated Casing and liner drilling bits
AU2005202371B2 (en) 2005-05-31 2010-09-23 Sandvik Intellectual Property Ab Method for manufacturing a cutting pick
CA2511309C (en) 2005-06-29 2010-02-16 Ibex Welding Technologies Inc. Method of hard coating a surface with carbide
US7597159B2 (en) 2005-09-09 2009-10-06 Baker Hughes Incorporated Drill bits and drilling tools including abrasive wear-resistant materials
US8002052B2 (en) 2005-09-09 2011-08-23 Baker Hughes Incorporated Particle-matrix composite drill bits with hardfacing
EP3309269A1 (en) 2005-10-11 2018-04-18 Baker Hughes Incorporated Hard metal composite material for enhancing the durability of earth-boring and method for making it
AU2006317507A1 (en) 2005-11-22 2007-05-31 Composite Alloy Products Pty Ltd A method of manufacturing metallic composites in an inert atmosphere and composites produced thereby
UA15945U (en) 2006-02-10 2006-07-17 Larysa Hryhorivna Babiieva Heat-supply system
US7510032B2 (en) 2006-03-31 2009-03-31 Kennametal Inc. Hard composite cutting insert and method of making the same
US7568770B2 (en) 2006-06-16 2009-08-04 Hall David R Superhard composite material bonded to a steel body
US7445294B2 (en) 2006-08-11 2008-11-04 Hall David R Attack tool
KR100783100B1 (ko) * 2006-11-17 2007-12-07 주식회사 티엠시 굴착기 바켓용 팁 및 그의 제조 방법
US7824605B2 (en) 2006-12-15 2010-11-02 Dexter Foundry, Inc. As-cast carbidic ductile iron
US7523794B2 (en) 2006-12-18 2009-04-28 Hall David R Wear resistant assembly
CA2674505C (en) 2007-01-08 2015-06-23 Halliburton Energy Services, Inc. Drill bits and other downhole tools with hardfacing having tungsten carbide pellets and other hard materials
GB2484852B (en) * 2007-01-18 2012-06-06 Halliburton Energy Serv Inc Casting of tungsten carbide matrix bit heads and heating bit head portions with microwave radiation
JP2008246550A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Iwate Industrial Research Center プリフォームの製造方法，プリフォーム及びプリフォームを使用した鋳ぐるみ品
CA2585688C (en) 2007-04-20 2014-10-14 Igor Tsypine Wear-resistant castings and method of fabrication thereof
CN100509213C (zh) * 2007-04-24 2009-07-08 昆明理工大学 制备颗粒增强金属基表面复合材料的真空实型铸渗方法
US8241761B2 (en) 2007-08-15 2012-08-14 Mikhail Garber Abrasion and impact resistant composite castings for working in condition of wear and high dynamic loads
CN101134237B (zh) * 2007-10-11 2010-06-30 丁家伟 增强相金属梯度复合材料制造工艺及设备
US8252225B2 (en) 2009-03-04 2012-08-28 Baker Hughes Incorporated Methods of forming erosion-resistant composites, methods of using the same, and earth-boring tools utilizing the same in internal passageways
CA2711148A1 (en) 2008-01-04 2009-07-16 Patrick Maher Wear resistant components
CA2729051A1 (en) 2008-06-27 2009-12-30 Excalibur Steel Company Pty Ltd Manufacture of wear resistant composite components
US8191291B2 (en) 2008-07-09 2012-06-05 Esco Corporation Wear member for excavating equipment
US8025112B2 (en) * 2008-08-22 2011-09-27 Tdy Industries, Inc. Earth-boring bits and other parts including cemented carbide
CN101412098B (zh) * 2008-12-03 2011-05-04 西安建筑科技大学 一种原生柱状硬质相复合耐磨块的制备方法
US20110259541A1 (en) * 2008-12-23 2011-10-27 Excalibur Steel Company Pty Ltd Method of manufacturing components
US20100181116A1 (en) 2009-01-16 2010-07-22 Baker Hughes Incororated Impregnated drill bit with diamond pins
US8201648B2 (en) 2009-01-29 2012-06-19 Baker Hughes Incorporated Earth-boring particle-matrix rotary drill bit and method of making the same
US7897204B2 (en) 2009-01-29 2011-03-01 Nanotech Industries, Inc. Method of strengthening tool material by penetration of reinforcing particles
WO2010105151A2 (en) 2009-03-13 2010-09-16 Smith International, Inc. Carbide composites
US8136571B2 (en) 2009-05-19 2012-03-20 Debruin Mark Carbidic outer edge ductile iron product, and as cast surface alloying process
JP2010274323A (ja) * 2009-06-01 2010-12-09 Sapporo Kokyu Imono Co Ltd セラミックス金属鋳ぐるみ複合材料及びその製造方法
CN201944152U (zh) * 2010-08-06 2011-08-24 昆明理工大学 表面强化的球墨铸铁刹车盘
JOP20200150A1 (ar) 2011-04-06 2017-06-16 Esco Group Llc قطع غيار بأوجه مقواه باستخدام عملية التقسية المصلدة والطريقة والتجميع المرافق للتصنيع
CN102274946A (zh) * 2011-08-29 2011-12-14 镇江汇通金属成型有限公司 一种复合压铸冲头
US8800848B2 (en) 2011-08-31 2014-08-12 Kennametal Inc. Methods of forming wear resistant layers on metallic surfaces

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005273439A (ja) 2004-02-26 2005-10-06 Kubota Corp 掘削用のビット
US20090191085A1 (en) * 2008-01-29 2009-07-30 Cesar Augusto Rezende Braga Ferritic Ductile Cast Iron Alloys

Also Published As

Publication number Publication date
BR112014018839A8 (pt) 2017-07-11
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AU2013202962C1 (en) 2016-04-07
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WO2013116183A1 (en) 2013-08-08
EA032732B1 (ru) 2019-07-31
NZ710921A (en) 2017-02-24
AU2013202962A1 (en) 2013-08-15
EP2809466B8 (en) 2018-11-14
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PH12014501414B1 (en) 2014-09-22
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BR112014018839B1 (pt) 2019-03-26
MX2014008869A (es) 2014-09-01

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