KR102210173B1 - 소결된 본체 및 소결된 본체를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바인더 금속 캐핑을 갖는 측 및 바인더 금속 캐핑을 갖지 않는 또 다른 측을 구비한 소결된 절삭 본체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 제조된 소결된 절삭 본체에 관한 것이다.

Description

소결된 본체 및 소결된 본체를 제조하는 방법{A SINTERED BODY AND METHOD OF PRODUCING A SINTERED BODY}

본 발명은 제 1 항에 따른 소결된 본체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 제 14 항에 따른 소결된 본체에 관한 것이다.

과거에 소결된 본체들, 특히 다양한 기계 가공 및 절삭 목적들을 위해 절삭날들을 제공하는 데 사용되는 절삭용 소결된 본체들을 제조할 때 어려움이 있었다. 일반적으로 절삭용 소결된 본체들은 코발트를 포함하는 바인더 상을 갖는 서멧 또는 초경합금으로 제조된다. 코발트를 포함하는 본체를 소결할 때 코발트는 때때로 절삭용 본체의 중간을 향해서보다 추가로 많은 양의 코발트를 포함하는 표면 층을 생성하는 소결 프로세스 중에 본체의 표면에서 증가하는 경향을 갖는다.

모든 적용예에 대해 절삭용 본체의 표면에서 보다 많은 양의 코발트를 갖는 것은 바람직하지 않다. 표면 코발트는 표면에 부가된 CVD 층들과 같은 추가의 코팅 층들에 대해 접착 능력들을 저하시킬 수 있다. 또한 임의의 추가의 층들을 사용하지 않는 절삭 본체들에 대해 표면 코발트는 대상의 기계 가공 중에 형성된 칩들이 코발트에 용착됨으로써 마모 문제들을 발생시킬 수 있기 때문에 단점을 가질 수 있다. 절삭용 소결된 본체들을 제조할 때 소결된 본체들은 소결된 본체들의 표면으로부터 칩들을 방출시키는 능력을 갖는 표면을 갖는 것이 바람직하다. 이전에는 이들 절삭 본체들이 소결 후에 코발트의 층을 제거하도록 블래스팅 또는 그라인딩에 의해 기계 가공되었다.

다른 적용예에 대해 표면 코발트는 특히 절삭 표면들이 예를 들면 소우 블레이드들 (saw blades) 에 용접되거나 또는 납땜되어야 한다면 유리하다. 소결 프로세스가 표면 코발트를 갖지 않는 절삭 본체를 부여한다면 이들 본체들은 원하는 용접 또는 납땜 특성들을 달성하도록 처리를 요구한다. 이러한 이유로 표면 코발트를 달성하거나 또는 표면 코발트를 달성하지 않도록 소결 프로세스를 제어하는 것이 매우 바람직하다.

그리고 따라서 추가의 실시예들에 대해 소결 후에 사전 결정된 표면 상에 코발트를 갖고 본체의 또 다른 표면 상에 코발트를 갖지 않도록 동일한 본체의 표면을 제어할 수 있는 것이 바람직하다.

이러한 문제점을 해결하도록 본 발명은 소결된 절삭 본체를 제조하는 방법을 제공하고:

상기 소결된 절삭 본체를 제조하는 방법은:

탄소 및 바인더 금속을 포함하는 서멧 또는 초경합금의 본체를 제공하는 단계,

상기 본체를 소결하기 위해 소결 디바이스를 제공하는 단계,

상기 소결 디바이스에 의해 소결 프로세스에서 상기 본체를 소결하는 단계,

시간 (t) 에서의 소정 순간에 온도 (T) 가 일정하거나 증가하는 가열 시간 범위인 시간 범위 (A) 를 소결 프로세스에 제공하는 단계,

범위 (B) 에서의 온도 (T) 가 시간 (t) 에서 소정 순간에 조정되어 일정하거나 감소하도록 조정되는 상기 소결 프로세스의 후속의 냉각 시간 범위 (B) 를 제공하는 단계, 및

탈탄소 조건들을 제공하도록 적어도 범위 (B) 의 제 1 부분 범위 (B1) 중에, 압력 (P) 에서 적어도 하나의 불활성 가스를 포함하는 분위기를 제공하는 단계로서, 시간 범위 (B1) 중에 소결 디바이스에서의 압력 (P) 이 100 Pa ≤ P ≤ 15000 Pa, 바람직하게 500 Pa ≤ P ≤ 1500 Pa 의 조건을 충족하는 상기 단계를 포함하고,

시간 범위 (B1) 에 후속하는 적어도 시간 범위 (B2) 중에, 바인더 금속의 분압이 측 또는 측의 부분에 대해 보다 높게 유지되고 본체의 측의 다른 부분 또는 다른 측들은 바인더 금속에 대해 보다 낮은 분압을 가져서 바인더 금속이 증발됨으로써, 상기 방법을 수행한 직후에 바인더 금속 캐핑 (capping) 을 측 또는 측의 부분에 제공하고 본질적으로 어떠한 바인더 금속 캐핑도 측의 다른 부분 또는 다른 측들에 제공하지 않는다.

이러한 방법의 효과는 바인더 금속을 위해 분압을 제어함으로써 제조된 소결된 본체는 그 특성들이 제어될 수 있게 한다는 것이다. 이는 소결된 본체의 표면들 또는 선택된 측들의 표면 층이 바인더 금속의 함량, 즉 소결된 본체 상에서의 표면 또는 또 다른 측과 상이한 바인더 금속 캐핑을 가질 수 있다는 것을 의미한다. 또한 이는 달성된 소결된 본체가 임의의 광범위한 후처리 없이 그 상이한 사용들에 직접 적용될수 있다는 효과를 갖는다. 추가의 효과는 제조가 간단하는 것이다.

바인더 금속은 코발트, 니켈, 철, 텅스텐, 티타늄, 탄탈럼, 니오븀, 크롬 또는 그 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일실시형태에서 바인더 금속은 코발트를 포함한다. 본 발명의 일실시형태에서 바인더 금속은 코발트, 또는 코발트와 니켈, 또는 코발트, 니켈 및 철로 이루어진다.

서멧 또는 초경합금의 본체는 탄소를 포함하고, 탄소는 유리 탄소의 형태로, 바인더 금속에서 고용체로 또는 예를 들면 카바이드 또는 카본니트라이드의 형태로 존재할 수 있다.

방법의 추가의 개선예에서 바인더 금속을 위한 원하는 보다 높은 분압은 트레이와 본체의 측 또는 측의 부분을 접촉시킴으로써 달성되고, 따라서 바인더 금속으로 구성된 표면층을 포함하는 측 또는 측의 부분이 제공된 소결된 본체를 달성하고, 트레이와 접촉하지 않는 본체의 측의 부분 또는 다른 측들은 바인더 금속의 낮은 분압을 받고 따라서 바인더-금속-캐핑을 본질적으로 갖지 않는다.

이들에 있어서 이점은 바인더 금속의 감소된 분압이 상대적으로 용이하게 달성된다는 것이다. 예를 들면 가스식 바인더 금속 또는 그와 유사한 것을 여분의 배열체에 대해 부가할 필요가 없다.

본 발명의 일실시형태에서 본체의 적어도 두개의 측들에는 바인더 금속 캐핑이 제공되는 한편, 다른 측들에는 본질적으로 제공되지 않는다.

본 발명의 일실시형태에서 바인더 금속 캐핑이 제공된 두개의 측들은 평평하다.

본 발명의 일실시형태에서 트레이에는, 본체가 트레이 상에 놓일 때, 본체의 두개의 측들이 트레이의 표면과 접촉하도록, 리지들이 제공된다.

본 발명의 일실시형태에서 시간 범위 (B2) 중의 바인더 금속의 상이한 분압들은 시간 범위 (B1) 중의 압력 미만의 값으로 소결 디바이스에서의 압력을 감소시킴으로써 달성된다.

본 발명의 일실시형태에서 시간 범위 (B2) 중에, P 는 0.01 Pa ≤ P ≤ 70 Pa, 바람직하게 0.1 Pa ≤ P ≤ 50 Pa 의 조건을 충족한다. 압력 (P) 은 소결 디바이스에서 총압력에 관련된다. 총압력은 소결 디바이스에서 몇개의 분압의 합일 수 있고, 바인더 금속에 대해 분압은 바인더 금속이 즉 특정 온도에서 바인더 금속에 대한 증발 압력 미만으로 증발되도록 B2 에서의 압력이다. 본 발명의 일실시형태에서 시간 범위 (B2) 는 온도 (T) 가 바인더 금속의 응고 온도 미만으로 감소될 때 시작된다.

본 발명의 일실시형태에서 시간 범위 (B2) 는 온도 (T) 가 바인더 금속의 응고 온도 미만으로 약 10 도 감소될 때 시작된다.

본 발명의 일실시형태에서 바인더 금속은 코발트를 포함한다. 방법의 추가의 개선예에서 Co-캐핑 층은 코발트로 구성된다. 이는 이러한 표면의 용접의 방법을 사용하는 데 특히 양호한 능력을 제공한다.

본 발명의 일실시형태에서 분위기는 시간 범위 (B1) 중에 아르곤을 포함한다.

본 발명의 일실시형태에서 분위기는 시간 범위 (B1) 중에 아르곤, 및 일산화탄소와 질소 중 하나 또는 양쪽을 포함한다.

본 발명의 일실시형태에서 바인더 금속의 낮은 분압은 진공 펌프에 연결을 위해 소결 디바이스에 커플링을 제공함으로써 소결 디바이스에 제공된다. 소결 펌프는 소결 디바이스에서 압력 (P) 을 조절하도록 사용될 수 있다. 펌프는 바인더 금속이 증발됨으로써 그렇지 않다면 소결 디바이스에서 압력을 증가시킬 때 냉각 시간 범위 (B2) 중에 일정한 레벨로 압력을 유지하도록 추가로 사용될 수 있다. 펌프는 B2 중에 예를 들면 소결 디바이스를 통해 아르곤의 일정한 유동으로써 가동될 수 있다.

방법의 추가의 개선예에서 소결 온도 (T_S) 는 1400 ℃ ≤ T_S ≤ 1500 ℃ 의 범위이다. 이러한 온도 범위에서 T_S 는 소결에 대해, 특히 바인더 금속이 코발트를 포함한다면 특히 유리하다는 것이 증명되었다. 방법의 추가의 개선예에서 소결 온도는 1430 ℃ ≤ T_S ≤ 1480 ℃ 의 범위이다. 이러한 온도 범위 내에서 T_S 는 고밀도, 비취성 및 경질 소결된 제품을 달성하는 데 특히 적합하는 것이 증명되었다.

또한 본 발명은 본 발명에 따라 제조된 소결된 절삭 본체 및 본 발명에 따라 소결될 본체를 수용하기 위한 트레이에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적들, 이점들 및 새로운 특징들은 첨부된 도면들 및 청구항들과 관련하여 고려된다면 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

지금부터 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.

도 1 은 본 발명의 방법의 일실시형태에 따라 제조된 소결된 본체를 개시한다.
도 2 는 본 발명의 방법의 일실시형태에 따라 제조된 소결된 본체를 개시한다.
도 3 은 본 발명의 일실시형태에 따른 트레이 상에서의 소결된 본체를 개시한다.
도 4 는 본 발명의 일실시형태에 따른 트레이 상에서의 소결된 본체를 개시한다.
도 5 는 본 발명의 방법의 일실시형태에 따라 제조된 대안적인 소결된 본체를 개시한다.
도 6 은 본 발명의 일실시형태에 따른 방법을 수행하기 위한 소결 디바이스를 개시한다.
도 7 은 본 발명에 따른 방법의 일실시형태에 대해 시간의 함수로서 온도의 그래프를 개시한다.
도 8 은 본 발명에 따른 방법의 일실시형태에 대해 시간의 함수로서 온도의 그래프를 개시한다.
도 9 는 본 발명에 따른 방법의 일실시형태에 대해 시간의 함수로서 온도의 그래프를 개시한다.
도 10 은 실시예 4 에서 처리된 인서트의 연마된 횡단면의 SEM 사진을 도시하고 도시된 외부 표면은 Co 캐핑 층 (21) 을 포함한다.
도 11 은 실시예 4 에서 처리된 인서트의 연마된 횡단면의 SEM 사진을 도시하고 도시된 외부 표면 (22) 은 Co 캐핑 층을 포함하지 않는다.

본원에서는 소결된 본체 (1) 를 제조하는 방법이 첨부된 도면들, 즉 도 1- 도 4를 참조하여 설명된다. 소결된 본체 (1) 는 특히 서멧 또는 초경합금이다. 방법은 소결된 본체 내에서 그리고 특히 본체의 외부 표면에서 바인더 금속의 분포를 변화시키는 특정 조건들 하에서 소결된 본체를 제조하는 단계를 포함한다. 도 1 에 개시된 바와 같이 소결된 본체 (1) 는 예를 들면 밀링 커터들에서 사용되는 인서트로써 예시된다. 이러한 변경에 관해 본체의 표면 상에 바인더 금속의 분포는 표면 상에 바인더 금속을 제공하거나 또는 바인더 금속을 본질적으로 갖지 않는 표면을 제공함으로써 변경된다는 것이 이해되어야만 한다.

방법은 소결될 본체 (1) 를 제공하는 것을 포함한다. 본체 (1) 는 초경합금 또는 서멧을 포함하고 본 기술 분야에 숙련된 자에게는 공지된 방식으로 바인더 금속 및 탄소를 포함해야만 한다.

본체 (1) 는 바람직하게 적어도 하나의 또는 심지어 보다 바람직하게 적어도 두개의 본질적으로 평평한 표면들을 가져야만 한다. 그러나 방법은 소결될 본체의 모든 형태들에 대해 적용 가능하지만, 적어도 두개의 평평한 표면들이 본체 상에 존재한다면 상기 방법이 특히 유리하다.

상기 방법은 또한 측의 부분 상에 바인더-금속-캐핑을 갖고 측의 다른 부분 상에 바인더-금속-캐핑을 갖지 않는 소결된 본체 측의 측을 달성하는 것이 바람직할 때 적용 가능하다. 이는 소결될 본체의 측의 부분에 대해서만 분압을 보다 낮게함으로써 달성 가능할 수 있다. 소결 중에 본체가 수축할 때 분압을 인가하기 위한 수단은 수축하는 본체에 적용 (adapted) 되어야만 한다.

상기 방법은 도 6 에서 소결 디바이스 (15) 를 제공하는 것을 포함한다. 소결 디바이스 (15) 는 일반적으로 소결로이다. 소결 디바이스 (15) 는 일반적으로 본 기술 분야에서 숙련된 자에게는 공지된 바와 같은 가열 및 제어된 분위기를 제공하는 능력을 갖는다. 그러나 소결 디바이스는 뿐만 아니라 바람직하게 진공을 제공할 수 있어야만 한다. 소결 디바이스 (15) 에는 예를 들면 개시되지 않은 진공 펌프에 연결을 제공하기 위한 커플링들 (16) 이 제공된다.

상기 방법은 소결 디바이스 (15) 를 사용하는 소결 방법을 제공하는 것을 포함한다. 소결 방법은 일반적으로 소결 디바이스 (15) 에서 소결될 본체 (1) 에 적용됨으로써 제공된다. 프로세스 시간 (t) 의 함수로서 프로세스 온도 (T) 는 도 7 에 개략적으로 개시된다. 가열 시간 범위 (A) 및 냉각 시간 범위 (B) 가 제공된다. 가열 시간 범위 중에 소결 디바이스 (15) 에서의 온도 (T) 는 최고 레벨 (T_S) 로 상승된다. 최고 레벨은 일반적으로 소결 온도 (T_S) 로 칭해진다 (도 7 을 참조). 소결 디바이스에서 온도 (T) 는 주변 온도, 일반적으로 실온에서 일반적으로 시작되고, 최고 레벨 (T_S) 로 상승된다. 일반적으로 T_S 로의 상승은 완전 소결 프로세스 시간 (t) 의 대략 반 이후에 끝난다. 그 가장 간단한 형태에서, 도 7 에 예시된 바와 같이, 소결 디바이스에서의 온도 (T) 가 상승되고 이어서 온도 상승이 시간 단위 당 상수 차수를 갖는 상수비로 됨으로써 본질적으로 직선으로 된다. 소결 온도 (T_S) 는 본 기술 분야에 숙련된 자에게는 공지된 몇몇 파라미터들에 따라 선택된다. 소결 온도들 (T_S) 의 선택에 영향을 주는 파라미터들은 바인더 금속의 조성, 소결된 제품의 원하는 다공성 뿐만 아니라 소결된 제품의 원하는 입자 크기를 포함한다. 보다 높은 소결 온도 (T_S) 는 입자들의 성장을 부여한다. T_S 에 대한 일반적인 값은 1500 ℃ 이다. 1400℃ - 1500 ℃ 의 T_S 와 같은 다른 값들이 또한 가능하다. 코발트 또는 코발트와 니켈을 포함하는 바인더 금속에서, 소결 온도의 바람직한 T_S 값은 1430℃ - 1480℃ 이다.

도 7 에서 가열 시간 범위 (A) 는 세개의 시간의 부분 범위들 (A1, A2 및 A3) 로 분할된다. A3 는 소결 온도 (T_S) 에서 유지 시간 (t_s) 을 개시한다. 예를 들면 시간 범위 (A1) 에서 온도는 예를 들면 도 8- 도 9 중 하나에서와 같이 도 7 에 개시된 것의 시간 범위 (A2) 에서보다 상이한 온도/시간에서 상승될 수 있다.

가열 시간 범위 (A) 이후에 냉각 시간 범위 (B) 가 따른다. 본 발명의 방법에 따르면 냉각 시간 범위 (B) 는 적어도 두개의 시간 범위들 (B1 및 B2) 로 분할되고, B1 중에 압력은 100-15000 Pa, 바람직하게 500-1500 Pa 이고 B2 중에는 코발트의 분압이 본체의 측들의 부분들 또는 상이한 측들에서 상이하다. 주된 사상은 냉각 시간 범위 (B) 의 시간 범위 (B2) 중에 챔버에서의 압력을 낮게하는 것이다. 적용예에서 규정된 진공 조건으로 예로써 주어진 하나의 압력은 100 Pa 보다 작다. 또한 예를 들면 0.01 Pa - 70 Pa 의 범위, 또는 바람직하게 0.1 Pa - 50 Pa 의 범위에서 상기 방법을 수행하는 것이 가능하다. 진공은 숙련된 자에게 이해되는 바와 같이 규정될 것이다. 진공은 예를 들면 동적 진공, 즉 소결 디바이스로부터 가스의 연속적인 펌핑에 의한 진공일 수 있다.

시간 범위 (B1) 중에 냉각 조건들은 서멧 또는 초경합금 본체의 전체 표면 상에 바인더 금속 캐핑 층을 제공하도록 설정된다. 이는 소결 디바이스 (노) 에서 압력 및 탈탄소 조건들에 의해 달성된다. 그 후에, 시간 범위 (B2) 중에 냉각 조건들은 본체의 표면의 부분 (측 또는 측의 부분) 상에 새롭게 형성된 바인더 금속 캐핑 층의 증발을 제공하는 한편, 본체의 표면의 다른 부분들 (측의 다른 부분 또는 다른 측들) 상에 바인더 금속은 증발되지 않도록 설정된다. 증발은 본체의 표면들의 부분들 또는 측들의 부분들 또는 상이한 측들 상에 상이한 바인더 금속의 분압에 의해 제공된다. 바인더 금속의 분압이 낮다면, 바인더 금속은 증발된다. 모든 층을 증발하는 데 요구되는 시간은 층의 두께에 따르고 온도 레벨들 (냉각률) 및 압력은 숙련된 자에게 공지된 것으로 최적화될 수 있다.

시간 범위 (B) 중에 온도 감소는 처음에 냉각이 보다 높은 냉각률로 되고 예를 들면 시간 범위 (B1) 로부터 시간 범위 (B2) 로의 변이 지점에서 냉각은 보다 낮은 냉각률로 하향으로 느리게 되도록 변경될 수 있다. B1 중에 온도 강하는 5 ℃/min, 또는 1-5 ℃/min 일 수 있다. B2 중에 1 ℃/min, 또는 1-5 ℃/min 의 강하가 일반적으로 적용 가능하다. 본 발명의 일실시형태에서 온도는 B2 중에 또는 B2 의 부분 중에 일정하게 유지된다. 바인더 금속이 본체의 표면으로부터 실제적으로 증발되는 시간은 예를 들면 특정 소결로, 소결 트레이, 바인더 금속 조성 및 차지 부하에 기초하여 본 기술 분야에 숙련된 자에 의해 조정 또는 조절될 수 있다. 증발의 시간은 바인더 금속 캐핑을 갖지 않는 본체의 측을 형성하는 데 충분하도록 요구된다.

유지 시간 (t_S) 중에 분위기는 바람직하게 CO/N₂/Ar 의 혼합물의 분위기이다. 냉각 시간 범위 (B) 의 시간 범위 (B1) 중에 분위기는 바람직하게 Ar 및 CO 분위기를 포함한다. 냉각 시간 범위 (B) 의 시간 범위 (B2) 중에, 분위기는 바람직하게 Ar 을 포함한다.

도 8 에서 온도 범위 (A1) 의 온도비는 온도 범위 (A1) 의 시작 및 종료에서보다 작은 비를 갖는 A1 의 중간 섹션에서 상승된다.

상기 방법은 소결을 받는 본체의 적어도 하나의 측 상에 냉각 시간 범위 (B) 중에 적어도 시간 범위 (B2) 에서 바인더 금속의 분압을 감소시키고, 동시에 소결을 받는 본체의 적어도 하나의 다른 측 상에 바인더 금속의 상대적으로 보다 높은 분압을 제공하는 것을 포함한다. 바인더 금속의 분압의 감소는 표면 층의 바인더 금속의 함량이 바인더 금속의 보다 높은 분압이 제공된 다른 측들에 비해 낮거나 존재하지 않게되는 효과를 갖는다. 바인더 금속의 낮은 분압은 차례로 바인더 금속이 상기 방법에 따른 소결 프로세스를 받는 본체 (1) 의 표면으로부터 증발되는 결과를 가질 것이다. 그리고 동시에 바인더 금속의 보다 높은 분압은 바인더 금속이 동일한 소결된 본체 (1) 의 표면 상에 보존되는 효과를 가질 것이다. 따라서 상기 방법은 바인더 금속 캐핑을 갖는 적어도 하나의 표면 및 바인더 금속 캐핑을 갖지 않는 적어도 하나의 표면을 구비한 소결된 본체 (1) 를 달성하기 위해 제공된다. 바인더 금속의 분압을 제어하는 하나의 방법은 소결 본체 (1) 의 측 (10, 11) 을 소결 트레이 (2) 에 접촉시킴으로써 (도 2 및 도 3 참조), 바인더 금속에 대한 분압을 증가시키고 동시에 진공을 인가하여 소결 트레이 (2) 와 접촉하지 않는 소결 본체 (1) 의 다른 측들 (12) 에 대해 바인더 금속의 분압을 감소시키게 하는 것이다. 트레이와 본체 사이의 작은 거리는 효과에 대해 중요하고, 바인더 금속의 증발 시간은 본 기술 분야에 숙련된 자에게 공지된 것으로 최적화되도록 요구된다.

이를 수행하도록, 특정 소결 트레이 (2) 가 증가된 표면 영역을 갖도록 사용될 수 있다 (도 3 참조). 소결 트레이 (2) 의 증가된 표면 영역은 트레이 (2) 상에 리지들 (3) 을 제공함으로써 달성된다. 따라서 소결될 본체의 적어도 두개의 측들 (10, 11) 은 동시에 트레이 (2) 와 접촉될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이 트레이의 기하학적 형상은 본체의 측들 상에 바인더 금속에 대한 높은 분압을 보존하도록 본질적으로 중요하다. 트레이의 표면과 본체의 표면 사이의 거리는 본체의 다른 표면들에서 바인더 금속의 분압과 비교되는 바와 같이 보다 높은 바인더 금속의 분압을 보존하는 데 충분히 작도록 요구된다. 가장 간단한 형태에서 트레이 (2) 는 일반적으로 평평한 형상을 갖는 도 4 에서와 같은 형상으로 제공된다. 도 3 에 개시된 바와 같은 형상 뿐만 아니라 도 4 에서와 같이 단순한 평평한 트레이 (2) 로부터 임의의 형상으로, 임의의 원하는 형상으로 트레이 (2) 를 조정하는 것도 고려 가능하다

추가로, 트레이 상의 본체의 적재부는 쉴드들 또는 돌출 부분들을 포함할 수 있다. 쉴드들은 예를 들면 그 상단 및 바닥 상에서와 같이 본체의 대향하는 측들 상에 바인더 금속 캐핑을 형성하도록 사용될 수 있다. 트레이 상에 돌출 부분들은 본체 상에 바인더 금속 캐핑의 선택된 영역들을 형성하도록 사용될 수 있다. 트레이 상에 본체들의 적재부는 예를 들면 또 다른 본체에 대해 쉴드로서 작용하는 하나의 본체를 갖는 문제점이 발생할 수 있으므로 너무 가깝거나 꼭맞아서는 안된다. 이러한 최적화는 숙련자들에 의해 수행될 수 있다.

이러한 적용예에 따른 본체의 표면 층은 본체의 최외층으로서 이해될 수 있다. 소결된 본체의 표면 층은 최외 표면으로부터 소결된 본체 내로 0.15 mm 를 넘지 않도록 연장되지만 0.15 mm 내에 포함되는 바와 같이 이해되어야 한다. 바인더 금속 캐핑 층은 바람직하게 1-20 ㎛, 보다 바람직하게 1-6 ㎛ 의 두께이다.

추가의 설명적인 방법에서 일반적으로 바인더 금속은 소결된 본체의 표면에서 집중된다는 것이, 즉 바인더 금속 캐핑이 냉각 시간 범위 (B) 중에 냉각 온도들 (T) 의 좁은 범위에서 발생한다는 것이 이해되어야 한다. 상기 범위는 일반적으로 도 6 -도 8 의 시간 범위 (B1) 또는 개시된 시간 범위 (B1) 의 적어도 일부로서 이해되어야 한다. 언급되는 바와 같이 분위기는 적어도 하나의 불활성 가스, 예를 들면 아르곤, 및 바람직하게 CO 및 N ₂ 의 그룹으로부터 선택된 추가의 구성 성분들을 포함할 수 있다. 바인더-금속-캐핑이 냉각 중에 달성되는 T 에 대한 온도 범위는 코발트 또는 코발트와 니켈을 포함하는 바인더 금속의 경우에 일반적으로 1411℃ - 1365℃ 또는 보다 바람직하게 1411℃ - 1387℃ 이다. 바인더-금속-캐핑이 달성되는 온도 범위 중에, 진공은 인가되어서는 안된다.

바인더 금속 캐핑을 달성하도록, 탄소는 본체에 존재해야 하고 탈탄소 조건들은 본체의 외측에 제공되어야 한다. 바인더 금속 캐핑을 설명하는 하나의 방법은 바인더 금속이 본체의 내측에 처음에 응고되고, 그 후 바인더 금속의 액체상이 바인더 금속의 외부 층을 형성하는 외부 표면에 가해지는 것이다. 본체에 존재하는 탄소는 Ti 또는 Ta 의 탄소 블랙, WC 또는 카바이드들 또는 임의의 다른 적절한 상일 수 있다.

언급된 조건들은 바인더 금속-캐핑, 예를 들면 코발트 캐핑을 발생시킨다. 바인더 금속-캐핑은 본 명세서에서, 소결될 본체가 최초에 매트릭스 내측에서 코발트의 분포에 대해 본질적으로 균질한 매트릭스를 갖고, 바인더 금속 캐핑이 발생된 후 매트릭스 내에 바인더 금속 분포가 여전히 본질적으로 균질하지만, 바인더 상 층이 최외 표면 층으로서 형성된 본체 내에서 변화된다는 것을 의미한다. 표면 영역의 바인더 금속 캐핑은 표면 영역이 바인더 금속으로써 본질적으로 덮히고 또한 바인더 금속 캐핑 층으로서 칭해지는 바인더 금속의 최외층이 존재한다는 것을 의미한다.

바인더 금속 캐핑 층은 육안으로 검토해 볼 때 금속성 또는 광택성 표면으로서 확인될 수 있고 이는 바인더 금속이 예를 들면 코발트 또는 니켈 또는 그 조합일 경우이다. 바인더 금속 캐핑 층은 서멧 또는 초경합금 본체의 표면과 비교되는 바와 같이 광학 현미경 사진에서 일반적으로 밝다. 도 10 및 도 11 에 도시된 바와 같이 SEM 으로 검토해 본 횡단면들은 바인더 금속 캐핑 층의 존재 또는 부존재를 명백히 나타낸다. 바인더 금속이 본질적으로 없는 측 또는 측의 부분 또는 표면은 바인더 금속 캐핑 층이 형성되지 않은 측 또는 측의 부분 또는 표면으로서 규정된다. 이는 측 또는 측의 부분 또는 표면이 광학 현미경 사진에서 상대적으로 어둡고, 어떠한 바인더 금속의 최외층도 횡단면 검토에서 볼 수 없다.

제조된 소결된 본체 (1) 에 대해 바람직한 제품은 서멧 또는 초경합금이다. 모든 서멧 및 초경합금 인서트들에 대해 공통적으로 이들은 일반적으로 분말 야금 방법들에 의해 제조된다: 바인더 금속 및 경질 구성 성분들의 분말들을 밀링하고, 원하는 형상의 본체를 형성하도록 가압하고, 최종적으로 가압된 본체들을 소결한다. 상기 소결 중에, 본체들은 액체 바인더 상을 형성하도록 바인더 금속 조성의 공정 온도 이상으로 일반적으로 가열된다. 서멧 또는 초경합금 그린 본체는 소결 프로세스 중에 고화되고, 이로써 다공성이 제거되고, 수축은 촉진되고 최종 밀도에 이른다.

실시예들

서멧 분말 혼합물은: 18 wt% Co, 10 wt% Nb, 4 wt% Ti, 6 wt% N 및 잔부 WC 로 제조되었다. 분말 혼합물은 SNMA 120412 타입의 인서트들로 습식 밀링되고 건조되고 가압되었다. 네개의 실험들은 도 7 에 개략적으로 도시된 바와 같은 프로세스들을 사용하여 수행되었다. 동적 진공을 유지하기 위해 배열된 펌프에 연결된 소결 디바이스가 사용되었다. 실시예들 1-3 에서 압력 조건들은 인서트의 하나의 표면이 트레이와 접촉하면서 평가되었다. 실시예 4 에서 트레이는 두개의 측들 상에 인서트를 지지하도록 조정되었다.

실시예 1

인서트는 평평한 트레이 상에 위치되었고 인서트의 바닥 표면만이 트레이에 접촉되었다. 소결은 처음에 열을 인가하고 그 후 Ar, CO 및 N₂ 의 가스 혼합물에서 60 분 동안 T_S (1450℃) 를 유지하고, 그 후에 실온 아래의 Ar 분위기로 냉각함으로써 1300 Pa 의 압력에서 수행되었다. 연속적인 광택성 바인더 상 층이 인서트의 모든 가시적인 표면들 상에서 얻어졌다.

실시예 2

인서트는 실시예 1 에 대해서와 같은 유사한 조건들 하에서 소결되었다: T_S (1450 ℃) 까지 가열하고 그 후 60 분 동안 이러한 온도를 유지하고 그 후에 냉각하였다. 그러나 이러한 실험에서 1300 Pa 에서 Ar, CO 및 N₂ 의 가스 혼합물은 유지 시간의 처음 45 분 중에 사용되었고, 그 후에 진공 (약 2 Pa) 이 실온 아래에서 냉각 중에 도입되고 유지되었다. 이는 Co-캐핑이 인서트의 임의의 가시적 표면 상에 얻어지지 않고 추가의 심각한 다공성이 또한 얻어졌다.

실시예 3

인서트는 실시예 1 에서와 같은 유사한 조건들 하에서 소결되었다: T_S (1450 ℃) 까지 가열되고 그 후 60 분 동안 이러한 온도로 유지되고 그 후에 냉각되었지만, 이러한 실험에서 소결 분위기 (1300 Pa 에서 Ar, CO 및 N₂ 의 가스 혼합물) 는 냉각이 1370 ℃ 에 이를때까지 유지되고, 50 Pa 의 진공이 도입되었다. 이러한 진공 조건들은 나머지 냉각 중에 유지되었다. 소결 후에 인서트를 관찰할 때, 바닥 측에서만, 냉각 중에 트레이와 접촉하는 측은 Co 캐핑의 광택성 층을 갖는 한편 Co-캐핑은 인서트의 다른 표면들 상에 관찰될 수 없었다.

실시예 4

인서트는 실시예 3 에서와 동일한 조건 하에서 소결되었지만, 이번에는 도 3 에서 개시된 바와 같은 트레이가 사용되었고, 인서트는 그 두개의 측들 상에서 트레이와 접촉하였다. 소결 후에, 트레이와 접촉하는 두개의 측들 Co-캐핑을 나타내는 한편, 다른 표면들은 임의의 Co-캐핑을 나타내지 않았다. Co-캐핑을 갖는 하나의 표면의 횡단면은 도 10 에 도시된다. Co 캐핑 층의 평균 두께는 2 ㎛ 이다. Co-캐핑 층은 밝고 연속적인 층 (21) 으로서 나타내어지고 서멧 본체 (20) 의 횡단면은 카바이드들 및 질화물들의 약간 보다 어두운 경질 구성 성분들을 나타낸다. Co-캐핑을 갖지 않는 하나의 표면 (22) 의 횡단면이 도 11 에 도시된다.

본 발명은 다양한 예시적인실시형태들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태들에 제한되지 않고, 반대로, 첨부된 청구항 내에서 동등한 배열체 및 다양한 변경들을 포함하도록 의도된 것이라는 것이 이해되어야 한다.

Claims (14)

1. 소결된 절삭 본체 (1) 를 제조하기 위한 방법으로서:
   탄소 및 바인더 금속을 포함하는 서멧 또는 초경합금의 본체를 제공하는 단계,
   상기 본체를 소결하기 위해 소결 디바이스 (15) 를 제공하는 단계,
   상기 소결 디바이스 (15) 에 의해 소결 프로세스에서 상기 본체를 소결하는 단계,
   시간 (t) 에서의 소정 순간에 온도 (T) 가 일정하거나 또는 상승하는 가열 시간 범위인 시간 범위 (A) 를 상기 소결 프로세스에 제공하는 단계,
   냉각 시간 범위 (B) 에서의 온도 (T) 가 시간 (t) 에서의 소정 순간에 일정하거나 감소하도록 조정 (arranged) 되는 상기 소결 프로세스의 후속의 냉각 시간 범위 (B) 를 제공하는 단계, 및
   탈탄소 조건들을 제공하도록 적어도 상기 냉각 시간 범위 (B) 의 제 1 부분 범위 (B1) 중에, 압력 (P) 에서 적어도 하나의 불활성 가스를 포함하는 분위기를 제공하는 단계로서, 시간 범위 (B1) 중에 상기 소결 디바이스 (15) 에서의 상기 압력 (P) 은 100 Pa ≤ P ≤ 15000 Pa 조건을 충족하는 상기 분위기를 제공하는 단계를 포함하고,
   시간 범위 (B1) 에 후속하는 적어도 시간 범위 (B2) 중에, 본체의 측 (10, 11) 또는 측의 부분을 트레이 (2) 에 접촉시킴으로써, 바인더 금속의 분압은 측 (10, 11) 또는 측의 부분에 대해 높게 유지되고, 그 결과, 바인더 금속 캐핑 (21) 을 갖는 측 (10, 11) 또는 측의 부분을 구비한 소결된 본체 (1) 를 달성하고,
   트레이 (2) 와 접촉하지 않은 본체의 측의 다른 부분 또는 다른 측은, P 가 조건 0.01 Pa ≤ P ≤70 Pa 을 충족하는 시간 범위 (B2) 중에 총압력을 제공함으로써, 바인더 금속이 증발 (evaporate) 되도록, 상기 측 (10, 11) 또는 측의 부분에 대한 바인더 금속의 분압보다 낮은 바인더 금속의 분압을 받아, 상기 방법을 수행한 직후에, 바인더 금속 캐핑을 갖지 않는 측의 다른 부분 또는 다른 측을 제공하는, 소결된 절삭 본체를 제조하기 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 본체 (1) 의 적어도 두개의 측들 (10, 11) 에는 바인더 금속 캐핑이 제공되는 한편, 다른 측들 (12, 13, 14) 에는 제공되지 않는, 소결된 절삭 본체를 제조하기 위한 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 트레이 (2) 에는, 본체 (1) 가 상기 트레이 (2) 상에 놓일 때 상기 본체 (1) 의 두개의 측들 (10, 11) 이 상기 트레이 (2) 의 표면과 접촉하도록, 리지들 (ridges) 이 제공되는, 소결된 절삭 본체를 제조하기 위한 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 시간 범위 (B2) 는 상기 온도 (T) 가 상기 바인더 금속의 응고 온도 미만으로 감소될 때 시작되는, 소결된 절삭 본체를 제조하기 위한 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 시간 범위 (B2) 는 상기 온도 (T) 가 상기 바인더 금속의 응고 온도 미만으로 10 도 감소될 때 시작되는, 소결된 절삭 본체를 제조하기 위한 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 바인더 금속은 코발트를 포함하는, 소결된 절삭 본체를 제조하기 위한 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 불활성 가스가 상기 시간 범위 (B1) 중에서는 아르곤인, 소결된 절삭 본체를 제조하기 위한 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 분위기는 상기 시간 범위 (B1) 중에 아르곤, 및 일산화탄소와 질소 중 하나 또는 양쪽을 포함하는, 소결된 절삭 본체를 제조하기 위한 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 온도 (T) 중 가장 높은 온도인 소결 온도 (T_S) 는 1400 ℃ ≤ T_S ≤ 1500 ℃, 또는 1430 ℃≤ T_S ≤ 1480 ℃ 의 범위인, 소결된 절삭 본체를 제조하기 위한 방법.
10. 제 1 항에 있어서,
    바인더 금속 캐핑 층 (21) 의 두께는 1-20 ㎛ 인, 소결된 절삭 본체를 제조하기 위한 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제조된 소결된 절삭 본체 (1).
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