KR20090107554A - Metal formulations - Google Patents

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프랑크 쉬럼페
베노 그리스
카이 우베 클라우스비츠
베른트 멘데
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하.체. 스타르크 게엠베하
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Abstract

The invention relates to a formulation which contains at least one hard material powder and at least two binder metal powders. Said formulation is characterized in that the cobalt is completely contained in the first binder metal powder and is prealloyed with one or more elements of groups 3 to 8 of the periodic system of elements, which are elements of the fourth period, and that at least one additional binder metal powder of the group of elementary powders including Fe, Ni, Al, Mn, Cr or the alloys thereof with each other is contained therein and the additional binder metal powders do not contain any cobalt in non-prealloyed form.

Description

금속 제형{METAL FORMULATIONS}Metal Formulations {METAL FORMULATIONS}

본 발명은 금속 제형에 관한 것이다.The present invention relates to metal formulations.

가루형 경질 재료와 가루형 바인더 금속을 포함하는 제형은, 특히 표면 코팅용 스프레이 파우더 또는 초경 재료를 생산하는 데에 공업적으로 사용된다. 카바이드의 경우에, 아주 가장 흔하게 사용되는 카바이드는 텅스텐 카바이드이다. 티타늄, 바나듐, 크롬, 탄탈 및 니오븀 카바이드 또는 이들의 서로 간의 혼합물 또는 텅스텐 카바이드와의 혼합물과 같은 다른 것들은 일반적으로 단지 첨가제로서 사용된다. 또한, 질화물을 사용할 수 있다. 코발트는 아주 가장 흔하게 사용되는 바인더 금속이지만, Fe, Co 및 Ni 중에서 2 또는 3개의 원소를 포함하는 바인더 시스템이 또한 사용된다. 스프레이 파우더에서는 또한 예컨대 Mn, Al, Cr 중에서 2 또는 3개의 원소를 포함하는 바인더 시스템이 사용된다. 추가의 가능한 무기 첨가제는 텅스텐, 몰리브덴 등의 금속 파우더와, 또한 원소 탄소가 있다. 초경 재료가 주성분으로서 텅스텐 카바이드 대신에 티타늄 탄질화물을 포함한다면, "서밋(cermet)"이라 한다. 추가의 가능한 경질 재료는 붕소화물이 있다. Formulations comprising a powdered hard material and a powdered binder metal are used industrially in particular to produce spray powders or carbide materials for surface coatings. In the case of carbides, the most commonly used carbide is tungsten carbide. Others, such as titanium, vanadium, chromium, tantalum and niobium carbide or mixtures with each other or with tungsten carbide, are generally used only as additives. In addition, nitrides can be used. Cobalt is the most commonly used binder metal, but binder systems containing 2 or 3 elements among Fe, Co and Ni are also used. In spray powders also binder systems are used which comprise, for example, two or three elements of Mn, Al, Cr. Further possible inorganic additives are metal powders such as tungsten, molybdenum, and also elemental carbon. If the cemented carbide material contains titanium carbonitride instead of tungsten carbide as its main component, it is referred to as "cermet". Further possible hard materials are borides.

초경 재료 및 스프레이 파우더에서의 바인더 금속으로서, 일반적으로 코발트가 사용되지만, 니켈 또는 Fe, Co 및 Ni의 합금이 또한 사용될 수 있다. 모든 경 우에, 소결 또는 열 분무 후에 바인더 상(phase)은 액상 소결 또는 융합에서 카바이드 상과 원소들의 교환의 결과로서 경질 재료로부터 유도되는 예컨대 텅스텐, 크롬, 몰리브덴 및 탄소를 소정 비율 포함한다. 사용되는 가루형 바인더 금속은 철, 니켈 등의 원소 파우더, 코발트 파우더, 또는 그렇지않으면 합금 파우더 중 하나이다. As the binder metal in the cemented carbide material and spray powder, cobalt is generally used, but nickel or alloys of Fe, Co and Ni may also be used. In all cases, the binder phase after sintering or thermal spraying comprises a certain proportion of, for example, tungsten, chromium, molybdenum and carbon derived from hard materials as a result of the exchange of carbide phase and elements in liquid phase sintering or fusing. The powdered binder metal used is one of elemental powders such as iron, nickel, cobalt powder, or else alloy powder.

스프레이 파우더의 바인더 상은 전술한 원소들과 무기 첨가제 뿐만 아니라 Al, 희토류, 이트륨 등의 다른 원소를 포함한다. The binder phase of the spray powder contains the aforementioned elements and inorganic additives as well as other elements such as Al, rare earths, yttrium and the like.

수십년에 걸쳐, 초경 재료 산업에서는 특정한 양상의 패턴을 갖는 폐 섬유증의 발생이 통계학적으로 상당히 증가된 것으로 관찰되었고, 이러한 폐 섬유증의 발생 증가는 먼지형 초경 재료의 취급 또는 초경 재료를 생산하기 위한 먼지형 제형의 취급과 관련되었다. 상기 질병은 "초경 합금 폐병(cemented carbide lung)"이라고 하고 수많은 역학적 연구 및 간행물의 주제이다. 파우더-야금학적 제조 공정에 의한, 즉 가루형 경질 재료/바인더 제형의 프레싱 및 소결에 의한 초경 재료의 관습적 생산에서는, 공정의 특징으로 인해 호흡할 수 있는 먼지가 자유롭게 된다. 초경 재료가 소결 또는 예소결 상태에서 연삭에 의해 기계 가공되면, 매우 미세한 호흡할 수 있는 먼지("연삭 먼지")가 마찬가지로 형성된다. Over the decades, the carbide material industry has observed a significant increase in the incidence of pulmonary fibrosis with certain patterns of pattern, and this increase in the incidence of pulmonary fibrosis is due to the handling of dust-type cemented carbide materials or the production of cemented carbide materials. It has been associated with the handling of dusty formulations. The disease is called "cemented carbide lung" and is the subject of numerous epidemiological studies and publications. In the customary production of cemented carbide materials by powder-metallurgical manufacturing processes, ie by pressing and sintering of powdered hard materials / binder formulations, the characteristics of the process free the breathable dust. When the carbide material is machined by grinding in the sintered or pre-sintered state, very fine breathable dust ("grinding dust") is likewise formed.

카바이드 함유 스프레이 파우더의 열 분무는 마찬가지로 매우 미세한 먼지가 생기게 한다("오버스프레이").Thermal spraying of carbide containing spray powders likewise produces very fine dust (“overspray”).

마찬가지로, 약 5년전 이래로 초경 재료는 농도가 매우 충분하면 흡입 후에 쥐에 대하여 심각한 독성 효과를 추가적으로 나타낸다는 것이 알려져 있다. 정확 한 작용 메카니즘이 지금까지는 공지되지 않았다. 2가지 성분, 즉 텅스텐 카바이드와 코발트는 그 자신들에게는 이 효과를 나타내지 않는다. 따라서, 직업상 위생 상태를 개선시키기 위하여, 작용 메카니즘을 밝히는 것과 심각한 독성 효과를 나타내지 않거나 심각한 독성 효과를 크게 감소시키는 대체물에 대한 관심이 크다. Similarly, since about five years ago, it has been known that cemented carbide materials have additional severe toxic effects on rats after inhalation if the concentration is very sufficient. The exact mechanism of action has not been known to date. Two components, tungsten carbide and cobalt, do not show this effect to themselves. Thus, in order to improve occupational hygiene, there is a great interest in identifying mechanisms of action and alternatives that do not exhibit serious toxic effects or significantly reduce severe toxic effects.

본 발명의 목적은 제형의 열 분무와 예소결된 초경 재료 부품의 연삭 기계 가공("그레이 기계 가공")과 초경 재료의 연삭 기계 가공 중에 흡입 독성을 감소시키는 코발트를 제형에 제공하는 것이다. 이 목적은 적어도 하나의 경질 재료 파우더와 적어도 2개의 바인더 금속 파우더를 포함하고, 모든 코발트는 제1 바인더 금속 파우더에 존재하고 원소 주기율표의 3족 내지 8족의 하나 이상의 원소와 예합금되며, 원소 Fe, Ni, Al, Mn, Cr 및 이들 원소들의 서로 간의 합금의 파우더들로 이루어진 군으로부터의 적어도 하나의 추가 바인더 금속 파우더가 존재하고, 추가 바인더 금속 파우더는 예합금되지 않은 형태로 어떠한 코발트도 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 제형에 의해 달성된다. It is an object of the present invention to provide a formulation with cobalt which reduces inhalation toxicity during thermal spraying of the formulation and grinding machining of presintered cemented carbide parts ("gray machining") and grinding machining of cemented carbide material. This object comprises at least one hard material powder and at least two binder metal powders, all cobalt present in the first binder metal powder and prealloyed with at least one element of groups 3 to 8 of the periodic table of elements, element Fe There is at least one further binder metal powder from the group consisting of powders of Ni, Al, Mn, Cr and alloys of one another with each other, the further binder metal powder containing no cobalt in an unalloyed form. It is achieved by a formulation characterized in that it does not.

코발트에 의한 텅스텐 카바이드의 먼지형 제형의 심각한 독성 효과는 흡입 후에 코발트의 생체 이용 효능을 증가시키는 전기화학적 부식 현상을 기초로 한다는 점이 발견된 것은 놀라운 일이다. It is surprising that the severe toxic effects of the dusty formulations of tungsten carbide with cobalt are based on the phenomenon of electrochemical corrosion which increases the bioavailability of cobalt after inhalation.

또한, 경질 재료/바인더 제형에서 바인더 금속으로서의 코발트가 철 또는 원소 주기율표의 3족 내지 8족(천이족 Ⅲa 내지 Ⅷa)의 다른 원소와 예합금될 때에(이들 원소가 코발트와 나란히 합금되지 않은 형태로 존재할 때가 아니라) 흡입 독성이 없어진다는 점이 발견된 것은 놀라운 일이다. 원칙적으로, 주기율표에서 코발트의 좌측에 위치하고 바람직하게는 동일한 주기에 배치되는 모든 금속들은 덜 불활성인 특성의 결과로서 부식 경향에서 환원을 일으키지만, 보다 불활성인 원소들, 예컨대 구리는 심지어는 추가 상으로서 존재하는 합금 상태의 구리의 경우에도 확인될 수 있는 반대 효과를 갖는다. In addition, when the cobalt as a binder metal in the hard material / binder formulation is prealloyed with iron or other elements of groups 3 to 8 (transition groups IIIa to VIIa) of the periodic table of elements (these elements are not alloyed side by side with cobalt) It is surprising that the inhalation toxicity is lost, not when it is present. In principle, all metals located on the left side of the cobalt in the periodic table and preferably arranged in the same cycle result in a reduction in corrosion tendency as a result of the less inert properties, but more inactive elements, such as copper, even as additional phases The presence of copper in the present alloy state also has the opposite effect that can be seen.

제1 바인더 금속 파우더에서 코발트의 합금 파트너는 주기율표의 제4 주기 및 3족 내지 8족의 원소인 것이 유리하다. 제1 바인더 금속 파우더에서 코발트의 합금 파트너는 Fe, Ni, Cr, Mn, Ti 및 Al로 이루어지는 군에서 선택된 요소인 것이 특히 유리하다. 제1 바인더 금속 파우더는 또한 알루미늄 및/또는 구리 등의 원소를 더 포함할 수 있다. The alloy partner of cobalt in the first binder metal powder is advantageously the fourth period of the periodic table and the elements of groups 3-8. It is particularly advantageous for the alloy partner of cobalt in the first binder metal powder to be an element selected from the group consisting of Fe, Ni, Cr, Mn, Ti and Al. The first binder metal powder may also further contain elements such as aluminum and / or copper.

제1 바인더 금속 파우더는 별문제로 하고, 추가의 바인더 금속이 일반적으로 필요하다. 이들 금속은 철 파우더, 니켈 파우더, FeNi 합금 파우더 및 예합금된 FeNi 합금 파우더로 이루어지는 군에서 선택되는 것이 특히 유리하다. The first binder metal powder is a separate matter and additional binder metals are generally needed. These metals are particularly advantageously selected from the group consisting of iron powder, nickel powder, FeNi alloy powder and prealloyed FeNi alloy powder.

경질 재료는 통상적으로 티타늄 카바이드, 바나듐 카바이드, 몰리브덴 카바이드, 텅스텐 카바이드 또는 이들의 서로 간의 혼합물이다. 이들 합성물은 또한 산소의 환원용 촉매, 이에 따라 산소 환원 메카니즘, 즉 Co + 1/2O2 + H2O = Co(OH)2에 의해 수성 매체에서 금속의 산화를 위한 촉매로서 알려져 있다. Hard materials are typically titanium carbide, vanadium carbide, molybdenum carbide, tungsten carbide or mixtures thereof with each other. These compounds are also known as catalysts for the reduction of metals in aqueous media by catalysts for the reduction of oxygen, thus oxygen reduction mechanisms, ie Co + 1 / 2O 2 + H 2 O = Co (OH) 2 .

스프레이 파우더의 경우에, 적어도 하나의 추가 금속 파우더는 Fe, Ni와, 예컨대 Al, Cr, Mn, Nb, Ta, Ti 등의 추가 원소를 함유할 수 있지만, 피할 수 없는 범위를 제외한 코발트와 의도하지 않은 불순물은 함유하지 않는다. In the case of spray powders, the at least one additional metal powder may contain Fe, Ni and additional elements such as Al, Cr, Mn, Nb, Ta, Ti, but not with cobalt except inevitable ranges. It does not contain impurities.

코발트를 함유하고 완벽하게 혼합된 제1 바인더 금속 파우더는 10 중량% 내지 50 중량%의 코발트를 함유하는 것이 바람직하다. 철 대 코발트의 비율은 1:1 이상이 특히 선호된다. 적절한 조성은, 예컨대 FeCo 50/50, FeCoNi 90/5/5이다. 이 파우더는 철 군의 추가 요소들을 추가적으로 함유할 수 있다. It is preferable that the first binder metal powder containing cobalt and mixed perfectly contains 10 wt% to 50 wt% of cobalt. The ratio of iron to cobalt is particularly preferred at 1: 1. Suitable compositions are, for example, FeCo 50/50, FeCoNi 90/5/5. This powder may additionally contain additional elements of the iron group.

예합금된 형태로 어떠한 코발트도 함유하지 않는 추가의 바인더 금속 파우더 또는 파우더들은 바람직하게는 철계 또는 니켈계이다. 즉, 철과 니켈의 함량 총합이 적어도 50%이다. 추가의 파우더 또는 파우더들의 나머지는 전체 50% 이상의 철과 니켈을 포함한다. 추가의 바인더 금속 파우더로서, 최대 30%의 Fe를 함유하는 FeNi 파우더, FeNi 50/50, FeNi 95/5의 조성의 합금 파우더를 사용하는 것이 유리하다. Further binder metal powders or powders which do not contain any cobalt in prealloyed form are preferably iron or nickel based. That is, the total content of iron and nickel is at least 50%. The additional powder or the remainder of the powders contains at least 50% iron and nickel in total. As further binder metal powders, it is advantageous to use FeNi powders containing up to 30% Fe, alloy powders of the composition of FeNi 50/50, FeNi 95/5.

제1 바인더 금속 파우더 대 추가의 파우더 또는 파우더들의 중량비는 1:10 내지 10:1이 바람직하지만, 1:5 내지 5:1이 특히 바람직하다. 당업자라면 원하는 화학량론 및 이용 가능한 합금 파우더를 기초로 하여 필요한 비율을 선택할 수 있다. The weight ratio of the first binder metal powder to the additional powder or powders is preferably 1:10 to 10: 1, but particularly preferably 1: 5 to 5: 1. One skilled in the art can select the required ratio based on the desired stoichiometry and available alloy powders.

추가의 바인더 금속 파우더는 유리하게는 BET 표면적이 0.3 m2/g보다 크고, 보다 유리하게는 0.5 m2/g보다 크며, 특히 1 m2/g보다 크다. The further binder metal powder advantageously has a BET surface area of greater than 0.3 m 2 / g, more advantageously greater than 0.5 m 2 / g, in particular greater than 1 m 2 / g.

초경 재료와 스프레이 파우더 산업에 있어서, Fe, Co, Ni로 이루어지는 군으로부터 2개 이상의 원소들을 함유하고 이들 원소들에 관하여 바인더 상의 조성을 나타내는 예합금된 파우더의 사용은 이러한 제형을 생산하기 위해 2개 또는 3개의 원소 파우더를 사용하는 것이기 때문에 종래 기술이다. 후자의 변경이 독성을 감소시키지는 않지만, 독성은 바인더 시스템의 완벽한 혼합에 의해 감소되거나 제거된다. 산화물 또는 다른 화합물의 수소 환원으로부터의 그러한 합금 파우더는 상업적으로 유용하지만, 원소 파우더에 비해 상당한 단점을 갖는다. 예컨대, 산소 함량이 크고 가공성이 열악하다. 특히 Ni 및 Fe 파우더는 카보닐 공정에 의해 제조되어 매우 낮은 산소 함량을 달성할 수 있는데, 그 이유는 일산화탄소의 환원 포텐셜이 1 m2/g보다 큰 특정한 표면적을 갖는 미세한 합금 파우더를 제조하는 데에 일반적으로 사용되는 수소보다 크기 때문이다. In the cemented carbide materials and spray powder industry, the use of prealloyed powders containing two or more elements from the group consisting of Fe, Co, and Ni and exhibiting a composition on the binder with respect to these elements has led to the use of two or more to produce such formulations. It is a prior art because it uses three elemental powders. While the latter change does not reduce toxicity, the toxicity is reduced or eliminated by perfect mixing of the binder system. Such alloy powders from hydrogen reduction of oxides or other compounds are commercially useful but have significant disadvantages over elemental powders. For example, the oxygen content is high and the processability is poor. Ni and Fe powders, in particular, can be produced by the carbonyl process to achieve very low oxygen content because of the production of fine alloy powders with a specific surface area of which the reduction potential of carbon monoxide is greater than 1 m 2 / g. This is because it is larger than hydrogen which is generally used.

따라서, 유리한 제형은, 예컨대 a)철/코발트 및 철/니켈/코발트로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 예합금된 파우더, b)철 및 니켈로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소 파우더 또는 a)의 성분과 상이한 철/니켈로 이루어지는 군에서 선택된 예합금된 파우더, c)성분 a) 및 b)의 전체 조성이 최대 90 중량%의 코발트와 최대 70 중량%의 니켈을 함께 함유하는 경질 재료 파우더를 이용하여 경질 재료/바인더 혼합물을 제조하는 공정에 의해 달성되는 제형이다. 철 함량은 적어도 10 중량%인 것이 유리하다. Thus, advantageous formulations include, for example, a) at least one prealloyed powder selected from the group consisting of iron / cobalt and iron / nickel / cobalt, b) at least one elemental powder selected from the group consisting of iron and nickel or a) Using a pre-alloyed powder selected from the group consisting of iron / nickel different from the components, c) a hard material powder having a total composition of components a) and b) together containing up to 90% by weight of cobalt and up to 70% by weight of nickel Is a formulation achieved by a process of making a hard material / binder mixture. The iron content is advantageously at least 10% by weight.

본 발명의 유리한 실시예에 있어서, 청구항 1에 따른 경질 재료/바인더 혼합물을 제조하는 방법이 제공되는데, 바인더의 전체 조성은 최대 90 중량%의 Co, 최대 70 중량%의 Ni 및 적어도 10 중량%의 Fe이고, 여기서 철 함량은 다음의 부등식을 만족시키며, In an advantageous embodiment of the invention, a method of preparing a hard material / binder mixture according to claim 1 is provided, wherein the total composition of the binder is up to 90% by weight of Co, up to 70% by weight of Ni and at least 10% by weight. Fe, where the iron content satisfies the following inequality,

Figure 112009052325909-PCT00001
Figure 112009052325909-PCT00001

(여기서, Fe: 중량%의 철 함량, %Co: 중량%의 코발트 함량, %Ni: 중량%의 니켈 함량)(Wherein Fe: wt% iron content,% Co: wt% cobalt content,% Ni: wt% nickel content)

적어도 2개의 바인더 파우더가 사용되고, 하나의 바인더 파우더는 바인더의 전체 조성보다 철 함량이 낮으며 다른 바인더 파우더는 바인더의 전체 조성보다 철 함량이 높고 적어도 하나의 바인더 파우더는 철, 니켈 및 코발트로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 2개의 원소로부터 예합금된다. At least two binder powders are used, one binder powder having a lower iron content than the total composition of the binder, the other binder powder has a higher iron content than the overall composition of the binder, and the at least one binder powder is composed of iron, nickel and cobalt Prealloyed from at least two elements selected from

바인더 상과 카바이드 상 간에 그리고 바인더 금속 파우더의 용융 입자들 간에 화학적 교환은 초경 재료를 제조하기 위한 압착된 제형의 열 분무 중에 그리고 또한 액상 소결 중에 발생하기 때문에, 재료 관점에서 원소 파우더를 이용하는 것으로 충분하지만, 전술한 예들에 따른 독물학적 관점에서는 오직 코발트 함량을 최소 함량의 철, 니켈, 망간, 크롬 또는 티타늄과 예합금하는 것으로 충분하며, 바인더 금속 상의 원하는 전체 조성의 나머지, 예컨대 철 및/또는 니켈 함량 또는 추가 금속의 함량은 대응하는 원소 파우더 또는, 예컨대 FeNi 합금 파우더의 형태로 설정된다. 제형 제조에 있어서의 이러한 신규한 조처는 양자의 양태(독물학과 산소 함량 또는 소결 후에 탄소 함량의 제어)를 만족시킬 수 있다. 또한, 예합금된 파우더의 독점적인 사용에 비해 예합금된 파우더의 단지 부분적인 사용에 의해 가공성이 상당히 개선된다는 이점이 있다. Although chemical exchange between the binder phase and the carbide phase and between the molten particles of the binder metal powder occurs during thermal spraying of the compacted formulations for producing cemented carbide materials and also during liquid phase sintering, it is sufficient to use elemental powders from a material standpoint. , From a toxicological point of view according to the above examples, it is sufficient to prealloy only the cobalt content with a minimum amount of iron, nickel, manganese, chromium or titanium, the remainder of the desired total composition on the binder metal, such as iron and / or nickel content Or the content of the additional metal is set in the form of the corresponding elemental powder or, for example, FeNi alloy powder. Such novel measures in formulation formulation can satisfy both aspects (toxicology and oxygen content or control of carbon content after sintering). In addition, there is an advantage that the workability is significantly improved by only partial use of the prealloyed powder over the exclusive use of the prealloyed powder.

따라서, 제1 및 제2 바인더 금속 파우더가 1:1의 비율로 제공되는 표 1a 및 표 1b에 도시된 제형이 특히 유리하다.Thus, the formulations shown in Tables 1a and 1b in which the first and second binder metal powders are provided in a ratio of 1: 1 are particularly advantageous.

Figure 112009052325909-PCT00002
Figure 112009052325909-PCT00002

Figure 112009052325909-PCT00003
Figure 112009052325909-PCT00003

또한 표 2 및 표 3의 제형이 선호된다. Also preferred are the formulations of Tables 2 and 3.

표 2: 표 2는 번호가 2.01 내지 2.54인 54개의 제형을 제시하는데, 제1 바인더 금속 파우더, 추가 바인더 금속 파우더 및 제1 바인더 금속 파우더와 제2 바인더 금속 파우더의 합금 원소들의 비율은 표 1과 동일하고, 제1 바인더 금속 파우더와 추가 바인더 금속 파우더는 1:2의 비율로 제공된다. 이는 제형 2.01의 경우에, 제1 합금 파우더는 FeCo 50/50이고, 추가 합금 파우더는 FeNi 30/70이며, FeCo 대 FeNi의 비율은 1:2라는 것을 의미한다. Table 2: Table 2 presents 54 formulations with numbers 2.01 to 2.54, wherein the ratios of the alloying elements of the first binder metal powder, the additional binder metal powder and the first binder metal powder and the second binder metal powder are shown in Table 1 and The same, the first binder metal powder and the additional binder metal powder are provided in a ratio of 1: 2. This means that for formulation 2.01, the first alloy powder is FeCo 50/50, the additional alloy powder is FeNi 30/70, and the ratio of FeCo to FeNi is 1: 2.

표 3: 표 3은 번호가 3.01 내지 3.54인 54개의 제형을 제시하는데, 제1 바인더 금속 파우더, 추가 바인더 금속 파우더 및 제1 바인더 금속 파우더와 제2 바인더 금속 파우더의 합금 원소들의 비율은 표 1과 동일하고, 제1 바인더 금속 파우더와 추가 바인더 금속 파우더는 2:1의 비율로 제공된다. 이는 제형 3.01의 경우에, 제1 합금 파우더는 FeCo 50/50이고, 추가 합금 파우더는 FeNi 30/70이며, FeCo 대 FeNi의 비율은 2:1이라는 것을 의미한다. Table 3: Table 3 presents 54 formulations with the numbers 3.01 to 3.54, wherein the ratio of the alloying elements of the first binder metal powder, the additional binder metal powder and the first binder metal powder and the second binder metal powder is shown in Table 1 and The same, the first binder metal powder and the additional binder metal powder are provided in a ratio of 2: 1. This means that for Formulation 3.01, the first alloy powder is FeCo 50/50, the additional alloy powder is FeNi 30/70, and the ratio of FeCo to FeNi is 2: 1.

따라서, 본 발명은 적어도 하나의 경질 재료 파우더와 적어도 2개의 바인더 금속 파우더를 포함하는 금속 제형을 제공하는 것으로서, 모든 코발트가 제1 바인더 금속 파우더에 존재하고 제4 주기의 원소인 원소 주기율표의 3족 내지 8족의 하나 이상의 원소와 예합금되며, Fe, Ni, Al, Mn, Cr의 원소들의 파우더로 이루어지는 군으로부터 적어도 하나의 추가 바인더 금속 파우더와 이들 원소들의 서로 간의 합금이 존재하고 추가 바인더 금속 파우더는 예합금된 형태로 어떠한 코발트도 함유하지 않는 것을 특징으로 하거나;Accordingly, the present invention provides a metal formulation comprising at least one hard material powder and at least two binder metal powders, wherein group 3 of the periodic table of elements is present in which all cobalt is present in the first binder metal powder and is an element of the fourth cycle. Pre-alloyed with at least one element of Groups 8 to 8, wherein at least one additional binder metal powder and alloys of these elements are present from the group consisting of powders of elements of Fe, Ni, Al, Mn, Cr and further binder metal powder Is characterized in that it does not contain any cobalt in prealloyed form;

적어도 하나의 경질 재료 파우더와 적어도 2개의 바인더 금속 파우더를 포함하는 금속 제형으로서, 모든 코발트가 제1 바인더 금속 파우더에 존재하고 원소 주기율표의 3족 내지 8족의 하나 이상의 원소와 예합금되며, 원소 Fe, Ni, Al, Mn, Cr 및 이들 원소들의 서로 간의 합금의 파우더들로 이루어지는 군으로부터 적어도 하나의 추가 바인더 금속 파우더가 존재하고 추가 바인더 금속 파우더는 예합금된 형태로 어떠한 코발트도 함유하지 않으며, 대기압 및 실온에서 공기 포화수에서 측정된 경질 재료와 제1 바인더 금속 파우더 간의 자유 부식 전위는 0.300 볼트 미만(바람직하게는 0.280 볼트 미만)이고, 경질 재료는 양극을 갖는 것을 특징으로 하거나; A metal formulation comprising at least one hard material powder and at least two binder metal powders, wherein all cobalt is present in the first binder metal powder and prealloysed with one or more elements of groups 3 to 8 of the Periodic Table of the Elements, element Fe At least one additional binder metal powder is present from the group consisting of powders of Ni, Al, Mn, Cr and alloys of each other with each other and the additional binder metal powder does not contain any cobalt in prealloyed form, And the free corrosion potential between the hard material and the first binder metal powder measured in air saturated water at room temperature is less than 0.300 volts (preferably less than 0.280 volts), and the hard material has an anode;

적어도 하나의 경질 재료 파우더와 적어도 2개의 바인더 금속 파우더를 포함하는 금속 제형으로서, 모든 코발트가 제1 바인더 금속 파우더에 존재하고 원소 주기율표의 3족 내지 8족의 하나 이상의 원소와 예합금되며, 철 파우더, 니켈 파우더, FeNi 합금 파우더 및 예합금된 FeNi 합금 파우더로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 추가 바인더 금속 파우더가 사용되고, 추가 바인더 금속 파우더는 예합금되지 않은 형태로 어떠한 코발트도 함유하지 않는 것을 특징으로 한다. 전술한 3개의 금속 제형 모두에 있어서, 특히 경질 재료는 유리하게는 BET 표면적이 0.3 m2/g보다 크고, 바람직하게는 0.5 m2/g보다 크며, 특히 바람직하게는 1 m2/g보다 큰 티타튬 카바이드, 바나듐 카바이드, 몰리브덴 카바이드 또는 텅스텐 카바이드일 수 있다. A metal formulation comprising at least one hard material powder and at least two binder metal powders, wherein all cobalt is present in the first binder metal powder and prealloysed with one or more elements of groups 3 to 8 of the Periodic Table of the Elements, iron powder At least one additional binder metal powder selected from the group consisting of nickel powder, FeNi alloy powder and prealloyed FeNi alloy powder is used, and the additional binder metal powder is characterized in that it does not contain any cobalt in its non-alloyed form. . In all three metal formulations described above, especially hard materials advantageously have a BET surface area of greater than 0.3 m 2 / g, preferably greater than 0.5 m 2 / g, particularly preferably greater than 1 m 2 / g Titanium carbide, vanadium carbide, molybdenum carbide or tungsten carbide.

본 발명의 추가 실시예에 있어서, 상기 금속 제형의 제1 바인더 금속 파우더에서 코발트의 합금 파트너는 제4 주기의 원소이거나;In a further embodiment of the invention, the alloy partner of cobalt in the first binder metal powder of the metal formulation is an element of a fourth cycle;

상기 금속 제형의 제1 바인더 금속 파우더에서 코발트의 합금 파트너는 Fe, Ni, Cr, Mn, Ti 및 Al로 이루어지는 군에서 선택된 원소이거나, The alloy partner of cobalt in the first binder metal powder of the metal formulation is an element selected from the group consisting of Fe, Ni, Cr, Mn, Ti, and Al,

상기 금속 제형에서 제1 바인더 금속 파우더는 추가 합금된 원소를 함유할 수 있는데, 알루미늄 및/또는 구리(Cu)가 추가 원소로서 사용될 수 있다. The first binder metal powder in the metal formulation may contain additional alloyed elements, aluminum and / or copper (Cu) may be used as additional elements.

본 발명의 추가 실시예에 있어서, 철 파우더, 니켈 파우더, FeNi 합금 파우더 및 예합금된 FeNi 합금 파우더로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 추가 바인더 금속 파우더는 제1 바인더 금속 파우더 외에 또 존재한다. In a further embodiment of the present invention, at least one further binder metal powder selected from the group consisting of iron powder, nickel powder, FeNi alloy powder and prealloyed FeNi alloy powder is present in addition to the first binder metal powder.

전술한 금속 제형 모두에 있어서, 대기압 및 실온에서 공기 포화수에서 측정된 경질 재료와 제1 바인더 금속 파우더 간의 자유 부식 전위는 0.300 볼트 미만이고, 경질 재료는 양극을 갖는다. In all of the metal formulations described above, the free corrosion potential between the hard material and the first binder metal powder measured in air saturated water at atmospheric pressure and room temperature is less than 0.300 volts, and the hard material has an anode.

존재할 수 있는 경질 재료는, 특히, 유리하게는 BET 표면적이 0.3 m2/g보다 크고, 바람직하게는 0.5 m2/g보다 크며, 특히 바람직하게는 1 m2/g보다 큰 티타튬 카바이드, 바나듐 카바이드, 몰리브덴 카바이드 또는 텅스텐 카바이드이다. The hard materials which may be present are, in particular, titanium titanium carbide, vanadium advantageously having a BET surface area of greater than 0.3 m 2 / g, preferably greater than 0.5 m 2 / g, particularly preferably greater than 1 m 2 / g. Carbide, molybdenum carbide or tungsten carbide.

그러한 모든 금속 제형에서, 제1 바인더 금속 파우더 대 추가 바인더 금속 파우더 또는 파우더들의 중량비는 1:10 내지 10:1인 것이 유리하다. 그러한 모든 금속 제형은 유리하게는, a)철/코발트 및 철/니켈/코발트로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 예합금된 파우더, b)철 및 니켈로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소 파우더 또는 a)의 성분과 상이한 철/니켈을 포함하는 예합금된 파우더, c)성분 a) 및 b)의 전체 조성이 최대 90 중량%의 코발트와 최대 70 중량%의 니켈을 함께 함유하는 경질 재료 파우더를 함유할 수 있다. 그러한 금속 제형에서, 철 함량은 적어도 10 중량%인 것이 유리하다. In all such metal formulations, the weight ratio of first binder metal powder to additional binder metal powder or powders is advantageously between 1:10 and 10: 1. All such metal formulations advantageously comprise a) at least one prealloyed powder selected from the group consisting of iron / cobalt and iron / nickel / cobalt, b) at least one elemental powder selected from the group consisting of iron and nickel or a A prealloyed powder comprising iron / nickel different from the components of c), c) a hard material powder containing a total composition of components a) and b) together containing up to 90% by weight of cobalt and up to 70% by weight of nickel can do. In such metal formulations, the iron content is advantageously at least 10% by weight.

그러한 금속 제형에 있어서, 바인더의 전체 조성은 유리하게는 최대 90 중량%의 Co, 최대 70 중량%의 Ni 및 적어도 10 중량%의 Fe이고, 여기서 철 함량은 다음의 부등식을 만족시키며, In such metal formulations, the overall composition of the binder is advantageously at most 90% by weight of Co, at most 70% by weight of Ni and at least 10% by weight of Fe, wherein the iron content satisfies the following inequality,

Figure 112009052325909-PCT00004
Figure 112009052325909-PCT00004

(여기서, Fe: 중량%의 철 함량, %Co: 중량%의 코발트 함량, %Ni: 중량%의 니켈 함량) 그리고, 적어도 2개의 바인더 파우더가 사용되고, 하나의 바인더 파우더는 바인더의 전체 조성보다 철 함량이 낮으며 다른 바인더 파우더는 바인더의 전체 조성보다 철 함량이 높고 적어도 하나의 바인더 파우더는 철, 니켈 및 코발트로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 2개의 원소로부터 예합금된다. (Wherein Fe: wt% iron content,% Co: wt% cobalt content,% Ni: wt% nickel content) and at least two binder powders are used, and one binder powder is made of iron rather than the entire composition of the binder. The content is low and the other binder powder has a higher iron content than the overall composition of the binder and the at least one binder powder is prealloyed from at least two elements selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt.

그러한 금속 제형은 다양한 용례에 유리하고, 그러한 금속 제형은 초경 재료 또는 소결된 다공성 응집체를 제조하는 데에 사용될 수 있다. Such metal formulations are advantageous for a variety of applications, and such metal formulations can be used to produce cemented carbide materials or sintered porous aggregates.

그러한 다공성 응집체는 전술한 금속 제형들 중 하나를 프레스하지 않고 소결함으로써 얻어질 수 있다. Such porous aggregates can be obtained by sintering without pressing one of the metal formulations described above.

전술한 금속 제형들 중 하나를 프레스하지 않고 소결하여 얻을 수 있는 그러한 다공성 응집체를 함유하고 Al, 이트륨 및/또는 희토류를 함유하는 열 스프레이 파우더가 또한 적절하다. Also suitable are thermal spray powders which contain such porous aggregates which can be obtained by sintering without pressing one of the above metal formulations and which contain Al, yttrium and / or rare earths.

본 발명은 또한 코발트 함유 금속 제형의 독성 효과를 제어하는 방법을 제공하는 것으로서, 전술한 금속 제형들, 유리하게는 표 1 내지 3에 제시된 금속 제형들 중 하나가 초경 재료 또는 소결된 다공성 응집체를 제조하는 데에 사용되는 것을 특징으로 한다. The present invention also provides a method for controlling the toxic effects of cobalt containing metal formulations, wherein one of the metal formulations described above, advantageously one of the metal formulations set forth in Tables 1 to 3, produces a cemented carbide material or a sintered porous aggregate It is characterized by being used to.

일반적으로, 본 발명은 코발트 함유 금속 제형의 독성 효과를 제어하는 방법을 제공하는 것으로서, 코발트가 금속 제형에서 원소 주기율표의 3족 내지 8족의 하나 이상의 원소와 예합금되는 것을 특징으로 한다. In general, the present invention provides a method for controlling the toxic effects of cobalt containing metal formulations, characterized in that cobalt is prealloyed with one or more elements of Groups 3-8 of the Periodic Table of the Elements in the metal formulation.

따라서, 본 발명은 코발트 함유 금속 제형의 독성 효과를 제어하는 방법을 제공하는 것으로서, 본 발명에 따른 금속 제형, 본 발명에 따른 다공성 응집체 또는 본 발명에 따른 열 스프레이 파우더가 성형체 또는 코팅을 제조하는 데에 사용된다. 코발트 함유 금속 제형의 독성 효과 제어 방법에 있어서, 독성 효과는 특히 폐 섬유증 및/또는 초경 합금 폐병이다. Accordingly, the present invention provides a method for controlling the toxic effects of a cobalt-containing metal formulation, wherein the metal formulation according to the invention, the porous aggregate according to the invention or the thermal spray powder according to the invention is used to produce a shaped body or coating. Used for In the method for controlling the toxic effects of cobalt containing metal formulations, the toxic effects are especially pulmonary fibrosis and / or cemented carbide lung disease.

도 1은 사용된 실험 셋업을 개략적으로 보여주고 있다.1 schematically shows the experimental setup used.

도 2는 사망률에 대해 플롯팅되고 예들에 할당된 에어로졸 농도를 도시하고 있다.2 shows the aerosol concentrations plotted against mortality and assigned to the examples.

코발트의 높은 생물학적 이용 효능은 전기화학적 부식 현상을 기초로 하기 때문에, 대기압 및 실온에서 공기 포화수에서 측정된 경질 재료와 제1 바인더 금속 파우더 간의 자유 부식 전위는 본 발명에 따르면 0.380 볼트 미만, 바람직하게는 0.330 볼트 미만, 특히 바람직하게는 0.300 미만 그리고 특히 매우 유리하게는 0.280 볼트 미만이고, 텅스텐 카바이드는 양극을 갖는다. 도 1은 사용된 실험 셋업을 개략적으로 보여주고 있다. 참조 번호 1은 텅스텐 카바이드(또는 다른 경질 재료)로 구성된 양극을 지시하고, 참조 번호 2는 바인더 금속, 예컨대 코발트 또는 본 발명에 따른 바인더 금속 제형으로 구성된 음극을 지시하며, 참조 번호 3은 반응 매체인 탭 공기 포화수를 지시한다. Since the high bioavailability of cobalt is based on electrochemical corrosion phenomena, the free corrosion potential between the hard material and the first binder metal powder measured in air saturated water at atmospheric pressure and room temperature is less than 0.380 volts according to the invention, preferably Is less than 0.330 volts, particularly preferably less than 0.300 and particularly very advantageously less than 0.280 volts, tungsten carbide has an anode. 1 schematically shows the experimental setup used. Reference numeral 1 designates an anode composed of tungsten carbide (or other hard material), reference numeral 2 designates a cathode composed of a binder metal, such as cobalt or a binder metal formulation according to the present invention, and reference numeral 3 is a reaction medium. Indicates tap air saturated water.

그러나, 코발트가 철과 합금되면, 철이 코발트보다 덜 불활성이더라도 접촉 전압이 크게 감소된다. 이 현상의 이유는 알려져 있지 않다. 자유 부식 전위가 감소하면, 이에 따라 부식 현상의 구동력이 감소하거나 부식이 더 느리게 진행되고, 생물학적 이용 효능이 마찬가지로 감소된다는 것을 쉽게 알 수 있다. 따라서, 예 4에 설명된 측정 셋업의 자유 부식 전위는 예상되는 경질 재료/바인더 금속 제형의 흡입 독성의 인디케이터로서 기능할 수 있다. 예상되는 흡입 독성의 추가적인 인디케이터는 대응하는 접촉 원소가 소정의 시간 주기에 걸쳐 산소의 존재하에 물과 접촉하자마자 용액이 되는 용해된 바인더 금속의 양이다. However, if cobalt is alloyed with iron, the contact voltage is greatly reduced even if iron is less inert than cobalt. The reason for this phenomenon is unknown. As the free corrosion potential decreases, it can be readily seen that the driving force of the corrosion phenomena decreases or the corrosion progresses more slowly and the bioavailability is likewise reduced. Thus, the free corrosion potential of the measurement setup described in Example 4 can serve as an indicator of inhalation toxicity of the expected hard material / binder metal formulation. An additional indicator of anticipated inhalation toxicity is the amount of dissolved binder metal that becomes solution as soon as the corresponding contact element comes into contact with water in the presence of oxygen over a predetermined time period.

흡입된 먼지와 유기체의 고도의 상호 작용에 의해서만 설명될 수 있는 흡입 독성 현상의 이유는 2개의 성분인 코발트와 경질 재료 간의 시너지인데, 그 이유는 이들 성분 중 어느 쪽도 문헌으로부터 공지된 거동을 나타내지 않는 것으로 판명되었기 때문이다. 또한, 2개의 성분들의 기하학적 접촉 강도에 대한 의존성이 본 발명에서 판명되었기 때문에, 부식에 의해 유발되는 생물학적 이용 효능의 증가는 독물학적 효과에 대한 적당한 설명인 것으로 보인다. 초경 재료는 접촉 부식 원소로서 오랫동안 알려져 왔다. 예컨대, 수계 냉각 유체는 초경 재료의 연삭에 사용될 때에 초경 재료로부터 코발트를 우선적으로 용해시킨다. Megede에 의한 이론(Universitaet Frankfurt a. Main, 1985)은 메카니즘을 상세히 검사한다. 코발 트는 산소 환원 원리에 의해 물과 산소의 존재 하에 부식하여 표면 상에 패시베이션 효과를 갖는 수산화물층을 형성한다. 텅스텐 카바이드는 수산화물 애니온의 형성시에 전자 이동에 촉매 작용을 하여, 부식이 크게 가속화되고 위상적으로 진행된다. 이에 따라, 수산화물층의 패시베이션 효과가 훼손된다. 마찬가지로, 이는 초경 합금 폐병의 섹션에서 텅스텐 카바이드는 발견되지만 코발트는 발견되지 않는 이유를 설명한다. 코발트는 분명하게 부식되고 가속화된 형식으로 재흡수된다. 작은 복용량/농도에서 코발트의 결과적인 생물학적 이용 효능의 증가는 민감한 독성 현상에 대해 높은 농도의 경우에 만성 질환(폐 섬유증 또는 "초경 합금 폐병")의 원인이 된다. 코발트의 생물학적 이용 효능은 지금까지는 충분히 설명되지 않았던 부정적인 효과를 유기체에 미친다. 설명 시도는 DNA에 이온 코발트의 추가 또는 복잡한 제형에 의한 반응 산소종, 예컨대 초산화물의 안정화(이를 위해 코발트가 공지되어 있음)를 포함한다. The reason for the inhalation toxicity phenomenon, which can only be explained by the high interaction of the inhaled dust with the organism, is the synergy between the two components cobalt and the hard material, neither of which exhibits the behavior known from the literature. Because it turned out to be not. In addition, since the dependence of the two components on the geometric contact strength has been found in the present invention, the increase in the bioavailability caused by corrosion appears to be a reasonable explanation for the toxicological effects. Carbide materials have long been known as contact corrosion elements. For example, an aqueous cooling fluid preferentially dissolves cobalt from the cemented carbide material when used for grinding cemented carbide material. The theory by Megede (Universitaet Frankfurt a. Main, 1985) examines the mechanism in detail. Cobalt is corroded in the presence of water and oxygen by the oxygen reduction principle to form a hydroxide layer having a passivation effect on the surface. Tungsten carbide catalyzes electron transfer in the formation of hydroxide anions, which greatly accelerates corrosion and progresses in phase. As a result, the passivation effect of the hydroxide layer is impaired. Likewise, this explains why tungsten carbide is found in the section of cemented carbide lung disease but no cobalt is found. Cobalt is clearly corroded and reabsorbed in an accelerated form. The resulting increased bioavailability of cobalt at small doses / concentrations causes chronic disease (pulmonary fibrosis or "carbide alloy lung disease") at high concentrations for sensitive toxic phenomena. The bioavailability of cobalt has an adverse effect on the organism that has not been fully described to date. Description attempts include stabilization of reactive oxygen species, such as superoxides, by addition or complex formulation of ionic cobalt to DNA, for which cobalt is known.

초경 재료와 카바이드 스프레이 파우더의 경우에, 바인더에 대한 화학적 공격에 의해 결정되는 내부식성은 제형에 Cr 카바이드 또는 Cr 금속을 추가함으로써 향상될 수 있다. 양자의 경우에, Cr은 소결 또는 열 분무 후에 바인더에 합금된 형태로 부분적으로 존재한다. 바인더에서 Cr의 농도가 충분히 높아서 탄소 균형에 의해 제어될 수 있으면, 초경 재료 또는 분무층은 내부식성이 상당히 더 크고, 이로부터 그러한 초경 재료 또는 오버레이를 연삭하는 경우에 먼지의 독성이 순수한 WC-Co보다 훨씬 적다는 것이 종결될 수 있다. 내부식성에 있어서의 추가 개선점은 니켈에 의한 코발트의 부분적인 교체에 의해 달성될 수 있는데, 이는 마찬가지로 초경 재료의 경우에 산업적 실시이다. In the case of cemented carbide materials and carbide spray powders, the corrosion resistance determined by chemical attack on the binder can be improved by adding Cr carbide or Cr metal to the formulation. In both cases, Cr is partially present in alloyed form in the binder after sintering or thermal spraying. If the concentration of Cr in the binder is high enough to be controlled by the carbon balance, the cemented carbide material or spray layer is significantly more corrosion resistant, from which WC-Co is purely toxic to dust when grinding such carbide material or overlay. Much less can be terminated. Further improvements in corrosion resistance can be achieved by partial replacement of cobalt with nickel, which is likewise an industrial practice in the case of cemented carbide materials.

결론적으로, 초경 재료 먼지의 민감한 독성 작용은 물과 산소의 존재 하에 부식 속도와 상관될 수 있다. 자유 부식 전위는 코발트를, 예컨대 철과 합금함으로써 감소될 수 있고, 그 결과 코발트가 철과 예합금된 코발트 함유 제형은 흡입 독성에 매우 덜 민감하다. 이는, 바인더 상이 코발트와 철을 함유하는 초경 재료가 순수하게 코발트가 결합된 재료보다 공기의 존재 하에 산화성 산에 대해 보다 우수한 내부식성을 갖는다는 조사 결과에 의해 지지된다(TU Wien, 2002년 Wittmann에 의한 논문). In conclusion, the sensitive toxic effects of cemented carbide dust can be correlated with the rate of corrosion in the presence of water and oxygen. Free corrosion potential can be reduced by alloying cobalt with, for example, iron, so that cobalt containing formulations with cobalt prealloyed with iron are very less sensitive to inhalation toxicity. This is supported by the finding that the binder phase has a better corrosion resistance to oxidizing acids in the presence of air than cemented carbide materials containing cobalt and iron (TU Wien, Wittmann, 2002). Papers).

초경 재료의 제조시에 몇몇의 중간물은 특히 예소결된 초경 재료 부품의 연삭 기계 가공("그레이 기계 가공")으로부터의 먼지를 비롯하여 특별하게 흡입 독성이 있는 것으로 예상될 수 있다. 여기서, 제형은 연삭에 의해 기계 가공될 소결체의 충분한 기계적 강도가 소결 브릿지의 결과로서 얻어지도록 프레스되고 용융 공융점 미만의 온도에서 소결된다("예소결"). 이 상태에서, 소결체는 여전히 다공성이고, 더 이상 어떠한 유기 첨가제도 함유하지 않아, 사용된 파우더는 아직 제형 내에서 평형화되지 않기 때문에, 코발트는 여전히 원소 형태로 충분히 존재한다. 연삭 먼지의 다공성 구조와 조합된 이 코발트는 매우 높은 흡입 독성이 예상된다는 것을 의미한다. 코발트 금속 파우더 뿐만 아니라 철 금속 파우더가 제형을 제조하기 위해 사용되는 경우라도, 사실상 코발트 입자와 철 입자 간의 상호 확산(=합금 제형)이 예소결 중에 발생하지 않기 때문에 독성 감소가 기대되지 않을 수 있다. Some intermediates in the manufacture of cemented carbide materials can be expected to be particularly inhaling toxic, including dust from grinding machining ("gray machining") of presintered cemented carbide material parts. Here, the formulation is pressed so that sufficient mechanical strength of the sintered body to be machined by grinding is obtained as a result of the sintering bridge and sintered at a temperature below the melting eutectic point ("sintering"). In this state, the sintered body is still porous and no longer contains any organic additives, so the cobalt is still sufficiently present in elemental form since the powder used is not yet equilibrated in the formulation. This cobalt combined with the porous structure of the grinding dust means that very high inhalation toxicity is expected. Even if cobalt metal powders as well as ferrous metal powders are used to prepare the formulation, a reduction in toxicity may not be expected because virtually no interdiffusion (= alloy formulation) between cobalt particles and iron particles occurs during pretreatment.

과립상 제형으로부터 소결된 스프레이 파우더는 그 크기로 인해 공기 중에 분산하기 어렵지만, 파우더의 취급 중에 내부 마찰의 결과로서 형성되는 호흡할 수 있는 미세 입자는 매우 독성이 있다(예 1e 참조).Spray powders sintered from granular formulations are difficult to disperse in air due to their size, but breathable fine particles formed as a result of internal friction during handling of the powder are highly toxic (see Example 1e).

본 발명에 따른 제형은, 예컨대 초경 재료 또는 소결된 다공성 응집체를 제조하는 데에 사용될 수 있고, 소결된 다공성 응집체는 유리하게는 열 스프레이 파우더에 사용될 수 있다. 특히 조성에 따라 FeCoNi를 기반으로 한 바인더 시스템을 갖는 초경 재료는 본 발명에 따라 많은 용례에서 순수하게 코발트가 결합된 재료에 비해 기술적인 이점을 제공하여 유리하다. The formulations according to the invention can be used, for example, to produce cemented carbide materials or sintered porous aggregates, and the sintered porous aggregates can advantageously be used in thermal spray powders. Carbide materials with binder systems based on FeCoNi, in particular depending on the composition, are advantageous in accordance with the invention in many applications, providing technical advantages over purely cobalt-bonded materials.

본 발명에 따르면, 예합금된 파우더는 각 파우더 입자에서 원자 분산된 형태로 Fe, Co 및 Ni 함량에 관해서 바인더의 조성을 함유하는 금속 파우더이다. 본 발명의 의미 내에서 예혼합된 파우더는 용융물로부터 세분화된 합금 파우더 또는 예컨대 US-B-6554885, EP-A-1079950 및 이들 공보에 인용된 문헌에 설명된 바와 같이 침전 및 환원에 의해 얻을 수 있거나 원칙적으로 적절한 다른 공정들, 예컨대 카보닐 공정, 플라스마 공정, CVD 등에 의해 제조되는 합금 파우더일 수 있는데, 예컨대 US-B-6554885, EP-A-1079950 및 이들 공보에 인용된 문헌에 설명된 바와 같이 침전 및 환원에 의해 얻을 수 있는 합금 파우더가 유리하다. 카바이드 스프레이 파우더의 제조는 초경 재료의 제조시에 과립형 제형의 제조에 대응하지만, 과립은 프레스되지 않고 대신에 가장 낮은 공유 온도보다 낮거나 약간 높은 온도에서 그 자체로 소결된 다음 분류된다. 문제의 유기 첨가제는 그 단계에서 제거된다. 이 방식으로 얻어진 입자는 여전히 다공성이고 바인더 금속 상을 보이는 입자와 초경 재료 사이에 소결 넥(neck)을 갖는다. According to the invention, the prealloyed powder is a metal powder containing the composition of the binder in terms of Fe, Co and Ni content in the form of atomic dispersion in each powder particle. Powders premixed within the meaning of the present invention may be obtained by precipitation and reduction as described in alloy powders subdivided from the melt or in the literature cited in US-B-6554885, EP-A-1079950 and these publications, or In principle, suitable powders may be alloy powders prepared by other processes such as carbonyl process, plasma process, CVD, etc., as described, for example, in US-B-6554885, EP-A-1079950 and the literature cited in these publications. Alloy powders obtainable by precipitation and reduction are advantageous. The manufacture of carbide spray powder corresponds to the preparation of granular formulations in the production of cemented carbide materials, but the granules are not pressed and instead are sintered on their own at a temperature below or slightly above the lowest shared temperature and then sorted. The organic additive in question is removed at that stage. The particles obtained in this way are still porous and have a sintered neck between the carbide material and the particles showing the binder metal phase.

스프레이 파우더는 전술한 원소들 및 바인더 상의 무기 첨가제 외에, Al, 희토류, 이트륨 등의 다른 원소들을 함유할 수 있다. The spray powder may contain other elements such as Al, rare earth, yttrium, in addition to the above-mentioned elements and the inorganic additive on the binder.

초경 재료 및 스프레이 파우더를 제조하기 위한 제형은 일반적으로 전술한 무기 성분 뿐만 아니라 추가적인 처리와 취급에 일조하지만 초경 재료나 스프레이 파우더의 발화 후에 더 이상 존재하지 않는 유기 첨가제, 예컨대 파라핀, 폴리에틸렌 글리콜, 억제제 등의 유기 첨가제를 또한 함유한다. 이들 제형은, 예컨대 분무 건조에 의해 세분화될 수 있다. 또한, 압출에서 사용되는 바와 같은 가소제, 예컨대 폴리에틸렌 및 파라핀 왁스와, 카복실산 및 분산제 등의 접합제가 제공될 수 있다. Formulations for the production of cemented carbide materials and spray powders generally aid in further processing and handling as well as the inorganic components described above, but no longer exist after firing of cemented carbide material or spray powder, such as paraffin, polyethylene glycols, inhibitors, etc. Also contains organic additives. These formulations can be subdivided, for example by spray drying. In addition, plasticizers such as polyethylene and paraffin wax, as used in extrusion, and binders such as carboxylic acids and dispersants may be provided.

경질 재료 및 바인더 금속으로 구성되는 산업적으로 관습적인 제형은 또한 항상 산소를 함유하는데, 그 이유는 파우더의 표면이 공기 중에서의 취급, 수성 액체에서의 밀링과 혼합, 후속하는 건조의 결과로서 물과 수산화물로 코팅되기 때문이다. 문제의 산소는 후속하는 열 처리 중에 카바이드 또는 제형 내의 원소 형태로 존재하는 탄소와 반응하여 일산화탄소 및 이산화탄소를 형성하고, 이에 따라 정확하게 유지되어야 하는 소결체 또는 스프레이 파우더의 금속 함량과 탄소 함량 간의 평형을 전복시킨다. 일반적으로, 제형의 산소 함량은 금속/탄소 평형을 보다 양호하게 제어할 수 있도록 가능한 한 낮게 유지되어야 한다. Industrially customary formulations composed of hard materials and binder metals also always contain oxygen because the surface of the powder is treated with air, as a result of milling and mixing in aqueous liquids and subsequent drying. Because it is coated with. The oxygen in question reacts with the carbon present in the elemental form in the carbide or formulation during subsequent heat treatment to form carbon monoxide and carbon dioxide, thereby overturning the equilibrium between the metal content and the carbon content of the sinter or spray powder that must be correctly maintained. . In general, the oxygen content of the formulation should be kept as low as possible to better control the metal / carbon equilibrium.

Yes

출원인을 대신하여 모든 예를 영국 캠브리지의 Huntingdon Life Sciences사에 의해 EEC(부록 Ⅱ.5.2.3)에 의해 규정된 흡입 연구와 같이 수행하였다. 검사 대상 파우더를 에어로졸로서 분무화하고 10마리의 쥐가 존재하는 챔버 내로 송풍하였다. 에어로졸의 농도는 mg/l로, 평균 입자 크기는 ㎛로 보고되었다. 비율은 퍼센트로 7㎛보다 크고, 시간의 약어는 h이다. 챔버 내에 먼지 농도와 입자들의 크기 분포를 측정하였다[미국 조지아주 아클란타 소재의 Graseby Andersen사에 의해 제조된 마플 케스케이드 임팩터 모드 298(Marple cascade Impactor Mod. 298)]. 4시간 후에, 죽었거나 죽어가는 쥐들의 마리수를 측정하고 전체 마리수를 사망으로서 보고하였다. On behalf of the applicant all examples were carried out by the inhalation study as defined by EEC (Appendix II.5.2.3) by Huntingdon Life Sciences, Cambridge, England. The powder under test was atomized as an aerosol and blown into a chamber in which 10 rats were present. The concentration of aerosol was reported in mg / l and the mean particle size in μm. The ratio is greater than 7 μm in percent and the abbreviation for time is h. The dust concentration in the chamber and the size distribution of the particles were measured (Marple cascade Impactor Mod. 298 manufactured by Graseby Andersen, Aklanta, GA). After 4 hours, the number of dead or dying mice was measured and the total number was reported as death.

예 1)WC/Co 제형의 흡입 독성Example 1 Inhalation Toxicity of WC / Co Formulations

a)국제 공개 제WO 01/46484 A1호에 설명된 바와 같이 텅스텐 카바이드-코발트 합성물을 제조하였다. 이 합성물을 10%의 코발트를 함유하였다. 이 합성물은 코발트 입자와 텅스텐 카바이드 입자 간의 접촉이 매우 밀접하다. 0.25 mg/l의 농도에서의 흡입 실험의 결과는 100%의 사망률이었다. 챔버 내의 평균 입자 크기는 2.5 ㎛이었고 입자의 90%가 7 ㎛미만이었다. a) Tungsten carbide-cobalt composites were prepared as described in WO 01/46484 A1. This composite contained 10% cobalt. This composite has very close contact between cobalt particles and tungsten carbide particles. The results of inhalation experiments at a concentration of 0.25 mg / l resulted in 100% mortality. The average particle size in the chamber was 2.5 μm and 90% of the particles were less than 7 μm.

b)10 중량%의 코발트를 함유한 텅스텐 카바이드와 코발트 금속 파우더의 혼합물을 제조하고, 3가지 농도에서 흡입 실험을 반복하였다. b) A mixture of tungsten carbide and cobalt metal powder containing 10% by weight cobalt was prepared and the inhalation experiment was repeated at three concentrations.

유효 농도Effective concentration 사망률death rate 평균 입자 크기Average particle size 비율 < 7㎛Ratio <7 μm 0.240.24 3030 44 7575 0.520.52 100100 4.24.2 7474

c)6%의 코발트를 함유한 코발트와 텅스텐 카바이드의 혼합물을 제조하였다. 0.26 mg/l의 유효 에어로졸 농도에서 흡입 실험의 결과는 0%였지만, 챔버 내로 에어로졸의 도입 3일 후에 20%를 중지시켰다. 평균 입자 크기는 3.8 ㎛이었고, 모든 입자들 중 79%가 7 ㎛보다 작았다.c) A mixture of cobalt and tungsten carbide containing 6% cobalt was prepared. The results of inhalation experiments at an effective aerosol concentration of 0.26 mg / l were 0%, but 20% were stopped three days after the introduction of the aerosol into the chamber. The average particle size was 3.8 μm, with 79% of all particles smaller than 7 μm.

d)10%의 코발트를 함유한 텅스텐 카바이드와 코발트의 혼합물을 밀링 가공하고 4 시간 동안 헥산에서 분산으로서 혼합하였다. 밀링 1시간 전에 종료하고 고체 함량을 기초로 하여 제형 내에 2 중량%의 파라핀이 할당되도록 파라핀 왁스를 첨가하였다. 4 시간 동안의 밀링 및 혼합 후에, 헥산을 진공 증류에 의해 제거하여, 파라핀 함유 파우더를 형성하였다. 이 파우더를 이용하여 3가지 농도에서 흡입 실험을 시험하였다. 그 결과는 이하와 같다. d) A mixture of tungsten carbide and cobalt containing 10% cobalt was milled and mixed as a dispersion in hexanes for 4 hours. Paraffin wax was added to finish 1 hour before milling and to assign 2% by weight of paraffin in the formulation based on the solids content. After milling and mixing for 4 hours, the hexanes were removed by vacuum distillation to form paraffin containing powder. This powder was used to test inhalation experiments at three concentrations. The result is as follows.

유효 농도Effective concentration 사망률death rate 평균 입자 크기Average particle size 비율 < 7㎛Ratio <7 μm 0.240.24 0%0% 3.23.2 8787 1.081.08 20%20% 4.24.2 8383

e) 17%의 코발트를 함유하고 설정 입자 크기 분포가 5 내지 30 mm인 소결된 다공성 텅스텐 카바이드-코발트 파우더를 흡입 시험으로 검사하였다. 그 결과는 다음과 같다. 유효 에어로졸 농도는 1.01 내지 0.93 mg/l의 범위에서 변동하였고, 사망률은 60%이었으며, 챔버 내의 평균 입자 크기는 5.2 내지 5.6 ㎛로 측정되었고, 입자들 중 약 20%가 7 ㎛보다 작았다.e) Sintered porous tungsten carbide-cobalt powder containing 17% cobalt and having a set particle size distribution of 5 to 30 mm was examined by suction test. the results are as follow. Effective aerosol concentrations varied from 1.01 to 0.93 mg / l, mortality was 60%, mean particle size in the chamber was determined to be 5.2 to 5.6 μm, and about 20% of the particles were less than 7 μm.

상기 결과는 WC/Co 제형의 흡입 독성이 다양한 영향 요인에 따라 좌우된다는 것을 보여준다.The results show that the inhalation toxicity of the WC / Co formulations depends on various influencing factors.

가장 높은 독성은 예 a)에 의해 나타난다. 제조되는 방식으로 인해, 코발트 입자와 텅스텐 카바이드 입자 간에 최대 접촉 치수가 제공된다. The highest toxicity is shown by example a). Due to the way it is produced, the maximum contact dimension is provided between the cobalt particles and the tungsten carbide particles.

파우더 혼합물에서 코발트 입자와 WC 입자 간에 접촉이 매우 적은 예 b)는 독성이 적다.Example b) with very low contact between cobalt and WC particles in the powder mixture is less toxic.

마찬가지로, 예 c)는 파우더 혼합물이지만 코발트 함량이 감소되는 것으로서 다시 한번 효과가 감소된다. Likewise, example c) is a powder mixture but once again the effect is reduced as the cobalt content is reduced.

2가지 농도를 이용하여 수행된 예 d)는 추가로 감소된 독성 효과를 보인다. 코발트 입자와 텅스텐 카바이드 입자 간의 접촉이 어트리터(attritor) 밀링으로 인해 매우 강하기 때문에 감소된 독성은 문제의 파라핀 왁스(25 용적%에 대응하는 2 중량%)에 의한 소수화(hydrophobicization)에 공헌한다.Example d) performed using two concentrations shows further reduced toxic effects. Since the contact between cobalt particles and tungsten carbide particles is very strong due to attritor milling, the reduced toxicity contributes to the hydrophobicization by the paraffin wax in question (2% by weight corresponding to 25% by volume).

예 e)는 통상적인 열 분무용 파우더의 독성을 보여준다. 여기서, 비교적 굵은 입자 때문에 파우더의 일부만이 폐에 도달할 수 있지만 그럼에도 불구하고 중요한 사망이 발생한다는 점을 유념해야 한다.Example e) shows the toxicity of conventional thermal spray powders. It should be noted here that only a fraction of the powder can reach the lungs because of the relatively coarse particles, but nevertheless significant deaths occur.

예 a) 내지 f)를 비교하면, 폐에 도달하는 능력과 소수화제의 임의의 함량 외에, CO와 WC 간의 접촉 강도가 흡입 독성의 정도에 대한 주요한 영향 파라미터인 것을 알 수 있다. Comparing Examples a) to f), in addition to the ability to reach the lung and any content of hydrophobization agent, it can be seen that the contact strength between CO and WC is a major influence parameter on the degree of inhalation toxicity.

예 2)WC/FeCo 제형의 흡입 독성Example 2 Inhalation Toxicity of WC / FeCo Formulations

a)초경 합금의 연삭에 의해 최종 기계 가공으로부터 얻어지는 바와 같이 함량이 70.6%의 텅스텐 카바이드, 14.8%의 코발트 및 12.2%의 철인 통상적인 산업적 초경 합금 연삭 먼지는 흡입 실험에서 70%의 사망률을 나타내었다. 유효 에어로졸 농도는 0.28 mg/l이었고, 평균 입자 크기는 4.3 ㎛이었다. 모든 입자들 중 76%가 7 ㎛보다 작았다.a) Conventional industrial cemented carbide grinding dust with a content of 70.6% tungsten carbide, 14.8% cobalt and 12.2% iron, as obtained from the final machining by grinding of cemented carbide, showed a mortality of 70% in suction experiments. . The effective aerosol concentration was 0.28 mg / l and the average particle size was 4.3 μm. 76% of all particles were smaller than 7 μm.

b)90%의 텅스텐 카바이드, 5%의 철 파우더 및 5%의 코발트 금속 파우더를 포함하는 혼합물을 예 1의 d)에서 설명한 바와 같이 어드리터에서 밀링하였지만, 파 라핀은 추가하지 않았다. 밀링에 의해 유발된 변형 공정으로 인해, 철과 코발트는 서로 융합되고 부분적으로 서로 녹아들었지만, 서로 합금되지는 않았다. 이 파우더를 이용한 2가지 흡입 실험의 결과는 이하와 같다.b) A mixture comprising 90% tungsten carbide, 5% iron powder and 5% cobalt metal powder was milled in the adapter as described in example d) but no paraffin was added. Due to the deformation process caused by milling, iron and cobalt fused and partially melted together, but did not alloy with each other. The results of two inhalation experiments using this powder are as follows.

유효 에어로졸 농도Effective Aerosol Concentration 사망률death rate 평균 입자 크기Average particle size 비율 < 7㎛Ratio <7 μm 0.250.25 0%0% 2.82.8 8686 1.031.03 30%30% 3.23.2 8585

c)5%의 철과 5%의 코발트와 90%의 텅스텐 카바이드를 함유하는 합성물을 국제 공개 제WO 01/46484 A1호에 설명된 바와 같이 제조하였다. 여기서, 철과 코발트는 서로 완벽하게 합금되었다. 흡입 실험에서 이하의 결과를 얻었다.c) A composite containing 5% iron, 5% cobalt and 90% tungsten carbide was prepared as described in WO 01/46484 A1. Here, iron and cobalt were perfectly alloyed with each other. The following results were obtained from the inhalation experiment.

유효 에어로졸 농도Effective Aerosol Concentration 사망률death rate 평균 입자 크기Average particle size 비율 < 7㎛Ratio <7 μm 0.9880.988 0%0% 33 9494 5.035.03 0%0% 3.73.7 8484

초경 합금의 연삭에 의해 최종 기계 가공으로부터 얻어진 통상적인 산업 연삭 먼지로서, 예 a)는 독성이 비교적 매우 높다. 12%의 철 함량은 연삭 디스크의 마모와 다른 오염물로 인한 것이고, 철 함유 바인더 시스템을 갖는 초경 합금의 최종 기계 가공으로 인한 것은 아니다. 따라서, 철 함량은 코발트 함량과 예합금되지 않는다. 이 연삭 먼지는 본 발명의 의미 내의 제형이 아닌데, 그 이유는 목표로 하는 방식으로 제조되지 않아서 코발트 함량이 철과 예합금되지 않기 때문이다.As a typical industrial grinding dust obtained from final machining by grinding cemented carbide, example a) has a relatively very high toxicity. The iron content of 12% is due to wear of the grinding discs and other contaminants, not due to the final machining of cemented carbide with iron containing binder systems. Therefore, the iron content does not prealloy with the cobalt content. This grinding dust is not a formulation within the meaning of the present invention because the cobalt content is not prealloyed with iron because it is not produced in the targeted manner.

원소 파우더 Fe와 Co를 이용하여 제조한 예 b)는 추가 첨가제 없이 5%의 Co를 함유하는 어트리터 밀링식 제형과 유사한 정도의 독성을 나타낸다.Example b) prepared using elemental powders Fe and Co shows a similar degree of toxicity as the attrition milling formulation containing 5% Co without additional additives.

예 c)는 5 mg/l에서도 어떠한 독성을 나타내지 않았지만, 이 경우에 WC 입자와 예혼합된 FeCo 입자 간의 접촉은 예 1의 a)만큼 강하고, 합성물은 유사하게 제조되었다.Example c) did not show any toxicity at 5 mg / l, but in this case the contact between the WC particles and the premixed FeCo particles was as strong as a) in Example 1, and the composites were prepared similarly.

예 3)WC/FeNi 제형의 흡입 독성Example 3 Inhalation Toxicity of WC / FeNi Formulations

10%의 예혼합된 FeNi 50/50과 90%의 텅스텐 카바이드의 혼합물을 이용하여 흡입 실험을 수행하였다. 여기에서, 0.53 내지 5.22 mg/l의 유효 에어로졸 농도에서도 0%의 사망률이 발생하였다.Inhalation experiments were performed using a mixture of 10% premixed FeNi 50/50 and 90% tungsten carbide. Here, 0% mortality occurred even at an effective aerosol concentration of 0.53 to 5.22 mg / l.

이 예는 민감한 흡입 독성이 발생하지 않는다는 것을 보여주는데, 이는 코발트의 부재에 공헌한다.This example shows that sensitive inhalation toxicity does not occur, which contributes to the absence of cobalt.

예 4): WC/Co와 WC/FeCo 접촉 원소들의 자유 부식 전위Example 4): Free Corrosion Potential of WC / Co and WC / FeCo Contact Elements

텅스텐 카바이드 파우더를 고온 프레스에서 2200℃로 열간 프레스하여 이로적 밀도에 대응하는 15.68 g/cm3밀도를 갖는 고형체를 제조하였다. 또한, 코발트 금속 파우더와 예합금된 철-코발트 금속 파우더(코발트 함량: 50%)를 1000℃에서 프레스하여 사실상 이론적 밀도를 갖는 조밀체를 제공하였다. 제1 실험에서, 접촉 전압을 측정하고 이 구조를 탭 공기 포화수 내에 부분적으로 침지시키기 위하여 2개의 고형 부재에 파워 아울렛 전극(power outlet electrode)을 마련함으로써 전기화학적 커플인 텅스텐 카바이드/코발트의 접촉 전압을 측정하였다. 2개의 고형체의 상호 접촉 없이, 330 볼트의 차이를 측정하였는데, 코발트는 텅스텐 카바이드에 대해 음극을 갖는다. 이 차이는 자유 부식 전위를 나타낸다. 고형체가 접촉 상태에 있을 때에(단락), 0.04 mV의 차이가 측정되었는데, 극성의 역전이 관찰되었다. 실험을 반복하였는데, 코발트 부재는 FeCo로부터 제조된 것으로 교체하였다. 자유 부식 전위의 측정값은 극성이 보존된 상태로 0.240 볼트이었다. FeCo와 텅스텐 카 바이드의 고형체가 접촉 상태에 있을 때에, 0.007 mV의 차이가 측정되었는데, 극성의 역전이 발생하였다. Tungsten carbide powder was hot pressed at 2200 ° C. in a hot press to produce a solid having a density of 15.68 g / cm 3 , which corresponds to a logistic density. In addition, cobalt metal powder and prealloyed iron-cobalt metal powder (cobalt content: 50%) were pressed at 1000 ° C. to provide a compact having virtually theoretical density. In a first experiment, the contact voltage of tungsten carbide / cobalt, an electrochemical couple, by providing a power outlet electrode on two solid members to measure the contact voltage and partially immerse the structure in tap air saturated water. Was measured. Without mutual contact of the two solids, a difference of 330 volts was measured, with cobalt having a cathode for tungsten carbide. This difference represents the free corrosion potential. When the solid was in contact (short), a difference of 0.04 mV was measured, with the reverse of the polarity observed. The experiment was repeated and the cobalt member was replaced with one made from FeCo. The measured free corrosion potential was 0.240 volts with polarity preserved. When the solid body of FeCo and tungsten carbide was in contact, a difference of 0.007 mV was measured, and a polarity reversal occurred.

예 1) 내지 예 3)을 서로 비교하였을 때에, 텅스텐 카바이드와 접촉하는 코발트 원소의 존재는 흡입 독성이 발생하는 데에 필요한 필요 조건이지만, 필요한 농도는 코발트가 동일한 부의 철과 예합금될 때에 적어도 20 이상의 요인에 의해 더 크다는 것이 명백해진다.Comparing Examples 1) to 3), the presence of cobalt elements in contact with tungsten carbide is a necessary condition for inhalation toxicity to occur, but the required concentration is at least 20 when cobalt is prealloyed with the same wealth of iron. It becomes clear by the above factor that it is larger.

예 4)는 당업계에 공지된 전기화학의 법칙에 따르면 물 중의 분자 산소의 농도에 따라 임계적으로 좌우되는 WC와 코발트 간의 자유 부식 전위 또는 접촉 전압이 상당한 공헌을 한다는 것을 증명한다. 여기서 측정된 0.33 V는 초경 합금에 대한 전위차 측정으로부터 얻어지는 0.301 내지 0.384 V[R&HM 21, 135(2003)]의 Mori 등의 값과 비교된다. 그러나, 코발트가 철과 합금되면, 철이 코발트보다 덜 불활성이더라도 접촉 전압이 크게 감소된다. 이 현상의 이유는 알려져 있지 않다. 자유 부식 전위가 감소하면, 이에 따라 부식 현상의 구동력이 감소하거나 부식이 더 느리게 진행되고, 생물학적 이용 효능이 마찬가지로 감소된다는 것을 쉽게 알 수 있다. 따라서, 예 4에 설명된 측정 셋업의 자유 부식 전위는 예상되는 경질 재료/바인더 금속 제형의 흡입 독성의 인디케이터로서 기능할 수 있다. 예상되는 흡입 독성의 추가적인 인디케이터는 대응하는 접촉 원소가 소정의 시간 주기에 걸쳐 산소의 존재하에 물과 접촉하자마자 용액이 되는 용해된 바인더 금속의 양이다. 도 2는 사망률에 대해 플롯팅되고 예들에 할당된 에어로졸 농도를 도시하고 있다.Example 4 demonstrates that the free corrosion potential or contact voltage between WC and cobalt, which depends critically on the concentration of molecular oxygen in water, according to the laws of electrochemistry known in the art makes a significant contribution. The 0.33 V measured here is compared with Mori et al. Of 0.301 to 0.384 V [R & HM 21, 135 (2003)] obtained from the potential difference measurement for the cemented carbide. However, if cobalt is alloyed with iron, the contact voltage is greatly reduced even if iron is less inert than cobalt. The reason for this phenomenon is unknown. As the free corrosion potential decreases, it can be readily seen that the driving force of the corrosion phenomena decreases or the corrosion progresses more slowly and the bioavailability is likewise reduced. Thus, the free corrosion potential of the measurement setup described in Example 4 can serve as an indicator of inhalation toxicity of the expected hard material / binder metal formulation. An additional indicator of anticipated inhalation toxicity is the amount of dissolved binder metal that becomes solution as soon as the corresponding contact element comes into contact with water in the presence of oxygen over a predetermined time period. 2 shows the aerosol concentrations plotted against mortality and assigned to the examples.

Claims (23)

적어도 하나의 경질 재료 파우더와 적어도 2개의 바인더 금속 파우더를 포함하는 제형(formulation)으로서, 모든 코발트는 제1 바인더 금속 파우더에 존재하고 제4 주기의 원소인 원소 주기율표의 3족 내지 8족의 하나 이상의 원소와 예합금되며, 원소 Fe, Ni, Al, Mn, Cr 및 이들 원소들의 서로 간의 합금의 파우더들로 이루어진 군으로부터의 적어도 하나의 추가 바인더 금속 파우더가 존재하고, 추가 바인더 금속 파우더는 예합금되지 않은 형태로 어떠한 코발트도 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 제형.A formulation comprising at least one hard material powder and at least two binder metal powders, wherein all cobalt is present in the first binder metal powder and is one or more of Groups 3 to 8 of the Periodic Table of Elements that is an element of the fourth cycle There is at least one additional binder metal powder from the group consisting of elements and prealloyed powders of elements Fe, Ni, Al, Mn, Cr and alloys of one another with each other, and the additional binder metal powder is not prealloyed. Formulations characterized in that they do not contain any cobalt in their raw form. 적어도 하나의 경질 재료 파우더와 적어도 2개의 바인더 금속 파우더를 포함하는 제형으로서, 모든 코발트가 제1 바인더 금속 파우더에 존재하고 원소 주기율표의 3족 내지 8족의 하나 이상의 원소와 예합금되며, 원소 Fe, Ni, Al, Mn, Cr 및 이들 원소들 간의 서로 간의 합금의 파우더들로 이루어지는 군으로부터 적어도 하나의 추가 바인더 금속 파우더가 존재하고, 추가 바인더 금속 파우더는 예합금된 형태로 어떠한 코발트도 함유하지 않으며, 대기압 및 실온에서 공기 포화수에서 측정된 경질 재료와 제1 바인더 금속 파우더 간의 자유 부식 전위는 0.300 볼트 미만이고, 경질 재료는 양극을 갖는 것을 특징으로 하는 제형. A formulation comprising at least one hard material powder and at least two binder metal powders, wherein all cobalt is present in the first binder metal powder and prealloysed with one or more elements of groups 3 to 8 of the Periodic Table of the Elements, element Fe, There is at least one further binder metal powder from the group consisting of powders of Ni, Al, Mn, Cr and alloys of each other between these elements, the further binder metal powder does not contain any cobalt in prealloyed form, The free corrosion potential between the hard material and the first binder metal powder measured in air saturated water at atmospheric pressure and room temperature is less than 0.300 volts, and the hard material has an anode. 적어도 하나의 경질 재료 파우더와 적어도 2개의 바인더 금속 파우더를 포함 하는 제형으로서, 모든 코발트가 제1 바인더 금속 파우더에 존재하고 원소 주기율표의 3족 내지 8족의 하나 이상의 원소와 예합금되며, 철 파우더, 니켈 파우더, FeNi 합금 파우더 및 예합금된 FeNi 합금 파우더로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 추가 바인더 금속 파우더가 사용되고, 추가 바인더 금속 파우더는 예합금되지 않은 형태로 어떠한 코발트도 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 제형.A formulation comprising at least one hard material powder and at least two binder metal powders, wherein all cobalt is present in the first binder metal powder and prealloysed with one or more elements of groups 3 to 8 of the Periodic Table of the Elements, iron powder, Formulations characterized in that at least one additional binder metal powder selected from the group consisting of nickel powder, FeNi alloy powder and prealloyed FeNi alloy powder is used, and the additional binder metal powder does not contain any cobalt in unalloyed form. . 제2항에 있어서, 상기 제1 바인더 금속 파우더에서 코발트의 합금 파트너는 제4 주기의 원소인 것인 제형.The formulation of claim 2, wherein the alloy partner of cobalt in the first binder metal powder is an element of a fourth cycle. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 바인더 금속 파우더에서 코발트의 합금 파트너는 Fe, Ni, Cr, Mn, Ti 및 Al로 이루어지는 군에서 선택된 원소인 것인 제형.The formulation according to claim 1 or 2, wherein the alloy partner of cobalt in the first binder metal powder is an element selected from the group consisting of Fe, Ni, Cr, Mn, Ti and Al. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 바인더 금속 파우더는 합금 형태로 추가 원소를 함유할 수 있는 것인 제형.6. The formulation according to claim 1, wherein the first binder metal powder can contain additional elements in the form of alloys. 제6항에 있어서, 추가 원소로서 Al 및 Cu 중 하나 이상이 사용되는 것인 제형.The formulation of claim 6, wherein at least one of Al and Cu is used as additional element. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 철 파우더, 니켈 파우더, FeNi 합금 파우더 및 예합금된 FeNi 합금 파우더로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 추가 바인더 금속 파우더가 제1 바인더 금속 파우더 외에 더 사용되는 것인 제형.8. The at least one further binder metal powder of claim 1, wherein the at least one additional binder metal powder is selected from the group consisting of iron powder, nickel powder, FeNi alloy powder and prealloyed FeNi alloy powder. Is used in addition to the first binder metal powder. 제1항, 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 대기압 및 실온에서 공기 포화수에서 측정한 경질 재료와 제1 바인더 금속 파우더 간의 자유 부식 전위는 0.300 볼트 미만이고, 경질 재료는 양극을 갖는 것인 제형.The free corrosion potential between the hard material and the first binder metal powder measured in air saturated water at atmospheric pressure and at room temperature is less than 0.300 volts, and the hard material is the positive electrode of claim 1. Formulations having a. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 재료는 티타늄 카바이드, 바나듐 카바이드, 몰리브덴 카바이드 또는 텅스텐 카바이드를 함유하는 것인 제형.The formulation according to claim 1, wherein the hard material contains titanium carbide, vanadium carbide, molybdenum carbide or tungsten carbide. 제10항에 있어서, 상기 경질 재료는 BET 표면적이 0.3 m2/g보다 크고, 바람직하게는 0.5 m2/g보다 크며, 특히 바람직하게는 1 m2/g보다 큰 것인 제형.The formulation of claim 10, wherein the hard material has a BET surface area of greater than 0.3 m 2 / g, preferably greater than 0.5 m 2 / g, particularly preferably greater than 1 m 2 / g. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 바인더 금속 파우더 대 추가 바인더 금속 파우더 또는 파우더들의 중량비는 1:10 내지 10:1인 것인 제형.The formulation of claim 1, wherein the weight ratio of first binder metal powder to additional binder metal powder or powders is 1:10 to 10: 1. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, a)철/코발트 및 철/니켈/코발트 로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 예합금된 파우더, b)철 및 니켈로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소 파우더 또는 a)의 성분과 상이한 철/니켈로 이루어지는 예합금된 파우더, c)성분 a) 및 b)의 전체 조성이 최대 90 중량%의 코발트와 최대 70 중량%의 니켈을 함께 함유하는 경질 재료 파우더를 포함하는 것인 제형.The method of claim 1, wherein at least one prealloyed powder selected from the group consisting of a) iron / cobalt and iron / nickel / cobalt, b) at least one selected from the group consisting of iron and nickel Elemental powder of or a prealloyed powder consisting of iron / nickel different from the component of a), c) a hard composition comprising a total composition of components a) and b) together containing up to 90% by weight of cobalt and up to 70% by weight of nickel Formulations comprising a material powder. 제13항에 있어서, 상기 철 함량은 10 중량% 이상인 것인 제형.The formulation of claim 13, wherein the iron content is at least 10% by weight. 제1항에 있어서, 바인더의 전체 조성은 최대 90 중량%의 Co, 최대 70 중량%의 Ni 및 적어도 10 중량%의 Fe이고, 여기서 철 함량은 다음의 부등식을 만족시키며, The composition of claim 1, wherein the total composition of the binder is up to 90% by weight of Co, up to 70% by weight of Ni and at least 10% by weight of Fe, wherein the iron content satisfies the following inequality:
Figure 112009052325909-PCT00005
Figure 112009052325909-PCT00005
(여기서, Fe: 중량%의 철 함량, %Co: 중량%의 코발트 함량, %Ni: 중량%의 니켈 함량), 적어도 2개의 바인더 파우더가 사용되고, 하나의 바인더 파우더는 바인더의 전체 조성보다 철 함량이 낮으며 다른 바인더 파우더는 바인더의 전체 조성보다 철 함량이 높고, 적어도 하나의 바인더 파우더는 철, 니켈 및 코발트로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 2개의 원소로부터 예합금되는 것인 제형.(Wherein Fe: wt% iron content,% Co: wt% cobalt content,% Ni: wt% nickel content), at least two binder powders are used, and one binder powder contains more iron than the total composition of the binder. Wherein the other binder powder has a higher iron content than the overall composition of the binder, and the at least one binder powder is prealloyed from at least two elements selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt.
초경 재료를 제조하기 위한 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 제형의 용도.Use of a formulation according to any one of claims 1 to 15 for producing a cemented carbide material. 소결된 응집체를 제조하기 위한 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 제형의 용도.Use of a formulation according to any one of claims 1 to 15 for producing sintered aggregates. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 제형의 프레스 없이 소결에 의해 얻어질 수 있는 다공성 응집체.Porous aggregates obtainable by sintering without pressing of the formulation according to claim 1. 제18항에 따른 다공성 응집체와, 또한 Al, 이트륨 및/또는 희토류를 포함하는 열 스프레이 파우더.A thermal spray powder comprising the porous aggregate according to claim 18 and also Al, yttrium and / or rare earths. 코발트 함유 금속 제형의 독성 효과를 제어하는 방법으로서, 초경 재료 또는 소결된 다공성 응집체를 제조하기 위해 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 금속 제형을 사용하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.16. A method of controlling the toxic effects of a cobalt containing metal formulation, wherein the metal formulation according to any one of claims 1 to 15 is used to produce a cemented carbide material or a sintered porous aggregate. 코발트 함유 금속 제형의 독성 효과를 제어하는 방법으로서, 성형체 또는 코팅을 제조하기 위해 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 금속 제형과, 제18항에 따른 응집체 또는 제19항에 따른 열 스프레이 파우더를 사용하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.A method of controlling the toxic effects of a cobalt containing metal formulation, the method comprising the metal formulation according to any one of claims 1 to 15 and the aggregate according to claim 18 or the heat according to claim 19 for producing a shaped body or coating. A control method using spray powder. 코발트 함유 금속 제형의 독성 효과를 제어하는 방법으로서, 코발트가 금속 제형에서 원소 주기율표의 3족 내지 8족의 하나 이상의 원소와 예합금되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.A method of controlling the toxic effects of a cobalt containing metal formulation, wherein the cobalt is prealloyed with one or more elements of Groups 3 to 8 of the Periodic Table of Elements in the metal formulation. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 독성 효과는 폐 섬유증 및/또는 초경 합금 폐병을 포함하는 것인 제어 방법.The method of claim 20, wherein the toxic effect comprises pulmonary fibrosis and / or cemented carbide lung disease.
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