KR20150063457A - 경사 기능 재료로 이루어진 신규한 조성물을 갖는 금속 또는 세라믹 물품의 성형방법과 그 성형방법을 포함하는 물품 - Google Patents

경사 기능 재료로 이루어진 신규한 조성물을 갖는 금속 또는 세라믹 물품의 성형방법과 그 성형방법을 포함하는 물품 Download PDF

Info

Publication number
KR20150063457A
KR20150063457A KR1020157010479A KR20157010479A KR20150063457A KR 20150063457 A KR20150063457 A KR 20150063457A KR 1020157010479 A KR1020157010479 A KR 1020157010479A KR 20157010479 A KR20157010479 A KR 20157010479A KR 20150063457 A KR20150063457 A KR 20150063457A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
powder
article
ceramic element
particles
sintered
Prior art date
Application number
KR1020157010479A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102208400B1 (ko
Inventor
존 엠. 킨
리차드 이. 토스
Original Assignee
알로메트 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 알로메트 코포레이션 filed Critical 알로메트 코포레이션
Publication of KR20150063457A publication Critical patent/KR20150063457A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102208400B1 publication Critical patent/KR102208400B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/02—Compacting only
    • B22F1/02—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/18—Non-metallic particles coated with metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B5/00—Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor
    • B23B5/16—Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for bevelling, chamfering, or deburring the ends of bars or tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/16—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by features of a layer formed of particles, e.g. chips, powder or granules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/08—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/08—Metallic powder characterised by particles having an amorphous microstructure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/11—Magnetic recording head
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
    • Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

적어도 두개의 구분되는 분말 전구체로부터, 절삭 또는 성형 공구와 같은 금속 또는 세라믹 구성요소를 제조하는 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 제조 방법은, 매우 단단한 코어 입자들을 매우 거친 바인더와 구조 물질들로 캡슐화함으로써 만들어지는 Tough-Coated Hard Powder(TCHP) 복합 입자들과 같은 복수의 코팅된 입자들을 포함하는 제1 혼합물, 그리고 일반적으로 WC-Co인, 카바이드와 같은, 적어도 하나의 지지 분말을 포함한다. 혼합물은 그린 바디로 성형되고 소결되어 기능에 따라 분리되거나 복수의 요소를 갖는 물품으로 성형된다. 개시된 방법들로부터 만들어진 물품들의 제한되지 않는 실시예들도 개시되어 있으며, 드릴, 밀(mills), 절삭 공구, 성형 공구, 와이어 다이, 그리고 기계 구성요소들을 포함한다.

Description

경사 기능 재료로 이루어진 신규한 조성물을 갖는 금속 또는 세라믹 물품의 성형방법과 그 성형방법을 포함하는 물품{Methods of forming a metallic or ceramic article having a novel composition of functionally graded material and articles containing the same}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2012년 9월 27일에 출원된 미국 가 출원번호 61/706,693 및 2012년 12월 13일에 출원된 미국 가 출원번호 61/736,791의 혜택을 주장하며, 이 발명들 양자는 본 명세서에 참조로로서 통합된다.
본 발명은 다른 조성물들의 분말들의 그린 바디(green body)를 성형한 후, 이 그린 바디를 다진 후에 소결함으로써, 불균일한 조성물들을 갖는 드릴, 밀(mills) 및 절단/성형 도구, 와이어 다이, 또는 기계 부품과 같은, 금속 및 세라믹 물품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
내마모성은 일반적으로 강도에 대한 비용이 증가함에 따라 증가한다는 사실과 함께, 공구의 수명은 여러가지 형태의 마모에 대한 공구의 내성 및 고 하중과 충격에 대한 공구의 반응에 의해 결정된다. 오늘날, 최고의 공구는 최고의 절충점들을 나타내고, 따라서 특별한 용도로 제한된다. 이러한 절충물들을 제한하기 위해, 수명이 긴 공구를 허용하기 위해서 뿐만 아니라 향상된 절삭 속도와 이송속도를 허용하기 위해, 코팅 기술들이 사용되어 왔다. 분말 야금법(Powder Metallurgy)과 소결법(sintering)은 향상된 경도와 인성을 갖는 새로운 물질의 발전으로 이어져 왔다. 하드 코팅(hard coating)을, 이를테면 화학 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD), 물리 증착(Physical Vapor Deposition, PVD), 또는 플라즈마를 활용한 화학 증착(Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition, PACVD)을 통해 소결된 합금에 부가하는 것은 내마모성을 향상시켜왔다.
기계적인 성질들은 라미네이션(Lamination), 제품 기하학(Part Geometry)을 포함한 다양한 공학적인 수정들을 통해, 그리고 내마모성을 국지적으로 향상시키기 위해 기계적 및/또는 열적 공정을 추가함으로써 향상되어 왔다. 그러나, 이러한 추가적인 공정은 비용과 리드 타임을 추가시켰으며 때때로 브레이징(brazing), 포징(forging), 열처리, 그라인딩(grinding), 또는 랩핑(lapping)과 같은 추가적인 공정 단계를 요구한다.
표면 코팅 해결책은, 코팅 박리 현상(coating delamination)과 사용 중의 균열 현상(다른 코팅과 기판 열팽창율들, 그리고 굽힘 하중과 표면 하중으로 인한)을 포함하는, 몇가지 주요 단점들을 갖고 있고, CVD 공정에서 요구되는 높은 온도(섭씨 900 내지 1200도)는 소결된 부분의 강도나 기하학적 구조를 위해 필요한 열처리와 일치하지 않을 수 있다.
더욱이, 높은 성능을 가진 코팅을 공구의 표면에 대해 사용하더라도, 코팅은 결국 수명을 다하고, 밑에 있는 물질이 절삭 속도로 작동하기에 충분하지 못하면, 공구는 매우 빨리 수명을 다한다. 이러한 공구들이 CVD 코팅을 다시 적용함으로써 보강된다고 하더라도, 코팅의 재적용 또는 수차례의 코팅은 경제적으로 실현 가능하지 않는 것이 일반적이다.
그러한 이유로, 본 발명의 일 목적은, 공구나 물품에서 다른 영역들 사이의 계면들에서 고장나지 않으면서 공구나 물품에서 다른 위치들에 따라 바뀔 수 있는 성질을 가진, 신규한 경사 기능 재료들(FGM)을 제공하는 것이다. 이러한 신규한 FGM은 소결된 그린 분말들과 결합 물질들을 조립함으로써 얻어지는데, 이러한 분말들은 흔하거나 호환 가능한 매트릭스를 가진 플라스틱화된 분말들일 수 있고, 결합 물질들은 디자인된 계면의 과도기적인 구배와 종래 라미나 계면보다 몇배는 강한 결합 강도를 가능하게 한다.
본 발명의 다른 목적은, 공구나 물품의 작업 표면들 및 절단 모서리들에서 이용 가능한 마모, 마찰 계수, 및 인성 성질들의 극한에서 종래의 마모 라미네이트들에 대한 증가를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 자연적이거나 약한 계면들을 받아들이기보다는, 성질들의 디자인되고 조작된 과도기를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, (a) 비싼 물질의 필요량을 줄이고, (b) 연속 압출, 분말 사출 성형(powdered injection molding, PIM), 또는 플라스틱화된 분말 금속들과 세라믹들의 캘린더링, 또는 분말 금속들과 세라믹들의 건 분말 레이어링을 사용하고, (c) 필요한 공정 과정들의 수나 공구나 부품을 만들기 위한 공정 과정들을 줄여서 공정비용을 줄임으로써, 제조의 경제를 제공하는 것이다.
이러한 목적들은 미국 특허 6,372,346에 개시된 거칠게 코팅된 경질 분말들(Tough-Coated Hard Powders, TCHP)과 같이, 다른 타입의 컴팩트화되고 소결된 물질로 공구나 물품을 성형함으로써 얻어지는데, 이러한 미국 특허는 여기에서 그 전체가 참조로서 통합된다. 이러한 물질은 우수한 금속 절삭 공구들과 물품들을 제공하기 위해 필요한 성질들의 조합을 보여준다. 입자들을 결합하여 소결되고, TCHP로 구성되는 물품으로 만드는 결합 물질들의 성질때문에, 라미네이션들간의 계면은 대단히 강하다. 이러한 강도는 그들의 레이어드된 계면들에서 다른 물질들을 맞물리게 하는 독특한 그루브들을 제공하는 압출, 또는 사출 다이, 롤러들, 또는 거푸집들을 이용하여 점진적으로 물질들을 이행함으로써 훨씬 향상된다.
본 발명에 따르면, 경사 기능 재료들의 물품 제조 방법이 제공된다. 이러한 제조 방법은, 앞서 언급한 TCHP와 적어도 하나의 '지지' 분말과 같은 복합 분말을 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 분말은 제1 금속 화합물로 필수적으로 이루어지거나, MaXb 형태의 공식을 갖되 M은 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄, 마그네슘, 구리, 그리고 실리콘으로 이루어진 그룹에서 선택되고, X는 질소, 탄소, 붕소, 황, 그리고 산소로부터 선택된 원소이며, a와 b는 0 초과 14 이하의 숫자들인, 복수의 금속 화합물 복수의 코어 입자들로 구성된다.
한 비제한적인 실시예에 따르면, 코어 입자 물질은 TiN, Ti(C,N), TiC, TiB2, ZrC, ZrN, ZrB2, HfC, HfN, HfB2, TaB2, VC, VN, cBN, hBN, Al2O3, Si3N4, SiB6, SiAlCB, B4C, B2O3, W2B5, WB2, WS2, AlN, AlMgB14, MoS2, MoSi2, Mo2B5, MoB2, MoFeB (철 몰리브덴 붕소화물), 다이아몬드, 그리고 그들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
코어 입자들은 그 위에 제1 금속 화합물과 다른 조성을 갖고, 제1 금속 화합물보다 상대적으로 높은 파괴 인성을 갖는 제2 금속 화합물로 필수적으로 이루어진 중간층을 갖는다. 제2 금속 화합물은 제1 금속 화합물과 결합할 수 있고, 철, 코발트, 니켈, 구리, 티타늄, 알루미늄, 마그네슘, 리튬, 베릴륨, 은, 금, 그리고 백금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 금속과 결합할 수 있다. 코어 입자와 중간층의 조합은 코팅된 입자들을 형성한다.
제1 바인더는 코팅된 입자들 위의 중간층을 덮어씌우고, 바인더는 적어도 하나의 철, 코발트, 니켈, 그들의 혼합물, 그들의 합금, 또는 그들의 금속간 화합물을 포함한다. 일 실시예에서, 코어 입자, 또는 제1 TCHP 분말과는 다른 구성 성분을 갖는 TCHP 분말과 같은, 제2 분말 혼합물이 제2 분말 혼합물로 형성될 수 있다.
TCHP 미립자 물질의 제1 분말과, 성형된 다이들 또는 롤러들을 통한 프리컴팩션 금형(precompaction mold)으로의 압출, 사출, 또는 캘린더링을 위한 제2 분말을 준비하기 위해서, 그들은 높은 점성을 갖지만 흐를 수 있으며 금형화될 수 있는 상태로, 플라스틱화될 수 있다. 일반적으로 여기 묘사된 분말들의 유동성을 추가하기 위해 사용되는 플라스틱화 바인더들은 파라핀 왁스들, 스테아릭 산, 이텔린 비스-스테아라마이드(EBS), 에틸렌 비닐 아세테이트, (폴리 비닐 알코올, 폴리에틸렌 글리콜, 또는 합성 수지와 같은) 가소제(plasticizer), 그리고 앞서 말한 공중합체와 같이 혼합되거나 섞인 유사한 관련 유기 화합물들을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 이러한 가소성 작용제는 압출, 사출, 또는 캘린더링 이전에 또는 동시에 복수의 원소 입자들과 함께 대개 섭씨 30 에서 150도의 범위의 열의 추가로 또는 그러한 열의 추가 없이 혼합된다. 건 분말 레이어링의 경우, 분말들은 질량 흐름의 제어를 받으면서 그들의 조립 지점으로 운반되고 압출기, 인젝터, 또는 캘린더들의 도움이 없이 금형에서 컴팩트화된다. 왁스들은 경화나 디몰딩(demolding) 보조제들로서 사용될 수 있다.
거칠게 코팅된 경질 입자들(Tough-Coated Hard Particles, TCHPs)은 마이크로 구조, 및 몇몇 경우들에서 나노 구조로 설계되는데 이는, 매우 단단한 코어 입자들(입방 질화 붕소, 다이아몬드, 알루미나, 실리콘 카바이드, 그리고 질화 티타늄을 포함)을, 매우 거친 물질들(텅스텐 카바이드 + 코발트 또는 철을 포함)을 캡슐화함으로써 만들어지는데, 이는 경화 공정에서 인접한 매트릭스가 된다. 하나의 TCHP 종류에서, 많은 바람직한 성질들이 공존할 수 있는데 이는 다른 코어 입자 물질들이 그것의 균일하고 거친 기판 안에 존재하기 때문이다. 바람직한 일 실시예에 따르면, TCHP 분말은 중량 기준으로 9 내지 10% 범위의 코발트를 포함한다. 바람직하게 이 물질은 약 16%의 소결 수축을 갖는다.
제1 플라스틱 분말 혼합물 안의 인접한 매트릭스는 거친 지지 매트릭스 제공하는데 이 매트릭스는 내마모 입자들을 제자리에 고정한다. 이 플라스틱 분말 혼합물은 그 주요 기능이 내마모, 낮은 마찰 계수 그리고/또는 열 전도성 및 전기 전도성, 내부식성, 또는 열 팽창 계수와 같이 다른 바람직한 성질들 또는 성질의 조합인, 영역들 안이나 표면들 위에 위치해 있다.
제2 플라스틱 분말 혼합물의 기능은 그 주요 기능이 추가된 파괴 인성, 및/또는 열 전도성 및 전기 전도성, 내부식성, 또는 열 팽창 계수와 같이 다른 바람직한 성질 또는 성질의 조합들인 기판 층 또는 영역들을 제공하는 것이면서 비용을 줄이는 것이다. 일 실시예에서, 제2 복합 분말의 화학적인 조성물은 제1 플라스틱 분말 혼합물의 인접한 매트릭스와 매우 유사하다(또는, 적어도 인접한 매트릭스와 결합되거나 소결될 수 있다.) 이것은 두개의 기판과 비교했을 때 줄어들지 않는 계면 강도를 제공하는 야금의 또는 화학적인 결합이다.
일 실시예에서, 제2 분말은 코발트 코팅된 WC 입자들의 복합이거나 WC-Co 혼합물이거나 철, 공구 철, 스테인리스 철, 티타늄, 알루미늄, 또는 제1 분말의 인접한 매트릭스와 본질적으로 같은, 다른 분말이다.
대신, 제2 분말 조성물은 화학적으로 또는 야금으로 제1 분말의 인접한 매트릭스와 호환가능하고 결합가능하다.
어떤 라미네이션들은 층들 사이의 확산과 결합을 촉진하기 위해, 다른 층들에 존재하는 바인더나 결합 원소들, 혹은 화합물들의 양에 있어 중요한 차이점을 요구하는 반면, 본질적으로 그에 상응하는 바인더나 결합을 갖도록 선택된, 경사 기능 TCHP를 기반으로 한 라미네이션들을 갖는 기판 물질 라미네이션들은 그렇지 않다.
여기에서 설명하는 방법은 상기에서 설명한 바와 같이, 몇가지의 추가적인 TCHP 분말들의 혼합물들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 상기에서 설명한 바와 같이 하나 이상의 지지 파우더들이 개시되어 있고, 상기에서 설명한 바와 같이, 적어도 두개의 TCHP 분말들이 개시되어 있고, 그 예로 MaXb 형태의 공식을 가지며, M은 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄, 마그네슘, 구리, 그리고 실리콘 으로 이루어진 그룹중에서 선택된 금속이고, X는 질소, 탄소, 붕소, 황, 그리고 산소로부터 선택된 원소이며, a와 b는 0 초과 14 이하의 숫자들 중 하나인 금속 화합물로 필수적으로 이루어지는 코어 입자들이 있다.
제한되지 않는 일 실시예에서, 코어 입자 물질은 TiN, Ti(C,N), TiC, TiB2, ZrC, ZrN, ZrB2, HfC, HfN, HfB2, TaB2, VC, VN, cBN, hBN, Al2O3, Si3N4, SiB6, SiAlCB, B4C, B2O3, W2B5, WB2, WS2, AlN, AlMgB14, MoS2, MoSi2, Mo2B5, MoB2, MoFeB ,그리고 다이아몬드와 그들의 혼합물들로 이루어진 그룹중에서 선택된다.
일 실시예에서, 코어 입자 물질은 화학양론의 범위에 있는 혼합된 Fe-Mo-B 화합물을 포함하며, 이는 Co, Ni와 유사한 치관기들로서 대체될 수 있다.
제한되지 않는 다른 실시예에서, 중간층은 Wc, TaC, W2C, 그리고 WC와 W2C의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된다.
제2 혼합물의 코어 입자들은 제1 플라스틱 혼합물에서의 M, X, a, 그리고 b와는 다른 적어도 하나의 M, X, a, 그리고 b를 갖는다. 제2 혼합물의 코어 입자들은 그 위에 중간층을 갖는데, 중간층은 필수적으로 제1 플라스틱 혼합물의 제2 금속 화합물로 이루어진다. 제3 화합물의 코어 입자와 그것의 중간층의 조합은 제2 코팅된 입자들을 형성한다.
다양한 분말 혼합물들은 그린 바디로 형성되어 제1 분말이 그린 바디의 제1 부분을 형성하고, 제2 분말은 그린 바디의 제2 부분을 형성하는 등으로 형성된다.
제한되지 않는, 그린 바디 조립체를 형성, 성형, 그리고 프레싱 하는 방법들은 압출, 공압출, 분말 사출 성형, 테이프-캐스팅, 캘린더링, 건분말 레이어링, 슬러링 캐스팅, 원심 슬러링 캐스팅, 그리고 습분말 스프레잉, 3D 성형을 위한 슬러리, 파이프를 코팅하기 위한 원심 회전, 그리고 습(wet) 스프레잉 포함하며, 이는 축 대칭 형태의 바깥쪽에 층을 쌓기 위함이다.
층들 사이의 진정으로 조작된 전이 영역을 얻기 위해, 가파르게 그루브된 압출 다이들이 압출, 사출, 캘린더링, 또는 건 분말 전달 장치에서 제공될 수 있는데, 이러한 장치는 전이 계면 영역에서 다른 물질들의 신규한 인터로킹 비늘구조를 제공하기 위해 다른 그린 레이어들 사이에 더 밀접한 계면을 제공한다.
마모 영역에서 사용되는 하나의 물질은 TCHP이다. 게다가, 구조 영역에서 사용되는 물질들은 중간층과 결합층 물질들로 이루어지는데, 이것들은 코어 입자들의 부피 비중이 줄어들거나 코어 입자들이 없는 상태로 TCHP에서 사용된다. 이후, 그린 바디 조립체는 컴팩트화되어 컴팩트를 형성하거나 직접 사출되어 성형될 수도 있다. 컴팩트는 이후 소결되어 물품을 형성하게 되는데 이 물품은 다른 성질들을 갖는 영역을 가지며, 그린 바디의 제1 영역은 물품에서 단단하고, 내마모성을 지닌 부분을 형성하고, 그린 바디의 제2 영역은 물품이나 부품에서 거칠고, 강한 하중을 견디는 부분을 형성한다.
신규한, 경사 기능 재료들로써의 그린 분말 혼합물들의 연결부분은 "경사 기능(functional gradient)"이라는 단어에 현실성을 가져다준다. 예를 들어, 그것은 추가 비용 및 긴 공정 시간들을 필요로 하는 열처리나 포징과 같이 일반적으로 열적인 또는 물리적인 동작을 요구하는 기어들이나 캠축들과 같은 자동차 부품들의 몇가지의 작동들에서 성질들을 추가할 수 있다.
본 발명의 추가적인 목적들과 장점들은 앞으로의 설명 부분에서 제시될 것이며, 설명을 통해 명확해지거나 본 발명의 실시를 통해 알 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들과 장점들은 특히 첨부된 청구항의 구성들이나 조합들을 통해 인식되거나 얻어질 수 있다.
앞에서의 일반적인 설명과 상세한 설명은 예시적이며 설명을 위한 것일 뿐이며 청구항에 기재된 본 발명을 제한하지 않는다.
본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부분을 구성하는, 첨부된 도면들은 본 발명의 일 실시예를 보여주며, 설명과 함께 본 발명의 원리들에 대한 설명을 제공하는 역할을 한다.
도 1은 TCHP-FGM 동심형 물품의 소결된 계면을 보여주는 주사형 전자 현미경 사진("SEM")이다.
도 2는 TCHP-FGM 물품의 소결된 계면을 보여주는 SEM이다.
도 3은 TCHP-FGM 물품의 소결된 계면의 단면을 보여주는 것으로서, (A)는 그에 대한 SEM이며, (B)는 후방 산란된 SEM 이다.
도 4는 TCHP 동심형 물품의 소결된 계면을 보여주는 주사형 전자 현미경 사진("SEM")이다.
도 5는 지지 분말이 이 예(와이어 다이 부품)에서 발견되며, C 지지가 제일 적당하고, A 지지는 부적당한 것으로 발견된, 지지 분말이 TCHP-FGM 물품의 소결된 계면의 단면을 보여주는 주사형 전자 현미경 사진("SEM")이다.
도 6은 개시된 본 발명에 따라 제작된 와이어 다이의 개략도(단면)이다.
도 7은 개시된 본 발명에 따라 만들어진 2-물질 FGM 로드의 예를 보여주는 걔략도이다.
도 8은 도 7의 로드의 계면을 25배 확대하여 보여주는 주사형 전자 현미경 사진(SEM)이다.
도 9는 도 7의 로드의 계면을 250배 확대하여 보여주는 주사형 전자 현미경 사진(SEM)이다.
도 10은 개시된 본 발명에 따라 제작된 2-물질 FGM 실린더의 예를 보여주는 개략도이다.
도 11은 제2 실시예에 따라 만들어진 샘플 A의 동심 실린더들의 250배 확대한 계면을 보여주는 주사형 전자 현미경 사진(SEM)이다.
도 12는 제2 실시예에 따라 만들어진 샘플 B의 동심 실린더들의 250배 확대한 계면을 보여주는 주사형 전자 현미경 사진(SEM)이다.
도 13은 제2 실시예에 따라 만들어진 샘플 C의 동심 실린더들의 계면을 200배 확대한 광학 사진이다.
도 14는 제2 실시예에 따라 만들어진 샘플 D의 동심 실린더들의 계면을 200배 확대한 광학 사진이다.
이하, 참조는 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 이루어질 것이다.
용어의 정의
여기에서 사용되는, "경사 기능 재료", 또는 FGM으로 표현된 용어는, 부피에 걸쳐 조성 그리고/또는 구조의 변화에 의해 특징지어진 물질을 의미하는 것으로서, 그로 인해 그에 상응하는 물질의 성질들의 변화를 야기하는 것을 의미한다. 일 실시예에서, FGM 물질에서 부피에 걸쳐 조성 그리고/또는 구조의 변화는 점진적일 수 있다. 다른 실시예에서, 조성 그리고/또는 구조의 변화는 급격할 수 있고, 조성들과 구조들 사이에서 분리된 분리된 계면들을 보여줄 수 있다. 다른 실시예에서, FGM은 상대적으로 물질들 사이에서 분리된 계면들을 가진 물품에 걸쳐 물리적인 성질들의 변화들을 포함할 수 있다. 다른 말로, 본 개시에 의한 FGM 물질은 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 가면서 조성의 변화들을 가진 어떠한 물품도 포함한다. 그것은, 본 개시에 의한 FGM 물질은 일반적으로 전체 물질이 같은 공정 조건들에 노출되는 공정에 의해 만들어지는 것으로 이해될 수 있다.
여기에서 사용되는, "NL-3", 또는 이러한 버전의 용어는, 산화 알루미늄 7.3중량%, 텅스텐 카바이드 82.8중량%, 그리고 코발트 9.9중량%를 갖는 거칠게 코팅된 경질 입자(TCHP)를 의미하는 것이다. 그것은 일반적으로 다음과 같은 물리적 성질을 갖는다: 경도, 록웰, HAR (ASTM B294) 92.5-92.8; 비커스, HV30(ASTM E384) 1700-1750; 파괴 인성, MPa/m (ISO 28079) 12.5-13.5; 그리고 밀도, g/cm3 (ASTM B311) 12.4-12.5. 이 물질은 균일한 미소 구조를 갖는데, 이러한 균일한 미소 구조는 미세한 Al2O3 입자들을 WC 쉘로, 그 다음 Co 쉘로 투입함으로써 이루어지는 캡슐화를 통해 만들어진다.
여기에서 사용되는, "TL-3", 또는 이러한 버전의 용어는, 티타늄 카보나이트라이드 7.3중량%, 텅스텐 카바이드 82.8중량%, 코발트 9.9중량%를 갖는 거칠게 코팅된 경질 입자(TCHP)를 의미하는 것이다. 그것은 일반적으로 다음과 같은 물리적 성질을 갖는다: 경도, 록웰, HAR (ASTM B294) 92.7-92.9; 비커스, HV30 (ASTM E384) 1770-1790; 파괴 인성, MPa/m (ISO 28079) 11.0-11.5; 그리고 밀도, g/cm3 (ASTM B311) 12.75-12.85. 균일하게 분포된 Ti(C,N) 입자들은 종래의 WC-Co 물질들에 비해 향상된 열 전도율을 제공한다. TCHP 코팅 공정은 경화 과정에서의 Ti(C,N) 입자들을 보호하기 위해 Ti(C,N) 입자 각각을 완전히 캡슐화 함으로써 표준 유심(core-rim) 써메트(cermet) 구조를 제거한다.
여기에서 사용되는, "플라스틱 분말", 또는 이것의 변형된 형태의 용어(예를 들어 "플라스틱화된 분말")는, 분말이 조작성 그리고/또는 분말의 유동성, 점성 그리고 컴팩션 성질과 같은 공정 성질들을 향상시키는 첨가제와 혼합된 것을 의미한다. 그러한 첨가제들의 제한되지 않는 예들은 파라핀 왁스들, 스테아릭 산, 에틸렌 비스-스테아라마이드(EBS), 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 글리콜, 그리고 공중합체들을 포함한다. 해당 분야의 기술자가 이해하는 바와 같이, 첨가제는 공정 과정에서 연소되어 사라지며 완성된 소결 물품에서는 남아있지 않다.
여기에서 사용되는, "지지 영역", 또는 이것의 변형된 형태의 용어(예를 들어 "지지 표면")는 물품의 작업을 수행하지 않는, 물품의 부분을 포함하는 것으로 이해된다. 예를 들어, 절삭 공구에서, 지지 영역은 절삭을 수행하지 않는다. 와이어 다이에서, 지지 영역은 뽑아지는 와이어와 접촉하고 있지 않다.
여기에서 사용되는, "지지 분말"은 소결된 물품에서 마지막에 "지지 영역"을 형성하는 분말을 설명하기 위해 사용된다. 일반적으로, 지지 분말은 WC-Co와 같은 카바이드 물질을 포함한다.
여기에서 사용되는, "작업 영역", 또는 이것의 변형된 형태의 용어(예를 들어 "작업 표면")은 물품의 작업을 수행하는, 물품의 부분을 포함하는 것으로 이해된다. 몇가지 예들에서, 작업 영역 또는 작업 표면은 물품의 바깥부분일 수 있다. 예를 들어, 드릴 비트와 같은 절삭 공구에서, 작업 영역은 절삭을 수행하는 바깥 표면이다. 다른 예들에서, 작업 영역이나 작업 표면은 물품의 안쪽부분일 수 있다. 예를 들어, 와이어 다이에서, 작업 영역은 와이어를 압출하는 다이의 내부이며, 따라서 와이어와 직접적인 접촉을 하고 있다. 일반적으로 TCHP 분말을 포함하는 제1 조성물은 소결된 물품의 바깥부분이든 안쪽부분이든 상관없이, 일반적으로 소결된 물품에서 작업 영역을 포함한다.
본 개시의 일 측면은, 거친 매트릭스 물질에서 흩어져있는 거칠게 코팅된 경질 입자("TCHP")로 구성된, 경화된 물질들에 관한 것이다.
여기에서 사용되는, "경화된 물질"은 성형 그리고/또는 압착 공정을 거친 물질을 의미하며, 선택적으로, 고체 또는 실질적으로 고체인 물품을 만들기 위한 열처리 공정과의 조합을 거칠 수도 있다. 본 개시의 몇가지 실시예들에서, 선택적인 열처리 공정은 예를 들어, 소결 그리고/또는 클래딩(cladding)을 포함할 수 있다. 선택적인 열처리 공정은 압착 공정과 함께, 또는 이후에 이루어지는 압착 공정과 함께 수행될 수 있다.
몇가지 실시예들에서, 경화된 물질은 다단계 공정을 통해 만들어진다. 예를 들어, 물질의 구성들은 먼저, 컴팩션, 테이프 캐스팅, 슬러리 캐스팅, 또는 다른 유사 공정들을 통해 성형되고, 열적으로 공정 처리(예를 들어 소결 그리고/또는 클래딩)되어 고체 또는 실질적으로 고체인 물품으로 성형될 수 있다. 몇가지 실시예들에서, 성형과 열처리 공정들은 실질적으로 동시에 수행되는데, 예를 들어 열간 정수압 프레싱, 열 프레싱, 전자 빔 래피드 프로토타이핑(electron beam rapid prototyping), 압출 그리고/또는 롤링을 통해 수행된다.
본 개시에서 사용되기 적합한 TCHP 입자들은, 예를 들어, 적어도 하나의 중간층으로 개별적으로 코팅된 복수의 코어 입자들을 포함하는 분말 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어 Fe, Co, 그리고 Ni 중 적어도 하나를 포함하는, 선택적인 바깥층은 적어도 하나의 중간층 위에 존재할 수 있다. 코어 입자들과 층 물질들은 그들의 물리적 성질들을 전체적인 TCHP 입자들에 전달하기 위한 것이다.
몇가지 실시예들에서, 코어 입자들은, MaXb 의 공식을 가지되, M은 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄, 마그네슘, 그리고 실리콘 중에서 적어도 하나를 나타내고, X는 질소, 탄소, 붕소, 산소, 그리고 황 중에서 적어도 하나를 나타내며, a와 b는 0 초과 14 이하인 숫자들인, 적어도 하나의 금속 물질들 적어도 하나의 제1 화합물을 포함한다. 이러한 금속 물질들 뿐만 아니라, 적어도 하나의 제1 화합물은, 입방정계 질화 붕소(cubic boron nitride; cBN), 육방정 질화 붕소(hexagonal boron nitride; hBN), 그리고 다이아몬드와 같은, 비금속 물질들로부터도 선택될 수 있다. 여기에서 사용되는, "화합물"이라는 용어는 두 원소들로부터 만들어진 물질에 한정되지 않으며, 따라서 다이아몬드 형태의 탄소를 의미할 수도 있다.
해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해하는 바와 같이 결정질 물질들에서, 단위 격자 안에 있는 개개의 원자들은 인접한 단위 격자들과 공유될 수 있다. 따라서, MaXb 형태의 공식에서, 아래 첨자 "a"와 "b"는 0 초과 14 이하의 범위를 갖는 정수들 또는 비-정수들로부터 선택될 수 있다. 몇가지 실시예들에서, 아래 첨자 "a"와 "b"는 0 초과 14 이하의 범위를 갖는 숫자들 중에서 선택될 수 있다.
본 개시의 몇가지 실시예들에서, 코어 입자들은, 다이아몬드, 입방정계 질화 붕소, 그리고/또는 적어도 하나의 제2 원소와 혼합되는 적어도 하나의 주요 원소를 포함하는 적어도 하나의 제1 화합물 중에서 선택된, 적어도 하나의 코어 물질을 포함할 수 있다. 여기서 적어도 하나의 주요 원소는 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄, 마그네슘, 그리고 실리콘 중에서 선택되고, 적어도 하나의 제2 원소는 질소, 탄소, 붕소, 황 그리고 산소 중에서 선택된다.
일반적으로, 코어 입자 물질(제1 화합물)은 단단(즉, 상대적으로 높은 비커스 경도를 나타냄)하고, 대부분의 환경들과 작업 재료들에 대해 내마모성과 내약품성과 같이 특정한 다른 유용한 성질들을 나타낼 수 있다. 그러나, 이러한 물질들은 때때로 제한적인 파괴 인성(균열이 퍼지는 것을 막는 능력)을 가진다.
물론, 다른 금속 그리고 비금속 화합물들도 마찬가지로 본 개시에 따라 코어 입자들로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 몇가지 실시예들에서 적어도 하나의 제1 화합물은 필수적으로 적어도 하나의 화학량적인 화합물로 이루어진다. 게다가, TCHP 분말 개개의 코어 입자들은, 예를 들어, 다른 제1 화합물 물질들로부터 만들어질 수 있다. 유사하게, 개개의 코어 입자들은 제1 화합물 물질들의 혼합물로부터 만들어질 수 있다. 어떤 경우든, 일반적인 목적은 다양한 코어 입자 물질의 성질들을 그들로부터 만들어지는 물품들로 전달하는 데 있다.
여기서 개시된 TCHP의 코어에 사용하기 적합할 수 있는 제1 혼합물 물질들의 예로서, 비금속 물질은 AlB2, Al4C3, AlN, Al2O3, AlMgB14, B4C, 입방정 질화 붕소 (cBN), 육방정 질화 붕소 (hBN), CrB2, Cr3C2, Cr2O3, 다이아몬드, HfB2, HfC, HfN, Hf(C,N), MoB2, Mo2B5, Mo2C, MoS2, MoSi2, NbB2, NbC, NbN, Nb(C,N), SiB4, SiB6, SiC, Si3N4, SiAlCB, TaB2, TaC, TaN, Ta(C,N), TiB2, TiC, TiN, Ti(C,N), VB2, VC, VN, V(C,N), WB, WB2, W2B5, WC, W2C, WS2, ZrB2, ZrC, ZrN, Zr(C,N), ZrO2, 그리고 그들의 혼합물들 또는 합금들로부터 만들어진다. 특히, 비금속 물질은 다이아몬드, 입방정 질화 붕소, Al2O3, B4C, HfB2, MoS2, SiC, Si3N4, TiC, Ti(C,N), WS2, 그리고 그들의 혼합물들 또는 합금들로 필수적으로 이루어진 제1 화합물들로부터 만들어진다.
여기에서 사용되는, "선택된" 또는 "선택되어지는"은 개별적인 구성요소들 또는 두개(또는 그 이상)의 구성요소들의 조의 선택을 나타낸다. 예를 들어, MaXb 형태의 공식에서의 X는 오직 질소, 탄소, 붕소, 산소, 그리고 황 만을 포함하거나 이 구성요소들중 어떤 또는 전체의 혼합물을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 중간층은 코어 입자들의 바깥면의 전체 또는 부분에 적용될 수 있다. 본 개시의 몇가지 실시예들에서, 적어도 하나의 중간층은 실질적으로 개개의 코어 입자의 바깥면에 적용된다. 적어도 하나의 중간층은, 예를 들어, 코어의 적어도 하나의 제1 화합물과 조성이 다른, 적어도 하나의 제2 화합물로부터 만들어질 수 있다. 몇가지 실시예들엥서 적어도 하나의 제2 화합물은 코어의 적어도 하나의 제1 화합물보다 상대적으로 높은 파괴 인성을 가진 물질로부터 만들어진다. 또한, 적어도 하나의 제2 화합물은 적어도 하나의 제1 화합물 그리고/또는 매트릭스 물질과 결합할 수 있다.(자세한 내용은 아래에서 설명하기로 한다.)
본 개시의 몇가지 실시예들에서, 적어도 하나의 제2 화합물은 B4C, W, WC, W2C, SiC, Si3N4, TiB2, Ti(C,N) 중에서 적어도 하나를 포함하며, 이들만 포함할 수도 있고 다른 원소나 물질과의 조합을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 제2 화합물은 필수적으로 W, WC, 그리고/또는 W2C, 선택적으로 Co와의 조합으로 이루어진다. 몇가지 실시예들에서, 적어도 하나의 제2 화합물은 필수적으로 W, WC, 그리고/또는 W2C로 이루어지며, 중량 기준으로 15% 미만, 혹은 심지어 10% 미만의 Co와 같이 약 20% 미만의 Co와의 조합으로 이루어진다. 물론, 적어도 하나의 중간층은 위에서 설명한 바보다 많은 혹은 적은 Co를 포함할 수도 있다. 게다가, 적어도 하나의 중간층의 Co의 함량은 상기 언급한 범위들 이내에서 증가하며 변할 수 있다.
TCHP 분말들은 어떤 형태든 가질 수 있는데, 예를 들어, 뭉툭한, 정사각형의, 직사각형의, 타원형의, 구형의, 조각 형태의, 철사 형태의, 판상의, 또는 비정형적인 형태를 가질 수 있다. 본 개시의 몇가지 실시예들에서, TCHP 입자들은 본질적으로 구형이다. 본 개시의 또다른 실시예들에서, TCHP 입자들은 비정형적인 형태이다. 예를 들어, TCHP 입자들의 모양은 특정한 적용 영역에 맞추어 선택될 수 있는데, 적용 영역은 예를 들어 와이어 드로잉(실질적으로 구 형태)과 금속 절삭/성형(비정형/뾰족한 형태)이 있다.
본 개시에 따른 개개의 TCHP 입자들은 또한, 중간층을 감싸거나 실질적으로 감싸는, 선택적인 물질의 바깥층을 포함할 수 있다. 이러한 개개의 바깥층은, 예를 들어, Co, Fe, Ni, 그리고 그들의 혼합물, 합금들, 그리고 금속간 화합물들과 같은 금속을 포함할 수 있다.
여기에서 설명된 경화 물질들은 또한, 각각의 TCHP 입자들을 감싸거나 실질적으로 감싸고 있는 매트릭스를 포함한다. 매트릭스는 최소 하나의 제3 화합물로부터 형성되는데, 몇가지 실시예들에서 코어 입자들에 비해 상대적으로 높은 파괴 인성을 갖는다. 예를 들어, 매트릭스는 제1 및 제2 입자들을 포함하되, 제1 입자들은 적어도 하나의 텅스텐과 텅스텐 카바이드(예를 들어 WC 그리고/또는 W2C)를 포함하고, 제2 입자들은 Co를 포함한다. 번갈아서 교대로, 또는 제1 및 제2 입자들의 혼합물에 더해서, 매트릭스는 Co와 함께 적어도 하나의 또는 텅스텐과 텅스텐 카바이드의 합금을 포함할 수 있다. 그와 무관하게, 적어도 하나의 제3 화합물에서의 Co의 함량은, 예를 들어, 0 초과 내지 약 20중량% 의 범위 또는 그 이상의 범위일 수 있는데, 예를 들어 5 내지 약 20 중량%, 8 내지 15 중량%, 또는 심지어 약 10 내지 12 중량%일 수 있다. 물론, 적어도 하나의 제3 화합물에서의 Co의 함량은 특정한 적용에 적합하도록 선택될 수 있으며, 상기 언급한 범위들 이내에서 증가하며 변할 수 있다. 게다가, 적어도 하나의 제3 화합물에서의 Co의 총량은 20 중량%보다 높을 수 있다.
몇가지 실시예들에서, 적어도 하나의 제3 화합물(매트릭스)에서의 Co의 함량은 적어도 하나의 제2 화합물(중간층)에서의 Co의 함량보다 많다. 예를 들어, 적어도 하나의 제2 화합물은 0 내지 약 5 중량%보다 많은 Co를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 제3 화합물은 10 내지 약 15 중량%의 Co를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 매트릭스가 중간층보다 많은 Co를 포함하고 있기만 하면, 중간층과 바인더에 대해 이전에 설명된 범위들 내에서 어떠한 양의 Co 함량도 사용될 수 있다. 증가된 Co 함량때문에, 적어도 하나의 제3 화합물(매트릭스)는, 적어도 하나의 제2 화합물(중간층)에 비해 상대적으로 높은 인성 성질들을 갖는다.
몇가지 실시예들에서, 본 개시의 경화 물질들은 상기에서 설명한 적어도 하나의 제1 화합물을 포함한 코어를 가진, 소결된 TCHP 입자들을 포함한다. 이러한 실시예들에서, 적어도 하나의 중간층이 실질적으로 각각의 코어위에 있고, W, WC, 그리고/또는 W2C을 포함하거나 실질적으로 상기 물질들로 이루어져있으며, 선택적으로 Co와 조합될 수 있다. 게다가, 매트릭스의 적어도 하나의 제3 물질은 TCHP 입자들을 포함하거나 실질적으로 포함하고, 0 초과 내지 약 20 중량%의 Co와 함께 W, WC, 그리고/또는 W2C의 혼합물을 포함하거나 필수적으로 이것들로 이루어져있다. 예를 들어, 적어도 하나의 제2 화합물은 5-10 중량%의 Co와 함께 필수적으로 WC 또는 W2C 혼합물로 이루어질 수 있으며, 적어도 하나의 제3 화합물은 10 중량%을 초과하는 Co와 함께, 필수적으로 WC 그리고/또는 W2C 혼합물로 이루어질 수 있는데, 예를 들어, 10 내지 약 20 중량%의 Co 또는 심지어 약 15 내지 약 20 중량%의 Co를 포함할 수 있다.
여기에서 설명된 TCHP는 어떤 적절한 방법에 의해서도 제조될 수 있다. 예를 들어, TCHP는 복수의 코어 입자들을 제공하고, 복수의 코어 입자들 대부분을 주위로 적어도 하나의 중간층을 제공함으로써 제조되되, 코어 입자들은 이전에 설명된, 적어도 하나의 제1 화합물로부터 형성되며, 중간층은 이전에 설명된, 적어도 하나의 제2 화합물로부터 형성된다.
적어도 하나의 중간층은 코어 입자들 위에, 어떤 증착 방법에 의해서든 제공될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 중간층은 화학 증착(chemical vapor deposition), 물리 증착(physical vapor deposition), 플라즈마 증착 그리고/또는 클래딩, 레이저 증착 그리고/또는 클래딩, 마그네틱 플라즈마 증착, 전기화학 증착, 무전해 증착(electroless deposition), 스퍼터링(sputtering), 고체상 합성(solid phase synthesis), 용액 화학 증착(solution chemical deposition) 공정들, 그리고 그들의 조합들 중 적어도 하나의 방법을 통해 코어 입자들 위에 적층될 수 있다. 중간층들을 형성하기 위해 적합한 공정들의 추가적인 제한되지 않는 예들을 위해, 미국 특허 제 6,372,346호와 미국 공개 공보 번호 제 2005/0275143호에 개시된 공정들에 대한 참고문헌이 만들어져있으며, 이들은 여기 참고문헌으로 포함된다.
매트릭스 물질의 입자들은 상기 설명된, 적어도 하나의 제3 화합물, 또는 그것들의 전구체(precursor)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 매트릭스 물질의 입자들은 제1 입자들과 제2 입자들의 혼합물을 포함하되, 제1 입자들은 Co와 함께 적어도 하나의 W, WC, 그리고 W2C를 포함하고, 제2 입자들은 Co를 포함할 수 있다. 번갈아서 교대로, 또는 제1 및 제2 입자들의 혼합물에 더해서, 매트릭스는 Co와 함께 W, WC, W2C중 적어도 하나의 합금을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 매트릭스 분말은 소결, 클래딩 그리고/또는 다른 공정에서, 바람직한 함량의 Co와 함께, W, WC, 그리고/또는 W2C의 혼합물을 만드는 전구체 물질을 포함할 수 있다. 몇가지 실시예들에서, 매트릭스에서의 Co의 함량은 0 초과 약 20 중량%의 범위이다.
TCHP와 매트릭스 입자들은 알려진 혼합 장치들이나 방법들에 의해 혼합될 수 있다. 예를 들어, TCHP와 매트릭스 입자들은 볼 밀링(ball milling), 마모 분쇄(attritor milling), 또는 기계적인 혼합에 의해 혼합될 수 있다. 물론, 다른 혼합 방법들도 사용될 수 있다.
혼합된 분말들은, 예를 들어, 균일한(동종의), 실질적으로 균일한, 또는 불균일한(이종의) 매트릭스 입자들과 TCHP의 분포를 포함할 수 있다. 제한적이지 않은 실시예에서, 혼합된 분말은 균일한 또는 실질적으로 균일한 매트릭스 입자들과 TCHP의 분포로 이루어져 있다.
본 개시에 따른 방법들에 있어서, 입자물질을 물품으로 성형하는 것은 알려진 어떤 방법을 통해서도 이루어질 수 있다. 예를 들어, 혼합 분말은 몰딩에 의해 물품으로 성형될 수 있다. 게다가, 혼합 분말은 분말의 소결 온도보다 낮은 온도에서 혼합된 분말을 컴팩팅 또는 성형을 통하여 소위 말하는 "그린" 물품으로 성형될 수 있다. 예를 들어, 냉압(예를 들어, 냉간 정수압법(cold isostatic pressing))에 의해 성형되되, 물품은 "그린" 물품으로 성형되기 위해 충분한 외부 압력이 가해질 수 있다. 번갈아 교대로, 물품은 열압(예를 들어, 열간 정수압법(hot isostatic pressing))에 의해 미리 성형되되, 분말이 상기 온도, 낮은 온도, 또는 소결 온도 근처에서 가열되는 동안 분말에 외부 압력이 가해질 수 있다. 제한되지 않는, 본 개시의 혼합 분말을 성형하는 다른 성형 방법들은 분말 사출 성형, 가소 압출(Plastified extrusion), 고압 전달 매체(high pressure transmission media), 그리고 래피드 프로토 타이핑을 포함한다.
여기에서 설명된 성형된 물품들에 그린 강도(green strength)를 더하기 위해 혼합 분말에 퓨지티브 바인더들(fugitive binders)이 추가될 수 있다. 그러한 퓨지티브 바인더들에 대해 제한되지 않는 예들은 파라핀 왁스들, 스테아릭 산, 에틸렌 비스-스테아라마이드(EBS), 가소제(예를 들어 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 글리콜, 그리고/또는 합성 수지), 그리고 유사한 유기 화합물들을 들수 있다. 상업적으로 이용 가능한 퓨지티브 바인더의 예는 아크라왁스(Acrawax)이다. 퓨지티브 바인더들은 예를 들어, 약 2중량%의 양만큼 추가될 수 있다. 퓨지티브 바인더는, 소결 단계와 같은 나중 단계에서 연소되어 사라질 수 있다.
성형 물품의 형성에 있어 도움을 주기 위해 혼합 분말에 윤활유들이 추가될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 혼합 분말이 불규칙적으로 성형된 TCHP를 포함할 때, 그들의 컴팩션과 성형에 있어 도움을 주기 위해 윤활유들이 추가될 수 있는데, 이것은 TCHP가 용해에 의해 다듬어지지 않기 때문이다.
게다가, 어떤 TCHP 입자들은 산소 그리고/또는 수분과의 접촉하에 반응 과정을 겪는다. 따라서, 이러한 반응 과정이 일어나는 것을 막기 위해, 중합 또는 불활성 산소 코팅과 같은 보호 코딩이 TCHP 입자들에 적용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 개시에 따라 만들어진 와이어 다이(900)가 단면으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 와이어를 잡아당기기 위한 오리피스(901), 가 작업 영역(905)에 의해 둘러싸여 있는데, 그것은 여기서 개시된 바와 같이 TCHP 분말을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 이 작업 영역은, TiN, Ti(C,N), TiC, TiB, ZrC, ZrN, VC, VN, cBN, Al2O3, Si3N4, SiB6, SiAlCB, W2B5, AlN, AlMgB14, MoS2, MoSi2, Mo2B5, Mo2B, MoFeB (철 몰리브덴 붕소화물), 그리고 다이아몬드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 복수의 코어 입자; 상기 코어 입자들 위에 형성되며, WC, W2C, 공구강, 유리질이면서 결정화된 나노스틸 합금, 실리콘 질화물, 탄탈럼 카바이드(tantalum carbide) 중에서 선택된, 적어도 하나의 화합물을 포함하는 중간층; 및 중간층 위에 형성되며, Co, Fe, Ni, 또는 그들의 조합들을 포함하는 바깥층을 포함한다. 지지 영역(910)이 작업 영역과 인접해 있다. 일 실시예에서, 작업 영역은 WC-Co와 같은 카바이드 물질을 포함할 수 있다.
여기에서 사용되는, "첨가제 제조 공정들(additive manufacturing processes)" 또는 이것의 변형된 형태의 용어들은 디지털 모델로부터 3차원(3D) 고체 물체를 제작하는 공정을 의미한다. 그 결과, 종종 그것은 "3D 프린팅"으로 언급되며 첨가제 공정들을 이용하여 얻어지며, 물체는 물질의 연속적인 층들을 쌓음으로써 만들어진다. 일 실시예에서, 여기에서 사용된 첨가제 제조 공정은 선택적 레이저 소결(selective laser sintering, SLS), 또는 직접 금속 레이저 소결(direct metal laser sintering, DMLS)와 같이, 매체를 소결하여 고체를 성형하기 위한 레이저를 포함한다.
여기에서 설명된 물질들의 TCHP 패밀리는 상대적으로 종래 물질들에 비해, 와이어 드로잉, 금속 절삭, 등과 같은 산업 영역들에 있어 훨씬 높은 작업 수행 능력을 제공하는 기계적인 성질들의 발전을 제공한다. 이러한 작업은, 향상된 효율과 생산성에 있어서의 작업 수행 능력에서의 추가적인 향상을 도모하기 위해 독특한 TCHP들과 신중하게 선택된, 특정한 WC-Co 분말들과 같은 지지 물질들로 이루어진, 기능에 따라 분리된 구조들을 제작하는데 있어, 상상되고 보여져왔던 최근의 신규한 발전을 설명한다.
이러한 새로운 TCHP-FGM 물질들은 프레싱에 의해 만들어져왔고, 코-신터링(co-sintering)을 이용해 최근, TCHP 물질들에 의해 제공되는 것들과 일치하는 다른 바람직한 성질들 중에서 높은 내마모성, 높은 경도, 그리고 높은 열 저항성과 같은 높은 작업 수행 능력을 위해 필요한 성질들을 가진, 경사 기능 재료들(FGM)을 생산하기 위해 신중하게 선택된 WC-Co 분말들을 통해, TCHP 분말들을 개발했다.
전형적인 WC-Co 물질들은 요구되는 적용 영역에서 부적합한 반면, TCHP 물질들은 많은 작업 환경에서 존재하는 높은 열과 마모 환경들을 견딜 수 있다. TCHP 물질들에 의해 제공되는 높은 값들은, 그들의 보다 긴 작업 수명과 향상된 질의, TCHP 다이들에 의해 잡아당겨진 와이어와 같은 제조 부품에 의해 주로 이해될 수 있으나, 그러한 값들을 가져오는 부품의 부분은 "작업 표면"이다. 부품의 "비-작업" 부분을 전형적인 WC-Co 분말로 대체하는 것은 비용을 줄일 수 있고, 또한 어떤 부품들에 있어서는 TCHP에 향상된 성질들을 가져다 줄 수도 있다.
그러한 적용을 의도하기 위한 부품의, 제한되지 않는 일 예는 향상된 TCHP-FGM 와이어 드로잉 다이다. 이 실시예에서, 높은 경도의 "작업" 영역(예를 들어, 와이어 다이의 내부 또는 절삭 공구 부속품의 외부)이 신중하게 선택된 외부의 "지지" 물질(들)을 갖는 TCHP로 구성되도록 구성이 디자인된다. 외부의 WC-Co 부품의 주요한 기능은 TCHP에 걸리는 압축 응력을 전달하고, 작업 중의 열적 팽창에 의해 야기되는 확대를 제한하는 것이다(작업 중 발생하는 열의 분산 역시 FGM의 열 전도성들을 디자인 함으로써 이루어질 수 있다.)
두개의 다른 WC-Co 분말 조성물들을 이용하며, 두개의 WC-Co 물질들은 서로에게 확산되어 두개의 마이크로 구조들은 더이상 충분히 구분되지 않는, 오로지 FGM들을 소결하기 위한 이전에 공개된 시도들과 대조적으로, TCHP와 WC-Co 사이의 어떠한, 상당량의 희석은 발견되지 않았다.
WC-Co FGM들을 소결하기 위한 많은 시도들에서 때때로 코발트의 바람직하지 않은 이송이 일어난다는 점은 잘 알려진 것에 반해, 이러한 형태의 TCHP-FGM의 요소들 사이에서의 코발트의 이송은 최소화된다. 게다가, WC 결정립 성장이 발견되지 않는다는 점에서 WC-Co FGM들의 한계가 극복된다.
결과적으로, 적어도 개시된 TCHP-FGM 물품들과 방법들과 관련된 다음과 같은 장점들이 있을 수 있다.
별개의 FGM 구조를 유지하면서 다양한 분말들 사이의 강한 화학적 결합을 형성
최소화된 코발트 이송; WC 결정립 성장이 없음(WC-Co FGM을 괴롭하는 기술적 문제들)
향상된 내마모성을 위해, 소결된 부품에서 의도적으로 디자인된 압축 응력을 유도함
TCHP-FGM의 적절한 디자인을 통해 작업중에서 생산되는 열을 다루거나 또는 분산
다양한 TCHP-FGM 부품들 - 와이어 다이들, 드릴 공구들을 위한 로드들, 코-신터링(co-sintered)된 공구의 끝부분들, 등.
본 발명에 따라, 물품은 적어도 둘의 서로 다른 분말들로부터 성형되되, 적어도 하나의 분말은 제1 분말이고, 필수적으로 화학량적인, 상기에서 설명한 MaXb 의 공식을 갖는 제1 금속 화합물로 이루어진 복수의 코어 입자들로 필수적으로 이루어진다. 다양한 실시예들에서, 제1 플라스틱 혼합물, 제1 금속 화합물을 포함하는 제1 분말은 대부분 화학량적이고, TiN, Ti(C,N), TiC, TiB2, ZrC, ZrN, ZrB2, VC, VN, cBN, Al2O3, Si3N4, SiB6, SiAlCB, W2B5, AlN, AlMgB14, MoS2, MoSi2, Mo2B5, Mo2B, MoFeB (철 몰리브덴 붕소화물), 그리고 다이아몬드로 이루어진 그룹에서 선택된, 필수적으로 금속 화합물로 구성되어 있다. 이러한 금속 화학물들은 단단하거나, 다른 특정 유용한 기계적인 성질들을 가지고 있으나, 제한적인 파괴 인성을 가지고 있다. 앞서 나열된 화합물들 이외에도, 다른 금속 화합물들도 본 발명에 사용될 수 있다.
앞서 설명된 코어 입자들은 필수적으로 제2 금속 화합물으로 이루어진 중간층으로 코팅되어 있는데, 즉, 이는 입자의 코어를 형성하는 제1 금속 화합물과 조성에 있어서 다르다. 중간층의 화합물은 일반적으로 코어를 형성하는 물질보다 상대적으로 높은 파괴 인성을 갖는다. 게다가, 제2 금속 화합물은 제1 금속 화합물과 결합할 수 있어야 하고 철, 코발트, 니켈, 구리, 티타늄, 알루미늄, 마그네슘, 리튬, 베릴륨, 은, 금, 그리고 백금, 그들의 혼합물들, 그들의 합금들 또는 그들의 금속간 화합물들과 결합할 수 있어야 한다.
제1 혼합물을 구성하는 제1 분말에서, 제2 금속 화합물은 필수적으로 WC-Co로 이루어진다. 아래에서 개시될 내용과 같이, 상대적으로 거칠고 강한 중간층과 단단한 코어의 조합은, 예외적으로 기계적인 성질들과 함께, 그것들로부터 형성되는, 소결된 물질을 제공한다. 코팅된 입자들은 일반적으로 평균적으로 2 마이크로미터보다 작은 입자 사이즈를 갖지며 심지어 1 마이크로미터보다도 작다. 중간층은 일반적으로 코어 입자들 직경의 5% 내지 50%의 범위를 갖는 두께를 갖는데, 예를 들면 코어 입자들 직경의 10% 내지 25%를 갖는다.
물품이나 구성 부품이 금속을 성형 또는 절삭하기 위한 공구인 이상 그것은 상기 제1 분말을 포함하는 소결된 물질로 이루어지며, 그것의 마모와 마찰과 관련된 성질들은 주로 코어 입자들의 성질들의 기능, 소결된 물질에서의 그들의 농도, 그리고 그들의 조합이다. 파괴 인성은 WC-Co 또는 강(steel) 또는 다른 구조적인 매트릭스의 함량의 기능, (만약 코발트가 존재한다면)코발트의 비율, 그리고 소결된 매트릭스의 밀도이다.
물품이 절삭 부속품이고 코어 입자들이 TiN이며 중간층이 WC인 일 실시예에서, TiN의 마찰계수, 그것의 경도와 내마모성에 관한 성질들은 절삭 부속품에 전달되며, 부품의 전체적인 강도와 그것의 균열 확산에 대한 저항은 Ti(C,N) 코어 입자들을 감싸고 있는 WC 층에 의해 향상된다. 상당하게, 부속품의 마모는 이러한 부속품의 특성들의 감소를 초래하지 않을 것인데, 이는 Ti(C,N)이 차차 없어지는 외부 코팅이 아니기 때문이다. 그것은, 닳았을 때 표면을 다시 새롭게 하는, 부속품 물질의 필수적인 부분이다.
제1 혼합물을 포함하는 제1 분말은 코팅된 입자들 위의 중간층을 덮는 바깥층을 더 포함할 수 있다. 바깥층의 기능은 코팅된 입자들을, 합리적인 소결 시간들과 온도들에서 연결하여 빽빽한 소결 물질로 만드는 것이다. 여기에서 바깥층 기능들의 바인더로서 구체화되어 있다. 그것은 철, 코발트, 니켈, 이들의 혼합물, 이들의 합금들, 또는 이들의 금속간 화합물로 구성될 수 있다. 일반적으로 이러한 바인더들은 금속 화합물 입자들의 외부에 형성된 균일한 코팅이며, 실질적으로 연속적인 층의 형태이다. 본 발명에서 사용된 분말들은 미국 특허 6,372,346호 개시되어 있으며 여기에서도 참고문헌으로 포함되어 있다. 본 개시에서 사용되는 입자 분말들은 다이아몬드, cBN 그리고 Ti(C,N)을 포함한다.
다른 실시예에서, 제2 분말에서의 제2 금속 화합물뿐만 아니라 제2 분말에서의 제1 금속 화합물은 WC or W2C이고 바인더는 Co이다. 이러한 실시예에서 제1 분말은 침탄한 텅스텐 카바이드를 형성한다. 바람직한 실시예에서 제2 분말은, Co의 바인더층과 함께 WC 입자들을 포함한다. Co의 중량%는 3 내지 약 25 중량%의 범위일 수 있다. 번갈아서, 제2 분말은 WC와 Co의 혼합물로 이루어질 수 있는데, Co는 3과 25% 사이일 수 있다.
본 발명에 따르면, 기계적인 구성부품이나 금속 성형을 위한 공구와 같은 물품을 제조하는 방법이 제공된다.
제1 혼합물이나 분말 혼합물은, (압출, 사출, 캘린더링, 또는 분말 레이어링; 성형; 컴팩팅; 그리고 소결을 거친 후) 감소된 열, 마모, 크레이터링(cratering)을 만들어내는 작업 표면들과 모서리들에서 강도와 낮은 마찰계수를 갖는 공구나 구성 물질을 형성하도록 처리되고, 보다 적은 공정 전력과 외부의 윤활유들의 보조적인 사용을 요구하도록 처리되어, 궁극적으로 긴 공구 수명으로 이끌고, 더 나은 공정의 제어, 그리고 감소된 환경 영향을 도모할 수 있게 된다. 이러한 물질은 철을 기반으로 한 작업 부품과의 낮은 반응성을 제공하여, 스티킹(sticking)과 확산, 플랭크(flank), 또는 다이 마모를 줄여주고, 결국 이러한 물질로 만들어진 드로잉 다이의 가동 수명을 연장할 수 있게 된다. 게다가, 코어 입자들 위에 있는 거칠고, 강한 중간층 코팅 물질(예를 들어, WC-Co)은 물품을 위한 셀-지지(cellular support) 매크로 구조를 형성하고, 동시에, 단단한 코어 입자들(예를 들어, TiN 또는 B4C)을 위한 완벽하게 들어맞고 단단하게 결합된 보호층을 제공하며, 그들의 위치를 지킬 수 있도록 붙잡고, 내-마모 표면에서의 광학 노출과 견고한 상 유지가 가능하도록 해준다.
또한, 본 제조방법은 제2 혼합물 또는 제2 분말의 분말 혼합물을 성형하는 것을 더 포함한다. 제2 혼합물이나 분말 혼합물은 제1 분말 혼합물로부터 성형된 물질보다 높은 강도와 파괴 인성을 가지며 성형하도록 처리되며, (성형, 제1 혼합물과의 조립, 컴팩팅, 그리고 소결을 거친 후)물품을 위한 구조적인 지지를 성형하도록 디자인된다. 이것은 분말 사출 성형과 압출 분야에서 주요한 추가적인 값을 제공하는데 이는, 주된 코팅된 또는 코팅되지 않은 분말 또는 제2 혼합물의 분말 위의 중간층이 조성에 있어서, 제1 분말 혼합물의 분말 위의 중간층과 바인더 물질과 일치할 수 있기 때문이며, 이는 분말 혼합물 둘다 같고 중량 비율에서도 같을 수 있기 때문이다. 이는 두 혼합물로부터 만들어진 물품들이 조립, 컴팩션, 그리고 소결 이후에, 가능한 가장 높은 강도로, 밀접하게 결합될 수 있도록 한다.
이러한 두 분말 혼합물들은 함께 그린 바디로 형성되는데 제1 혼합물은 그린바디의 제1 부분을 형성하고 제2 혼합물은 그린 바디의 제2 부분을 형성한다. 이를 얻기 위한 예시적인 방법은 분말 사출 성형이다. 다른 예들은 분말 압출, 분말 캘린더링, 테이프 캐스팅 그리고 분말 레이어링이다.
두 혼합물들은 제1 혼합물은 제1 내마모 부분 또는 그린 바디의 부분들을 형성하고 제2 혼합물은, 높은 파괴 인성을 제공하는 그린 바디의 제2 부분을 형성한다. 두 분말 혼합물은 그린 상태에서(green state), 압출, 사출, 캘린더링, 또는 분말 레이어링 공정들을 통해 함께 밀접하게 조립된다. 이는 흔하거나 호환가능한, 두 분말 물질들의 인접 매트릭스가, 종래의 FGM들, 코팅, 또는 라미네이션 입자들과 비교해서 좀 더 강하게 서로 결합하도록 하는데, 분말 혼합물 각각은 플라스틱화될 수 있다. 이는 압출, 사출, 캘린더링, 또는 분말 레이어링 (몰딩) 공정들에 의해, 그린 표면들에 가해지는 가해지는 압력의 도움을 더 받을 수 있다. 분말 혼합물에 대하여 주어진 분말 혼합물에 요구되는 압력은 두개의 상대적인 점성들에 의존한다. 일반적으로, 다른 것에 비하여 그 층의 두께가 증가되어야 하거나, 혹은, 다이 프로파일(die profile) 또는 흐름 캐비티(flow cavity)가 더 복잡할 때, 더 많은 압력이 상대적으로 높은 점성을 가진 분말 혼합물에 요구된다.
조립된 FGM 그린 바디는 컴팩트화(예를 들어 냉간 정수압 프레싱)되어 컴팩트로 성형된다. 이 컴팩트는 이후 가열되어 중합체 바인더 물질을 제거하고 소결되어, 다른 성질들을 가진 부분들을 가진 물품으로 성형되며, 그린 바디의 제1 부분은 단단하고 내마모인, 공구의 절삭 부분을 형성하고, 그린 바디의 제2 부분은 거칠고, 강한 로드를 견딜 수 있는, 공구의 부분을 형성한다. 내 마모 부분(들)의 두께는, 예상되는 마모 또는 더 많거나 더 적은 리그라인드들(regrinds)과 부품의 재활용들에 대비하여 증가하거나 감소할 수 있다.
성형된 블랭크("그린 바디"로도 표현됨)는 컴팩트화되어 컴팩트로 형성된다. 컴팩션은 향상된 강도, 밀도, 형태 규정(shape definition), 그리고 차원적인 제어를 제공한다. 종래의 단축의 그린(소결되지 않은) 분말 컴팩션은 부품의 한 축을 따라, 단단한 위쪽 그리고 아래쪽 펀치들에 의해 가해지는 압력 하에서 수행되었다. 플라스틱화된 분말 또는 블랭크와 같은 분말이 압축되는 다이 공동(die cavity)은 옆방향의 제약을 제공하며 압축됨에 따라 분말에 모양을 제공한다. 공동을 채운 후에, 펀치들은 로딩되어, 20,000~30,000 psi 범위 안의 압축 응력을 분말에 가한다. 더 복잡한 부품들은 고무 코팅들로 뒤덮인 후, 수압 전달 매체를 통해 정수압적으로 압축된다. 이는 냉 경화를 생산하며, 이후에 컴팩트는 펀치들을 움직임으로써 다이로부터 제거되어야 한다.
그린 경화 과정에서, 압축력은 소결을 위한 준비 중에 부품을 제 모양으로 잡아두는 그린 강도(green strength)를 제공하는, 입자간 결합을 만든다. 습윤제(wetting liquids)과 왁스들 또한, 결합 강도를 증가시키기 위해 입자간 물질에 추가될 수 있다. 소결 전에 분말을 압축하는 것은 분말 내에서 공극률(porosity)을 줄여주고 따라서 소결과정에서 적은 수축이 일어나게 된다. 컴팩션에서의 주된 목적은, 최소한의 벽면 마찰과 함께 하되, 소결에 앞서 또는 소결과정에서, 컴팩트 부품의 기하학적 형상을 유지하기 위해 충분한 그린 강도 성질들을 얻는 것이다.
분말 사출 성형은 플라스틱 사출 성형의 원리에 기초하고 있으며, 적응 비용과 높은 형상의 복잡성을 가진 부품들을 생산한다. 사출 성형의 핵심 단계들은 프리믹싱(premixing), 혼합 및 펠레타이징(pelletizing), 사출 또는 압출 몰딩, 용액 디바인딩(debinding) 및 제거, 열적 디바인딩 및 전소결(pre sintering), 그리고 마지막으로, 소결이다. 사용되는 바인더들은 왁스들의 열가소성 혼합물, 중합체들, 오일들, 윤활유들, 그리고 계면활성제들이다. 중합체는 점성 유동 특성을 분말 혼합물에 전달하는데 이는 유동, 성형, 다이 충전, 그리고 균일한 패킹을 돕기 위함이다. 일반적으로 바인더들은 70%의 파라핀 왁스와 30%의 폴리프로필렌을 포함하며, 유동성 뿐만 아니라 바인더 접착력을 분말에 제공하기 위해, 적절한 윤활유들 또는 습윤제(wetting agent)가 함께 할 수 있다. 바인더의 양은 혼합물의 약 40 부피%이고 일반적으로 섭씨 150도의 액체이다. 사출 성형은 사출 메커니즘, 압출기, 또는 캘린더에 의한 공급원료의 공존하는 가열 및 가압을 포함한다. 혼합물은 압출기, 사출 기계, 또는 캘린더에서 섭씨 130 내지 190도 범위에서 가열된다. 분말은, 미리 조정된 부피의 녹은 공급원료를 다이로 공급하기 위해, 스크류의 전방의 스러스트(thrust)나 배럴 안의 램에 의해 공동에 주입된다. 대신에, 플랫하거나 캘린더된 공급 원료가, 라미나 특성들을 유지하기 위해 잘려져서 금형 공동으로 이송될 수 있다.
분말 레이어링은 필수적으로 상기에서 설명한 공정들과 동일하지만 플라스틱 압출기들, 사출기들, 또는 캘린더들이 없이, 건 구성 분말들의 컴팩션 몰드로의, 연속적이고 때때로는 공존하는 이송에 의해 얻어진다. 중합 바인더들은 사용되는데, 혼합물을 플라스틱화하기 위함이 아니라, 몰딩 컴팩션과 부품들의 디몰딩을 돕기 위해 사용된다. 이와 같이, 몰드된 그루브들(molded grooves)뿐만 아니라 계면에서의 구성 입자들의 혼합 그리고 트랜지셔닝(transitioning)을 통해, 어떤 다른 방법에 비해 우수한 전이영역 강도가 얻어질 수 있다.
컴팩트는 이후 소결되어 물품 또는 공구 또는 최종 공구를 형성하기 위해 성형된 공구의 전형태(preform)으로 성형된다. 이러한 FGM 라미나 컴팩트들의 소결은 입자간 결합을 만드는 열적 공정인데, 이러한 입자간 결합은 그린 부품의 성질들을 매우 향상시킨다. 이러한 입자들간의 결합은 융착 네크들(cohesive necks)이 높은 온도에서 접촉하고 있는 입자 포인트들에서 자라면서 일어나는데, 이는 바인더 물질의 녹는점 이하에서 일어날 수 있다. 입자들은 분말과 관련된 높은 표면 에너지를 제거하는 원자의 움직임에 의해 함께 소결된다. 소결 과정에서의 구조적인 변화는 물질 이송 매커니즘을 만드는 확산 과정들에 의존한다. 입자간 네크들이 성장하면서, 다공성의 구조는 수축이 일어나면서 증가적으로 서로 연결된다. 치밀화는 계속되고, 입자간의 구멍은 점진적으로 무너지고 물질은 이론적으로 92 내지 99%의 범위에서 밀도를 높인다.
일 실시예에서, 제2 분말은 0.5 내지 5.0 마이크로 미터 범위의 크기를 갖는 WC-Co를 포함한다. 소결 과정에서, 이 제2 분말은 대략 15 내지 20%가 수축하는데, 예를 들어 16 내지 19%가 수축한다.
몇가지 경우들에서, 소결 과정에서 분말에 압력이 가해진다. 높은 컴팩션 압력들은 밀도를 증가시킨다. TCHP와 함께 하는 경우와 같은, 2상 시스템에서, 액체가 빠른 이송과 빠른 소결을 가능하게 하는, 낮은 녹는 상(low melting phase)을 형성하는 것이 가능하다. 습윤은 첫번째 요구사항인데, 이는 액체는 고체 상 입자들 주위에 막을 형성해야 하기 때문이다. 일단 액체가 형성되면 액체는 입자들을 젖게 하기 위해 흐르고 액상이 증가하면서, 모세관힘(capillary forces)이 구조의 밀도를 높이게 되면서 입자들 사이 공간으로 흐른다. 지속적인 가열과 함께, 고체상은 액체로 용해되고 액체의 양은 고체 요소로 포화될 때까지 증가한다. 액상은 그 후 고체 원자들을 위한 수송체가 되는데, 이는 사이 공간들에서 응집하여 재침전되어 냉각 이후에 제품의 밀도를 증가시킨다.
다른 대기 성분이 사용될 수 있는데 이는 소결 과정에서의 산화 과정과 선경화(preconsolidation)에서 사용되는 윤활유들 및 바인더들을 제거하기 위함이다. 이러한 대기 성분들은 매트릭스에서의 탄소 제어에도 기여할 수 있다. 초기 밀도, 소결 온도, 소결 시간, 물질, 입자 크기, 소결 환경, 그리고 가열 정도는 모두 소결 정도에 영향을 미친다. 소결 정도가 증가됨에 따라, 경도, 강도, 연성, 열/전기 전도성, 내 부식성, 자기 투자율, 그리고 다른 성질들도 향상될 것이다. 동적인 성질들, 예를 들어 피로와 충격 인성은 소결 공정에 가장 민감하다.
블랭크들은 또한, 소위 말하는 액상 소결에 의해 경화될 수 있다. 본 발명의 물질들을 위한 이러한 공정은 미국 특허 7,736,582호에 개시되어 있고, 본 명세서에 참고문헌으로 첨부되어 있다.
상기의 어떤 방법들에서도, 소결 공정을 돕기 위해, 불활성, 침탄, 탈탄 또는 환원(reducing), 질소, 압력 또는 진공상태에서 이루어질 수 있다.
TCHP 물질들의 조합과 신중하게 선택된 지지 물질들, 예를 들어 어떤 WC-Co 분말들, 은 향상된 효율과 생산성을 통해 작업 능력에서의 향상을 도모할 것이다. 본 발명의 WC-Co 지지 분말들에 대한 설명은 아래와 같다.
Figure pct00001
여기서 사용된 TCHP는 소결 수축은 약 16.0%이며, 9.5중량%의 코발트를 포함하고 있다. 결과적으로, WC-Co 분말 C(위에서 16.9%의 소결 수축을 갖는 것으로 나타난)가 TCHP에 좀 더 부합한다. 더 높은 소결 수축을 갖는 다른 WC-Co 분말들은 완성 물품이 수축과 마이크로구조들에서의 균열에서 부합하지 않는 결과로 이끌었다. 도 5에 그러한 구조가 도시되어 있다.
다양한 분말들로부터 TCHP-FGM 물품을 만들기 위한, 전형적인 분말 압축 방법에 대한 제한되지 않는 예는 아래에 나타나 있다.
두개의 구분되는 분말 타입들의 로딩 과정에서 분리를 유지하기 위해 종래의 분말 프레스 위에 얇은 벽의 중공강 튜브(A thin-walled hollow steel tube)(바깥 직경 0.340")이 원통형의 다이 툴링 세트(직경 0.580")의 센터 안에 놓여져 있었다.(TCHP와 WC-Co "지지")
대략 8 그램의 TCHP가 중공관 내부에 놓여져 있었고, 대략 12.5 그램의 WC-Co가 튜브 바깥쪽 위에서, 다이 공동에 놓여져 있었다.
이후, 분말의 방해를 최소화하기 위해 중공관은 신중하게 제거되었고, 이후에 종래와 마찬가지로 10-12 TSI(tons sq. in.)의 압력으로 압축되었다.
이 공정은 같은 TCHP 그레이드를 이용해서 다른 WC-Co 지지 분말들에 대해서도 반복되었다.
모든 그린 부품들은 종래의 흑연 소결 트레이 위에 놓여져서 소결로로 로딩되었다.
그 후, 그린 부품들은 다음 조건하에서 소결되었다: 진공상태의 실온.
온도를 5℃/min의 비율로 440℃로 상승시킴.(분압 약 2 Torr의 Ar과 함께) 440℃에서 120 분간 유지.(분압 약 2 Torr의 Ar과 함께)
진공상태에서 온도를 5℃/min의 비율로 700℃로 상승시킴. 700℃에서 60분간 진공상태에서 유지.
진공상태에서 온도를 5℃/min의 비율로 1250℃로 상승시킴. 1250℃에서 30분간 진공상태에서 유지.
온도를 5℃/min의 비율로 1400℃로 상승시킴.(분압 약 2 Torr의 Ar과 함께) 1400℃에서 105분간 유지.(분압 약 2 Torr의 Ar과 함께) 냉각과정의 첫 1시간동안 분압 약 2 Torr의 Ar과 함께 냉각시킴.
모든 마지막 소결된 부품 무게는 약 20그램이다.(그린은 중량이 약간 더 나가며, 20.5 그램에 가까움)
미리 압축된 TCHP 디스크들과 함께, TCHP-FGM 물품을 성형하기 위한 일반적인 분말 압축 과정의 대체예는 아래에 나타나 있다.
TCHP 디스크들(그린 중량 약 3그램과 함께 직경 0.310")이 먼저 10-12 TSI의 압력하에서 종래의 분말 프레스를 이용해 압축된 후, 옆에 놓여졌다.
다음, 원통형 다이 툴링 세트(직경 0.580")이 분말 프레스 안에 삽입되었다.
압축된 TCHP 디스크가 다이 공동의 바닥에 놓여지고 대략 12그램의 WC-Co 분말이 로딩되어 다이 공동의 나머지 부피를 채웠다.
그 후, 분말들은 10-12 TSI의 압력 하에서 종래와 같이 압축되었다.
이 공정은, 같은 TCHP 그레이드로부터 압축된 디스크들을 이용하여 다른 WC-Co 지지 분말들에 대해서도 반복되었다. 모든 그린 부품들은 종래의 흑연 소결 트레이 위에 놓여져서 소결로로 로딩되었다.
그 후, 그린 부품들은 다음 조건하에서 소결되었다: 진공상태의 실온.
온도를 5℃/min의 비율로 440℃로 상승시킴.(분압 약 2 Torr의 Ar과 함께) 440℃에서 120 분간 유지.(분압 약 2 Torr의 Ar과 함께)
진공상태에서 온도를 5℃/min의 비율로 700℃로 상승시킴. 700℃에서 60분간 진공상태에서 유지.
진공상태에서 온도를 5℃/min의 비율로 1250℃로 상승시킴. 1250℃에서 30분간 진공상태에서 유지.
온도를 5℃/min의 비율로 1400℃로 상승시킴.(분압 약 2 Torr의 Ar과 함께) 1400℃에서 105분간 유지.(분압 약 2 Torr의 Ar과 함께)
냉각과정의 첫 1시간동안 분압 약 2 Torr의 Ar과 함께 냉각시킴.
위에서 설명된 방법들은 적어도 두개의 구별되고 인접한 조성 영역들을 포함하되, 제1 조성 영역은 절삭 또는 압출과 같은, 공구의 작업을 수행하고, 소결된 물품을 성형하기 위해 사용될 수 있으며, 제1 조성영역은, TiN, Ti(C,N), TiC, TiB, ZrC, ZrN, VC, VN, cBN, Al2O3, Si3N4, SiB6, SiAlCB, W2B5, AlN, AlMgB14, MoS2, MoSi2, Mo2B5, Mo2B, MoFeB (철 몰리브덴 붕소화물), 그리고 다이아몬드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 복수의 코어 입자; WC, W2C, 공구강, 유리질이면서 결정화된 나노스틸 합금, 실리콘 질화물, 탄탈럼 카바이드(tantalum carbide) 중에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함하는, 상기 코어 입자들 위의 중간층; 및 Co, Fe, Ni,또는 그들의 조합들을 포함하는, 상기 중간층 위에 형성된 바깥층을 포함한다.
일 실시예에서, 이러한 제1 조성물 영역 또는 작업 영역은 9-10%의 Co를 포함한다.
물품은 또한 제1 작업 영역을 지지하는, 제2 조성 영역을 포함한다. 일 실시예에서, 제2 조성 영역은 WC-Co와 같은 카바이드 물질을 포함한다.
여기에서 설명된 물품들은 일반적으로, 드릴, 밀(mills), 절삭 그리고 성형 공구, 와이어 다이, 그리고 기계적인 구성요소들과 같은, 절삭 또는 성형 물품들인데, 이들의 작업 표면은 실질적으로 제1 조성물을 포함한다.
따라서, 본 개시에 따른 물질들은 물품들의 폭넓은 종류에 있어 사용하기 적합하게 잘 맞춰져있으며, 이러한 물품들은 다음을 포함하지만 이에 한정되지 않는다: 드로잉 다이(예를 들어 와이어 드로잉 다이, 복합 와이어 다이, 에나멜링 와이어 드로잉 다이), 압출 다이, 포징 다이, 절삭 그리고 스탬핑 다이, 성형, 성형 롤러, 사출 성형 몰드, 전단(shears), 드릴, 밀링 그리고 선반 절삭기, 톱, 선반(hobs), 브리치(breaches), 리머, 탭, 그리고 다른 다이들; 기어, 캠, 저널, 노즐, 씰(seals), 밸브 시트(valve seats), 펌프 임펠러, 캡스턴(capstans), 시브(sheaves), 베어링, 그리고 보호막(wear surfaces)과 같은, 개별적인 기계 부품들; 메이팅 부품들(mating parts), 내연기관 로드, 베어링, 분말 금속(P/M) 공정 내에서의 단단한 표면 영역들, 열처리되는 영역에 있는 포징되거나 머시닝된 강(steel) 부품들을 교환하기 위한 통합 코-신터링된 부품들(예를 들어, 캠축, 트랜스미션 부품 등), 그리고 프린터/복사기 부품들을 대체하기 위한 통합 코-신터링된 부품들; 딥 웰 드릴링 비트(deep well drilling bits), 채굴과 땅고르기용 장비를 위한 이(teeth) 모양의 부품, 그리고 강 밀(steel mills)를 위한 핫 롤러들과 같은, 무거운 산업용 물품들; 그리고 헤드를 읽어들이는 메모리 드라이브와 특수 자석과 같은 전기기계적인 부품들.
본 개시의 경화된 물질들은 또한, 예를 들어, 방사성(핵) 물질의 청소 그리고/또는 어밀리어레이션(amelioration)을 위한 기구, 기계, 그리고 다른 물품들의 부품들을 만들기 위해 사용될 수 있다. 제한되지 않는 일 실시예에서, 여기에서 설명된 경화된 물질들은 방사성 물질의 청소 그리고/또는 어밀리어레이션에 사용하기 적합한, 판으로 만들어질 수 있다. 이것과 관련하여, 제한되지 않는 상기 언급된 내용은 상기에서 설명된 복수의 TCHP를 포함하는 경화된 물질로 만들어지되, TCHP는 매트릭스 물질과 혼합되기 전에 니켈과 클래드(clad) 또는 플레이트(plated)된다.
본 개시는 하기 제한되지 않는 실시예를 통해 추가적으로 설명될 수 있으나, 이는 본 개시의 단순한 예시일 뿐이다.
실시예
하기의 실시예들은 본 개시에 따라 만들어진 다양한 FGM 물품들을 설명하는데, 각각은 몇몇 부분에서 거칠게 코팅된 경질 입자(TCHP)를 갖는다. 제1 실시예에서, 한쪽 끝단에서 다른쪽 끝단에 걸쳐 조성에서의 변화를 갖는 고체 FGM 로드들이 만들어지고 테스트되었다. 제2 실시예에서, FGM 실린더들이 실린더의 안쪽에서 바깥쪽에 걸쳐 조성의 변화를 갖도록 만들어지고 테스트되었다.
혼합된 TCHP 분말들의 준비
하기 발명의 실시예에서 사용될, 혼합된 TCHP 분말들을 만들기 위한 공정 단계가 여기에서 설명되며, 출원인의 관련 출원인, 미국 공개 특허 US2011/0030440A1에 더 상세하게 설명되어 있으며 여기에서 참고문헌으로 첨부되어 있다.
밀링 컨테이너를 이용해, 적절한 비율의 TCHP 분말과 WC-Co 매트릭스 분말이 올려진다. 일반적으로, 분말의 총 중량은 약 800g이었다. 따라서, 25 중량%의 TCHP와 75 중량%의 매트릭스를 포함하는 분말 혼합물을 얻기 위해서는, 약 200g의 TCHP와 약 600g의 WC-Co 매트릭스 분말이 사용되었다. 몇가지 예에서, 가공되지 않은 WC-Co 매트릭스 분말은 소량의 파라핀 왁스(2 중량%)를 함유한다.
왁스된 분말이 바람직한 경우, TCHP 입자들의 중량을 토대로, 추가적으로 2%의 파라핀 왁스가 분말 혼합물에 추가되었다. 반대로 왁스되지 않은 분말이 바람직한 경우, 혼합물에 파라핀 왁스가 추가되지 않았다.(즉, 파라핀 왁스의 함량이 가공되지 않은 분말에 존재하는 함량 이상이 아니라는 의미임.)
1.5kg의 밀링 볼의 비율에 대응하는 양에 대해 WC-Co 밀링 볼들: 즉, 800g의 분말 혼합물이 밀링 컨테이너에 더해졌다.
왁스된 분말이 준비되면, 150ml의 적당한 용제(예를 들어, 에탄올)이 분말/밀링 볼에 더해지고, 그로 인한 용액이 혼합되었다. 용액이 흐름 가능한 농도(flowable consistency)를 가질 때까지 추가적인 용제가 더해졌다.
왁스된지 않은 분말의 준비를 위해, 150ml의 적절한 용제(예를 들어, 에탄올)가 분말/밀링 볼에 추가되었고, 최종 용액이 혼합되었다. 용액이 흐름 가능한 농도(flowable consistency)를 가질 때까지 추가적인 용제가 더해졌다.
그 후, 밀링 컨테이너는 공기와의 접촉을 최소화하기 위해 아르곤 가스로 채워진 후 실링되었다. 그리고, 컨테이너는 바람직한 시간동안 롤링 밀 위에 놓여졌는데, 예를 들어 바람직한 속도 하(예를 들면, 100RPM)에서 2시간동안 놓여졌고 그 결과 TCHP/WC-Co 분말의 밀드(milled) 용액이 형성되었다.
하기는 제1 실시예에 따라 준비된 TCHP/WC-Co 분말의 밀드 용액의 전형적인 건조 과정에 대한 제한되지 않는 예이다.
TCHP/WC-Co 분말의 밀드 용액은 큰 사이즈의 체를 통해 열 저항성을 가진 용기(예를 들어, 유리)에 부어졌다. 분말을 만들기 위해 사용된 밀링 컨테이너는 WC-Co 밀링 볼들로부터의 밀드 용액의 잔류량을 제거하기 위해 적당한 용제(예를 들어, 헵탄 또는 에탄올)로 헹구어졌다.
그 후, 열 저항성을 가진 용기는 지속적인 질소의 흐름 하, 예를 들면 2-3 SCFH에서, 약 섭씨 85도의 온도의 건조 오븐에 놓여졌다. 분말은 바람직한 시간동안, 예를 들면 적어도 12시간동안 건조되었다.
분말은 일반적으로 건조 과정에서 딱딱해진다. 분말이 건조되었는지를 확인하기 위해, 스패튤라(spatula)를 이용해 딱딱해진 분말의 일부를 부숴보았다. 딱딱해진 분말이 미세한 분말로 조각나면, 분말이 충분히 건조된 것으로 간주되었다.
왁스된 분말의 경우, 분말이 건조된 이후, 경화를 위한 분말을 준비하기 위해 거친 체(예를 들면, 약 100㎛의 구멍을 가진 것)를 통과하며 압축되었다.
그 후, 건조된 분말들은 나중에 사용하기 위해 아르곤으로 채워진 컨테이너(예를 들어, Nalgene®) 안에 저장되었다.
제1 실시예. 상부와 하부에 서로 다른 물질들을 가진 FGM 고체 로드들
12개의 FGM 2-물질 로드들이 준비되어 아래의 방법에 따라 열간 정수압(HIPed)에 의해 압축되었다. 로드들은 각각 로드의 2/3을 차지하는 상부 물질, 로드의 나머지 1/3을 차지하는 하부 물질을 포함하였다. 본 실시예에서 만들어진 각각의 로드는 3/8" OD x 2.5"를 가진 TCHP/WC-Co FGM 로드를 포함한다. 상부와 하부 부분들에 사용된 특별한 물질들은 다음과 같다.
Figure pct00002
이 실시예에서 사용된 WC-Co 물질은 명목상 3 마이크론의 사이즈를 가진 WC와 15 중량%의 코발트를 포함하며, 다음과 같은 물리적 성질들을 나타낸다: 88.0의 경도(ASTM B294), 11.49MPa/m의 HRA 파괴 인성(ISO 28079), 그리고 14.05g/cm3의 밀도(ASTM B311).
TL-3는 다음과 같은 물리적 성질들을 갖는다: 92.1의 경도(ASTM B294) of, 11.43MPa/m의 HRA 파괴 인성 (ISO 28079), 12.75 g/cm3의 밀도(ASTM B311).
이 실시예에서 사용된 전형적인 분말 프레싱 방법은 분말 프레스에 삽입되는 2-3" 길이의 로드 블랭크들을 압축하기 적합한 다이 툴링 세트를 포함한다.
대략 23그램의 TCHP 분말(TL-3 그레이드)은 다이 공동(die cavity)의 바닥에 놓여진다. 다음, 대략 46그램의 WC-Co 분말(15 중량%의 코발트를 가진, 명목적으로 3 마이크론의 크기를 가진 WC)이 다이 공동의 나머지 부피를 채우기 위해 로딩된다.
그 후, 구별되는 분말들은 전형적으로 10-12 TSI(tons sq. in.)의 압력으로 축방향으로 압축된다. 모든 압축된 그린 부품들은 종래의 흑연 소결 트레이에 놓여져 소결로로 로딩된다.
이후, 그린 부품들은 다음과 같은 조건들 하에서 HIP 소결된다:
진공 상태의 실온에서 시작.
온도를 5℃/min의 비율로 440℃로 상승.(분압 약 2 Torr의 Ar과 함께)
440℃에서 120분동안 정지.(분압 약 2 Torr의 Ar과 함께)
진공 상태에서 온도를 5℃/min의 비율로 1250℃로 상승.
진공 상태에서 1250℃에서 30분간 정지.
온도를 5℃/min의 비율로 1445℃로 상승.(분압 약 2 Torr의 Ar과 함께)
1445℃에서 60분간 정지.(분압 약 2 Torr의 Ar과 함께)
대략 600PSI의 고압 Ar을 투입시킨 후 15-20분간 압력을 유지.
냉각의 첫 한시간동안 분압 약 2 Torr의 Ar과 함께 냉각.
도 7은 본 개시에 따라 만들어진 2-물질 FGM 로드의 예를 도시한 개략도이다. 도 8 및 도 9는 본 실시예에서 설명되고 도 7에 도시된 물품의 계면을 보여주고 각각 25배와 250배로 확대한, 주사형 전자 현미경 사진들(후방 산란 모드)이다.
제2 실시예. 내부와 외부가 각기 다른 물질로 이루어진 FGM 실린더들
네가지 다른 종류의 FGM 2-물질 실린더들이 준비되었으며 여기에서 설명된대로 소결되었으며, 하기는 내부와 외부 물질들에 관한 것이다.
Figure pct00003
전형적인 파우더 프레싱 방법(FGM 실린더들의 경우)
하기는 본 개시에 따라 만들어진 FGM 실린더들을 바우더 프레싱하기 위해 사용된 방법론을 제공한다.
두개의 다른 분말 형태("내부"와 "외부" 물질들)들의 로딩 과정에서의 분리를 유지하기 위해 종래의 분말 프레스 위에서, 얇은 벽을 가진 중공 강관 튜브(hollow steel tube)(외부 직경 0.340")가 실린더 형태의 다이 툴링 세트(직경 0.580")의 중심 내에 배치되었다.
대략 8그램의 TCHP "내부" 분말은 중공관 내부에 놓여지고, 대략 12.5그램의 "외부" 분말은 튜브 외부의, 공동에 놓여진다.
그 후, 중공관은 분말을 방해하는 것을 최소하기 위해 제거되고, 이후에 7.5-10 TSI (tons sq. in.)의 압력하에서 축방향으로 종래에 따라 압축된다.
이 공정은 위의 샘플 테이블에서 보여지는 바와 같이, 다른 "내부"와 "외부" 분말들에 대해서도 반복된다.
모든 압축된 그린 부품들은 이후에 종래의 흑연 소결 트레이에 놓여져 진공 소결로로 로딩되고 아래에 설명된 바와 같이 소결된다.
전형적인 진공 소결 사이클
하기는 본 개시에 따라 만들어진 진공 소결 FGM 실린더들을 위해 사용되는 방법론을 제공한다. 그린 부품들은 이후에 다음과 같은 조건들 하에서 소결된다:
진공 상태의 실온에서 시작.
온도를 5℃/min의 비율로 440℃로 상승.(분압 약 2 Torr의 Ar과 함께)
440℃에서 120분동안 정지.(분압 약 2 Torr의 Ar과 함께)
진공 상태에서 온도를 5℃/min의 비율로 700℃로 상승.
진공 상태에서 700℃/min에서 60분간 정지.
진공 상태에서 온도를 5℃/min의 비율로 1250℃로 상승.
진공 상태에서 1250℃에서 30분간 정지.
온도를 5℃/min의 비율로 1400℃로 상승.(분압 약 2 Torr의 Ar과 함께)
1400℃에서 60분간 정지.(분압 약 2 Torr의 Ar과 함께)
분압 약 2 Torr의 Ar과 함께 냉각 과정의 첫 1시간동안 냉각.
최종 소결된 FGM 부품의 중량은 대략 20 그램임.(그린의 중량은 약간 더 나감, 대략 20.5그램)
도면 11 내지 14는 이번 실시예에서 설명된 샘플들 A 내지 D의 계면은 다양한 배율에 대한, 광학 사진과 주사형 전자 현미경 사진들(후방 산란 모드)이다. 각각의 사진에서 내부와 외부 물질들 사이는 명확히 구분된다.
명확하게 진술되지 않으면, 여기에서 시작된 어떤 방법은 단계들이 특정한 순서대로 수행될 것을 필요로 하는 것으로 이해되어져서는 안된다. 따라서, 방법 청구항들은 사실 단계들에 따른 순서를 나열한 것이거나, 아니면 단계들이 특별한 순서에 제한되도록, 청구항들이나 설명들에서 특별하게 나열된 것이 아니며, 특별한 순서가 암시된 것도 아니다.
상기의 설명은 예시적이며 예시일 뿐이며, 본 개시를 제한하는 것으로 해석되는 것은 아닌 것으로 이해되어져야 한다. 게다가, 여기에서의 다른 실시예들의 여러가지 특징 그리고/또는 특성들은 다른 것들과 조합될 수 있는 것으로 이해되어져야 한다. 그러므로, 수정들과 변형들은 여기 나타난 실시예들에 적용될 수 있으며 다른 방식들도 본 발명의 요지와 범위를 벗어나지 않는 내에서 창안될 수 있다. 본 발명의 요지와 본질을 보여주는 개시된 실시예들의 수정들과 조합들, 서브-조합들, 그리고 변형들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게서 일어날 수 있고, 발명은 첨부된 청구항들과 그들의 균등예들의 범위내의 모든 것을 포함하는 것으로 이해되어져야 한다.

Claims (23)

  1. 금속이나 세라믹 요소의 제조방법에 있어서,
    a) 적어도 하나의 제1 분말을 공급하는 단계로서, 상기 제1 분말은 코어 입자 물질, 상기 코어 입자 물질위의 중간층, 그리고 바깥층이 형성된 복수의 복합 입자들을 포함하고, 상기 코어 입자 물질은 상기 중간층 및 바깥층 모두보다 높은 경도를 가지며, 상기 중간층은 상기 코어 입자 물질 및 바깥층 모두보다 더 큰 파괴 인성(fracture toughness)을 가지는, 상기 단계,
    b) 카바이드 물질을 포함하는 적어도 하나의 제2 분말을 공급하는 단계,
    c) 상기 제1 분말 및 제2 분말 혼합물을 포함하는 그린 바디(green body)를 성형하는 단계로서, 상기 제1 분말의 혼합물은 상기 그린 바디의 제1 부분을 형성하고, 상기 제2 분말의 혼합물은 상기 그린 바디의 제2 부분을 형성하는, 상기 단계,
    d) 상기 그린 바디를 컴팩트로 만들기 위해 몰딩(molding), 프레싱(pressing) 또는 성형하는 단계,
    e) 상기 컴팩트를 소결하여 다른 병치된 성질의 부분을 갖는 물품을 제조하는 단계로서, 상기 그린 바디의 상기 제1 부분은 상기 물품의 강한 내마모성을 갖는 부분을 형성하고, 상기 그린 바디의 상기 제2 부분은 상기 물품의 거칠고, 강한 하중을 견디는 부분을 형성하는 상기 단계,
    를 포함하는 금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 상기 제1 분말은 코어 입자를 포함하되, 상기 코어 입자는, TiN, Ti(C,N), TiC, TiB2, ZrC, ZrN, ZrB2, VC, VN, cBN, Al2O3, Si3N4, SiB6, SiAlCB, W2B5, AlN, AlMgB14, MoFeB (철 몰리브덴 붕소화물), MoS2, MoSi2, Mo2B5, Mo2B, 그리고 다이아몬드를 포함하는 그룹 중에서 선택된 화합물을 포함하는,
    금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 분말은 상기 코어 입자위에 형성된 중간층을 포함하고, 상기 중간층은 WC, W2C, 공구강, 유리질이면서 결정화된 나노스틸 합금, 실리콘 질화물, 탄탈럼 카바이드(tantalum carbide), 혹은 이들의 조합으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함하는,
    금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바깥층은 Co, Fe, Ni, 혹은 그들의 조합을 포함하는,
    금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 분말은 중량 기준으로 9 내지 10%의 Co를 포함하는,
    금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    카바이드 물질을 포함하는 상기 적어도 하나의 제2 분말은 WC-Co를 포함하는,
    금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 WC-Co는 0.5 내지 5.0 마이크로미터 범위의 입자 크기를 갖는,
    금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 그린 바디의 상기 제1 분말 및 제2 분말 혼합물은 20,000 내지 40,000 psi 범위의 압력하에서 조립된,
    금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 몰딩(molding), 프레싱(pressing) 또는 성형은 사출 성형, 압출, 캘린더링, 테이프 캐스팅, 파우더 레이어링, 또는 적어도 하나의 첨가제 제조 공정 중 선택된 적어도 하나의 방법을 포함하는,
    금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 분말과 제2 분말의 혼합물은 상기 그린 바디의 층들을 형성하되, 상기 그린 바디의 층들은 연속된 막대들, 동심 실린더들, 또는 편평한 적층물, 또는 더 복잡한 형상들로 조립되는,
    금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 그린 바디의 상기 제1 분말과 제2 분말의 혼합물은 섭씨 30 내지 200도 범위의 온도에서 조립되는,
    금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 그린 바디 조립체는 컴팩트 과정 이후에 액상 소결, 열 프레싱, 열간 정수압 프레싱(hot isostatic pressing), 신터-HIP, 스파크 플라즈마 신터링, 신터 포징, 마이크로웨이브, 또는 급속 전방향 경화(rapid omnidirectional consolidation) 중에서 선택된 방법으로 소결되는,
    금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 그린 바디 조립체는 불활성, 침탄, 탈탄 또는 환원(reducing), 질소, 압력 또는 진공상태에서 소결되는,
    금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 그린 바디 조립체를 포함하는 상기 제1 분말의 코어 입자와 제2 분말 입자의 직경은 약 0.5 내지 약 30 마이크로미터 범위 안에 있는,
    금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분말이나 상기 제2 분말 중 적어도 하나는 상기 성형 과정과 동시에 혹은 그 전에, 복수의 상기 요소 입자들과 파라핀 왁스, 스테아린 산, 에틸렌 비스-스테아라마이드(EBS), 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 글리콜, 그리고 공중합체들 중에서 선택된 적어도 하나의 첨가제와 함께 혼합되는,
    금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 금속 또는 세라믹 요소는 경사 기능 재료, 또는 복수 성분 물질을 포함하는,
    금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  17. 금속이나 세라믹 요소의 제조방법에 있어서,
    a) 적어도 하나의 제1 형성된 그린 물품을 공급하는 단계로서, 상기 형성된 그린 물품은,
    코어 입자 물질, 그리고 상기 코어 입자 물질 위의 중간층, 그리고 바깥층이 형성된 복수의 복합 입자들을 포함하되,
    상기 코어 입자 물질은 상기 중간층과 상기 바깥층 모두보다 높은 경도를 갖고,
    상기 중간층은 상기 코어 입자 물질과 상기 바깥층 모두보다 더 큰 파괴 인성을 가지는, 상기 단계,
    b) 카바이드 물질을 포함하는, 적어도 하나의 지지 파우더를 공급하는 단계,
    c) 상기 제1 그린 물품과 상기 적어도 하나의 지지 파우더를 포함한 제2 그린 바디를 성형하는 단계,
    d) 컴팩트로 만들기 위해 상기 제1 그린 물품과 상기 지지 파우더를 컴팩팅하는 단계,
    e) 상기 컴팩트를 소결하여 다른 병치된 성질의 부분들을 갖는 물품을 만드는 단계,
    를 포함하는 금속이나 세라믹 요소의 제조방법.
  18. 적어도 두개의 구별되고 인접한 조성 영역들을 포함하는 소결된 물품으로서, 상기 소결된 물품은 제1 조성물과 제2 조성물을 포함하되,
    상기 제1 조성물은,
    TiN, Ti(C,N), TiC, TiB2, ZrC, ZrN, ZrB2, VC, VN, cBN, Al2O3, Si3N4, SiB6, SiAlCB, W2B5, AlN, AlMgB14, MoS2, MoSi2, Mo2B5, Mo2B, MoFeB (철 몰리브덴 붕소화물), 그리고 다이아몬드로 이루어진 그룹 중에서 선택된 화합물을 포함하는 복수의 코어 입자들;
    WC, W2C, 공구강, 유리질이면서 결정화된 나노스틸 합금, 실리콘 질화물, 탄탈럼 카바이드(tantalum carbide), 혹은 이들의 조합으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함하는, 상기 코어 입자 위에 형성된 중간층; 및
    상기 중간층 위에 위치하며, Co, Fe, Ni, 또는 이들의 조합을 포함하는 바깥층; 을 포함하고,
    상기 제2 조성물은 카바이드 물질을 포함하는,
    소결된 물품.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 조성물은 WC-Co를 포함하는,
    소결된 물품.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 조성물은 중량 기준으로 9 내지 10%의 코발트(Co)를 포함하는,
    소결된 물품.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 물품은,
    드릴, 밀(mills), 절단 또는 성형 도구, 드로잉 다이, 압출 다이, 포징 다이, 절단 및 스탬핑 다이, 성형(forms), 성형 롤러, 사출 성형, 전단(shears), 톱, 선반(hobs), 브리치(breaches), 리머, 탭;
    기어, 캠, 저널, 노즐, 씰(seals), 밸브 시트(valve seats), 펌프 임펠러, 캡스턴(capstans), 시브(sheaves), 베어링, 그리고 보호막(wear surfaces) 중에서 선택된 개별적인 기계 부품들;
    메이팅 부품들(mating parts), 내연기관 로드, 베어링, 캠축, 트랜스미션 부품들을 교환하기 위한 통합 코-신터링된 컴포넌트들(integrated co-sintered components); 및
    메모리 드라이브 판독 헤드, 그리고 특수 자석들 같은 전기기계식 컴포넌트들; 을 포함하는,
    소결된 물품.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 물품은,
    실질적으로 상기 제1 조성물을 포함하는 작업 영역; 및
    실질적으로 상기 제2 조성물을 포함하는 지지 영역; 을 포함하는,
    소결된 물품.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 적어도 두개의 구별되고 인접한 조성 영역들은 기능에 따라 나뉜 물질, 또는 복수 성분 물질을 포함하는,
    소결된 물품.
KR1020157010479A 2012-09-27 2013-09-27 경사 기능 재료로 이루어진 신규한 조성물을 갖는 금속 또는 세라믹 물품의 성형방법과 그 성형방법을 포함하는 물품 KR102208400B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261706693P 2012-09-27 2012-09-27
US61/706,693 2012-09-27
US201261736791P 2012-12-13 2012-12-13
US61/736,791 2012-12-13
PCT/US2013/062179 WO2014052754A1 (en) 2012-09-27 2013-09-27 Methods of forming a metallic or ceramic article having a novel composition of functionally graded material and articles containing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150063457A true KR20150063457A (ko) 2015-06-09
KR102208400B1 KR102208400B1 (ko) 2021-01-28

Family

ID=49354934

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157010479A KR102208400B1 (ko) 2012-09-27 2013-09-27 경사 기능 재료로 이루어진 신규한 조성물을 갖는 금속 또는 세라믹 물품의 성형방법과 그 성형방법을 포함하는 물품

Country Status (14)

Country Link
US (1) US9186726B2 (ko)
EP (1) EP2900404B1 (ko)
JP (1) JP6494513B2 (ko)
KR (1) KR102208400B1 (ko)
CN (1) CN105142825A (ko)
BR (1) BR112015006805A2 (ko)
CA (1) CA2886381A1 (ko)
DK (1) DK2900404T3 (ko)
ES (1) ES2896351T3 (ko)
IL (1) IL237925B (ko)
MX (1) MX365368B (ko)
PT (1) PT2900404T (ko)
TW (1) TWI649294B (ko)
WO (1) WO2014052754A1 (ko)

Families Citing this family (90)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7922065B2 (en) 2004-08-02 2011-04-12 Ati Properties, Inc. Corrosion resistant fluid conducting parts, methods of making corrosion resistant fluid conducting parts and equipment and parts replacement methods utilizing corrosion resistant fluid conducting parts
JP5535093B2 (ja) * 2011-01-07 2014-07-02 日立建機株式会社 すべり軸受およびこれを備えた建設機械
US10118259B1 (en) 2012-12-11 2018-11-06 Ati Properties Llc Corrosion resistant bimetallic tube manufactured by a two-step process
WO2015138583A2 (en) * 2014-03-11 2015-09-17 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Thermoelectric power generator and combustion apparatus
US9943918B2 (en) 2014-05-16 2018-04-17 Powdermet, Inc. Heterogeneous composite bodies with isolated cermet regions formed by high temperature, rapid consolidation
CN103978220A (zh) * 2014-05-29 2014-08-13 哈尔滨工具厂 复合成份粉末冶金高速钢及制备方法
CN104030690B (zh) * 2014-06-09 2015-10-07 河海大学 一种氮化钛-二硼化钛-立方氮化硼复合材料的制备方法
US20160039194A1 (en) * 2014-08-08 2016-02-11 Eastman Chemical Company Additive manufacturing using miscible materials
CN104190942B (zh) * 2014-08-19 2016-08-31 天津市华辉超硬耐磨技术有限公司 一种硬质合金的微波烧结方法
WO2016045681A1 (en) * 2014-09-23 2016-03-31 Danske Vaerktoej Aps Thread cutting tap
JP5878604B1 (ja) * 2014-10-21 2016-03-08 アドバンスト・リサーチ・フォー・マニュファクチャリング・システムズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニーＡｄｖａｎｃｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ｌｌｃ 複合材の製造方法
US10144065B2 (en) * 2015-01-07 2018-12-04 Kennametal Inc. Methods of making sintered articles
CN106031948A (zh) * 2015-03-11 2016-10-19 南京中科煜宸激光技术有限公司 一种激光熔覆粉末及制备方法
US9831201B2 (en) 2015-03-11 2017-11-28 Guy F. Burgess Methods for forming pillar bumps on semiconductor wafers
WO2016171715A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 Halliburton Energy Services, Inc. Methods of fabricating ceramic or intermetallic parts
US9975182B2 (en) * 2015-05-13 2018-05-22 Kennametal Inc. Cutting tool made by additive manufacturing
CN104874797B (zh) * 2015-06-05 2017-08-25 西迪技术股份有限公司 一种硬质合金功能梯度材料的成型方法
US20160354839A1 (en) * 2015-06-07 2016-12-08 General Electric Company Hybrid additive manufacturing methods and articles using green state additive structures
CN104972046B (zh) * 2015-07-10 2017-05-03 武汉科技大学 一种功能梯度热锻模及其制造工艺
EP3170602B1 (de) * 2015-11-19 2017-12-27 LMT Fette Werkzeugtechnik GmbH & Co. KG Gewindeformer oder -bohrer und verfahren zur herstellung eines gewindeformers oder -bohrers
EP3170601B1 (de) * 2015-11-19 2018-04-04 LMT Fette Werkzeugtechnik GmbH & Co. KG Gewindeformer oder -bohrer und verfahren zur herstellung eines gewindeformers oder -bohrers
CN105499554A (zh) * 2015-11-27 2016-04-20 宁波市群星粉末冶金有限公司 一种轻量化耐磨汽车齿轮及其制备方法
CN105458256A (zh) * 2015-12-07 2016-04-06 株洲西迪硬质合金科技股份有限公司 一种金属基复合材料及其增材制造方法
CN108883467B (zh) * 2016-04-15 2021-02-02 山特维克知识产权股份有限公司 金属陶瓷或硬质合金的三维打印
US20180010219A1 (en) * 2016-04-21 2018-01-11 Jeong-su Song Method of manufacturing hard metal composition for precious metal
CN106001550B (zh) * 2016-06-03 2018-10-19 广东工业大学 一种以TiC-Ni-Mo2C合金为耐磨相的耐磨金属陶瓷及其制备方法与应用
CN106282717A (zh) * 2016-08-19 2017-01-04 合肥东方节能科技股份有限公司 一种基于微波烧结的硬质合金成型导卫导轮的方法
CN106216662A (zh) * 2016-09-18 2016-12-14 广东工业大学 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用
CN106216663A (zh) * 2016-09-18 2016-12-14 广东工业大学 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法应用
CN106392081B (zh) * 2016-09-18 2019-02-22 广东工业大学 一种表层富含陶瓷相的硬质合金及其制备方法
US20180085829A1 (en) * 2016-09-28 2018-03-29 Hamilton Sundstrand Corporation Adjusting porosity in powder metal articles
EP3535230A4 (en) 2016-11-07 2020-06-24 The Regents of The University of Colorado, A Body Corporate IMPROVED PERFORMANCE OF TECHNICAL CERAMICS
CN106392080A (zh) * 2016-12-09 2017-02-15 大连圣洁热处理科技发展有限公司 一种膛线复合钨钢拉刀
CN106424736A (zh) * 2016-12-09 2017-02-22 大连圣洁热处理科技发展有限公司 一种精密复合拉刀
CN106735167B (zh) * 2016-12-15 2018-05-25 鑫京瑞钨钢（厦门）有限公司 一种超粗晶粒硬质合金梯度钻尾模的制备方法
CN106807944B (zh) * 2017-01-17 2018-11-30 华中科技大学 一种基于粉末床的倾斜结构增材制造工艺方法
US11065863B2 (en) 2017-02-20 2021-07-20 Kennametal Inc. Cemented carbide powders for additive manufacturing
CN106903307B (zh) * 2017-02-28 2018-11-30 中南大学 一种共成形共烧结钨合金/钢复合材料的粉末冶金制备方法
WO2018160297A1 (en) 2017-02-28 2018-09-07 3M Innovative Properties Company Metal bond abrasive articles and methods of making metal bond abrasive articles
CN107099722B (zh) * 2017-05-02 2018-10-02 四川大学 基于碳迁移的表面自润滑Ti(C,N)基金属陶瓷制备方法
US10618109B2 (en) 2017-08-07 2020-04-14 General Electric Company Hybrid pre-sintered preform, green preform, and process
US10662716B2 (en) 2017-10-06 2020-05-26 Kennametal Inc. Thin-walled earth boring tools and methods of making the same
US20190120291A1 (en) * 2017-10-24 2019-04-25 Hamilton Sundstrand Corporation Air bearing
US10682725B2 (en) * 2017-11-30 2020-06-16 The Boeing Company Microstructure refinement methods by mechanical work for additive manufactured materials
US11998987B2 (en) 2017-12-05 2024-06-04 Kennametal Inc. Additive manufacturing techniques and applications thereof
CN108284229B (zh) * 2018-01-26 2020-04-17 上海工程技术大学 一种纳米硬质合金与因瓦合金的烧结连接方法
CN108620595B (zh) * 2018-04-03 2019-06-04 鑫京瑞钨钢（厦门）有限公司 具有多层梯度结构的硬质合金螺丝螺帽模具及其制造方法
CN109001838A (zh) * 2018-06-26 2018-12-14 徐州乐泰机电科技有限公司 一种地质资源勘探用旋转探测装置
CN108707774A (zh) * 2018-06-26 2018-10-26 徐州乐泰机电科技有限公司 一种高硬度合金复合材料的制备方法
JP7269967B2 (ja) 2018-06-28 2023-05-09 ダイヤモンド イノヴェーションズ インコーポレイテッド Ｐｃｂｎ焼結コンパクト
US11213887B2 (en) * 2018-07-02 2022-01-04 Schlumberger Technology Corporation Ultra hard electrically-responsive and environmentally resistant metals for oilfield services
BR112021001588A2 (pt) * 2018-08-20 2021-04-20 Kyocera Fineceramics Precision Gmbh fabricação aditiva de componentes à base de carboneto de silício com partículas de diamante impregnadas
CN109014138B (zh) * 2018-10-05 2023-03-24 重庆玛斯特机械制造股份有限公司 具有可控表面硬化层的凸轮轴铸件
EP3643431A1 (en) 2018-10-27 2020-04-29 Hamilton Sundstrand Corporation Components having low aspect ratio
AU2018447776B2 (en) * 2018-10-30 2024-08-15 Hyperion Materials & Technologies (Sweden) Ab Method of boronizing sintered bodies and tools for cold forming operations and hollow wear parts with boronized sintered bodies
CN109371306A (zh) * 2018-12-15 2019-02-22 宇龙精机科技（浙江）有限公司 一种五轴联动加工的机床
US12103073B2 (en) 2019-03-18 2024-10-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Three-dimensional object formation
US20210362234A1 (en) * 2019-03-18 2021-11-25 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Three-dimensional metal object formation
CN113573828B (zh) 2019-03-25 2024-03-01 肯纳金属公司 增材制造技术及其应用
US20200346365A1 (en) * 2019-05-03 2020-11-05 Kennametal Inc. Cemented carbide powders for additive manufacturing
US20220226894A1 (en) * 2019-05-30 2022-07-21 Stratasys Ltd. Method for sintering objects formed with aluminum powder
CN110218928B (zh) * 2019-06-28 2021-04-06 南京航空航天大学 一种高强韧性Mo2FeB2基金属陶瓷及其制备方法
MX2022001825A (es) * 2019-08-14 2022-04-18 Entek Mfg Llc Componente de extrusora de fabricacion aditiva que incluye un entramado.
CN110653370B (zh) * 2019-09-12 2021-05-04 厦门高时实业有限公司 一种基于双金属粉末注射成型的金刚石绳锯串珠制备方法
JP2022552257A (ja) * 2019-10-10 2022-12-15 リフラクトリー インテレクチュアル プロパティ ゲーエムベーハー ウント コ カーゲー 溶融金属の処理に使用するための静水圧プレス製造物および製造方法
CN110883935B (zh) * 2019-12-20 2024-09-24 广州市尤特新材料有限公司 一种陶瓷旋转靶材的等静压成型模具及方法
ES2843747B2 (es) * 2020-01-20 2023-05-24 Mecanizacion Ind Astillero S A Cilindros para laminacion con un recubrimiento de aleaciones de carburo de tungsteno y procedimiento de obtencion de los mismos
CN113621859B (zh) * 2020-05-06 2022-03-18 四川大学 一种表硬内韧的ya类梯度硬质合金材料
CN111662085B (zh) * 2020-05-09 2021-08-20 西南交通大学 基于非接触式闪烧技术的含有金刚石的碳化钨陶瓷的制备方法
JP2023530592A (ja) * 2020-05-21 2023-07-19 シャーマン＋ライリー，インコーポレイテッド 積層被覆シーブ、これを製造する方法、および機器から発生する音を低減する方法
CN111761067B (zh) * 2020-06-23 2022-04-08 西安理工大学 一种钢基冲压模具及其制备方法
US20230348333A1 (en) * 2020-11-05 2023-11-02 Diamond Innovations, Inc. Cemented tungsten carbide body and method of forming the cemented tungsten carbide body
CN112453407B (zh) * 2020-11-05 2021-12-24 三阳纺织有限公司 滑动件的制作方法、滑动件及应用该滑动件的纺织机械
CN112457016A (zh) * 2020-12-07 2021-03-09 技锋精密刀具（马鞍山）有限公司 一种由复合材料制成的圆形刀片及其制备方法
CN116981528A (zh) 2021-03-15 2023-10-31 株式会社太阳美塔隆 结合固体的制造方法
CN113288481B (zh) * 2021-06-16 2023-05-23 杭州泰利斯医疗科技股份有限公司 椅旁数字化增材纳米氧化锆全瓷冠及其生产方法
SE545894C2 (en) * 2021-06-22 2024-03-05 Sandvik Machining Solutions Ab Method for manufacturing an article comprising cemented carbide and an inserted object
CN113699410B (zh) * 2021-06-30 2022-06-24 佛山国防科技工业技术成果产业化应用推广中心 基于二步法增材的仿蜂窝结构抗冲击钛基体复合材料
WO2023287989A1 (en) * 2021-07-14 2023-01-19 International Diamond Services, Inc. Superhard material-containing objects and methods of production thereof
CN114524669A (zh) * 2022-02-28 2022-05-24 江苏师范大学 一种棒状同心圆结构石榴石基激光透明陶瓷及其制备方法
CN114807657B (zh) * 2022-03-30 2023-08-15 江苏岐铭新材料科技发展有限公司 一种高强高韧多层梯度结构Ti(C,N)基金属陶瓷材料及其制备方法
WO2023220770A1 (en) * 2022-05-17 2023-11-23 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Process of forming a cutting tool with additively deposited cutting edge
CN115029598B (zh) * 2022-07-04 2022-12-09 武汉理工大学 一种ZrB2-Mo梯度材料及制备方法
CN115139391B (zh) * 2022-07-11 2024-01-30 肇庆市晋约科技有限公司 一种新材料制品的生产方法
CN115044819B (zh) * 2022-07-28 2022-11-18 西安稀有金属材料研究院有限公司 一种高硬度原位增强铁基复合材料及其制备方法
CN115178740B (zh) * 2022-08-22 2024-01-16 合肥工业大学 一种钨铜功能梯度材料及其制备方法
CN116136004B (zh) * 2023-04-18 2023-06-16 合肥工业大学 一种梯度式多层级结构的铝基复合材料
CN116422832B (zh) * 2023-04-27 2023-10-13 西安理工大学 耐磨盾构机滚刀刀具及其制备方法
CN117102512B (zh) * 2023-09-15 2024-02-06 华中科技大学 一种双合金件的激光复合增材制造装置及制造方法
CN117790344B (zh) * 2023-12-28 2024-07-19 北京寰宇晶科科技有限公司 一种具有复合cvd金刚石涂层的陶瓷劈刀及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000328170A (ja) * 1999-05-20 2000-11-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 立方晶窒化硼素含有硬質部材及びその製造方法
JP2008502576A (ja) * 2004-06-10 2008-01-31 アロメット コーポレイション 堅い被覆硬質粉体の圧密方法
JP2011219802A (ja) * 2010-04-07 2011-11-04 Noritake Co Ltd コアシェル粒子及びその製造方法
KR20120027125A (ko) * 2009-02-27 2012-03-21 엘리먼트 씩스 게엠베하 초경질 요소, 초경질 요소를 포함하는 공구 및 초경질 요소 제작 방법

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60151277A (ja) * 1984-01-11 1985-08-09 トヨタ自動車株式会社 窒化珪素焼結体の製造方法
JPH04140105A (ja) * 1990-10-01 1992-05-14 Nishimura Togyo Kk 窒化アルミニウムセラミック成形体の製造方法
JP3140475B2 (ja) * 1991-03-28 2001-03-05 科学技術振興事業団 セラミック基板及びその製造方法
JP3132843B2 (ja) * 1991-04-23 2001-02-05 東芝タンガロイ株式会社 高靭性高圧相窒化硼素焼結体
US5762843A (en) * 1994-12-23 1998-06-09 Kennametal Inc. Method of making composite cermet articles
JPH08291356A (ja) * 1995-04-20 1996-11-05 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｃｂｎ焼結体及びその製造方法
ES2526604T3 (es) 1997-05-13 2015-01-13 Allomet Corporation Polvos duros con recubrimiento tenaz y artículos sinterizados de los mismos
JP3764807B2 (ja) 1997-07-17 2006-04-12 北海道 プレス成形用複合金型材およびその製造方法、並びに該複合金型材からなるプレス成形用金型
JPH11100277A (ja) * 1997-09-29 1999-04-13 Toshiba Tungaloy Co Ltd 窒化珪素基焼結体および被覆窒化珪素基焼結体
JP2000135607A (ja) * 1998-10-29 2000-05-16 Sumitomo Electric Ind Ltd センタレスブレードおよびその製造方法
US7736582B2 (en) 2004-06-10 2010-06-15 Allomet Corporation Method for consolidating tough coated hard powders
JP4701402B2 (ja) * 2006-09-15 2011-06-15 独立行政法人産業技術総合研究所 傾斜機能材料及びその製造方法
WO2011017318A1 (en) * 2009-08-04 2011-02-10 Allomet Corporation Tough coated hard particles consolidated in a tough matrix material
US8936750B2 (en) * 2009-11-19 2015-01-20 University Of Utah Research Foundation Functionally graded cemented tungsten carbide with engineered hard surface and the method for making the same
CN101838766B (zh) * 2010-06-22 2015-05-20 华中科技大学 一种梯度结构金属陶瓷刀具及其制备方法
CN102240809B (zh) * 2011-06-24 2015-06-03 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种制备具有显著熔点差异组分的功能梯度复合材料的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000328170A (ja) * 1999-05-20 2000-11-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 立方晶窒化硼素含有硬質部材及びその製造方法
JP2008502576A (ja) * 2004-06-10 2008-01-31 アロメット コーポレイション 堅い被覆硬質粉体の圧密方法
KR20120027125A (ko) * 2009-02-27 2012-03-21 엘리먼트 씩스 게엠베하 초경질 요소, 초경질 요소를 포함하는 공구 및 초경질 요소 제작 방법
JP2011219802A (ja) * 2010-04-07 2011-11-04 Noritake Co Ltd コアシェル粒子及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
IL237925A0 (en) 2015-05-31
EP2900404A1 (en) 2015-08-05
TW201427924A (zh) 2014-07-16
BR112015006805A2 (pt) 2017-08-08
KR102208400B1 (ko) 2021-01-28
CN105142825A (zh) 2015-12-09
US9186726B2 (en) 2015-11-17
CA2886381A1 (en) 2014-04-03
PT2900404T (pt) 2021-11-16
US20140087210A1 (en) 2014-03-27
JP6494513B2 (ja) 2019-04-03
MX365368B (es) 2019-05-30
ES2896351T3 (es) 2022-02-24
IL237925B (en) 2020-02-27
DK2900404T3 (da) 2021-11-15
TWI649294B (zh) 2019-02-01
EP2900404B1 (en) 2021-08-04
WO2014052754A1 (en) 2014-04-03
MX2015003721A (es) 2015-09-23
JP2016500626A (ja) 2016-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102208400B1 (ko) 경사 기능 재료로 이루어진 신규한 조성물을 갖는 금속 또는 세라믹 물품의 성형방법과 그 성형방법을 포함하는 물품
JP6257896B2 (ja) 高靭性マトリックス材料中の固結された高靭性被覆硬質粒子
RU2366539C2 (ru) Способ уплотнения твердых порошков с жестким покрытием
US7736582B2 (en) Method for consolidating tough coated hard powders
CA2345758C (en) Rotary cone bit with functionally engineered composite inserts
JP2014122425A (ja) 堅い被覆硬質粉体の圧密方法
CN110052605B (zh) 一种硬质合金功能梯度材料的制备方法
KR102103376B1 (ko) 초경합금 및 이의 제조방법
US20230013537A1 (en) Superhard material-containing objects and methods of production thereof
Nagel et al. Metal Injection Moulding: Powder Injection Moulding of High Performance Ceramic Metal Composites (Cermets)

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant