KR800000479B1 - 표면경화 로드를 만드는 방법 - Google Patents

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Description

표면경화 로드를 만드는 방법

제1도는 바나듐, 텅스텐, 탄소에 대한 주지된 상평형도를 나타낸다.

제2도는 원자 % 대신에 무게 %를 사용하여 바나듐-텅스텐-탄소의 조성을 정의하기 위한 제1도에서와 동일한 상평형 도표를 나타낸다.

본 발명은 기재(基材)의 표면 경화에 관한 것이다. 특히 본 발명은 표면 경화 물질로서 바나듐 카아바이드 함유 화합물을 사용하여 개선된 마멸저항과 충격저항을 제공하기 위한 기재의 표면경화에 관한 것이다.

예를 들어 금속 표면과 같은 기재의 표면경화 옥시-아세틸렌 핸드북, 제11판, Linde Air products Division of union carbide corporation 또는 용접 핸드북, 제3판(American Welding Society)는 통상 공업적으로 사용되며 예를 들면, 보통 강철관에 넣어진, 주물미립(微粒) 텅스텐 카바이드(W₂C-WC) 또는 코발트와 결합된 WC가 표면 경화법에 의해서, 마멸 내구성 절단기류, 흙, 운반기구 같은 것을 제조하는데 있어서, 철의 합금상에 부착된다. 그러나 알려진 바로는, 베이스 금속과 텅스텐 카아바이드의, 본질적으로 다른 물리적 특성들 때문에, 표면경화 물질이 금속 기질의 용융부위에 불균일하게 분포되는 경향을 갖고 있어 결과적으로 바람직스럽지 못한 강도에 있어서의 차이가 교체화된 표면경화된 표면에 발생할 수 있다는 것이다.

또한, 철과 강철기질상에 주물과 코발트 결합된 텅스텐 카아바이드가 부착되는 도중 기질에 있는 용융철은 약간의 텅스텐 카아바이드를 용해시키고, 냉각될 때 식 3WC+9Fe→Fe₃W₃C+2Fe₃C에 따라 혼합된 카아바이드(FeW)₆C와 Fe₃W₃C의 침전이 초래되어 결과적으로 부착된 텅스텐의 실질적인 소모를 가져와 마멸 내구성이 저하된 상태로 된다.

텅스텐 카아바이드가 표면경화 처리에 사용되는 경우에서는, 텅스텐 카아바이드의 높은 밀도 때문에 적합한 표면경화 처리를 위해서 비교적 큰 무게의 텅스텐 카아바이드가 요구된다.

따라서 본 발명의 목적은 바나듐 카아바이드 함유물질을 사용하여 최소한 통상적인 텅스텐 카아바이드의 사용으로 얻어진 것과 비교될 수 있는 마멸 내구성을 갖는 경화처리된 표면을 생성하는 표면경화 처리법을 제공하는 것이다.

본 발명은 표면경화 물질로서 최소한 하나의 바나듐 카아바이드와 텅스텐으로 구성된 고체물질을 함유한 기질을 표면경화하는 종래의 방법을 개선하는데 있으머, 텅스텐이 존재할 경우에는 각 바나듐 카아바이드에서의 텅스텐의 고체용해 한계에 이르는 양과 조성으로 바나듐 카아바이드와의 고체용액으로 존재하며, 이러한 물질에서의 바나듐 카아바이드류의 총량은 최소한 약 10 무게 %이고, 코발트는 화합물에서의 총 바나듐탄소, 텅스텐의 약 50무게 %의 양으로 존재한다. 위에서 언급된 물질은 하나의 바나듐 카아바이드류로 구성될 수 있으머 또는, 둘 이상의 바나듐 카아바이드의 혼합물로서, 예를 들어 VC형, V₂C형 그리고 중간성 카아바이드류 같은 형태로 형성될 수 있다.

물질에 텅스텐이 존재하는 경우는, 텅스텐은 바나듐 카아바이드나 카아바이드류와 함께 고체용액에 존재하머 그리한 카아바이드 또는 카아바이드류에서의 텅스텐의 고체용해도 한계에 달하는 양만큼 존재한다.

예를 들면, 만약에 물질에 있는 바나듐 카아바이드가 전부 VC형이라면, VC형 카바이드에서의 텅스텐의 고체용해도 한계인 VC의 약 25원자 %(도형 도면의 100영역) 만큼의 양으로 텅스텐은 VC와 함께 고체용액 내에 존재할 수 있다. 물질에 있는 바나듐 카바이드가 모두 V₂C형인 경우에서는, 텅스텐은 한정되지 않은 용해도(도형의 도면에서는 200영역)을 갖지만, 본 발명에 의한 물질은 앞에서 언급된대로 바나듐 카바이드의 최초량만을 함유함이 요구된다. 예를 든다면, 도면의 상(相) 평형 도표 Ⅰ에서 제시된 바와 같이 물질이 VC형과 V₂C형의 카바이드류로 형성된 경우에는, 용액 중 텅스텐의 최대량은 약 65.5무게 %가 될 것이다 :

그러한 물질에서는, 상기한 % 중 약 23.7는 VC형 카바이드를 가진 고체용액일 것이고, 약 39.8%는 V₂C형 카바이드를 가진 고체용액일 것이다. 텅스텐에 대한 앞서 말한 고체용해도 한계치들과 본 발명에 따라서 사용되는 특정한 V-W-C물질의 조성은 DMIC Report 152, Feb 7, 1963, 분류 코오드 195-2-63에 대한 Binary ＆ Ternary Phase Diagrams Supplement에 나타난 도표에 근거한 도형의 제1도의 상평형도표로부터 결정될 수 있다.

“Handbook of Lattice Spacings and Structure of Metals” W.B. Person Vol.2, Pergammon Press 1967 Edition.의 1397페이지에 있는 상평형도표도 또한 유사하게 사용될 수 있으머, 본 명세서상에 또한 참고로 반영되고 있다.

제1도에서의 Ⅰ에서 나타낸 바와 같은 물질을 제조하는데 있어서, V,C,W에 대한 도면의 상평형 도표로부터 결정될 수 있는 백분율들은 원소 V,C,W를 함유하는 개시혼합물에서의 이들 물질들의 백분율로서 사용될 수 있다. 혼합물은 이후에 설명된 바와 같이 처리될 수 있다. 또 한편으로, 개시 혼합물에서와 같은 백분율의 미리 배합된 바나듐 및 탄소와 또한 미리 배합된 텅스텐 및 탄소들도 또한 사용될 수 있다. 또한, 개시물질들이 V₂O₃, WO₃와 같은 산화물들이라면, 에를 들어 일반적인 반응 MO+C, MC+CO에 따라서 산화물들을 금속으로 환원시키기 위해 개시혼합물에 부가적인 탄소가 공급된다.

일반적으로, 개시 혼합물 조성 성분들은 목적치들의 약 5중량% 범위 이내에서 변할 수 있으머, 예를들어 5중량%에 달하는 탄소의 부가적인 양이 공급되며 이는 개시물질의 바나듐 또는 텅스텐 성분과 결합된 부수적인 산소를 확실히 제거하는 것이 중요하다고 생각될 때 이러한 탄소가 공급된다. 특수한 공정장치와 조건들에 대해서는, 적절한 특정 개시 물질의 비율들이 통례적으로 정해질 수 있는 것이다.

이하에서 나타낸 바와 같이, 하나 이상의 바나듐 카바이드 형태가 물질 내에 존재하는 경우는, 텅스텐은 개별적인 바나듐 카바이드류의 고체용해도 한계에 달하는 양만큼 각각의 바나듐 카바이드류 내의 고체용액 안에 존재할 수 있는데, 본 발명에서 채택된 물질이 최소한 규정된 바나듐 카바이드의 최소량을 가져야함이 요구된다. 용해도 한계 이상으로 물질 내에 존재하는 텅스텐은 텅스텐 카바이드를 형성하기 위해서 탄소결합될 것이머, 물질에는 텅스텐 위소가 5중량% 이하로서 실질적으로 존재하지 않도록 하기 위해서 충분한 양의 탄소가 물질의 제조에 사용된다. 철, 닉켈 및 코발트는, 시멘트화된 카바이드류의 제조에 통상적으로 사용되는 양 이상으로 상기한 물질 내에 존재할 수 있으머, 즉, 예를 들어서 집합체 내에서 약 50중량%에 달하거나, 또는 더 좋기로는 0-18% 범위로 존재할 수 있다. 한편 본 발명의 표면경화 처리물질은 본질적으로 화학적으로 결합된 바나듐, 탄소 및 텅스텐으로 구성된 조성물로서도 설명될 수 있는데, 존재하는 것은 상기한 화학적으로 결합된 바나듐 및 탄소와의 고체 용액 내에 조성물 무게의 0%로부터 상기한 화학적으로 결합된 바나듐 및 탄소 내의 텅스텐의 고체용해도 한계에까지 이르는 양으로 존재하머, 또한 코발트, 닉켈 및 철의 집합체 내에서 약 50중량%에 이르는 양으로 존재하고, 상기한 화학적으로 결합된 바나듐 및 탄소는 상기한 조성물의 최소한 10중량%의 양으로 존재한다.

본 발명의 방법에 사용하기 위한 상술한 표면 경화 물질은 또한 유리탄소, 바나듐 및 텅스텐과 같은 부수적인 물질의 집합체 내에 예를 들어 약 5중량%에 달하는 비교적 소량이 함유될 수도 있다. 한편 원소 형태의 바나듐, 텅스텐 및 탄소 그리고 바나듐 및 산화 텅스텐 등을 포함하는 종래의 개시 물질들로부터 상술한 표면 경화 물질을 생성시키는데 어떠한 기지의 기술도 사용될 수 있지만, 본 발명의 방법에서 사용하는 우수한 형태의 표면 경화 물질은 본 발명 명세서에서의 실시예에 의해 설명된 분체냉간압형 및 소결된 물질이다.

이들 실시예에서, 계시 바나듐, 탄소, 텅스텐 및 코발트 물질들은 예를 들어서 약 1,200-1,600℃의 상승된 온도에서, 전기한 물질들을 생산하는데 충분한 시간 즉 1/2-3시간 동안 수소 기체하에서 혼합되고, 밀집되고 소결된다.

본 발명의 특별한 형태는 표면경화금속 기질들로서, 예를 들면 철, 강철, 코발트, 니켈, 알루미늄, 구리, 마그네슘과 이러한 금속들의 합금들에 있어서 사용하기 위한 종래의 형태로 된 표면경화 로드로 구성되어 있다.

이러한 표면 경화 로드는 상기한 목적을 위하여 전술한 바와 같은 표면경화 조성물을 함유하는 철, 강철, 알루미륨, 구리 등과 같은 통상적인 금속들로 구성된 금속 덮개 또는 튜브로 구성되어 있다.

본 발명의 표면 경화법은 종래의 융제를 사용하는 주지된 기체와 전기 용접기술로서, 예를들어 “Master chart of Welding Processes” American Welding Society(1969)에 설명된 기체용접, 아아크 용접 및 기타 방법들로서 사용될 수 있다. 표면 경화 처리된 물체들에 있어서, 실질적으로 모든(80중량% 이상) 적용된 바나듐 카아바이드 물질 및 어떠한 용융 텅스텐도 고체용액 내에 텅스텐을 함유하는 바나듐 카아바이드의 형태로 존재한다.

다시 말하면 비교적 적은 5-20%의 용융, 즉 바나듐 카아바이드나 그것의 용융된 텅스텐이 표면금속내로 녹아 들어가는 현상이 있을 뿐이다.

본 발명의 표면 경화법은 또한 기지의 플라스마 제트 분사 또는 코오팅기술(“Flame Spray Handbook Volume Ⅲ-METCO INC(1965)로서 사용될 수 있다.

전기한 종래의 기술에 의하여 본 발명에 따라서 금속기질들을 표면 경화하는데 있어서, 금속 기질과 적용되는 표면 경화 물질은 야금학적으로 결합된다.

본 발명의 또 다른 형태에 있어서는, 여기에서 설명된 표면 경화물질은, 천연 또는 합성 고무질 또는 수지성 물질들 같은 종래의 접착제류를 사용하여 비금속 기질에 결합되는데 예를 들면, 열경화성 물질로서 페놀류, 폴리에스테르류, 교차결합된 스티렌화된 폴리에스테르류, 열가소성물질로서 폴라술폰류, 에폭시류, 그리고 천연 또는 합성고무와 같은 탄성중합물질들이 합성 고무질 또는 수지성 물질들로 사용된다.

제2도에 관해서는, 편의상 제1도의 분자량 % 단위를 무게 % 단위로 환산하기 위해서 마련된 것이며, 본 발명에 사용하기 위한 바나듐-텅스텐-탄소 물질은 그것의 최소한 95중량%는 바나듐 카아바이드와 텅스텐의 형태이며(고체용액 내에 존재할 때는) 최소한 약 10%의 바나듐 카아바이드를 함유하고, 이는 100′,200′,300′,900, 1,000으로 표시된 영역에서 발견된다. 특히 좋은 물질은 100′의 영역으로 정의된 물질이며 거기서는 텅스텐이 존재할 때는 VC형 카아바이드와의 고체용액 상태로 존재한다. 200′의 영역에서도 텅스텐이 존재할 때는 V₂C형 카바이드와의 고체용액 상태로 존재하여, 300의 영역에서도 텅스텐이 존재할 때는 VC 또는 V₂C형 카아바이드와의 고체 용액 상태로 존재한다.

어느 정도 A영역을 벗어나는 조성물들도 본 발명의 실제에 사용하기에 적합하다. 예를 들면, 100′의 영역보다 약간 위의 600′의 영역에서의 조성물은 결합되지 않은 탄소를 포함하머, 이러한 결합되지 않은 탄소가 물질의 약 5무게%를 초과하지 않는다면, 본 발명의 실시에 적합하다. 이와 유사하게, 5중량% 이하의 결합되지 않는 C, WC, W, 그리고 V를 함유하는 700′,800′,900′또는 1,000, 1,200, 1,300, 1,400 영역의 조성물들은 본 발명의 실제에 사용하는데 적절하다.

본 발명에 따라 특히 사용하기에 유리함이 발견된 V-W-C 조성물은 고체용액 내에 약 10-67무게%의 텅스텐을 함유하는 것이다.

다음 실시예들은 발명에 따른 표면 경화 조성물로 사용하기 위한 물질들을 나타낸다.

[실시예 1]

본 발명의 공정에 사용하기 위해서, 고체용액 내의 약 50-60무게%의 텅스텐과 약 6무게%의 코발트를 함유하는 VC형 물질의 냉간압형 및 소결된 표면 경화 조성물을 얻기 위해서 다음의 물질들이 사용되었다.

(a) 다읍과 같은 분석 조성을 갖는 65메쉬 이하 크기의 혼합된 V₂C+VC를 함유하는 1,978.4g의 상업적으로 시판되는 물질(유니온 카아바이드 코오포레이션) :

82.26% V

14.24% C

0.70% O

0.50% Fe

평형습기와 부수적인 불순물들

(b) 1,412.0g의 UCAR(유니온 카바이드 등록상표) 텅스텐 분말로서 덩어리로 되어 있지 않은 F.S.S-2.0마이크론.

(c) 192.0g의 Acheson(유니온 카바이드 등록상표) 상표의 G39흑연분말로서 100에쉬보다 미세한 크기.

(d) 242.4g의 코발트 분말로서, African Metals Corp. 제품의 극히 미세한 분말.

분말들은 볼 밑(8인치 직경×11인치 높이, 48.4 파운드의 1/2인치 직경의 볼)에 넣고 48시간 동안 52RPM속도로 회전되었다. 48시간 동안 분쇄한 다읍, 물질은 약 38,000psi의 압력에서 1-1/2인치 직경으로 펠레타이징에 의해서 냉간 압연된다.

밀집체들(겉보기 밀도-5.14gr/cc)은 미분쇄기에서 분쇄되어 12×20메쉬크기로 된다. 이러한 과립들은 흑연 그릇에 넣어져서 몰리브덴으로 감겨진 열처리 노(爐)를 통하여 도입된 순수한 수소 기체내에서 소결된다. 소결 싸이클은 다음과 같다.

흑연 그릇은 1/2시간 동안 노의 문 내부에 위치되어 잔류대기 기체들을 확산제거시킨다. 다읍에 이러한 그릇은 900-1,200℃의 온도영역으로 높여져 잔류 산화물들을 환원시키고 환원 생성물들을 제거시킨다. 그 다음 그릇은 1,400℃의 고온대로 1-1/2시간 동안 높여져 냉간압형된 물질을 소결시킨다. 그 다음 그릇은 고온대로부터 물로 냉각된 챔버로 옮겨 12분 안에 상온으로 만든다. 과립들은 약간 서로 결합되어 있으나 조오크러셔에서 쉽게 분리된다. 함유된 코발트 이외에도, 고체용액 내에 텅스텐을 가진 화학적으로 결합된 바나듐 및 탄소의 적어도 약 95무게%의 물질이 형성된다. 앞서의 실시예에서 제조된 바와 같은 냉간압형 및 물질은 조오 크러셔에서 12×32메쉬 크기로 되어 다음 방법에서 표면 경화 물질로서 사용된다.

과립들은 12인치 길이의, 외경 4인치, 내경 0.190인치의 연통튜브 속에 넣어졌다.

과립들은 로드 무게의 약 45%를 규성한다. 그 다음 이러한 로드는 옥시-아세틸렌 토오치를 사용하여 보통 탄소 연강 기재상에 부착되었다. 불꽃은 탈탄(脫炭)을 방지하기 위해서 아세틸렌이 많이 포함되어 있다. 개시점에서, 금속 기질은 발한(Sweating) 온도 즉 표면이 용융점에 도달하는 온도로 되었으머, 로드는 기질에 최초로 침투되도록 부착되었다. 용융된 금속피복은 과립들을 기질에 부착시키며 용융금속이 경화되자 곧 표면 경화 물질과기질 사이에 야금학적인 결합이 형성된다.

이렇게 형성된 경화된 표면은 마멸저항에 있어서 표면 경화 물질로서 캐스트 텅스텐 카바이드를 사용하여 얻어진 것에 최소한 비교될 수 있음이 발견되었다.

표면 경화 실시예에서 전술한 물질을 사용하는 특별한 잇점은 바나듐 카바이드의 향이, 바나듐과 탄소가 결합된 형태로 100%에서부터 90무게%까지를 함유하는 물질에까지 변화될 수 있으며, 한편 최소한 종래의 텅스텐 카바이드에 비교될 수 있는 우수한 마멸저항, 충격저항, 경도를 제공한다는 것이다. 그래서 결합된 바나듐 및 탄소와 텅스텐과의 비율은, 표면이 경화된 금속 기재의 용융부위의 밀도가 실질적으로 동일하도록 재질의 밀도를 조정하기 위하여 변화될 수 있다. 결국, 알루미늄 같은 경금속 기질올에 있어서 조차도, 본 발명에 따른 표면 경화 물질의 밀도는 용융된 표면의 밀도보다 약 50% 이상 더 클 필요가 없을 것이다.

결과적으로, 기질의 용융된 부위에서의 표면 경화 물질의 균일한 분포는 매우 용이해지는 것이다. 또한 한편으로, 표면 경화 물질의 밀도는 만약 원한다면 쉽게 조정될 수 있기 때문에 보다 많은 표면 경화 물질이 보다 적은 비율의 용융된 기질 내에 있게 되며, 그 반대가 되기도 한다.

본 발명의 또 다른 잇점은 표면 경화 물질로서 텅스텐 카아바이드 대신에 바나듐 카아바이드 물질을 사용하는데 있으며, 주어진 실시예에서 사용되는 표면 경화 물질의 무게는 종래의 캐스트 텅스텐 카아바이드에 비해서 65% 정도 감소될 수 있는 것이다.

다음의 표 1은 실험적 조성을 가진 본 발명의 실시에 따른 전형적인 물질들에 대한 여러가지 밀도치들을 보여준다. 캐스트 텅스텐 카아바이드에 대해 측정된 밀도도 또한 표에 나타나 있다.

[표 1]

[실시예 2]

혼합된 VC+V₂C물질, 텅스텐 원소와, 흑연의 혼합물은, 본 발명의 방법에서 사용하기 위해서 고체용액 내에 약 50-60중량%의 텅스텐을 가진 VC형 물질의 냉간압연되고 소결된 표면 경화 조성물을 얻기 위해 제조되었다. 텅스텐은 2.5마이크론의 평균입자크기를 가진 UCAR(유니온 카바이드 등록상표) 텅스텐 분말이며, 바나듐 카아바이드 물질(유니온 카바이드 코오포레이레션 시판 품)의 크기가 65메쉬와 그보다 더 미세한 크기이고, 흑연은 200메쉬와 그보다 더 미세한 크기의 Acheson(유니온 카바이드 등록상표) G39분말이다.

혼합물 중의 W, 바나듐 카아바이드 물질 및 흑연의 양은 다음과 같다.

(a) 텅스텐 759.95g

(c) 흑연 136.4g

상기의 성분들은 스텐레스 강철 볼 밀(내경 6인치, 5-3/4인치의 높이)에 충전되었다.

분쇄 매체는 8,100g의 1/2인치 직경의 강철볼이었다. 볼 밀은 100시간의 분쇄기간 동안 76RPM 속도로 회전되었다. 혼합된 혼합물은 38,000psi로 냉간압형되어 압분체(壓粉體)로 되었다.

이러한 압분체는 1-1/4인치 직경과 1인치 두께의 크기를 가졌다. 냉간압형된 물질의 밀도는 5,028g/cc였다.

냉간압형된 물질은 분쇄와 크리닝에 의하여 40×200메쉬로 과립화되었다. 이로 인한 과립들은 흑연 그릇 내에 넣어지고 몰리브덴 원소의 압출노 내에서 순수한 수소에서 처리된다. 이러한 그릇들은 900-1,200℃의 온도영역 내로 도입되고, 거기서 1/2시간 동안 유치되어 어떠한 부수적인 금속 산화물로 환원시킨다. 그 다음에 이러한 그릇은 고온대로 밀어 넣어져 1,400℃에서 1.5시간 동안 소결된다.

그 다음에, 그릇은 물로 냉각된 챔버 내에 넣어져서 12분 동안에 상온으로 된다. 과립들은 조오 크러셔를 통과함으로써 48-250메쉬 크기로 쉽게 분리된다. 물질의 최소한 95무게%는 고체용액 내에 텅스텐을 갖고 있는 화학적으로 결합된 바나듐과 탄소로 형성되어 있다.

소결되고 냉간압형된 물질의 겉보기 밀도는 6.45g/cc였다.

[실시예 3]

혼합된 VC+V₂C물질, 텅스텐 원소, 코발트 원소 및 흑연 등의 혼합물은, 고체용액 내에 약 50-60무게%의 텅스텐을 갖고 약 1무게%의 코발트를 함유하는 VC형태 물질의 냉간압형 및 소결된 표면 경화 조성물을 얻기 위해서 제조되었다. 텅스텐은 UCAR(유니온 카바이드 등록상표) 텅스텐 분말로서 2.5마이크론의 평균 입자크기를 가졌다. 바나듐 카아바이드 물질은 65메쉬 또는 이보다 더 미세한 크기였다. (유니온 카바이드 코오포레이션으로부터 시판됨).

코발트 분말은 African Metals Corporation 제품으로 113마이크론의 평균 입자 크기를 가진 초미세 등급이었다.

흑연은 Acheson G39분말(유니온 카바이드 코오포레이션 시판품)이었으며, 200메쉬 또는 이보다 더 미세한 분말이었다.

혼합물에서의 W, Co 및 흑연의 양은 다음과 같았다.

(a) 텅스텐 750.96g

(c) 흑연 136.4g

(d) 코발트 20.2g

상기의 성분들은 6인치의 내경을 갖는 5-3/4인치 높이의 스텐레스 강철 볼 밀에 충전되었다. 분쇄매체는 8,100g의 1/2인치 직경의 강철 볼이었다. 밀은 전체 분쇄시간 100시간 동안 76RPM 속도로 돌려졌다. 혼합된 혼합물은 로울 성형기에 의해서 판으로 냉간압형이 되었다.

판으로부터 31,200psi의 압력에서 압착된 막대는 5.325g/cc의 압분체 밀도를 가졌다. 냉간 밀접된 판물질은 10×28메쉬로 과립화되고 이러한 과립들은 흑연 그릇에 놓여져서 몰리브덴 원소의 삽입로 내에서 순수한 수소로 처리되었다. 그러한 그릇은 공기와 습기를 제거하기 위해서 200℃ 영역으로 도입되어 거기서 1/2시간 동안 유치되었다.

이 그릇은 900-1,100℃ 영역으로 도입시켜 어떠한 부수적인 금속산화물로 환원시키기 위하여 그곳에서 1/2시간 동안 유지되었다.

이후에, 그릇은 고열대에 놓여져서 1,400℃에서 1.5시간 동안 소결되었다. 그 다음 이 그릇은 수냉실에 옮겨져서 약 12분 동안에 실온으로 되었다.

과립들은 조오 크래셔를 통과함으로서 쉽게 분리되어 12-30메쉬의 크기로 되었다. 함유된 코발트는 제외하고, 최소한 95무게%의 고체용액 내에 텅스텐을 가진 화학적으로 결합된 바나듐 및 탄소물질이 형성되었다. 소결된 냉간 압형된 물질의 겉보기 밀도는 6.4g/cc이었다.

[실시예 4]

혼합된 VC+V₂C물질, 코발트원소 및 흑연의 혼합물이 본 발명의 공정에 사용되는 VC+3% Co의 실험적인 조성을 갖는 냉간압형되고 소결된 표면경화 조성물을 얻기 위해 제조되었다.

바나듐 카아바이드 물질은 65메쉬 또는 그보다 더 미세한 것이다. (유니온 카바이드 코오포레이션 시판품). 코발트 분말은 African Metals Corporation, 제품으로 1.31마이크론의 평균 입자 크기를 가진 초미세등급이었다 ; 흑연은 Acheson G39분말로서 200메쉬 또는 이보다 더 미세한 분말이었다. 비율은 VC+3% CO의 실험적인 관계로 바나듐, 탄소 및 코발트를 함유하는 최종 생성물을 생성하기 위하여 전해졌다. 혼합물에서의 바나듐 카아바이드 물질, 코발트 및 흑연의 양은 다음과 같다.

(b) 코발트 0.330파운드

(c) 흑연 0.836파운드

상기의 성분들은 6인치의 내경을 가진 5-3/4인치 높이의 스텐레스 강철 볼에 충전되었다. 분쇄매체는 6,000그램의 1/2인치 직경의 강 철볼이었다. 밑은 76RPM 으로 돌려졌다.

분쇄는 총 48시간의 분쇄시간 동안 계속되었다. 혼합물로부터 38,000psi에서 냉간압형된 압분체의 밀도는 6,678gm/cc로 측정되었다. 혼합물은 로울 압분기에 의해서 냉간압형되어 판상으로 되었고 10×28 메쉬로 고립화되었다.

과립들은 흑연그릇에 놓여져서 몰리브덴 원소의 삽입 소결로 내에서 순수한 수소로 처리되었다. 그릇은 공기와 습기를 제거시키기 위해서 200℃의 영역으로 도입되어 1/2시간 동안 유지되었다. 그 다음 그릇은 900-1,100℃ 영역으로 보내져서 1/2시간 동안 유지되었다.

어떠한 부수적인 금속 산화물도 환원시키기 위해서 이후에 그릇은 1,300℃ 영역으로 넣어져서 냉간 압분된 물질을 소결시키기 위해서 1-1/2시간 동안 유지되었다. 그 다음 소결된 물질은 다시 수냉실에 보내져서 12분 안에 실온으로 냉각되었다. 과립들은 조오 크래서를 통과시켜 쉽게 분리되어 12×30메쉬 크기로 되었다. 최소한 95중량%의 물질이 바나듐 모노 카바이드(VC)의 형태로 되었다.

[실시예 5]

V₂O₃, 코발트 원소 및 흑연의 혼합물이 제조되었다.

V₂O₃는 200메쉬 또는 그 보다 더 미세한 평균 입자 크기를 가졌다.

코발트 분말은 African Metals Corporation사 제품으로 초미세 등급이며 1.31마이크론의 평균 입자 크기를 가졌다. 흑연은 Acheson G39였다. 비율은 본 발명에서의 방법에서 사용되는 실험적인 조성 VC+3Co를 가진 냉간압형되고 소결된 표면 경화 조성의 최종 생성물을 생성하기 위하여 정해졌다. 혼합물에서의 V₂O₃, 코발트 및 흑연의 양들은 다음과 같았다 :

(a) V₂O₃1,814.4g

(b) Co 46.6g

(c) 흑연 723.0g

V₂O₃, 코발트 및 흑연 성분들은 9.75인치의 내경을 갖는 8.0인치 높이의 스텐레스 스틸 볼 밀에 충전되었다.

분쇄 매체는 15.5파운드의 1/2인치 직경의 텅스텐 볼이었다. 밀은 64RPM으로 회전되었다. 혼합물은 16시간 동안 분쇄되었다. 분쇄된 화합물은 판(밀도=2.428gm/cc)으로 로울압분되어 8×12메쉬로 과립화되었다. 과립들은 흑연 그릇 내에 패킹되어 백금이 감겨진 튜브로 내에서 순수한 수소로 처리되었다. 그릇은 1,150℃로 가열되었고 흐르는 수소 내에서 2시간 동안 유지되었다. 온도가 1,300℃로 증가되어 2.5시간 동안 유지되었다. 과립들은 조오 크래서를 통과시켜 쉽게 분리되어 12×30메쉬의 크기로 되었다. 물질은 바나듐 모노카바이드(VC)의 형태로 되었고, 비교적 연질의 코발트 격자의 다소 구형인 촉매로서 존재하였으며, 결합된 바나듐 및 탄소 이외도 2.73%의 유리탄소를 함유하였다.

[실시예 6]

혼합된 VC+V₂C(유니온 카바이드 코오포레이션 시판품) 물질, 철, 원소 및 흑연의 혼합물은 VC+2%Fe의 실험적인 조성을 가진 냉간압형되고 소결된 표면 경화 조성물을 얻기 위해서 제조되었다.

혼합물에서의 바나듐 카바이드 물질, 철 및 흑연의 양은 다음과 같았다 :

(b) 철 4.27g

(c) 흑연 12.48g

상기한 성분들은 10.25파운드의 1/2인치 직경의 강철물과 함께 2-qt.의 볼 밀에 넣어졌다. 밀은 16시간 동안 105RPM의 속도로 회전되었다. 분말은 옮겨져서 로울 압분되고 과립화되어 31.80g/in³의 분피 밀도를 갖는 10×28메쉬의 크기로 되었다. 과립들은 흑연 그릇에 넣어져서 몰리브덴 원소 삽입로 내에서 순수한 수소로 1,300℃에서 1.5시간 동안 소결되었다. 그 다음에 소결된 물질은 수냉실에 넣어져서 약 12분안에 실온으로 되었다. 소결된 과립들은 가볍게 결합되어 있지만 조오 크래셔 내에서 쉽게 분쇄된다. 12×32메쉬 크기의 소결된 과립들의 부피 밀도는 42.91g/in³이었다. 냉간압형 및 소결된 물질에서의 바나듐 및 탄소는 모노카바이드(VC)형으로 결합되었다.

[실시예 7]

V₂O₃, WO₃, 코발트 원소 및 흑연의 혼합물은 본 발명 방법에서 사용되는 약 13.5무게%의 코발트를 함유하고 고체용액 내에 약 20-25무게%의 텅스텐을 가진, 냉간압형 및 소결된 VC형 물질의 표면 경화 조성물을 얻기 위하여 제조되었다.

V₂O₃는 200M×D의 평균 입자 크기를 가졌다 ; WO₃는 100메쉬 또는 그보다 더 미세한 평균입자 크기를 가졌다 ; 코발트 분말은 African Metals Corporation 제품으로 초미세등급이며, 1.31마이크론의 평균입자 크기를 가졌다 ; 흑연은 Acheson G39분말로서 200메쉬 또는 그보다 더 미세한 크기였다. 혼합물 내의 V₂O₃, WO₃, 코발트 및 흑연의 양은 다음과 같았다 :

(a) V₂O₃299.80g

(b) WO₃96.0g

(c) 코발트 53.0g

(d) 흑연 137.85g

V₂O₃, WO₃코발트 및 흑연 성분들은 2-쿼트의 밀에 충전되었다. 분쇄매체는 6.25파운드의 1/2인치 직경의 강철 볼이었다. 밀은 95RPM으로 회전되었다. 혼합물은 24시간 동안 분쇄되었다. 분쇄된 혼합물은 로울 압분기에 의해서 1인치 직경과 1/2인치 두께의 펠레트로 냉간압형되었다. (밀도=3.04gm/cc). 이러한 펠레트는 흑연 그릇에 넣어졌고 백금이 감겨진 튜브로에서 순수한 수소로 처리되었다. 그릇은 1,000℃로 가열되었고 흐르는 수소 내에서 4시간 동안 유지되었다.

온도는 1,400℃로 올려져서 2시간 동안 유지되었다. 소결된 펠레트들은 32×48메쉬로 분해되었다. 이로 인해 생성된 물질은 5.82g/cc의 겉보기 밀도와 44.5g/in³의 부피밀도를 가졌다. 물질 중의 텅스텐, 바나듐 및 탄소는 VC 내에서의 W의 고체용액형태였으며, 이 물질은 13.5%의 Co를 포함하였다.

[실시예 8]

다음의 물질들은 본 발명의 공정에서 사용되는 약 3무게%의 코발트를 함유하고, 고체용액 내에 약 20-25무게%의 텅스텐을 갖는 VC형태 물질의 냉간압형 및 소결된 표면 경화 조성물을 얻기 위하여 사용되었다.

(a) 69.152파운드의 유니온 카바이드 코포레이션 시판품으로서, V₂C+VC 혼합물을 함유하며 다음의 분석 조성을 갖는 65메쉬 또는 그보다 더 미세한 물질 ;

84.69% V

13.20% C

1.10% O

0.50% Fe

평형 습기와 부수적인 불순물들.

(b) 22.763파운드의 덩어리로 되어 있지 않은 F.S.S.-2.0마이크론의 UCAR 텅스텐 분말.

(c) 5.422파운드의 100메쉬보다 더 미세한 크기의 Acheson 상표의 G39 흑연 분말.

(d) 3파운드의 코발트 분말로서 African Metals Corp. 제품의 초미세 등급의 분말.

분말은 500파운드의 1/2인치 직경의 강철볼과 함께 2ft³의 볼 밀에 넣어져서 48시간 동안 36RPM으로 회전되었다. 48시간 분쇄 후에, 일부의 물질이 약 38,000psi로 냉간압형되었다 ; 냉간압형된 물질은 4.219gm/cc의 밀도를 가졌다. 이 물질은 로울 압분되어 판으로 되었고 미분쇄기에서 10×20메쉬의 크기로 되었다. 겉보기 밀도는 5.14gm/cc이었다. 이로 인한 과립들은 흑연 그릇에 옮겨지고 순수한 수소가 통과되는 몰리브덴이 감겨진 열처리에서 소결되었다. 소결 싸이클은 다음과 같다 ;

흑연 그릇은 잔류 대기 기체를 확산 제거시키기 위해서 1/2시간 동안 노문의 내부에 위치되었다. 그 다음 이 그릇은 900-1,200℃ 영역으로 옮겨져 어떠한 잔여 산화물들도 환원시키고 환원 생성물들을 제거시키게 된다. 그 다음 이 그릇은 냉각 압형된 물질을 소결시키기 위해서 1 1/2시간 동안 1,550℃의 고온대로 보내졌다. 그 다음 그릇은 고온대로부터 수냉실로 옮겨져서 12분 안에 실온으로 된다. 과립들은 가볍게 서로 결합되어 있지만 조오 크래셔에서 쉽게 분리되었다. 함유된 코발트 이외에도, 최소한 95무게% 이상의, 고체용액 내에 텅스텐을 가진 화학적으로 결합된 바나듐과 탄소의 물질이 형성되었다.

앞서의 실시예에서 제조된 물질은 표면 경화 물질로서 사용하기 위하여 조오 크래셔 내에서 12×32메쉬의 크기로 되었다.

상기한 물질을 화학적으로 분석하면 다음과 같다(무게 %) :

(* 사용되는 분쇄 장치로부터 철 함량이 증가된다)

단지 V, C, W 성분들만을 고려한다면, 그 백분율은 다음과 같다 :

C 14.37 무게 % 47.46 원자 %

W 25.27 무게 % 5.46 원자 %

V 60.34 무게 % 47.06 원자 %

본 발명의 특수한 형태에 있어서, 미세하게 분쇄된 텅스텐 및 탄소의 추가량은 개시물질 혼합물의 성분으로서 표면 경화 물질의 제조에 사용되며, 이로써 하나 이상의 바나듐 카바이드류 내의 텅스텐의 고체용액 뿐 아니라, 표면 경화 물질은 또한 그것과 밀접하게 소결된 혼합물 내에서 90중량%에 이르는 텅스텐 카바이드도 함유할 수 있다.

이러한 물질은 특정한 금속기질을 표면 경화시키는데 유리할 수 있는 표면 경화 물질에서의 원하는 밀도를 조정하기 위해서 본 발명의 표면 경화 방법에 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태에 있어서, 본 발명의 표면 경화 물질은 90무게%에 달하는 크로뮴 카바이드를 함유한다. 이는 표면 경화 물질을 제조하는데 있어서 개시물질 혼합물의 성분으로서 크로뮴 금속 또는 산화크로뮴을 부가적인 탄소와 함께 함유함으로써 얻어지거나 또는 상술한 바와 같이 본 발명에 따라 개별적으로 제조된 표면 경화 물질들과 크로뮴 카바이드를 혼합시킴으로써 얻어진다. 여기서 언급된 메쉬 크기는 테일러 시리이즈이다.

Claims (1)

1. 본문에 상술한 바와 같이, 본질적으로 최소한 한 가지 형태의 바나듐 카바이드와, 이러한 각각의 형태의 바나듐 카바이드를 가진 고체용액 내에 약 10중량%까지의 양이 함유된 텅스텐, 그리고 약 50중량%의 양이 함유된 코발트로 구성된 미세하게 분화된 입자형태의 표면 경화 물질을 함유하고, 이러한 표면 경화 성분은 냉간압형 및 소결(燒結)된 입자형태의 고체물질로 된 금속 외피를 형성하는 것이 특징인 표면 경화 로드를 만드는 방법.

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