KR950007331B1 - Hard metal of wc-ni system and process - Google Patents

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Abstract

The WC-Ni hard alloy shows good corrosion resistance, non-magnetic property and high hardness by coating WC powders with silicon carbides. The method comprises (A) mixing silica colloid solution with WC powders for 10 to 40 minutes; (B) drying at 50 to 100 ≰C; (C) heating the mixed powders at 1400-1600≰C for 1 to 4 hours under argon gas atmosphere; (D) sintering at 1300-1600≰C at 10+˜10-5 torr for an half hour to 4 hours.

Description

WC-Ni계 초경합금 및 그 제조방법WC-Ni cemented carbide and its manufacturing method

본 발명은 WC-Ni계 초경합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a WC-Ni-based cemented carbide and a method of manufacturing the same.

보다 구체적으로는, 비자성체합금 및 내식성이 우수한 WC-Ni계 초경합금을 제조할 수 있고, WC-Co계 초경합금의 비안더금속(binder metal)을 Co에서 Ni로 대체할 수 있는 WC-Ni계 초경합금의 제조방법과 이 제조방법에 의해 제조된 WC-Ni계 초경합금에 관한 것이다.More specifically, the WC-Ni-based cemented carbide, which can produce a non-magnetic alloy and a WC-Ni cemented carbide having excellent corrosion resistance, and can replace the non-binder metal of the WC-Co cemented carbide with Ni in Co And a WC-Ni-based cemented carbide prepared by the process.

종래의 초경합금의 형태는 1926년 위디아(Widia)의 개발이래 WC-Co계 초경합금이 주종을 이루어왔다. WC-Co계 초경합금은 내마모성, 고온강도, 인성이 우수하여 절삭, 공구재료, 각종 몰드재료 등으로 사용되고 있고, 그 사용범위가 확대되어 가고 있다.The conventional cemented carbide has been mainly dominated by WC-Co cemented carbide since the development of Widia in 1926. WC-Co cemented carbide has excellent wear resistance, high temperature strength and toughness, and is used for cutting, tooling materials, various mold materials, and the like, and its use range is expanding.

그러나, WC-Co계 초경합금의 바인더금속인 Co는 가격면에서 고가이며, 수급면에서도 불안정하기 때문에 Co는 전략적인 자원으로 되어가고 있는 실정이다. 이 때문에 Co를 다른 바인더금속으로써 대체하고자 하는 노력이 계속되어 왔으나, 기계적 성질면에서 만족할 만한 성과는 거두지 못하였다.However, Co, which is a binder metal of the WC-Co cemented carbide, is expensive in terms of price and unstable in supply and demand, and thus Co is becoming a strategic resource. For this reason, efforts have been made to replace Co with other binder metals, but have not been satisfactory in terms of mechanical properties.

다른 철족금속원소를 첨가하여 Co를 대체하는데 가장 적합한 원소는 Ni이며, Ni의 경우는 현재는 제한된 범위에서만 사용되고 있다(예컨대 비자성체합금) WC-Ni계 초경합금의 연구는 1966년 스즈키(Suzuki)가 처음으로 시도하였으나, 만족할만한 성과는 이루지 못했다. WC(tungsten carbide)계 초경합금에서 바인더금속을 Ni로 대체하여 WC-Ni계 초경합금을 개발하는데 있어서 바인더금속을 Ni로 대체하였을 경우 발생하는 문제는 소결성 및 기계적 성질의 저하이다.The most suitable element to replace Co by adding other iron group metal elements is Ni, and Ni is currently used only in a limited range (for example, non-magnetic alloy). The study of WC-Ni cemented carbide was conducted in 1966 by Suzuki. Attempted for the first time, but did not achieve satisfactory results. In developing a WC-Ni cemented carbide alloy by replacing the binder metal with Ni in the tungsten carbide cemented carbide, the problem that occurs when the binder metal is replaced with Ni is a decrease in sinterability and mechanical properties.

기계적 성질의 저하의 원인은 소결시 입자성장과정에서 생기는 조대한 입자(복합탄화물)의 형성이다. 소결 메카니즘중 복합탄화물상이 생기는 과정에서 WC와 Ni이 반응하여 탄소의 결핍으로 Ni5W6C, Ni3W5C2와 Ni3W16C6등과 같은 복합탄화물상이 생성된다. 이것은 파괴시 균열의 원인이 된다.The cause of the deterioration of the mechanical properties is the formation of coarse particles (composite carbides) generated during the particle growth process during sintering. In the process of forming a composite carbide phase in the sintering mechanism, WC and Ni react to form a composite carbide phase such as Ni 5 W 6 C, Ni 3 W 5 C 2 and Ni 3 W 16 C 6 due to the lack of carbon. This causes cracking when broken.

또한 WC에 대해 Ni은 Co에 비해서 용해도(solubility)가 떨어진다. 액상소결에서 바인더금속이 구비하여야 하는 조건은 바인더금속과의 어느 정도의 용해도를 가져야 하는데, WC에 대한 용해도는 Co의 경우 22%이지만, Ni의 경우 12% 밖에 되지 않는다.In addition, for WC, Ni has a lower solubility than Co. In liquid sintering, the binder metal should have a certain degree of solubility with the binder metal. The solubility in WC is 22% for Co, but only 12% for Ni.

이와 같이 Ni은 Co에 비하여 낮은 용해도를 가지고 있어서 이것이 또한 기계적 특성을 저하시키는데 영향을 미친다. 더욱이, 소결시 액상출현온도가 WC-Co의 경우보다 WC-Ni의 경우가 약 70℃정도 높기 때문에, 부반응이 생성되기가 용이하다. 따라서 Co를 Ni로 대체하였을 경우, 기계적 성질이 열화된다.As such, Ni has a lower solubility than Co, which also affects the deterioration of mechanical properties. Furthermore, since the liquid phase appearance temperature at the time of sintering is about 70 ° C. higher than that of WC-Co, side reactions are easily generated. Therefore, when Co is replaced with Ni, the mechanical properties deteriorate.

또한 기계적 성질에서 WC-Co합금에 버금가는 재료, 예컨대 WC-NI-Fe계 합금이 개발되었지만, 내식성 또는 인성에서 문제점이 있어서 제한된 범위에서만 사용하기 때문에, 용도가 폭넓은 WC-Ni계 초경합금의 개발이 시급한 실정에 놓여 있다.In addition, although a material similar to WC-Co alloy, such as WC-NI-Fe alloy, has been developed in mechanical properties, there is a problem in corrosion resistance or toughness, so it is used only in a limited range. This is in urgent need.

현재의 기술을 보면 WC-Ni계 초경합금은 상술한 것처럼 문제점을 가지고 있으며, 사용목적의 특수성도 가지고 있다(예컨대 비자성체합금, 내식성합금), 현재의 WC-Ni계 초경합금은 비자성체합금으로 사용되나, 기계적 성질이 불량하므로 내마모성을 요구하는 부분에는 사용이 제한된다. Ni은 Co에 비해 성형성 및 소결성이 Co보다 떨어진다. WC의 탄소함량이 5.9중량% 이하이면 비자성을 갖게 되므로, 성형다이에 사용되거나, 열간가공용으로 사용되며, 또 내식성이 우수하므로 내해수성이 있는 강인한합금으로 사용되고 있다.According to the current technology, the WC-Ni cemented carbide has the problems as described above, and also has specificity of use (for example, non-magnetic alloy and corrosion resistant alloy), but the present WC-Ni cemented carbide is used as a non-magnetic alloy. Because of its poor mechanical properties, its use is restricted to areas requiring wear resistance. Ni is inferior to Co in formability and sinterability compared to Co. If the carbon content of the WC is 5.9% by weight or less, it is nonmagnetic, so it is used in molding dies, for hot working, and because of its excellent corrosion resistance, it is used as a tough alloy with seawater resistance.

분말야금학적 관점에서 볼 때 출발원료인 WC분말이 동일한 입도일때 WC-Ni합금은 WC-Co합금에 비하여 경도값에서 현저한 차이를 보인다. 경도값의 차이는 WC의 입도가 미세할수록 (1㎛이하), WC-Co와 WC-Ni과의 경도값은 큰 차이는 없으나, WC의 입조가 조대할수록 양자의 경도의 차이는 매우 크다.From the powder metallurgy point of view, WC-Ni alloys show a significant difference in hardness compared to WC-Co alloys when the starting materials of the WC powder are the same particle size. The difference in hardness value is that the finer the particle size of the WC (less than 1㎛), the hardness value of the WC-Co and WC-Ni is not a big difference, but the coarseness of the WC coarse, the greater the difference in hardness between the two.

예컨대 WC-Co합금의 경우 WC분말입자가 0.5~1㎛이하일때 경도는 90.5이고, 2~3㎛정도의 경우 경도는 89이고, 6㎛정도이면 경도는 87.5이다(이상의 경도치는 록크웰 경도치임). 그러나 본 발명에 따르면 조대한 WC분말을 SiC로 피복처리(coating)하면 조대한 분말이나 하더라도 물성에 있어서 WC-Co에 버금가는 WC-Ni계 초경합금이 얻어진다. SiC로 피복처리한 WC분말을 사용한 WC-Ni계 초경합금의 소결체가 WC-Co계 초경합금의 소결체보다도 우수한 경도값을 가지고 있다.For example, in case of WC-Co alloy, hardness is 90.5 when WC powder particles are 0.5 ~ 1㎛ or less, hardness is 89 when 2 ~ 3㎛, and hardness is 87.5 when about 6㎛ (above hardness is Rockwell hardness value) ). According to the present invention, however, coating the coarse WC powder with SiC yields a WC-Ni cemented carbide that is comparable to WC-Co in physical properties even with coarse powder. The sintered body of WC-Ni-based cemented carbide using WC powder coated with SiC has a higher hardness value than the sintered body of WC-Co cemented carbide.

상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 본 발명자는 SiC를 피복처리한 WC분말을 사용하면 바인더금속으로서 Co를 Ni로 대체할 수 있다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.As a result of earnest research to solve the above-mentioned problems of the prior art, the present inventors have found that Co can be replaced with Ni as a binder metal by using a WC powder coated with SiC.

본 발명의 목적은 바인더금속을 Ni로 대체하여 Co가 가지고 있는 가격면의 문제와 수급의 불안정성을 극복하고, 지금까지 알려진 WC-Ni계 초경합금의 고유의 특성인 자장이 걸리지 않는 비자성체합금과 WC-Co계 합금과 비교할 때 내산성, 내식성 및 내열충격성에서 우수한 WC-Ni계 초경합금과 이들합금의 제조방법을 제공하는 것이다.The object of the present invention is to replace the binder metal with Ni to overcome the problems of price and supply and demand instability of Co, and the nonmagnetic magnetic alloy and WC, which are inherent in the WC-Ni-based cemented carbide, which are known to be known so far, It is to provide a WC-Ni-based cemented carbide and a method for producing these alloys excellent in acid resistance, corrosion resistance and thermal shock resistance compared to -Co alloy.

본 발명의 또다른 목적은 WC분말에 SiC를 피복처리함으로써 조대한 입자의 성질을 억제하고 기계적인 특성을 향상시키는 것이다.Another object of the present invention is to coat SiC on a WC powder to suppress the properties of coarse particles and to improve mechanical properties.

상기 본 발명의 목적은 WC분말표면에 SiC층을 형성시키기 위해, 규산나트륨을 물과 가수분해시켜서 pH가 10.2 내지 11.4인 실리카의 콜로이드용액을 얻고, 이 클로이드용액에 WC분말을 넣어 교반하고, 카본(carbon)을 WC분말에 대해 0.02 내지 1wt%의 양으로 첨가하여 교반한 후 수분을 제거하기 위해 50 내지 100℃에서 건조시켜서 분말혼합물을 얻고, 이 분말혼합물을 1400℃ 내지 1600℃의 온도에서 1 내지 4시간동안 아르곤가스분위기에서 반응시킴으로써 WC분말에 0.1 내지 5중량%의 SiC가 피복된 WC분말을 얻고, 이 SiC가 피복된 WC분말 : 70 내지 97중량%와 Ni : 3 내지 30중량%를 혼합하여 진공분위기 또는 수소분위기에서 30분 내지 3시간동안 400 내지 900℃의 온도에서 예비소결하고, 이렇게해서 얻은 예비소결체를 1300 내지 1600℃, 10-2torr에서 내지 10-5torr에서 30분 내지 4시간동안 본소결하는 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 WC-Ni계 초경합금의 제조방법, WC-SiC-Ni계 초경합금을 제조하기 위해서 WC분말표면에 SiC층을 형성시켜 SiC로 피복된 WC분말을 Co 대신 Ni로 대체혼합하여 WC-Co계 초경합금과 동등하거나 보다 우수한 초경재료를 제조하는 방법 및 SiC가 0.1 내지 5중량% 피복된 WC분말 : 70 내지 97중량%와 Ni : 3 내지 30중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 WC-Ni계 초경합금에 의해 달성된다.The object of the present invention is to form a SiC layer on the surface of the WC powder, to hydrolyze sodium silicate with water to obtain a colloidal solution of silica having a pH of 10.2 to 11.4, and put the WC powder into the clade solution and stirred, Carbon was added in an amount of 0.02 to 1 wt% based on the WC powder, followed by stirring, followed by drying at 50 to 100 ° C. to remove moisture, thereby obtaining a powder mixture, and the powder mixture at a temperature of 1400 ° C. to 1600 ° C. The reaction was carried out in an argon gas atmosphere for 1 to 4 hours to obtain a WC powder coated with 0.1 to 5% by weight of SiC on the WC powder. The SiC coated WC powder: 70 to 97% by weight and Ni: 3 to 30% by weight. The mixture was presintered in a vacuum or hydrogen atmosphere for 30 minutes to 3 hours at a temperature of 400 to 900 ° C., and thus the pre-sintered body was obtained at 1300 to 1600 ° C. at 10 −2 torr to 10 −5 torr for 30 minutes. To 4 Method for producing a WC-Ni cemented carbide, characterized in that the main sintering for a while, in order to produce a WC-SiC-Ni cemented carbide, a SiC layer is formed on the surface of the WC powder to form a SiC coated WC powder instead of Co Method of preparing a cemented carbide material equivalent to or better than that of the WC-Co-based cemented carbide and mixed with 0.1 to 5% by weight of SiC WC powder: 70 to 97% by weight and Ni: 3 to 30% by weight It is achieved by WC-Ni-based cemented carbide.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

WC계 초경합금의 기계적 성질에 절대적인 영향을 미치는 것은 소결후의 WC의 조대한 입자의 성장이다. 따라서 초경합금의 입자성장의 억제는 초경합금이 소결에서 가장 중요한 과제이다.The absolute influence on the mechanical properties of WC cemented carbides is the growth of coarse particles of WC after sintering. Therefore, the suppression of grain growth of cemented carbide is the most important task in cemented carbide.

기존의 방식에서는 WC-Co합금의 경우 입자성장 억제제로서 VC, TiC, TaC, Mo2C의 탄화물을 첨가시켜 입자성장을 억제하였고, WC-Ni의 경우 입자성장 억제제로서 VC, Cr2C3등을 사용하여 기계적 성질을 개선하고자 하였다.In the conventional method, in the case of WC-Co alloy, carbide growth of VC, TiC, TaC, Mo 2 C was added as a particle growth inhibitor, and in the case of WC-Ni, VC, Cr 2 C 3, etc. Was used to improve the mechanical properties.

그러나 본 발명에서는 입자성장의 억제를 억제제의 첨가에 의하지 않고 입자성장 억제제를 WC분말자체에 피복함으로써 입자성장의 억제가 가능하도록 하였고, 또한, Ni과 반응성이 좋은 SiC로 WC분말을 피복 처리함으로써 Co 보다 가격면에서 저렴한 Ni를 첨가하여도 기존 WC-Ni합금의 문제점을 개선하였다.In the present invention, however, the growth of the particles is suppressed by coating the WC powder with the particle growth inhibitor without inhibiting the growth of the particles, and by coating the WC powder with SiC having good reactivity with Ni, The addition of cheaper Ni in terms of price improves the problems of existing WC-Ni alloys.

이와 같은 초경합금의 소결시 탄소의 부족으로 WC와 바인더금속과의 복합탄화물이 생성되는데, WC-Co합금에서는 CoW3C(상)이, WC-Ni의 경우에는 Ni2W4C(상)이 생성된다. 이들 복합탄화물은 경도는 증가시키지만, 인성에는 절대적인 나쁜 영향을 미치고, 또한 이들 복합탄화물은 조대입성장에 영향을 미친다.When the cemented carbide is sintered, carbon is insufficient to produce a composite carbide of WC and binder metal. In WC-Co alloy, CoW 3 C ( In the case of WC-Ni, Ni 2 W 4 C ( Phase) is generated. Although these composite carbides increase hardness, they have an absolute bad effect on toughness, and these composite carbides also affect coarse grain growth.

본 발명에서 개선하고자 하는 문제점은 앞에서 설명한 바와 같이 WC-Ni계 초경합금에서 WC와 Ni간의 계면반응문제와, 복합탄화물입자의 성장과 조대한 WC입자의 생성을 억제하는 것이다.The problem to be improved in the present invention is to inhibit the interfacial reaction between WC and Ni, the growth of the composite carbide particles and the formation of coarse WC particles in the WC-Ni-based cemented carbide as described above.

본 발명에서는 바인더금속을 Ni로 대체시 발생되는 문제점(조대한 입자의 성장, 복합탄화물의 성장, 가공의 발생)을 극복하기 위하여 본 발명에서는 WC분말에 Ni과 반응성이 좋은 SiC로 WC분말을 피복하여 소결시 문제가 되는 상기의 문제들을 개선하고, Ni와 젖음성(wettability)이 좋은 SiC로 WC분말을 피복함으로써 종래의 WC-Ni계 초경합금의 근본적인 문제점들을 개선하였다. WC분말에 SiC을 피복하면, 계면반응이 원활하게 되며, 조대한 입자의 성장이 억제되고, 바인더금속을 Co에서 Ni로 대체하여도 높은 경도값이 얻어진다. WC과 Ni과 젖음성을 향상하기 위하여 Ni과 젖음성이 우수한 SiC을 WC에 피복함으로써 WC와 Ni간의 젖음성을 향상시키고 복합탄화물상의 형성을 억제하였다. 또 본 발명에서 또다른 특기할만한 것은 WC분말의 입도이다.In the present invention, in order to overcome the problems caused by replacing the binder metal with Ni (coarse particle growth, growth of complex carbide, processing), in the present invention, the WC powder is coated with WC powder with SiC having good reactivity with Ni. Therefore, the above problems, which are a problem in sintering, are improved, and the basic problems of the conventional WC-Ni cemented carbide are improved by coating the WC powder with Ni and SiC having good wettability. When SiC is coated on the WC powder, the interfacial reaction is smoothed, the growth of coarse particles is suppressed, and a high hardness value is obtained even when the binder metal is replaced with Co by Ni. In order to improve the wettability of WC and Ni, SiC having excellent Ni and wettability was coated on the WC to improve wettability between WC and Ni and to suppress formation of a composite carbide phase. Another noteworthy aspect of the present invention is the particle size of the WC powder.

분말의 입도가 작을수록 우수한 특성의 소결조직 및 소결체를 얻을 수 있다. 일반적으로 초경합금에서는 바인더금속의 양에 따라 경도와 인성치는 상대적으로 나타난다.The smaller the particle size of the powder, the better the sintered structure and the sintered body can be obtained. In general, cemented carbides exhibit relatively high hardness and toughness depending on the amount of binder metal.

또 여기에 변수로 작용하는 것이 WC의 원료분말의 입도이다. 입도가 클수록 경도는 떨어진다. 또한 분말의 입도의 영향은 성형압력, 소결온도, 소결시간에도 영향을 주며, 지금까지 발표된 연구 논문이나 특허에서는 모두 입도가 아주 미세한 1㎛이하의 분말을 이용하여 성형체를 제조하였다. 그러나 본 발명에서는 0.87~10㎛의 입도의 분말로 성형체를 제조하여도 좋은 결과를 얻을 수 있었다.In addition, it is the particle size of the raw material powder of WC that acts as a variable. The larger the particle size, the lower the hardness. In addition, the influence of the particle size of the powder also affects the molding pressure, sintering temperature, and sintering time. In the research papers and patents published so far, molded articles were manufactured using powder having a particle size of 1 μm or less. However, in the present invention, it is possible to produce a molded article from a powder having a particle size of 0.87 to 10 µm.

이하, 본 발명의 기술구성의 한정이유를 설명한다. 물유리에 포함되어 있는 규산나트륨을 가수분해시켜서 얻은 실리카의 콜로이드용액의 pH가 10.2미만이면 약알카리성이기 때문에, 반면에 11.4를 초과하면 강알칼리성이기 때문에 물유리의 가수분해반응이 제대로 일어나지 않는다. 따라서 상기 실리카의 콜로이드용액의 pH는 10.2 내지 11.4로 하였다.Hereinafter, the reason for limitation of the technical structure of this invention is demonstrated. If the pH of the colloidal solution of silica obtained by hydrolyzing the sodium silicate contained in the water glass is less than 10.2, it is weakly alkaline. On the other hand, if it exceeds 11.4, the hydrolysis of the waterglass does not occur properly. Therefore, the pH of the colloidal solution of silica was 10.2 to 11.4.

이 콜로이드용액과 WC분말로 이루어진 혼합물에 첨가되는 WC분말에 대한 카본의 양이 0.02중량% 미만이면 카본의 양이 부족하여 실리카가 탄화되지 않아서 합금의 물성(경도, 인성 등)에 악영향을 주고, 반면에 1중량%를 초과하면 탄소가 과잉으로 되어 유리탄소로서 분말에 존재함으로써 물성이 열화된다. 따라서 WC분말에 대한 카본의 양은 0.02 내지 1중량%로 하였다.If the amount of carbon in the mixture of the colloidal solution and the WC powder is less than 0.02% by weight, the amount of carbon is insufficient so that silica is not carbonized, which adversely affects the properties (hardness, toughness, etc.) of the alloy. On the other hand, when it exceeds 1% by weight, the carbon becomes excessive and exists in the powder as free carbon, thereby deteriorating physical properties. Therefore, the amount of carbon in the WC powder was 0.02 to 1% by weight.

상기 분말혼합물의 건조온도가 50℃ 미만이면 수분이 충분히 제거되지 않을 뿐만 아니라 건조시간이 길어지고, 반면에 100℃를 초과하면 분말이 오히려 산화된다. 따라서, 상기 분말혼합물의 건조온도는 50 내지 100℃로 하였다.If the drying temperature of the powder mixture is less than 50 ° C., not only the moisture is not sufficiently removed but also the drying time is long, whereas if the drying temperature exceeds 100 ° C., the powder is oxidized. Therefore, the drying temperature of the powder mixture was 50 to 100 ° C.

이렇게 건조된 분말혼합물의 아르곤 가스분위기에서의 반응온도가 1400℃ 미만이면, SiO2의 SiC로의 탄화반응이 원활하게 진행되지 않고, 반면에 1600℃를 초과하면 오히려 Si와 WC와의 반응이 일어나서 합금의 물성이 열화된다. 따라서 상기 반응온도는 1400℃ 내지 1600℃로 하였다. 또한 건조된 분말 혼합물의 아르곤가스분이기에서의 반응시간이 1시간 미만이면 탄화반응이 불충분하고, 반면에 4시간을 초과하면 WC입자가 조대화되어 합금의 물성이 열화된다. 따라서 상기 반응시간은 1 내지 4시간으로 하였다.When the reaction temperature in the argon gas atmosphere of the dried powder mixture is less than 1400 ° C., the carbonization reaction of SiO 2 to SiC does not proceed smoothly. On the other hand, when the temperature exceeds 1600 ° C., reaction between Si and WC occurs rather than the reaction of the alloy. Physical properties deteriorate. Therefore, the reaction temperature was 1400 ℃ to 1600 ℃. In addition, if the reaction time of the dried powder mixture in the argon gas group is less than 1 hour, the carbonization reaction is insufficient, whereas if it exceeds 4 hours, the WC particles are coarsened to deteriorate the properties of the alloy. Therefore, the reaction time was 1 to 4 hours.

SiC의 피복량이 0.1중량% 미만이면 본 발명의 효과가 미미하고, 반면에 5중량%를 초과하면 WC와 Ni계면반응에 악영향을 끼쳐서 합금의 기계적 성질을 저하시킨다. 따라서, SiC의 피복량은 0.1 내지 5중량%로 하였다.If the coating amount of SiC is less than 0.1% by weight, the effect of the present invention is insignificant, whereas if it is more than 5% by weight, the WC and Ni interfacial reactions are adversely affected, thereby lowering the mechanical properties of the alloy. Therefore, the coating amount of SiC was 0.1 to 5 weight%.

바인더금속인 Ni의, SiC가 피복된 WC분말에 대한 첨가량이 3중량% 미만이면, 바인더로서 충분한 역할을 하지 못하기 때문에 혼합시 문제가 발생할 뿐만 아니라 소결온도가 높아야 하고, 경도가 너무 높아서 합금이 취약해진다. 반면에 30중량%를 초과하면 혼합시 Ni 분말이 응집되고, 이것을 소결시 기공으로 존재하여 합금의 기계적 성질을 저하시킨다. 따라서, 상기 Ni의 양은 3 내지 30중량%로 하였다.If the addition amount of the binder metal Ni to the SiC-coated WC powder is less than 3% by weight, it does not play a sufficient role as a binder, which causes problems in mixing, and requires high sintering temperature. Become vulnerable. On the other hand, if it exceeds 30% by weight, Ni powder is agglomerated when mixed, and it is present as pores during sintering, thereby lowering the mechanical properties of the alloy. Therefore, the amount of Ni was 3 to 30% by weight.

상기 예비소결온도가 400℃ 미만이면 성형된 분말에 흡착되어 있는 가스나 수분이 충분히 제거되지 않고, 반면에 900℃를 초과하면 탄화된 입자가 커져서 합금의 물성에 악영향를 준다. 따라서, 예비소결온도는 400 내지 900℃로 하였다. 또한, 예비소결시간이 30분 미만이면 충분한 반응이 일어나지 않고, 반면에 4시간을 초과하면 탄화분말이 조대화될 염려가 있다. 따라서 예비소결시간은 30분 내지 4시간으로 하였다.If the pre-sintering temperature is less than 400 ℃ gas or moisture adsorbed to the molded powder is not sufficiently removed, whereas if the pre-sintering temperature is higher than 900 ℃ carbonized particles become large, adversely affect the physical properties of the alloy. Therefore, presintering temperature was 400-900 degreeC. In addition, if the preliminary sintering time is less than 30 minutes, sufficient reaction does not occur, whereas if it exceeds 4 hours, the carbonized powder may be coarsened. Therefore, the preliminary sintering time was 30 minutes to 4 hours.

본 소결의 온도가 1300℃ 미만이면 바인더금속인 Ni의 액상이 생성되지 않기 때문에 충분한 소결효과가 얻어지지 않고, 반면에 1600℃를 초과하면 과소결로 인하여 소결체 내부에서 가스가 발생하여 스웰링현상이 일어남으로써 소결체의 물성에 악영향을 준다. 따라서, 본소결의 온도는 1300 내지 1600℃로 하였다. 또 본 소결분위기의 진동도가 10-2torr미만이면 진공도가 낮아서 소결체와 분위기가스와의 반응이 일어나서 소결체가 악영향을 받고, 반면에 10-5torr을 초과하면 이러한 진공도를 생성 및 유지하는데 비용이 많이 들어 비경제적이다. 따라서, 본소결분위기의 진공도는 10-2내지 10-5torr로 하였다.If the temperature of the sintering is less than 1300 ° C, sufficient liquid phase sintering effect is not obtained because the liquid phase of Ni, a binder metal, is not produced. On the other hand, if the temperature exceeds 1600 ° C, gas is generated inside the sintered body due to oversintering, and swelling phenomenon occurs. This adversely affects the physical properties of the sintered compact. Therefore, the temperature of main sintering was 1300-1600 degreeC. In addition to the cost when the sintering atmosphere of vibration also is less than 10 -2 torr to get up a reaction with the sintered body and the degree of vacuum is low, the atmospheric gas is sintered under an adverse effect, on the other hand, if exceeding 10 -5 torr to create and maintain this degree of vacuum For many it is uneconomical. Therefore, the vacuum degree of the main sintering atmosphere was 10 -2 to 10 -5 torr.

본소결의 시간이 30분 미만이면 액상으로 형성된 바인더금속이 충분히 유동하여 입자들사이에 균일하게 퍼질 수 있는 시간이 부족하여 소결효과가 적고, 반면에 4시간을 초과하면 입자가 조대화되어 합금의 물성이 열화된다. 따라서 본소결의 시간은 30분 내지 4시간으로 하였다.If the time of the main sintering is less than 30 minutes, the binder metal formed in the liquid phase sufficiently flows and there is not enough time to spread evenly among the particles, so that the sintering effect is small. Physical properties deteriorate. Therefore, the time for main sintering was 30 minutes to 4 hours.

이하 본 발명의 WC-Ni계 초경합금의 제조방법을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the WC-Ni-based cemented carbide of the present invention will be described in detail with reference to Examples.

[실시예]EXAMPLE

1) 원료분말1) Raw material powder

a. SiCa. SiC

WC에 SiC을 피복하는 이유는 다음과 같다.The reason for coating SiC on WC is as follows.

① 고온에서 화학적, 열적으로 안정하다.① It is chemically and thermally stable at high temperature.

② Co를 대체하여 Ni를 사용할 때 소결시 SiC는 Ni과 반응성이 좋으며, 특히 젖음성이 우수하다.② When Ni is used in place of Co, SiC has good reactivity with Ni, especially wettability.

③ SiC는 피복시 WC보다 먼저 반응이 일어나므로 열역학적으로 문제가 없다.③ SiC reacts better than WC when coated, so there is no problem in thermodynamics.

WC 분말WC powder

① WC는 입도는 0.87~10㎛의 분말을 사용한다. 입도가 0.87㎛보다 미세한 경우 피복시 어려운 점이 수반되며, 10㎛ 이상의 조대한 분말을 사용하면 기계적 성질이 떨어진다.① WC uses powder whose particle size is 0.87 ~ 10㎛. If the particle size is finer than 0.87㎛, it is difficult to coat, and if coarse powder of 10㎛ or more is used, the mechanical properties are poor.

② 본 발명에서 사용한 WC분말은 대한중석광업(주)에서 제조한 것이다.② WC powder used in the present invention is manufactured by Daeseok Jung Mining Co., Ltd.

③ WC의 양은 70-97중량%로 조절한다.③ The amount of WC is adjusted to 70-97% by weight.

c. Ni분말c. Ni powder

① Ni은 기존의 Co에 비해 간격이 저렴하고, Co처럼 수급의 문제도 없으므로 바인더금속을 Co에서 Ni로 대체하면 매우 유리하다.① Ni is cheaper than conventional Co, and there is no supply and demand problem like Co, so it is very advantageous to replace the binder metal from Ni to Co.

2) 분말의 피복2) cloth of powder

하기 식(1),(2)번 식과 같은 반응을 통해서 실리카의 콜로이드용액을 만들기 위하여 규산나트륨(sodium silicate)(물유리)을 사용하였다. 규산나트륨은 구입이 용이하고, 저가이다. 규산나트륨은 물과 가수분해하여 되기 때문에 규산나트륨을 적당량의 물에 넣으면 실리카의 콜로이드 용액이 얻어진다.Sodium silicate (water glass) was used to make a colloidal solution of silica through the reactions of the following formulas (1) and (2). Sodium silicate is easy to purchase and inexpensive. Since sodium silicate is hydrolyzed with water, adding sodium silicate to an appropriate amount of water gives a colloidal solution of silica.

[반응식 1]Scheme 1

NaO·2SiO2+5H2O→Na++OH-+Si(OH)2………………………… (1) NaO · 2SiO 2 + 5H 2 O → Na + + OH - + Si (OH) 2 ... … … … … … … … … … (One)

[반응식 2]Scheme 2

Si(OH)2→SiO2+H2O ……………………………………………………(2)Si (OH) 2 → SiO 2 + H 2 O... … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (2)

여기에 WC분말을 넣고 처음에는 초음파로 교반하여 균질한 분산이 되도록 한 다음, 마그네틱스터를 이용하여 교반하였다. 교반시간은 10~40분, 바람직하게는 25~35분이다. 교반도중 10~20분 경과후 카본을 집어 넣어 교반하였다. 카본은 활성탄소, 카본블랙 어느 것을 사용하여도 무방하다. 교반을 종료시킨 후 WC분말에 실리카와 탄소가 섞여 있는 상태의 현탁액을 경사법으로 수세하거나, 자연침강법에 의해 침강시킨 후 물은 버린다.WC powder was added to the mixture and initially stirred with ultrasonic waves to obtain a homogeneous dispersion, followed by stirring using a magneticster. The stirring time is 10 to 40 minutes, preferably 25 to 35 minutes. After 10-20 minutes of stirring, carbon was inserted and stirred. Carbon may use either activated carbon or carbon black. After the stirring was terminated, the suspension of silica and carbon mixed in the WC powder was washed with a gradient method or precipitated by a natural precipitation method, and then water was discarded.

다음 이것을 수분을 제거하기 위해 50 내지 100℃에서 건조시킨다. 건조시킨 분말을 1400~1600℃에서 1~4시간 반응시켜서 WC분말에 SiC가 피복되도록 SiC생성분위기를 만들어 준다. 이때 분위기는 아르곤가스분위기를 사용한다.It is then dried at 50-100 ° C. to remove moisture. The dried powder is reacted for 1 to 4 hours at 1400 ~ 1600 ° C to make SiC raw ingredients so that SiC is coated on the WC powder. At this time, the atmosphere uses argon gas atmosphere.

이때의 화학반응식은 아래와 같다.The chemical reaction formula is as follows.

[반응식 3]Scheme 3

SiO2(s)+3C(s)=SiC(s)+2CO(g)SiO 2 (s) + 3 C (s) = SiC (s) + 2 CO (g)

이렇게 하여 WC분말에 SiC을 피복한 후 분말의 상태는 XRD로 분석하였고, TGA(시차무게 중량법 또는 산화도 측정법)을 이용하여 SiC가 피복된 상태의 분말이 높은 산화로도 가짐을 알 수 있었다. 물유리의 양은 수세후 15%만이 존재하므로 첨가시 이 문제를 고려하여야 한다.Thus, after coating SiC on the WC powder, the state of the powder was analyzed by XRD, and it was found that the powder of SiC-coated state also had high oxidation by using TGA (differential weight gravimetric method or oxidation degree measuring method). The amount of water glass is only 15% after washing, so this problem should be taken into account when adding.

3) 분말의 소결3) sintering of powder

2) 에서처럼 WC분말을 SiC로 피복처리한 WC분말에 Ni을 3~30중량% 첨가하였다. Ni의 함량이 3중량% 이하이면 혼합시 균질한 혼합이 어렵고 소결온도를 올려야 하므로 경제적으로 부적합하다. 또한 Ni함량이 30중량% 이상이면 Ni분말이 응집하여 바인더 풀의 형성이 용이하게 되어 소결시 이것은 기공으로 남게된다.As in 2), 3-30% by weight of Ni was added to the WC powder coated with SiC. If the content of Ni is less than 3% by weight, homogeneous mixing is difficult when mixing and the sintering temperature must be raised, so it is economically unsuitable. In addition, when the Ni content is 30% by weight or more, the Ni powder aggregates to facilitate formation of the binder pool, which is left as pores during sintering.

또한 바인더금속량이 30중량% 이상이면 초경합금으로서 부적절한 형태가 된다. 따라서 Ni은 3 내지 30중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 예비소결은 수소분위기이거나 진공분위기에서 실시하였고, 수소분위기중 예비소결은 400-900℃ 사이에서 30분 내지 4시간동안 실시하였다. 예컨대, 탈가스처리 및 불순물의 제거를 위하여 먼저 400℃에서 2시간반응시킨 후 900℃에서 30분~4시간 예비소결하였다. 진공분위기를 사용하는 경우도 수소분위기와 동일하게 예비소결하였다.In addition, when the amount of the binder metal is 30% by weight or more, it becomes an inappropriate form as a cemented carbide. Therefore, it is preferable to add 3-30 weight% of Ni. Presintering was carried out in a hydrogen or vacuum atmosphere, and presintering in a hydrogen atmosphere was carried out between 400-900 ° C. for 30 minutes to 4 hours. For example, for degassing and removing impurities, the mixture was first reacted at 400 ° C. for 2 hours and then presintered at 900 ° C. for 30 minutes to 4 hours. In the case of using a vacuum atmosphere, it was presintered in the same manner as the hydrogen atmosphere.

본 소결은 1300℃ 내지 1600℃에서 10-1torr 내지 10-5torr의 범위내에서 30분 내지 4시간동안 실시하였다.The sintering was carried out at 1300 ° C to 1600 ° C for 30 minutes to 4 hours in the range of 10 -1 torr to 10 -5 torr.

진공도가 높으면 금속이 증발하기 때문에, 10-5torr 이하에서 실시하였다. 또한 소결온도는 WC-Co합금보다 WC-Ni합금의 경우 액상출현온도가 약 70℃만큼 높기 때문에, WC-Co와 WC-Ni이 같은 비율의 조성인 경우 WC-Ni은 30-100℃정도 높게 소결하였다(예컨대 WC-15Ni의 경우 1400℃~1450℃, WC-10Ni의 경우 1425℃~1500℃).When the degree of vacuum was high, the metal was evaporated, so it was carried out at 10 −5 torr or less. In addition, the sintering temperature is about 70 ℃ higher than that of WC-Co alloy, so that WC-Ni is 30-100 ℃ higher when WC-Co and WC-Ni have the same composition. Sintered (for example, 1400 degreeC-1450 degreeC for WC-15Ni, 1425 degreeC-1500 degreeC for WC-10Ni).

초경합금에 일반적으로 실행되는 횡파단강도(T.R.S)의 측정시험을 한 후, 파괴단면을 관찰하면 파괴의 원인은 크게 3가지로 나누어진다. 즉, 조대한 WC입자(복합탄화물상), 바인더금속지(binder metal pool), 기공 등으로 나누어진다.After the measurement test of T.R.S, which is generally performed on cemented carbides, the fracture cross section is observed. That is, it is divided into coarse WC particles (composite carbide phase), binder metal pool, pores, and the like.

WC분말을 SiC로 피착하여 피복된 사용하면 복합탄화물상이 억제되고 조대한 입자의 성장이 제어된다. 이것은 X선회절패턴에서 복합탄화물이 성장하지 않는 것으로 확인되었다. 또한 조대한 입자의 성장은 SEM이나 광학현미경으로도 확인할 수 있다.When the WC powder is coated with SiC and coated, the composite carbide phase is suppressed and the growth of coarse particles is controlled. It was confirmed that the composite carbide did not grow in the X-ray diffraction pattern. The growth of coarse particles can also be confirmed by SEM or optical microscope.

종래의 WC-Ni계 초경합금에서 가장 문제가 되었던 WC와 Ni간의 젖음성의 경우는, 화학적, 열적 안저한 SiC을 WC에 피복함으로써 WC와 Ni간의 젖음성을 향상시키고, 따라서 바인더금속을 Co에서 Ni로 대체하는 것이 가능하다. 또한 종래에는 바인더금속을 Co에서 Ni로 대체하는 경우 인성치는 유사한 값을 얻을 수 있으나, 경도값에서 현저히 큰 차이를 보였다.In the case of wettability between WC and Ni, which is the most problematic in the conventional WC-Ni cemented carbide, the wettability between WC and Ni is improved by coating the chemically and thermally stable SiC on the WC, thus replacing the binder metal with Co to Ni. It is possible to do Also, when the binder metal is conventionally replaced with Ni in Co, the toughness can be obtained similarly, but the hardness value is remarkably large.

그러나 본 발명에서는 이런 문제점을 WC분말에 SiC를 피복처리함으로서 극복할 수 있고, WC-Co합금보다 우수한 WC-Ni계 초경합금을 제조할 수 있다.However, in the present invention, this problem can be overcome by coating SiC on the WC powder, and the WC-Ni-based cemented carbide alloy can be manufactured better than the WC-Co alloy.

본 발명은 초경합금의 바인더금속인 Co를 Ni로 대체할 수 있으며, 조대한 입도를 가진 WC분말이나 하더라도 분말을 복합화, 캡슐화 등을 통하여 원료분말 고유의 특성과 피복처리후의 좋은 특성을 조합하여 분말자체에 고기능성을 부여한다.According to the present invention, Co, a binder metal of cemented carbide, can be replaced with Ni, and even a WC powder having a coarse particle size can be combined with the unique properties of the raw powder through the complexing and encapsulation of the powder and the powder itself. Gives high functionality to

4) 본 발명의 효과를 확인하기 위한 실험4) Experiment to confirm the effect of the present invention

a. WC-Ni계와 WC-SiC-Ni계의 복합탄화물상의 비교 및 억제방법 증류수 100ml에 9.77g의 물유리를 넣고 가수분해시켜서 pH까 11.1인 실리카의 콜로이드용액을 얻었다. 여기에 2.39㎛의 WC분말 100g을 넣고 15분간 교반한 후 카본블랙을 0.19g을 첨가하여 30분간 교반하였다.a. Comparison of WC-Ni and WC-SiC-Ni Composite Carbide Phases and Inhibition Methods A colloidal solution of silica with a pH of 11.1 was obtained by adding hydrolysis to 9.77 g of water glass in 100 ml of distilled water. 100 g of 2.39 µm WC powder was added thereto and stirred for 15 minutes, followed by addition of 0.19 g of carbon black, followed by stirring for 30 minutes.

이 분말화합물을 정치시킨 후 물은 딸아버렸다. 이 분말혼합물 건조기에서 약 80℃의 온도에서 건조시켜서 수분을 제거했다. 이 건조된 분말혼합물을 1500℃에서 3시간동안 아르곤가스분위기에서 반응시킴으로써 SiC를 3중량%로 피복한 후 바인더금속인 Ni을 15중량% 첨가하여 WC-3SiC-15Ni(WC 분말에 3중량%의 SiC를 피복하여 Ni를 15중량%로 첨가한 것) 본 발명의 분말혼합물을 얻고 이 분말혼합물을 400℃에서 2시간동안 그리고 900℃에서 30분동안 수소분위기에서 예비소결한 후 10-4torr에서 분위기운도를 1500℃로 하여 2시간동안 본소결함으로써 본 발명의 소결체(초경합금)를 얻었다. 또한 SiC를 피복하지 않은 WC-15Ni 분말혼합물도 만들어 1450℃에서 3시간 반응시켜 소결체를 얻었다.After leaving the powder compound to stand still, the water went away. In this powder mixture dryer, it dried at the temperature of about 80 degreeC, and water was removed. The dried powder mixture was reacted in an argon gas atmosphere at 1500 ° C. for 3 hours to cover 3% by weight of SiC, and then 15% by weight of Ni, a binder metal, was added to WC-3SiC-15Ni (3% by weight of WC powder). 15% by weight of Ni coated with SiC) to obtain a powder mixture of the present invention, which was pre-sintered in a hydrogen atmosphere at 400 ° C. for 2 hours and at 900 ° C. for 30 minutes at 10 −4 torr. The sintered compact (carbide alloy) of this invention was obtained by carrying out main sintering for 2 hours at the atmospheric cloud temperature of 1500 degreeC. In addition, a WC-15Ni powder mixture not coated with SiC was also prepared and reacted at 1450 ° C. for 3 hours to obtain a sintered body.

여기에서 비교적 높은 소결온도와 긴 소결시간으로 소결처리한 이유는 WC-Ni계 초경합금에서 복합탄화물상으로 알려진 Ni2W2C(상)의 생성을 용이하게 하기 위한 것이다. 이상은 소결체의 탄소가 부족해서 생기는 취약한 상이다.상은 경도는 증가시키지만 인성은 저하시키며 파괴시 단면을 조사하면 균열이 이부분에서 기인되는 것을 알 수 있다.Here, the reason of the sintering treatment with the relatively high sintering temperature and the long sintering time is Ni 2 W 2 C (known as the composite carbide phase in the WC-Ni cemented carbide) To facilitate the generation of phase). this The phase is a weak phase caused by lack of carbon in the sintered body. The phase increases the hardness, but the toughness decreases. If the cross section is examined when fractured, it can be seen that the crack originates in this part.

WC-15Ni과 본 발명의 WC-3SiC-15Ni의 두개의 시편을 X-ray로 분석하여 상의 변화를 조사한 결과 SiC가 피복된 WC-3SiC-15Ni 조성의합금에서는 복합탄화물사이 생성되지 않았으며 WC-15Ni에 비해 치밀한 소결체를 얻을 수 있다는 것이 확인 되었다. 상기한 WC분말과 입도가 상이한 WC분말에 SiC를 피복하여 WC-SiC-Ni합금을 제조한 경우에도 복합탄화물상이 억제된다. 이것은 X-ray로 관찰하여 얻은 결과이다.Two specimens of WC-15Ni and WC-3SiC-15Ni of the present invention were analyzed by X-ray and the phase change was examined. It was confirmed that a compact sintered body can be obtained compared to 15Ni. The composite carbide phase is also suppressed when a WC-SiC-Ni alloy is produced by coating SiC on a WC powder having a particle size different from the above-mentioned WC powder. This is the result obtained by observing with X-ray.

복합탄화물의 억제효과에 대해서 WC에 SiC을 피복함으로써 복합탄화물상의 형성이 억제된다는 것이 확인되었다. SiC는 Ni과 반응성이 우수하고, 특히 젖음성이 좋다는 것이 확인되었다. 또한 비정상 입자성장은 파괴시 결함의 근원으로 작용하므로, 복합탄화물상의 형성을 억제시키면 인성이 증가되고, 기계적 성질이 향상된다는 것을 알 수 있었다.Regarding the inhibitory effect of the composite carbide, it was confirmed that the formation of the composite carbide phase was suppressed by coating SiC on the WC. It was confirmed that SiC was excellent in reactivity with Ni, and especially wettability. In addition, since abnormal grain growth acts as a source of defects in fracture, it can be seen that the suppression of the formation of the composite carbide phase increases the toughness and improves the mechanical properties.

b. 미세조직 관찰(조대한 입자성장의 억제)b. Microstructure observation (suppression of coarse particle growth)

소결후 조직을 관찰하기 위하여 광학현미경이나 주사전자현미경을 이용하여 관찰하였다. WC에 SiC의 피복처리효과를 관찰하기 위하여 WC-Ni합금과 WC-SiC-Ni합금에 대해 비교 관찰하였다.In order to observe the structure after sintering, it was observed using an optical microscope or a scanning electron microscope. In order to observe the coating treatment effect of SiC on WC, WC-Ni alloy and WC-SiC-Ni alloy were compared and observed.

입도의 측정은 이미지 아날라이저(상분석기)를 이용하여 측정하였다. 종래의 WC-Ni합금의 경우 조대한 입자의 성장이 많이 일어나 있는 것을 관찰할 수 있었으며, WC분말에 SiC을 피복한 분말을 사용하여 소결한 소결체(이하, WC-SiC-Ni로 표시)에서는 균일한 입자성장이 관찰되었으며, 조대화 입자는 관찰되지 않았다. 이것은 첨가된 SiC의 양(중량%)에 따라 차이가 있었으므로, SiC의 첨가량의 범위는 0.1~5중량%가 적절하였다.The particle size was measured using an image analyzer (phase analyzer). In the case of the conventional WC-Ni alloy, it was observed that coarse particles grow much, and uniform in the sintered body sintered using a powder coated with SiC on the WC powder (hereinafter referred to as WC-SiC-Ni). Particle growth was observed and no coarse particles were observed. Since this was different depending on the amount (wt%) of added SiC, the amount of SiC added was suitably in the range of 0.1 to 5 wt%.

정확한 입도를 측정하기 위하여 이미지 아날라이저를 사용하여 WC-SiC-Ni합금과 종래의 WC-Ni합금의 입도를 측정하였다. 이들 합금과 동일조성의 분말혼합물을 각각 1425℃에서 1시간 소결한 후 미세조직을 상분석기로 측정하였다.In order to measure the exact particle size, the particle size of the WC-SiC-Ni alloy and the conventional WC-Ni alloy was measured using an image analyzer. These alloys and powder mixtures of the same composition were sintered at 1425 ° C. for 1 hour, and the microstructures were measured with a phase analyzer.

그 결과 WC-Ni합금의 경우 원료분말이 3.94㎛이었던 것이 소결후의 입도는 4.38㎛이었다. 그러나 WC-1SiC-15Ni(WC분말에 1% SiC 피복한 것)의 경우 4.29㎛이었다.As a result, in the case of WC-Ni alloy, the raw material powder was 3.94 mu m and the particle size after sintering was 4.38 mu m. However, WC-1SiC-15Ni (1% SiC coated on the WC powder) was 4.29 µm.

따라서 WC-1SiC-Ni의 경우 입성장의 억제의 효과가 있다는 것을 알 수 있다. 또한 WC-20Ni합금과 WC-1SiC-20Ni합금을 1400℃에서 1시간 소결하여 입도 및 면적을 측정하였다. WC-20Ni합금의 경우 17.11μ㎡이었고, WC-1SiC-20Ni합금의 경우 15.57μ㎡ 이었다. 입도에서도 WC-20Ni합금의 경우 입자의 분포의 폭은 1.48㎛에서 27.29㎛이었으나, WC-1SiC-20Ni합금의 경우 2.16㎛에서 14.89㎛였다.Therefore, it can be seen that WC-1SiC-Ni has an effect of suppressing grain growth. In addition, the grain size and area of the WC-20Ni alloy and WC-1SiC-20Ni alloy were sintered at 1400 ° C. for 1 hour. The WC-20Ni alloy was 17.11 μm 2 and the WC-1SiC-20Ni alloy was 15.57 μm 2. In the case of the WC-20Ni alloy, the particle size ranged from 1.48 µm to 27.29 µm, whereas the WC-1SiC-20Ni alloy ranged from 2.16 µm to 14.89 µm.

다시 말하면 WC-20Ni합금의 경우 입도분포의 폭이 넓었으나 WC-1SiC-20Ni합금의 경우 입도분포의 폭이 좁은 것을 알 수 있다. 이것으로 보아도 입자의 성장이 억제된 것을 알 수 있다. 이 실험치는 이미지 아날라이저를 사용하여 분석한 것이다.In other words, the WC-20Ni alloy has a wide particle size distribution, but the WC-1SiC-20Ni alloy has a narrow particle size distribution. This shows that the growth of the particles was suppressed. This experimental value was analyzed using an image analyzer.

c. WC-Ni계 합금과 WC-SiC-Ni계 합금의 기공비교c. Comparison of Pore between WC-Ni Alloy and WC-SiC-Ni Alloy

종래의 WC-Ni계 초경합금은 성형성 및 소결성이 WC-Co에 비하여 떨어진다. 이것은 WC-Ni계 초경합금의 소결온도가 WC-Co에 비하여 약 70℃만큼 높기 때문이다. 따라서 부반응이 용이하게 일어날 수 있다. 또한 입도가 큰 경우는 기공이 더 많이 생긴다. 이것이 반응시의 문제점이고 이 문제점은 WC분말에 SiC를 피복함으로써 해결된다.Conventional WC-Ni-based cemented carbide is inferior in formability and sinterability to WC-Co. This is because the sintering temperature of the WC-Ni cemented carbide is about 70 ° C higher than that of WC-Co. Therefore, side reactions can easily occur. In addition, when the particle size is large, more pores are generated. This is a problem in the reaction and this problem is solved by coating SiC on the WC powder.

6.46㎛ 및 2.39㎛의 WC분말을 사용하여 SiC량을 0 내지 2중량%로 하여 WC분말에 피복하였다. 피복된 분말은 바인더금속인 Ni을 각각 10중량%와 15중량% 첨가하여 WC-SiC-10Ni과 WC-SiC-15Ni 조성의 분말혼합물을 만들었다.The WC powders were coated with WC powders of 6.46 μm and 2.39 μm with SiC amounts of 0 to 2% by weight. The coated powder was added with 10% by weight and 15% by weight of Ni, respectively, to form a powder mixture of WC-SiC-10Ni and WC-SiC-15Ni.

수소분위기에의 노에서 400℃에서 2시간, 900℃에서 30분 예비소결을 행하였으며, 진공분위기의 노에서 각각 1475℃와 1425℃에서 각각 1시간씩 소결하였다. 기공을 관찰하기 위하여 광학현미경을 이용하여 50배로 관찰하였다.Pre-sintering was performed for 2 hours at 400 ° C. and 30 minutes at 900 ° C. in a furnace in a hydrogen atmosphere, and sintered for 1 hour at 1475 ° C. and 1425 ° C., respectively, in a furnace in a vacuum atmosphere. In order to observe the pore was observed 50 times using an optical microscope.

6.46㎛ WC의 분말에 SiC를 각각 0%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 0.8%, 1%, 1.2%, 1.5%, 2% 만큼 피복처리하여 WC-SiC-Ni합금의 기공을 관찰하였다. SiC를 피복하지 않은 WC-Ni합금에서는 크고 많은 기공을 관찰할 수 있었으나, SiC의 피복처리량의 증가와 더불어 기공은 감소하였고, 1%에서는 거의 기공은 존재하지 않는 치밀한 소결체를 얻었다. 1.2% 이상이 되면 기공은 다시 조금씩 존재하였다.SiC was coated with 6.46 μm WC powder by 0%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 0.8%, 1%, 1.2%, 1.5%, and 2%, respectively, to observe the pores of the WC-SiC-Ni alloy. . Large and many pores were observed in the WC-Ni alloy without SiC coating, but the pores decreased with increasing the amount of SiC coating, and a dense sintered compact having almost no pores was obtained at 1%. When more than 1.2%, the pores again existed little by little.

2.39㎛의 WC분말을 이용하여 SiC를 각각 0%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 0.8%, 1%, 1.2%, 1.5%, 2%만큼 피복처리한 WC-SiC-Ni합금을 만들었을 때에는 0.6%일때가 기공이 거의 존재하지 않는 치밀한 소결체를 얻을 수 있었다.WC-SiC-Ni alloys coated with SiC by 0%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 0.8%, 1%, 1.2%, 1.5% and 2%, respectively, were used with a 2.39㎛ WC powder. In the case of 0.6%, a dense sintered compact having almost no pores was obtained.

상기에서 기술한 것처럼 기공의 양은 바인더금속의 첨가량에는 무관하며, 출발 원료인 WC분말 입도에 차이에 따라 변화를 나타내었다.As described above, the amount of pores was not related to the amount of binder metal added, and the pore amount was changed depending on the particle size of the starting material, WC powder.

d. WC-Ni계와 WC-SiC-Ni계의 입도 및 형상비교d. Particle Size and Shape Comparison between WC-Ni and WC-SiC-Ni

WC-Ni계와 WC-SiC-Ni계를 소결하여 입성장 크기를 측정항 조대한 입성장 얼마나 일어났는가를 측정하기 위하여 ˝c˝에서 처럼 시편을 제조하였다. 소결후의 시편을 조직관찰을 위하여 먼저 시편 SiC연마포로 100, 200, 300, 400, 600, 800, 1000, 1200번까지 연마한 후 다이아몬드 페이스트를 사용하여 4㎛, 1㎛, /㎛순으로 폴리싱하였다.The size of grain growth was measured by sintering the WC-Ni-based and WC-SiC-Ni-based specimens. After sintering, the specimens were first polished 100, 200, 300, 400, 600, 800, 1000, 1200 times with specimen SiC polishing cloth, and polished in the order of 4㎛, 1㎛, / ㎛ using diamond paste. .

기공관찰시에는 부식이 필요치 않으나 조직관찰을 위해서는 시편을 FeCl2에서 10초간 유지하고, 무라카미용액(성분 : K3Fe(CN)610g과 NaOHg을 증류수에 녹인 용액)에서 2~5분동안 부식시켰다.Corrosion is not required for pore observation, but for tissue observation, the specimen is kept in FeCl 2 for 10 seconds and corroded for 2-5 minutes in Murakami solution (component: K 3 Fe (CN) 6 10g and NaOHg in distilled water). I was.

WC-SiC-Ni합금조직과 WC-Ni합금조직에서 입자의 형태를 관찰하면 그 형상이 상이한 것을 알 수 있다. WC-Ni의 소결조직을 보면 WC-Co계 초경합금의 전형적인 형태인 탄화물상이 삼각주형을 나타낸다. 즉 모서리 부분이 각이진 형태이다. 이것은 소결시 입성장은 기저면이 성장하기 때문에 삼각형의 입자를 가진다고 추정된다.Observing the shape of the particles in the WC-SiC-Ni alloy structure and the WC-Ni alloy structure, it can be seen that the shape is different. In the sintered structure of WC-Ni, the carbide phase, which is a typical form of WC-Co cemented carbide, shows a triangular template. That is, the corners are angled. It is estimated that the grain growth during sintering has triangular particles because the base surface grows.

그러나 WC분말에 SiC를 피복하여 소결한 WC-SiC-Ni계 합금의 경우는 WC분말에 SiC의 피복으로 입성장이 억제되어 입자의 형태는 모서리 부분이 모난 형태를 하고 8각형태(거의 구형에 가까운)를 나타냈으며 이는 입성장이 억제되었다는 것을 보여주는 것이다.However, in the case of WC-SiC-Ni-based alloy sintered by coating SiC on the WC powder, grain growth is suppressed by the SiC coating on the WC powder, and the grain shape is angular and the octagonal shape (nearly spherical). ), Indicating that grain growth was suppressed.

이것을 현상학적인 고찰과 별도로 상분석기를 이용하여 WC-1SiC-10Ni합금과 WC-10Ni합금의 입도를 분석하였다. WC-10Ni합금의 경우 2.01~31.45㎛범위에 존재하였고 WC-1SiC-10Ni합금의 경우 2.62~18㎛의 범위에 존재하였다.Apart from the phenomenological considerations, the particle size of the WC-1SiC-10Ni alloy and WC-10Ni alloy was analyzed using an image analyzer. WC-10Ni alloys were in the range of 2.01 ~ 31.45㎛ and WC-1SiC-10Ni alloys were in the range of 2.62 ~ 18㎛.

평균입도도 SiC를 피복한 WC-SiC-Ni계 합금이 균일한 값을 나타냈으며, 피복하지 않은 WC-Ni계 합금에 비교하여 0.5㎛ 정도로 억제되었다. 입도측정결과, WC-15Ni의 경우에는 입도의 분포의 폭은 1.29㎛에서 16.12㎛이었으며 WC-1SiC-15Ni의 입도의 폭은 1.99㎛에서 12.31㎛의 범위에 존재하였다. 이는 평균입도에서 1.3㎛ 정도 SiC 피복의 효과를 보았다는 것을 나타낸다.The average particle size of SiC-coated WC-SiC-Ni-based alloys showed uniform values and was suppressed to about 0.5 μm compared to the uncoated WC-Ni-based alloys. As a result of the particle size measurement, in the case of WC-15Ni, the range of particle size distribution ranged from 1.29 μm to 16.12 μm and the range of particle size of WC-1SiC-15Ni ranged from 1.99 μm to 12.31 μm. This indicates that the effect of the SiC coating on the average particle size was about 1.3 μm.

e. 소결제품의 경도e. Hardness of Sintered Product

상업적으로 많이 사용되고 있는 초경합금인 WC-Co계 초경합금의 제조시에도 열간등방가압처리(HIP) 하여 잔류기공을 제거하여 완전한 치밀제를 얻는 방법이 있다. 본 발명에 따라 시편을 제조하여, SiC의 피복효과와 피복하지 않은 효과를 비교하기 위하여 비커스경도를 측정하였다.In the production of WC-Co-based cemented carbide, which is widely used commercially, there is also a method of obtaining complete densities by removing residual pores by hot isotropic pressing (HIP). Specimens were prepared according to the present invention and Vickers hardness was measured to compare the effect of coating and SiC of SiC.

비교예 1은 일본 도시바 단갈로이의 카달로그에서 인용한 것이다. 이것은 실제 시중에 나와 있는 것과 직접 비교하고자 한 것이며, 비교예 2는 SiC를 피복하지 않는 것이며, 본 발명은 SiC를 피복한 것이다.Comparative Example 1 is cited in a catalog of Toshiba Dangaloy, Japan. This is intended to be compared directly with what is actually available on the market, Comparative Example 2 is not coated with SiC, the present invention is coated with SiC.

본 발명에서 입도가 2.39㎛인 경우에는 SiC의 피복량을 0.6㎛로 조절하였고, 입도가 6.46㎛인 경우에는 SiC를 1중량%로 피복하였다.In the present invention, when the particle size was 2.39 μm, the coating amount of SiC was adjusted to 0.6 μm, and when the particle size was 6.46 μm, the SiC was coated by 1 wt%.

[표 1]TABLE 1

본 발명에서는 WC-Co계 초경합금에서 바인더금속을 Co에서 Ni로 대체시 문제점이었던 경도값을 향상시키기 위하여 WC분말에 SiC를 피복하여 기존의 WC-Ni계 초경합금보다는 월등히 우수한 초경합금을 제조하였고, WC-Co계 초경합금보다도 우수한 경도를 얻을 수 있으며, 열간등방압 가압처리를 한 소결제보다 동등하거나 더 우수한 초경합금재료를 얻었다.In the present invention, in order to improve the hardness value, which was a problem when replacing the binder metal from Co to Ni in the WC-Co cemented carbide, SiC was coated on the WC powder to prepare a cemented carbide which was superior to the conventional WC-Ni cemented carbide. A cemented carbide that is superior to the Co-based cemented carbide can be obtained and is equivalent to or better than that of the sintering agent subjected to hot isostatic pressure treatment.

Claims (2)

SiC가 0.1 내지 5중량% 피복된 WC분말 : 70 내지 97중량%와 Ni : 3 내지 30중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 WC-Ni계 초경합금.WC-Ni-based cemented carbide, characterized in that consisting of 0.1 to 5% by weight of the coated WC powder: 70 to 97% by weight and Ni: 3 to 30% by weight. WC분말표면에 SiC층을 형성시키기 위해 규산나트륨을 가수분해시켜서 pH가 10.2 내지 11.4인 실리카의 콜로이드 용액을 얻고, 이 콜로이드용액에 WC분말을 넣고 교반하고, 카본을 WC분말에 대해 0.02 내지 1중량%의 양으로 첨가하여 교반한 후 수분을 제거하기 위하여 50 내지 100℃의 온도에서 건조시켜서 분말혼합물을 얻고, 이 분말혼합물을 1400℃ 내지 1600℃의 온도에서 1 내지 4시간동안 아르곤가스분위기에서 반응시킴으로써 WC분말에 0.1 내지 5중량%의 SiC가 피복된 WC분말을 얻고, 이 SiC가 피복된 WC분말 : 70 내지 97중량%와 Ni : 3 내지 30중량%를 혼합하여 400 내지 900℃의 온도에서 30분 내지 4시간동안 진공분위기 또는 수소분위기에서 예비소결하고, 이렇게해서 얻은 예비소결체를 1300 내지 1600℃, 10-2torr 내지 10-5torr 에서 30분 내지 4시간동안 본 소결하는 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 WC-Ni계 초경합금의 제조방법.Sodium silicate was hydrolyzed to form a SiC layer on the surface of the WC powder to obtain a colloidal solution of silica having a pH of 10.2 to 11.4. The WC powder was added to the colloidal solution and stirred, and carbon was 0.02 to 1 weight based on the WC powder. After adding and stirring in an amount of%, the mixture was dried at a temperature of 50 to 100 ° C. to remove moisture to obtain a powder mixture, and the powder mixture was reacted in an argon gas atmosphere at a temperature of 1400 ° C. to 1600 ° C. for 1 to 4 hours. Thus, to obtain a WC powder coated with 0.1 to 5% by weight of SiC on the WC powder, the SiC coated WC powder: 70 to 97% by weight and Ni: 3 to 30% by weight were mixed at a temperature of 400 to 900 ° C. Presintering in a vacuum or hydrogen atmosphere for 30 minutes to 4 hours, and the presintered body thus obtained is main sintered at 1300 to 1600 ° C and 10 -2 torr to 10 -5 torr for 30 minutes to 4 hours. WC-Ni-based cemented carbide production method, characterized in that consisting of.
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