RU2366539C2 - Method of compacting solid powders with hard coating - Google Patents

Method of compacting solid powders with hard coating Download PDF

Info

Publication number
RU2366539C2
RU2366539C2 RU2006145849/02A RU2006145849A RU2366539C2 RU 2366539 C2 RU2366539 C2 RU 2366539C2 RU 2006145849/02 A RU2006145849/02 A RU 2006145849/02A RU 2006145849 A RU2006145849 A RU 2006145849A RU 2366539 C2 RU2366539 C2 RU 2366539C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aforementioned
particles
intermediate layer
sintering
outer layer
Prior art date
Application number
RU2006145849/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2366539C9 (en
RU2006145849A (en
Inventor
Ричард Эдмунд ТОС (US)
Ричард Эдмунд Тос
Original Assignee
Элломет Корпорейшн
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 Элломет Корпорейшн filed Critical Элломет Корпорейшн
Publication of RU2006145849A publication Critical patent/RU2006145849A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2366539C2 publication Critical patent/RU2366539C2/en
Publication of RU2366539C9 publication Critical patent/RU2366539C9/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/1035Liquid phase sintering
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/16Metallic particles coated with a non-metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/17Metallic particles coated with metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture 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
    • B22F7/02Manufacture 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy. ^ SUBSTANCE: intermediary layer out of compound different in contents from material of particles of core is applied on particles of core consisting from at least one compound chosen from nitrides of metal and metalloid, metal carbides and metalloid, metal carbonitrides and metalloid, metal borides and metalloid, metal oxides and metalloid, metal sulphides and metalloid, metal silicides and metalloid, and diamond. Compound of intermediary layer is capable to bind with material of particles and with metal chosen from a group: iron, cobalt, nickel, copper, titanium, aluminium, magnesium, lithium, beryllium, silver, gold, platinum and their mixtures. On the intermediary layer there is applied an external layer out of metal chosen from a group: iron, cobalt, nickel, and their mixtures forming component particles. Produced particles are moulded, and liquid phase sintering is performed at temperature sufficient for transforming at least part of the external layer into a liquid state within time facilitating dissolution of part of the intermediary layer in the liquid external layer to produce effective amount of liquid therefore achieving practically absolute density without applying considerable external compacting pressure. ^ EFFECT: producing item of high density, hardness and wear resistance. ^ 44 cl, 7 dwg

Description

Область изобретенияField of Invention

Раскрывается способ уплотнения твердых порошков с жестким покрытием (ТСНР) до практически абсолютной плотности при низком давлении или без него, и изделия, полученные с использованием данного способа. Способ является рентабельным способом изготовления спеченных основ для материалов из ТСНР, базирующимся на жидкофазном спекании, обеспечивающем улучшенные характеристики по сравнению с обычными жесткими изделиями и материалами, известными в настоящее время в данной области.A method is disclosed for compaction of solid powders with a hard coating (TSNR) to almost absolute density at low pressure or without it, and products obtained using this method. The method is a cost-effective method of manufacturing sintered substrates for materials from TSNR, based on liquid phase sintering, which provides improved performance compared to conventional hard products and materials currently known in the art.

Предпосылки создания изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Спекание может быть определено как термообработка порошка или прессованных порошковых деталей с целью связывания частиц для создания твердого изделия.Sintering can be defined as the heat treatment of powder or pressed powder parts in order to bind particles to create a solid product.

В некоторых применениях, где порошок состоит из смеси порошков, по крайней мере, двух отличных материалов с различными точками плавления, смесь порошка прессуется в пористую («зеленую») основу. Эта основа нагревается выше точки плавления составляющего компонента с самой низкой точкой плавления, и часть спрессованной рыхлой смеси порошка превращается в жидкое состояние. После выдерживания основы при температуре спекания в течение заданного времени материал охлаждается, и жидкость затвердевает и «цементирует» основу в уплотненную пригодную структуру. Примерами подобных структур является медь/олово, железо/медь и карбид вольфрама/кобальт.In some applications where the powder consists of a mixture of powders of at least two different materials with different melting points, the powder mixture is pressed into a porous ("green") base. This base is heated above the melting point of the constituent component with the lowest melting point, and part of the compressed loose powder mixture turns into a liquid state. After the base is held at the sintering temperature for a predetermined time, the material is cooled, and the liquid solidifies and “cementes” the base into a compacted suitable structure. Examples of such structures are copper / tin, iron / copper and tungsten carbide / cobalt.

В подобных процессах затвердевание уплотненной основы происходит в присутствии жидкой фазы, и подобные процессы спекания называются жидкофазным спеканием (LPS). В некоторых структурах, в частности, при уплотнении твердых сплавов типа карбида вольфрама и других керамических частиц, жидкофазное спекание иногда называется обычным спеканием. В процессах жидкофазного спекания выгодно иметь некое минимальное количество жидкой фазы, присутствующей при температуре спекания, для обеспечения переноса связующей фазы для осуществления однородного распределения и затвердевания. Также обычно выгодно ограничить величину присутствующей жидкой фазы, чтобы избежать частичной деформации формы детали и роста зерен.In such processes, the solidification of the densified base occurs in the presence of a liquid phase, and similar sintering processes are called liquid phase sintering (LPS). In some structures, in particular during compaction of hard alloys such as tungsten carbide and other ceramic particles, liquid phase sintering is sometimes called ordinary sintering. In liquid phase sintering processes, it is advantageous to have a certain minimum amount of the liquid phase present at the sintering temperature to ensure the transfer of the binder phase to achieve uniform distribution and solidification. It is also usually advantageous to limit the amount of liquid phase present in order to avoid partial deformation of the part shape and grain growth.

Превращение в жидкость, например, позволяет повысить перенос массы, перераспределение частиц, развить скелетную структуру и обеспечить затвердевание. Обычно считается, что это выполняется путем округления частиц по мере того, как их внешние неровности переходят в жидкое состояние, и путем перетекания этой жидкости для заполнения пустот. После охлаждения происходит рекристаллизация и часто - рост зерен. В связи с затвердеванием структуры может уменьшиться пористость в процентном отношении ко всему объему. На скорость затвердевания может влиять, например, температура спекания, время спекания, давление спекания, атмосфера спекания и массовая доля связующего компонента.Transformation into a liquid, for example, allows to increase mass transfer, redistribution of particles, to develop a skeletal structure and to provide solidification. It is generally believed that this is done by rounding the particles as their external irregularities turn into a liquid state, and by flowing this liquid to fill the voids. After cooling, recrystallization occurs and often grain growth. Due to the hardening of the structure, porosity can be reduced as a percentage of the entire volume. The curing rate can be influenced, for example, by sintering temperature, sintering time, sintering pressure, sintering atmosphere and mass fraction of the binder component.

Жидкофазное спекание обычных твердых сплавов типа прессованного карбида вольфрама-кобальта (WC-Co) обычно выполняется при температурах спекания в диапазоне от 1325°С до 1475°С.Liquid phase sintering of conventional hard alloys such as pressed tungsten-cobalt carbide (WC-Co) is usually carried out at sintering temperatures in the range from 1325 ° C to 1475 ° C.

По мере того как порошковая деталь из WC-Co нагревается во время спекания твердых металлов WC-Co, кобальт начнет вести себя как очень вязкая жидкая фракция при приблизительно 700°С, и диффузия будет увеличиваться с увеличением температуры по мере того, как соответственно будет уменьшаться вязкость Co. Предполагается, что подобное густой смазке поведение и вязкость металла Co создает капиллярные притягивающие силы, возникающие из-за сильной склонности Co как можно больше смачивать поверхность WC. Это приводит к перераспределению частиц WC, и композитный материал начинает давать усадку даже до начала формирования первой жидкой фазы.As the WC-Co powder part heats up during the sintering of WC-Co solid metals, cobalt will begin to behave like a very viscous liquid fraction at approximately 700 ° C, and diffusion will increase with increasing temperature as it decreases accordingly viscosity Co. It is assumed that the behavior and viscosity of Co metal similar to a thick lubricant creates capillary attractive forces arising from Co's strong tendency to wet the WC surface as much as possible. This leads to a redistribution of WC particles, and the composite material begins to shrink even before the formation of the first liquid phase.

При 1275°С связующий метал Co начинает растворять частицы WC, а тройная эвтектическая реакция начинает формировать сплав Co-W-C. В виду продолжения увеличения температуры, увеличения смачивающей поверхности, образования жидкой фракции и наличия капиллярных сил продолжается перераспределение и усадка порошковой массы в форму требуемых изделий, по мере того как границы зерен передвигаются к границе раздела между зернами WC и связывающей фазы Co.At 1275 ° C, the Co binder metal begins to dissolve the WC particles, and the triple eutectic reaction begins to form the Co-W-C alloy. In view of the continued increase in temperature, increase in the wetting surface, the formation of a liquid fraction and the presence of capillary forces, the redistribution and shrinkage of the powder mass into the form of the desired products continues, as the grain boundaries move to the interface between the grains of the WC and the binding phase Co.

Высокая плотность, однородность и стехиометрия WC в спеченном изделии являются основными требованиями для микроструктурной целостности и крепости WC-Co. Обеспечение соответствующего локального баланса углерода во время жидкофазного спекания, устраняющего образование хрупкой обедненной углеродом фазы Co3W3C и пористость углерода, вызываемая слишком большим содержанием углерода, также имеют большое значение в обеспечении вязкости при разрушении материалов из WC-Co. Устранение снижающей прочность пористости и роста зерен в микроструктуре может быть достигнуто путем выбора соответствующей температуры и давления спекания. Например, температура должна быть достаточно высокой для превращения в жидкую фракцию достаточного количества материала для осуществления переноса массы, необходимого для заполнения пор между частицами, при этом она должна быть достаточно низкой для избежания чрезмерного растворения WC, вызывающего рост зерен. В той степени, в которой капиллярные силы недостаточны для обеспечения уплотнения до плотности, близкой к теоретической, может применяться внешнее давление.The high density, uniformity and stoichiometry of WC in a sintered body are the basic requirements for the microstructural integrity and strength of WC-Co. Ensuring an appropriate local carbon balance during liquid phase sintering, eliminating the formation of a brittle carbon-depleted Co 3 W 3 C phase and the carbon porosity caused by too high a carbon content, are also of great importance in providing viscosity during the destruction of materials from WC-Co. The elimination of the strength-reducing porosity and grain growth in the microstructure can be achieved by choosing the appropriate sintering temperature and pressure. For example, the temperature should be high enough to convert enough material into the liquid fraction to carry out the mass transfer necessary to fill the pores between the particles, and it should be low enough to avoid excessive dissolution of the WC, causing grain growth. To the extent that capillary forces are insufficient to provide compaction to a density close to theoretical, external pressure may be applied.

При обычном спекании, кобальт обычно в небольших процентах (3-18 масс.%) смешивается с WC. Связывающий кобальт играет роль в уплотнении, и его однородное распределение желательно для достижения однородности в микроструктурах WC-Co. Микроструктурные дефекты обычно обнаруживаются в спеченных деталях из WC-Co. Общей причиной является свойственная ему несовершенная гомогенизация (даже в течение длительного периода) порошков WC и Co, которые имеют приблизительно одинаковый диаметр. Желательно, чтобы в результате этого процесса каждая частица WC была заключена в оболочку, инкапсулирована (или, по крайней мере, связана) соответствующим надлежащим количеством кобальта таким образом, чтобы соотношение Co к WC было бы практически однородным по всей смеси. Статистически весьма маловероятно, чтобы можно было достичь этого результата, потому что в кобальте не имеется достаточно малых наночастиц, чтобы однородно гомогенизироваться с частицами WC. Барьерами для этого служат окисление кобальта, взрывоопасные пирофорные (самовоспламеняющиеся) реакции.In conventional sintering, cobalt is usually mixed with WC in small percentages (3-18 wt.%). Binding cobalt plays a role in compaction, and its uniform distribution is desirable to achieve uniformity in WC-Co microstructures. Microstructural defects are usually found in sintered parts from WC-Co. A common cause is the inherent imperfect homogenization (even over a long period) of WC and Co powders, which have approximately the same diameter. It is desirable that, as a result of this process, each WC particle be encapsulated, encapsulated (or at least bound) with an appropriate amount of cobalt so that the Co to WC ratio is almost uniform throughout the mixture. Statistically, it is highly unlikely that this result could be achieved, because cobalt does not have enough small nanoparticles to uniformly homogenize with WC particles. Barriers for this are cobalt oxidation, explosive pyrophoric (self-igniting) reactions.

Следствием является смесь WC-Co с участками, богатыми Co и бедными Co. Жидкая фаза образуется сначала в зонах богатых Co, и кобальт, ненасыщенный WC, ищет термодинамического равновесия путем (а) поглощения находящихся рядом более мелких кристаллов WC (самые маленькие могут быть полностью поглощены) и (b) путем мобилизации ненасыщенного Co на большие расстояния по направлению к зонам, бедным co для растворения все большего и большего количества WC до тех пор, пока не будет достигнуто насыщение. Таким образом, требуется более высокая, чем для создания жидкой фазы, температура для превращения в жидкую фракцию и транспортировки кобальта к бедным кобальтом зонам, где он требуется для равновесия и для обеспечения достаточного количества жидкого Co для смачивания частиц WC.The result is a mixture of WC-Co with areas rich in Co and poor Co. The liquid phase first forms in Co-rich zones, and cobalt, unsaturated WC, seeks thermodynamic equilibrium by (a) absorbing smaller WC crystals nearby (the smallest can be completely absorbed) and (b) by mobilizing unsaturated Co over long distances to areas poor in co to dissolve more and more WC until saturation is reached. Thus, a temperature higher than that required to create a liquid phase is required to convert to a liquid fraction and transport cobalt to cobalt-poor zones where it is required for equilibrium and to provide a sufficient amount of liquid Co to wet WC particles.

Борьба с эффектами данного неравномерного распределения Co обычно осуществляется путем использования (а) очень длительного времени размола на шаровой мельнице, (b) более высоких температур спекания, и (с) более длительного времени спекания. Размол на шаровой мельнице имеет тенденцию уменьшать частицы WC до тонкозернистых частиц, которые предпочтительно растворяются в Со во время нагревания. Две последние меры реально помогают увеличить связующую фазу и нормализовать распределение жидкого кобальта во время спекания, но они также увеличивают растворение WC. В дополнении к этому часть Co будет проникать в частицы WC вдоль границ зерен, потому что энергия межфазного взаимодействия WC/WC выше (более положительная), чем энергия межфазного взаимодействия WC/Co, по крайней мере, пока границы зерен имеют угол границы раздела, почти перпендикулярный поверхности. После охлаждения насыщенный раствор WC-Co осаждает WC, предпочтительно служа центром кристаллизации и рекристаллизуя WC на смежных оставшихся более крупных нерастворенных кристаллах WC, создавая нежелательное явление дозревания Оствальда (рост зерна) по мере отвердевания. Рост зерна протекает до уменьшения температуры до ниже третичной эвтектической температуры 1275°С структуры Co-W-C. На Фиг.1 показана фазовая диаграмма псевдодвоичного WC-Co. Для материалов WC-Co обычными являются почти 100%-ная плотность спекания.The effects of this uneven distribution of Co are typically controlled by (a) a very long grinding time in a ball mill, (b) higher sintering temperatures, and (c) a longer sintering time. Ball mill grinding tends to reduce WC particles to fine particles, which preferably dissolve in Co during heating. The last two measures really help to increase the binder phase and normalize the distribution of liquid cobalt during sintering, but they also increase the dissolution of WC. In addition to this, part of Co will penetrate into WC particles along the grain boundaries, because the energy of the WC / WC interfacial interaction is higher (more positive) than the energy of the WC / Co interfacial interaction, at least as long as the grain boundaries have an interface angle of almost perpendicular to the surface. After cooling, a saturated WC-Co solution precipitates WC, preferably serving as a crystallization center and recrystallizing WC on adjacent remaining larger undissolved WC crystals, creating an undesirable Ostwald ripening phenomenon (grain growth) as it solidifies. Grain growth proceeds until the temperature decreases to below the tertiary eutectic temperature of 1275 ° С of the Co-W-C structure. 1 shows a phase diagram of a pseudo-binary WC-Co. For WC-Co materials, almost 100% sintering density is common.

Таким образом, увеличение температур спекания способствует мобильности связующего вещества, но также вызывает чрезмерное растворение WC, приводящее к нежелательному росту зерен. Существует оптимальное соотношение между температурой и временем спекания, которое должно быть тщательно сбалансировано. Максимальная температура должна быть достаточно высокой, чтобы превращать в жидкое состояние достаточно материала для выполнения переноса массы, необходимого для заполнения пор между частицами (вступая в компромисс со структурной прочностью), в то же время, пытаясь избежать слишком высоких температур в течение длительного времени для исключения роста зерен (что также снижает структурную прочность).Thus, an increase in sintering temperatures promotes mobility of the binder, but also causes excessive dissolution of the WC, leading to undesirable grain growth. There is an optimal ratio between temperature and sintering time, which must be carefully balanced. The maximum temperature should be high enough to liquidize enough material to carry out the mass transfer necessary to fill the pores between the particles (compromising structural strength), while at the same time trying to avoid too high temperatures for a long time to eliminate grain growth (which also reduces structural strength).

Так как регулирование температуры спекания является одним из главных аспектов для высококачественных твердосплавных микроструктур, были использованы альтернативные методики спекания. Эти методики включают изучение сокращенного времени спекания (например, микроволновое спекание) и использование давления газа (например, горячее прессование, горячее изостатическое прессование (HiP) и способы спекания-штамповки Ceracon и Roc-Tec) для достижения уплотнения при более низких температурах.Since sintering temperature control is one of the main aspects for high quality carbide microstructures, alternative sintering techniques have been used. These techniques include studying shorter sintering times (e.g., microwave sintering) and using gas pressure (e.g., hot pressing, hot isostatic pressing (HiP), and Ceracon and Roc-Tec sintering / stamping methods) to achieve densification at lower temperatures.

Другим подходом, используемым при уплотнении обычных твердых сплавов, является увеличение массовой доли такого связующего компонента как кобальт. Это может быть в диапазоне от 18-25 мас.%, что не только увеличивает количество присутствующей жидкости, но может иметь положительный эффект увеличения прочности структуры. Однако у этого подхода имеется два значительных недостатка и, следовательно, его обычно избегают. Во-первых, увеличение мас.% связующего компонента уменьшает мас.% WC (износостойкая фаза) в структуре и, соответственно, снижает устойчивость к износу. Во-вторых, увеличение величины связующего компонента также приводит к растворению большего количества WC, внося значительный вклад в рост зерен во время охлаждения.Another approach used in compaction of conventional hard alloys is to increase the mass fraction of such a binder component as cobalt. This can be in the range of 18-25 wt.%, Which not only increases the amount of liquid present, but can have a positive effect of increasing the strength of the structure. However, this approach has two significant drawbacks and, therefore, is usually avoided. Firstly, an increase in the mass% of the binder component decreases the mass% of the WC (wear-resistant phase) in the structure and, accordingly, reduces the wear resistance. Secondly, an increase in the size of the binder component also leads to the dissolution of more WC, making a significant contribution to grain growth during cooling.

Далее, единственным средством улучшить износостойкость обычных карбидов (сохраняя при этом высокую вязкость при разрушении субстрата WC-Co) за последние семьдесят лет было (а) постоянное совершенствование и улучшение обычного порошка и способов обработки и уплотнения, (b) добавление тонких износостойких покрытий и (c) наслаивание более твердых материалов на подложку из WC-Co. Совершенствование обычных микроструктур WC-Co обеспечивается путем деликатного баланса времени, температуры, размера зерен и других параметров продукта и процесса. За последние пятьдесят лет возросло совершенствование обычных карбидов путем лучшего регулирования температуры спекания и использования более высокочистых, абсолютно однородных стартовых порошков WC и Co. За последние тридцать лет после введения наружных покрытий, улучшение износостойкости материалов при сохранении прочности WC-Co почти наполовину замедлилось.Further, the only way to improve the wear resistance of conventional carbides (while maintaining high viscosity during the destruction of the WC-Co substrate) over the past seventy years was (a) continuous improvement and improvement of conventional powder and processing and compaction methods, (b) the addition of thin wear-resistant coatings and ( c) layering harder materials on a WC-Co substrate. The improvement of conventional WC-Co microstructures is ensured by a delicate balance of time, temperature, grain size and other parameters of the product and process. Over the past fifty years, the improvement of conventional carbides has increased by better controlling the sintering temperature and using more pure, absolutely homogeneous starting powders WC and Co. Over the past thirty years after the introduction of external coatings, the improvement in the wear resistance of materials while maintaining the strength of WC-Co has slowed by almost half.

Хотя эти методики и уменьшили проблемы, возникающие в жидкофазном спекании обычных твердых металлов, тем не менее, остается неудовлетворенной потребность в способе производства частиц со свойствами, обеспечивающими однородность всех порошков WC и связующего компонента после спекания, и производства полученных из них изделий.Although these techniques have reduced the problems encountered in liquid-phase sintering of conventional solid metals, nevertheless, there remains an unmet need for a method of producing particles with properties that ensure the uniformity of all WC powders and a binder component after sintering, and the production of products obtained from them.

Для избежания описанных выше недостатков, изобретением предусматривается способ уплотнения зернистых материалов с микроструктурой нового класса, имеющих беспрецедентную комбинацию свойств, называемых твердыми порошками с жестким покрытием (ТСНР или сплав EternAloy®), с помощью жидкофазного спекания. Это новое семейство спеченных зернистых материалов состоит из одного или более типов сверхтвердых частиц Geldart класса С или более крупных частиц сердцевины керамического или жаропрочного сплава, имеющих чрезвычайную износостойкость, чистоту поверхности и другие свойства, которые (1) индивидуально покрыты нанослоями металлического соединения, имеющего относительно более высокую вязкость при разрушении типа WC или TaC, и (2) снова покрыты вторым слоем, включающим связующий металл, такой как Co или Ni. Комбинация сплавов с множеством свойств внутри спеченной структуры ТСНР позволяет комбинировать обычно конфликтующие экстремальные значения характеристик, включая, вязкость при разрушении, абразивность, сопротивляемость химическому износу, но не ограничиваясь ими, и легкий вес на приводимых выше уровнях для создания материалов со свойствами, превосходящими имеющиеся спеченные однородные порошки. Материалы ТСНР раскрыты в выданном г-ну Тосу (Toth) патенте США №6372346, включенному в данный материал в качестве ссылки.In order to avoid the drawbacks described above, the invention provides a method of compacting granular materials with a microstructure of a new class having an unprecedented combination of properties called hard powders with a hard coating (TSNR or EternAloy® alloy) using liquid phase sintering. This new family of sintered granular materials consists of one or more types of class C Geldart superhard particles or larger core particles of a ceramic or heat resistant alloy having extreme wear resistance, surface finish and other properties that are (1) individually coated with nanolayers of a metal compound having relatively more high fracture toughness such as WC or TaC, and (2) are again coated with a second layer comprising a binder metal such as Co or Ni. The combination of alloys with many properties within the sintered structure of TSNR allows us to combine usually conflicting extreme values of characteristics, including, but not limited to, fracture toughness, abrasion resistance, resistance to chemical wear, and light weight at the levels given above to create materials with properties exceeding the existing sintered homogeneous powders. TCHP materials are disclosed in U.S. Patent No. 6372346 issued to Mr. Toth, incorporated by reference.

Процесс по данному изобретению позволяет интегрировать термодинамически несовместимые разновидности материалов и экстремальные значения характеристик в отдельном материале. Таким образом, материалы ТСНР могут быть созданы с твердостью, приближающейся к твердости алмаза, с вязкостью при разрушении, превышающей вязкость при разрушении карбида вольфрама, и с весом, приближающимся к весу титана. В результате, ТСНР могут значительно превысить износостойкость обычных инструментов для резки и формовки; абразивных материалов; фрикционных и изнашивающихся изделий и термопокрытий; а также автомобильных, аэрокосмических деталей и деталей тяжелой и оборонной промышленности.The process of this invention allows the integration of thermodynamically incompatible varieties of materials and extreme values of characteristics in a single material. Thus, TSNR materials can be created with a hardness approaching that of diamond, with a fracture toughness higher than tungsten carbide fracture toughness, and with a weight approaching that of titanium. As a result, TSNR can significantly exceed the wear resistance of conventional tools for cutting and molding; abrasive materials; friction and wear products and thermal coatings; as well as automotive, aerospace parts and parts of the heavy and defense industries.

Краткое содержание изобретенияSummary of invention

Принимая во внимание вышеупомянутое, предлагается способ формирования изделия из зернистого материала. Способ включает обеспечение множества частиц сердцевины, включающих один материал частицы сердцевины или множество различных материалов частицы сердцевины, выбранных из нитридов металла и металлоида, карбидов металла и металлоида, карбонитридов металла и металлоида, боридов металла и металлоида, оксидов металла и металлоида, сульфидов металла и металлоида, силицидов металла и металлоида и алмаза.In view of the foregoing, a method for forming an article from a granular material is provided. The method includes providing a plurality of core particles including one core particle material or a plurality of different core particle materials selected from metal nitride and metalloid, metal carbide and metalloid, metal carbonide and metalloid, metal boride and metalloid, metal oxide and metalloid, metal sulfide and metalloid , metal silicides and metalloid and diamond.

На большинстве частиц сердцевины предусматривается промежуточный слой. Промежуточный слой включает второе соединение, отличное по составу от материала частиц сердцевины и имеющее более высокую относительную вязкость при разрушении. Второе соединение способно связываться с материалом частиц сердцевины и способно связываться с металлом, выбранным из железа, кобальта, никеля, меди, титана, алюминия, магния, лития, бериллия, серебра, золота, платины и их смесей. Комбинация частиц сердцевины и промежуточного слоя образует покрытые частицы.On most core particles, an intermediate layer is provided. The intermediate layer includes a second compound that is different in composition from the material of the core particles and has a higher relative fracture toughness. The second compound is able to bind to the material of the core particles and is able to bind to a metal selected from iron, cobalt, nickel, copper, titanium, aluminum, magnesium, lithium, beryllium, silver, gold, platinum, and mixtures thereof. The combination of core particles and the intermediate layer forms coated particles.

Наружный слой наносится на покрытые частицы. Наружный слой включает метал, выбранный из железа, кобальта, никеля и их смесей и образует практически непрерывный наружный слой на промежуточном слое. Комбинация покрытых частиц и наружного слоя образует компонентные частицы.The outer layer is applied to the coated particles. The outer layer includes metal selected from iron, cobalt, nickel and mixtures thereof and forms a substantially continuous outer layer on the intermediate layer. The combination of coated particles and the outer layer forms component particles.

Множество компонентных частиц формируется в изделие.Many component particles are formed into an article.

Изделие спекается до практически абсолютной плотности без значительного внешнего давления уплотнения, при температуре, необходимой для превращения в жидкое состояние, по крайней мере, части наружного слоя, и в течение времени, достаточного для растворения части промежуточного слоя в жидкости, образованной из наружного слоя.The product is sintered to almost absolute density without significant external seal pressure, at the temperature necessary to turn at least part of the outer layer into a liquid state, and for a time sufficient to dissolve part of the intermediate layer in a liquid formed from the outer layer.

Жидкие фракции, образованные из наружного слоя и промежуточный слой затвердевают до возникновения значительного ухудшающего взаимодействия жидких фракций с частицами сердцевины.The liquid fractions formed from the outer layer and the intermediate layer solidify until a significant degrading interaction of the liquid fractions with the core particles occurs.

В одном примере осуществления изобретения материал частицы сердцевины имеет формулу MaXb, где M является элементом, выбранным из титана, циркония, гафния, ванадия, ниобия, тантала, хрома, молибдена, вольфрама, алюминия, магния, меди и кремния; Х является элементом, выбранным из азота, углерода, бора, серы и кислорода; и а и b являются числами, большими нуля и до четырнадцати включительно.In one embodiment, the core particle material has the formula M a X b , where M is an element selected from titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, aluminum, magnesium, copper, and silicon; X is an element selected from nitrogen, carbon, boron, sulfur, and oxygen; and a and b are numbers greater than zero and up to fourteen inclusive.

В другом осуществлении изобретения материал частицы сердцевины выбран из TiN, TiCN, TiC, TiB2, ZrC, ZrN, ZrB2, HfC, HfN, HfB2, ТаВ2, VC, VN, cBN, hBN, Al2О3, Si3N4, SiB6, SiAlCB, B4C, В2О3, W2B5, WS2, AIN, AlMgB14, MoS2, MoSi2, Mo2B5 и MoB2.In another embodiment of the invention, the core particle material is selected from TiN, TiCN, TiC, TiB 2 , ZrC, ZrN, ZrB 2 , HfC, HfN, HfB 2 , TaB 2 , VC, VN, cBN, hBN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiB 6 , SiAlCB, B 4 C, B 2 O 3 , W 2 B 5 , WS 2 , AIN, AlMgB 14 , MoS 2 , MoSi 2 , Mo 2 B 5 and MoB 2 .

Металлоидные элементы - это те элементы, которые размещены вдоль линии между металлами и неметаллами в периодической таблице. Металлоиды обычно включают бор, кремний, германий, мышьяк, сурьму и теллур. Полоний также часто рассматривается как металлоид. Неограничивающие примеры нитридных металлоидов включают кубический нитрид бора (cBN) и Si3N4. Примером карбидного металлоида является B4C. Примером биметаллоидного соединения является SiB6.Metalloid elements are those elements that are placed along the line between metals and non-metals in the periodic table. Metalloids typically include boron, silicon, germanium, arsenic, antimony, and tellurium. Polonium is also often regarded as a metalloid. Non-limiting examples of nitride metalloids include cubic boron nitride (cBN) and Si 3 N 4 . An example of a carbide metalloid is B 4 C. An example of a bimetalloid compound is SiB 6 .

Также в данном изобретении раскрывается способ формирования изделия из зернистого материала, включающий создание множества частиц сердцевины, состоящих из одного материала частицы сердцевины или множества различных материалов частицы сердцевины, выбранных из таких как TiN, TiCN, TiC, TiB2, ZrC, ZrN, ZrB2, HfC, HfN, HfB2, TaB2, VC, VN, cBN, hBN, Al2О3, Si3N4, SiB6, SiAlCB, B4C, В2О3, W2B5, WB2, WS2, AIN, AlMgB14, MoS2, MoSi2, Mo2B5, MoB2 и алмаза; и создание промежуточного слоя на большинстве этих частиц сердцевины в количестве, находящемся в диапазоне от 10% до 80% по весу изделия. Промежуточный слой обычно включает второе соединение, отличное по составу от материала частицы сердцевины, и имеет более высокую относительную вязкость разрушения, отличающегося тем, что второе соединение выбрано из WC, TaC, W2C, и смеси WC и W2C, тем самым образуя покрытые частицы.The present invention also discloses a method of forming a product from a granular material, comprising creating a plurality of core particles consisting of one core particle material or a plurality of different core particle materials selected from such as TiN, TiCN, TiC, TiB 2 , ZrC, ZrN, ZrB 2 , HfC, HfN, HfB 2 , TaB 2 , VC, VN, cBN, hBN, Al 2 О 3 , Si 3 N 4 , SiB 6 , SiAlCB, B 4 C, В 2 О 3 , W 2 B 5 , WB 2 , WS 2 , AIN, AlMgB 14 , MoS 2 , MoSi 2 , Mo 2 B 5 , MoB 2, and diamond; and creating an intermediate layer on most of these core particles in an amount ranging from 10% to 80% by weight of the product. The intermediate layer typically includes a second compound that is different in composition from the core particle material and has a higher relative fracture toughness, characterized in that the second compound is selected from WC, TaC, W 2 C, and mixtures of WC and W 2 C, thereby forming coated particles.

Покрытые частицы обычно обрабатываются как было описано ранее, что включает нанесение наружного слоя на покрытые частицы, при этом наружный слой включает метал, выбранный из железа, кобальта, никеля и их смесей и образует практически непрерывный наружный слой на промежуточном слое, тем самым формируя компонентные частицы; формирование множества компонетных частиц в изделие; спекание изделия при температуре, достаточной для превращения в жидкое сотояние, по крайней мере, части наружного слоя и в течение времени, достаточном для растворения от 5 об.% до 90 об.% промежуточного слоя в жидкости, образованной из наружного слоя для обеспечения эффективного количества жидкости для достижения практически абсолютной плотности без значительного внешнего давления уплотнения, при этом твердая часть вышеупомянутого промежуточного слоя предотвращает взаимодействие жидкости с частицами сердцевины; и затвердевание жидких фракций, образованных из наружного слоя и промежуточного слоя перед оказанием значительного ухудшающего свойства взаимодействия жидких фракций с частицами сердцевины.Coated particles are usually processed as described previously, which involves applying an outer layer to the coated particles, the outer layer comprising a metal selected from iron, cobalt, nickel and mixtures thereof and forms a substantially continuous outer layer on the intermediate layer, thereby forming component particles ; the formation of many component particles in the product; sintering the product at a temperature sufficient to turn into a liquid state at least part of the outer layer and for a time sufficient to dissolve from 5 vol.% to 90 vol.% of the intermediate layer in a liquid formed from the outer layer to provide an effective amount liquid to achieve almost absolute density without significant external seal pressure, while the solid part of the aforementioned intermediate layer prevents the interaction of the liquid with the core particles; and solidification of the liquid fractions formed from the outer layer and the intermediate layer before exerting a significant deteriorating property of the interaction of the liquid fractions with the core particles.

Температура и время спекания таковы, что они не приводят к полному растворению промежуточного слоя, но в лучшем случае приводят к растворению некоторой части промежуточного слоя, такой как 5-50% растворение или 50-99% растворение промежуточного слоя. Действительно, именно твердая часть промежуточного слоя препятствует химическому взаимодействию жидкости с вышеупомянутыми частицами сердцевины.The temperature and sintering time are such that they do not lead to complete dissolution of the intermediate layer, but at best lead to the dissolution of some part of the intermediate layer, such as 5-50% dissolution or 50-99% dissolution of the intermediate layer. Indeed, it is the solid part of the intermediate layer that prevents the chemical interaction of the liquid with the aforementioned core particles.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На Фиг.1 показана фазовая диаграмма псевдодвоичного WC-Co.1 shows a phase diagram of a pseudo-binary WC-Co.

На Фиг.2 показано типичное спеченное изделие из ТСНР.Figure 2 shows a typical sintered product from TSNR.

На Фиг.3 представлена фотография, сделанная с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), на которой показано, что структура ТСНР не затрагивается даже тогда, когда включено избыточное количество Co.Figure 3 presents a photograph taken using a scanning electron microscope (SEM), which shows that the structure of TCHP is not affected even when an excess of Co is included.

На Фиг.4 представлена фотография, сделанная с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), на которой показано эффективное предотвращение растворения слоя WC во время и после спекания.Figure 4 presents a photograph taken using a scanning electron microscope (SEM), which shows the effective prevention of the dissolution of the WC layer during and after sintering.

На Фиг.5 представлена модель различных материалов ТСНР при различных температурах спекания. Она сравнивает растворение частиц при различных условиях жидкофазного спекания.Figure 5 presents a model of various materials TSNR at different sintering temperatures. It compares the dissolution of particles under various conditions of liquid phase sintering.

На Фиг.6 приводится таблица рассчитанных композиций твердой и жидкой фазы WC-Co при различных температурах и содержании кобальта.Figure 6 shows a table of calculated compositions of solid and liquid phases of WC-Co at various temperatures and cobalt content.

На Фиг.7 даны микроструктурные фотографии жидкофазного спеченного ТСНР. Подробное описание изобретенияFigure 7 shows microstructural photographs of a liquid phase sintered TSNR. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

В настоящем раскрытии предмета изобретения описываются способы заключения в оболочку (инкапсулирование) и спекания тонких частиц, имеющих требующийся набор свойств с модификаторами границ зерен, имеющими другие свойства, тем самым позволяя конструировать ранее невозможные комбинации свойств материала. «Строительный блок» частицы ТСНР содержит такие элементы как твердость + износостойкость + вязкость при разрушении + связующий метал + другие свойства создаваемой конструкции, и это дает материаловеду тысячи новых марок материала, у которых разработанные свойства одновременно оптимизированы на нано-, микро-, макро- и функциональных уровнях.The present disclosure of the subject invention describes methods for enclosing (encapsulating) and sintering fine particles having the required set of properties with grain boundary modifiers having other properties, thereby allowing the construction of previously impossible combinations of material properties. The “building block” of TSNR particles contains such elements as hardness + wear resistance + fracture toughness + binder metal + other properties of the structure being created, and this gives the materials scientist thousands of new grades of material in which the developed properties are simultaneously optimized for nano-, micro-, macro- and functional levels.

Слияние наноинкапсулирования со спеканием мелких частиц создает структуру псевдосплава, интегрирующую термодинамически несовместимые фазы и свойства материала. Подобная интеграция позволяет этим фазам и свойствам одновременно срабатывать как комплексным компонентам и как термически нанесенным покрытиям, например, у рабочих поверхностей и краев инструментов. Комбинация множества свойств, таких как, например, малый вес, низкий коэффициент трения, высокая/низкая теплопроводность, чистота поверхности, смазочная способность достигается без традиционных ограничений, налагаемых сплавами, покрытиями, усилением механических свойств и термообработкой.The fusion of nano-encapsulation with sintering of small particles creates a pseudo-alloy structure that integrates thermodynamically incompatible phases and material properties. Such integration allows these phases and properties to simultaneously act as complex components and as thermally applied coatings, for example, at work surfaces and tool edges. The combination of many properties, such as, for example, low weight, low coefficient of friction, high / low thermal conductivity, surface cleanliness, lubricity is achieved without traditional restrictions imposed by alloys, coatings, enhanced mechanical properties and heat treatment.

Способы, описанные в данной заявке, включают формирование изделия из зернистого материала. Например, зернистый материал, или ТСНР, включает множество частиц сердцевины, промежуточное покрытие на большинстве частиц и наружное покрытие на частицах.The methods described herein include forming an article from a granular material. For example, a particulate material, or TCHP, includes a plurality of core particles, an intermediate coating on most particles, and an outer coating on the particles.

В примерах осуществления изобретения, где материалы представлены в виде порошка, частицы сердцевины могут быть уникальным классом композитного зернистого материала, который включает, например, один материал частиц сердцевины или множество различных материалов частиц сердцевины, выбранных из металлов или металлоидов нитридов, карбидов, карбонитридов, боридов, оксидов, сульфидов и силицидов, или алмаза. Материалы частиц сердцевины часто являются металлическим соединением, имеющим формулу MaXb, где M выбран из, по крайней мере, одного элемента, выбранного из титана, циркония, гафния, ванадия, ниобия, тантала, хрома, молибдена, вольфрама, алюминия, марганца, меди, бора и кремния, где Х выбран из, по крайней мере, одного элемента, выбранного из азота, углерода, бора, серы, кремния и кислорода.In embodiments where the materials are presented in powder form, the core particles may be a unique class of composite granular material that includes, for example, one core particle material or a plurality of different core particle materials selected from metals or metalloids nitrides, carbides, carbonitrides, borides , oxides, sulfides and silicides, or diamond. Core particle materials are often a metal compound having the formula M a X b , where M is selected from at least one element selected from titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, aluminum, manganese , copper, boron and silicon, where X is selected from at least one element selected from nitrogen, carbon, boron, sulfur, silicon and oxygen.

Буквы а и b в формуле MaXb, являются числами, которые находятся в диапазоне от нуля до четырнадцати. Неограничивающие примеры подобных соединений включают TiN, TiCN, TiC, ZrC, ZrN, VC, VN, Al2О3, Si3N4, SiB6, SiAlCB, W2B5, AIN, AlMgB14, МоS2, MoSi2, Mo2В5 и Mo2В. В другом примере осуществления изобретения множество частиц сердцевины включают, по крайней мере, одну частицу, выбранную из алмаза, кубического нитрида бора и гексагонального нитрида бора и их смесей друг с другом или любым из вышеописанных материалов.The letters a and b in the formula M a X b are numbers that range from zero to fourteen. Non-limiting examples of such compounds include TiN, TiCN, TiC, ZrC, ZrN, VC, VN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiB 6 , SiAlCB, W 2 B 5 , AIN, AlMgB 14 , MoS 2 , MoSi 2 , Mo 2 B 5 and Mo 2 B. In another embodiment, the plurality of core particles include at least one particle selected from diamond, cubic boron nitride and hexagonal boron nitride, and mixtures thereof with each other or any of the above materials.

Использование в данной заявке терминов «выбранный из» или «отобранный из» относится к выбору индивидуальных компонентов или комбинации двух (или более) компонентов. Например, Х может включать только одно вещество из азота, углерода, бора, серы, кремния и кислорода, или он может включать смесь любого или всех этих компонентов.The use of the terms “selected from” or “selected from” in this application refers to the selection of individual components or a combination of two (or more) components. For example, X may include only one substance from nitrogen, carbon, boron, sulfur, silicon and oxygen, or it may include a mixture of any or all of these components.

В других примерах осуществления изобретения большинство частиц содержат промежуточный слой, включающий WC, W2С, инструментальную сталь, стекловидные и расстеклованные сплавы наностали, нитрид кремния или карбид тантала. Подобные материалы имеют вязкость при разрушении, большую, чем у кубического нитрида бора. Однако следует понимать, что материал промежуточного слоя должен иметь не только более высокую вязкость при разрушении, чем материалы, составляющие частицы сердцевины, но также быть способным связываться с металлическим(-и) соединением(-ями) или материалом(-ами), образующими частицы сердцевины, и также быть способным связываться с материалом, выбранным из железа, кобальта, никеля, меди, титана, алюминия, магния, лития, бериллия, серебра, золота и платины.In other embodiments, most of the particles comprise an intermediate layer comprising WC, W 2 C, tool steel, glassy and devitrified alloys of nano-steel, silicon nitride or tantalum carbide. Such materials have a fracture toughness greater than that of cubic boron nitride. However, it should be understood that the material of the intermediate layer must not only have a higher fracture toughness than the materials constituting the core particles, but also be able to bind to the metal (s) compound (s) or the material (s) forming the particles cores, and also be able to bind to a material selected from iron, cobalt, nickel, copper, titanium, aluminum, magnesium, lithium, beryllium, silver, gold and platinum.

В одном неограничивающем примере осуществления изобретения, покрытые частицы имеют средний размер частиц менее приблизительно 1000 микрон. В другом примере осуществления изобретения, покрытые частицы могут иметь средний размер частиц менее 100 микрон, например, менее чем около 50 микрон, даже менее 2 микрон и далее, например, менее чем около 1 микрона. В еще одном примере осуществления изобретения, покрытые частицы могут иметь средний размер частиц в диапазоне 100-1000 нанометров.In one non-limiting embodiment, the coated particles have an average particle size of less than about 1000 microns. In another embodiment, the coated particles may have an average particle size of less than 100 microns, for example, less than about 50 microns, even less than 2 microns, and further, for example, less than about 1 micron. In another embodiment, coated particles may have an average particle size in the range of 100-1000 nanometers.

В другом неограничивающем примере осуществления изобретения промежуточный слой может иметь толщину после спекания в диапазоне от 5% до 50% диаметра частиц сердцевины. Толщина промежуточного слоя воздействует на механические свойства изделий, изготовленных из него. В одном примере осуществления изобретения, когда покрытые частицы (сердцевина с промежуточным слоем на ней) имеют средний диаметр частиц, измеряемый графически в фотомикрографии разреза с использованием метода свободного пробега частиц, составляющий менее чем приблизительно 2 микрона, сопротивление движению перемещения внутри смежных спеченных частиц усиливается, улучшая механические свойства спеченного изделия. Даже при использовании классического механического подхода с использованием анализа конечных элементов, очевидно, что увеличение толщины сферической оболочки WC, окружающей сферу TiN, от приблизительно 0,1 микрона до приблизительно 0,4 микрона может увеличить теоретическую вязкость при разрушении более чем на 40%. По мере того как покрытия из WC, TaC, W2C или WC и W2C уменьшаются, начиная с приблизительно 150 нанометров, предполагается, что отраженные нагрузки начинают постепенно увеличивать вязкость при разрушении на значительно более высокие значения, чем предсказанные анализом конечных элементов. Как обсуждалось Н.Лоуэт (N.Louat) в работе Acta Metallurgica, том 33, №1, стр.59-69 (1985), «отраженные нагрузки» определены как присущее им ньютоновское сопротивление микроструктурному дислокационному скольжению.In another non-limiting embodiment, the intermediate layer may have a thickness after sintering in the range of 5% to 50% of the diameter of the core particles. The thickness of the intermediate layer affects the mechanical properties of products made from it. In one embodiment of the invention, when coated particles (a core with an intermediate layer on it) have an average particle diameter measured graphically in a sectional photomicrograph using a mean free path of particles of less than about 2 microns, the resistance to movement movement inside adjacent sintered particles is enhanced, improving the mechanical properties of the sintered product. Even using the classical mechanical approach using finite element analysis, it is obvious that increasing the thickness of the spherical shell of the WC surrounding the TiN sphere from about 0.1 microns to about 0.4 microns can increase the theoretical fracture toughness by more than 40%. As coatings of WC, TaC, W 2 C or WC and W 2 C decrease, starting at about 150 nanometers, it is assumed that the reflected loads begin to gradually increase the fracture toughness by significantly higher values than those predicted by finite element analysis. As discussed by N. Lowat in Acta Metallurgica, Volume 33, No. 1, pp. 59-69 (1985), “reflected loads” are defined as Newton’s inherent resistance to microstructural dislocation slip.

Подобный промежуточный слой может быть осажден, по крайней мере, одним способом, выбранным из химического осаждения из паровой фазы, физического осаждения из паровой фазы, плазменного осаждения, лазерного плакирования или процесса осаждения, плазменного плакирования, магнитноплазменного осаждения, электрохимического нанесения покрытия, электролизного нанесения покрытия, металлизации напылением, синтеза твердой фазы, процессов химического осаждения из растворов; и комбинацией этих процессов.Such an intermediate layer may be deposited by at least one method selected from chemical vapor deposition, physical vapor deposition, plasma deposition, laser cladding or the deposition process, plasma cladding, magnetic plasma deposition, electrochemical coating, electrolysis coating , metallization by spraying, synthesis of the solid phase, processes of chemical deposition from solutions; and a combination of these processes.

В некоторых примерах осуществления изобретения в зависимости от осаждаемого соединения или соединений, различных исходных веществ, используемых для данного осаждаемого соединения, используемого способа осаждения из предшествующего параграфа, химического состава частицы сердцевины, толщины промежуточного слоя и требуемых свойств покрытия, промежуточный слой осаждается при температуре, которая может находиться в диапазоне от 20°С до приблизительно 8000°С, подобно как, например, от 20°С до 125°С. В другом примере осуществления изобретения промежуточный слой осаждается при температуре, которая может находиться в диапазоне от 125°С до приблизительно 1800°С, от 1800°С до около 8000°С и далее, например, от 200°С до 800°С.In some embodiments, depending on the precipitated compound or compounds, various starting materials used for the precipitated compound, the deposition method used from the preceding paragraph, the chemical composition of the core particle, the thickness of the intermediate layer and the desired coating properties, the intermediate layer is deposited at a temperature that may range from 20 ° C to about 8000 ° C, similar to, for example, from 20 ° C to 125 ° C. In another embodiment, the intermediate layer is deposited at a temperature that can range from 125 ° C to about 1800 ° C, from 1800 ° C to about 8000 ° C, and then, for example, from 200 ° C to 800 ° C.

Дополнительно, в некоторых примерах осуществления изобретения промежуточный слой включает материал, выбранный, например, из WC, TaC, W2C или WC и W2C в количестве, который может находиться в диапазоне от, например, 60% до 98% по весу изделия. В другом примере осуществления изобретения промежуточный слой включает WC, TaC, W2C или WC и W2C в количестве, который может находиться в диапазоне от, например, 10% до 60% по весу изделия. В еще одном примере осуществления изобретения промежуточный слой включает WC, TaC, W2C или WC и W2C в количестве, который может находиться в диапазоне от, например, 5% до 10% по весу изделия.Additionally, in some embodiments, the intermediate layer includes a material selected, for example, from WC, TaC, W 2 C or WC and W 2 C in an amount that may range from, for example, 60% to 98% by weight of the product . In another embodiment, the intermediate layer comprises WC, TaC, W 2 C or WC and W 2 C in an amount that may range from, for example, 10% to 60% by weight of the article. In another embodiment, the intermediate layer comprises WC, TaC, W 2 C or WC and W 2 C in an amount that may range from, for example, 5% to 10% by weight of the article.

В некоторых примерах осуществления изобретения большинство покрытых частиц ТСНР могут затем быть покрыты оболочкой (инкапсулированы) наружного связывающего слоя, который может, например, быть непрерывным. Этот слой может включать кобальт, никель, железо, их смеси, их сплавы или их интерметаллические соединения, осаждаемые на наружной поверхности второго слоя металлического соединения. Наружный слой обычно имеет толщину после спекания в диапазоне от 3% до 12% диаметра покрытых частиц. Подобный наружный слой включает, по крайней мере, один слой, выбранный из других металлов или керамики, связующего компонента, интенсификатора спекаемости и полимерного материала.In some embodiments, most of the coated TCHP particles can then be coated (encapsulated) with an outer bonding layer, which may, for example, be continuous. This layer may include cobalt, nickel, iron, mixtures thereof, their alloys or their intermetallic compounds deposited on the outer surface of the second layer of the metal compound. The outer layer usually has a thickness after sintering in the range from 3% to 12% of the diameter of the coated particles. Such an outer layer includes at least one layer selected from other metals or ceramics, a binder component, a sintering agent and a polymeric material.

Наружный слой может осаждаться, по крайней мере, одним из следующих способов: химическое осаждение из паровой фазы, физическое осаждение из паровой фазы, плазменное осаждение, лазерное плакирование или процесс осаждения, плазменное плакирование, магнитноплазменное осаждение, электрохимическое нанесение покрытия, электролизное нанесение покрытия, металлизация напылением, синтез твердой фазы, процессы химического осаждения из растворов; и комбинация этих процессов. В одном примере осуществления ТСНР ранее упоминавшийся наружный слой включает, по крайней мере, одно соединение, выбранное из металла, керамики, связующего вещества, интенсификатора спекаемости, восков или полимерных материалов. В случае связующих веществ, интенсификаторов спекаемости, восков или полимерных материалов, покрытие может быть выполнено путем смешивания или усреднения, с или без добавления тепла в диапазоне от 50°С до 150°С.The outer layer can be deposited by at least one of the following methods: chemical vapor deposition, physical vapor deposition, plasma deposition, laser cladding or deposition process, plasma cladding, magnetic plasma deposition, electrochemical deposition, electrolysis deposition, metallization sputtering, solid phase synthesis, chemical precipitation from solutions; and a combination of these processes. In one embodiment of TCHP, the previously mentioned outer layer comprises at least one compound selected from a metal, ceramic, binder, sintering agent, waxes or polymeric materials. In the case of binders, sintering agents, waxes or polymeric materials, the coating can be done by mixing or averaging, with or without adding heat in the range from 50 ° C to 150 ° C.

Слои покрытия ТСНР могут осаждаться при широком диапазоне температур, используя различные процессы, при этом химическое осаждение из паровой фазы (CVD) является наиболее общепринятым. Наиболее обычный температурный диапазон для нанесения покрытия с помощью CVD составляет 200°С до 800°С. Однако значительно более высокие температуры (1800°С до около 8000°С) типичны для таких процессов как плазменное осаждение, магнитоплазменное осаждение, импульсное лазерное осаждение и разряд электрической дуги. Далее, гораздо более низкие температуры (20°С до 200°С) типичны для таких процессов, как химическое осаждение из насыщенных растворов, электрохимическое и электролизное осаждения.TSNR coating layers can be deposited over a wide temperature range using various processes, with chemical vapor deposition (CVD) being the most common. The most common temperature range for CVD coating is 200 ° C to 800 ° C. However, significantly higher temperatures (1800 ° C to about 8000 ° C) are typical of processes such as plasma deposition, magnetoplasma deposition, pulsed laser deposition, and electric arc discharge. Further, much lower temperatures (20 ° C to 200 ° C) are typical for processes such as chemical deposition from saturated solutions, electrochemical and electrolysis deposition.

Как и с промежуточным слоем, в различных осуществлениях изобретения наружный слой осаждается при различных температурах в зависимости от осаждаемого соединения или соединений, различных исходных веществ, используемых для данного осаждаемого соединения, используемого способа осаждения из предшествующего параграфа, химического состава частицы сердцевины, толщины промежуточного слоя и требуемых свойств покрытия, наружный слой осаждается при температуре, которая может находиться в диапазоне от 20°С до приблизительно 650°С. В одном примере осуществления изобретения наружный слой осаждается при температуре, которая может находиться в диапазоне от, например, 20°С до 125°С. В другом примере осуществления изобретения наружный слой осаждается при температуре, которая может находиться в диапазоне от, например, 125°С до 650°С. В другом примере осуществления изобретения наружный слой осаждается при температуре в диапазоне от, например, 200°С до 550°С.As with the intermediate layer, in various embodiments of the invention, the outer layer is deposited at different temperatures depending on the deposited compound or compounds, various starting materials used for the deposited compound, the deposition method used from the preceding paragraph, the chemical composition of the core particle, the thickness of the intermediate layer and required coating properties, the outer layer is deposited at a temperature that can be in the range from 20 ° C to about 650 ° C. In one embodiment, the outer layer is deposited at a temperature that can range from, for example, 20 ° C to 125 ° C. In another embodiment, the outer layer is deposited at a temperature that can range from, for example, 125 ° C to 650 ° C. In another embodiment, the outer layer is deposited at a temperature in the range of, for example, 200 ° C. to 550 ° C.

Как было упомянуто, наружный слой частиц обычно имеет толщину после спекания в диапазоне от 3% до 12% диаметра покрытых частиц. Толщина наружного слоя может допускать поля деформации, связанные со смещениями в одной покрытой частице, которые передаются через наружный связующий слой на непосредственно следующий промежуточный слой.As mentioned, the outer layer of particles typically has a thickness after sintering in the range of 3% to 12% of the diameter of the coated particles. The thickness of the outer layer may allow deformation fields associated with displacements in one coated particle, which are transmitted through the outer bonding layer to the immediately next intermediate layer.

В одном примере осуществления изобретения наружный слой включает величину, например, до 45% по весу изделия и далее, например, от около 0,5% до 3,0% по весу изделия. В другом примере осуществления изобретения наружный слой включает количество в диапазоне от более 3% до 18% по весу изделия, и в еще одном примере осуществления изобретения наружный слой содержит количество в диапазоне от более 18% до 45% по весу изделия.In one embodiment, the outer layer comprises, for example, up to 45% by weight of the article, and further, for example, from about 0.5% to 3.0% by weight of the article. In another embodiment, the outer layer comprises an amount in the range of more than 3% to 18% by weight of the product, and in yet another embodiment, the outer layer comprises an amount in the range of more than 18% to 45% by weight of the product.

Комбинация частиц сердцевины, промежуточного слоя и наружного слоя может образовать покрытую частицу, имеющую средний размер частицы, например менее около 1 микрона.The combination of particles of the core, the intermediate layer and the outer layer can form a coated particle having an average particle size of, for example, less than about 1 micron.

При использовании описанных выше порошков может быть разработан пример осуществления спеченного ТСНР, включающего множество вариантов спеченных покрытых ТСНР композитных частиц, имеющих множество описанных выше соединений или элементов частиц сердцевины, которые будут одновременно находиться в смежной микроструктуре с высокой вязкостью при разрушении, состоящей из частиц промежуточного покрытия и связующего слоя. Именно эти комбинации и перемещения (пермутации) более 30 различных соединений и элементов частиц сердцевины дают семейству ТСНР такое многообразие разнообразных свойств, каждое из которых имеет уникальные комбинации свойств.Using the powders described above, an example of the implementation of sintered TCHP can be developed, including many variants of sintered TCHP coated composite particles having many of the above-described compounds or elements of core particles, which will simultaneously be in the adjacent microstructure with high fracture toughness, consisting of particles of an intermediate coating and a bonding layer. It is these combinations and movements (permutations) of more than 30 different compounds and elements of the core particles that give the TSNR family such a variety of diverse properties, each of which has unique combinations of properties.

В общем, ТСНР изготавливаются для окончательного уплотнения в готовые изделия или покрытия для них. Готовые изделия ТСНР предназначены для различных применений, при которых требуется как чрезвычайная износостойкость, так и высокая прочность. В примерах осуществления изобретения порошки ТСНР являются уникальным классом материалов, по сути состоящим из множественных композитных покрытых частиц ТСНР, спеченных в единое целое. В некоторых примерах осуществления изобретения, покрытые частицы ТСНР агломерированы в изделия с использованием жидкофазного спекания. В одном примере осуществления изобретения изделия агломерированы жидкофазным спеканием с использованием кобальта в качестве связующей фазы. В другом примере осуществления изобретения никель, или железо, или сплавы кобальта, никеля и железа могут использоваться в качестве связующих компонентов. Во время данного процесса спекания уплотнение может возникать в основном от капиллярных сил.In general, TSNR are made for final compaction into finished products or coatings for them. Finished products TSNR are designed for various applications, which require both extreme wear resistance and high strength. In embodiments of the invention, TCHP powders are a unique class of materials, essentially consisting of multiple composite coated TCHP particles, sintered into a single unit. In some embodiments, coated particles of TCHP are agglomerated into articles using liquid phase sintering. In one embodiment, the articles are agglomerated by liquid phase sintering using cobalt as the binder phase. In another embodiment, nickel, or iron, or alloys of cobalt, nickel and iron can be used as binders. During this sintering process, compaction can occur mainly from capillary forces.

Жидкофазное спекание ТСНР может быть стимулировано несколькими факторами. Одним фактором является практически однородное распределение материала, включающего наружный слой, по всему порошку. Для целей описания распределения данного материала, «однородный» означает то, что наружный слой на поверхности промежуточного слоя частиц является таковым, что материал наружного слоя равномерно распределяется по массиву неспеченного утрамбованного порошка. Этого можно добиться в некоторых примерах осуществления изобретения путем добавления кобальта (или другого материала, включенного в наружный слой на частице) по атому во время процесса покрытия, чтобы заключить в оболочку, инкапсулировать поверхность высокооднородной покрытой WV частицы ТСНР с заданным соотношением Co:WC. Это продолжается до тех пор, пока требуемое соотношение Co:WC не будет однородно распределено на частицах ТСНР и по всему порошку. Этот признак ТСНР позволяет адаптировать условия таким образом, чтобы подходить к различным требующимся составам ТСНР, как, например, путем (а) защиты частиц сердцевины от растворения связующим веществом и (b) обеспечения смежной прочной поддерживающей структуры. Результатом являются более высокие температуры спекания, чем используемые для обычных материалов WC-Co, в то же время снижая требование более высокого внешнего давления без подверженности риску роста зерен WC и потери прочности. Более однородное распределение Co также приводит к значительно лучшей микроструктурной стабильности и равномерному распределению частиц сердцевины износостойкой фазы. Получаемая в результате однородная микроструктура ТСНР имеет более совершенную микроструктурную целостность. Это приводит к меньшему количеству структурных дефектов и далее переходит в лучшие, более соответствующие свойства материала при сопутствующем увеличении характеристик.Liquid phase sintering of TSNR can be stimulated by several factors. One factor is the almost uniform distribution of the material, including the outer layer, throughout the powder. For the purpose of describing the distribution of a given material, “homogeneous” means that the outer layer on the surface of the intermediate layer of particles is such that the material of the outer layer is evenly distributed over an array of green compacted powder. This can be achieved in some embodiments by adding cobalt (or other material included in the outer layer of the particle) on the atom during the coating process to encapsulate, encapsulate the surface of the highly uniform WV coated TCHP particle with a given Co: WC ratio. This continues until the desired Co: WC ratio is uniformly distributed on the TCHP particles and throughout the powder. This feature of TCHP allows you to adapt the conditions in such a way as to suit the different required TCHP formulations, such as, for example, by (a) protecting the core particles from being dissolved by the binder and (b) providing an adjacent strong supporting structure. The result is higher sintering temperatures than those used for conventional WC-Co materials, while at the same time reducing the requirement for higher external pressure without risking WC grain growth and loss of strength. A more uniform distribution of Co also leads to significantly better microstructural stability and a uniform distribution of core particles of the wear-resistant phase. The resulting homogeneous microstructure of TSNR has a more perfect microstructural integrity. This leads to fewer structural defects and then goes into better, more appropriate material properties with a concomitant increase in performance.

В некоторых примерах осуществления изобретения спекание может произойти при условиях, таких как температура и/или давление уплотнения в течение времени, достаточном для получения жидкой фазы в наружном слое, промежуточном слое или и том и другом вместе в количестве до, например, 99,5%, подобно 70% по объему слоев, не включая объем частицы сердцевины и далее, например, до 45% по объему слоев, не включая объем частиц сердцевины.In some embodiments, sintering can occur under conditions such as temperature and / or compaction pressure for a time sufficient to obtain a liquid phase in the outer layer, the intermediate layer, or both together in an amount up to, for example, 99.5% , like 70% by volume of the layers, not including the volume of the core particles and further, for example, up to 45% by volume of the layers, not including the volume of the core particles.

В некоторых примерах осуществления изобретения, температура спекания может находиться в диапазоне, например, от 600°С до около 8000°С. В одном примере осуществления изобретения температура может колебаться от 600°С до 1700°С, как, например, от 1250°С до 1700°С. В другом примере осуществления изобретения температура спекания может находиться в диапазоне, например, от 1700°С до около 8000°С.In some embodiments of the invention, the sintering temperature may be in the range, for example, from 600 ° C to about 8000 ° C. In one embodiment, the temperature may range from 600 ° C to 1700 ° C, such as, for example, from 1250 ° C to 1700 ° C. In another embodiment, the sintering temperature may be in the range of, for example, from 1700 ° C. to about 8000 ° C.

В одном неограничивающем примере осуществления изобретения температура спекания может находиться в диапазоне, например, от 600°С до 1700°С и величина жидкой фазы может находиться в диапазоне, например, от 6 до 44% по объему слоев, не включая объем частиц сердцевины.In one non-limiting embodiment, the sintering temperature may be in the range of, for example, 600 ° C to 1700 ° C and the liquid phase may be in the range of, for example, 6 to 44% by volume of the layers, not including the volume of core particles.

Обычно уплотнение ТСНР происходит при неком давлении более высоком, чем давление абсолютного нуля, как-то в диапазоне от абсолютного нулевого давления до атмосферного давления.Typically, TSNR compaction occurs at a certain pressure higher than absolute zero pressure, somehow in the range from absolute zero pressure to atmospheric pressure.

Обычно «вакуумные» давления спекания происходят в диапазоне 1-760 тор (760 тор = 1 атмосфера), и это обычно называется «спеканием без давления». В данном случае использование давления ниже атмосферного обычно преследует две цели - управление скоростями химической реакции и управление физическими процессами во время различных температурных диапазонов, используемых во время процесса спекания. Газы могут включать азот, аргон, гелий, водород, неон, криптон, ксенон, метан, ацетилен, окись углерода, двуокись углерода, их смеси и связанные с ними соединения, но не ограничиваются ими.Typically, “vacuum” sintering pressures occur in the range of 1-760 torr (760 torr = 1 atmosphere), and this is commonly referred to as “pressureless sintering”. In this case, the use of pressure below atmospheric usually has two goals - controlling the rates of the chemical reaction and controlling the physical processes during the various temperature ranges used during the sintering process. Gases may include, but are not limited to, nitrogen, argon, helium, hydrogen, neon, krypton, xenon, methane, acetylene, carbon monoxide, carbon dioxide, mixtures thereof and related compounds.

Следует понимать, что спекание без давления относится только к спеканию или уплотнению при температурах спекания, а не к формированию предварительно обожженного (или «зеленого») изделия во время процессов холодного или полугорячего прессования, таких как холодное изостатическое прессование (CIP). Во время процедур прессования, внешнее давление уплотнения обычно прилагается в количестве, достаточном для формирования «зеленого» изделия. Обычным специалистам в данной области будет понятно, что спекание не происходит во время процессов полугорячего или холодного прессования.It should be understood that sintering without pressure refers only to sintering or densification at sintering temperatures, and not to the formation of a prebaked (or “green”) article during cold or semi-hot pressing processes such as cold isostatic pressing (CIP). During pressing procedures, the external seal pressure is usually applied in an amount sufficient to form a “green” product. It will be understood by those of ordinary skill in the art that sintering does not occur during semi-hot or cold pressing processes.

Связующие компоненты, обычно используемые для добавления дообжиговой прочности изделиям, образованным из описанных здесь ТСНР, включают парафиновые воски, стеариновую кислоту, этилен бис-стеарамид (EBS), пластификаторы (такие как поливиниловый спирт, полиэтиленгликоль или синтетические смолы) и подобные органические соединения, но не ограничиваются ими.Binder components commonly used to add pre-baking strength to products formed from TCHP described herein include paraffin waxes, stearic acid, ethylene bis-stearamide (EBS), plasticizers (such as polyvinyl alcohol, polyethylene glycol or synthetic resins) and similar organic compounds, but not limited to them.

Некоторые порошки ТСНР сердцевины, типа нитридов, включающие TiN, ZrN и HfN, но не ограничивающиеся ими, реагируют на высокие температуры спекания путем выделения газа азота. Выделение N2 освобождает атомы Ti, которые могут обеднить покрытие WC углеродом, создавая нестехиометрическое состояние, которое вредно для механических свойств ТСНР. Примеры химических реакций ТСНР, которые могут быть предотвращены или активизированы путем использования давлений ниже атмосферного, включают реакции окисления и восстановления (типа декарбонизации, раскисления, денитрификации, газовыделения или химического разложения различных составных частей в порошке сердцевины или покрытий). Управление этими реакциями окисления и восстановления желательно для однородности спеченных деталей и для процессов стабилизации, что в дальнейшем окажет дополнительную помощь в затвердевании.Some core TCHP powders, such as nitrides, including, but not limited to TiN, ZrN, and HfN, respond to high sintering temperatures by liberating nitrogen gas. The release of N2 liberates Ti atoms, which can deplete the WC coating with carbon, creating a non-stoichiometric state, which is harmful to the mechanical properties of TSNR. Examples of TCHP chemical reactions that can be prevented or activated by using pressures below atmospheric include oxidation and reduction reactions (such as decarbonization, deoxidation, denitrification, gas evolution, or chemical decomposition of various constituents in a powder of a core or coatings). The control of these oxidation and reduction reactions is desirable for the uniformity of the sintered parts and for stabilization processes, which will further provide additional assistance in hardening.

Некоторые частицы ТСНР сердцевины имеют очень беспорядочную форму, и могут потребоваться добавки смазки для помощи при их уплотнении, так как они не округляются с помощью растворения. В дополнении к этому, тонкие покрытия ТСНР из WC и Co требуют защиты от атмосферного кислорода и влажности, и это может потребовать дополнительного полимерного защитного покрытия. Примеры физических процессов ТСНР, контролируемых путем использования давлений ниже атмосферного, включают перенос полимерных материалов (например, скорости удаления связующего компонента или смазки), скорости испарения, скорости теплопроводности и возможного теплового разрушения составных материалов.Some TCHP particles of the core have a very random shape and lubricant additives may be required to help seal them, since they are not rounded by dissolution. In addition to this, thin TSNR coatings from WC and Co require protection against atmospheric oxygen and humidity, and this may require additional polymer protective coatings. Examples of physical TSNR processes controlled by using pressures below atmospheric include the transfer of polymeric materials (for example, the rate of removal of the binder component or lubricant), the rate of evaporation, the rate of thermal conductivity, and possible thermal destruction of the composite materials.

Полимерные материалы используются в этих примерах применения ТСНР в качестве летучих компонентов и смазок, для покрытия защитной оболочкой, а для увеличения долговечности/устойчивости, например, содержат ранее упоминавшиеся, парафиновые воски, стеариновую кислоту, этилен бис-стеарамид (EBS), пластификаторы (такие как поливиниловый спирт, полиэтиленгликоль или синтетические смолы) и сходные органические соединения.Polymeric materials are used in these examples of application of TSNR as volatile components and lubricants, for coating with a protective coating, and to increase durability / stability, for example, contain the previously mentioned paraffin waxes, stearic acid, ethylene bis-stearamide (EBS), plasticizers (such like polyvinyl alcohol, polyethylene glycol or synthetic resins) and similar organic compounds.

Давления ниже атмосферного обычно не используются для процессов уплотнения. Одной из целей абсолютных давлений выше атмосферного является уплотнение порошковой металлической детали. Однако давления газа выше атмосферного может также служить для управления перечисленными выше реакциями.Below atmospheric pressures are not commonly used for compaction processes. One of the goals of absolute pressures above atmospheric is to seal the powder metal part. However, gas pressures above atmospheric can also serve to control the above reactions.

Понятно, что объем жидкой фазы в наружном слое или промежуточном слое может быть увеличен путем роста, по крайней мере, одного параметра, выбранного, например, из температуры спекания, давления спекания и содержания материала связующего компонента. Неограничивающим примером связующего компонента является кобальт.It is clear that the volume of the liquid phase in the outer layer or the intermediate layer can be increased by increasing at least one parameter selected, for example, from the sintering temperature, sintering pressure and the content of the binder component material. A non-limiting example of a binder component is cobalt.

Очень однородное распределение Co, как локально, так и во всем объеме ТСНР, снижает требование высокого внешнего давления путем допуска увеличения температуры спекания до необходимой температуры, превышающей вышеупомянутую эвтектическую точку в 1275°С для получения количества жидкой фазы, необходимого для массопереноса и затвердевания ТСНР.A very uniform distribution of Co, both locally and throughout the entire TSNR, reduces the requirement of high external pressure by allowing the sintering temperature to be increased to the required temperature exceeding the aforementioned eutectic point at 1275 ° C to obtain the amount of liquid phase necessary for mass transfer and solidification of the TSNR.

При спекании ТСНР даже при суб-эвтектических температурах, угол смачивания слоя кобальта на покрытии WC может, например, быть небольшим и, далее, например, может быть равен нулю. В одном примере осуществления изобретения кобальту в ТСНР, нанесенному непосредственно на слои WC, необходимо переместиться на чрезвычайно короткие расстояния, чтобы смочить и покрыть WC покрытия. Во время нагрева ТСНР наружные слои атомов в каждом слое WC сначала диффундируют и затем растворяются в наружный слой Co. Слой WC однородно растворяется по направлению снаружи внутрь. В ТСНР эти слои достигают термодинамического равновесия и жидкой фазы со значительно сниженной необходимой мобильностью кобальта.During sintering of TSNR even at sub-eutectic temperatures, the wetting angle of the cobalt layer on the WC coating can, for example, be small and, further, for example, can be zero. In one embodiment of the invention, cobalt in TSNR applied directly to the WC layers needs to travel extremely short distances to wet and coat the WC coatings. During TCHP heating, the outer layers of atoms in each WC layer first diffuse and then dissolve into the outer Co layer. The WC layer uniformly dissolves from the outside to the inside. In TSNR, these layers achieve thermodynamic equilibrium and the liquid phase with significantly reduced necessary cobalt mobility.

В некоторых примерах осуществления изобретения кобальт не проникает через покрытие в частицу сердцевины. Например, чрезвычайно непрерывная структура поверхности покрытия WC(1-x), типичная для плотности покрытий при осаждении из газовой фазы (CVD), может присутствовать на вставках инструментов и других изделиях. Поликристаллы WC(1-x), полученные осаждением из газовой фазы (CVD), при температурах осаждения могут быть до двух порядков величины меньше и более плотно упакованы, чем обнаруживаемые в обычных раздробленных частицах WC-Co. Во время науглероживания покрытия WC(1-x) до стехиометрии, имеется рост зерен внутри поликристаллов покрытия (в зависимости от температуры науглероживания). Однако существенная близость кобальта к этим пол и кристаллам такова, что поликристаллы покрытия будут однородно растворены вокруг покрытия WC, и равновесие может ограничить рост зерен. На Фиг.3 и Фиг.4 на структурах покрытия WC после спекания можно увидеть, что поликристаллы могут быть на один порядок величины меньше, чем при обычных раздробленных поликристаллах WC-Co. В другом примере осуществления изобретения в зонах, где происходит значительное накопление Co, можно заметить рост зерен до около 1 микрона.In some embodiments, cobalt does not penetrate the core particle through the coating. For example, an extremely continuous WC (1-x) coating surface structure, typical of vapor deposition (CVD) coatings, may be present on tool inserts and other products. WC (1-x) polycrystals obtained by vapor deposition (CVD) at deposition temperatures can be up to two orders of magnitude smaller and denser packed than those found in ordinary fragmented WC-Co particles. During the carburization of the WC (1-x) coating prior to stoichiometry, there is grain growth inside the coating polycrystals (depending on the carburizing temperature). However, the significant proximity of cobalt to these fields and crystals is such that the polycrystals of the coating will be uniformly dissolved around the WC coating, and equilibrium can limit grain growth. Figure 3 and Figure 4 on the structures of the WC coating after sintering, you can see that the polycrystals can be one order of magnitude smaller than with conventional fragmented WC-Co polycrystals. In another embodiment, in zones where significant Co accumulation occurs, grain growth of up to about 1 micron can be seen.

Непроницаемость покрытий ТСНР из WC к проникновению Co может быть, по крайней мере, частично объяснена следующим. Аксиоматично, что WC и Со в ТСНР химически ведут себя практически как WC и Co в обычных смесях твердых сплавов.The impermeability of TSNR coatings from WC to Co penetration can be at least partially explained by the following. It is axiomatic that WC and Co in TSNR chemically behave almost like WC and Co in ordinary mixtures of hard alloys.

Путем оценки фазовой диаграммы WC-Co (см. Фиг.5) можно определить (см. Фиг.6), что во время спекания типичной расчетной матрицы ТСНР, состоящей из 50 об.% частиц (75 мас.%) покрытия WC при составе покрытия из 94 мас.% WC - 6 мас.% Co при 1500°С, 87,1 мас.% покрытия WC (или 92,7% исходного покрытия WC в 50 об.%) остается в качестве защитного твердого WC в покрытии ТСНР на частицах сердцевины ТСНР. Так как покрытие WC растворяется снаружи вовнутрь, оставшийся твердый WC может присутствовать только в качестве намеченного защищающего сердцевину структурного покрытия.By evaluating the WC-Co phase diagram (see FIG. 5), it can be determined (see FIG. 6) that, during sintering, a typical TSNR design matrix consisting of 50 vol.% Particles (75 wt.%) Of the WC coating with the composition coatings of 94 wt.% WC - 6 wt.% Co at 1500 ° C, 87.1 wt.% of the WC coating (or 92.7% of the initial WC coating in 50 vol.%) remains as a protective solid WC in the TSNR coating on the particles of the core TSNR. As the WC coating dissolves from the outside to the inside, the remaining solid WC can only be present as the intended core-protecting structural coating.

По мере того как кобальт размягчается и приближается к жидкой фазе, ожидается некоторый перенос частиц, но только перенос будет недостаточным для обеспечения полного затвердевания, так что необходимо превратить в жидкое состояние дополнительный WC. Затвердевание может быть получено даже при очень низких объемах жидкой фазы. Так как Со жидкой фазы однородно распределен в ТСНР, почти полностью вдоль всех поверхностей WC, без группировок или градиентов, очень низкий объем жидкого связующего Co может обеспечить основную часть жидкофазного спекания. Предполагается, что растворение WC должно обеспечить остальную часть жидкофазного спекания.As cobalt softens and approaches the liquid phase, some particle transfer is expected, but only the transfer will be insufficient to ensure complete solidification, so it is necessary to turn an additional WC into a liquid state. Solidification can be obtained even with very low volumes of the liquid phase. Since Co of the liquid phase is uniformly distributed in TSNR, almost completely along all WC surfaces, without groupings or gradients, a very low volume of Co liquid binder can provide the bulk of liquid phase sintering. It is assumed that the dissolution of the WC should provide the rest of the liquid phase sintering.

Как упоминалось, покрытия WC частиц ТСНР обычно растворяются снаружи вовнутрь, оставляя нерастворенным защитный и структурный слой вокруг частиц сердцевины, и повторно выпадают в осадок и образуют центры кристаллизации для усиления существующего покрытия частиц или служат в качестве кинетически транспортируемого заполнителя пор и межкристаллического пространства. При использовании в данной работе «межкристаллический заполнитель» означает материал, который заполняет междоузлия (небольшие пространства) между смежными частицами. Только частичное растворение слоя покрытия WC в связующем Co необходимо для затвердевания, повторного осаждения/рекристаллизации WC и создания непрерывной целостности микроструктурной матрицы ТСНР. Единственной требующейся мобильностью Co и WC является мобильность, необходимая для переноса материала для заполнения уменьшающихся соседних междоузлий между покрытыми частицами сердцевины.As mentioned, WC coatings of TCHP particles usually dissolve from the outside to the inside, leaving the protective and structural layer around the core particles undissolved, and re-precipitate and form crystallization centers to enhance the existing particle coating or serve as a kinetically transported pore filler and intercrystalline space. When used in this work, “intercrystalline aggregate" means a material that fills the internodes (small spaces) between adjacent particles. Only partial dissolution of the WC coating layer in Co binder is necessary for the solidification, reprecipitation / recrystallization of the WC and the creation of continuous integrity of the microstructure matrix of TSNR. The only mobility required by Co and WC is the mobility required to transfer material to fill the diminishing adjacent interstices between the coated core particles.

Теоретически, существует, по крайней мере, три пути для увеличения растворения растворяемого вещества в растворителе: (1) увеличение количества присутствующего растворителя (в одном примере осуществления изобретения соотношение Co:WC в мас.%), (2) увеличение температуры растворителя и растворяемого вещества, и (3) снижение давления на растворитель и растворяемое вещество. В действительности существуют только два пути увеличения количества жидкой фазы, присутствующей при спекании ТСНР. Рассматриваются первые два пути.Theoretically, there are at least three ways to increase the dissolution of a solute in a solvent: (1) an increase in the amount of solvent present (in one embodiment, the Co: WC ratio in wt.%), (2) an increase in the temperature of the solvent and solute , and (3) reducing pressure on the solvent and the solute. In reality, there are only two ways to increase the amount of liquid phase present during sintering of TSNR. The first two ways are considered.

Некоторое количество частиц сердцевины, например, переходные карбиды металла и нитриды, будут химически взаимодействовать с кобальтом, никелем и другими связующими компонентами. Эти частицы сердцевины называются группой частиц с «растворяемой сердцевиной». Что касается увеличения температуры, даже если температура спекания ТСНР была бы значительно увеличена до величины, достаточной для обеспечения необходимого количества жидкой фазы для LPS (жидкофазного спекания) - толстый слой WC все еще будет присутствовать для защиты группы частиц с «растворяемой сердцевиной» от воздействия кобальта. Возможно, необходимо так сильно увеличить температуру до значения, требующегося для получения любого дополнительного количества жидкой фазы («смазка + заполнитель междоузлия + капиллярный аттрактор), необходимого для абсолютной плотности при минимальном внимании к росту зерен.A certain number of core particles, for example, transition metal carbides and nitrides, will chemically interact with cobalt, nickel and other binding components. These core particles are called a soluble core group of particles. As for the temperature increase, even if the sintering temperature of TSNR would be significantly increased to a value sufficient to provide the necessary amount of liquid phase for LPS (liquid phase sintering) - a thick layer of WC will still be present to protect the group of particles with the “soluble core” from the effects of cobalt . Perhaps it is necessary to increase the temperature so strongly to the value required to obtain any additional amount of the liquid phase (“lubricant + interstitial aggregate + capillary attractor), necessary for absolute density with minimal attention to grain growth.

Например, в одном примере осуществления изобретения с использованием частицы TiN с сердцевиной ТСНР в 1 микрон при равных WC и TiN в об.%, первоначальное покрытие WC (сферическая модель) будет иметь толщину почти 129 нм и будет включать около 75 мас.% всей частицы. Растворение WC при 1500°С удалит только 7,9 нм или около 6% толщины покрытия, оставив около 121 нм или около 94% первоначальной толщины покрытия для защиты частицы сердцевины для обеспечения равенства расстояний между частицами и структурной прочности.For example, in one embodiment using a TiN particle with a 1 micron TCHP core with equal WC and TiN in vol.%, The initial WC coating (spherical model) will have a thickness of almost 129 nm and will include about 75 wt.% Of the whole particle . Dissolving WC at 1500 ° C will remove only 7.9 nm or about 6% of the coating thickness, leaving about 121 nm or about 94% of the original coating thickness to protect the core particles to ensure equal particle spacing and structural strength.

В связи с подобным свойством ТСНР увеличение количества присутствующего растворителя связывающей фазы, например, увеличение толщины слоя кобальта, является другим возможным способом спекания, который может использоваться в соответствии с описанными здесь способами. Например, увеличение мас.% кобальта выше значений, обычных при спекании WC-Co, становится осуществимым как средство для обеспечения требуемого растворения, капиллярности, кинетики WC и упрочнения для ТСНР. Следует помнить, что в ТСНР WC присутствует в первую очередь как твердый материал матрицы в связи с тем, что реальная износостойкость обеспечивается частицами сердцевины. Поэтому добавленный кобальт увеличит количество жидкой фазы во время спекания, и в то же время увеличит вязкость при разрушении после охлаждения.Due to the similar property of TCHP, an increase in the amount of solvent of the binding phase present, for example, an increase in the thickness of the cobalt layer, is another possible sintering method that can be used in accordance with the methods described here. For example, an increase in the mass% of cobalt above the values typical for WC-Co sintering becomes feasible as a means to provide the required dissolution, capillarity, WC kinetics and hardening for TSNR. It should be remembered that in TSNR, WC is present primarily as a solid matrix material due to the fact that real wear resistance is provided by core particles. Therefore, the added cobalt will increase the amount of liquid phase during sintering, and at the same time increase the viscosity upon failure after cooling.

Спекание может происходить способом, выбранным из следующих процессов: прессовочное спекание, вакуумное спекание, формование под давлением методом впрыска, пластифицированная экструзия, горячее прессование, горячее изостатическое прессование (HIP), спекание методом горячего изостатического прессования, агломерационная электропечь, процесс лазерного плакирования, плазменное плакирование, высокоскоростной кислородно-топливный (HVOF) процесс, искровое плазменное спекание, плазменное спекание под давлением, метод в среде передачи давления, динамическое/взрывное прессование, агломерационный пресс для ковки и штамповки, быстрое макетирование, электронно-лучевой способ и электродуговой способ.Sintering can take place by a method selected from the following processes: extrusion sintering, vacuum sintering, injection molding, plastic extrusion, hot pressing, hot isostatic pressing (HIP), hot isostatic pressing sintering, agglomeration electric furnace, laser cladding, plasma cladding , high-speed oxygen-fuel (HVOF) process, spark plasma sintering, plasma sintering under pressure, method in a pressure transmission medium , Dynamic / explosive compaction, sinter forging press and forging, rapid prototyping, electron beam method and the arc method.

В ТСНР покрытие WC защищает частицы сердцевины. Во-первых, во время спекания, особенно в группе с «растворимой сердцевиной», покрытие WC может защитить частицы сердцевины от растворения связующим металлом и может также защитить матрицу от вредных примесей, таких как, например, TiN, ZrN, NbC. Во время использования чрезвычайно износостойкие частицы сердцевины ТСНР могут защитить опорную матрицу от износа после спекания, в то время как опорная матрица защищает хрупкие фазы от растрескивания и напряжения. На Фиг.2 отображена спеченная микроструктура типичного материала ТСНР.In TCHP, a WC coating protects core particles. Firstly, during sintering, especially in the “soluble core” group, the WC coating can protect the core particles from being dissolved by the binder metal and can also protect the matrix from harmful impurities, such as, for example, TiN, ZrN, NbC. During use, the extremely wear-resistant particles of the TSNP core can protect the support matrix from wear after sintering, while the support matrix protects the brittle phases from cracking and stress. Figure 2 shows the sintered microstructure of a typical TCHP material.

Структура ТСНР с небольшим размером твердых частиц сердцевины и вязкими оболочками наноразмера, отделенными тонкими кобальтовыми связками размером менее одного микрометра между зернами, улучшает, например, эластичность, твердость, вязкость при разрушении и прочность. В одном неограничивающем примере осуществления изобретения, даже при использовании материала с низкой твердостью (подобного кобальту), отраженные нагрузки от дислокации (смещения) вблизи поверхности (и все они происходят вблизи поверхности при зернах размером ниже микрометра), свойства композита выше, чем возможные свойства в абразивных композитах.The structure of TSNR with a small size of solid particles of the core and viscous shells of nanoscale, separated by thin cobalt bonds of less than one micrometer in size between grains, improves, for example, elasticity, hardness, fracture toughness and strength. In one non-limiting example embodiment of the invention, even when using a material with low hardness (like cobalt), reflected loads from dislocation (displacement) near the surface (and all of them occur near the surface with grains smaller than a micrometer), the properties of the composite are higher than the possible abrasive composites.

В соответствии с описанным здесь способом, ТСНР обеспечивает пригодный для спекания металлический зернистый материал, который может быть разработан таким образом, чтобы обеспечить оптимальный баланс свойств, таких как, например, вязкость при разрушении, прочность, низкий коэффициент трения и жесткость. В одном неограничивающем примере осуществления изобретения операционные усовершенствования, которые можно наблюдать в пресс-формах и другом инструментарии, изготовленном из ТСНР, представляют собой, например: (а) низкий коэффициент трения на границе раздела между обрабатываемой деталью и инструментом, что дает снижение нагревания, износа и образования кратеров и требует меньше энергии при обработке и дополнительного использования внешних смазок, что в конечном итоге приводит к более длительному сроку службы инструмента и лучшему управлению процессом; (b) низкая химическая активность с железом, снижающая налипание и диффузию, фланкирование или износ пресс-формы и что, в свою очередь, продлевает срок службы экструзионной формы; и (с) микроструктура спеченного материала инструмента, в котором прочный, крепкий материал покрытия (например, WC) на частицах образует клеточную опорную макроструктуру на инструменте, в то же время обеспечивая плотное прилегание поверхности и плотно примыкающий защитный слой для твердых частиц сердцевины (из, например, TiN), удерживающий их в нужном положении и позволяющий оптимальную подверженность внешнему воздействию и сохранение твердой фазы у износостойкой поверхности инструмента. Это контрастирует с изделиями, изготовленными обычными способами, в которых сплавление Ti-Co-WC значительно снижает крепость связующего вещества, существующего между частицами, и само связующее вещество снижает уровень вязкости при разрушении и прочности на изгиб, или в которых изделие из спеченного материала полностью покрыто оболочкой для придания твердости, при этом тонкое покрытие имеет ограниченный срок службы или трещины.In accordance with the method described here, TSNR provides a sintering suitable metallic granular material that can be designed to provide an optimal balance of properties, such as, for example, fracture toughness, strength, low friction coefficient and stiffness. In one non-limiting embodiment of the invention, operational improvements that can be observed in molds and other tools made from TSNR are, for example: (a) a low coefficient of friction at the interface between the workpiece and the tool, which reduces heat and wear and the formation of craters and requires less energy during processing and additional use of external lubricants, which ultimately leads to a longer tool life and better control Applicants' process; (b) low chemical activity with iron, which reduces sticking and diffusion, flanking or wear of the mold and which, in turn, extends the life of the extrusion mold; and (c) the microstructure of the sintered tool material, in which a strong, strong coating material (e.g., WC) on the particles forms a cellular support macrostructure on the tool, at the same time providing a tight fit of the surface and a tightly adjacent protective layer for solid core particles (from, for example, TiN), which keeps them in the desired position and allows optimal exposure to external influences and the preservation of the solid phase at the wear-resistant surface of the tool. This contrasts with products made by conventional methods in which Ti-Co-WC fusion significantly reduces the strength of the binder existing between the particles, and the binder itself decreases the fracture toughness and bending strength, or in which the sintered product is completely coated casing for hardness, while the thin coating has a limited service life or cracks.

Размещение сплавов твердой фазы внутри в качестве частицы сердцевины вместо размещения снаружи, распределяет сплавы твердой фазы (обнаженные на внешних поверхностях после конечного измельчения) по спеченной микроструктуре в значительно больших пропорциях и толщине, чем это возможно в любом известном обычном материале. Это само по себе может, например, увеличить износостойкость, снизить химическое взаимодействие с обрабатываемой деталью и значительно снизить коэффициент трения. Срок службы инструмента может быть увеличен путем постоянного обновления поверхностных зерен, которые изнашиваются и удаляются противоположной скользящей поверхностью.Placing the solid phase alloys inside as a core particle, instead of placing it outside, distributes the solid phase alloys (exposed on the external surfaces after final grinding) over the sintered microstructure in much larger proportions and thickness than is possible in any known conventional material. This in itself can, for example, increase wear resistance, reduce chemical interaction with the workpiece and significantly reduce the friction coefficient. Tool life can be increased by constantly updating surface grains that are worn and removed by an opposing sliding surface.

Также характеристики износа и адгезии многих возможных материалов сердцевины известны по их поведению в обычных материалах, так что их эксплуатационные качества в качестве материалов сердцевины являются прогнозируемыми в свете настоящего раскрытия сущности изобретения. Так как в некоторых неограничвающих примерах осуществления изобретения частицы сердцевины покрыты известными материалами (например, WC), смешивание и спекание вместе покрытых покрытием частиц, имеющих несколько различных материалов сердцевины, упростит усиления множества характеристик. Соответственно, стоимость разработки и тестирования снижаются, в то же время обеспечивая конечный материал с уникальными свойствами. Таким образом, конструирование спеченной микроструктуры, в которой каждая частица имеет плотную оболочку (промежуточный слой), который может очень сильно прикрепляться к своим соседним частицам и образовывать прочную ячеистую опорную систему по всей подложке спеченного изделия, производит спеченное изделие с высокой комбинацией прочности, высокого модуля эластичности, вязкости разрушения и содержания твердого сплава.Also, the wear and adhesion characteristics of many possible core materials are known for their behavior in conventional materials, so that their performance as core materials is predicted in light of the present disclosure. Since, in some non-limiting embodiments, the core particles are coated with known materials (e.g., WC), mixing and sintering together coated particles having several different core materials will simplify the amplification of many characteristics. Accordingly, development and testing costs are reduced, while at the same time providing the final material with unique properties. Thus, the construction of a sintered microstructure in which each particle has a dense shell (intermediate layer), which can very strongly attach to its neighboring particles and form a strong cellular support system over the entire substrate of the sintered product, produces a sintered product with a high combination of strength, high modulus elasticity, fracture toughness and carbide content.

В некоторых примерах осуществления изобретения получаемая в результате микроструктура изделия представляет собой ячеистый микроструктурный каркас, состоящий из прочных, крепких, взаимосвязанных покрытых оболочкой частиц, каждая из которых содержит и поддерживает, по крайней мере, один материал, выбранный из механически и химически связанных частиц сердцевины, кристаллов, волокон и нитевидные кристаллы. Данный принцип оптимизации комбинации различных материалов для частиц сердцевины и окружающего промежуточного слоя позволяет комбинировать обычно конфликтующие характеристики изделия, такие как прочность и хрупкость, на уровнях, недостижимых в обычных материалах.In some embodiments of the invention, the resulting microstructure of the product is a cellular microstructure skeleton consisting of strong, strong, interconnected coated particles, each of which contains and supports at least one material selected from mechanically and chemically bonded core particles, crystals, fibers and whiskers. This principle of optimizing the combination of different materials for core particles and the surrounding intermediate layer allows you to combine commonly conflicting product characteristics, such as strength and brittleness, at levels unattainable in conventional materials.

Эта концепция может дать конструктору материалов множество инструментов, которые могут быть использованы по отдельности или в комбинации и исчерпывающий способ обеспечения простого и полного управления при адаптации структуры частицы ТСНР (толщины промежуточного слоя, размера и материала сердцевины) и смешивания (интегрируя различные порошки в зоны инструмента и изделия), чтобы отвечать различным уникальным, комбинированным и специально требуемым условиям для отдельного изделия или инструмента.This concept can give the material designer many tools that can be used individually or in combination and an exhaustive way to provide simple and complete control when adapting the structure of the TCHP particle (intermediate layer thickness, core size and material) and mixing (integrating various powders into the tool zones and products) to meet various unique, combined and specially required conditions for an individual product or tool.

Более того, использование стандартного прочного материала (типа WC, например) в качестве твердой наружной оболочки частицы значительно снижает усилия на исследования, разработку и промышленное внедрение, потому что только один исходный газовый реагент материала (например, карбида вольфрама) должен использоваться для покрытия частиц порошка, вместо многих десятков сложных исходных газов и химически активных газов, используемых при многократном внешнем покрытии подложки. Подобные зернистые материалы будут спекаться так, как будто бы они сделаны из частиц карбида вольфрама, например, которые, как уже известно, очень прочно связываются с соседними частицами карбида вольфрама и связующим компонентом типа кобальта. Толщина покрытия из карбида вольфрама на частице может быть увеличена, например, чтобы соответствовать более сложным требования прочности или может быть уменьшена, например, в применениях с более критическим износом, чтобы решить большинство задач конструкции. Например, размер частицы сердцевины может быть легко увеличен для соответствия более строгим требованиям по износостойкости или уменьшен для применений с более высокой прочностью. Использование различных материалов частиц сердцевины с такими характеристиками как, например, жесткость и коэффициент трения, известными или зарекомендовавшими себя как лучшие в специфических применениях, таких как, при износе по грани (режущего инструмента) или язвенном износе, может быть также осуществлено путем выбора материала сердцевины. Также можно сочетать вышеупомянутую толщину, диаметр и параметры порошка материала сердцевины для решения большинства применений с множеством критериев.Moreover, the use of a standard durable material (such as WC, for example) as a solid outer shell of a particle significantly reduces research, development and industrial deployment efforts, because only one source gas reagent of a material (for example, tungsten carbide) should be used to coat powder particles , instead of many tens of complex source gases and chemically active gases used in multiple external coating of the substrate. Such granular materials will sinter as if they were made of tungsten carbide particles, for example, which, as is already known, are very strongly bonded to adjacent tungsten carbide particles and a cobalt-like binder. The thickness of the tungsten carbide coating on the particle can be increased, for example, to meet more complex strength requirements, or can be reduced, for example, in applications with more critical wear, to solve most design problems. For example, the particle size of the core can be easily increased to meet more stringent requirements for wear resistance or reduced for applications with higher strength. The use of various materials of the core particles with characteristics such as stiffness and coefficient of friction, known or proven to be the best in specific applications, such as when wearing along the edge (cutting tool) or ulcerative wear, can also be done by choosing the core material . You can also combine the aforementioned thickness, diameter and powder parameters of the core material to solve most applications with many criteria.

Изделия, изготовленные из частиц ТСНР, объединяют лучшие механические свойства, такие как прочность, твердость, высокий модуль упругости, вязкость при разрушении, низкое взаимодействие с обрабатываемой деталью и низкий коэффициент трения, которые существуют отдельно в обычных материалах и формируют изделия с несравнимыми комбинированными свойствами. ТСНР имеют практически неограниченные применения в производстве, модификации поверхности, или ремонте компонентов, сборок и машин. Одна группа компонентов включает режущие, формующие, шлифовальные, измерительные, нефтяные, а также горнодобывающие и строительные инструменты. Неинструментальные компоненты включают биомедицинское, военное, электронное, спортивное, терморегулирование и космические применения. Обширные промышленные применения можно найти в сельскохозяйственном, гражданском, деревообрабатывающем и целлюлозо-бумажном, нефтехимическом, производстве резин и пластмасс, транспортном, авиационном/авиакосмическом, морском, архитектурном и энергетическом секторах. Таким образом, этот материал хорошо подходит для использования в широком массиве изделий, включая, например:Products made from TSNR particles combine the best mechanical properties, such as strength, hardness, high elastic modulus, fracture toughness, low interaction with the workpiece and low friction coefficient, which exist separately in conventional materials and form products with incomparable combined properties. TSNR have almost unlimited applications in the production, surface modification, or repair of components, assemblies and machines. One group of components includes cutting, forming, grinding, measuring, oil, as well as mining and construction tools. Non-instrumental components include biomedical, military, electronic, sports, thermal management, and space applications. Extensive industrial applications can be found in the agricultural, civilian, woodworking and pulp and paper, petrochemical, rubber and plastic industries, transport, aviation / aerospace, maritime, architectural and energy sectors. Thus, this material is well suited for use in a wide range of products, including, for example:

инструментарий, такой как фильеры для волочения проволоки, экструзионные матрицы, ковочные штампы, режущие и чеканочные штампы, формы, формующие ролики, пресс-формы для литья под давлением, ножницы, сверла, фрезерные резцы и фрезы для токарного станка, пилы, мастер-пуансоны, долота, расширители, метчики и штампы;tools such as wire drawing dies, extrusion dies, forging dies, cutting and embossing dies, molds, forming rollers, injection molds, scissors, drills, milling cutters and milling cutters for lathes, saws, master punches , bits, reamers, taps and dies;

индивидуальные механические детали, такие как шестерни, эксцентрики, цапфы, сопла, уплотнения, седловины клапанов, крыльчатки насосов, барабаны, направляющие ролики, подшипники и изнашиваемые поверхности;individual mechanical parts such as gears, cam, trunnions, nozzles, seals, valve seats, pump impellers, drums, guide rollers, bearings and wearing surfaces;

интегрированные совместно спеченные компоненты для замены сопряженных деталей двигателя внутреннего сгорания, шатунов, подшипников и/или обеспечения твердых зон поверхности в механических деталях из порошкового металла, заменяющих кованые или изготовленные на станке стальные детали с зонами термообработки, такие как распределительный вал, детали трансмиссии, детали принтера/копировальной машины;integrated co-sintered components for replacing mating parts of an internal combustion engine, connecting rods, bearings and / or providing solid surface areas in mechanical parts made of powder metal, replacing forged or machine-made steel parts with heat treatment zones, such as camshaft, transmission parts, parts printer / copy machine;

изделия для тяжелой промышленности, такие как буровые головки для бурения глубоких скважин, зубцы для горнодобывающего и передвигающего землю оборудования, горячие валки для сталепрокатных станов; иproducts for heavy industry, such as drill heads for drilling deep wells, tines for mining and earth moving equipment, hot rolls for steel mills; and

электромеханические компоненты, такие как приводы памяти, головки считывания, специализированные магниты.electromechanical components such as memory drives, read heads, specialized magnets.

Тот факт, что изготовленные изделия ТСНР являются однородными макроскопически, а не покрытыми внешней оболочкой, может предложить пользователям или поставщикам возможность экономичного перешлифования и повторного использования первоначально изношенных изделий. Это особенно важно для таких инструментов, как фильеры для волочения проволоки, спиральные сверла, шарошки и водометные сопла.The fact that the manufactured TSNR products are macroscopically homogeneous and not coated with an external shell can offer users or suppliers the option of cost-effective grinding and reuse of originally worn products. This is especially important for tools such as wire drawing dies, twist drills, cones and water jets.

Специалистам в данной области будет понятно, что изменения могут вноситься в описанные выше примеры осуществления изобретения, не отклоняясь от его широкой изобретательской концепции. Следовательно, понятно, что данное изобретение не ограничивается конкретными раскрытыми примерами осуществления, но включают модификации, находящиеся в пределах сущности и объема изобретения, определенного прилагаемой формулой.Those skilled in the art will understand that changes can be made to the above-described embodiments of the invention without deviating from its broad inventive concept. Therefore, it is understood that the invention is not limited to the specific disclosed embodiments, but include modifications that are within the spirit and scope of the invention defined by the appended claims.

Если не определено иначе, все числа, выражающие количества ингредиентов, условия реакции и так далее, используемые в описании и формуле, понимаются как во всех случаях модифицированные термином «приблизительно», что должно означать +/-5% от выраженного числа.Unless otherwise specified, all numbers expressing the amounts of ingredients, reaction conditions, and so on, used in the description and formula, are understood as in all cases modified by the term “approximately”, which should mean +/- 5% of the expressed number.

Соответственно, если не указано противоположное, числовые параметры, изложенные в данном описании и прилагаемой формуле, являются аппроксимациями, которые могут меняться в зависимости от желаемых свойств, которые предполагается получить с помощью настоящего изобретения.Accordingly, unless indicated to the contrary, the numerical parameters set forth in this description and the accompanying formula are approximations that may vary depending on the desired properties that are expected to be obtained using the present invention.

Claims (44)

1. Способ формирования изделия, включающий
приготовление множества частиц сердцевины, содержащих один материал частиц сердцевины или множество различных материалов частиц сердцевины, при этом вышеупомянутый материал частиц сердцевины выбран из группы, состоящей из нитридов металла и металлоида, карбидов металла и металлоида, карбонитридов металла и металлоида, боридов металла и металлоида, оксидов металла и металлоида, сульфидов металла и металлоида и силицидов металла и металлоида, и алмаза;
создание промежуточного слоя на большинстве вышеупомянутых частиц сердцевины, при этом вышеупомянутый промежуточный слой включает второе соединение, отличное по составу от вышеупомянутого материала частиц сердцевины, и имеет более высокую относительную вязкость при разрушении, при этом второе соединение способно связываться с вышеупомянутым материалом частиц сердцевины и способно связываться с металлом, выбранным из группы, состоящей из железа, кобальта, никеля, меди, титана, алюминия, магния, лития, бериллия, серебра, золота, платины и их смесей, тем самым формируя покрытые частицы;
нанесение наружного слоя на вышеупомянутые покрытые частицы, при этом вышеупомянутый наружный слой включает метал, выбранный из группы, состоящей из железа, кобальта, никеля и их смесей, для формирования практически непрерывного наружного слоя на вышеупомянутом промежуточном слое, тем самым образуя компонентные частицы;
формование множества вышеупомянутых компонентных частиц в изделие;
спекание вышеупомянутого изделия при температуре, достаточной для превращения в жидкое состояние, по крайней мере, части вышеупомянутого наружного слоя, и в течение времени, достаточного для растворения части вышеупомянутого промежуточного слоя в жидкой фракции, образованной из вышеупомянутого наружного слоя, для обеспечения эффективного количества жидкости для достижения практически абсолютной плотности без приложения значительного внешнего давления уплотнения; и
затвердевание жидких фракций, образованных из вышеупомянутого наружного слоя и вышеупомянутого промежуточного слоя, до оказания значительного вредного воздействия вышеупомянутых жидких фракций на вышеупомянутые частицы сердцевины.
1. The method of forming the product, including
preparing a plurality of core particles containing one core particle material or a plurality of different core particle materials, wherein the aforementioned core particle material is selected from the group consisting of metal nitrides and metalloid, metal carbides and metalloid, metal carbonitrides and metalloid, metal borides and metalloid, oxides metal and metalloid, sulfides of metal and metalloid and silicides of metal and metalloid, and diamond;
creating an intermediate layer on most of the aforementioned core particles, wherein the aforementioned intermediate layer comprises a second compound that is different in composition from the aforementioned core particle material and has a higher relative fracture toughness, the second compound being able to bind to the aforementioned core particle material and is able to bind with a metal selected from the group consisting of iron, cobalt, nickel, copper, titanium, aluminum, magnesium, lithium, beryllium, silver, gold, platinum and mixtures thereof, thereby forming coated particles;
applying an outer layer to the aforementioned coated particles, wherein the aforementioned outer layer includes a metal selected from the group consisting of iron, cobalt, nickel and mixtures thereof, to form a substantially continuous outer layer on the aforementioned intermediate layer, thereby forming component particles;
molding a plurality of the aforementioned component particles into an article;
sintering the aforementioned product at a temperature sufficient to liquidize at least a portion of the aforementioned outer layer, and for a time sufficient to dissolve a portion of the aforementioned intermediate layer in a liquid fraction formed from the aforementioned outer layer to provide an effective amount of liquid for achieving almost absolute density without the application of significant external seal pressure; and
solidification of the liquid fractions formed from the aforementioned outer layer and the aforementioned intermediate layer, until the aforementioned significant harmful effects of the aforementioned liquid fractions on the aforementioned core particles.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вышеупомянутый материал частиц сердцевины имеет формулу MaXb, где M является элементом, выбранным из группы, состоящей из титана, циркония, гафния, ванадия, ниобия, тантала, хрома, молибдена, вольфрама, алюминия, магния, меди и кремния; X является элементом, выбранным из азота, углерода, бора, серы и кислорода; а и b являются числами больше нуля до четырнадцати включительно.2. The method according to claim 1, characterized in that the aforementioned material of the core particles has the formula M a X b , where M is an element selected from the group consisting of titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, aluminum, magnesium, copper and silicon; X is an element selected from nitrogen, carbon, boron, sulfur, and oxygen; a and b are numbers greater than zero to fourteen inclusive. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вышеупомянутый материал частиц сердцевины выбирают из группы, состоящей из TiN, TiCN, TiC, TiB2, ZrC, ZrN, ZrB2, HfC, HfN, HfB2, TaB2, VC, VN, cBN, hBN, Al2О3, Si3N4, SiB6, SiAlCB, B4C, В2О3, W2B5, WB2, WS2, AlN, AlMgB14, MoS2, MoSi2, Mo2B5, MoB2 и их смесей.3. The method according to claim 1, characterized in that the aforementioned material of the core particles is selected from the group consisting of TiN, TiCN, TiC, TiB 2 , ZrC, ZrN, ZrB 2 , HfC, HfN, HfB 2 , TaB 2 , VC, VN, cBN, hBN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiB 6 , SiAlCB, B 4 C, B 2 O 3 , W 2 B 5 , WB 2 , WS 2 , AlN, AlMgB 14 , MoS 2 , MoSi 2 , Mo 2 B 5 , MoB 2 and mixtures thereof. 4. Способ формирования изделия, включающий
приготовление множества частиц сердцевины, содержащих один материал частиц сердцевины или множество различных материалов частиц сердцевины, при этом вышеупомянутый материал частиц сердцевины выбирают из группы, состоящей из TiN, TiCN, 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 и алмаза;
создание промежуточного слоя на большинстве вышеупомянутых частиц сердцевины величиной в диапазоне от 10 до 80% по весу вышеупомянутого изделия, при этом вышеупомянутый промежуточный слой включает второе соединение, отличное по составу от вышеупомянутого материала частицы сердцевины, и имеет более высокую относительную вязкость при разрушении, при этом второе соединение выбрано из группы, состоящей из WC, TaC, W2C и смеси WC и W2C, тем самым формируя покрытые частицы;
нанесение наружного слоя на вышеупомянутые покрытые частицы, при этом вышеупомянутый наружный слой включает металл, выбранный из группы, состоящей из железа, кобальта, никеля и их смесей, и образует практически непрерывный наружный слой на вышеупомянутом промежуточном слое, тем самым образуя компонентные частицы;
формование множества вышеупомянутых компонентных частиц в изделие;
спекание вышеупомянутого изделия при температуре, достаточной для превращения в жидкое состояние, по крайней мере, части вышеупомянутого наружного слоя, и в течение времени, достаточного для растворения от 5 до 90 об.% вышеупомянутого промежуточного слоя в жидкой фракции, образованной из вышеупомянутого наружного слоя, для обеспечения эффективного количества жидкости для достижения практически абсолютной плотности без приложения значительного внешнего давления уплотнения; при этом твердая часть вышеупомянутого промежуточного слоя предотвращает химическое взаимодействие вышеупомянутой жидкой фракции с вышеупомянутыми частицами сердцевины; и
затвердевание жидких фракций, образованных из вышеупомянутого наружного слоя и вышеупомянутого промежуточного слоя, до оказания значительного вредного воздействия вышеупомянутых жидких фракций на вышеупомянутые частицы сердцевины.
4. The method of forming the product, including
preparing a plurality of core particles containing one core particle material or a plurality of different core particle materials, wherein the aforementioned core particle material is selected from the group consisting of TiN, TiCN, TiC, TiB 2 , ZrC, ZrN, ZrB 2 , HfC, HfN, HfB 2 , TaB 2 , VC, VN, cBN, hBN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiB 6 , SiAlCB, B 4 C, B 2 O 3 , W 2 B 5 , WB 2 , WS 2 , AlN, AlMgB 14 , MoS 2 , MoSi 2 , Mo 2 B 5 , MoB 2, and diamond;
creating an intermediate layer on most of the aforementioned core particles in the range of 10 to 80% by weight of the aforementioned product, wherein the aforementioned intermediate layer comprises a second compound that is different in composition from the aforementioned core particle material and has a higher relative fracture toughness, while the second compound is selected from the group consisting of WC, TaC, W 2 C and a mixture of WC and W 2 C, thereby forming coated particles;
applying an outer layer to the aforementioned coated particles, wherein the aforementioned outer layer includes a metal selected from the group consisting of iron, cobalt, nickel and mixtures thereof, and forms a substantially continuous outer layer on the aforementioned intermediate layer, thereby forming component particles;
molding a plurality of the aforementioned component particles into an article;
sintering the aforementioned product at a temperature sufficient to liquidize at least part of the aforementioned outer layer, and for a time sufficient to dissolve from 5 to 90 vol.% of the aforementioned intermediate layer in a liquid fraction formed from the aforementioned outer layer, to provide an effective amount of fluid to achieve near absolute density without significant external seal pressure; however, the solid part of the aforementioned intermediate layer prevents the chemical interaction of the aforementioned liquid fraction with the aforementioned core particles; and
solidification of the liquid fractions formed from the aforementioned outer layer and the aforementioned intermediate layer, until the aforementioned significant harmful effects of the aforementioned liquid fractions on the aforementioned core particles.
5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что вышеупомянутые температура и время спекания не приводят к полному растворению вышеупомянутого промежуточного слоя.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the aforementioned sintering temperature and time do not completely dissolve the aforementioned intermediate layer. 6. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что вышеупомянутые температура и время спекания приводят к 5-50% растворению вышеупомянутого промежуточного слоя.6. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the aforementioned temperature and sintering time lead to 5-50% dissolution of the aforementioned intermediate layer. 7. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что вышеупомянутые температура и время спекания приводят к 50-99% растворению вышеупомянутого промежуточного слоя.7. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the aforementioned temperature and sintering time lead to 50-99% dissolution of the aforementioned intermediate layer. 8. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что твердая часть вышеупомянутого промежуточного слоя предотвращает химическое взаимодействие вышеупомянутой жидкой фракции с вышеупомянутыми частицами сердцевины.8. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the solid part of the aforementioned intermediate layer prevents the chemical interaction of the aforementioned liquid fraction with the aforementioned core particles. 9. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что вышеупомянутый промежуточный слой включает материал, выбранный из группы, состоящей из WC, W2C, инструментальной стали, стекловидных и расстеклованных сплавов наностали, нитрида кремния и карбида тантала.9. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the aforementioned intermediate layer includes a material selected from the group consisting of WC, W 2 C, tool steel, glassy and devitrified alloys of nanosteel, silicon nitride and tantalum carbide. 10. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутые покрытые частицы имеют средний размер частиц менее около 1000 мкм.10. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned coated particles have an average particle size of less than about 1000 microns. 11. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутые покрытые частицы имеют средний размер частиц менее около 100 мкм.11. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned coated particles have an average particle size of less than about 100 microns. 12. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутые покрытые частицы имеют средний размер частиц менее около 50 мкм.12. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned coated particles have an average particle size of less than about 50 microns. 13. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутые покрытые частицы имеют средний размер частиц менее около 2 мкм.13. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned coated particles have an average particle size of less than about 2 microns. 14. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутые покрытые частицы имеют средний размер частиц менее около 1 мкм.14. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned coated particles have an average particle size of less than about 1 μm. 15. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутые покрытые частицы имеют средний размер в диапазоне 100-1000 нм.15. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned coated particles have an average size in the range of 100-1000 nm. 16. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутый промежуточный слой имеет толщину после спекания в диапазоне от 5 до 50% диаметра вышеупомянутых частиц сердцевины.16. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned intermediate layer has a thickness after sintering in the range from 5 to 50% of the diameter of the aforementioned core particles. 17. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутый наружный слой имеет толщину после спекания в диапазоне от 3 до 12% диаметра вышеупомянутых частиц сердцевины.17. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned outer layer has a thickness after sintering in the range from 3 to 12% of the diameter of the aforementioned core particles. 18. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутый наружный слой далее включает один или более слоев материала, выбранного из группы, состоящей из металла, керамики, связующего компонента, интенсификатора спекаемости и полимерного материала.18. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned outer layer further comprises one or more layers of material selected from the group consisting of metal, ceramics, a binder component, a sintering agent and a polymeric material. 19. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутый промежуточный слой осаждают, по крайней мере, одним из способов, выбранных из химического осаждения из паровой фазы, физического осаждения из паровой фазы, плазменного осаждения, лазерного плакирования или процесса осаждения, плазменного плакирования, магнитноплазменного осаждения, электрохимического нанесения покрытия, электролизного нанесения покрытия, металлизации напылением, синтеза твердой фазы, процессов химического осаждения из растворов, и комбинацией этих процессов.19. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned intermediate layer is deposited by at least one of the methods selected from chemical vapor deposition, physical vapor deposition, plasma deposition, laser cladding or a process deposition, plasma cladding, magnetic plasma deposition, electrochemical coating, electrolysis coating, spray metallization, solid phase synthesis, chemical deposition processes from solutions, and a combination of these ess. 20. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутый наружный слой осаждают, по крайней мере, одним из способов, выбранных из химического осаждения из паровой фазы, физического осаждения из паровой фазы, плазменного осаждения, лазерного плакирования или процесса осаждения, плазменного плакирования, магнитноплазменного осаждения, электрохимического нанесения покрытия, электролизного нанесения покрытия, металлизацией напылением, синтеза твердой фазы, процессов химического осаждения из растворов и комбинацией этих процессов.20. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned outer layer is deposited by at least one of the methods selected from chemical vapor deposition, physical vapor deposition, plasma deposition, laser cladding or a process deposition, plasma cladding, magnetic plasma deposition, electrochemical coating, electrolysis coating, spray metallization, solid phase synthesis, chemical deposition from solutions and a combination of these processes . 21. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутый промежуточный слой осаждают при температуре в диапазоне от 125 до 1800°С.21. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned intermediate layer is deposited at a temperature in the range from 125 to 1800 ° C. 22. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутый промежуточный слой осаждают при температуре в диапазоне от 20 до 125°С.22. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned intermediate layer is deposited at a temperature in the range from 20 to 125 ° C. 23. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутый промежуточный слой осаждают при температуре в диапазоне от 1800 до 8000°С.23. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned intermediate layer is deposited at a temperature in the range from 1800 to 8000 ° C. 24. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутый промежуточный слой осаждают при температуре в диапазоне от 200 до 800°С.24. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned intermediate layer is precipitated at a temperature in the range from 200 to 800 ° C. 25. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутый наружный слой осаждают при температуре в диапазоне от 20 до 125°С.25. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned outer layer is deposited at a temperature in the range from 20 to 125 ° C. 26. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутый наружный слой осаждают при температуре в диапазоне от 125 до 650°С.26. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned outer layer is deposited at a temperature in the range from 125 to 650 ° C. 27. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутый наружный слой осаждают при температуре в диапазоне от 200 до 550°С.27. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned outer layer is deposited at a temperature in the range from 200 to 550 ° C. 28. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутая температура спекания находится в диапазоне от 600 до 1700°С.28. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned sintering temperature is in the range from 600 to 1700 ° C. 29. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутая температура спекания находится в диапазоне от 1700 до 8000°С.29. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned sintering temperature is in the range from 1700 to 8000 ° C. 30. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутый наружный слой содержится в количестве от 0,5 до 3% по весу вышеупомянутого изделия.30. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned outer layer is contained in an amount of from 0.5 to 3% by weight of the aforementioned product. 31. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутый наружный слой содержится в количестве от 3 до 18% по весу вышеупомянутого изделия.31. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned outer layer is contained in an amount of from 3 to 18% by weight of the aforementioned product. 32. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вышеупомянутый наружный слой содержится в количестве от 18 до 45% по весу вышеупомянутого изделия.32. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned outer layer is contained in an amount of from 18 to 45% by weight of the aforementioned product. 33. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что вышеупомянутый промежуточный слой включает материал, выбранный из WC, TaC и W2C в количестве от 60 до 98% по весу вышеупомянутого изделия.33. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the aforementioned intermediate layer comprises a material selected from WC, TaC and W 2 C in an amount of from 60 to 98% by weight of the aforementioned product. 34. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что вышеупомянутый промежуточный слой включает материал, выбранный из группы, состоящей из WC, TaC и W2C в количестве от 10 до 60% по весу вышеупомянутого изделия.34. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the aforementioned intermediate layer comprises a material selected from the group consisting of WC, TaC and W 2 C in an amount of from 10 to 60% by weight of the aforementioned product. 35. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что вышеупомянутый промежуточный слой включает материал, выбранный из группы, состоящей из WC, TaC и W2C в количестве от 5 до 10% по весу вышеупомянутого изделия.35. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the aforementioned intermediate layer comprises a material selected from the group consisting of WC, TaC and W 2 C in an amount of from 5 to 10% by weight of the aforementioned product. 36. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что спекание происходит при давлении уплотнения и температуре, достаточных для получения жидкой фазы, содержащей наружный слой, промежуточный слой или тот и другой в количестве до 45% объема компонентных частиц, не включая объем частицы сердцевины.36. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the sintering occurs at a compaction pressure and a temperature sufficient to obtain a liquid phase containing an outer layer, an intermediate layer, or both in an amount of up to 45% of the volume of component particles, not including the volume of the core particle. 37. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что спекание происходит при давлении уплотнения и температуре, достаточных для получения жидкой фазы в наружном слое, промежуточном слое или том и другом в количестве до 99,5% объема компонентных частиц, не включая объем частицы сердцевины.37. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the sintering occurs at a compaction pressure and a temperature sufficient to obtain a liquid phase in the outer layer, the intermediate layer or both in an amount of up to 99.5% of the volume of component particles, not including the volume of the core particle. 38. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что уплотнение спекания происходит в первую очередь за счет капиллярных сил.38. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the sintering compaction is primarily due to capillary forces. 39. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что температура спекания находится в диапазоне от 600 до 1700°С, и количество жидкой фазы находится в диапазоне от 6 до 44% объема компонентных частиц, не включая объем частицы сердцевины.39. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the sintering temperature is in the range from 600 to 1700 ° C, and the amount of liquid phase is in the range from 6 to 44% of the volume of the component particles, not including the volume of the core particle. 40. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что объем жидкой фазы возрастает посредством увеличения, по крайней мере, одного параметра, выбранного из температуры спекания и содержания кобальта.40. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the volume of the liquid phase increases by increasing at least one parameter selected from the sintering temperature and the cobalt content. 41. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что уплотнение происходит в атмосфере газа, выбранного из азота, аргона, гелия, водорода, неона, криптона, ксенона, метана, ацетилена, окиси углерода, двуокиси углерода и их смесей и соединений.41. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the compaction occurs in an atmosphere of a gas selected from nitrogen, argon, helium, hydrogen, neon, krypton, xenon, methane, acetylene, carbon monoxide, carbon dioxide and mixtures thereof and connections. 42. Способ по п.41, отличающийся тем, что вышеупомянутые технологические газы поставляются в диапазоне от нулевого абсолютного давления до атмосферного давления.42. The method according to paragraph 41, wherein the aforementioned process gases are supplied in the range from zero absolute pressure to atmospheric pressure. 43. Способ по любому из пп.1-4, дополнительно включающий смешивание, по крайней мере, одной добавки, выбранной из парафиновых восков, стеариновой кислоты, этилен бис-стеарамида (EBS), поливинилового спирта и полиэтиленгликоля, с множеством вышеупомянутых компонентных частиц до или одновременно с вышеупомянутым формованием.43. The method according to any one of claims 1 to 4, further comprising mixing at least one additive selected from paraffin waxes, stearic acid, ethylene bis-stearamide (EBS), polyvinyl alcohol and polyethylene glycol, with many of the above component particles to or simultaneously with the aforementioned molding. 44. Изделие, сформированное способом по любому из пп.1-4. 44. The product formed by the method according to any one of claims 1 to 4.
RU2006145849/02A 2004-06-10 2004-06-10 Method of compacting solid powders with hard coating RU2366539C9 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2004/018445 WO2006001791A1 (en) 2004-06-10 2004-06-10 Method for consolidating tough coated hard powders

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2006145849A RU2006145849A (en) 2008-07-20
RU2366539C2 true RU2366539C2 (en) 2009-09-10
RU2366539C9 RU2366539C9 (en) 2010-02-10

Family

ID=35782093

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006145849/02A RU2366539C9 (en) 2004-06-10 2004-06-10 Method of compacting solid powders with hard coating

Country Status (13)

Country Link
EP (1) EP1768804A4 (en)
JP (1) JP2008502576A (en)
KR (1) KR101215656B1 (en)
CN (1) CN1997475B (en)
AU (1) AU2004321077B2 (en)
BR (1) BRPI0418870B1 (en)
CA (1) CA2570671C (en)
IL (1) IL179667A (en)
MX (1) MXPA06013640A (en)
NO (1) NO20070168L (en)
RU (1) RU2366539C9 (en)
SA (1) SA05260249B1 (en)
WO (1) WO2006001791A1 (en)

Families Citing this family (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9682425B2 (en) * 2009-12-08 2017-06-20 Baker Hughes Incorporated Coated metallic powder and method of making the same
EP2462083B1 (en) * 2009-08-04 2023-12-27 Eternaloy Holding GmbH Tough coated hard particles consolidated in a tough matrix material
CN102059663B (en) * 2009-11-13 2014-08-13 沈阳中科超硬磨具磨削研究所 Preparation technology of CBN (cubic boron nitride) micro ceramic grinding wheel for grinding automobile fuel injection nozzle
KR101118614B1 (en) * 2009-11-20 2012-02-27 한국생산기술연구원 Manufacturing method for composite using nano particles and composite manufactured by method thereof
CN102191447A (en) * 2010-03-09 2011-09-21 中国科学院上海硅酸盐研究所 Tungsten carbide cobalt-copper-molybdenum disulfide self-lubricating wear-resistant coating and preparation method thereof
CN101829781A (en) * 2010-05-26 2010-09-15 四川大学 Method for connecting hard alloy of inactive intermediate layer and steel
US9752988B2 (en) * 2010-06-14 2017-09-05 The Regents Of The University Of Michigan In-situ identification and control of microstructures produced by phase transformation of a material
CN101941843B (en) * 2010-08-16 2012-11-21 山东大学 Hot-pressing sintering TiB2-TiC-WC ultrahard material and preparation method thereof
US20130031794A1 (en) 2011-08-05 2013-02-07 Duff Jr Ronald Richard RAZOR BLADES WITH ALUMINUM MAGNESIUM BORIDE (AlMgB14)-BASED COATINGS
CN102296198A (en) * 2011-10-12 2011-12-28 北京科技大学 Method for preparing tungsten block material by dispersing and reinforcing nano tantalum carbide
US9505064B2 (en) 2011-11-16 2016-11-29 Kennametal Inc. Cutting tool having at least partially molded body and method of making same
JP2013108152A (en) * 2011-11-24 2013-06-06 Sumitomo Electric Ind Ltd Hard particle and manufacturing method thereof
JP5906813B2 (en) * 2012-02-29 2016-04-20 住友電気工業株式会社 Hard materials and cutting tools
PT2900404T (en) * 2012-09-27 2021-11-16 Allomet Corp Methods of forming a metallic or ceramic article having a novel composition of functionally graded material and articles containing the same
JP5799969B2 (en) * 2013-03-22 2015-10-28 住友電気工業株式会社 Ceramic crystal particles, ceramic sintered body, and method for producing them
IN2013CH04500A (en) * 2013-10-04 2015-04-10 Kennametal India Ltd
US10030292B2 (en) * 2014-05-26 2018-07-24 Hrl Laboratories, Llc Hydride-coated microparticles and methods for making the same
CN104195362B (en) * 2014-08-15 2016-08-24 北京工业大学 A kind of high boron wear-resisting erosion alloy preparation method
CN104313444B (en) * 2014-09-30 2016-09-14 宁夏康诚机电产品设计有限公司 A kind of cobalt cladded type titanium Hardmetal materials and preparation method thereof
CN104532052A (en) * 2014-11-20 2015-04-22 张哲� Heavy-load high-speed powder metallurgy brake material and preparation technology thereof
JP7064878B2 (en) * 2014-12-12 2022-05-11 マテリオン コーポレイション Additional manufacturing of beryllium-containing articles
CN104630589B (en) * 2015-02-12 2016-08-31 成都邦普切削刀具股份有限公司 A kind of composite hard alloy material of tungsten carbide cladding and preparation method thereof
WO2017100733A1 (en) 2015-12-11 2017-06-15 Smith International, Inc. Hardfacing material compositions
GB201522503D0 (en) 2015-12-21 2016-02-03 Element Six Gmbh Method of manufacturing a cemented carbide material
US10287824B2 (en) 2016-03-04 2019-05-14 Baker Hughes Incorporated Methods of forming polycrystalline diamond
TWI815804B (en) * 2017-02-06 2023-09-21 美商超級梅塔利斯公司 Tungsten tetraboride composite matrix and uses thereof
KR102464517B1 (en) 2017-02-28 2022-11-10 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니 Metal Bonded Abrasive Articles and Methods of Making Metal Bonded Abrasive Articles
WO2018174139A1 (en) 2017-03-22 2018-09-27 三菱マテリアル株式会社 Diamond coated cemented carbide cutting tool
US11292750B2 (en) 2017-05-12 2022-04-05 Baker Hughes Holdings Llc Cutting elements and structures
US11396688B2 (en) 2017-05-12 2022-07-26 Baker Hughes Holdings Llc Cutting elements, and related structures and earth-boring tools
EP3713695A1 (en) * 2017-11-22 2020-09-30 Forge Nano, Inc. Manufacturing of workpieces having nanostructured phases from functionalized powder feedstocks
US11536091B2 (en) 2018-05-30 2022-12-27 Baker Hughes Holding LLC Cutting elements, and related earth-boring tools and methods
JP7181827B2 (en) * 2019-03-28 2022-12-01 三菱マテリアル電子化成株式会社 Zirconium nitride powder coated with alumina and method for producing the same
CN110004441A (en) * 2019-04-12 2019-07-12 水利部杭州机械设计研究所 A kind of Fe based alloy WC/TiC/TaC/Re composite powder formula, coating and its preparation process
CN109825833A (en) * 2019-04-12 2019-05-31 上海海事大学 A kind of rare earth modified WC-Ni base coating and preparation method thereof
CN110358990B (en) * 2019-07-04 2020-07-28 西安理工大学 Post-treatment method for hot-pressed sintering of titanium diboride reinforced copper-based composite material
KR102318672B1 (en) * 2019-10-29 2021-11-01 (주)에디코 Cubic boron nitride particle and manufacturing method thereof
CN111748814A (en) * 2020-06-24 2020-10-09 安徽震祥精工科技有限公司 Titanium alloy coating treatment method for surface of die-casting aluminum material
CN112921198A (en) * 2021-01-08 2021-06-08 晋城鸿刃科技有限公司 Preparation method of ultra-coarse grain hard alloy
CN114951640B (en) * 2022-05-12 2023-04-25 广东工业大学 Nitride particle based on laser printing and preparation method and application thereof
CN114774759B (en) * 2022-06-20 2022-09-16 太原理工大学 Layered gradient SiC ceramic reinforced iron-based wear-resistant material and preparation method thereof
CN115012011A (en) * 2022-06-24 2022-09-06 赣州海盛硬质合金有限公司 Hard alloy surface nano coating and preparation method thereof
CN116410008A (en) * 2023-04-24 2023-07-11 鞍山市和丰耐火材料有限公司 Long-service-life low-carbon magnesia carbon brick and preparation method thereof

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2370242A (en) * 1943-01-15 1945-02-27 Mallory & Co Inc P R Refractory metal composition
US3019103A (en) * 1957-11-04 1962-01-30 Du Pont Process for producing sintered metals with dispersed oxides
SE329799B (en) * 1969-02-07 1970-10-19 Nordstjernan Rederi Ab
US3871840A (en) * 1972-01-24 1975-03-18 Christensen Diamond Prod Co Abrasive particles encapsulated with a metal envelope of allotriomorphic dentrites
US3971656A (en) * 1973-06-18 1976-07-27 Erwin Rudy Spinodal carbonitride alloys for tool and wear applications
GB1574007A (en) * 1975-12-24 1980-09-03 Johnson Matthey Co Ltd Cermets
DE3546113A1 (en) * 1985-12-24 1987-06-25 Santrade Ltd COMPOSITE POWDER PARTICLES, COMPOSITE BODIES AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
WO1990007017A1 (en) * 1988-12-16 1990-06-28 Krupp Widia Gmbh Hard metal composite body and process for producing it
SE9004123D0 (en) * 1990-12-21 1990-12-21 Sandvik Ab DIAMOND IMPREGNERATED HARD MATERIAL
US5106392A (en) * 1991-03-14 1992-04-21 General Electric Company Multigrain abrasive particles
US5232469A (en) * 1992-03-25 1993-08-03 General Electric Company Multi-layer metal coated diamond abrasives with an electrolessly deposited metal layer
JP3309897B2 (en) * 1995-11-15 2002-07-29 住友電気工業株式会社 Ultra-hard composite member and method of manufacturing the same
US5876793A (en) * 1996-02-21 1999-03-02 Ultramet Fine powders and method for manufacturing
JP3686167B2 (en) * 1996-06-10 2005-08-24 日鉄鉱業株式会社 Multi-layer coating powder
US20040052984A1 (en) * 1997-05-13 2004-03-18 Toth Richard E. Apparatus and method of treating fine powders
CZ302016B6 (en) * 1997-05-13 2010-09-08 Tough-coated hard powders and sintered articles thereof
JP2001040446A (en) * 1998-08-25 2001-02-13 Sumitomo Electric Ind Ltd Diamond-containing hard member and its production
JP2000144299A (en) * 1998-08-25 2000-05-26 Sumitomo Electric Ind Ltd Diamond-containing hard member and its manufacture
JP4004675B2 (en) * 1999-01-29 2007-11-07 株式会社日清製粉グループ本社 Method for producing oxide-coated metal fine particles
JP2000328170A (en) * 1999-05-20 2000-11-28 Sumitomo Electric Ind Ltd Cubic boron nitride-containing hard member and its production
JP3825347B2 (en) * 2002-03-22 2006-09-27 京セラ株式会社 Composite structure
US6911063B2 (en) * 2003-01-13 2005-06-28 Genius Metal, Inc. Compositions and fabrication methods for hardmetals

Also Published As

Publication number Publication date
AU2004321077A1 (en) 2006-01-05
RU2366539C9 (en) 2010-02-10
CA2570671C (en) 2013-01-08
CN1997475B (en) 2010-09-29
EP1768804A1 (en) 2007-04-04
IL179667A0 (en) 2007-05-15
KR20070044430A (en) 2007-04-27
IL179667A (en) 2016-12-29
BRPI0418870A (en) 2007-11-27
CA2570671A1 (en) 2006-01-05
KR101215656B1 (en) 2013-01-10
SA05260249B1 (en) 2008-06-03
CN1997475A (en) 2007-07-11
EP1768804A4 (en) 2010-09-15
RU2006145849A (en) 2008-07-20
BRPI0418870B1 (en) 2014-04-15
NO20070168L (en) 2007-01-10
WO2006001791A1 (en) 2006-01-05
JP2008502576A (en) 2008-01-31
MXPA06013640A (en) 2007-05-16
AU2004321077B2 (en) 2011-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2366539C2 (en) Method of compacting solid powders with hard coating
US7736582B2 (en) Method for consolidating tough coated hard powders
EP2900404B1 (en) Methods of forming a metallic or ceramic article having a novel composition of functionally graded material
JP6257896B2 (en) Consolidated high toughness coated hard particles in high toughness matrix materials.
AU725818B2 (en) Tough-coated hard powders and sintered articles thereof
KR101235201B1 (en) High-strength cemented carbide and process for producing the same
AU2010217289B2 (en) A hard-metal body
JP2014122425A (en) Method of compacting hard coated hard powder
RU2747054C1 (en) Multilayer carbide plate and method for its production (options)
JP3560629B2 (en) Manufacturing method of high toughness hard sintered body for tools

Legal Events

Date Code Title Description
TH4A Reissue of patent specification
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160611