(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬複合材料の製造方法であって、
タングステンカーバイドまたはチタンカーバイドからなるセラミック相粉末と多元高エントロピー合金粉末とをメカニカルアロイングにより混合して混合物を形成する工程、
前記混合物を圧粉する工程、および、
前記混合物を、アルゴンおよび水素の混合ガスの下、または真空チャンバ内で焼結して超硬複合材料を形成する工程、
を含み、
前記多元高エントロピー合金粉末がＣ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｖ、ＭｎおよびＴｉから選ばれた５またはそれ以上の主要元素からなり、各主要元素が前記多元高エントロピー合金粉末の５から３７．７２モル％を占め、
前記セラミック相粉末と前記多元高エントロピー合金粉末の重量比が５：９５から４０：６０である製造方法。
【請求項２】
（ａ）タングステンカーバイドまたはチタンカーバイドからなるセラミック相粉末、および
（ｂ）多元高エントロピー合金粉末
を含み、
前記多元高エントロピー合金粉末がＣ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｖ、ＭｎおよびＴｉから選ばれた５またはそれ以上の主要元素からなり、各主要元素が前記多元高エントロピー合金粉末の５から３７．７２モル％を占め、
前記セラミック相粉末と前記多元高エントロピー合金粉末の重量比が５：９５から４０：６０であり、
前記セラミック相粉末と前記多元高エントロピー合金粉末が焼結により複合されている超硬複合材料。
【請求項３】
硬度がＨｖ８００からＨｖ２４００である請求項２に記載の超硬複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超硬複合材料（ultra-hard composite materials）に関し、より詳細には、そのバインダー金属（binder metals）の組成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超硬複合材料は高硬度、高耐熱性および高耐摩耗性など優れた特性を持つことから、１９２０年代初期より広く工業的に利用されている。超硬複合材料によく用いられるのはカーバイド（炭化物）であり、このような超硬複合材料は大きくタングステンカーバイド（以下ＷＣという。）基複合材料とチタンカーバイド（以下ＴｉＣという。）基複合材料の２タイプに分けられる。超硬複合材料は通常２種の異なる組成からなっており、そのうち第１の組成は、例えばカーバイド（タングステンカーバイド、チタンカーバイド、バナジウムカーバイド、ニオブカーバイド、クロムカーバイドまたはタンタルカーバイド）、炭窒化物、ボラート、ホウ化物、又は酸化物など融点、硬度および脆性の高いセラミック相粉末であり、第２の組成は硬度が低く靭性が高いバインダー金属である。ＷＣ基複合材料に用いられるバインダー金属の主な例はコバルトである。また、ＴｉＣ基複合材料に用いられるバインダー金属の主な例はニッケルまたはニッケル−モリブデン合金である。超硬複合材料の製造には粉末冶金の方法が用いられており、これによれば、焼結温度下、バインダー金属が液体状態に変わってカーバイドと共晶液相を形成し、さらに毛細管現象によりカーバイドの粒子が液相に包み込まれ、密着および収縮することにより、高焼結密度が得られる。焼結密度をより高めるために、加圧焼結（press sintering）または熱間等方圧加圧（hot isostatic pressing）により超硬複合材料をさらに処理してもよい。こうして、超硬複合材料はカーバイドの高硬度および高耐摩耗性ならびにバインダー金属の靭性などの長所を併せ持つようになる。
【０００３】
上述のような超硬複合材料は一般に切削具、金型、工具および耐摩耗部材、例えばバイト、ミル、リーマー、鉋、鋸、ドリル、パンチ、せん断金型、成形金型、引抜金型、押出金型、腕時計の部品またはペンのボールなどに使用されている。中でも最も広く利用されているのはＷＣ超硬複合材料である。複合材料の成分比は要求に応じて決定される。バインダー金属を低比率に、カーバイドを高比率にして混合するほど、硬度および耐摩耗性の高い複合材料が得られるが、同時にその複合材料の靭性はより低くかつ脆性はより高いものとなる。要求するものが主に硬度と耐摩耗性である場合、カーバイドの比率を上げる必要があり、一方、靭性がより重要であれば、カーバイドの比率を下げる必要がある。また、腐食条件あるいは高温下で用いられる部材は、耐食性と抗酸化性がなければならない。社会の進歩により様々な要求が生じてくるのに伴い、現在、切削具、金型、工具および耐摩耗部材などの製品については、より高い生産率、より長い使用寿命、およびより低い生産コスト、というのが製造の傾向となっている。しかしながら、各種用途の場面において、従来のＷＣおよびＴｉＣの超硬複合材料はたいていの場合、靭性、耐熱性、耐磨耗性、耐食性および抗付着性（anti-adherence）が不十分である。
【０００４】
従来のＷＣ超硬複合材料のバインダー金属は、少量の鉄とニッケルが含むコバルト基合金である。特許文献１には、打抜き工具の材料を、ニッケル基合金のバインダー金属（５〜１５ｗｔ％)を含むＷＣ基複合材料とし、該ニッケル基合金がさらにＣｒ3Ｃ2を１〜１３ｗｔ％含むことが開示されている。特許文献２には、ＷＣ複合材料のバインダー金属を鉄基合金とし、かつこの合金がさらにバナジウム、クロム、バナジウムカーバイドおよびクロムカーバイドを含むことが開示されている。特許文献３には、ＷＣおよびＷ2Ｃ複合材料のバインダー金属を、例えば鉄、コバルト、ニッケルなどの金属０．０２〜０．１ｗｔ％、ならびに第ＩＶＡ族、第ＶＡ族および第ＶＩＡ族の遷移金属のカーバイド（炭化物）、窒化物および炭窒化物０．３〜３ｗｔ％とすることが開示されている。特許文献４には、ＷＣの焼結金属をコバルトおよび／またはニッケルとし、バインダー金属の配合を、コバルトを最大で９０ｗｔ％、ニッケルを最大で９０ｗｔ％、クロムを最大で３〜１５ｗｔ％、タングステンを最大で３０ｗｔ％、およびモリブデンを最大で１５ｗｔ％とすることによって、焼結プロセス中にＷＣの結晶が成長するのを抑制することを開示している。
【０００５】
現在、ＷＣ超硬複合材料の最大の消費国は中国である。このため中国では、強度、硬度、靭性および耐磨耗性などの特性を高めようとするＷＣ超硬複合材料関連の特許出願が、多数開示されている。特許文献５には、ＷＣ複合材料のバインダー金属として高マンガン鋼を用いることが開示されており、該高マンガン鋼は、１４〜１８ｗｔ％のマンガン、３〜６ｗｔ％のニッケル、０．１９〜１．９ｗｔ％の炭素、および７４．１〜８２．１ｗｔ％の鉄からなるもので、かかるＷＣ複合材料は高強度、高硬度、そして高耐摩耗性を備えるとされている。また、カーバイドをバインダー金属の一部として用いることもでき、特許文献６には、バインダー金属が４〜６ｗｔ％のコバルトおよび０．３〜０．６ｗｔ％のタンタルを含み、このバインダー金属をＷＣ粉末と共に焼結すると、耐摩耗性と靭性の高いＷＣ複合材料が得られると開示されている。さらに、特許文献７には、バインダー金属が７〜９ｗｔ％のコバルト、０．１〜０．５ｗｔ％のバナジウムカーバイド、および０．３〜０．７ｗｔ％のクロムカーバイドを含み、このバインダー金属をＷＣ粉末と共に焼結すると、高強度、高硬度および高靭性を備えるＷＣ複合材料が得られると開示されている。
【０００６】
このように、従来のバインダー金属は、その主要組成部分（＞５０ｗｔ％）を単一の金属または２種の金属の組み合わせとし、さらに別の金属元素およびカーバイドセラミック相が添加されたものとなっている。
【特許文献１】特開平８−３１９５３２号公報
【特許文献２】特開平１０−１１０２３５号公報
【特許文献３】米国特許第６０３０９１２号明細書
【特許文献４】米国特許第６２４１７９９号明細書
【特許文献５】中国特許公開第１５４８５６７号公報
【特許文献６】中国特許公開第１５５４７８９号公報
【特許文献７】中国特許公開第１７１８８１３号公報
【特許文献８】台湾特許第１９３７２９号明細書
【非特許文献１】「Advanced Engineering Materials」２００４年、第６巻、ｐ．２９９〜３０３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、諸性能に優れた超硬複合材料およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は超硬複合材料の製造方法を提供するものである。該製造方法は、少なくとも１種のセラミック相粉末と多元高エントロピー合金（multi-element high-entropy alloy）粉末とを混合して混合物を形成する工程、その混合物を圧粉（green compacting）する工程、および、その混合物を焼結して超硬複合材料を形成する工程を含み、該多元高エントロピー合金粉末は、Ｃ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｖ、ＭｎおよびＴｉから選ばれた５またはそれ以上の主要元素からなり、各主要元素がそれぞれ多元高エントロピー合金粉末の５から３７．７２モル％を占める。
【０００９】
また、本発明は超硬複合材料も提供する。該超硬複合材料は、（ａ）少なくとも１種のセラミック相粉末と、（ｂ）多元高エントロピー合金粉末とを含み、該多元高エントロピー合金粉末は、Ｃ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｖ、ＭｎおよびＴｉから選ばれた５またはそれ以上の主要元素からなり、各主要元素がそれぞれ多元高エントロピー合金粉末の５から３７．７２モル％を占める。
【発明の効果】
【００１０】
本発明ではバインダー金属に多元高エントロピー合金粉末を用いるため、得られる超硬複合材料に様々な優れた特性、例えば硬度、靭性、耐熱性および耐摩耗性などが備わる。さらに、本発明によれば、モル比および元素の種類を適切に選ぶことによって複合材料の性能を調節することができ、その適用範囲と使用寿命を向上させることができる。
【００１１】
高エントロピー合金からなるバインダー金属は、高エントロピー効果、緩慢拡散効果（sluggish effect）、格子ひずみ効果、およびカクテル効果などの特徴を示すと共に、耐熱性および硬度も備えるため、このバインダー金属を用いる複合材料に高硬度、高耐熱性および高耐摩耗性が備わる。さらに、高エントロピー合金の緩慢拡散効果により、焼結されて液相となったバインダー金属が移動または拡散し難くなるため、ＷＣまたはＴｉＣの結晶成長が抑制され、これにより焼結された複合材料の硬度、靭性、耐熱性および耐摩耗性の低下が回避される。また、バインダー金属中の元素の一部が炭素と結合してカーバイドを形成することから、複合材料の硬度がより高まる。本発明においては、バインダー金属中のニッケルおよびクロムは複合材料の耐食性を高め、バインダー金属中のクロム、アルミニウムおよびケイ素は抗酸化性を高め、バインダー金属中の銅は複合材料の潤滑性を高める。本発明によれば、モル比および元素の種類を適切に選ぶことによって、複合材料の性能と使用寿命を調整することができる。本発明に比較して、従来のバインダー金属を構成する元素の種類は少なく、それ故に複合材料の性能が制約されていた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、添付の図面を参照にしながら、本発明を実施形態により詳細に説明する。
以下の記載は本発明を実施するための最良の形態である。この記載は本発明の主要な原理を説明することを目的としたものであり、限定の意味で解釈されるべきではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲で判断されなくてはならない。
【００１３】
本発明では、多元高エントロピー合金を、セラミック相粉末(例えばＷＣ、ＴｉＣなど)に混合されるバインダー金属として用いて、超硬複合材料の特性を改善する。これにより、各種用途における超硬複合材料の使用寿命を延長させることができる。本発明者のうちの一人である葉（Yeh）は特許文献８（台湾特許第１９３７２９号明細書）において高エントロピー合金を開示している。多元高エントロピー合金粉末は５から１１の主要元素からなり、各主要元素がそれぞれ多元高エントロピー合金粉末の５から３５モル％を占める。この多元高エントロピー合金の概念と効果は葉によって非特許文献１（「Advanced Engineering Materials」２００４年、第６巻、ｐ．２９９〜３０３）に開示されている。この論文によれば、高エントロピー合金は少なくとも５種の元素からなり、かつ各元素が高エントロピー合金の５から３５モル％を占めるとされている。高エントロピー合金は、溶融・鋳造、鍛造または粉末冶金によって形成することができる。高エントロピー効果、緩慢拡散効果（sluggish effect）、格子ひずみ効果、およびカクテル効果などの特徴を備える高エントロピー合金は、耐熱性および硬度に優れるため、これをバインダー金属として複合材料に用いると、複合材料にも高耐熱性が備わる。さらに、高エントロピー合金の緩慢拡散効果により、焼結され液相となったバインダー金属が移動または拡散し難くなるため、ＷＣまたはＴｉＣの結晶成長が抑制され、これによって焼結された複合材料の硬度、靭性、耐熱性および耐摩耗性の低下が回避される。また、バインダー金属中の元素の一部が炭素と結合してカーバイドを形成することから、複合材料の硬度がより高まる。本発明において、バインダー金属中にニッケルおよびクロムが含まれると複合材料の耐食性が高まり、バインダー金属中にクロム、アルミニウムおよびケイ素が含まれると抗酸化性が高まる。このように、高エントロピー合金は様々な特性を提供できるので、複合材料の応用性を向上させることができる。
【００１４】
本発明では、焼結性をメカニカルアロイング（mechanical alloying）によって改善し、微細なセラミック相粉末が均一に分散されるようにすることが好ましい。メカニカルアロイングは、高エネルギーのボールミルまたは衝突により、粉末の混合、冷間圧接、破砕、および再度の冷間圧接を行って、混合物の合金化および混合工程を完了させるプロセスである。このメカニカルアロイングにより、例えば元素粉末及び金属カーバイドセラミック相粉末；合金粉末及び金属カーバイドセラミック相粉末；または元素粉末、合金粉末及び金属カーバイドセラミック相粉末；からなる本発明の混合粉末は、（１）元素粉末が合金化され、（２）カーバイドセラミック相粉末が微細化され、（３）成分が均一で微細な合金粉体が形成され、かつバインダー金属によりカーバイドセラミック相粒子の表面が均一に覆われる、という特徴を持った粉末となる。本発明において、セラミック相粉末と多元高エントロピー合金粉末の重量比は５：９５から４０：６０であることが好ましい。
【００１５】
本発明によるセラミック相粉末／多元高エントロピー合金超硬複合材料の焼結プロセスは、従来のＷＣ／Ｃｏ超硬複合材料に用いる焼結プロセスと同様であり、例えば、脱脂、脱ガス、焼結または液相焼結、最後に冷却というものである。また任意で、混合物を低温で予備焼結し、適当な形状にカットまたは加工してから、最後に再び焼結をしてもよい。焼結密度を高めるため、焼結プロセスはさらに、加圧焼結（press sintering）または焼結後の熱間等方圧加圧（hot isostatic pressing） を含んでいてもよい。脱脂、脱ガスおよび焼結などの工程は、真空チャンバ内；またはアルゴン、水素などからなる混合ガス下；で行うことができる。焼結温度はバインダー金属の成分に応じて調整される。１実施形態において、液相焼結の温度は１３００〜１５００℃とするのが好ましい。１実施形態において、上述のプロセスにより製造される超硬複合材料は、少なくとも１種のセラミック相粉末および多元高エントロピー合金を含み、多元高エントロピー合金が５から１１種の主要元素からなり、各主要元素がそれぞれ多元高エントロピー合金の５から３５モル％を占める。上述のセラミック相粉末と多元高エントロピー合金粉末の重量比は５：９５から４０：６０であることが好ましい。１実施形態において、超硬複合材料の硬度はＨｖ８００からＨｖ２４００である。
【００１６】
多元高エントロピー合金粉末の主要元素は、Ｃ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｖ、ＭｎまたはＴｉから選ばれた元素であることが好ましい。
【実施例】
【００１７】
実施例１
実施例１の焼結プロセスは図１に示すとおりである。先ず、数種の純金属または合金粉末をボールミル処理して多元高エントロピー合金粉末を形成した。次に、多元高エントロピー合金粉末とＷＣ粉末とをそれぞれ異なる比率で混合およびボールミル処理し、均一に混合された粉末にした。続いて、そのＷＣ／多元高エントロピー合金混合物を圧粉してから、高温で焼結して超硬複合材料を形成した。最後に、その複合材料について試験と分析を行った。実施例１の高エントロピー合金粉末はアルミニウム、クロム、銅、鉄、マンガン、チタンおよびバナジウムからなるものとした。表１は、タグチメソッド（Ｌ8２7）の直交表を利用したＡ系列の合金の成分比を表にしたものである。
【００１８】
【表１】
0005427380.tif 000002
【００１９】
比率のそれぞれ異なる元素粉末を１８時間ボールミル処理し、多元高エントロピー合金粉末を形成した。図２は各多元高エントロピー合金粉末のＸ線回折図であり、これら合金粉末に一定程度の合金化現象が生じていることが示されている。さらに、表２に示す比率でＷＣ粉末を多元高エントロピー合金粉末に混合し、そしてそれら混合物をボールミル処理、圧粉および焼結して、表２に示す硬度の超硬複合材料を形成した。これら複合材料の硬度は、所望の用途に応じ高エントロピー合金とＷＣの比率を変えることによって調整することができる。
【００２０】
【表２】
0005427380.tif 000003
【００２１】
実施例２
実施例２の焼結プロセスも図１に示すとおりである。６種の元素粉末、アルミニウム、クロム、コバルト、銅、鉄およびニッケルをボールミル処理して多元高エントロピー合金粉末を形成した。その成分の比率は表３に示すＢ系列の合金のとおりである。図３には、Ｂ２の粉末を例にとり、ボールミル処理時間と結晶構造との関係をＸ線回折により分析した図が示されている。図３より、少なくとも２４時間のボールミル処理によって単一のＦＣＣ相の固溶体が形成され、完全な合金化がなされていることがわかる。
【００２２】
【表３】
0005427380.tif 000004
【００２３】
表４には、それぞれ異なる比率のＢ系列の合金とＷＣ粉末からなる混合物が示してある。図４には表４における混合物のＸ線回折の結果が示されている。図４から分かるように、混合物にはＷＣ混合相と単一のＦＣＣ混合相が現れている。この混合相は他の混合物にも現れた。
【００２４】
【表４】
0005427380.tif 000005
【００２５】
圧粉後の混合物の焼結条件は表５に示すとおりである。
【００２６】
【表５】
0005427380.tif 000006
【００２７】
混合物を圧粉および焼結してテスト試料を得た。表６には、それぞれ異なる比率のＢ２粉末とＷＣ粉末からなるテスト試料の密度、室温での硬度、および耐摩耗性が示されている。表６より、テスト試料のＷＣの比率が低くなるにつれ、室温での硬度および耐摩耗性も低下することが分かる。図５は各テスト試料の硬度ｖｓ温度曲線を示すものである。図５を見ても分かるように、ＷＣの比率が低くなるほど、硬度も低下している。異なる比率でＷＣ粉末と混合および焼結される他のＢ系列の合金についても、同様の現象が見られた。このように、本発明の多元高エントロピー合金の比率は、各種用途に応じて複合材料の硬度を変更するべく調整可能なものである。また、Ｂ系列の多元高エントロピー合金はクロムとニッケルの比率が高いため、得られる複合材料に高腐食性が備わる。さらに、Ｂ系列の多元高エントロピー合金にはアルミニウムが含まれるので、複合材料の表面に緻密な酸化アルミニウム膜が形成され、これにより複合材料の耐熱性が改善される。よって、実施例２の超硬複合材料は、腐食および高温条件における使用に適している。
【００２８】
【表６】
0005427380.tif 000007
【００２９】
実施例３
実施例３の焼結プロセスも図１に示すとおりである。炭素、クロム、ニッケル、チタンおよびバナジウムの元素粉末をボールミル処理して多元高エントロピー合金粉末を形成した。その成分の比率は表７に示すＣ１合金のとおりである。図６はＣ１合金のＸ線回折図であり、ボールミル処理後、合金粉末が完全に合金化し、単一のＢＣＣ相の固溶体が形成されたことが示されている。
【００３０】
【表７】
0005427380.tif 000008
【００３１】
表８には、それぞれ異なる温度で焼結した、それぞれ異なる比率のＣ１合金粉末とＷＣ粉末からなるテスト試料の焼結密度および室温での硬度が示されている。例えば、Ｃ１合金２０％とＷＣ粉末８０％のテスト試料では、その硬度がＨｖ１８２５まで達している。また例えば、Ｃ１合金１５ｗｔ％とＷＣ粉末８５ｗｔ％のテスト試料では、その硬度がＨｖ１９７２まで達している。硬度の違いは成分の比率を調整することでコントロール可能であるため、様々な要求に応じることができるようになる。
【００３２】
【表８】
0005427380.tif 000009
【００３３】
実施例４
実施例４の焼結プロセスも図１に示すとおりである。炭素、クロム、鉄、チタンおよびバナジウムの元素粉末をボールミル処理して多元高エントロピー合金粉末を形成した。その成分の比率は表９に示すＤ１合金のとおりである。図７はＤ１合金のＸ線回折図であり、ボールミル処理後、Ｄ１合金粉末が完全に合金化し、単一のＢＣＣ相の固溶体が形成されたことが示されている。
【００３４】
【表９】
0005427380.tif 000010
【００３５】
表１０には、それぞれ異なる温度で焼結した、それぞれ異なる比率のＤ１合金粉末とＷＣ粉末からなるテスト試料の焼結密度および室温での硬度が示されている。硬度の違いは成分の比率を調整することでコントロール可能であるため、様々な要求に応じることができるようになる。
【００３６】
【表１０】
0005427380.tif 000011
【００３７】
実施例５
実施例５の焼結プロセスも図１に示すとおりである。炭素、クロム、コバルト、チタンおよびバナジウムの元素粉末をボールミル処理して多元高エントロピー合金粉末を形成した。その成分の比率は表１１に示すＥ１合金のとおりである。図８はＥ１合金のＸ線回折図であり、ボールミル処理後、Ｅ１合金粉末が完全に合金化し、単一のＢＣＣ相の固溶体が形成されたことが示されている。
【００３８】
【表１１】
0005427380.tif 000012
【００３９】
表１２には、それぞれ異なる温度で焼結した、Ｅ１合金粉末１５ｗｔ％とＷＣ粉末８５ｗｔ％からなるテスト試料の焼結密度および室温での硬度が示されている。硬度の違いは成分の比率を調整することでコントロール可能であるため、様々な要求に応じることができるようになる。
【００４０】
【表１２】
0005427380.tif 000013
【００４１】
実施例６
実施例６の焼結プロセスも図１に示すとおりである。炭素、クロム、鉄、ニッケル、チタンおよびバナジウムの元素粉末をボールミル処理して多元高エントロピー合金粉末を形成した。その成分の比率は表１３に示すＦ１合金のとおりである。図９はＦ１合金のＸ線回折図であり、ボールミル処理後、合金粉末Ｆ１が完全に合金化し、単一のＢＣＣ相の固溶体が形成されたことが示されている。
【００４２】
【表１３】
0005427380.tif 000014
【００４３】
表１４には、それぞれ異なる温度で焼結した、Ｆ１の合金粉末１５ｗｔ％とＷＣ粉末８５ｗｔ％からなるテスト試料の焼結密度と室温での硬度が示されている。硬度の違いは成分の比率を調整することでコントロール可能であるため、様々な要求に応じることができるようになる。
【００４４】
【表１４】
0005427380.tif 000015
【００４５】
実施例７
実施例７の焼結プロセスも図１と同様である。但し実施例７では、バインダー金属として実施例２によるＢ２の高エントロピー合金粉末を用い、セラミック相粉末としてＴｉＣ粉末を用いた。表１５には、１３５０℃で焼結した比率のそれぞれ異なるＢ２合金粉末とＴｉＣ粉末からなるテスト試料の室温での硬度が示されている。硬度の違いは成分の比率を調整することでコントロール可能であるため、様々な要求に応じることができるようになる。
【００４６】
【表１５】
0005427380.tif 000016
【００４７】
実施例８
実施例８の焼結プロセスも図１と同様である。コバルト、クロム、鉄、ニッケルおよびチタンの元素粉末をボールミル処理して多元高エントロピー合金粉末を形成した。その成分の比率は表１６に示すＧ１合金のとおりである。
【００４８】
【表１６】
0005427380.tif 000017
【００４９】
表１７には、１３８０℃で焼結した比率のそれぞれ異なるＧ１合金粉末とＴｉＣ粉末からなるテスト試料の室温での硬度が示されている。硬度の違いは成分の比率を調整することでコントロール可能であるため、様々な要求に応じることができるようになる。さらに、Ｇ１合金にはクロムとニッケルが高比率で含まれているため、得られたテスト試料は、高温下で高い耐食性と抗酸化性を示し、腐食および高温条件下での使用に適するものとなった。
【００５０】
【表１７】
0005427380.tif 000018
【００５１】
実施例９
テスト試料Ｃ１ＷおよびＤ１Ｗ、ならびに市販のＷＣであるＦ１０およびＬＣ１０６について、硬度（Ｈｖ）および破壊靱性（ＫIC）を測定し比較を行った。ここで、テスト試料Ｃ１Ｗは、Ｃ１合金粉末１５ｗｔ％とＷＣ粉末８５ｗｔ％とを混合し、１３８０℃の温度で焼結することによって製造した。また、Ｄ１Ｗは、Ｄ１合金粉末１５ｗｔ％とＷＣ粉末８５ｗｔ％とを混合し、１３８０℃の温度で焼結することによって製造した。表１８に示すように、テスト試料は市販のＷＣよりも硬度および破壊靭性が高かった。このように、本発明のＷＣ／多元高エントロピー超硬複合材料は、従来のＷＣ超硬複合材料に比して、硬度および破壊靭性に優れている。
【００５２】
【表１８】
0005427380.tif 000019
【００５３】
以上述べたように好適な実施形態では、バインダー金属として多元高エントロピー合金を用いてこれをカーバイドセラミック相粉末と混合し、さらにメカニカルアロイングおよび液相焼結を行うことによって、本発明の超硬複合材料は形成される。適切な元素、セラミック相粉末およびプロセス条件を選択することで、超硬複合材料に様々な硬度、耐摩耗性、耐食性、抗酸化性および靭性、室温または高温での硬化を備えさせることができる。したがって、本発明によれば、超硬複合材料の適用範囲が大いに広がる。
【００５４】
以上、好適な実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定はされないと解されるべきである。つまり本発明は、当業者であれば明らかであるように、各種変更および均等なアレンジを包含することを意図する。添付の特許請求の範囲は、かかる各種変更および均等なアレンジがすべて包含されるように、最も広い意味に解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例で使用した本発明のプロセスの流れを示す図である。
【図２】実施例１の合金番号Ａ１〜Ａ８の多元高エントロピー合金粉末のＸ線回折図である。
【図３】各ボールミル処理時間を経た後の実施例２の合金番号Ｂ２の多元高エントロピー合金粉末のＸ線回折図である。
【図４】実施例２のテスト試料番号Ｂ１Ｗ−２０〜Ｂ３Ｗ−２０の混合物（ボールミル処理後の異なる比率のＢ系列の合金とＷＣ粉末からなる混合物）のＸ線回折図である。
【図５】実施例２の各種テスト試料（テスト試料番号Ｂ２Ｗ−１０〜Ｂ２Ｗ−３５）の硬度ｖｓ温度曲線である。
【図６】実施例３の合金番号Ｃ１の多元高エントロピー合金粉末のＸ線回折図である。
【図７】実施例４の合金番号Ｄ１の多元高エントロピー合金粉末のＸ線回折図である。
【図８】実施例５の合金番号Ｅ１の多元高エントロピー合金粉末のＸ線回折図である。
【図９】実施例６の合金番号Ｆ１の多元高エントロピー合金粉末のＸ線回折図である。
【図１】
0005427380.tif 000020
【図２】
0005427380.tif 000021
【図３】
0005427380.tif 000022
【図４】
0005427380.tif 000023
【図５】
0005427380.tif 000024
【図６】
0005427380.tif 000025
【図７】
0005427380.tif 000026
【図８】
0005427380.tif 000027
【図９】
0005427380.tif 000028