(57)【要約】【課題】結合相の含有量を高めた超硬合金組成物を製造するための改良された方法を提供する。【解決手段】望ましくは水および／またはアルコールまたは水とアセトンの混合液から成る混練液を用いて、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏおよび／またはＷの炭化物に基づく硬質成分の粉末と、Ｃｏおよび／またはＮｉから成る結合相の粉末１５wt％超と、成形助剤とを含む混合粉末を湿式混練し、得られたスラリーをスプレー乾燥することにより、混合粉末凝集体を作製する方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合粉末凝集体を作製する方法であって、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏおよび／またはＷに基づく硬質成分粉末を含んだ混合粉末と、Ｃｏおよび／またはＮｉから成る結合相粉末１５wt％以上と、成形助剤とを湿式混練し、得られたスラリーをスプレー乾燥する方法において、
上記湿式混練前の混合粉末に、トリエタノールアミン、水酸化物または酸のような錯体形成添加物および／またはｐＨ増減添加物０．０５〜０．５０wt％と、増粘剤０．０１〜０．１０wt％とを添加することを特徴とする混合粉末凝集体の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、上記増粘剤として、交差結合したアクリレート・エマルジョン、疎水化したヒドロキシエチル・セルロース（ＨＭ−ＨＥＣ）、疎水化したエチレンオキサイド・ウレタン（ＨＥＵＲ）、スチレン・マレイック無水コポリマー、キサンタン・ポリサッカライドおよびエチルヒドロキシエチル・セルロース（ＥＨＥＣ）の１種以上を単独または組み合わせて用いることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２において、上記スラリーが２０〜３０wt％の結合相粉末を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項において、上記硬質成分がＷＣを含んで成ることを特徴とする方法。
【請求項５】
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏおよび／またはＷに基づく硬質成分粉末を含んだ混合粉末と、Ｃｏおよび／またはＮｉから成る結合相粉末１５wt％以上と、成形助剤とを含むスラリーであって、
トリエタノールアミン、水酸化物または酸のような錯体形成添加物および／またはｐＨ増減添加物０．０５〜０．５０wt％と、増粘剤０．０１〜０．１０wt％とを更に含有することを特徴とするスラリー。
【請求項６】
請求項５において、上記増粘剤として、交差結合したアクリレート・エマルジョン、疎水化したヒドロキシエチル・セルロース（ＨＭ−ＨＥＣ）、疎水化したエチレンオキサイド・ウレタン（ＨＥＵＲ）、スチレン・マレイック無水コポリマー、キサンタン・ポリサッカライドおよびエチルヒドロキシエチル・セルロース（ＥＨＥＣ）の１種以上を単独または組み合わせて含有することを特徴とするスラリー。
【請求項７】
請求項５または６において、２０〜３０wt％の結合相粉末を更に含むことを特徴とするスラリー。
【請求項８】
請求項５から７までのいずれか１項において、上記硬質成分がＷＣを含んで成ることを特徴とするスラリー。
【請求項９】
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏおよび／またはＷに基づく硬質成分粉末を含んだ混合粉末と、Ｃｏおよび／またはＮｉから成る結合相粉末１５wt％以上と、成形助剤とを含む粉末凝集体であって、
該凝集体のサイズ分布の範囲Ｓが、Ｓ＝ｄ９７／ｄ０３＜１．２であり、ここで、
ｄ９７＝このサイズ未満に凝集体の９７％が含まれるサイズ、および
ｄ０３＝このサイズ未満に凝集体の３％が含まれるサイズである、
ことを特徴とする粉末凝集体。
【請求項１０】
請求項９において、２０〜３０wt％の結合相粉末を含み、上記硬質成分がＷＣを含んで成ることを特徴とする粉末凝集体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結合相含有量が高い超硬合金用の混合粉末凝集体の作製方法、該方法に用いるスラリーおよび該方法により作製された粉末凝集体に関する。
【背景技術】
【０００２】
超硬合金は、炭化物に基づく硬質成分が主としてＣｏおよび／またはＮｉに基づく結合相中に存在する構成である。金属機械加工用や削岩用の工具および多くの耐摩耗部品の場合には、結合相の含有量は一般に５〜１５wt％である。結合相の含有量が低い超硬合金は耐摩耗性が高いが靭性が低く、逆に結合相の含有量が高い超硬合金は靭性が高く耐摩耗性が低い。極端に高い耐摩耗性を必要とする用途では、結合相含有量が５wt％未満の場合があり得る。結合相の含有量このように低い部品は、予備負荷状態で装着する必要がある。その一例はシールリングであり、結合相の含有量が低いことによって耐食性も向上するという付加的な効果も得られる。これに対して、高靭性が不可欠であり同時に良好な耐摩耗性も必要な用途では、結合相の含有量は２０〜３０wt％としている。その典型例は熱間圧延用ロールである。結合相の含有量が高いことによる付加的な利点として、ロールが摩耗した場合の再削が容易である。
【０００３】
超硬合金部材は粉末冶金法で作製され、その工程としては、硬質成分となる粉末と、結合相と、更に成形助剤およびその他の多くの場合独自仕様である添加剤を含む混合粉末を湿式混練する工程、混練済の混合物を乾燥して流動性良好な粉末とする工程、乾燥済の粉末を加圧成形して所望形状の部材にする工程、そして最後の焼結工程がある。
【０００４】
強烈混練処理（intensive milling operation）は、超硬合金製混練具を用いた種々の大きさの混練機で行なわれる。混練後の混合物中に結合相が均一に分散した状態を得るために混練が必要と考えられる。混練時間は数時間から数日のオーダーである。混練処理により、次工程のスプレー乾燥に適したスラリーが得られる。スプレー乾燥の正否はスラリーの性質に依存している。スラリーの粘性は最適化していなくてはならず、ずり粘稠化は回避しなくてはならず、沈殿は最少化しなくてはならない。沈殿が起きると、スプレー乾燥した粉末の性質が悪くなり、流動性に重大な問題を起こす原因になる。現状の技術で長時間に亘って強烈混練を行なえば、沈殿が少ないか全く無い超微粒粉末サスペンションが得られる。これにスプレー乾燥処理を施すと、直径０．１ｍｍ程度の球状凝集体が成形助剤に保持された状態が得られる。これは結合相の含有量が低レベルから中レベルである超硬合金組成物について当てはまる。しかし、現時点では原因は不明であるが、結合相の含有量が２０〜３０wt％になると、得られる凝集体の特性が悪化して、成形用粉末の流動性が非常に悪くなり、自動化生産ラインで使用できなくなる。そのため、良好な焼結製品を確保するためには、手作業の方法に頼らざるを得なくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的の１つは、結合相の含有量を高めた超硬合金組成物を製造するための改良された方法を提供することである。
【０００６】
本発明のもう１つの目的は、狭いサイズ分布を持つ球状凝集体から実質的に成り、結合相の含有量が高い、成形用超硬合金粉末を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
コバルト含有量が高く、サイズ分布の狭い球状の凝集体が良く発達した、スプレー乾燥済の超硬合金粉末が得られるという驚くべき知見を得た。
【０００８】
本発明の一観点によれば、望ましくは水および／またはアルコールまたは水とアセトンの混合液から成る混練液を用いて、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏおよび／またはＷの炭化物に基づく硬質成分の粉末と、Ｃｏおよび／またはＮｉから成る結合相の粉末１５wt％超と、成形助剤とを含む混合粉末を湿式混練し、得られたスラリーをスプレー乾燥することにより、混合粉末凝集体を作製する方法が提供される。
【０００９】
本発明によれば、混練前の上記混合粉末に、錯体形成添加剤および／またはｐＨ増減添加剤として例えばトリエタノールアミン、水酸化物または酸を０．０５〜０．５０wt％と、増粘剤０．０１〜０．１０wt％とを更に添加する。適切な増粘剤としては、交差結合した（cross-bonded）アクリレート・エマルジョン、疎水化したヒドロキシエチル・セルロース（ＨＭ−ＨＥＣ）、疎水化したエチレンオキサイド・ウレタン（ＨＥＵＲ）、スチレン・マレイック無水コポリマー、キサンタン・ポリサッカライドおよびエチルヒドロキシエチル・セルロース（ＥＨＥＣ）の単独または組み合わせが含まれる。望ましい一実施形態においては、スラリーは２０〜３０wt％の結合相粉末を含有する。別の望ましい実施形態においては、硬質成分はＷＣを含んで成る。
【００１０】
本発明の他の観点によれば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏおよび／またはＷに基づく硬質成分粉末を含んだ混合粉末と、Ｃｏおよび／またはＮｉから成る結合相粉末１５wt％以上と、成形助剤とを含むスラリーであって、トリエタノールアミン、水酸化物または酸のような錯体形成添加物および／またはｐＨ増減添加物０．０５〜０．５０wt％と、増粘剤０．０１〜０．１０wt％とを更に含有するスラリーが提供される。
【００１１】
適切な増粘剤は、交差結合（cross-bonded）したアクリレート・エマルジョン、疎水化したヒドロキシエチル・セルロース（ＨＭ−ＨＥＣ）、疎水化したエチレンオキサイド・ウレタン（ＨＥＵＲ）、スチレン・マレイック無水コポリマー、キサンタン・ポリサッカライドおよびエチルヒドロキシエチル・セルロース（ＥＨＥＣ）を単独または組み合わせて含有する。
【００１２】
望ましい一実施形態においては、上記スラリーは２０〜３０wt％の結合相粉末を含む。他の望ましい実施形態においては、上記硬質成分はＷＣを含んで成る。
【００１３】
本発明の別の観点によれば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏおよび／またはＷに基づく硬質成分粉末を含んだ混合粉末と、Ｃｏおよび／またはＮｉから成る結合相粉末１５wt％以上と、成形助剤とを含む粉末凝集体であって、該凝集体のサイズ分布の範囲Ｓが、Ｓ＝ｄ９７／ｄ０３＜１．２であり、ここで、
ｄ９７＝このサイズ未満に凝集体の９７％が含まれるサイズ、および
ｄ０３＝このサイズ未満に凝集体の３％が含まれるサイズである粉末凝集体が提供される。
【００１４】
望ましい一実施形態においては、上記粉末凝集体は２０〜３０wt％の結合相粉末を含む。他の望ましい一実施形態においては、上記硬質成分はＷＣを含んで成る。
【実施例】
【００１５】
〔実施例１〕
結合相が１５wt％Ｎｉおよび１３wt％Ｃｏ、残部がＷＣであって、平均粒径１８μｍの熱間圧延ロール製造用の成形用超硬合金粉末を、各々適切な分量のＣｏ粉末、Ｎｉ粉末およびＷＣ粉末と、２wt％ＰＥＧ、０．１２５wt％トリエタノールアミンおよび０．０２５wt％Bermocoll EBS FQとを、アルコール＋水の混合液中で９時間混練することにより作成した。沈殿の遅いスラリーが得られた。このスラリーを標準的な方法でスプレー乾燥した。図１に示すように、サイズ分布の狭い混合粉末凝集体が得られた。
【００１６】
〔実施例２〕
実施例１の操作を踏襲した。ただし、トリエタノールアミンとBermocollは添加しなかった。この場合にも沈殿の遅いスラリーが得られた。図２に示すように、サイズ分布が広くて一部は元の粉末のまま凝集していない「凝集体」が得られた。
【００１７】
〔実施例３〕
実施例１および２で作成した粉末について、ＩＳＯ４４９０による流動時間の測定とＩＳＯ３９５３による見掛け密度の測定を行い、以下の結果を得た。更に、凝集体のサイズ分布を下記の範囲Ｓとして求めた。ただし、Ｓ＝ｄ９７／ｄ０３であり、ここで、
ｄ９７＝このサイズ未満に凝集体の９７％が含まれるサイズ、および
ｄ０３＝このサイズ未満に凝集体の３％が含まれるサイズである。
【００１８】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の超硬合金凝集体を示す倍率６０倍の顕微鏡写真である。
【図２】図２は、従来の超硬合金凝集体を示す倍率６０倍の顕微鏡写真である。
【図１】
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【図２】
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