(57)【要約】  ロールの耐摩耗性作業面の少なくとも一部として用いるのに適した、板状、シート状、円筒形状、及び円筒形状の一部の１つの形状の物品を開示する。この物品は、マトリクス材料中に分散している複数の無機粒子を含む金属マトリクス複合体を含む。マトリクス材料は金属及び金属合金の少なくとも１つを含み、無機粒子の融点はマトリクス材料の融点よりも高い。複数の硬質部材が金属マトリクス複合体内に埋封されている。金属マトリクス複合体の耐摩耗性は硬質部材の耐摩耗性よりも低く、物品の使用中に金属マトリクス複合体が優先的に摩滅して、それによって物品の作業面において複数の硬質部材のそれぞれの間に間隙を与えるか又は保持する。【選択図】  図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属及び金属合金の少なくとも１つを含むマトリクス材料中に分散している複数の無機粒子を含み、無機粒子の融点がマトリクス材料の融点よりも高い金属マトリクス複合体；及び
金属マトリクス複合体中に点在している複数の硬質部材；
を含み、
金属マトリクス複合体の耐摩耗性が硬質部材の耐摩耗性よりも低く；そして
物品の使用中に金属マトリクス複合体が優先的に摩滅して、それによって物品の作業面において複数の硬質部材のそれぞれの間に間隙を与えるか又は保持する；
ロールの耐摩耗性作業面の少なくとも一部として用いるのに適している、板状、シート状、円筒形状、及び円筒形状の一部の１つの形状の物品。
【請求項２】
硬質部材が、高硬度金属、高硬度金属合金、焼結超硬合金、及びセラミック材料の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
硬質部材が工具鋼である高硬度合金を含む、請求項２に記載の物品。
【請求項４】
硬質部材のそれぞれが焼結超硬合金を含む、請求項１に記載の物品。
【請求項５】
焼結超硬合金が、コバルト、コバルト合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、及び鉄合金の少なくとも１つを含む連続バインダー中に分散している周期律表第ＩＶＢ族、第ＶＢ族、及び第ＶＩＢ族金属の少なくとも１種類の炭化物の粒子を含む、請求項４に記載の物品。
【請求項６】
硬質部材が物品中において所定のパターンで離隔している、請求項１に記載の物品。
【請求項７】
複数の硬質部材が第１の端部及び対向する第２の端部を含み；
第１の端部及び対向する第２の端部が互いに対向していて、複数の硬質部材のそれぞれの上で互いから実質的に等距離である；
請求項１に記載の物品。
【請求項８】
硬質部材のそれぞれの第１の端部及び対向する第２の端部が実質的に平面状であり、互いに対して実質的に平行である、請求項７に記載の物品。
【請求項９】
複数の硬質部材のそれぞれが円筒形状を有する、請求項８に記載の物品。
【請求項１０】
無機粒子が金属粉末及び金属合金粉末の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の物品。
【請求項１１】
無機粒子が、タングステン、タングステン合金、タンタル、タンタル合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、鉄、鉄合金、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、及びコバルト合金の少なくとも1つを含む、請求項１０に記載の物品。
【請求項１２】
無機粒子が硬質粒子を含む、請求項１に記載の物品。
【請求項１３】
硬質粒子が、炭化物、ホウ化物、酸化物、窒化物、ケイ化物、焼結超硬合金、合成ダイヤモンド、及び天然ダイヤモンドの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の物品。
【請求項１４】
硬質粒子が、周期律表の第ＩＶＢ、ＶＢ、及びＶＩＢ族から選択される金属の炭化物；炭化タングステン；及び鋳造炭化タングステン；の少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の物品。
【請求項１５】
マトリクス材料が、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、チタン、チタン合金、青銅合金、及び黄銅合金の少なくとも1つを含む、請求項１に記載の物品。
【請求項１６】
マトリクス材料が、７８重量％の銅、１０重量％のニッケル、６重量％のマンガン、６重量％のスズ、及び不可避的不純物から実質的に構成される青銅合金である、請求項１５に記載の物品。
【請求項１７】
マトリクス材料が、５３重量％の銅、２４重量％のマンガン、１５重量％のニッケル、８重量％の亜鉛、及び不可避的不純物から実質的に構成される、請求項１５に記載の物品。
【請求項１８】
金属マトリクス複合体によって物品に結合している少なくとも１つの機械加工可能な領域を更に含む、請求項１に記載の物品。
【請求項１９】
少なくとも１つの機械加工可能な領域が、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、タンタル、及びタンタル合金の少なくとも１つを含む、請求項１８に記載の物品。
【請求項２０】
機械加工可能な領域が、マトリクス材料によって一緒に結合している鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、タンタル、及びタンタル合金の少なくとも１つの粒子を含む、請求項１８に記載の物品。
【請求項２１】
機械加工可能な領域が物品をロールの表面に固定するように適合されている、請求項１８に記載の物品。
【請求項２２】
複数の硬質部材を成形型の底面上に所定の位置で配置し；
ここで、硬質部材のそれぞれは第１の端部及び対向する第２の端部を含み、第１の端部及び対向する第２の端部の間で実質的に等距離であり；
ここで、硬質部材のそれぞれの対向する第２の端部を成形型の空洞部空間を部分的に満たすように成形型の底面上に載置して、成形型内に非占有体積を画定し；
無機粒子を成形型に加えて非占有体積を少なくとも部分的に満たして、無機粒子の間及び無機粒子と硬質部材との間の残余空間を与え；
複数の硬質部材及び無機粒子を溶浸温度に加熱し；
残余空間中に、溶融金属及び溶融金属合金の少なくとも１つを含み、無機粒子の融点よりも低い融点を有するマトリクス材料を溶浸させ；そして
残余空間内に配置されているマトリクス材料を冷却してマトリクス材料を固化させ、硬質部材及び無機粒子を物品内に結合させる；
ことを含む、ロールの耐摩耗性作業面として用いるのに適した物品の製造方法。
【請求項２３】
成形型がストリップ及びプレートの１つを成形するための成形型を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
成形型の底面がロールの湾曲に実質的に等しい湾曲を有する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
硬質部材のそれぞれの第１の端部及び対向する第２の端部が実質的に平面状で互いに対して実質的に平行である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
複数の硬質部材のそれぞれが円筒形状を有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
硬質部材が、高硬度金属、高硬度金属合金、焼結超硬合金、及びセラミックの少なくとも１つを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
硬質部材のそれぞれが、
コバルト、コバルト合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、及び鉄合金の少なくとも１つを含む連続バインダー中に分散している周期律表第ＩＶＢ族、ＶＢ族、又はＶＩＢ族金属の少なくとも１種類の炭化物の粒子を含む焼結超硬合金を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
無機粒子が金属粉末及び金属合金粉末の少なくとも１つを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
無機粒子が、タングステン、タングステン合金、タンタル、タンタル合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、鉄、鉄合金、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、及びコバルト合金の少なくとも１つを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
無機粒子が硬質粒子を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３２】
硬質粒子が、周期律表の第ＩＶＢ、ＶＢ、及びＶＩＢ族から選択される金属の炭化物；炭化タングステン；及び鋳造炭化タングステン；の少なくとも１つを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
マトリクス材料が、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、チタン、チタン合金、青銅合金、及び黄銅合金の少なくとも１つを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
マトリクス材料が、７８重量％の銅、１０重量％のニッケル、６重量％のスズ、６重量％のマンガン、及び不可避的不純物から実質的に構成される青銅合金である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
マトリクス材料が、５３重量％の銅、２４重量％のマンガン、１５重量％のニッケル、８重量％の亜鉛、及び不可避的不純物から実質的に構成される、請求項３３に記載の方法。。
【請求項３６】
複数の硬質部材を成形型の底面上に所定の位置で配置することが、硬質部材を所定のパターンで配置することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３７】
１以上の機械加工可能な材料を成形型内に所定の位置で配置することを更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３８】
１以上の機械加工可能な材料が、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、タンタル、及びタンタル合金の少なくとも１つを含む１以上の固体金属片を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
機械加工可能な金属及び機械加工可能な金属合金の少なくとも１つの複数の粒子を成形型の少なくとも１つの空洞部空間に加え、それによって機械加工可能な金属及び機械加工可能な金属合金の粒子の少なくとも１つの間に第２の残余空間を生成させることを更に含み、第２の残余空間内にマトリクス材料を溶浸させることを更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項４０】
機械加工可能な金属及び機械加工可能な金属合金の粒子が、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、タンタル、及びタンタル合金の少なくとも１つを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
物品を洗浄することを更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項４２】
過剰の材料を物品から機械加工で除去することを更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項４３】
外表面を有する円筒形のコア；及び
粉砕ロールの耐摩耗性作業面として用いるのに適しており、円筒形のコアの外表面に取り外し可能に取り付けられている少なくとも１つの耐摩耗性物品；
を含み、少なくとも１つの耐摩耗性物品が、
金属及び金属合金の少なくとも１つを含むマトリクス材料中に分散している複数の無機粒子を含む金属マトリクス複合体；及び
金属マトリクス複合体中に点在している複数の硬質部材；
を含み；
金属マトリクス複合体の耐摩耗性が硬質部材の耐摩耗性よりも低く；そして
粉砕ロールの使用中に金属マトリクス複合体が優先的に摩滅して、それによって物品の表面において複数の硬質部材のそれぞれの間に間隙を与えるか又は保持する；
粒状物質を粉砕するための粉砕ロール。
【請求項４４】
耐摩耗性物品の複数の硬質部材が、高硬度金属、高硬度金属合金、焼結超硬合金、及びセラミックの少なくとも１つを含む、請求項４３に記載の粉砕ロール。
【請求項４５】
高硬度金属合金が工具鋼を含む、請求項４４に記載の粉砕ロール。
【請求項４６】
耐摩耗性物品の複数の硬質部材のそれぞれが焼結超硬合金を含む、請求項４３に記載の粉砕ロール。
【請求項４７】
耐摩耗性物品の複数の硬質部材が第１の端部及び対向する第２の端部を有する三次元形状を有しており、第１の端部及び対向する第２の端部が実質的に平面状で互いに対して実質的に平行であり、複数の硬質部材のそれぞれの第１の端部及び対向する第２の端部が互いから実質的に等距離である、請求項４３に記載の粉砕ロール。
【請求項４８】
耐摩耗性物品の無機粒子が、タングステン、タングステン合金、タンタル、タンタル合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、鉄、鉄合金、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、及びコバルト合金の少なくとも１つを含む金属又は金属合金粉末を含む、請求項４３に記載の粉砕ロール。
【請求項４９】
耐摩耗性物品の無機粒子が、炭化物、ホウ化物、酸化物、窒化物、ケイ化物、焼結超硬合金、合成ダイヤモンド、及び天然ダイヤモンドの少なくとも１つを含む硬質粒子を含む、請求項４３に記載の粉砕ロール。
【請求項５０】
耐摩耗性物品のマトリクス材料が、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、チタン、及びチタン合金の少なくとも１つを含む、請求項４３に記載の粉砕ロール。
【請求項５１】
耐摩耗性物品の硬質部材が金属マトリクス複合体中において所定のパターンで離隔している、請求項４３に記載の粉砕ロール。
【請求項５２】
金属マトリクス複合体に結合している１以上の機械加工可能な領域を更に含み、機械加工可能な領域が、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、タンタル、及びタンタル合金の少なくとも１つを含む、請求項４３に記載の粉砕ロール。
【請求項５３】
耐摩耗性物品の機械加工可能な領域が円筒形のコアの外表面に取り外し可能に取り付けられている、請求項５２に記載の粉砕ロール。
【請求項５４】
外表面を含む円筒形のコアを準備し；そして
請求項１に記載の物品を円筒形のコアの外表面に取り外し可能に取り付ける；
ことを含む、粉砕ロールを製造又は維持する方法。
【請求項５５】
物品を円筒形のコアの外表面に取り外し可能に取り付けることが、物品を粉砕ロール表面に機械的クランプ、ろう付け、溶接、及び接着結合させることの１以上を含む、請求項５４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、高圧粉砕ミル内で例えば鉱物及び鉱石のような粒状物質を高圧粉砕するために用いるロールに関する。より具体的には、本発明は、ロールの耐摩耗性作業面として用いるのに適している物品、及びかかる物品の製造方法、並びにかかる物品を含むロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]例えば鉱物及び鉱石のような粒状物質の粉砕は、しばしば高圧粉砕ミル内のロールの間で行う。高圧粉砕ミルは、通常は、一対の対向している反対方向に回転する粉砕ロールを用いる。粉砕ロールの１つの回転軸を固定し、第２のロールの回転軸を浮動させる。浮動ロールに接続した水圧システムによって固定ロールに対する浮動ロールの位置を制御して、ロール間の圧力、及びロール間を通過する物質に対する調節可能な粉砕力を与える。またロールの回転速度も、粉砕条件を最適にするように調節することができる。ロール間の間隙、ロールの速度、及び加える力を制御することによって、ロール間を通る鉱石又は他の物質を比較的低いエネルギー投入量で効率的に粉砕することができる。
【０００３】
[0003]粒状物質の高圧粉砕中は、粉砕する物質をロール間の間隙中に供給する。この間隙は「ニップ」と呼ばれ、「ロール間隙」と呼ぶこともできる。ニップ中に送られる鉱石の粉砕は、例えば、物質流が反対方向に回転するロールの間を通過する際に物質流内で生じる非常に高い圧力によって引き起こされる粒子間破壊の機構によって起こる。更に、このようにして粉砕される鉱石は鉱石粒子内に亀裂を示し、これは鉱石の下流での処理に有益である。
【０００４】
[0004]予想できるように、粉砕操作は高圧粉砕装置の粉砕ロールに対して非常に高いレベルの機械的応力を与え、粉砕ロールはすぐに摩耗する可能性がある。
[0005]ロール表面の耐摩耗性を向上させる１つの公知のアプローチは、表面上に硬質金属質材料の層を溶接することによるものである。図１は、耐摩耗性の溶接表面層を含む従来技術の粉砕ロールを示す。溶接プロセスは時間がかかり、高価な可能性がある。
【０００５】
[0006]粉砕ロール表面の耐摩耗性を向上させる他の公知のアプローチは、ロールの作業面から突き出た硬質領域を与えることによるものである。図２は、ロールの作業面から突き出た溶接硬質領域を含む従来技術のロールの２つの写真を示す。図２における上の図はロール表面の拡大図であり、個々の突起部及び突起部の間の間隙を示す。間隙によって粉砕する物質の微粒子が捕捉されてロール表面に対する自生摩耗保護を与える。
【０００６】
[0007]米国特許５，２０３，５１３及び７，４９７，３９６においては、高圧粉砕ミルにおいて用いるのに適しており、それらの間に間隙を有する硬質の突起部を含むロールが開示されている。図２に示す従来技術のロールと同様に、硬質の突起部の間の間隙によって粉砕する物質の微粒子が捕捉され、粒子によってロール表面に対して自生摩耗保護が与えられる。また、捕捉された微粒子と粉砕する物質との間の摩擦によって、粉砕する物質をニップ中に引き込むのが促進される。‘５１３及び‘３９６特許において記載されているロールを製造する方法は、ロール表面上に硬質の突起部を溶接することを実質的に含む。
【０００７】
[0008]米国特許６，０８６，００３及び５，７５５，０３３においても、硬質の突起部及び突起部の間の間隙を含む、高圧粉砕ミルにおいて用いるのに適したロールが開示されている。‘００３及び‘０３３特許において記載されている粉砕ロールを製造する方法は、硬質の物体を多量の金属質粉末内に埋封し、熱間等方圧プレスによって粉末を固化させることを含む。
【０００８】
[0009]上記に示す特許において記載されている耐摩耗性高圧ロールの製造方法は、コスト高で冗長である。例えば、硬質部材をロール表面に固定するために溶接プロセスを用いることによって、それから硬質部材を製造することができる材料の範囲が限定される。大きなロールの熱間等方圧プレスは高価な装置を使用することが必要であり、熱間等方圧プレスによって製造される粉砕ロールは現場で容易に補修することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許５，２０３，５１３
【特許文献２】米国特許７，４９７，３９６
【特許文献３】米国特許６，０８６，００３
【特許文献４】米国特許５，７５５，０３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
[0010]したがって、粉砕ロールの作業面の耐摩耗性を向上させる物品及び方法に対する必要性が存在する。かかる物品及び方法は、比較的安価な装置が必要であり；広範囲の材料を突き出た硬質部材として用いることが可能であり；粉砕ロールにおいて用いる基材を調整することが可能であり；ロール表面を現場で容易に補修することが可能である；ことが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
[0011]本発明の１つの非限定的な形態によれば、金属及び金属合金の少なくとも１つを含むマトリクス材料中に分散している複数の無機粒子を含む金属マトリクス複合体を含む、ロールの耐摩耗性作業面の少なくとも一部として用いるのに適している、板状、シート状、円筒形状、及び円筒形状の一部の１つの形状の物品が提供される。無機粒子の融点はマトリクス材料の融点よりも高い。複数の硬質部材を金属マトリクス複合体中に点在させる。非限定的な態様においては、金属マトリクス複合体の耐摩耗性は硬質部材の耐摩耗性よりも低く、物品の使用中に金属マトリクス複合体が優先的に摩滅して、それによって物品の作業面において複数の硬質部材のそれぞれの間に間隙が与えられるか又は保持される。
【００１２】
[0012]非限定的な態様においては、ロールの耐摩耗性作業面として用いるのに適した物品を製造する方法は、複数の硬質部材を成形型の底面上の所定の位置に配置することを含む。硬質部材のそれぞれは第１の端部及び対向する第２の端部を含む。第１の端部と対向する第２の端部との間には実質的に等しい距離が存在する。硬質部材のそれぞれの対向する第２の端部を成形型の底面上に載置して、成形型の空洞部空間を部分的に満たして成形型内に非占有体積を画定するようにする。無機粒子を成形型に加えて非占有体積を少なくとも部分的に満たして、無機粒子の間及び無機粒子と硬質部材との間に残余空間を与えることができる。非限定的な態様は、複数の硬質部材及び無機粒子を溶浸温度に加熱することを含む。残余空間は、無機粒子の融点よりも低い融点を有する溶融金属及び溶融金属合金の少なくとも１つを含むマトリクス材料で溶浸することができる。残余空間内に配置されるマトリクス材料は、マトリクス材料を固化させて硬質部材及び無機粒子を物品内に結合させるものである。
【００１３】
[0013]本発明の幾つかの形態は、粒状物質を粉砕するための粉砕ロールを含む。非限定的な態様においては、粉砕ロールには、外表面を含む円筒形のコア、及び粉砕ロールの耐摩耗性作業面として用いるのに適しており、円筒形のコアの外表面に取り外し可能に取り付けられている少なくとも１つの耐摩耗性物品を含ませることができる。この物品には、金属及び金属合金の少なくとも１つを含むマトリクス材料中に分散している複数の無機粒子を含む金属マトリクス複合体、及び金属マトリクス複合体中に点在している複数の硬質部材を含ませることができる。金属マトリクス複合体の耐摩耗性は硬質部材の耐摩耗性よりも低くすることができ、粉砕ロールの使用中に金属マトリクス複合体を優先的に摩滅させて、それによって物品の表面において複数の硬質部材のそれぞれの間に間隙を与えるか又は保持することができる。
【００１４】
[0014]粉砕ロールを製造又は維持する方法には、外表面を含む円筒形のコアを準備し、そしてここで開示する一態様の耐摩耗性物品を円筒形のコアの外表面に取り外し可能に取り付けることを含ませることができる。
【００１５】
[0015]ここに記載する物品及び方法の特徴及び有利性は、添付の図面を参照することによってより良好に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】[0016]図１は、溶接表面を有する従来技術の粉砕ロールの写真である。
【図２】[0017]図２は、硬質部材を含む溶接された突起部及び突起部の間の間隙を含む従来技術の粉砕ロールの写真を示す。
【図３Ａ】[0018]図３Ａは、本発明による耐摩耗性物品の非限定的な態様の上面概要図である。
【図３Ｂ】[0019]図３Ｂは、金属マトリクス複合体から突き出た離隔した硬質部材を含む本発明による耐摩耗性物品の非限定的な態様の断面概要図である。
【図３Ｃ】[0020]図３Ｃは、金属マトリクス複合体の表面と実質的に同一平面上の頂面を有する離隔した硬質部材を含む本発明による耐摩耗性物品の非限定的な態様の断面概要図である。
【図３Ｄ】[0021]図３Ｄは、金属マトリクス複合体によって被覆されている頂面を有する硬質部材を含む本発明による耐摩耗性物品の非限定的な態様の断面概要図である。
【図４】[0022]図４は、ロールの作業面として用いるのに適した本発明による耐摩耗性物品を製造する方法の１つの非限定的な態様を示す工程図である。
【図５Ａ】[0023]図５Ａは、本発明による耐摩耗性物品の製造方法の非限定的な態様における１工程としての成形型内における硬質部材の配置を図示する。
【図５Ｂ】[0024]図５Ｂは、本発明による耐摩耗性物品の製造方法の非限定的な態様における１工程としての成形型への無機粒子の添加を図示する。
【図５Ｃ】[0025]図５Ｃは、本発明による耐摩耗性物品の製造方法の非限定的な態様における１工程としてのマトリクス材料の溶浸を図示する。
【図６】[0026]図６は、本発明による非限定的な態様の耐摩耗性物品を含む非限定的な態様の二部品縦型成形型の上面の概要図である。
【図７】[0027]図７は、ロールの表面に取り外し可能に取り付けられている耐摩耗性物品を含む本発明による非限定的な態様の粉砕ロールの概要図である。
【図８】[0028]図８は、本発明による非限定的な態様の耐摩耗性物品の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[0029]本発明による幾つかの非限定的な態様の以下の詳細な記載を検討すれば、上記の詳細及び他の詳細が読み手に理解されるであろう。
[0030]複数の非限定的態様の本記載においては、実施例以外においてか又は他に示さない限りにおいて、量又は特性を表す全ての数値は、全ての場合において用語「約」で修飾されているものと理解すべきである。したがって、反対に示されていない限りにおいては、以下の記載において示される全ての数値パラメーターは、本発明による部品及び方法において得ようとする所望の特性によって変化する可能性がある近似値である。最後に、特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限することは意図しないが、本明細書中に記載されるそれぞれの数値パラメーターは、少なくとも、報告されている有効桁数を考慮し且つ通常の丸め法を適用することによって解釈すべきである。
【００１８】
[0031]参照として本明細書中に包含されるように記載されている全ての特許、公報、又は他の開示資料は、全体か又は部分的に、包含する資料が既存の定義、記述事項、又は本明細書中に示されている他の開示資料と対立しない程度にのみ本明細書中に包含される。このように、且つ必要な範囲で、本明細書中に示す開示事項は、参照として本明細書中に包含される全ての対立する資料に優先する。参照として本明細書中に包含されるように記載されているが、既存の定義、記述事項、又は本明細書中に示されている他の開示資料と対立する全ての資料又はその一部は、包含する資料と既存の開示資料との間に対立が生じない程度にのみ包含される。
【００１９】
[0032]本発明の一形態によれば、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、及び３Ｄは、粒状物質を粉砕するのに適した高圧粉砕ロール（しかしながらこれに限定されない）のようなロールの耐摩耗性作業面として用いるのに適した板状の形状の物品２０の非限定的な態様の概要図を示す。ここで用いるロール又は他の物品の「作業面」とは、処理する物質と接触してその上に力を及ぼす物品の表面である。図３Ａは物品２０の上面概要図である。図３Ｂ〜３Ｄは、図３Ａの線ａ−ａを通してとった種々の形態の物品２０を示す断面概要図である。
【００２０】
[0033]図３Ａ〜３Ｂを参照すると、本発明の一形態に包含される物品２０の非限定的な態様は、金属質（即ち金属含有）マトリクス材料２３中に分散及び埋封されている複数の無機粒子２２を含む金属マトリクス複合体２１を含む。幾つかの態様においては、マトリクス材料２３は金属及び金属合金の少なくとも１つを含む。また幾つかの態様においては、無機粒子２２の融点はマトリクス材料２３の融点よりも高い。図３Ａ〜３Ｄはマトリクス材料２３中に分散している無機粒子２２が均一に分配されていることを示唆しているが、図３Ａ〜３Ｄはここに開示する複数の態様の理解に有用な非限定的な概要図であり、本発明による全ての態様を網羅するものではないことが理解される。例えば、無機粒子２２をマトリクス材料２３中に均一に分配することができるが、無機粒子２２は、必ずしも図３Ａ〜３Ｄの概要図において示されている規則的な形態で分散されているわけではない。
【００２１】
[0034]複数の硬質部材２４を物品２０内に点在させる。一態様においては、金属マトリクス複合体２１の耐摩耗性は硬質部材２４の耐摩耗性よりも低い。かかる場合においては、図３Ｂに示すように、金属マトリクス複合体２１が使用中に摩滅するにつれて、物品２０の作業面２６において複数の硬質部材２４のそれぞれの間に間隙２５が形成される。しかしながら、この間隙２５はまた、物品２０の製造中に部分的か又は完全に形成することもできることが認識される。
【００２２】
[0035]幾つかの非限定的な態様においては、硬質部材のそれぞれには、高硬度金属、高硬度金属合金、焼結超硬合金、及びセラミック材料の少なくとも１つを含ませることができる。「高硬度金属」及び「高硬度金属合金」という用語は、ここでは、Rockwell硬度試験によって求め、Rockwell Cスケールにしたがって測定して４０ＨＲＣ以上のバルク硬度を有する耐摩耗性の金属又は金属合金としてそれぞれ定義される。他の非限定的な態様においては、高硬度金属又は高硬度金属合金のバルク硬度は、Rockwell硬度試験によって求めて４５ＨＲＣ以上であってよい。高硬度金属合金の例としては工具鋼が挙げられるが、これに限定されない。硬質部材２４がセラミック材料を含む態様においては、セラミック材料は耐摩耗性のセラミック材料であり、窒化ケイ素、及び炭化ケイ素ウィスカーで強化された酸化アルミニウムなどのセラミック材料の群から選択することができるが、これらに限定されない。
【００２３】
[0036]他の非限定的な態様においては、１以上の硬質部材２４には焼結超硬合金を含ませることができる。ここで開示する硬質部材のために用いることができる焼結超硬合金の非限定的な例は、コバルト、コバルト合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、及び鉄合金の少なくとも１つを含む連続バインダー中に分散している周期律表の第ＩＶＢ族、第ＶＢ族、及び第ＶＩＢ族金属の少なくとも１種類の炭化物の粒子を含む超硬合金である。当業者であれば、処理すると高い強度及び耐摩耗性を有する焼結超硬合金を与える超硬合金粉末のグレードを熟知しており、かかるグレードから製造される焼結超硬合金を用いてここに開示する幾つかの非限定的な態様の硬質部材２４を形成することができる。本発明による非限定的な態様の耐摩耗性物品において用いることができる焼結超硬合金部材２４の製造において有用な超硬合金粉末のグレードの例としては、ATI Firth Sterling, Madison, Alabamaから入手できるGrade AF63及び Grade 231が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２４】
[0037]本発明による幾つかの非限定的な態様においては、硬質部材を所定のパターンで配置及び離隔させる。幾つかの非限定的な態様においては、硬質部材のパターンは、周期的で規則的な格子タイプの構造に合致していてよく、或いは規則的な格子構造に合致しない不規則又は非周期的配列であってよい。本発明による物品において用いることができる硬質部材の周期的配列のパターンの非限定的な態様を図３Ａに示す。他のパターンとしては、繰り返しの四角形、三角形などを挙げることができる。また、本発明による物品において硬質部材２４を離隔して配列することによって、硬質部材２４の間の間隙２５の対応する配列も得られる。
【００２５】
[0038]高圧粉砕ミルの効率的で経済的な運転のためには、例えば、ロールの作業面は摩耗及び摩滅に対して抵抗性でなければならず、粉砕する物質をニップ中に効率的に引き入れるものでなければならない。再び図３Ａ及び３Ｂを参照すると、粉砕ロールの耐摩耗性作業面として用いるのに適した本発明による物品２０の幾つかの非限定的な態様においては、硬質部材２４の間の間隙２５は、その中に粉砕される物質の微粒子（「微粉」）が捕捉される領域である。間隙２５内に捕捉される微粒子と粉砕する物質との間の摩擦によって、粉砕する物質をニップ中に引き入れるのが促進される。硬質部材２４及び間隙２５内の捕捉された微粉、並びに露出した金属マトリクス複合体２１によって自生摩耗保護が与えられる。間隙２５内に捕捉された微粉の下側の金属マトリクス複合体２１によって更なる摩耗保護が与えられる。
【００２６】
[0039]硬質部材２４の形状、隣接する硬質部材２４の間の平均距離、即ち平均間隙距離、並びに物品２０の硬質部材２４の平均寸法のいずれかを変化させて、粉砕ロールの作業面に対して異なる特徴を与え、それによって粉砕プロセスに影響を与えることができる。更に、硬質部材２４の間の間隙２５によって微粒子、即ち粉砕された微粉が集められ、これによってマトリクス材料２３上に保護表面が与えられる。間隙２５内に集められた粉砕された微粉によって、硬質部材２４の外表面よりも粗く、それによってより高い摩擦の領域を与えて、粉末化（粉砕）する物質をニップ中に引き込むのに役立つ露出面が与えられる。間隙２５が小さすぎる場合には、微粉は間隙内に蓄積しない傾向がある。間隙２５が大きすぎる場合には、間隙２５内で微粉の緻密なケーキが形成されない。図３Ａに示す非限定的な態様においては、平均間隙距離は線２５Ａ及び２５Ｂの平均長さである。１つの非限定的な態様においては、平均間隙距離は５ｍｍ（０．２インチ）〜５０ｍｍ（２インチ）の範囲であってよい。他の非限定的な態様においては、平均間隙距離は１０ｍｍ（０．４インチ）〜４０ｍｍ（１．６インチ）の範囲であってよい。これらの平均間隙距離は本発明による物品の非限定的な態様に関するものであり、特定の用途に関しては他の平均間隙距離の値が有益である可能性があることが認識される。
【００２７】
[0040]ロールの耐摩耗性作業面として用いるのに適した本発明による物品２０の１つの非限定的な実施態様においては、硬質部材２４のパターンは図３Ａに図示するパターンと同様であってよく、硬質部材２４は実質的に平面状の端面を有する円筒形状であってよい。幾つかの非限定的な態様においては、硬質部材２４の平均直径は１０ｍｍ（０．４インチ）〜４０ｍｍ（１．６インチ）の範囲であってよい。他の非限定的な態様においては、硬質部材２４の平均直径は１５ｍｍ（０．６インチ）〜３５ｍｍ（１．４インチ）の範囲であってよい。これらの平均的な硬質部材の形状、分布、及び直径は本発明による物品の非限定的な態様に関するものであり、特定の用途に関しては他の形状、分布、及び／又は直径が有益である可能性があることが認識される。
【００２８】
[0041]硬質部材２４は円筒形とは異なる形状であってよく、及び／又は非平面状の端部を有していてよく、硬質部材２４は均一な形状でなくてもよいことが理解される。例えば、幾つかの態様においては、硬質部材は立方体又は直方体の形状であってよく、この場合には上記で与える硬質部材の平均直径は、例えば立方体又は直方体の１つの面の平均対角長又は縁部の平均長であってよい。当業者であれば、複数の間隙２５が複数の硬質部材２４の間に始めに与えられるか、或いは以下に議論するように物品の使用中に金属マトリクス複合体の優先的な摩耗によって与えられる限りにおいて、他の三次元形状を有する硬質部材２４はここに開示する態様の範囲内であることを理解するであろう。
【００２９】
[0042]１つの非限定的な態様によれば、硬質部材２４は、物品２０の表面の突き出た表面領域の２５％〜９５％を構成する。他の非限定的な態様においては、硬質部材２４は、突き出た表面領域の４０％〜９０％又は５０％〜８０％を構成する。しかしながら、硬質部材は物品２０の所期の用途に好適な硬質部材の突き出た表面領域の任意の部分を構成することができることが理解される。ここで「突き出た表面領域」という用語は、物品２０の作業面２６において露出している金属マトリクス複合体２１の全表面領域、及び作業面２６において露出している硬質部材２４の第１の端部２７の全表面領域（以下において議論する）の２次元の突起部として定義される。
【００３０】
[0043]図３Ｂを参照すると、硬質部材２４の第１の端部２７は物品２０の作業面２６上に露出している。図２Ｂにおける硬質部材２４の第１の端部２７は円形の形状を有しているが、上記で議論したように、他の非限定的な態様においては、硬質部材２４の第１の端部２７は、正方形の形状、長方形の形状、多角形の形状、複雑に湾曲した形状、湾曲部及び直線部を有する形状、或いは処理する特定の粒状物質の粉砕において用いるのに好適な任意の他の形状を有していてよい。異なる非限定的な態様においては、硬質部材２４の第１の端部２７は、実質的に平面状であってよく、湾曲していてよく、平面領域及び湾曲領域を含んでいてよく、或いは複雑な平面及び／又は非平面の形状を有していてよい。幾つかの非限定的な態様においては、硬質部材２４の第１の端部２７には、先端部、隆起部、及び／又は他の構造を含ませることができる。また、硬質部材２４の対向する第２の端部２８も、第１の端部２７の上記の可能な物理的特徴のいずれか又は全部を有していてよい。しかしながら、一般に端部２７及び２８は同一でも異なっていてもよく、物品２０の所期の用途のために好適な任意の特徴を有していてよい。
【００３１】
[0044]図３Ｂ〜３Ｄを参照すると、幾つかの非限定的な態様においては、物品２０の硬質部材２４は第１の端部２７及び対向する第２の端部２８を有していてよく、第１の端部２７及び対向する第２の端部２８は硬質部材２４の対向する端部上に存在する。幾つかの態様においては、それぞれの物品の第１の端部及び対向する第２の端部２７、２８は等距離である。図３Ｃ及び３Ｄに示す物品２０においては、硬質部材２４の第１の端部２７は物品２０の作業面２６上の金属マトリクス複合体２１を超えて突き出ないように示されており、したがって硬質部材２４の間の作業面２６上には間隙（例えば間隙２５）は示されていない。図３Ｃ及び３Ｄは製造直後の物品２０の可能な非限定的な態様を示しており、示されている硬質部材２４の第１の端部２７は、作業面２６において金属マトリクス複合体２１の表面と実質的に同一平面であるか（図３Ｃ）、或いは金属マトリクス複合体２１内に埋封（それによって被覆）されている（図３Ｄ）。マトリクス複合体２１の耐摩耗性は硬質部材２４の耐摩耗性よりも低いので、金属マトリクス複合体２１は使用中に硬質部材２４よりも速やかに摩滅し、使用中に第１の端部２７が露出し、次に硬質部材２４の１つ又は複数の側面が徐々に露出する傾向を有する。例えば、図３Ｄに示す形態で製造される物品２０は、金属マトリクス複合体２１が優先的に摩滅して端部２７が露出し、次に硬質部材２４のより多くの側面が徐々に露出するので、図３Ｃに示す形態に変化し、次に図３Ｂに示す形態に変化することができる。金属マトリクス複合体２１が摩滅するにつれて、図３Ｂに示される間隙２５が形成される。間隙２５が形成されたら、間隙内に配置される微粉は、下側の金属マトリクス複合体２１の摩耗を抑制するのに役立てることができ、及び／又は処理する物質をニップ中に引き入れるのを促進させることができる。板状の形状の物品２０は実質的に対称であるので、作業面を対向する第２の端部２８に配置することができることが当業者によって認識される。
【００３２】
[0045]非限定的な態様においては、硬質部材２４の第１の端部２７及び対向する第２の端部２８は実質的に平面状であり、実質的に互いに対して平行である。１つの非限定的な態様においては、硬質部材２４のそれぞれは円筒形状を有し、硬質部材２４の第１の端部２７及び対向する第２の端部２８は、実質的に平面状で且つ実質的に互いに対して平行である。更に他の非限定的な態様においては、硬質部材２４のそれぞれは円筒形状を有し、それぞれの硬質部材２４の第１の端部２７及び対向する第２の端部２８は湾曲を示す。更に他の非限定的な態様においては、硬質部材２４のそれぞれは円筒形状を有し、第１の端部２７及び対向する第２の端部２８の一方は実質的に平面状であり、一方で、第１の端部２７及び対向する第２の端部２８の他方は湾曲を示す。
【００３３】
[0046]本発明の非限定的な形態によれば、幾つかの態様の金属マトリクス複合体２１は０．５μｍ〜２５０μｍの範囲の平均粒径を有する無機粒子２２を含む。他の非限定的な態様においては、無機粒子２２は２μｍ〜２００μｍの範囲の平均粒径を有していてよい。種々の態様においては、金属マトリクス複合体２１によって硬質部材２４が物品２０中に結合される。
【００３４】
[0047]本発明による幾つかの非限定的な態様においては、金属マトリクス複合体２１の無機粒子２２には金属粉末及び金属合金粉末の少なくとも１つを含ませることができる。幾つかの非限定的な態様においては、金属マトリクス複合体２１の金属又は金属合金の粉末は、タングステン、タングステン合金、タンタル、タンタル合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、鉄、鉄合金、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、及びコバルト合金の少なくとも１つを含む。
【００３５】
[0048]本発明による他の非限定的な態様においては、金属マトリクス複合体２１の無機粒子２２には硬質粒子を含ませることができる。「硬質粒子」という用語は、ここではスケールＣを用いてRockwell硬度試験によって測定して少なくとも６０ＨＲＣの硬度を示す無機粒子として定義される。非限定的な態様の金属マトリクス複合体２１は、炭化物、ホウ化物、酸化物、窒化物、ケイ化物、焼結超硬合金、合成ダイヤモンド、及び天然ダイヤモンドの少なくとも１つを含む無機粒子２２を含む。更に他の非限定的な態様においては、無機粒子２１は、元素周期律表の第ＩＶＢ、ＶＢ、及びＶＩＢ族から選択される金属の炭化物；炭化タングステン；及び鋳造炭化タングステン；の少なくとも１つを含む。
【００３６】
[0049]上述したように、幾つかの非限定的な態様のマトリクス材料２３は、金属及び金属合金の少なくとも１つを含む。非限定的な態様においては、マトリクス材料２３は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、チタン、チタン合金、青銅合金、及び黄銅合金の少なくとも１つを含む。１つの非限定的な態様においては、マトリクス材料２３は、７８重量％の銅、１０重量％のニッケル、６重量％のマンガン、６重量％のスズ、及び不可避的不純物から実質的に構成される青銅合金である。他の非限定的な態様においては、マトリクス材料は、５３重量％の銅、２４重量％のマンガン、１５重量％のニッケル、８重量％の亜鉛、及び不可避的不純物から実質的に構成される。非限定的な態様においては、マトリクス材料２３に、ホウ素、ケイ素、及びクロムの少なくとも１つ（しかしながらこれらに限定されない）のようなマトリクス材料の融点を低下させる１０重量％以下の元素を含ませることができる。
【００３７】
[0050]本発明による物品２０の非限定的な形態は、少なくとも１つの機械加工可能な領域２９を物品２０に与えることを含む。幾つかの非限定的な態様においては、機械加工可能な領域２９には、金属マトリクス複合体２１によって物品２０に結合している金属又は金属合金の領域を含ませることができる。非限定的な態様の機械加工可能な領域２９には、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、タンタル、及びタンタル合金の少なくとも１つを含む金属又は金属合金を含ませることができる。更に他の非限定的な態様においては、物品２０の機械加工可能な領域２９には、金属マトリクス複合体２１中に含まれるマトリクス材料２３によって一緒に結合している機械加工可能な金属の粒子を含ませることができる。幾つかの非限定的な態様においては、機械加工可能な領域２９中に含まれる機械加工可能な金属の粒子には、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、タンタル、及びタンタル合金の少なくとも１つを含ませることができる。物品２０の機械加工可能な領域２９は、粒状物質を摩砕、粉砕、粉末化、又は他の形態で処理するのに適したロールの周囲面（図７参照）に物品２０を固定（即ち接続）するように適合させることができる。例えば、ロールは、粒状物質を粉砕するのに適した高圧粉砕ミルのロールであってよい。機械加工可能な領域２９を機械加工して、ロールの周囲面に物品２０を固定するのを容易にする構造を含ませることができる。機械加工可能な領域２９の機械加工としては、機械加工可能な領域２９のネジ切り、穿孔、及び／又は研削を挙げることができるが、これらに限定されない。
【００３８】
[0051]例えば物品２０のようなロールの耐摩耗性作業面として用いるのに適した物品を製造する方法の１つの非限定的な態様を、図４の工程図、及び図５Ａ〜５Ｃの断面図において示す。図５Ａ〜５Ｃの断面図は図２Ａにおいて線ａ−ａでとった断面に対応する。図２Ａ、図４、及び図５Ａ〜５Ｃを参照すると、本発明による耐摩耗性物品を製造する非限定的な方法４０は、複数の硬質部材２４を、硬質粒子２４のそれぞれの対向する第２の端部２８が成形型５１の空洞部の底面５０上に載置されるように成形型５１の空洞部の底面５０上に配置することを含む（４１）。硬質部材は、所定のパターンで配置してもしなくてもよい（４１）。本発明による方法の非限定的な形態においては、それぞれの硬質部材２４の対向する第２の端部２８及び第１の端部２７は実質的に平面状であり、互いに対して且つ成形型５１の空洞部の底面５０に対して実質的に平行である。
【００３９】
[0052]成形型５１は、グラファイト、或いは大きく撓むか又は他の形態で劣化することなくここに開示する方法の加工温度に耐えることができる任意の他の好適な化学的に不活性の材料から機械加工することができる。成形型５１は、板状、シート状、円筒形状、円筒形状の一部の形状、又はロールに固定した際にロールの耐摩耗性作業面の全部又は一部を形成するのに好適な任意の他の形状の部品を形成するように適合させることができる。例えば板材用の成形型又はシート材用の成形型は、通常は、実質的に平面状の底面及び４つの上向きに伸長する側壁を含む空洞部を含む。
【００４０】
[0053]本発明による円筒形の部品又は円筒形の一部の形状の部品を形成するのに適した成形型の空洞部には、ロールの円筒形の周囲面の全部又は一部の湾曲に合致する底面を含ませることができる。湾曲面を有する物品２０を形成するのに用いることができる成形型５１の非限定的な態様を図６に図示する。図６及び図３Ａを参照すると、非限定的な態様においては、湾曲した成形型５１には、第１の湾曲面５３を含む第１の成形型片５２、及び第２の湾曲面５５を含む第２の成形型片５４を有する縦型二部品成形型５１を含ませることができる。１つの非限定的な態様においては、第１の成形型片５２を水平に配向した際に、硬質部材２４を第１の成形型片５２の第１の湾曲面５３上に配置することができる。第２の成形型片５４を第１の成形型片５２と結合させ且つ固定して、硬質部材２４を成形型空洞部内に配置された状態で保持することができる。次に、成形型５１を縦位置に動かすことができる（その上面を図６に示す）。複数の無機粒子２２を、成形型５１の空洞部の硬質部材２４の間に加えることができる。次に、成形型５１にマトリクス材料２３を溶浸させて、無機粒子２２を有する金属マトリクス複合体２１を形成することができる。
【００４１】
[0054]上記の態様においては空洞部内に湾曲面を有する成形型５１を用いて湾曲した物品を製造しているが、本発明による物品の非限定的な態様はまた、板材又はシート材のような平坦な形状で製造することもできることが理解されるであろう。例えば、幾つかの非限定的な態様においては、金属マトリクス複合体２１は延性であり、板状の形状又は他の平坦な形状の耐摩耗性物品２０を熱間加工又は他の形態で好適に加工して、それに物品を取り付けるロールの周囲面の湾曲に合致した物品２０の湾曲を与えることができる。
【００４２】
[0055]本発明による耐摩耗性部品を形成するのに用いる成形型５１の底面５０を更に機械加工して、成形型５１の空洞部内に配置される硬質部材２４の対向する第２の端部２８の外形又は形状に適合させ、成形型５１を用いて製造される部品の領域を形成することができる。また、成形型の外形又は形状を機械加工することによって硬質部材２４の配置を助けることができる。例えば、成形型５１の底面５０を機械加工して、硬質部材２４の対応する湾曲した対向する第２の端部２８に適合する凹み（しかしながらこれに限定されない）のような外形を含ませることができる。
【００４３】
[0056]以下に、本発明による耐摩耗性物品の製造方法の幾つかの非限定的な態様の更なる詳細（これは、図３Ａ〜Ｄ、４、及び５Ａ〜Ｃを参照してより良好に理解される）を記載する。
【００４４】
[0057]１つの非限定的な態様においては、本発明による物品２０の製造方法は硬質部材２４のそれぞれを成形型空洞部内に配置することを含み（４１）、ここで硬質部材２４はそれぞれ第１の端部２７及び対向する第２の端部２８を含み、それぞれの硬質部材２４の端部２７と２８の間の距離は同等であるか又はほぼ同等である（即ち、端部２７及び２８は実質的に等距離である）。本発明による方法の幾つかの非限定的な態様においては、硬質部材２４のそれぞれの対向する第２の端部２８を成形型５１の空洞部の底面５０上に載置して、成形型空洞部内の空隙空間を部分的に満たし、それによって成形型空洞部内に非占有体積５２、即ち硬質部材２４によって占有されていない成形型空洞部内の体積を画定するようにする。
【００４５】
[0058]本発明による方法の非限定的な態様の他の形態は、無機粒子２２を成形型３０の空洞部に加えることを含む（４２）。無機粒子２２の添加によって非占有体積５２が少なくとも部分的に満たされ、成形型内に残余空間（図５Ｂの拡大部分における５６）、即ち成形型３０の空洞部内における無機粒子２２それ自体の間の空間及び無機粒子２２と硬質部材２４の間の空間が与えられる。
【００４６】
[0059]非限定的な態様においては、成形型５１の空洞部内に配置された複数の硬質部材２４及び無機粒子２２を溶浸温度（下記に規定する）に加熱する（４３）。加熱４３は、対流炉、真空炉、又は誘導炉内か、或いは他の誘導加熱方法によってか、或いは当業者に公知の他の好適な加熱方法によって、複数の硬質部材２４及び無機粒子２２を含む成形型５１を加熱することによって行うことができる。幾つかの態様においては、加熱は、大気中、不活性ガス中、又は真空下で行うことができる。
【００４７】
[0060]加熱４３の後、無機粒子２２の融点よりも低い融点を有する溶融金属及び溶融金属合金の少なくとも１つを含むマトリクス材料２３で残余空間５６を溶浸する（４４）。残余空間５６の溶浸（４４）は、上記で言及した溶浸温度において行う。而して、溶浸温度は、少なくとも残余空間５６中に溶浸させるマトリクス材料２３の融点であるが、無機粒子２２の融点よりも低い温度であることが理解される。幾つかの非限定的な態様においては、溶浸温度は、例えばアルミニウム及びアルミニウム合金のような低融点の金属及び合金に関する７００℃（１２９２°Ｆ）乃至例えば銅、ニッケル、鉄、コバルト、及びこれらの任意の金属の合金のようなより高い融点の金属及び合金に関する１３００℃（２３７２°Ｆ）の範囲であってよい。
【００４８】
[0061]本発明による方法の非限定的な態様の更なる工程は、残余空間５６内に配置されたマトリクス材料２３を冷却して（４５）、マトリクス材料２３を固化させ、且つ硬質部材２４及び無機粒子２２を物品２０内に結合させることを含む。
【００４９】
[0062]幾つかの非限定的な態様においては、硬質部材２４の配置（４１）は、高硬度金属、高硬度金属合金、焼結超硬合金、及びセラミックの少なくとも１つを含む硬質部材２４を配置する（４１）ことを含む。更に他の非限定的な態様においては、硬質部材２４のそれぞれは、コバルト、コバルト合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、及び鉄合金の少なくとも１つを含む連続バインダー中に分散している元素周期律表の第ＩＶＢ族、第ＶＢ族、又は第ＶＩＢ族の金属の少なくとも１種類の炭化物の粒子を含む焼結炭化物を含む。
【００５０】
[0063]無機粒子２２の添加（４２）には、金属粉末又は金属合金粉末の粒子を加えることを含ませることができるが、これに限定されない。金属粉末又は金属合金粉末には、タングステン、タングステン合金、タンタル、タンタル合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、鉄、鉄合金、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、及びコバルト合金の少なくとも１つを含ませることができる。
【００５１】
[0064]他の非限定的な態様においては、無機粒子２２の添加（４２）には、硬質粒子を加えることを含ませることができるが、これに限定されない。硬質粒子としては、元素周期律表の第ＩＶＢ、ＶＢ、及びＶＩＢ族から選択される金属の炭化物；炭化タングステン；及び鋳造炭化タングステン；の少なくとも１つを含む粒子を挙げることができるが、これらに限定されない。
【００５２】
[0065]マトリクス材料２３の溶浸４４には、無機粒子２２の融点よりも低い融点を有する金属又は金属合金を残余空間中に溶浸することを含ませることができる。マトリクス材料２３としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、チタン、チタン合金、青銅合金、及び黄銅合金の少なくとも１つを挙げることができるが、これらに限定されない。１つの非限定的な態様においては、マトリクス材料は、７８重量％の銅、１０重量％のニッケル、６重量％のマンガン、６重量％のスズ、及び不可避的不純物から実質的に構成される青銅合金である。他の非限定的な態様においては、マトリクス材料２３は、５３重量％の銅、２４重量％のマンガン、１５重量％のニッケル、８重量％の亜鉛、及び不可避的不純物から実質的に構成される。
【００５３】
[0066]場合によっては、１以上の機械加工可能な材料２９を成形型５１の空洞部内に所定の位置で配置することができる。１以上の機械加工可能な材料の配置には、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、タンタル、及びタンタル合金の少なくとも１つを含む１以上の固体片を配置することを含ませることができる。他の非限定的な態様においては、１以上の機械加工可能な材料２９の配置は、機械加工可能な金属及び機械加工可能な合金の少なくとも１つの複数の粒子を成形型空洞部の領域内に配置し、それによって機械加工可能な金属及び／又は金属合金の粒子の間に第２の残余空間を生成させることを含む。成形型及び成形型空洞部内の材料を溶浸温度に加熱した後、マトリクス材料を第２の残余空間中に溶浸させ、次に冷却して部品２０の固体の機械加工可能な領域を形成する。機械加工可能な金属及び／又は機械加工可能な金属合金の粒子には、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、タンタル、及びタンタル合金の粒子を含ませることができるが、これらに限定されない。
【００５４】
[0067]ロールの耐摩耗性作業面の少なくとも一部として用いるのに適した物品を製造する方法の幾つかの態様は、それを形成した後に物品を洗浄することを含む。幾つかの態様においては、過剰の材料を物品から機械加工して所望の寸法及び構造の最終物品を形成することができる。他の態様においては、最終物品は冷却工程４５の後に得られる。
【００５５】
[0068]本発明による耐摩耗性物品の製造方法の有利性としては、物品を製造するために比較的安価な装置を用いることができること、物品の特徴を調整するために広範囲の材料を用いることができること、並びに耐摩耗性物品のロールの周囲面への取り付け（固定）及びそれからの取り外しを容易にするために物品上に１以上の機械加工可能な領域を導入することができることが挙げられるが、これらに限定されない。
【００５６】
[0069]ここで図３Ａ、３Ｂ、及び７を参照すると、本発明の一形態は粒状物質を粉砕するための粉砕ロール６０の幾つかの態様に関する。非限定的な態様においては、粉砕ロール６０は、外周面６２を有する円筒形のコア６１を含む。幾つかの非限定的な態様においては、粉砕ロール６０は、合金鋼又は粒状物質を加圧ロール粉砕するのに好適であることが公知の他の材料から構成することができる。粉砕ロール６０の耐摩耗性作業面の少なくとも一部として用いるのに適した本発明による少なくとも１つの耐摩耗性物品６３を、粉砕ロール６０の外周面６２に取り外し可能に取り付ける。
【００５７】
[0070]耐摩耗性物品６３には、マトリクス材料２３中に分散している複数の無機粒子２２を含む金属マトリクス複合体２１を含ませることができる。マトリクス材料２３には、無機粒子の融点よりも低い融点を有する金属又は金属合金を含ませることができる。複数の硬質部材２４を、耐摩耗性物品６３の金属マトリクス複合体２１内に点在させ、それによって一緒に結合させる。一態様においては、金属マトリクス複合体２１の耐摩耗性は硬質部材２４の耐摩耗性よりも低く、金属マトリクス複合体２１は粉砕ロール６０の使用中に優先的に摩滅し、それによって物品６３の表面２６において複数の硬質部材２４の間に間隙２５を生成させるか又は保持する。
【００５８】
[0071]粉砕ロール６０の耐摩耗性物品６３の硬質部材２４には、高硬度金属、高硬度金属合金、焼結超硬合金、及びセラミックの少なくとも１つ（しかしながらこれらに限定されない）を含む材料を含ませることができる。非限定的な態様においては、硬質部材は工具鋼である高硬度金属合金を含む。他の非限定的な態様においては、耐摩耗性物品６３の複数の硬質部材２４のそれぞれは焼結超硬合金を含む。
【００５９】
[0072]１つの非限定的な態様においては、粉砕ロール６０に固定される耐摩耗性物品６３の複数の硬質部材２４は第１の端部２７及び対向する第２の端部２８を有し、第１の端部２７及び対向する第２の端部２８は実質的に平面状であり且つ互いに対して実質的に平行であり、それぞれの硬質部材２４に関して第１の端部２７と対向する第２の端部２８の間の距離は実質的に同等である。
【００６０】
[0073]１つの非限定的な態様においては、粉砕ロール６０の耐摩耗性物品６３の無機粒子２２は、タングステン、タングステン合金、タンタル、タンタル合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、鉄、鉄合金、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、及びコバルト合金の少なくとも１つ（しかしながらこれらに限定されない）から選択することができる金属粉末又は金属合金粉末を含む。他の非限定的な態様においては、無機粒子２２は、炭化物、ホウ化物、酸化物、窒化物、ケイ化物、焼結超硬合金、合成ダイヤモンド、及び天然ダイヤモンドの少なくとも１つ（しかしながらこれらに限定されない）を含ませることができる硬質粒子を含む。
【００６１】
[0074]粉砕ロール６０には、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、チタン、及びチタン合金の少なくとも１つ（しかしながらこれらに限定されない）を含むマトリクス材料２３を含む耐摩耗性物品６３を含ませることができる。
【００６２】
[0075]幾つかの非限定的な態様においては、耐摩耗性物品６３の硬質部材２４は金属マトリクス複合体２１中において所定のパターンで離隔させる。他の態様においては、限定することは意図しないが、耐摩耗性物品６３の硬質部材２４は、耐摩耗性物品６３の表面２６の突き出た表面領域の２５％〜９５％、又は４０％〜９０％、又は５０％〜８０％を構成する。
【００６３】
[0076]耐摩耗性物品６３には更に、金属マトリクス複合体２１によって物品６３に結合している少なくとも１つの機械加工可能な領域２９を含ませることができる。１以上の機械加工可能な領域２９には、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、タンタル、及びタンタル合金の少なくとも１つを含ませることができる。１つの非限定的な態様においては、耐摩耗性物品６３の機械加工可能な領域２９は、機械的クランプ、ろう付け、溶接、及び接着剤（エポキシを含むが、これに限定されない）など（しかしながらこれらに限定されない）の現時点又は将来的に当業者に公知の任意の手段によって粉砕ロール６０の外周面６２に取り外し可能に取り付ける。耐摩耗性物品６３の１以上の機械加工可能な領域２９の提供、及び粉砕ロール６０の外周面６２へ機械加工可能な領域２９（及びしたがって物品６３）を取り付けるために多くの手段を用いることができることにより、本発明による物品を種々の材料から製造される円筒形の粉砕ロールコアと共に用いることが可能である。
【００６４】
[0077]本発明による粉砕ロールを製造及び維持する方法は、外周面６２を有する円筒形のコア６１を準備し、そして図２Ａ及び２Ｂ並びに上記に開示する幾つかの態様の物品２０を表面６２に取り付けることを含む。物品２０は、機械的クランプ、ろう付け、溶接、及び／又は接着剤（エポキシを含むが、これに限定されない）、或いは当業者に公知の任意の好適な手段によって粉砕ロール６０の外周面６２に取り付けることができる。
【実施例】
【００６５】
実施例１：
[0078]粉末圧縮及び高温焼結の工程を含む通常の粉末冶金法を用いて、ATI Firth Sterling, Madison, Alabamaから入手できるGrade 231超硬合金粉末から製造した焼結超硬合金で構成される硬質部材を製造した。Grade 231超硬合金粉末は、１０重量％のコバルト粉末及び９０重量％の炭化タングステン粉末の混合物である。粉末圧縮は２０６．８ＭＰａ（１５トン／ｉｎ２）の圧力で行った。焼結は、５．５２ＭＰａ（８００ｐｓｉ）の圧力のアルゴンガスを用いる過圧炉内において１４００℃（２５５２°Ｆ）で行った。Grade 231粉末で製造される焼結超硬合金は、通常は８７．５ＨＲＡの硬度及び１４．５ｇ／ｃｍ３の密度を有する。硬質部材は実質的に平坦な底部の円筒形の形状を有していた。正方形の板材の形状を有する物品を形成するように適合された成形型をグラファイトから機械加工した。円筒形の超硬合金部品を成形型の空洞部の底部上に配置した。成形型内の非占有体積、即ち成形型空洞部内の焼結超硬合金硬質部材の間の空間に、５０重量％の鋳造炭化タングステン粉末及び５０重量％のニッケル粉末のブレンドを充填した。グラファイト漏斗を成形型アセンブリの頂部上に配置し、青銅ペレットを漏斗内に配置した。青銅ペレットは、７８重量％の銅、１０重量％のニッケル、６重量％のマンガン、６重量％のスズ、及び不可避的不純物の組成を有していた。アセンブリ全体を、空気雰囲気中、１１８０℃（２１５６°Ｆ）の温度に保持した予め加熱した炉内に６０分間配置した。青銅が溶融し、鋳造炭化タングステン粉末、ニッケル粉末、及び硬質部材の間の空間に溶浸した。成形型を冷却し、それによって青銅及びニッケルを含むマトリクス金属中に鋳造炭化タングステン粒子を含む金属マトリクス複合体を形成した。円筒形の超硬合金部品を金属マトリクス複合体内に埋封させた。耐摩耗性物品を成形型空洞部から取り出し、洗浄し、過剰の材料を機械加工によって物品から取り除いた。
【００６６】
実施例２：
[0079]実施例１において製造した物品の写真を図８に示す。物品の暗い円形の領域は硬質部材である。硬質部材を、より明るく見える金属マトリクス複合体が包囲しており、それによって硬質部材が物品中に結合されている。物品は、熱間加工又は他の形態で好適に加工してロールの周囲面の湾曲に合致した湾曲を含ませることができ、次に溶接又は他の好適な手段によってロール表面に固定することができる。
【００６７】
[0080]本記載は本発明の明確な理解に適切な本発明の複数の形態を示すものであることが理解されるであろう。当業者に明らかであり、したがって本発明のより良好な理解を促進しない幾つかの形態は、本記載を簡単にするために示さなかった。ここではやむを得ずに本発明の限られた数の態様しか記載していないが、当業者であれば上記の記載を考察することによって、本発明の多くの修正及び変更を用いることができることを認識するであろう。本発明の全てのかかる変更及び修正は、上記の記載及び特許請求の範囲にカバーされると意図される。
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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