(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱焼結によるダイヤモンド工具の製造におけるバインダーとしての鉄を含有する予備合金化粉末の使用であって、前記粉末はフィッシャー・サブ・シーブ・サイザー(Fisher Sub Sieve Sizer)を用いて測定された８μｍ未満の平均粒径及び規格ＩＳＯ４４９１−２：１９８９に従って測定された３％未満の水素中での還元による質量損失を有し、そして前記粉末はその中に、重量％で、１０〜８０％の鉄、０〜４０％のコバルト、０〜６０％のニッケル及び０〜１５％のＭｎを含有し、Ｍｎは少なくとも一部が酸化された状態で存在し、前記粉末中の他の成分は不可避不純物からなり、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ及びＭｎの合計は１００％であり、そして前記粉末が、還元性雰囲気中で、前記粉末の成分の混合水酸化物又は混合オキサレートを加熱することにより製造されてなることを特徴とする使用。
【請求項２】
前記粉末が５μｍ未満の平均粒径を有することを特徴とする請求項１記載の使用。
【請求項３】
前記粉末が少なくとも３０％のＦｅを含有することを特徴とする請求項１又は２記載の使用。
【請求項４】
前記粉末が少なくとも５０％のＦｅを含有することを特徴とする請求項１又は２記載の使用。
【請求項５】
前記粉末が０〜３０％のＣｏを含有することを特徴とする請求項１ないし４のうちの何れか一つに記載の使用。
【請求項６】
前記粉末が１０〜３０％のＮｉを含有することを特徴とする請求項１ないし５のうちの何れか一つに記載の使用。
【請求項７】
前記粉末が０〜１０％のＭｎを含有することを特徴とする請求項１ないし６のうちの何れか一つに記載の使用。
【請求項８】
前記粉末が０〜５％のＭｎを含有することを特徴とする請求項１ないし６のうちの何れか一つに記載の使用。
【請求項９】
前記質量損失が２％未満であることを特徴とする請求項１ないし８のうちの何れか一つに記載の使用。
【請求項１０】
有機化合物の形態の炭素０．０５〜３％が前記粉末に添加されることを特徴とする請求項１記載の使用。
【請求項１１】
前記焼結が６５０〜１０００℃で行われることを特徴とする請求項１ないし１０のうちの何れか一つに記載の使用。
【請求項１２】
鉄を含有する予備合金化粉末であって、請求項１ないし１０のうちの何れか一つの使用のための粉末。
【発明の詳細な説明】
本発明は、加熱焼結によるダイヤモンド工具の製造におけるバインダーとしての鉄を含有する予備合金化粉末の使用に関するものである。
ダイヤモンドとバインダーとの均一混合物の、所望により圧力を用いる加熱焼結によるダイヤモンド工具の製造において、焼結工程の最後に、バインダー、換言すれば、工具のマトリックスを形成する材料であって、微細なコバルト粉末（１〜６μｍ）、又は微細な粉末の混合物、例えば微細なコバルト粉末，ニッケル粉末及び鉄粉末の混合物、或いは粗い予備合金化粉末（４４μｍ未満）、例えば噴霧により得られた鋼粉末、が使用される、
微細なコバルト粉末の使用は、技術的見地から非常に良好な結果を有する；その唯一の欠点は、前記粉末の高い価格から生じる。
微細な粉末の混合物を使用すると、硬度が比較的低く、且つそれ故、耐摩耗性が比較的低いマトリックスが得られる。
粗い予備合金化粉末の使用は約１１００〜１３００℃の焼結温度を必要とし、この温度では、黒鉛化と呼ばれるダイヤモンドの分解が認められるようになる。
本発明の目的は、前述の欠点の無い、加熱焼結によるダイヤモンド工具の製造におけるバインダーとしての鉄を含有する予備合金化粉末を提供することにある。
この目的のために、本発明の加熱焼結によるダイヤモンド工具の製造におけるバインダーとしての鉄を含有する予備合金化粉末の使用において、前記粉末は、フィッシャー・サブ・シーブ・サイザー(Fisher Sub Sieve Sizer)を用いて測定された８μｍ未満の平均粒径及び規格ＩＳＯ４４９１−２：１９８９に従って測定された３％未満の水素中での還元による質量損失を有し；前記粉末は、重量％で、１０〜８０％の鉄、４０％までのコバルト、６０％までのニッケル及び１５％までのＭを含有し、Ｍは少なくとも一部が酸化された状態で存在し、且つ以下の元素：Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ａｌ，Ｍｏ及びＴｉのうちの一つ又はそれより多くを表わし、前記粉末中の他の成分は不可避不純物からなり、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ及びＭの合計は１００％であり、そして前記粉末が、還元性雰囲気中で、前記粉末の成分の混合水酸化物又は混合オキサレートを加熱することにより製造されてなる。
実際、このような粉末は、それ故、最高でも４０％のみのコバルトを含むので、中程度の温度（６５０〜１０００℃）で焼結して、高い硬度を有し、且つ更に、前記硬度が、前記粉末の組成を変化させることにより、ダイヤモンド工具の使用者の特別な要求に容易に適合され得るマトリックスを与え得ることが判った。
前記粉末が中程度の温度で焼結されるためには、８μｍ未満（都合良くは、５μｍ未満）の粒径が必要である。
水素中での還元による質量損失は、３％未満でなければならない；一方、ダイヤモンドと混合された前記粉末が還元性雰囲気中で焼結されるとき、焼結製品中に多孔性を表わす多量のガスの揮発及び／又はダイヤモンドの黒鉛化が大きくなりすぎる危険がある；前記質量損失は２％未満であることが好ましい。
上述のＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＭの含有率は、マトリックスが適当な強度を有するために及び前記硬度がダイヤモンド工具の使用者の要求に適合され得るために必要である。少なくとも３０％のＦｅ含有率，３０％までの範囲のＣｏ含有率，１０〜３０％のＮｉ含有率及び１０％までの範囲のＭ含有率のものが好ましく、これらの含有率は非常に高い硬度を導く。Ｆｅ含有率が少なくとも５０％であり且つＭ含有率が５％又はそれより低いものが最も好ましい。
本発明は鉄を含有する上記定義の予備合金化粉末にも関するものであり、前記粉末は、それ故、フィッシャー・サブ・シーブ・サイザー(Fisher Sub Sieve Sizer)を用いて測定された８μｍ未満の平均粒径及び規格ＩＳＯ４４９１−２：１９８９に従って測定された３％未満の水素中での還元による質量損失を有し；そして前記粉末は、重量％で、１０〜８０％の鉄、０〜４０％のコバルト、０〜６０％のニッケル及び０〜１５％のＭを含有し、Ｍは少なくとも一部が酸化された状態で存在し、且つ以下の元素：Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ａｌ，Ｍｏ及びＴｉのうちの一つ又はそれより多くを表わし、前記粉末中の他の成分は不可避不純物からなり、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ及びＭの合計は１００％であり、そして前記粉末が、還元性雰囲気中で、前記粉末の成分の混合水酸化物又は混合オキサレートを加熱することにより製造されてなることを特徴とする。
本発明の粉末は、粉末状生成物を得るために、還元性雰囲気中で、前記合金の成分の水酸化物，酸化物，炭酸塩，塩基性炭酸塩（水酸化物と炭酸塩との混合物）又は混合有機塩を加熱し（水素中での還元による前記粉末の重量損失は３％未満である）、次いで前記生成物を細かく粉砕することにより製造することができる〔表現“合金の成分”は、酸素を除き、前記合金の組成中に存在する全ての元素を表わすために本文中で使用される：それ故、例えば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ及びＭｎはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｎ−Ｏ合金の成分として考えられるべきである〕。
水酸化物，炭酸塩，塩基性炭酸塩及び有機塩は、前記合金の成分の水溶液を各々、塩基，炭酸塩，塩基及び炭酸塩，並びにカルボン酸の水溶液に添加し、その結果得られた沈殿を水相から分離し、次いでこの沈殿を乾燥させることにより、製造してもよい。
合金の成分の溶液は、塩化物溶液，硫酸塩溶液，硝酸塩溶液又はこれらの塩の混合溶液であってよい。
黒鉛化の危険性を減少させるために、少量の炭素、例えば、０．０５〜３％の炭素を、有機化合物の形態で、前記の予備合金化粉末に添加することは有用であろうが、前記の危険性は、焼結のために使用された中程度の温度では低い。
実施例１
本実施例は、混合オキサレートの沈殿及び続く前記オキサレートの分解による本発明の粉末の製造方法に関するものである。
Ｃｏ３９ｇ／ｌ，Ｎｉ２５ｇ／ｌ，Ｆｅ８５ｇ／ｌ及びＭｎ１１ｇ／ｌを含有する塩化物溶液２．４７リットルを、Ｃ2Ｈ2Ｏ4・２Ｈ2Ｏ６５ｇ／ｌを含有する蓚酸の水溶液１３．６４リットルに室温で添加し、次いで一緒に攪拌する。この結果、Ｃｏ９４％，Ｎｉ８５％，Ｆｅ８１％及びＭｎ４８％が混合蓚酸塩の形態で沈殿する。沈殿物を濾過により分離し、水中で洗浄し、次いで１００℃で乾燥する。乾燥沈殿物はＣｏ９．２％，Ｎｉ５．３％，Ｆｅ１７．２％及びＭｎ１．３％を含有する。
前記沈殿を、水素流中で６時間５２０℃に加熱する。この結果、粉末状の金属生成物が得られる。この生成物をモルタル中で粉砕して、２％の水素中の還元による質量損失を有し且つＣｏ２７．１％，Ｎｉ１５．７％，Ｆｅ５０．８％及びＭｎ３．９％を含有する予備合金化粉末を得、そしてこの粒子は、フィッシャー・サブ・シーブ・サイザー(Fisher Sub Sieve Sizer)を用いて測定された２．１μｍの平均粒径を有する。Ｘ線回折を使用する前記粉末の検査は、実質的にＭｎの全てが酸化された状態で存在することを示している。
実施例２
本実施例は、混合水酸化物の沈殿及び続く前記水酸化物の分解による本発明の粉末の製造方法に関するものである。
Ｃｏ２４．４ｇ／ｌ，Ｎｉ１３．５ｇ／ｌ，Ｆｅ５８．６ｇ／ｌ及びＭｎ２．３ｇ／ｌを含有する酸化物溶液９．４リットルを、ＮａＯＨ４５ｇ／ｌを含有する苛性ソーダの水溶液３６．７リットルに添加し、次いで一緒に攪拌する。この結果、実質的に前記元素の全ては混合水酸化物の形態で沈殿する。この沈殿物を濾過により分離し、水中で洗浄し、４５ｇ／ｌＮａＯＨ溶液中に再懸濁し、濾過により再度分離し、水中で洗浄し、次いで１００℃で乾燥する。乾燥沈殿物はＣｏ１４．８％，Ｎｉ８．２％，Ｆｅ３５．６％及びＭｎ１．４％を含有する。
前記沈殿を、水素流中で７．５時間５１０℃に加熱する。この結果、粉末状の金属生成物が得られ、モルタル中で粉砕後、予備合金化粉末は、１．６５％の水素中の還元による質量損失を有し且つＣｏ２４．２％，Ｎｉ１３．４％，Ｆｅ５８％及びＭｎ２．３％を含有し、そしてこの粒子は２．１μｍの平均粒径を有する。Ｘ線回折を使用する前記粉末の検査は、実質的にＭｎの全てが酸化された状態で存在することを示している。
実施例３
本実施例は、下記本文中で粉末Ａ及び粉末Ｂと呼ばれる本発明の二つの粉末，微細なＣｏ粉末（粉末Ｃ）及び噴霧により得られたＣｏ粉末（粉末Ｄ）の焼結性を比較する一連の試験に関するものである。
粉末Ａは実施例１に従って得られた粉末であり、粉末Ｂは実施例２に従って得られた粉末である。粉末Ｃは、オキサレート・ルートを通して得られた市販のＣｏ粉末（１．５μｍ）である。
粉末Ｄは、９．７μｍの平均直径を有する粒子からなる。
試験すべき前記粉末の各々の、４ｍｍの直径と４ｍｍの長さとを有する円筒状のピルを、冷間圧縮によって製造する。前記円筒を５℃／分の速度で加熱し、次いで長さの変化を温度の関数として測定する。温度の関数としての前記円筒の長さに関する変化の振幅は、本明細書に添付した図１において与えられる。
加熱の前後の前記円筒の密度（ｇ／ｃｍ3）及び前記密度の間の比率を下記の表に示す。
0004348650.tif 000002
これらの結果は、発明の粉末（Ａ及びＢ）の焼結性は微細なＣｏ粉末（Ｃ）の焼結性よりも優れており、そして粉砕された粉末Ｄの焼結性よりも遥かに優れていることを示す。
実施例４
本実施例では、コバルト粉末、ニッケル粉末、鉄粉末、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ及びＭｎの各粉末の種々の混合物、並びに本発明の種々の粉末の機械的性質を比較する。
下記の粉末が使用される：
−１．５０μｍの平均直径（フィッシャー）を有し且つ０．５５％の水素中の還元による質量損失（ＬＭＲＨ）を有するユニオン・ミニー(Union Miniere)社製の非常に微細なコバルト粉末；
−２．０６μｍのフィッシャーを有し且つ０．３５％のＬＭＲＨを有するカルボニルを原料としたニッケル粉末；
−４．００μｍのフィッシャーを有し且つ０．２３％のＬＭＲＨを有するカルボニルを原料とした粉末；
−２．８０μｍのフィッシャーを有し且つ０．２３％のＬＭＲＨを有するカルボニルを原料とした電解マンガン粉末；
−上記粉末から調製され且つそのＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉ及びＭｎの各含有率が以下の表に記載されている粉末混合物；
−本発明の粉末であって、それらがオキサレート・ルートを経由して製造される粉末である場合には、その組成が以下の表IIに記載されており、そしてそれらが水酸化物・ルートを経由して製造される粉末である場合には、その組成が以下の表IIIに記載されている粉末；それらの粉末は、１．８〜２．２μｍのフィッシャーを有している；それらのＬＭＲＨは２．５％未満である。
前記粉末を、黒鉛成形型中で３５ＭＰａの圧力下で、６５０，７００，７５０，８００，８５０又は９００℃で３分間加圧することにより焼結した。
全ての焼結片の密度とビッカース硬度とが測定された。又、多数の片がＤＩＮ／ＩＳＯ３３２５に従って横曲げ試験を受けた：４５×１０×６ｍｍ焼結棒が、２５ｍｍ離れた二つの支持体上に自由に保持されるように置かれ、次いで前記間隔の中央に、前記片が破断するまで、パンチによって荷重がかけられる。結果を下記の表Ｉ，II及びIIIに示すが、第一の表は元素粉末（Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ）及び粉末混合物に関するものであり、第二の表は本発明のオキサレートを原料とする粉末に関するものであり、そして第三の表は本発明の水酸化物を原料とする粉末に関するものである。
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これらの結果は、元素粉末の混合物を用いるよりも本発明の予備合金化粉末を用いると、焼結の後、優れた機械的性質が得られることをことを示す。対応する組成物において（例えば、試験番号１４対試験番号５７参照）、本発明の粉末を用いて得られる硬度は、粉末混合物を用いて得られる硬度の２ないし３倍大きい。破断荷重に関して、Ｃｏ２５〜３５％，Ｎｉ５〜２０％及びＦｅ４５〜５５％の範囲内の混合粉末を用いるよりも、本予備合金化粉末を用いて、より大きい値が測定された；この範囲外では、破断荷重は等しい。
実施例５
本実施例は、ダイヤモンド工具の製造における本発明の粉末の使用に関するものである。
実施例１で得られた粉末を１％、合成ダイヤモンドに混合する。この混合物を８００℃及び３５ＭＰａで、真空下で加圧することにより焼結する。
焼結された材料の顕微鏡検査は、マンガンの酸化物が金属のマトリックス中に微細に分散されており、ダイヤモンドが完全に残っており、且つダイヤモンドが金属のマトリックス中に強固に固定されていることを示す。
【図１】
0004348650.tif 000006