JPS62211340A - 耐食性硬質合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高い機械的強度及び高い耐摩耗性と同時に極
度に耐食性である硬質合金に関する。

〔従来の技術〕

炭化物相及び結合相の組成が種々異なる硬質合金は数多
く知られている。従来最も頻繁に、特（：機械加工分野
で使用されてきた硬質合金はコバルト又はニッケルから
なる結合相を頁する炭化タングステンをペースとするも
のである。これらの硬質合金は艮好な機械的強度及び耐
摩耗性を示すが、特（：酸性媒体中での耐食性はあまり
高くない。

特にコバルト又はニッケル結合材は、結合相′ｉｊｔ選
択的に溶解する強い腐食作用にさらされる。その結果残
留する炭化物骨子の安定性は極端に弱まる。

硬質合金の耐食性を改良する試みは従来なされていない
。この方面の研究はコバルト又はニッケル結合材を金又
は白金のような耐食性の金属によって代えるものであっ
た。しかしながらこの種の硬質合金は価格が高いという
ことからだＣすでも実用することは不可能である。その
結果硬質合金の耐食性をクロム及びモリブデンのような
耐食性元素の合金化によって改良することが研究されて
きた。

例えば欧州特許出願第２８６２０号明細書には、炭化タ
ングステンの最高１０％添加炭化物によって代えること
のできる炭化タングステンをペースとする耐食性の硬質
合金が記載されている。５〜４５％までのりで含まれる
結合合金はニッケル少なくと６５０容１％、クロム２〜
２５容ｌ１％及びモリブデン］−１５容ｔ％からなる。

その他に結合相はマンガン、アルミニウム、ケイ素、銅
、コバルト、鉄及びタングステンの】種又は数種を含ん
でいてもよい。

炭化タングステンｔペースとする他の耐食性の硬質合金
は西ドイツ国特許出願公告第１４８３２３０号公軸に記
載されている。この硬質合金の炭化タングステン含有鎖
は少なくとも８８．５重１％である。この硬質合金には
付加的に炭化チタン。

炭化ニオブ及び炭化ハフニウムの群から選択される１８
又は数種の炭化物が含まれている。基本成分に幻し３〜
１１，５重量％の憾で添加される結合材相は本質的な成
分としてコバルト２０〜７５重９％、クロム４〜ｓｏｌ
［＋％及びニッケル最高４５重聞鳴ヲ有する。その他（
；タングステン、モリブデン、鉄、ケイ素、ホウ素、炭
素、チタン、ジルコニウム、ニオブ及び／又はバナジウ
ムの群から選択される１種又は数種の添加元素を含有す
る。

結合相にクロムが付加合金されている第三の硬質合金は
米国特許出願３９９３４４６号明細代に記載されている
。この硬質合金はその７０〜９０ｍｍ５までが炭化タン
グステンをベースとした硬物質からなり、この場合炭化
タングステンはその一部を添加炭化物Ｃ；よって代えら
れていてもよい。ｌＯ〜３０に９％である結合相はニッ
ケル２０〜９０鬼傷チ、コバルト１０へ８０重静％及び
クロム５−２５賑ｉ１％からなっている。

結合相にクロム及び／又はモリブデンを付児合金するこ
とによって耐食性に一定の改良が得られることはこれら
すべての硬質合金に共通している。しかしクロム及びモ
リブデンを付加合金する可能性は、これらの元素ｔが多
い場合にはこの種の合金ｗ！Ｒ造することが困難となる
か又はまったく不可能となるという冶金学上の理由から
制限される。更Ｃ：相が脆弱化することによってこの硬
質合金の機械的強度は著しく低下し、またその機械的加
工Ｉ：際して又はその使用に際してしばしば破壊及び破
損が生じることになる。

硬質合金の副食性を高めるもう一つの方法は結合金属含
有鑓な減少させることにある。しかし結合金属含有囚の
減少は焼結上問題であり、空＃率を高め、同時に機械的
強度に一層の損失を招くことから、この方法もまた効果
的ではなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、高い機械的強度及び高い耐摩耗性Ｙ：
有する高耐食性の硬質合金を提供することＩ：ある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は本発明によれば、炭化タングステン３１〜．
８４重量％、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化ジルコニ
ウム、炭化チタン、炭化クロム、炭化モリブデンの群か
ら選択される１種又は数種の炭化物１５へ６０重ｌＮ％
並び（ニクロム２〜４０重ｔ％を宵するニッケル及び／
又はコバルトからなる結合合金１〜９重１）　％からな
る硬質合金によって達成される。

本発明の特に優れた実施態様では、硬質合金は炭化タン
グツ２フ４４〜６フ重讐囁、炭化タンタル及び／又は炭
化ニオブ３０〜５ａ１ｉ％％、並びにクロム２〜２ｏｆ
ｃｆ２１％を含むニッケル及び／又はコバルトからなる
結合合金３〜６重１％からなっている。

〔作用効果〕

硬質合金の優れた特性はまったく予想外にも第二炭化物
Ｉｔ　’、ｔ　ｉ＆めることによって達成されたという
ことは、本発明にとって決定的なことである。

これに対して従来公知の耐食性硬質合金は添那炭化物な
極く少量含んでいるにすぎない。

本発明Ｉ：よる硬質合金の特性改良は顕著であり、また
その規模に関しても決して予測することのできないもの
であった。この場合本発明による組成範囲内での種々異
なる硬質合金はすべての腐食性媒体に対して常に同じと
は限らない種々の優れた特性を示す。

コバルト又はニッケル結合材を含有する炭化タングステ
ンをペースとした公知の硬質合金の場合、結合相は連結
骨子を形成する。従って腐食性媒体は作用期間が十分に
長いと結合相全体を溶解する可能性がある。その後には
僅かな強度を有するにすぎず、また摩擦力により寥易Ｃ
：除去される炭化タングステン骨格のみが残る。クロム
及び／又はモリブデンを含有する結合相の腐食改良合金
はこの不所望の特性な極く僅かに変えるにすぎない。す
なわち耐食性は高められるが結合相は依然として連結性
骨格を形成し、従って腐食性媒体は微細な溝に９って合
金の内部に入り込む可能性がある。この事実は純粋なコ
バルト又はニッケル結合材を含有する炭化タングステン
硬質合金の場合のように、全ての硬質合金を即座に破壊
することになる。

従って本発明Ｃ：よる合金の高い耐食性は、添加炭化物
を多量に含むことによって結合相が連結性骨格を形成し
ないことによると説明することができる。その結果特に
炭化タングステン並びに上記の添加炭化物自体は酸性媒
体中で極めて艮好な耐食性を示すことから、腐食作用は
その活動を徹底的に弱められる。

本発明により全く特殊な結合合金と組合せて炭化タング
ステンに対し特定の添加炭化物を多量に含有させること
によって、耐食性を飛躍的に高めるばかりでなく、添加
炭化物像の僅かな公知の耐食性硬質合金のそれに劣らな
いか又はこれを多くの場合にはまったく凌駕する機械的
強度特性及び摩耗特性をも得ることができる。

第１表は公知技術に鵬する種々の舶成からなる合金と本
発明による種々の組成かうなる合金の機械的特性を灼比
して示すものである。この表から特に、多くの本発明に
よる合金はその耐食性に関して公知技術による最良の合
金と見做される合金６に比して硬度及び曲げ破壊強さに
おいて著しく改良された値１に葡することが読み収れる
。

以乍余白 〔実施例〕 次に本発明を図面に基づき詳述する。

結合相な３％という低い合＃を悌で含む合金（公知の合
金ｌ１本発明による合金？、　　８．　９．　１０）の
比較を第１図及び第３図において例示するが、本発明Ｃ
二よる合金の耐食性は全ての媒体中において公知の合ｍ
ｌの場合よりもはるかに良好である。硬度及び曲げ破壊
強さに対するその値においても本発明による合金は公知
の合金に比べて、第１表から読み敗れるように多くの場
合やはり高いものである。

結合相６優以上という高い合＃を剤で含む合金（公知の
合金２〜６、本発明による合金１１〜１５）を比べた場
合、第２図、第４図及び第５図に示したように、多くの
腐食性媒体内での本発明による合金の耐食性は公知の合
金の耐食性とほぼ比較可能であり、また特殊な媒体中で
はこれをはるかに２８している。第１表から推知し得る
ように、硬度及び曲げ破壊強さく一対する値は本発明に
よる合金の場合、公知の合金の場合に比して著しく優れ
ている。

第６図でコバル）１重搦俤、ニッケル１．５重量う及び
クロム０．５ｉ４１％からなる結合相を有する本発明に
よる合金８及びｌＯと、同様の結合相ではあるが、添加
炭化物が１０重９％だけである合金と対比させた場合、
腐食性媒体ＨＣＩの例ではｊ００℃で添加炭化物量が実
際に１０重像％を越えて始めて耐食性は飛躍的に高めら
れ、以後は更に添Ｗ炭化物の＠を増した場合（二もほぼ
一定に保たれることが明らかＩ：見て取れる。

本発明Ｃ二よる合金の利点は特（二、内燃機関のピスト
ン部及び化学プラントの耐岸耗性部材用の材料として使
用した際に発揮される。

添加炭化物量が多いことζ二よって本発明による合金は
、結合打合［９１が少ないにもかかわらず公知の粉末冶
忙法ζ二より問題なく製造することができる。

粉末混合物を製造する場合添加炭化物は単独でもまた混
合炭化物結晶の形でも加えることができる。同様に炭化
タングステンを単一結晶としてか又は添加炭化物との混
合結晶として使用することも可能である。

本発明による合金は粉末冶金法で製造することが特にｉ
＆適であることから、その有利な特性は更に一層改良す
ることができる。実際にこの最適な製造法により、合金
を可能な限り低い温度で可能な限り短時間に焼結するこ
とができるが、その際焼結時における液相の形成を阻止
する必要はない。この焼結法により残留する残空隙はそ
の後熱アイソスタフチックな二次圧縮により閉鎖される
。

この最適製造法により結合相の好ましい不連続部分が得
られると共に、これによって炭化物相の粒子の成長な可
能な限り小さく保つことができ、その結果本発明による
硬質合金の硬度は更（二高められる。

本発明による合金の製造を次の実施例に基づき詳述する
が、その際この実施例における最終生成物は第１表に記
載した個々の合金に相当する。

例１ 硬質合金８を次のようにして製造した。

硬物質成分として炭素総含有９６．２２％及びＰ２Ｓ５
による粒径１，５μ島の炭化タンタル粉末２ｋｇ及びＰ
Ｓｓｓによる平均粒径０．８μ海の炭化タングステン粉
末２．ａ４ｋｇ　ｖ使用した。結合材用にＣｒ。

Ｃ，０，０２５ｋｇ　　、コバルト０．０５に９及びニ
ッケルα０７５に９Ｙ使用した。カーボンブラックの添
加量は０．００７ｋｇであった。

パッチをボールミルでア七トン２．５１中で１２０時間
粉砕した。パッチ粉末を乾燥した後、成形品を製造し、
これから腐食テスト、曲げ破壊強さテストその他これに
類するテストのため数個の試料を成形した。これらの試
料χ真空下に１４５０℃で４０分間焼結し、引続き熱ア
イソスタフチック的（ニ二次圧縮した。

例　　２ 硬質合金ｌＯを次のようにして製造した。

硬物質成分として炭素総含頁ｉ１６．１９％及びＦＢ８
Ｂによる粒径１．５μｍの炭化タンタル粉末１　ｋｇ　
及びＰＳｓｓによる平均粒径０．８μ鶏の炭化タングス
テン粉末ａ、５４ｋｇＦｒ使用した。結合材用にＣｒｓ
　ｃ。

０．０２５にり、コバルト０．０５ｋｇ及びニッケル０
．０７５ｋｇ　Ｙ使用した。カーボンブラックの添加量
は０．００９ｋｇであった。

パッチをボールミルでアセトン２．５を中で１２０時間
粉砕した。バッチ粉末を乾燥した後、成形品を製造し、
これから腐食テスト、曲げ破壊強さテストその他これに
類するテストのため数個の試料を成形した。これらの試
料を真空下に１４９０℃で４０分間焼結し、引続き熱ア
イソタクチック的に二次圧縮した。

例３ 硬質金ｆｉｌｌを次のようにして製造した。

硬物質成分として炭素総合有量６．２２チ及びｐｓｓｓ
による粒径１，５μ島の炭化タンタル粉末２に９及びＦ
　８８８による平均粒径０，８Ｐの炭化タングステン粉
末２．４９　ｋｇ　を使用した。結合材用Ｃ：Ｃｒ、　
Ｃ，０，０４４ｋｇ、コバルト０２ｋｇ及びニッケルｏ
、ｚｋｇＹ使用した。カーボンブラックの添加量はｏ、
ｏｏａｋｇであった。

パッチをボールミルでアセトン２．５を中で１２０時間
粉砕した。パッチ粉末を乾燥した後、成形品を製造し、
これから腐食テスト、曲げ破壊強さテストその他これに
類するテストのため数個の試料を成形した。これらの試
料を真空下に１５００℃で４０分間焼結し、引続き熱ア
イソスタフチック的に二次圧縮した。

例４ 硬質合金１２を次のようにして製造した。

硬物質成分として炭素総含有１１１１．１１％及びＦ８
８ｉ９Ｃよる粒径３．００１−の炭化ニオブ粉末２にり
及びＰ　８８８　ｉ二よる平均粒径０．８μ鴇の炭化タ
ングステン粉末２．４９　ｋｇを使用した。結合材用に
Ｃｒ、Ｃ１Ｏ，（ｚ４に９、コバルト０．２　ｋｇ　　
及びニッケル０．２ｋｇ　を使用した。カーボンブラッ
クの添加像は０．０４５ｋｇであった。

バンチをボールミルでアセトン２．５を中で１２０時間
粉砕した。バッチ粉末１に′Ｘ愉した後、成形品を製造
し、これから腐食テスト、曲げ破壊強さテストその他こ
れに類するテストのため数個の試料を成形した。これら
の試料を真空下に１５９０℃で３０分間焼結し、引続き
熱アイソタクチック的に二次圧縮した。

【図面の簡単な説明】

第１図は種々の腐食性媒体中にお（する種々の温度での
公知技術による合金１の耐食性をグラフで示す図、第２
図は種々の腐食性媒体中における種々の温度での公知技
術による合金６の耐食性ｔグラフで示す図、＄３図は種
々の腐食性媒体中における種々の温度での本発明による
合金８の耐食性をグラフで示す図、第４図は種々の腐食
性媒体中における種々の温度での本発明による合金］ｌ
の耐食性をグラフで示す図、第５図は種々の腐食性媒体
中における檀々の温度での本発明（；よる合金１２の耐
食性をグラフで示す図、第６図は希塩酸（６Ｎ）中にお
（する温度１００℃での本発明による合金８及び１０の
耐食性と同じ結合材組成を有するが本発明（：よる合金
の場合よりも著しく少量の添加炭化物を含有する合金の
耐食性とを比較してグラフに示した囚、第７図は光学顕
微鏡により１５００倍Ｃ二拡大して示した公知技術によ
る台金ｌのａｍｖ示す顕微鏡写真、第８図は定食電子顕
微鏡にエリ１５００倍に拡大して示した公知技術による
合金１の組織を示す顕微鏡写真、第９図は光学顕微鏡に
より１５００倍に拡大して示した本発明による合金８の
組織を示す顕微鏡写真、第１Ｏ図はＸ！査竜子顕微鏡に
より１５００倍に拡大して示した本発明による合金８の
組織を示す顕微鏡写真である。 Ｆｉｇ、ノ 計１９＋　８ 目ｑ、９ Ｆｉｇ、　１０ 手　続　主甫　正　書（方式） １．事件の表示　　特願昭６１−１７８５９７２、発明
の名称　　耐食性硬質合金 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　オーストリア国チロール、ロイッテ（番地なし
）名　称　メダルウ・工、ルク、ブランゼー、ゲゼルシ
ャフト、ミツト、ベシュレンクテル、ハフラング４、代
理人■１１２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）炭化タングステン３１〜８４重量％、炭化タンタル
   、炭化ニオブ、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化ク
   ロム、炭化モリブデンの群から選択される１種又は数種
   の炭化物１５〜６０重量％、並びにクロム２〜４０重量
   ％を含有するニッケル及び／又はコバルトからなる結合
   合金１〜９重量％からなる耐食性硬質合金。 ２）炭化タングステン４４〜６７重量％、炭化タンタル
   及び／又は炭化ニオブ３０〜５０重量％、並びにクロム
   ２〜２０重量％を含有するニッケル及び／又はコバルト
   からなる結合合金３〜６重量％からなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の耐食性硬質合金。