KR20030051700A - 내마멸성 및 내마모성 재료 - Google Patents
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Abstract
내마멸성 및 내마모성 재료는 다량의 탄화물 입자, 다량의 입방정계 질화 붕소 입자 및 응집, 소결된 형태로 접합되는 접합 금속 또는 합금을 포함한다. 재료 중 입방정계 질화 붕소 함유량은 10 중량% 내지 18 중량%이고, 입방정계 질화 붕소의 입자 크기는 20마이크론 이하이며, 재료에는 실질적으로 육방정계 질화 붕소가 존재하지 않는다. 연마제는 특히 목재 및 다른 목질 섬유 재료의 연마에 적용하기 위한 공구 부품 또는 삽입체에 사용된다.
Description
초경합금은 연마 재료와 내마모성 재료로서 다양한 응용제품용으로 업계에서 광범위하게 이용되는 재료이다. 초경합금은 코발트, 철 또는 니켈과 같은 접합 금속 또는 이들의 합금에 의해 함께 접합되는 텅스텐 탄화물, 탄탈 탄화물 또는 티타늄 탄화물과 같은 적합한 탄화물 입자들로 구성된다. 대게, 초경합금의 금속 함유량은 대략 3 중량％ 내지 35 중량％이다. 이는 1400℃ 정도의 온도에서 탄화물 입자 및 접합 금속을 소결시킴으로써 생성된다.
스펙트럼의 타단부에서, 초고경도 연마 제품과 내마모성 제품이 발견된다. 다이아몬드 및 입방정계 질화 붕소 성형체는 다이아몬드 또는 입방정계 질화 붕소 입자의 다결정질 덩어리이고, 접합은 초고경도 성분, 즉 다이아몬드 또는 입방정계 질화 붕소가 결정학적으로 안정적인 상승된 온도 및 압력 상태 하에서 수행된다. 다결정질 다이아몬드(PCD) 및 다결정질 입방정계 질화 붕소(PCBN)는 제2 위상 또는 접합 매트릭스와 함께 또는 이들 없이 제조될 수 있다. 다이아몬드의 경우에 제2 위상이 제공된다면, 코발트와 같은 촉매제/용제 또는 실리콘과 같은 탄화물 형성요소일 수도 있다. 유사한 소결 기구가 공통 제2 위상인 다양한 탄화물, 질화물 및 붕소화물을 갖는 PCBN 합성으로 활용된다.
PCD 또는 PCBN은 초경합금보다 더 우수한 내마모성을 갖지만, 깨지기 쉽다. 이러한 취성은 미세 마감이 요구되는 응용 제품에 문제를 일으킬 수 있는 작업 표면 상의 에지 치핑(edge chipping)을 야기할 수 있다. 게다가, PCD 및 PCBN과 같은 초고경도 제품은 일반적으로 금속 지지부 상에 직접 납땜할 수 없다. 따라서, 이들은 종종 초경합금 기재와 함께 소결된다. 이러한 초고경도 제품의 이중층 특성은 두 재료들 사이의 열-기계 응력 측면에서 문제가 될 수 있는데, 기재와 초고경도 제품이 너무 다르면, 상이한 열 팽창 계수 및 탄성 계수로 인한 가열 및 냉각시의 상이한 팽창 및 수축은 균열 형성 또는 불리한 잠재 응력을 야기할 수 있다. 이러한 이중층 재료의 다른 잠재적인 문제는 언더커팅(undercutting), 즉 낮은 내마멸성을 갖는 탄화물 지지부의 우선적인 마모이다. 게다가, 초고경도 제품의 기계 가공은 까다롭고 많은 비용이 요구되나, 탄화물 제품은 최종 형상으로 비교적 쉽게 연마된다.
이러한 문제들을 해결하기 위한 노력이 계속되었다.
일본 특허 제57116742호는 고온 가압 조건, 즉 압력이 약간 인가되거나 인가되지 않는 상태 하에서의 1400℃ 내지 1500℃ 정도의 온도에서 변형된 초경합금의 제조에 대해 개시하고 있다. 이는 입방정계 질화 붕소가 결정학적으로 안정된 상태가 아니다.
유럽 특허 제0256829호는 다량의 탄화물 입자, 다량의 입방정계 질화 붕소입자 및 응집, 소결된 형태로 접합되는 접합 금속 또는 합금을 포함하고, 재료 중 입방정계 질화 붕소 입자 함유량은 20 중량％를 초과하지 않고 재료에는 육방정계 질화 붕소(hexagonal boron nitride)가 실질적으로 존재하지 않는 연마 및 내마모성 재료의 제조 방법을 개시하고, 상기 방법은 적정 다량의 탄화물 입자와 다량의 입방정계 질화 붕소 입자를 접합 재료 또는 합금과 접촉시키는 단계와 입자와 금속 또는 합금을 입방정계 질화 붕소가 결정학적으로 안정적인 온도 및 압력 조건 하에서 소결시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 입방정계 질화 붕소와 초경합금을 함유하는 내마멸성 및 내마모성 재료 그리고 이러한 재료를 생산하는 방법에 관한 것이다.
도1은 예1에 따라 제조된 다양한 재료의 최대 측면 마모를 도시한 그래프이다.
도2는 예2에 따라 제조된 다양한 재료의 최대 측면 마모를 도시한 그래프이다.
도3은 예7에서 사용하기 위한 절삭날 구조의 개략도이다.
도4는 예7에 따라 기계 가공된 직선 길이 함수로서의 공구 측면 마모의 그래프이다.
본 발명의 제1 태양에 따르면 다량의 탄화물 입자, 다량의 입방정계 질화 붕소 입자 및 응집, 소결된 형태로 접합되는 접합 금속 또는 합금을 포함하는 내마멸성 및 내마모성 재료가 제공되며, 재료 중 입방정계 질화 붕소 입자 함유량은 10 중량% 내지 18 중량%이고, 입방정계 질화 붕소의 입자 크기는 20마이크론 이하이며, 재료에는 실질적으로 육방정계 질화 붕소가 존재하지 않는다.
본 발명의 제2 태양에 따르면 다량의 분리된 탄화물 입자 및 다량의 입방정계 질화 붕소 입자의 혼합물을 제공하는 단계 및 혼합물을 응집, 소결된 재료로 접합시킬 수 있는 접합 금속 또는 합금의 존재 하에서, 혼합물을 입방정계 질화 붕소가 결정학적으로 안정되고 실질적으로 육방정계 질화 붕소가 형성되지 않는 상승된 온도 및 압력 조건에 적용시키는 단계를 포함하고, 입방정계 질화 붕소 입자가 다량으로 혼합물 내에 존재하여 재료 중 입방정계 질화 붕소 함유량이 10 중량% 내지 18 중량%이고, 입방정계 질화 붕소 입자는 20마이크론 이하의 입자 크기를 가지는내마멸성 및 내마모성 재료를 생산하는 방법이 제공된다.
본 발명 또는 본 발명의 방법에 의해 생산된 연마제는 재료를 연마하기 위한 연마 제품 또는 특히 초경합금 지지부에 접합되는 연마 성형체를 구성하는 공구 부품 또는 삽입체에서의 내마모성 재료로서 사용될 수도 있다. 연마 제품은 특히 목재 등의 재료의 절삭에 적용된다.
따라서, 본 발명의 제3 태양에 따르면 다량의 탄화물 입자, 다량의 입방정계 질화 붕소 입자 및 응집, 소결된 형태로 접합되는 접합 금속 및 합금을 포함하는 내마멸성 및 내마모성 재료로 구성된 공구 부품 또는 삽입체를 가지는 공구를 제공하는 단계, 작업편을 제공하는 단계, 공구 부품 또는 삽입체를 작업편과 접촉시키는 단계 및 공구 부품 또는 삽입체를 연마 방식으로 작업편으로 전진시키는 단계를 포함하고, 재료 중 입방정계 질화 붕소 입자의 함유량은 10 중량% 내지 18 중량%이고 입방정계 질화 붕소의 입자 크기는 20마이크론 이하이며 재료에는 실질적으로 육방정계 질화 붕소가 존재하지 않는 목재 및 다른 목질 섬유 재료로부터 선택된 작업편을 연마하는 방법이 제공된다.
본 발명의 요점은 재료 중 입방정계 질화 붕소 입자의 함유량이 10 중량% 내지 18 중량%이고, 입방정계 질화 붕소의 입자 크기가 20마이크론 이하, 선택적으로는 10마이크론 이하이며, 재료에는 실질적으로 육방정계 질화 붕소가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 다량의 탄화물 입자, 다량의 입방정계 질화 붕소 입자 및 응집, 소결된 형태로 접합되는 접합 금속 또는 합금을 포함하는 내마멸성 및 내마모성 재료이다.
함유량이 10 중량% 내지 18 중량% 범위 내인 입방정계 질화 붕소를 갖춘 본 발명의 연마제는 기계 가공 성능, 내충격성, 경납접성 및 연마성 면에서 적절한 재료를 제공함을 알 수 있었다. 낮은 입방정계 질화 붕소 입자 함유량은 내마모성에서 대응하는 종래의 텅스텐 탄화물보다 양호하지 않은 것으로 나타났으며, 18 중량%를 초과하는 입방정계 질화 붕소 입자 함유량은 감소된 땜납 강도, 낮은 내충격성 및 연마를 통한 공구 제조에 있어서의 증가된 어려움을 낳는다.
또한, 본 발명의 연마제에 있어서, 입방정계 질화 붕소 입자 크기는 양호하게는 20마이크론 이하이다. 목재 작업 적용에 있어서, 이러한 미세 알갱이 입자의 사용은 몇몇 적용예에서 종래의 탄화물 재료에 비해 성능에 있어 열 배 이상의 증가를 나타냈다. 다결정질 다이아몬드는 더 높은 내마모성을 가지지만, 다결정질 다이아몬드는 마이크로 치핑(micro-chipping)에 의해 마모되어 목재 작업과 같은특정 적용예에 있어서 결점이 있는 반면에 본 발명의 재료는 에지의 점진적인 원형 형성에 의해 마모되는 것을 알 수 있다. 또한 본 발명의 연마제의 미세 알갱이 미세 구조는 원활하고 신속한 방전 기계 가공 특성을 향상시킨다.
따라서 본 발명의 연마제는 적당한 연마 금속성 및 비금속성 작업편 그리고 특히 목재와 기타 목질 섬유 제품의 다양한 기계 가공 작동용 공구 재료로서 특별히 적합하다. 본 발명의 연마제는 높은 내충격성, 양호한 경납접성 및 예를 들면 연마 및 방전 기계 가공을 통한 공구 제조의 용이성과 같은 종래의 탄화물의 주요 긍정적 측면을 보유함과 동시에 종래의 텅스텐 탄화물에 비해 향상된 가공 성능을 가진다.
본 발명의 연마제는 다량의 분리된 탄화물 입자 및 다량의 입방정계 질화 붕소 입자의 혼합물을 제공하는 단계 및 혼합물을 응집, 소결된 재료로 접합시킬 수 있는 접합 금속 또는 합금의 존재 하에서, 혼합물을 입방정계 질화 붕소가 결정학적으로 안정되고 실질적으로 육방정계 질화 붕소가 형성되지 않는 상승된 온도 및 압력 조건에 적용시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 생산된다.
생산된 연마제에는 실질적으로 육방정계 질화 붕소가 존재하지 않아야만 한다. 상당한 양의 육방정계 질화 붕소의 존재는 재료의 내마멸 내마모성을 감소시킨다. 재료의 생산에 있어서, 이를 이룰 수 있는 조건이 선택되는 것이 중요하다.
탄화물 입자는 종래의 초경합금의 제조에 사용되는 임의의 탄화물 입자일 수도 있다. 적절한 탄화물의 예로서는 텅스텐 탄화물, 탈탄 탄화물, 티타늄 탄화물, 니오븀 탄화물 및 그 혼합물이 있다. 티타늄 탄화물, 니오븀 탄화물 및 탈탄 탄화물의 존재는 특정 철강, 예를 들면 탄소강, 무가공 강, 공구강, 페라이트 강 및 함급강의 기계 가공성을 향상시킬 수 있다.
탄화물 입자는 입방정계 질화 붕소 입자의 크기보다 크거나, 작거나 혹은 같은 크기를 가질 수도 있다.
접합 금속 또는 합금은 종래의 초경합금의 제조에 사용되는 임의의 접합 금속 또는 합금일 수도 있다. 예로서는 코발트, 철, 니켈 및 이들 금속 중 하나 이상을 함유하는 합금이 있다.
본 발명의 연마제의 접합 금속 또는 합금 함유량은 양호하게는 연마제 중 3 중량% 내지 15 중량% 정도이다. 높은 내마모성 재료가 요구되는 경우에, 금속 함유량은 낮을 것이다. 높은 내충격성이 요구되는 경우에, 예를 들면, 단절 절삭 또는 원형 톱이 요구되는 경우, 높은 금속 함유량이 연마제의 인성을 증가시키기 위해 요구된다.
접합 금속 또는 합금은 분말 형태로 제공되는 것이 양호하지만, 세밀하게 분산된 금속을 야기하도록 후속적으로 열분해 및/또는 감소되는 염류 전구체, 금속 산화물 또는 유기 전구체의 형태로 첨가될 수도 있다.
접합 금속 또는 합금은 탄화물 입자 및 입방정계 질화 붕소 입자와 혼합될 수도 있고 그 후 혼합물은 소결될 수도 있고, 또는 혼합물은 소결 전에 취약한 응집체를 생성하도록 먼저 냉간 압축될 수도 있다.
다르게는, 접합 금속 또는 합금은 입방정계 질화 붕소-탄화물 혼합물에 인접한 분리층의 형태로 공급되어 고온/고압 처리 단계 중에 침투될 수도 있다.
탄화물 및 입방정계 질화 붕소 입자의 혼합물과 접합 금속 또는 합금의 소결은 양호하게는 1200℃로부터의 온도, 바람직하게는 1200℃ 내지 1600℃ 범위 내의 온도 및 30kbar 내지 70kbar 압력에서 일어난다.
이러한 단계는 제어된 비산화 조건 하에서 이루어진다. 비산화 조건은 진공, 예를들면 1mbar 미만의 진공으로 제공될 수도 있다.
탄화물 및 입방정계 질화 붕소 입자의 혼합물과 접합 금속 또는 합금의 소결은 종래의 고온/고압장치에서 이루어질 수도 있다. 혼합물은 장치와 같은 반응 캡슐 내에 직접 적재될 수도 있다. 다르게는, 혼합물은 탄화물 지지부 내에 형성된 리세스 또는 초경합금 지지부 상에 위치 설정되어 캡슐 내에 이러한 형태로 적재될 수도 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 탄화물 입자, 입방정계 질화 붕소 입자 와 접합 금속 또는 합금은 소결 전에 예를 들면 진공 내에서 이를 가열시킴으로써 휘발성이 제거되어 진다. 이어서 이들 성분은 양호하게는 소결 전에 전자 빔 용접에 의해 진공 밀봉되다. 진공은 예를 들면 1mbar 또는 그 미만의 진공일 수도 있고 가열은 500℃ 내지 1200℃의 범위 내일 수도 있다.
본 발명의 다른 태양은 전술된 연마제로 구성된 공구 부품 또는 삽입체를 가진 공구를 제공하는 단계, 작업편을 제공하는 단계, 공구 부품 또는 삽입체를 작업편과 접촉시키는 단계 및 공구 부품 또는 삽입체를 연마 방식으로 작업편으로 전진시키는 단계를 포함하는 목재 또는 다른 목질 섬유 재료로부터 선택된 작업편을 연마하는 방법이다.
본 명세서에서 연마는 절삭, 드릴링, 루팅(routing), 폴리싱 또는 임의의 유사한 연마 작동을 의미한다. 이러한 작동은 기술 분야에서 알려진, 예를 들면 절삭 에지 또는 포인트의 회전 또는 절삭 에지 또는 포인트의 왕복 운동 등과 같은 다양한 형태를 취할 수도 있다. 당연히, 연마 작동은 에지 또는 포인트를 고정되게 유지시키고 작업편을 이동시킴으로써 이루어질 수도 있다.
작업편은 목재 및 다른 목질 섬유 재료로부터 선택된다. 목재 및 다른 목질 섬유 제품의 일예로는 바인더에 의해 접합된 목재 칩 또는 섬유, 섬유 및 톱밥으로 압축된 경판 및 합판을 포함하는 천연 목재, 연질 혹은 경질 목재, 적층 및 비적층 판지 및 섬유판이 있다.
연마용으로 사용될 수도 있는 공구의 일예로는 원형 톱, 프로파일 커터, 엔드 밀, 밀링 커터 및 루터(routers)와 같은 다중 팁 회전 공구가 있다. 공구 부품 또는 삽입체는 이러한 공구를 사용하는 임의의 적절한 공구 부품 또는 삽입체일 수도 있다.
본 발명은 다음의 예들을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
[예1]
입방정계 질화 붕소(c-BN) 알갱이 크기의 효과를 평가하기 위해서, 다양한 입자 크기의 다양한 양의 입방정계 질화 붕소가 11 중량%의 코발트를 함유하는 1 내지 2마이크론 크기 범위의 텅스텐 탄화물의 미세 알갱이 혼합물과 혼합되었다. 분말은 재료의 균일한 혼합을 이루도록 회전 볼 분쇄기 내에서 전체적으로 혼합되었다. 혼합은 응집 펠릿을 형성하도록 단축으로 압축되었다. 펠릿은 금속 캐니스터 내에 적재되고 그 후 1100℃에서의 진공하에서 기체가 빼내어져서 전자 빔 용접에 의해 밀봉되었다. 밀봉된 용기는 표준 고압/고온 장치의 반응 캡슐 내부에 적재되고 적재된 캡슐은 이 장치의 반응 중심에 위치되었다. 캡슐의 내용물은 대략 1450℃의 온도 및 50kbar의 압력에 노출되었다. 이들 조건은 10분 동안 유지되었다. 처리의 완료 후에, 소결이 잘 이루어진 경질 및 내마모성 재료가 캐니스터로부터 회수되었다.
재료의 내마모성은 에폭시 수지로 채워진 실리카 가루가 다음 조건를 사용하여 기계 가공되는 회전 실험을 통해 조사되었다.
샘플 모양: 90°4분원 3.2 mm 두께
공구 홀더: 중립
위면 경사각: 0도
여유 각도: 6도
절삭 속도: 10 m/min
절삭 깊이: 1.0 mm
공급률: 0.3 mm/rev
실험 기간: 60초
재료의 최대 측면 마모는 도1에 도시된다. 그래프는 최고 마모 저항이 미세 알갱이 c-BN 초기 입자 크기를 사용하여 이루어짐을 보여준다.
[예2]
코발트 함유 및 c-BN 함유의 효과를 입수하기 위해, 새로운 일회분의 재료가 예1의 방법을 사용하여 제조되었다. c-BN 알갱이 크기는 1 내지 2마이크론으로 일정하게 유지되었다. 측정의 결과를 향상시키기 위해 동일한 회전 실험이 60초로 증가된 기간으로 예1에서와 같이 사용되었다. 실험의 결과는 도2에 도시된다. 내마모성은 c-BN 함유량의 증가와 함께 증가되고 낮은 코발트 함유량에 의해 촉진되는 것을 알 수 있다.
[예3]
예1 및 예2로부터 선택된 표본이 공구 제조용으로 제시되었다. 비교적 높은 c-BN 함유량을 가진 경우에도, 표본은 연마에 용이한 것을 알 수 있었다. 다결정질 다이아몬드용으로 일반적으로 사용되는 휠(wheel)을 사용할 때, 복합 재료는 초경 텅스텐 탄화물과 유사한 속도로 연마하고, 전형적인 초경합금 공구의 것과 유사한 기준의 우수한 에지 품질을 달성하였다. 모든 재료는 약간의 장점을 보이면서 미세 알갱이 재료의 연삭에 용이하였다. 또한, 방전 기계 가공도 신속하고 문제점이 없었다. 일반적으로 재료는 초경합금과 유사한 속도로 절삭한다. 속도는 c-BN 알갱이 함유량 및 알갱이 크기를 감소시킴으로써 증가되는 것을 보여준다.
[예4]
다수의 납땜 함금이 본 발명의 전형적인 재료의 납땜 강도를 측정하도록 평가되었다. 납땜 강도는 대략 재료 내에 존재하는 초경 합금의 체적비에 비례하는 것을 알 수 있었다. 검사된 모든 재료는 텅스텐 탄화물 및 철강에 대해 납땜 가능하였다.
예1에 기술된 방법을 사용하여 소결된 재료(C1로 표시)가 모두 1마이크론 내지 2마이크론의 크기 내인 14.9 중량%의 입방정계 질화 붕소, 75.7 중량%의 텅스텐 탄화물 및 9.4 중량% 코발트의 분발 혼합물로 형성되어 제조되고 납땜 실험의 매트릭스에 적용되었다. 이러한 재료 및 비교되는 초경합금의 최종 납땜 전단 강도는 표1에 도시된다. 납땜 강도는 존재하는 c-BN의 체적량에 관여된 것임을 알 수 있다.
주: DBF1은 알루미늄-니켈-망간-구리 합금임.
[예5]
예4에서 C1로 표시된 재료가 매체 밀도 판 상에 루팅(routing) 실험용으로 채용되었고 비교 대상은 다결정질 다이아몬드, 고속도강 및 텅스텐 탄화물 공구로 이루어졌다. 단일 홈 루터가 13mm 일반 직경으로 준비되었다. 0도의 윗면 경사각의 절삭 형상이 사용되었고 상대 마모율이 비교되었다. 절삭 속도는 21,120 rpm의 회전 속도를 사용하여 얻어지는 1000m/min이었다.
대략 1000mm x 300mm의 형상을 가진 패널이 준비되었다. 절삭은 "업-커팅(up-cutting) 모드로 각각의 판 상에서 이루어졌고, 절삭 패턴은 100m의 절삭이 각각의 패널로부터 얻어질 수 있도록 배열되었다. 루터는 10mm의 깊이로 패널을 관통하였고, 0.1mm/톱니(2122mm/min)의 일정 공급률이 모든 실험에서 적용되었다. 각각의 통과에 있어서 이송 내의 공구는 2mm이었다. 진공 추출이 목재 먼지를 제거하는데 사용되었다. 절삭날이 주기적으로 제거되었고, 절삭 에지 상에 생성된 측면 마모가 측정되었다.
매체 밀도 섬유판의 낮은 연마성에 기인하여 더 큰 저항의 커터 상에서 생성되는 마모를 검사하는 것이 어려웠다. 그러나, 고속도강은 50m보다 낮은 거리로기계 가공 후에 급속히 마모하여 마모 자국 폭이 0.2mm에 도달하였다. 다른 재료는 3000m의 전체 기계 가공 거리까지 실험되었다. 최종 측면 마모 자국 폭은 다음과 같다.
초경합금 0.135m
C1 0.063m
다결정질 다이아몬드 0.037m
기계 가공 후의 마모 자국의 외형이 스캐닝 전자 현미경 검사를 사용하여 검사되었다. 다결정질 다이아몬드 공구가 마이크로-치핑의 몇몇 흔적을 보인 반면에 C1 및 초경합금 공구의 마모는 점진적인 원형화에 의해 이루어졌음을 알 수 있었다.
[예6]
예5에 기술된 실험이 작업편으로서 판지를 사용하여 동일한 조건 하에서 반복되었다.
이러한 더 큰 연마성의 작업편의 경우 고속도강은 1미터 또는 2미터 내에서 매우 신속하게 마모하였고 초경합금은 단지 100m의 절삭 이후에 0.15mm 이상의 측면 마모를 보였다. 이런 측면 마모 후에는 절삭 공정이 수용할 수 없을 정도의 소음을 냈으며 적층 표면이 무딘 공구에 의해 심하게 치핑되었다. 반면에, 예4에서 C1로 표시된 재료는 현저하게 낮은 마모율을 보였고, 측면 마모가 0.15mm에 이를 때까지 공구 수명이 1500m 정도임을 알 수 있었다. 이는 초경합금에 비해 15배의 공구 수명 향상이다. 또한 다결정질 다이아몬드의 마모율이 비교 대상으로서 측정되었다. PCD 내마모성은 너무 높아서 공구 수명 한계점까지 공구을 가동시키는 것이 불가능하였다. 적어도 C1의 것보다 높은 크기 정도의 공구 수명이 기대될 수 있다.
판지는 대략 1mm 두께의 상부의 플라스틱 적층부, 고밀도 표면층 및 저밀도 코어에 의해 특징지어진다. 마모 자국 분석은 최대 공구 마모가 판 표면 근처의 고밀도 영역에서 일어나고 대부분 마모를 생성시키는 것은 이러한 고밀도 판지층 및 수지가 스며드는 적층부 모두인 것을 밝혀냈다. 경미한 마모가 판의 저밀도 내부에서 생성된다.
또한 실험의 완료 후 마모 자국 분석은 본 발명의 재료의 에지는 에지 치핑보다는 점진적인 원형화에 의해 마모함을 보여주었다. 마모 기구는 공구가 "흔적(witness)" 표시를 남기지 않으면서 마모됨에 따라 목재에 매끄러운 마감을 제공하기 때문에 목재 작업 분야에서 높이 평가되었다. 너무 취성이 높은 공구는 치핑이 발생하고 후속의 샌딩(sanding)을 요구할 수도 있는 절삭 표면 상의 수용할 수 없는 표시를 남긴다. 다결정질 다이아몬드의 경우에, 마모는 균일한 점진적인 마모 보다는 마이크로-치핑에 의해 일어나고 이는 몇몇 적용예에서는 문제가 될 수 있다. 향상된 내마모성과 함께 본 발명의 재료의 치핑 마모보다는 점진적인 원형화가 주요 장점 중의 하나이다.
[예7]
예4에서 C1로 표시된 재료가 섬유 시멘트 판의 에지 밀링에서 평가되었고 비교 대상은 다결정질 다이아몬드 및 텅스텐 탄화물 공구로 이루어졌다. 절삭날 구조는 도3에 도시되고 기계 가공 조건은 다음과 같다.
절삭 깊이 125mm 조인팅/리베팅 헤드
절삭 깊이 1mm
판 공급 10m/min
스핀들 3700rpm
절삭 폭 2mm
도4는 기계 가공된 직선 길이 함수로서의 공구 측면 마모를 도시한다. 순위는 이전 예의 판지의 기계 가공에서 얻은 것과 유사하다. 다결정질 다이아몬드는 마이크로-치핑의 흔적을 보인 반면에 본 발명의 재료는 부드러운 점진적인 형식으로 마모하는 것을 다시 한번 알 수 있었다.
[예8]
도7에 기술된 실험이 낮은 코발트 함유량의 재료로 반복되었다. 재료 내의 c-BN의 체적비는 예4에서 C1로 표시된 재료의 것과 동일하게 유지되었지만, 초경합금의 코발트 함유량은 6 중량%로 감소되었다.
새로운 재료는 C1에 비해 대략 30%의 성능 향상을 보였다.
[예9]
예4에서 C1로 표시된 재료가 에폭시 수지 내의 주철 부스러기의 원형 톱에서 실험되었다.
6mm x 4mm x 2mm의 치수를 가진 50개 조각들이 은 50%의 저온 납땜 합금을 사용하여 철강톱 블랭크(305mm 직경, 3mm 두께)에 납땝되었다. 초경합금 톱은 비교로서 100 톱니를 가졌다. 높은 톱니 하중을 보상하기 위해 공급률의 감소가 사용되지는 않았다.
본 발명의 재료로 이루어진 톱날 중 몇몇 톱니가 작동 중에 파손되어 표준 텅스텐 날과 비교하여 감소된 공구 수명을 나타냈지만, 절삭은 매우 양호한 품질이었다. 남은 톱니 상의 가시 마모량은 텅스텐 재료에 비교하여 현저하게 낮았다.
[예10]
예4에서 C1로 표시된 재료가 인코넬(Inconel) 718용 절삭 공구로서 평가되었다. 실험 변수는 다음과 같다.
재료 Inconel 718, 용액 처리
삽입체 형식 SPGN 090212F
절삭 형상
윗면 경사각 -6도 예를 들면 음의 공구 홀더 내의 양의 삽입체
여유 간격 13도
접근각 45도
절삭 속도 50m/min
공급율 0.2mm/rev
절삭 깊이 1.0mm
냉각제 사용
40분의 절삭 후 측면 마모는 대략 0.3mm이었다. 소량의 노칭이 관찰되었지만 이는 초경합금 공구 상에서 생성되는 것보다 낮았다. 부품 상에 생성된 표면 마감이 연삭 품질에 해당된다. 초경합금에 사용되는 일반적인 절삭 속도 및 공급률은 각각 25m/min 및 0.4 mm/rev이다. 이러한 속도에서, 0.5mm의 측면 마모 및 1.5mm의 노치가 대략 15분 후에 생성된다. 이러한 결과로부터, 종래의 초경합금에 비해 성능이 현저하게 우수함을 알 수 있다.
Claims (17)
- 다량의 탄화물 입자, 다량의 입방정계 질화 붕소 입자 및 응집, 소결된 형태로 접합되는 접합 금속 또는 합금을 포함하고,재료 중 상기 입방정계 질화 붕소 함유량은 10 중량% 내지 18 중량%이고, 입방정계 질화 붕소의 입자의 크기는 20마이크론 이하이며, 재료에는 실질적으로 육방정계 질화 붕소가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 내마멸성 및 내마모성 재료.
- 제1항에 있어서, 상기 탄화물 입자는 텅스텐 탄화물, 탈탄 탄화물, 티타늄 탄화물, 니오븀 탄화물 및 그 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택된 입자인 것을 특징으로 하는 내마멸성 및 내마모성 재료.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합 금속 또는 합금은 코발트, 철, 니켈 및 이들 금속 중 하나 이상을 포함하는 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 내마멸성 및 내마모성 재료.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 재료 중 상기 접합 금속 또는 합금 함유량은 재료 중 3 중량% 내지 15 중량%인 것을 특징으로 하는 내마멸성 및 내마모성 재료.
- 다량의 분리된 탄화물 입자 및 다량의 입방정계 질화 붕소 입자의 혼합물을 제공하는 단계 및 혼합물을 응집, 소결된 재료로 접합시킬 수 있는 접합 금속 또는 합금의 존재 하에서, 혼합물을 입방정계 질화 붕소가 결정학적으로 안정되고 실질적으로 육방정계 질화 붕소가 형성되지 않는 상승된 온도 및 압력 조건에 적용시키는 단계를 포함하고, 상기 입방정계 질화 붕소 입자가 혼합물 내에 다량으로 존재하여 재료 중 입방정계 질화 붕소 함유량이 10 중량% 내지 18 중량%이고, 입방정계 질화 붕소 입자는 20마이크론 이하의 입자 크기를 가지는 내마멸성 및 내마모성 재료를 생산하는 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 탄화물 입자는 텅스텐 탄화물, 탈탄 탄화물, 티타늄 탄화물, 니오븀 탄화물 및 그 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택된 입자인 것을 특징으로 하는 내마멸성 및 내마모성 재료를 생산하는 방법.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 접합 금속 또는 합금은 코발트, 철, 니켈 및 이들 금속 중 하나 이상을 포함하는 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 내마멸성 및 내마모성 재료를 생산하는 방법.
- 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 재료 중 상기 접합 금속 또는 합금의 함유량은 재료 중 3 중량% 내지 15 중량%인 것을 특징으로 하는 내마멸성 및내마모성 재료를 생산하는 방법.
- 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접합 금속 또는 합금은 분말 형태로 제공되거나, 세밀하게 분산된 금속이 되도록 후속적으로 열분해되거나 감소되는 염류 전구체, 금속 산화물 또는 유기 전구체의 형태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 내마멸성 및 내마모성 재료를 생산하는 방법.
- 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접합 금속 또는 합금은 다량의 분리된 탄화물 입자 및 다량의 입방정계 질화 붕소 입자와 혼합되고, 그 후 혼합물은 소결되는 것을 특징으로 하는 내마멸성 및 내마모성 재료를 생산하는 방법.
- 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접합 금속 또는 합금은 다량의 분리된 탄화물 입자 및 다량의 입방정계 질화 붕소 입자와 혼합되고, 그 후 냉간 압축되어 취약한 응집체를 생성하고, 그 후 응집체가 소결되는 것을 특징으로 하는 내마멸성 및 내마모성 재료를 생산하는 방법.
- 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접합 금속 또는 합금은 다량의 분리된 탄화물 입자 및 다량의 입방정계 질화 붕소 입자의 혼합물에 인접한 분리층의 형태로 공급되어 혼합물이 상승된 온도 및 압력 조건에 적용될 때 침투되는 것을 특징으로 하는 내마멸성 및 내마모성 재료를 생산하는 방법.
- 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상승된 온도 및 압력 조건은 1200℃ 내지 1600℃ 범위 내의 온도 및 30kbar 내지 70kbar 압력인 것을 특징으로 하는 내마멸성 및 내마모성 재료를 생산하는 방법.
- 목재 또는 다른 목질 섬유 재료로부터 선택된 작업편을 연마하는 방법이며,다량의 탄화물 입자, 다량의 입방정계 질화 붕소 입자 및 응집, 소결된 형태로 접합되는 접합 금속 및 합금을 포함하는 내마멸성 및 내마모성 재료로 구성된 공구 부품 또는 삽입체를 갖는 공구를 제공하는 단계, 작업편을 제공하는 단계, 공구 부품 또는 삽입체를 작업편과 접촉시키는 단계 및 공구 부품 또는 삽입체를 연마 방식으로 작업편으로 전진시키는 단계를 포함하고, 재료 중 입방정계 질화 붕소 입자의 함유량은 10 중량% 내지 18 중량%이고 입방정계 질화 붕소의 입자 크기는 20마이크론 이하이며 재료에는 실질적으로 육방정계 질화 붕소가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 탄화물 입자는 텅스텐 탄화물, 탈탄 탄화물, 티타늄 탄화물, 니오븀 탄화물 및 그 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택된 입자인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 접합 금속 또는 합금은 코발트, 철, 니켈 및 이들 금속 중 하나 이상을 포함하는 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 재료 중 상기 접합 금속 또는 합금 함유량은 재료 중 3 중량% 내지 15 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
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