JP2958851B2 - 微粒炭化クロムの製造方法 - Google Patents

微粒炭化クロムの製造方法

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JP2958851B2 JP6049999A JP4999994A JP2958851B2 JP 2958851 B2 JP2958851 B2 JP 2958851B2 JP 6049999 A JP6049999 A JP 6049999A JP 4999994 A JP4999994 A JP 4999994A JP 2958851 B2 JP2958851 B2 JP 2958851B2
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茂芳 森
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化クロムの製造方法
に関し、詳しくは、超微粒合金、サーメット、セラミッ
クス等に用いられる微粒炭化クロムの製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年,超微粒超硬合金,サーメット,セ
ラミックス等に炭化クロムが使用されている。そして,
すべての分野において,その工具寿命の長期化が要望さ
れており,そのためには,従来以上に均粒,微細かつ高
純度の炭化クロムが必要とされている。
【0003】ここで,酸化タングステン(WO3 )や酸
化モリブデン(MoO3 )は水素により容易に還元され
るが,酸化クロムは熱力学見地より水素による還元は不
可能である。したがって,炭化クロムを製造するには,
酸化クロム粉末と炭素粉末の混合粉を還元炭化する必要
がある。表1は,標準生成エンタルピーより求めた炭化
物1モルを得るのに必要な熱量を示す(単位,Kcal)。
表1から,IVa,Va,VIa族の酸化物を炭素粉末
で還元させる反応は,十分な熱の供給が必要である。
【0004】
【表1】 ここで,近年の炭化クロムの製造方法を簡単に述べる。
近年の炭化クロムの製造方法には,次の3種のタイプが
ある。その第1の方法は,金属クロム粉末と炭素粉末の
混合物をH2 気流中2000℃以上の温度域にて,プッ
シャータイプの連続炉やバッチタイプの真空炉中で炭化
処理を行う方法である(以下,従来技術1と呼ぶ)。ま
た,第2の方法は,酸化クロムに鉄族金属を加えた粉末
を浸炭性雰囲気にて900〜1000℃で気相炭化する
方法である(特開昭50−17040号公報参照,以
下,従来技術2と呼ぶ)。また,第3の方法は,酸化ク
ロムと炭素粉末とを混合し,H2 気流中1250℃以上
の温度域にて,プッシャータイプの連続炉やバッチタイ
プの真空炉中で炭化処理を行う方法である(特開昭54
−8361号公報,特開昭61−209907号公報参
照,以下,従来技術3と呼ぶ)。ここで,プッシャータ
イプの連続炉とは,円筒状の黒鉛の両端に直流電流を流
して加熱し,その後,所定の温度になった炉に,黒鉛で
できたボートの中に処理物を適当量充填して,プッシャ
ーで順次送っていく炉である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,従来技
術1で示された方法は,炭化処理温度が炭化クロムの融
点以上なので,炭化クロム粒子が焼結し,微粉末を得る
ためには,後工程での強力な粉砕が必要であり,コスト
的に不利である。
【0006】また,従来技術2で示された方法は,微粉
末を低い炭化温度で製造可能であるが,後工程での鉄族
金属の除去が必要であり,また生産性が悪くコスト的に
不利になるという欠点がある。
【0007】この従来技術3の方法では,プッシャータ
イプの連続炉やバッチタイプの真空炉中で炭化処理を行
う。しかし,酸化クロムの還元反応は吸熱反応なため,
ボートの中心部まで熱が伝達されにくく,ボート内で温
度格差を生じるため,中心部の酸化クロムを還元炭化す
るためには,多くの余分な熱を加えなければなならな
い。この結果,粒径1μm以上かつ,粒度分布の広い炭
化クロムとなる欠点がある。また,炉内部で温度格差を
少なくするには,その充填量を大幅に減らせなければな
らず,非生産的である。
【0008】そこで、本発明の技術的課題は、均粒微細
でかつ高純度である炭化クロムの製造方法を提供するこ
とにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは,均粒,微
細且つ高純度の炭化クロムを得るために,下記方法を見
出だしたものである。
【0010】即ち、本発明によれば、粒径0.5μm以
下の微粒な酸化クロム粉末と粒径1μm以下の微粒な炭
素粉末とを混合し、バインダーを用いてペレット状に成
形後、このペレットを回転炉を用いて水素気流中におい
て、1100〜1250℃で処理して全炭素含有量が
5.5〜13.5wt%であり、酸素含有量が0.3w
t%以下、鉄の含有量が0.05wt%以下で残部が実
質的にクロムからなり、粒径1μm以下の均粒微粒な炭
化クロム粉末を得ることを特徴とする微粒炭化クロムの
製造方法が得られる。
【0011】ここで、本発明において、全炭素含有量を
5.5〜13.5wt%としたのは、切削、耐摩工具等
に使用される炭化クロムは、Cr3 2 ,Cr7 3
Cr236 のうちのいずれかの形態であり、これらの炭
化物及びそれらの混合物の炭素含有量が前述の数値を取
るからである。
【0012】また,本発明において,酸素の含有量を
0.3%以下としたのは,0.3%を越える酸素を含有
すると微粒炭化クロムを用いて製造された材料,例え
ば,工具中にポアとして残り,工具の寿命を減少させる
からである。
【0013】また,本発明において,鉄の含有量を0.
05%以下としたのは,鉄が微粒炭化クロムを用いた合
金中で正常な相と異なる相を形成し,工具の寿命を減少
させるからである。
【0014】
【0015】ここで,本発明において,酸化クロム粉末
と炭素粉末の反応は固相と固相の反応であるため,原料
粉末である酸化クロムは,できる限り高純度且つ微粒で
なければならない。その理由は,酸化クロム粉末と炭素
粉末の接触面積を増大させ,迅速に還元炭化反応をさせ
るためである。
【0016】また,本発明において,整粒された造粒ペ
レットは,直径1〜2mm,長さ2〜5mmであること
が好ましい。その理由は,回転炉内でペレットが転がり
易く,かつ十分に還元炭化反応をさせるためである。こ
れ以上の大きさでは,ペレット中心部に未反応部分が発
生し,またこれ以下の大きさでは,回転炉内で詰まりが
発生してしまうからである。
【0017】また,本発明において,回転炉を用いたの
は,反応ガス(COガス)の除去を迅速にし,更に,原
料粉末を攪拌させながら連続的に供給し,熱を効率良く
伝えることにより固相−固相反応の反応性を高め,酸化
クロム粉末と炭素粉末が素早く炭化反応するようにし,
従来より低い温度で炭化させるためである。
【0018】また,本発明において,処理温度を110
0〜1250℃としたのは,1100℃以下の温度で
は,反応が十分ではなく酸素含有量が0.3wt%以上
となるためであり,1250℃以上の温度では,粉末の
粒成長が進み粒径1μm以上となるからである。
【0019】
【作用】本発明においては,微粒な原料を使用すること
により,酸化クロムと炭素粉末との接触面積を増やし,
回転炉を使用し,反応ガスを炉外へ迅速に排出させ,か
つ熱を効率良く伝えることにより,固相−固相反応の反
応性を高め,比較的低い温度で炭化を可能にする。
【0020】
【実施例】以下,本発明の実施例について説明する。 (実施例1)粒径0.2μmの酸化クロム(Cr
2 3 )と粒径0.1μmの炭素粉末(C)とをCr3
2 の組成になるように,配合した後,原料粉末を高速
回転混合機にて混合した後,バインダーを使用し,直径
1〜2mm,長さ2〜5mmのペレットに整粒し,得ら
れた造粒体を乾燥して原料粉末を作成した。この造粒体
を回転炉を用いて水素気流中で1100℃で反応せしめ
た。この時回転炉は,内径85mm,長さ2400mm
の黒鉛製の円筒内に,直径40mm,長さ2620mm
の黒鉛製ヒーターを設置したものであり,円筒を3rp
mで回転させ,水平に対して約6度傾けて使用した。回
転炉内は,水素ガスを1.0m3 /時間で流し,且つ黒
鉛製の円筒をヒーターに通電加熱することにより,円筒
内を1100℃に保った。この状態で,回転炉上部より
整粒したペレットを100g/分の割合で投入した。こ
のペレットの炉内滞在時間は約10分であった。このよ
うにして得られた本発明の実施例1に係る炭化クロムの
分析値と製造条件を下記表2の試料1に示した。また,
試料1の粒子構造を示す走査型電子顕微鏡による写真を
図1に示す。本発明の実施例外の比較例1及び2とし
て,炭化温度1000℃で処理した炭化クロムの分析値
(この場合,未還元の酸素が残る)を下記表2の試料2
に,炭化温度1400℃で処理した炭化クロムの分析値
(この場合,粒度が粗くなる)を下記表2の試料3に示
した。
【0021】比較例3として,酸化クロムと炭素粉末を
配合した粉末を従来法であるプッシャータイプの連続炉
にて,1500℃に保ち,水素ガスを1.2m3 /時間
流し,長さ300mmの黒鉛製ボートに造粒体を入れた
ボートを15分間隔で炉へ挿入した。この時,ヒートゾ
ーン滞在時間は約10分であった。このようにして得ら
れた炭化クロムを衝撃粉砕機で粉砕した炭化クロム粉末
の分析値を下記表2の試料4に超硬ボールにて粉砕した
炭化クロム粉末の分析値を下記2の試料5に示す。ま
た,試料4の粒子構造を示す走査型電子顕微鏡写真を図
2に示す。更に,1800℃で加熱処理した粉末を超硬
ボールにて粉砕した炭化クロム粉末の分析値を下記表2
の試料6に示す。また,試料6の粒子構造を示す走査型
電子顕微鏡写真を図3に示す。下記表1のTCは全炭素
含有量,Oは酸素含有量,Fe(原子吸光法)は鉄含有
量を夫々示している。図1乃至3の比較から,本発明の
実施例に係る試料1の炭化クロム(図1)は,比較例に
係る試料4及び6(図2及び3)よりも,極めて微粒で
あることが判る。 (実施例2)粒径0.2μmのCr2 3 と粒径0.1
μmの炭素粉末とをCr236 になるように配合した
後,原料粉末を高速回転混合機にて混合した後,バイン
ダーを使用し,直径1〜2mm,長さ2〜5mmのペレ
ットに整粒し,得られた造粒体を乾燥して原料粉末とし
た。この造粒体を回転炉を用いて水素気流中1250℃
で反応せしめた。この時の回転炉は,内径85mm,長
さ2400mmの黒鉛製の円筒内に,径40mm,長さ
2620mmの黒鉛製ヒータを設置したものであり,円
筒を3rpmで回転させ,水平に対し約6度傾けて使用
した。回転炉内は,水素ガスを1.0m3 /時間で流
し,かつ,黒鉛製の円筒ヒーターに通電加熱することに
より,円筒内を1250℃に保った。この状態で,回転
炉上部より整粒したペレットを100g/分の割合で投
入した。このペレットの炉内滞在時間は,約10分であ
った。このようにして得られた本発明品の分析値と製造
条件を下記表2の試料7に示した。
【0022】
【表2】 上記表2から本発明品(試料1及び試料7)は、FSS
S粒径及びBET粒径共に小さく、また、炭素含有量
(TC),O含有量,及びFe含有量も工具の製造に最
も適していることが分かる。また、配合時に炭素粉末量
を変えれば、Cr7 3 やその他の低級炭化物との混合
を製造することもできる。
【0023】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、高純度かつ、均粒で粒径1μm以下の工具に適した
微粒炭化クロムの製造方法を提供することができる。
【0024】本発明の製造方法は,微粒な原料を使用す
ることにより,低い温度での炭化することができ,コス
ト面で有利になるばかりではなく,量産にも適してい
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る試料1の炭化クロムの粒
子構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図2】比較例に係る試料4の炭化クロムの粒子構造を
示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図3】比較例に係る試料6の炭化クロムの粒子構造を
示す走査型電子顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湊 嘉洋 兵庫県伊丹市昆陽北1丁目1番1号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 昭50−127900(JP,A) 特開 昭56−155013(JP,A) 特開 昭50−86405(JP,A) 特開 昭48−37398(JP,A) 特開 平6−24727(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C01B 31/30 C22C 29/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒径0.5μm以下の微粒な酸化クロム
    粉末と粒径1μm以下の微粒な炭素粉末とを混合し、バ
    インダーを用いてペレット状に成形後、このペレットを
    回転炉を用いて水素気流中において、1100〜125
    0℃で処理して全炭素含有量が5.5〜13.5wt%
    であり、酸素含有量が0.3wt%以下、鉄の含有量が
    0.05wt%以下で残部が実質的にクロムからなり、
    粒径1μm以下の均粒微粒な炭化クロム粉末を得ること
    を特徴とする微粒炭化クロムの製造方法。
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CN104925810B (zh) * 2015-05-20 2017-03-01 河北工程大学 一种纳米碳化铬粉体的制备方法
CN111484015A (zh) * 2020-06-17 2020-08-04 王景军 一种碳化铬的冶炼方法
CN114506846B (zh) * 2022-02-15 2023-06-06 厦门金鹭特种合金有限公司 一种超细碳化物的生产方法及生产装置

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