CN106978574A - 装饰品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种即便是被研磨也会呈现良好的美学外观的装饰品。本发明的装饰品包括烧结体,该烧结体包含Fe、Cr、Ni、Si以及C,在将选自由Ti、V、Y、Zr、Nb、Hf以及Ta所组成的组中的一种元素作为第一元素,将是选自所述组中的一种元素、且在元素周期表中的族大于第一元素的元素、或者族相同而周期更大的元素作为第二元素时,该烧结体以0.01质量%以上0.5质量%以下的比例包含第一元素,以0.01质量%以上0.5质量%以下的比例包含第二元素,并且,在烧结体的厚度为200μm的表层的截面上,将Fe为主成分的第一区域的面积率设为P1、将Si或O为主成分的第二区域的面积率设为P2时,P2/(P1+P2)为0.3%以下。
Description
技术领域
本发明涉及装饰品。
背景技术
对于钟表用外装饰部件这样的装饰品,首先要求有优异的美学外观。有金属材料所具有的特有的质感是作为该美学外观的要素之一,金属材料不会发生变质等而长期维持制造时的状态会维持该质感。
作为装饰品的一种制造方法,已知有粉末冶金法。根据粉末冶金法,采用模具使金属粉末成形,从而可以高效地制造由目标形状的金属结构体构成的装饰品。
例如,在专利文献1中提出了包含Zr以及Si、而其余部分由选自由Fe、Co以及Ni构成的组中的至少一种和不可避免的元素构成的粉末冶金用金属粉末。如果将这样的粉末冶金用金属粉末应用于粉末冶金法,由于Zr的作用而烧结性提高,能够形成目标形状,并且,可以容易地制造高密度的烧结体。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2012-87416号公报
然而,在装饰品的情况下,在制造过程中通过对表面实施研磨操作,从而获得优异的美学外观。此外,为了消除日常使用中产生的小的损伤,有时也会对制造后的装饰品再次进行研磨操作。在这样的研磨操作中,通过使装饰品的表面研磨变薄,从而去除了包含损伤的表层。
但是,通过粉末冶金法制造的烧结体包含气孔,因此,通过研磨会露出气孔。其结果是,存在破坏金属材料所具有的特有的质感、装饰品的美学外观变差的问题。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种即便是被研磨也会呈现良好的美学外观的装饰品。
上述目的通过下面的本发明来实现。
本发明的装饰品其特征在于,包括:烧结体,所述烧结体包含Fe作为主成分,并且,所述烧结体以15质量%以上26质量%以下的比例包含Cr;以7质量%以上22质量%以下的比例包含Ni;以0.3质量%以上1.2质量%以下的比例包含Si;以及以0.005质量%以上0.3质量%以下的比例包含C,在将选自由Ti、V、Y、Zr、Nb、Hf以及Ta所组成的组中的一种元素作为第一元素,将是选自所述组中的一种元素、且在元素周期表中的族大于所述第一元素的元素、或者是选自所述组中的一种元素、且在元素周期表中的族与所述第一元素相同而在元素周期表中的周期大于所述第一元素的元素作为第二元素时,所述烧结体还以0.01质量%以上0.5质量%以下的比例包含所述第一元素;以及以0.01质量%以上0.5质量%以下的比例包含所述第二元素,在所述烧结体的从表面起的厚度为200μm的表层的截面上,当将Fe被包含作为主成分的第一区域D1的面积率设为P1、将Si或O被包含作为主成分的第二区域D2的面积率设为P2时,P2/(P1+P2)为0.3%以下。
由此,伴随着烧结体的高密度化,抑制了气孔的形成,因此,可以获得即便被研磨也能维持良好的美学外观的装饰品。
在本发明的装饰品中,优选地,所述烧结体的相对密度为98%以上。
由此,可以获得具有匹敌熔炼材料的优异的机械特性的同时、使表层的空孔的形成得以抑制的装饰品。
在本发明的装饰品中,优选地,所述烧结体具有奥氏体的晶体结构。
由此,对烧结体赋予了高耐腐蚀性以及大的延伸率,因此,可以获得耐腐蚀性高且耐冲击性也优异的装饰品。
优选地,本发明的装饰品是钟表用外装饰部件。
由此,可以获得即便是被研磨也会呈现良好的美学外观的钟表用外装饰部件。
附图说明
图1是示出应用了本发明的装饰品的实施方式的表壳的立体图。
图2是示出应用了本发明的装饰品的实施方式的表圈的局部截面立体图。
图3是示出应用了本发明的装饰品的实施方式的戒指的立体图。
图4是示出应用了本发明的装饰品的实施方式的刀具的平面图。
图5是示出用于本发明的装饰品的实施方式的烧结体的表层截面的示意图。
附图标记说明
1烧结体;10表层;11表壳;12表圈;21戒指;31刀具;112壳主体;114带安装部;212戒圈主体;214戒托;216宝石;218爪;312刀把部;314刀刃部;D1第一区域;D2第二区域;Z圆
具体实施方式
下面,对本发明的装饰品进行详细说明。
(装饰品)
本发明的装饰品是包括由后述的金属粉末的烧结体构成的部位的物品。
本发明的装饰品的实施方式例如可以应用于表壳(主体、后盖、主体和后盖一体化的一体壳(one-piece case)等)、表带(包括表带扣接部件、表带/表带体装卸机构(band-bangle attachment mechanism)等。)、表圈(例如旋转表圈等)、表冠(例如旋入锁定式表冠(screw-lock crown)等)、按钮、玻璃缘、表盘环(dial ring)、视觉限制板、密封件等钟表用外装饰部件;眼镜(例如眼镜框)、领带夹、袖扣、戒指、项链、手链、脚链、胸针、挂坠、耳环、耳钉等随身饰品;勺子、叉子、筷子、刀具、黄油刀、开瓶器等餐具;打火机或者其壳体;高尔夫球杆这样的体育用品;名牌、面板、奖杯、其它壳体(例如便携式电话、智能手机、平板终端、移动型计算机、音乐播放器、照相机、刮胡刀等的壳体)的各种装置部件;各种容器等。
这些物品均要求优异的美学外观,因此,通过研磨等来实现表面的平滑化。由此,装饰品可以呈现出金属材料特有的质感,获得优异的美学外观。其结果是装饰品可以提升其价值。
此外,这些物品均是可能接触人体皮肤来使用的物品,需要具有对于汗液、唾液这样的体液、食品、洗涤剂、其它药品等的耐受性。因此,通过将本发明的装饰品应用于这些物品,可以实现耐腐蚀性优异的装饰品,即、可以实现长期维持优异的美学外观的同时还能对抗体液等而难以产生变质等的装饰品。
下面,作为本发明的装饰品的实施方式的例子,举出钟表用外装饰部件(外装部件)、随身饰品以及餐具来进行说明。
(钟表用外装饰部件)
首先,对应用了本发明的装饰品的实施方式的钟表用外装饰部件进行说明。
图1是示出应用了本发明的装饰品的实施方式的表壳的立体图,图2是示出应用了本发明的装饰品的实施方式的表圈的局部截面立体图。
图1所示的表壳11具备壳主体112、和从壳主体112突出设置并用于安装表带的带安装部114。这样的表壳11可以和未图示的玻璃板、后盖一起来构筑容器。在该容器内收纳未图示的机芯(movement)、表盘等。因此,该容器在保护机芯等免受外部环境影响的同时,也会对钟表的美学外观产生较大的影响。
图2所示的表圈12呈环状,安装于表壳,可以根据需要相对于表壳进行旋转。当将表圈12安装于了表壳时,表圈12位于表壳的外侧,因此,表圈12会左右钟表的美学外观。
另一方面,表壳11、表圈12这样的钟表用外装饰部件容易在使用钟表时受到损伤。为此,通过对表壳11、表圈12的表面实施研磨操作来进行使损伤变浅或消失这样的维护。此时,通过表壳11、表圈12具备后述的烧结体,从而不易在研磨面上露出空孔,能够实现研磨面的平滑化。由此,可以赋予表壳11、表圈12的表面以金属材料特有的质感,能够确保优异的美学外观。
此外,这样的表壳11、表圈12是在接触人的手腕等的状态下使用的,从而会长时间地接触汗液。为此,在表壳11、表圈12的耐腐蚀性较低的情况下,会存在由于汗液导致生锈、引起美学外观的劣化或机械特性的降低等的担忧。因此,通过将后述的皮肤接触材料用作这样的钟表用外装饰部件的构成材料,从而可以获得耐腐蚀性优异的钟表用外装饰部件。
(随身饰品)
下面,对应用了本发明的装饰品的实施方式的随身饰品进行说明。
图3是示出应用了本发明的装饰品的实施方式的戒指的立体图。
图3所示的戒指21具备戒圈主体212、设置于戒圈主体212的戒托214和安装于戒托214的宝石216。在该戒指21中,戒圈主体212以及戒托214是通过后述的皮肤接触材料而一体构成的。此外,宝石216被戒托214所具备的铆接爪218所固定。
另一方面,戒圈主体212、戒托214容易在使用戒指21时受到损伤。为此,通过对戒圈主体212、戒托214的表面实施研磨操作来进行使损伤变浅或消失这样的维护。此时,通过戒圈主体212、戒托214具备后述的烧结体,从而不易在研磨面上露出空孔,能够实现研磨面的平滑化。由此,可以赋予戒圈主体212、戒托214的表面以金属材料特有的质感,能够确保优异的美学外观。
此外,戒圈主体212以及戒托214是在接触人的手指等的状态下使用的,从而会长时间地接触汗液。为此,在戒圈主体212、戒托214的耐腐蚀性较低的情况下,会存在由于汗液导致生锈、引起美学外观的劣化或机械特性的降低的担忧。因此,通过将后述的皮肤接触材料用作戒圈主体212以及戒托214的构成材料,从而可以获得耐腐蚀性优异的随身饰品。
(餐具)
下面,对应用了本发明的装饰品的实施方式的餐具进行说明。
图4是示出应用了本发明的装饰品的实施方式的刀具的平面图。
图4所示的刀具31具备刀把部312、从刀把部312延伸出来的刀刃部314。这些刀把部312以及刀刃部314是通过后述的皮肤接触材料(装饰品用材料)而一体构成的。此外,刀把部312是在接触人的手等的状态下使用的,也会长时间地接触汗液。进而,刀刃部314是在接触食品等的状态下使用的,因此,会接触到酸等。为此,在刀把部312、刀刃部314的耐腐蚀性较低的情况下,会存在由于汗液、酸导致生锈、引起美学外观的劣化或机械特性的降低的担忧。因此,通过将后述的皮肤接触材料用作刀把部312以及刀刃部314的构成材料,从而可以获得耐腐蚀性优异的餐具。
另一方面,刀把部312以及刀刃部314容易在使用刀具31时受到损伤。为此,通过对刀把部312以及刀刃部314的表面实施研磨操作来进行使损伤变浅或消失这样的维护。此时,刀把部312以及刀刃部314具备后述的烧结体,从而难以在研磨面上露出空孔,能够实现研磨面的平滑化。由此,可以赋予刀把部312以及刀刃部314的表面以金属材料特有的质感,能够确保优异的美学外观。
需要注意的是,如以上说明的钟表用外装饰部件、随身饰品以及餐具的各形状不过是一个例子,本发明的装饰品的实施方式并不限定于图示的形状。例如,钟表用外装饰部件并不限定于手表用的外装饰部件,也可以应用于怀表用的外装饰部件。
(装饰品的构成材料)
下面,对构成本发明的装饰品的材料进行说明。本发明的装饰品包括由通过粉末冶金法制得的烧结体构成的部位。下面,对这样的烧结体进行说明。
在粉末冶金中,使包含粉末冶金用金属粉末和粘结剂的组合物成形为期望的形状后,通过脱脂、烧结,获得期望形状的烧结体。通过这样的粉末冶金技术,与其它的冶金技术相比,具有可以近终形(接近最终形状的形状)地制造复杂且细微形状的烧结体的优点。
用于本发明装饰品的制造的粉末冶金用金属粉末是以15质量%以上26质量%以下的比例包含Cr、以7质量%以上22质量%以下的比例包含Ni、以0.3质量%以上1.2质量%以下的比例包含Si、以0.005质量%以上0.3质量%以下的比例包含C、以0.01质量%以上0.5质量%以下的比例包含后述的第一元素、以0.01质量%以上0.5质量%以下的比例包含后述的第二元素、且剩余部分由Fe以及其它元素构成的金属粉末。利用这样的金属粉末,实现了合金组成的最优化,其结果,可以特别提高烧结时的致密化。由此,无需实施追加处理即可制造高密度的烧结体。
此外,以该烧结体的表面为起点将厚度200μm的范围设为“表层”。在该表层的截面上,将Fe被包含作为主成分的区域设为第一区域D1、将Si或O被包含作为主成分的区域设为第二区域D2。此外,将表层的截面上的第一区域D1的面积率设为P1、将表层的截面上的第二区域D2的面积率设为P2。
此时,上述烧结体满足P2/(P1+P2)为0.3%以下的条件。
这样的烧结体特别是表层的气孔的含有率较少。为此,即使是表面被研磨,也可以抑制露出的气孔的数量、大小,能够将气孔对于美学外观的恶劣影响控制在最小限度。其结果是,可以获得研磨面的美学外观优异的烧结体。这样的烧结体有助于装饰品的美学外观的提升。
此外,上述这样的烧结体通过实现其高密度化,从而成为机械特性优异的烧结体。为此,可以进一步提高装饰品的耐磨损性、耐久性。
需要说明的是,第一元素是选自由Ti、V、Y、Zr、Nb、Hf以及Ta这7种元素所组成的组中的一种元素,第二元素是选自由所述7种元素所组成的组中的一种元素、且是在元素周期表中的族大于第一元素的元素,或者第二元素是选自由所述7种元素所组成的组中的一种元素、且是在元素周期表中的族和被选为第一元素的元素相同、而元素周期表中的周期大于第一元素的元素。
下面,对用于本发明的烧结体的合金组成进行进一步详细说明。
Cr(铬)是赋予所制造的烧结体以耐腐蚀性的元素,由于包含Cr,从而可以获得能够长期维持高机械特性的烧结体。
烧结体中的Cr的含有率为15质量%以上26质量%以下,但是,优选为15.5质量%以上25质量%以下,更优选为16质量%以上21质量%以下,进一步优选为16质量%以上20质量%以下。Cr的含有率如果低于所述下限值,则取决于整体的组成,所制造的烧结体的耐腐蚀性会不充分。另一方面,如果Cr的含有率高于所述上限值,则取决于整体的组成,烧结性会降低,难以实现烧结体的高密度化。
需要注意的是,Cr的含有率根据后述的Ni、Mo的含有率来规定进一步优选的范围。例如,在Ni的含有率为7质量%以上22质量%以下、且Mo的含有率为小于1.2质量%的情况下,进一步优选Cr的含有率为18质量%以上20质量%以下。另一方面,在Ni的含有率为10质量%以上22质量%以下、且Mo的含有率为1.2质量%以上5质量%以下的情况下,进一步优选Cr的含有率为16质量%以上且不到18质量%。
Ni(镍)是赋予所制造的烧结体以耐腐蚀性、耐热性的元素。烧结体中的Ni的含有率为7质量%以上22质量%以下,但是,优选为7.5质量%以上17质量%以下,更优选为8质量%以上15质量%以下。通过将Ni的含有率设定在所述范围内,从而可以获得长期保持机械特性优异的烧结体。
需要说明的是,Ni的含有率如果低于所述下限值,则取决于整体的组成,存在无法充分提高所制造的烧结体的耐腐蚀性、耐热性的担忧,另一方面,如果Ni的含有率高于所述上限值,反而会有耐腐蚀性、耐热性降低的担忧。
Si(硅)是赋予所制造的烧结体以耐腐蚀性以及高机械特性的元素,由于包含Si,从而可以获得能够长期维持高机械特性的烧结体。
烧结体中的Si的含有率为0.3质量%以上1.2质量%以下,但是,优选为0.4质量%以上1.1质量%以下,更优选为0.5质量%以上0.9质量%以下。如果Si的含有率低于所述下限值,则取决于整体的组成,添加Si的效果不明显,因此,所制造的烧结体的耐腐蚀性、机械特性降低。另一方面,如果Si的含有率高于所述上限值,则取决于整体的组成,Si会过多,因此,反而会导致耐腐蚀性、机械特性降低。
C(碳)通过和后述的第一元素、第二元素并用,可以特别提高烧结性,实现高密度化。具体而言,通过第一元素、第二元素分别与C结合,生成碳化物。通过该碳化物分散、析出,产生防止晶粒显著成长的效果。获得这样的效果的明确理由不清楚,但是,作为理由之一,认为是分散的析出物作为障碍阻碍了晶粒的显著成长,因此,抑制晶粒尺寸的偏差。由此,不易在烧结体中产生空孔的同时,防止晶粒的肥大化,从而可以获得高密度且机械特性高的烧结体。
烧结体中的C的含有率为0.005质量%以上0.3质量%以下,但是,优选为0.008质量%以上0.15质量%以下,更优选为0.01质量%以上0.08质量%以下。如果C的含有率低于所述下限值,则取决于整体的组成,晶粒易于成长,烧结体的机械特性将变得不充分。另一方面,如果C的含有率高于所述上限值,则取决于整体的组成,C会过多,反而会导致烧结性降低。
第一元素以及第二元素使碳化物、氧化物(下面,总称为“碳化物等”)析出。并且,认为该析出的碳化物等在金属粉末烧结时会阻碍晶粒的显著成长。其结果是,如前所述,不易在烧结体中产生空孔的同时,防止晶粒的肥大化,从而可以获得高密度且机械特性高的烧结体。
而且,虽然详细内容会在后面进行描述,但是,析出的碳化物等会在晶界(crystalgrain boundary)处促进氧化硅的集聚,其结果是,可以在抑制晶粒的肥大化的同时,实现促进烧结和高密度化。
第一元素以及第二元素是选自由Ti、V、Y、Zr、Nb、Hf以及Ta所组成的组中的两种元素,但是,优选包括属于长周期型元素周期表的3A族或4A族的元素(Ti、Y、Zr、Hf)。由于包含属于3A族或4A族的元素作为第一元素以及第二元素中至少一方,从而可以去除作为氧化物而包含在金属粉末中的氧,能够特别提高金属粉末的烧结性。
此外,如前所述,第一元素是选自由Ti、V、Y、Zr、Nb、Hf以及Ta组成的组中的一种元素即可,但优选为所述组中属于长周期型元素周期表的3A族或4A族的元素。所述组中的属于3A族或4A族的元素可以去除作为氧化物而包含在金属粉末中的氧,能够特别提高金属粉末的烧结性。由此,可以实现烧结后残存在晶粒内的氧浓度的降低。其结果是,可以实现烧结体的含氧率的降低,实现高密度化。此外,这些元素是活性高的元素,因此,认为会带来迅速的原子扩散。为此,由于该原子扩散成为驱动力而使金属粉末的粒子间距离高效地缩小,在粒子间形成烧结颈(ネック),从而促进成形体的致密化。其结果是,可以实现烧结体的进一步高密度化。
另一方面,如前所述,第二元素是选自由Ti、V、Y、Zr、Nb、Hf以及Ta所组成的组中的一种元素、且是不同于第一元素的元素即可,但优选为所述组中属于长周期型元素周期表的5A族的元素。所述组中的属于5A族的元素特别是高效地使前述的碳化物等析出,因此,可以高效地阻碍烧结时的晶粒的显著成长。其结果是,可以促进细微的晶粒的生成,实现烧结体的高密度化和机械特性的提高。
需要说明的是,在由上述那样的元素构成的第一元素和第二元素的组合中,可以不相互阻碍地发挥各自的效果。为此,包含这样的第一元素以及第二元素的金属粉末是可以制造特别高密度的烧结体的金属粉末。
此外,更优选采用第一元素是属于4A族的元素、第二元素是Nb的组合。
此外,进一步优选采用第一元素是Zr或Hf、第二元素是Nb的组合。
通过采用这样的组合,上述效果会更加显著。
此外,在这些元素中,Zr是铁素体生成元素,因此,可以使体心立方晶格相(body-centered cubic lattice phase)析出。该体心立方晶格相与其它晶格相相比,其烧结性更加优异,因此,有助于烧结体的高密度化。
烧结体中的第一元素的含有率为0.01质量%以上0.5质量%以下,但是,优选为0.03质量%以上0.2质量%以下,更优选为0.05质量%以上0.1质量%以下。如果第一元素的含有率低于所述下限值,则取决于整体的组成,添加第一元素的效果不明显,因此,所制造的烧结体的高密度化会不充分。另一方面,如果第一元素的含有率高于所述上限值,则取决于整体的组成,第一元素会过多,因此,前述的碳化物等的比率会过多,反而有损高密度化。
烧结体中的第二元素的含有率为0.01质量%以上0.5质量%以下,但是,优选为0.03质量%以上0.2质量%以下,更优选为0.05质量%以上0.1质量%以下。如果第二元素的含有率低于所述下限值,则取决于整体的组成,添加第二元素的效果不明显,因此,所制造的烧结体的高密度化会不充分。另一方面,如果第二元素的含有率高于所述上限值,则取决于整体的组成,第二元素会过多,因此,前述的碳化物等的比率会过多,反而有损高密度化。
需要注意的是,如前所述,第一元素以及第二元素分别使碳化物等析出,但是,在如前所述地选择属于3A族或4A族的元素作为第一元素、如前所述地选择属于5A族的元素作为第二元素的情况下,推测在烧结金属粉末时,第一元素的碳化物等析出的时机和第二元素的碳化物等析出的时机会彼此错开。可以认为,通过像这样地使碳化物等析出的时机错开来缓缓地推进烧结,从而空孔的生成得到抑制,可获得致密的烧结体。即、可以认为,由于存在第一元素的碳化物等和第二元素的碳化物等双方,从而可以在实现高密度化的同时,抑制晶粒的肥大化。
此外,优选考虑作为第一元素而选择的元素的质量数以及作为第二元素而选择的元素的质量数来设定第一元素的含有率和第二元素的含有率的比率。
具体而言,在将第一元素的含有率E1(质量%)除以第一元素的质量数所得的值作为指数X1、将第二元素的含有率E2(质量%)除以第二元素的质量数所得的值作为指数X2时,优选指数X1相对于指数X2的比率X1/X2为0.3以上3以下,更优选为0.5以上2以下,进一步优选为0.75以上1.3以下。通过将X1/X2设定在所述范围内,可以使第一元素的碳化物等的析出时机和第二元素的碳化物等的析出时机的错开最为恰当。由此,可以将残存在成形体中的空孔以从内侧依次清除的方式排除,因此,可以将烧结体中产生的空孔抑制在最小限度。因此,通过将X1/X2设定在所述范围内,可以获得高密度且机械特性优异的烧结体。此外,由于第一元素的原子数和第二元素的原子数的平衡被最优化,因此,可以协同地发挥第一元素所带来的效果和第二元素所带来的效果,能够获得特别高密度的烧结体。
这里,关于第一元素以及第二元素的具体组合的例子,基于上述的比率X1/X2的范围,还算出了含有率E1(质量%)与含有率E2(质量%)的比率E1/E2。
例如,在第一元素为Zr、第二元素为Nb的情况下,Zr的质量数为91.2、Nb的质量数为92.9,因此,优选E1/E2为0.29以上2.95以下,更优选为0.49以上1.96以下。
此外,在第一元素为Hf、第二元素为Nb的情况下,Hf的质量数为178.5、Nb的质量数为92.9,因此,优选E1/E2为0.58以上5.76以下,更优选为0.96以上3.84以下。
此外,在第一元素为Ti、第二元素为Nb的情况下,Ti的质量数为47.9、Nb的质量数为92.9,因此,优选E1/E2为0.15以上1.55以下,更优选为0.26以上1.03以下。
此外,在第一元素为Nb、第二元素为Ta的情况下,Nb的质量数为92.9、Ta的质量数为180.9,因此,优选E1/E2为0.15以上1.54以下,更优选为0.26以上1.03以下。
此外,在第一元素为Y、第二元素为Nb的情况下,Y的质量数为88.9、Nb的质量数为92.9,因此,优选E1/E2为0.29以上2.87以下,更优选为0.48以上1.91以下。
此外,在第一元素为V、第二元素为Nb的情况下,V的质量数为50.9、Nb的质量数为92.9,因此,优选E1/E2为0.16以上1.64以下,更优选为0.27以上1.10以下。
此外,在第一元素为Ti、第二元素为Zr的情况下,Ti的质量数为47.9、Zr的质量数为91.2,因此,优选E1/E2为0.16以上1.58以下,更优选为0.26以上1.05以下。
此外,在第一元素为Zr、第二元素为Ta的情况下,Zr的质量数为91.2、Ta的质量数为180.9,因此,优选E1/E2为0.15以上1.51以下,更优选为0.25以上1.01以下。
此外,在第一元素为Zr、第二元素为V的情况下,Zr的质量数为91.2、V的质量数为50.9,因此,优选E1/E2为0.54以上5.38以下,更优选为0.90以上3.58以下。
需要注意的是,关于上述的组合之外的情况,也可以和上述同样地计算出E1/E2。
此外,关于第一元素的含有率E1和第二元素的含有率E2的合计(E1+E2),优选为0.05质量%以上0.6质量%以下,更优选为0.10质量%以上0.48质量%以下,进一步优选为0.12质量%以上0.24质量%以下。通过将第一元素的含有率和第二元素的含有率的合计设定在所述范围内,从而所制造的烧结体的高密度化必然且充分。
此外,在将第一元素的含有率和第二元素的含有率的合计相对于Si的含有率的比率设为(E1+E2)/Si时,优选(E1+E2)/Si为0.1以上0.7以下,更优选为0.15以上0.6以下,进一步优选为0.2以上0.5以下。通过将(E1+E2)/Si设定在所述范围内,从而由于第一元素以及第二元素的添加,充分地弥补添加了Si时的韧性的降低等。其结果是,可以获得虽然是高密度,但韧性等机械特性优异且缘于Si的耐腐蚀性也优异的烧结体。
并且,可以认为,通过适量添加第一元素以及第二元素,从而在烧结体中的晶界处,第一元素的碳化物等以及第二元素的碳化物等成为“核”,产生氧化硅的集聚。由于氧化硅集聚于晶界,从而晶粒内的氧化物浓度降低,因此,可以实现烧结的促进。其结果是,可以认为烧结体的高密度化得到进一步促进。
进而,析出的氧化硅在集聚的过程中易于移动到晶界的三相点,因此,会抑制该点上的结晶成长(钉扎效应(flux pinning effect))。其结果是,晶粒的显著成长得到抑制,获得具有更加细微的结晶的烧结体。这样的烧结体机械特性特别高。
进而,在将第一元素的含有率和第二元素的含有率的合计相对于C的含有率的比率设为(E1+E2)/C时,优选(E1+E2)/C为1以上16以下,更优选为2以上13以下,进一步优选为3以上10以下。通过将(E1+E2)/C设定在所述范围内,可以使添加了C时的硬度上升以及韧性降低、和通过第一元素以及第二元素的添加所带来的高密度化并存。其结果是,可以获得拉伸强度、韧性等机械特性优异的烧结体。
需要注意的是,虽然在烧结体中包含选自由Ti、V、Y、Zr、Nb、Hf以及Ta所组成的组中的两种元素即可,但是,也可以还包含从该组中选择的、与这两种元素不同的元素。即、在烧结体中也可以包含从所述组中选择的三种以上的元素。由此,虽然因组合方式而多少有所不同,但是,可以进一步增强前述的效果。
将以该烧结体的表面为起点厚度(深度)为200μm的范围设为“表层”。
这里,图5是示出用于本发明的装饰品的实施方式中的烧结体的表层截面的示意图。
在图5所示的烧结体1的表层10的截面上,将Fe被包含作为主成分的区域设为第一区域D1、将Si或O被包含作为主成分的区域设为第二区域D2。此外,将表层的截面中的第一区域D1的面积率设为P1、将表层的截面中的第二区域D2的面积率设为P2。
此时,上述烧结体满足P2/(P1+P2)为0.3%以下的条件。此外,优选满足P2/(P1+P2)为0.1%以下的条件,更优选满足为0.05%以下的条件。
这样的烧结体特别是表层中的气孔或异物的含有率较少。为此,即使表面被研磨,也可以抑制露出的气孔、异物的数量、大小,能够将气孔、异物对美学外观的恶劣影响控制在最小限度。其结果是,可以获得研磨面的美学外观优异的烧结体。这样的烧结体有助于装饰品的美学外观的提升。
换言之,现有的烧结体满足了P2/(P1+P2)大于0.3%的条件。这样的烧结体由于包含较多的第二区域D2而阻碍了烧结体的致密化,从而包含较多的气孔。为此,在表面被研磨了时,该气孔露出较多,有损装饰品的美学外观。
此外,上述那样的烧结体实现了其高密度化,从而机械特性优异。为此,可以进一步提高装饰品的耐磨损性、耐久性。
需要注意的是,第一区域D1以及第二区域D2是分别根据烧结体的截面的电子显微镜照片的浓淡以及定性定量分析而确定的。
此外,烧结体的截面中的第二区域D2可以是任何形状,但是,优选为圆形。通过包含这样的第二区域D2,可以进一步提高烧结体的机械特性。需要说明的是,圆形包含正圆、长圆、椭圆等。
由于包含有规定比率以上的第二区域D2,从而可以实现表层的充分的致密化,能够获得研磨面的美学外观优异的烧结体。这样的烧结体有助于装饰品的美学外观的提升。
需要注意的是,在第一区域D1中,全部元素中Fe占最大含有率。因此,第一区域D1的组成大致延续了前述的烧结体的组成。
另一方面,在第二区域D2中,全部元素中Si或O占最大含有率。因此,在第二区域D2中,Si以及O以氧化硅的状态存在的可能性高。
此外,例如在能量色散型X射线分析这样的定性定量分析中,可以通过利用图谱分析(mapping analysis)来容易地确定各区域的组成。
需要说明的是,在表层10的截面中绘制了半径100μm的圆Z时,在该圆Z内分别求得表层10中的第一区域D1的面积率以及第二区域D2的面积率(参照图5)。
此外,优选表层10中的面积率P1为90%以上,更优选为95%以上。由此,第一区域D1成为支配性的,烧结体的特性变得良好。需要注意的是,在表层10中,也可以包含第一区域D1以及第二区域D2以外的区域。
此外,第一区域D1中的Fe的含有率为烧结体1整体中的Fe的含有率的0.5倍以上1.5倍以下,更优选为0.8倍以上1.2倍以下。
另一方面,第二区域D2中的主成分元素(Si或O)的含有率优选为30质量%以上,更优选为40质量%以上,进一步优选为50质量%以上。
此外,在烧结体中,将表层的内侧作为“内部”。在烧结体的内部的截面上,优选P2/(P1+P2)满足大于0.3%且为10%以下的条件,更优选满足0.5%以上7%以下的条件,进一步优选满足1%以上5%以下的条件。由于烧结体的内部满足这样的条件,从而可以在内部和表层实现应力的均衡。为此,可以实现表层的致密化和烧结体的机械特性的并存。即、如果表层被高度地致密化,则会易于受到残余应力的影响,但是,由于内部满足前述的条件,因此,可以抑制残余应力对烧结体的影响。其结果是,可以获得尽管表层被高度地致密化,但机械特性优异的烧结体。
进而,内部的P2/(P1+P2)优选比表层的P2/(P1+P2)大1%以上,更优选大1.5%以上,进一步优选大2%以上。由于有这样的面积率差(占有率差),从而通过内部来缓和前述的残余应力的影响的效果增强。其结果是,可以获得尽管表层被高度地致密化,但机械特性优异的烧结体。
需要注意的是,面积率差的上限值优选为10%左右,更优选为7%左右。由此,可以实现表层和内部的均衡,能够进一步提高烧结体的机械特性。
此外,在烧结体的截面中,当以从表面起深度5mm的位置为中心绘制了半径100μm的圆时,在该圆内分别求得内部的第一区域D1的面积率以及第二区域D2的面积率。
此外,优选内部的面积率P1为90%以上,更优选为95%以上。由此,第一区域D1占支配地位,烧结体的特性变得良好。需要注意的是,在内部中,也可以包含第一区域D1以及第二区域D2以外的区域。
用于本发明的烧结体除了这些元素之外,可以根据需要,包含Mn、Mo、Cu、N以及S中的至少一种。此外,也存在不可避免地包含这些元素的情况。
Mn和Si同样地是赋予所制造的烧结体以耐腐蚀性以及高机械特性的元素。
烧结体中的Mn的含有率并没有特别的限定,但是,优选为0.01质量%以上3质量%以下,更优选为0.05质量%以上1质量%以下。通过将Mn的含有率设定在所述范围内,可以获得高密度且机械特性优异的烧结体。
需要说明的是,如果Mn的含有率低于所述下限值,则取决于整体的组成,存在未充分地提高所制造的烧结体的耐腐蚀性、机械特性的担忧,另一方面,如果Mn的含有率高于所述上限值,反而会存在耐腐蚀性、机械特性降低的担忧。
Mo是增强所制造的烧结体的耐腐蚀性的元素。
烧结体中的Mo的含有率并没有特别的限定,但是,优选为1质量%以上5质量%以下,更优选为1.2质量%以上4质量%以下,进一步优选为2质量%以上3质量%以下。通过将Mo的含有率设定在所述范围内,从而不会导致所制造的烧结体的密度大幅降低,可以进一步增强烧结体的耐腐蚀性。
Cu是增强所制造的烧结体的耐腐蚀性的元素。
烧结体中的Cu的含有率并没有特别的限定,但是,优选为5质量%以下,更优选为1质量%以上4质量%以下。通过将Cu的含有率设定在所述范围内,从而不会导致所制造的烧结体的密度大幅降低,可以进一步增强烧结体的耐腐蚀性。
N是提高所制造的烧结体的耐力等机械特性的元素。
烧结体中的N的含有率并没有特别的限定,但是,优选为0.03质量%以上1质量%以下,更优选为0.08质量%以上0.3质量%以下,进一步优选为0.1质量%以上0.25质量%以下。通过将N的含有率设定在所述范围内,从而不会导致所制造的烧结体的密度大幅降低,可以进一步提高烧结体的耐力等机械特性。
需要注意的是,作为制造添加了N的烧结体的方法,在粉末冶金法中,例如可以列举出采用使用氮化的原料而制造的金属粉末的方法、采用对熔融金属导入氮气的同时而制造的金属粉末的方法、采用实施了氮化处理的金属粉末的方法等。
S是用于提高所制造的烧结体的切削性的元素。
烧结体中的S的含有率并没有特别的限定,但是,优选为0.5质量%以下,更优选为0.01质量%以上0.3质量%以下。通过将S的含有率设定在所述范围内,从而不会导致所制造的烧结体的密度的大幅降低,可以进一步提高所制造的烧结体的切削性。
此外,用于本发明的烧结体中还可以添加W、Co、B、Se、Te、Pd、Al等。这种情况下,这些元素的含有率没有特别的限定,但是,优选分别不到0.1质量%,优选合计不到0.2质量%。此外,也存在不可避免地包含这些元素的情况。
进而,用于本发明的烧结体中也可以含有杂质。作为杂质,可以列举出上述元素之外的所有元素,具体而言,例如可以列举出Li、Be、Na、Mg、P、K、Ca、Sc、Zn、Ga、Ge、Ag、In、Sn、Sb、Os、Ir、Pt、Au、Bi等。优选将这些杂质的混入量设定为各元素少于Fe、Cr、Ni、Si、第一元素以及第二元素各自的含有量。此外,优选将这些杂质的混入量设定为各元素不到0.03质量%,更优选设定为不到0.02质量%。此外,优选合计不到0.3质量%,更优选不到0.2质量%。此外,只要这些元素其含有率在所述范围内,则不会阻碍前述的效果,因此,可以进行有目的的添加。
另一方面,也可以有目的地添加、或不可避免地混入O(氧),但优选其量为0.8质量%以下左右,更优选为0.5质量%以下左右。通过将烧结体中的氧量控制在这个程度,从而烧结性变高,可以获得高密度且机械特性优异的烧结体。需要注意的是,虽然没有特别设定下限值,但是,从量产容易性等角度来看,优选为0.03质量%以上。
Fe是构成用于本发明的烧结体的合金中含有率最高的成分(主成分),会对烧结体的特性产生很大的影响。Fe的含有率并没有特别的限定,但是,优选为50质量%以上。
此外,烧结体的组成比例如可以通过JIS G 1257(2000)中规定的铁和钢-原子吸光分析法、JIS G 1258(2007)中规定的铁和钢-ICP发光光谱分析法、JIS G 1253(2002)中规定的铁和钢-火花放电发光光谱分析法、JIS G 1256(1997)中规定的铁和钢-X射线荧光分析法、JIS G 1211~G 1237中规定的重量/滴定/吸光光度法等来确定。具体而言,例如可列举出:SPECTRO公司制造的固体发光光谱分析装置(火花放电发光光谱分析装置;型号:SPECTROLAB;规格:LAVMB08A)、(株式会社)日本理学制造的ICP装置(CIROS120型)。
需要注意的是,JIS G 1211~G 1237如下:
JIS G 1211(2011)铁和钢-碳定量方法
JIS G 1212(1997)铁和钢-硅定量方法
JIS G 1213(2001)铁和钢中的锰定量方法
JIS G 1214(1998)铁和钢-磷定量方法
JIS G 1215(2010)铁和钢-硫定量方法
JIS G 1216(1997)铁和钢-镍定量方法
JIS G 1217(2005)铁和钢-铬定量方法
JIS G 1218(1999)铁和钢-钼定量方法
JIS G 1219(1997)铁和钢-铜定量方法
JIS G 1220(1994)铁和钢-钨定量方法
JIS G 1221(1998)铁和钢-钒定量方法
JIS G 1222(1999)铁和钢-钴定量方法
JIS G 1223(1997)铁和钢-钛定量方法
JIS G 1224(2001)铁和钢中的铝定量方法
JIS G 1225(2006)铁和钢-砷定量方法
JIS G 1226(1994)铁和钢-锡定量方法
JIS G 1227(1999)铁和钢中的硼定量方法
JIS G 1228(2006)铁和钢-氮定量方法
JIS G 1229(1994)钢-铅定量方法
JIS G 1232(1980)钢中的锆定量方法
JIS G 1233(1994)钢-硒定量方法
JIS G 1234(1981)钢中的碲定量方法
JIS G 1235(1981)铁和钢中的锑定量方法
JIS G 1236(1992)钢中的钽定量方法
JIS G 1237(1997)铁和钢-铌定量方法。
此外,在确定C(碳)以及S(硫)时,也特别采用JIS G 1211(2011)中规定的氧气流燃烧(高频感应加热炉燃烧)-红外线吸收法。具体而言,可列举出LECO公司制造的碳/硫分析装置CS-200。
进而,在确定N(氮)和O(氧)时,也特别采用JIS G 1228(2006)中规定的铁和钢的氮定量方法、JIS Z 2613(2006)中规定的金属材料的氧定量方法。具体而言,可列举出LECO公司制造的氧/氮分析装置TC-300/EF-300。
此外,用于本发明的烧结体优选具有奥氏体的晶体结构。奥氏体的晶体结构在赋予烧结体以高耐腐蚀性的同时,还赋予其大的延伸率。为此,具有这样的晶体结构的烧结体虽然为高密度,但是,也可以制造出具有高耐腐蚀性以及大的延伸率的烧结体。因此,可以获得高耐腐蚀性且耐冲击性优异的装饰品。
需要说明的是,烧结体是否具有奥氏体的晶体结构例如可以通过X射线衍射法来判断。
(烧结体的制造方法)
下面,对制造用于这样的本发明装饰品的烧结体的方法进行说明。
制造烧结体的方法具有:(A)准备烧结体制造用的组合物的组合物调配工序;(B)制造成形体的成形工序;(C)实施脱脂处理的脱脂工序;以及(D)进行烧成的烧成工序。下面,依次对各工序进行说明。
(A)组合物调配工序
首先,准备粉末冶金用金属粉末和粘结剂,通过混揉机将它们混匀,得到混炼物。在该混炼物中,均匀地分散有粉末冶金用金属粉末。
粉末冶金用金属粉末是通过将具有前述的烧结体的合金组成的原材料进行熔融,并将所获得的熔融金属通过例如雾化法(例如水雾化法、气体雾化法、高速旋转水流雾化法等)、还原法、羰基法、粉碎法等各种粉末化方法进行粉末化而被制造的。
其中,优选用于本发明的粉末冶金用金属粉末是通过雾化法制造的,更优选是通过水雾化法或高速旋转水流雾化法制造的。雾化法是一种通过使熔融金属(金属熔体)与高速喷射的流体(液体或气体)碰撞而使金属熔体微粉化并冷却来制造金属粉末的方法。通过利用这样的雾化法来制造粉末冶金用金属粉末,能够高效地制造极其微小的粉末。并且,由于表面张力的作用,所得到的粉末的粒子形状接近于球形状。为此,可以在成形时获得填充率高的成形体。即,能够获得可制造高密度烧结体的粉末。
此外,粉末冶金用金属粉末既可以是使具有前述的烧结体的合金组成的原材料熔融并粉末化而被制造的一种粉末,也可以是组成不同的两种以上粉末的混合物。其中,后者是以在混合物整体中具有前述的烧结体的合金组成的方式来调整各粉末的组成。换言之,后者是预混了两种以上的粉末的粉末,前者是预合金粉末。因此,前述的烧结体既可以通过采用了预合金粉末的粉末冶金法制造,也可以通过采用了预混粉末的粉末冶金法制造。
其中,预混粉末中的两种以上的粉末的各组成并没有特别的限定。作为一个例子,可以列举出:在前述的烧结体的合金组成中将去除了C(碳)的组成的粉末作为一方的粉末(第一粉末)、将C的粉末作为另一方的粉末(第二粉末)而将它们混合的混合粉末;或者在前述的烧结体的合金组成中将去除了C的一部分的组成的粉末作为一方的粉末(第一粉末)、将第一粉末中去除了的C的一部分作为另一方的粉末(第二粉末)而将它们混合的混合粉末等。通过采用这样的预混粉末,可以在烧结体的表层容易地析出第一元素、第二元素的碳化物等。为此,在表层上,特别地阻碍晶粒的显著成长,在表层中不易生成空孔。其结果是,可以在表层上特别地防止晶粒的肥大化,实现高密度化。
此外,在这样的预混粉末中,第一粉末的粒径和第二粉末的粒径的大小关系没有特别的限定。因此,第二粉末的平均粒径既可以大于第一粉末的平均粒径,也可以与其相等,但优选第二粉末的平均粒径小于第一粉末的平均粒径。由此,可以使第二粉末均匀地分散于第一粉末的粒子间,能够特别地抑制粒子间的晶粒的显著成长。其结果是,可以特别减少易于在晶界的三相点产生的空孔,特别是能够实现烧结体的表层的高密度化。
作为两种以上的粉末的混合方法,例如可以列举出混合机、研磨机、搅拌机等。其中,在采用了混合机的情况下,转速例如为10rpm以上200rpm以下左右,混合时间例如为100秒以上10000秒以下左右。
另一方面,在前者(预合金粉末)的情况下,通过调整粉末化时的熔融金属的温度,来实现和预混粉末时同样的作用、效果。即、使熔融金属的温度最优化的同时而制得的预合金粉末和采用预混粉末时同样,易于在烧结体的表层析出第一元素、第二元素的碳化物等,为此,在表层特别地阻碍晶粒的显著成长,不易在表层中产生空孔。
具体而言,在将原材料的熔点设为Tm时,优选进行粉末化时的熔融金属的温度为Tm+30℃以上Tm+200℃以下,更优选为Tm+40℃以上Tm+100℃以下。由于可以降低进行粉末化时的熔融金属的粘性,从而作为轻元素的C(碳)易于移动至粒子表面。其结果是,和预混粉末时同样,易于在烧结体的表层析出第一元素、第二元素的碳化物等。
另一方面,作为粘结剂,例如可以列举出:聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等聚烯烃;聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯等丙烯酸系树脂;聚苯乙烯等苯乙烯系树脂;聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等聚酯;聚醚、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或它们的共聚物等各种树脂;各种蜡、石蜡、高级脂肪酸(例如硬脂酸)、高级醇、高级脂肪酸酯、高级脂肪酸酰胺等各种有机粘合剂,可以混合它们中的一种或两种以上使用。
另外,粘合剂的含有率优选为整个混炼物的2质量%以上20质量%以下左右,更优选为5质量%以上10质量%以下左右。通过使粘合剂的含有率在所述范围内,从而能够成形性好地形成成形体的同时,提高密度,使成形体的形状的稳定性等特别优异。并且,由此,能够将成形体与脱脂体的大小差异、即所谓的收缩率最佳化,能够防止最终所获得的烧结体的尺寸精度下降。即,能够获得高密度且尺寸精度高的烧结体。
另外,在混炼物中,根据需要,也可以添加增塑剂。作为增塑剂,可以列举出:例如,邻苯二甲酸酯(例如:DOP、DEP、DBP)、己二酸酯、偏苯三酸酯、癸二酸酯等,可混合它们中的一种或两种以上而使用。
进而,在混炼物中,除了粉末冶金用金属粉末、粘合剂、增塑剂以外,例如还可以根据需要添加润滑剂、抗氧化剂、脱脂促进剂、表面活性剂等各种添加物。
需要说明的是,混炼条件虽然根据所使用的粉末冶金用金属粉末的金属组成、粒径、粘合剂的组成以及它们的配合量等各条件而不同,但列举其一例的话,可举出混炼温度:50℃以上200℃以下左右;混炼时间:15分钟以上210分钟以下左右。
另外,混炼物根据需要被小球(小块)化。小球的粒径设为例如1mm以上15mm以下左右。
需要注意的是,根据后述的成形方法,也可以代替混炼物,而制造造粒粉末。这些混炼物和造粒粉末等是供于后述成形工序的组合物的一例。
(B)成形工序
然后,使混炼物或造粒粉末成形来制造和目标烧结体相同形状的成形体。
作为成形体的制造方法(成形方法),并没有特别的限定,可以利用例如压粉成形(压缩成形)法、金属粉末注射成形(MIM:Metal Injection Molding)法、挤出成形法等各种成形法。
其中,压粉成形法时的成形条件由于采用的粉末冶金用金属粉末的组成、粒径、粘结剂的组成以及它们的配合量等诸条件而不同,但是,优选成形压力为200MPa以上1000MPa以下(2t/cm2以上10t/cm2以下)左右。
此外,金属粉末注射成形法时的成形条件由于诸条件而不同,但是,优选材料温度为80℃以上210℃以下左右、注射压力为50MPa以上500MPa以下(0.5t/cm2以上5t/cm2以下)左右。
此外,挤出成形法时的成形条件由于诸条件而不同,但是,优选材料温度为80℃以上210℃以下左右、挤出压力为50MPa以上500MPa以下(0.5t/cm2以上5t/cm2以下)左右。
这样获得的成形体成为粘结剂均匀分布于金属粉末的多个粒子的间隙的状态。
需要注意的是,所制作的成形体的形状尺寸是预估之后的脱脂工序以及烧成工序中的成形体的收缩量来确定的。
(C)脱脂工序
下面,对所获得的成形体实施脱脂处理(脱粘结剂处理),获得脱脂体。
具体而言,通过对成形体进行加热,分解粘结剂,从成形体中去除粘结剂,完成脱脂处理。
作为该脱脂处理,例如可以列举出对成形体进行加热的方法、将成形体曝露于分解粘结剂的气体中的方法等。
在利用对成形体进行加热的方法时,成形体的加热条件虽然由于粘结剂的组成、配合量而多少有所不同,但是,优选是温度100℃以上750℃以下×0.1小时以上20小时以下左右,更优选是150℃以上600℃以下×0.5小时以上15小时以下左右。由此,无需使成形体烧结即可必然且充分地进行成形体的脱脂。其结果是,可以可靠地防止粘结剂成分大量地残留在脱脂体的内部。
此外,对成形体进行加热时的气氛并没有特别的限定,可以列举出氢这样的还原性气体气氛;氮、氩这样的不活性气体气氛;大气这样的氧化性气体气氛;或将这些气氛进行了减压后的减压气氛等。
另一方面,作为分解粘结剂的气体,可以列举出例如臭氧气体等。
需要注意的是,通过分为脱脂条件不同的多个过程(步骤)来进行这样的脱脂工序,能够以更加迅速且不会残留于成形体中的方式来分解、去除成形体中的粘结剂。
此外,也可以根据需要对脱脂体实施切削、研磨、切断等机械加工。脱脂体其硬度比较低、且可塑性较高,因此,可以在防止脱脂体的形状变形的同时,容易地实施机械加工。通过这样的机械加工,最终可以容易地获得尺寸精度高的烧结体。
(D)烧成工序
将在所述工序(C)中获得的脱脂体在烧成炉中进行烧成而获得烧结体。
通过该烧成,粉末冶金用金属粉末在粒子之间的界面上产生扩散,达到烧结。此时,通过前述那样的机制,脱脂体迅速地被烧结。其结果是,获得整体上致密的高密度的烧结体。
烧成温度由于用于成形体以及脱脂体的制造的粉末冶金用金属粉末的组成、粒径等而不同,但是,作为一个例子,为980℃以上1330℃以下左右。此外,优选为1050℃以上1260℃以下左右。
此外,烧成时间为0.2小时以上7小时以下,但优选为1小时以上6小时以下左右。
需要注意的是,在烧成工序中,也可以在中途使烧成温度、后述的烧成气氛发生变化。
通过将烧成条件设定在这样的范围,可以在防止烧结进行过度而成为过度烧结,从而导致结晶组织肥大化的同时,能够充分地使整个脱脂体烧结。其结果是,可以获得高密度且特别是机械特性优异的烧结体。
此外,由于烧成温度比较低温,从而易于将烧成炉的加热温度控制为一定,因此,脱脂体的温度也容易成为一定。其结果是,可以制造更加均质的烧结体。
进而,前述那样的烧成温度是可以通过一般的烧成炉充分实现的烧成温度,因此,可以利用低价的烧成炉,同时还可以抑制运转成本。换言之,在超过所述烧成温度的情况下,需要利用采用了特殊的耐热材料的高价烧成炉,并且还存在运转成本增高的担忧。
此外,烧成时的气氛并没有特别的限定,但是,在考虑到防止金属粉末的显著氧化的情况下,优选采用氢这样的还原性气体气氛、氩这样的惰性气体气氛、或将这些气氛进行了减压后的减压气氛等。
这样获得的烧结体是高密度且机械特性优异的烧结体。即、在使包含粉末冶金用金属粉末和粘结剂的组合物成形之后、进行脱脂、烧结而制得的烧结体与对现有的对金属粉末进行烧结而成的烧结体相比,相对密度增高。特别是,表层的空孔的形成得以抑制,从而不易因研磨等而露出空孔。其结果是,可以获得研磨面的美学外观优异的烧结体。这样的烧结体有助于装饰品的美学外观的提升。因此,通过本制造方法,无需进行追加处理即可制造如果不实施HIP处理这样的追加处理就不能达到的高密度的烧结体。
具体而言,根据本发明,虽然由于粉末冶金用金属粉末的组成而多少有所不同,但是,作为一个例子,与现有技术相比,可以期待2%以上的相对密度的提高。
其结果是,作为一个例子,可以期待所获得的烧结体的相对密度为98%以上(优选为98.5%以上,更优选为99%以上)。具有这样范围的相对密度的烧结体尽管利用粉末冶金技术而具有无限接近于目标形状的形状,但仍具有与熔炼材料(溶製材)相媲美的优异的机械特性,因此,几乎不用实施后加工即可应用于各种机械部件、结构件等。此外,特别是表层的空孔形成得以抑制,因此,不易因研磨等而露出空孔。其结果是,可以获得研磨面的美学外观优异的烧结体。这样的烧结体有助于装饰品的美学外观的提升。
此外,如上所述制造的烧结体其表面为高硬度的表面。具体而言,虽然由于粉末冶金用金属粉末的组成而多少有所不同,但是,作为一个例子,期待表面的维氏硬度为140以上500以下。此外,优选地,期待为150以上400以下。具有这样的硬度的烧结体具有特别高的耐久性。其结果是,可以获得表面不易受到损伤的装饰品。
需要注意的是,除了HIP处理这样的用于实现高密度化的追加处理之外,也可以根据需要对所获得的烧结体实施各种淬火处理、各种深冷处理、各种回火处理等。
上面,关于本发明的装饰品,基于优选实施方式进行了说明,但是,本发明并不限定于这些实施方式。
例如,在上述内容中列举的装饰品为一个例子,本发明也可以应用于其以外的装饰品。
(实施例)
下面,对于本发明的实施例进行说明。
1.烧结体(Zr-Nb类)的制造
(样品No.1)
(1)首先,准备通过水雾化法制得的表1所示组成的混合粉末。需要说明的是,该混合粉末是通过混合机将具有从表1所示组成中去除了C(碳)的组成的第一粉末和由C(碳)构成的第二粉末进行混合而成的粉末。
此外,表1所示的粉末的组成是通过电感耦合高频等离子体发光分析法(ICP分析法)来进行鉴定(同定)、定量的。此外,在ICP分析中采用了(株式会社)日本理学制的ICP装置(CIROS120型)。此外,在C的鉴定、定量中,采用了LECO公司制的碳/硫分析装置(CS-200)。进而,在O的鉴定、定量中,采用了LECO公司制的氧/氮分析装置(TC-300/EF-300)。
(2)下面,将混合粉末和聚丙烯以及蜡的混合物(有机粘结剂)以质量比9:1的方式进行称量、混合,获得了混合原料。
(3)然后,将该混合原料在混揉机中混炼(混練),得到复合物。
(4)然后,按下面所示的成形条件利用注射成形机使该复合物成形,制得成形体。
(成形条件)
·材料温度:150℃
·注射压力:11MPa(110kgf/cm2)
(5)然后,按下面所示的脱脂条件对所获得的成形体实施热处理(脱脂处理),获得了脱脂体。
(脱脂条件)
·脱脂温度:500℃
·脱脂时间:1小时(脱脂温度下的保持时间)
·脱脂气氛:氮气氛
(6)然后,按下面所示的烧成条件对所获得的脱脂体进行了烧成。由此,获得了烧结体。需要注意的是,烧结体的形状为直径10mm、厚度5mm的圆筒形状。
(烧成条件)
·烧成温度:1200℃
·烧成时间:3小时(烧成温度下的保持时间)
·烧成气氛:氩气氛
(样品No.2~19)
除了如表1所示地变更了粉末冶金用金属粉末的组成等之外,分别和样品No.1的烧结体的制造方法同样地获得了烧结体。此外,关于样品No.19的烧结体,在烧成之后,以下面的条件实施了HIP处理。
(HIP处理条件)
·加热温度:1100℃
·加热时间:2小时
·加压力:100MPa
表1
需要注意的是,在表1中,将各样品No.的烧结体中相当于本发明的作为“实施例”,不相当于本发明的作为“比较例”。
此外,在各烧结体中包含有微量的杂质,但是,省略了记载于表1中。
(样品No.20~34)
通过水雾化法制造了具有表2所示的组成的金属粉末来替代混合粉末。此外,通过水雾化法进行粉末化时的熔融金属被加热至比原材料的熔点高50℃的温度。
然后,采用所获得的金属粉末和有机粘结剂,和样品No.1时同样地获得混合原料,并获得了烧结体。此外,关于样品No.34的烧结体,在烧成之后,以下面的条件实施了HIP处理。
(HIP处理条件)
·加热温度:1100℃
·加热时间:2小时
·加压力:100MPa
表2
需要注意的是,在表2中,将各样品No.的烧结体中相当于本发明的作为“实施例”,不相当于本发明的作为“比较例”。
此外,在各烧结体中包含有微量的杂质,但是,省略了记载于表2中。
2.烧结体(Zr-Nb类)的评价
2.1相对密度的评价
关于表1、2所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2501(2000)中规定的测定烧结金属材料的密度的方法测定了烧结密度,并参照用于制造各烧结体的粉末冶金用金属粉末的真密度算出了各烧结体的相对密度。
表3、4示出计算结果。
2.2维氏硬度的评价
关于表1、2所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2244(2009)中规定的维氏硬度试验的试验方法,测定了维氏硬度。
表3、4示出测定结果。
2.3拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率的评价
关于表1、2所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2241(2011)中规定的金属材料拉伸试验方法,测定了拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率。
并且,关于所测定的这些物性值,按照下面的评价标准进行了评价。
(拉伸强度的评价标准)
A:烧结体的拉伸强度为520MPa以上
B:烧结体的拉伸强度为510MPa以上但小于520MPa
C:烧结体的拉伸强度为500MPa以上但小于510MPa
D:烧结体的拉伸强度为490MPa以上但小于500MPa
E:烧结体的拉伸强度为480MPa以上但小于490MPa
F:烧结体的拉伸强度小于480MPa
(0.2%耐力的评价标准)
A:烧结体的0.2%耐力为195MPa以上
B:烧结体的0.2%耐力为190MPa以上但小于195MPa
C:烧结体的0.2%耐力为185MPa以上但小于190MPa
D:烧结体的0.2%耐力为180MPa以上但小于185MPa
E:烧结体的0.2%耐力为175MPa以上但小于180MPa
F:烧结体的0.2%耐力小于175MPa
(延伸率的评价标准)
A:烧结体的延伸率为48%以上
B:烧结体的延伸率为46%以上但小于48%
C:烧结体的延伸率为44%以上但小于46%
D:烧结体的延伸率为42%以上但小于44%
E:烧结体的延伸率为40%以上但小于42%
F:烧结体的延伸率小于40%
表3、4示出以上的评价结果。
2.4疲劳强度的评价
关于表1、2所示的各样品No.的烧结体,测定了疲劳强度。
需要注意的是,疲劳强度是按照JIS Z 2273(1978)中规定的试验方法来测定的。此外,相当于反复应力(repeated stress)的负荷的施加波形为交变的正弦波,最小最大应力比(最小应力/最大应力)为0.1。此外,反复频率为30Hz、反复次数为1×107次。
并且,关于所测定的疲劳强度,按照下面的评价标准进行了评价。
(疲劳强度的评价标准)
A:烧结体的疲劳强度为260MPa以上
B:烧结体的疲劳强度为240MPa以上但小于260MPa
C:烧结体的疲劳强度为220MPa以上但小于240MPa
D:烧结体的疲劳强度为200MPa以上但小于220MPa
E:烧结体的疲劳强度为180MPa以上但小于200MPa
F:烧结体的疲劳强度小于180MPa
表3、4示出以上的评价结果。
2.5美学外观的评价
首先,关于表1、2所示的各样品No.的烧结体,实施了表面的研磨处理。需要注意的是,研磨处理是按照400号研磨、600号研磨以及800号研磨的顺序实施的处理。
然后,关于研磨后的烧结体的表面,按照JIS Z 8741(1997)中规定的镜面光泽度的测定方法测定了镜面光泽度。需要注意的是,对烧结体表面的光的入射角为60°,采用了镜面光泽度为90、折射率为1.500的玻璃作为用于计算镜面光泽度的基准面。并且,按照下面的评价标准评价了所测定的镜面光泽度。
(镜面光泽度(美学外观)的评价标准)
A:表面的镜面性非常高(镜面光泽度为200以上)
B:表面的镜面性高(镜面光泽度为150以上但小于200)
C:表面的镜面性偏高(镜面光泽度为100以上但小于150)
D:表面的镜面性偏低(镜面光泽度为60以上但小于100)
E:表面的镜面性低(镜面光泽度为30以上但小于60)
F:表面的镜面性非常低(镜面光泽度小于30)
表3、4示出以上的评价结果。
表3
表4
由表3、4明显可知,相当于实施例的烧结体与相当于比较例的烧结体(除了实施了HIP处理的烧结体)相比,相对密度更高。此外,关于拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率等特性,也确认了存在有意义的差异。进而,还确认了镜面性良好、美学外观优异。
另一方面,在相当于实施例的烧结体和实施了HIP处理的烧结体之间,比较各物性值的结果,确认了均为相同程度。
2.6采用扫描型电子显微镜(SEM)的烧结体的截面观察
关于各烧结体的截面,通过扫描型电子显微镜(日本电子制、JXA-8500F)取得了观察图像。需要注意的是,拍摄时的加速电压为10kV、放大倍率为300倍。
作为观察的结果,在各烧结体的表层的截面上,存在包含Fe作为主成分的区域(第一区域D1)、以及包含O为主成分并包含Si为次多成分的区域(第二区域D2)。这里,将表层的截面中的第一区域D1的面积率设为P1、将表层的截面中的第二区域D2的面积率设为P2。第一区域D1和第二区域D2在电子显微镜的观察图像上浓淡差非常清楚,能够容易地进行辨别。此外,第一区域D1占有最大的面积,第二区域D2占有次之的面积。
需要注意的是,在各烧结体中,面积率P1为95%以上。
此外,对各区域的定性定量分析中采用了电子探针显微分析仪。并且,表1、2示出根据各区域的面积率算出的P2/(P1+P2)。
3.烧结体(Hf-Nb类)的制造
(样品No.35~48)
除了如表5所示地变更了粉末冶金用金属粉末的组成等之外,分别和样品No.1的烧结体的制造方法同样地获得了烧结体。
表5
需要注意的是,在表5中,将各样品No.的烧结体中相当于本发明的作为“实施例”,不相当于本发明的作为“比较例”。
此外,在各烧结体中包含有微量的杂质,但是,省略了记载于表5中。
(样品No.49~55)
除了如表6所示地变更了粉末冶金用金属粉末的组成等之外,分别和样品No.20的烧结体的制造方法同样地获得了烧结体。
表6
需要注意的是,在表6中,将各样品No.的烧结体中相当于本发明的作为“实施例”,不相当于本发明的作为“比较例”。
此外,在各烧结体中包含有微量的杂质,但是,省略了记载于表6中。
4.烧结体(Hf-Nb类)的评价
4.1相对密度的评价
关于表5、6所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2501(2000)中规定的测定烧结金属材料的密度的方法,测定了烧结密度,并参照用于制造各烧结体的粉末冶金用金属粉末的真密度,算出了各烧结体的相对密度。
表7、8示出计算结果。
4.2维氏硬度的评价
关于表5、6所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2244(2009)中规定的维氏硬度试验的试验方法,测定了维氏硬度。
表7、8示出测定结果。
4.3拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率的评价
关于表5、6所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2241(2011)中规定的金属材料拉伸试验方法,测定了拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率。
并且,关于表5、6所记载的各样品No.的烧结体的物性值,按照应用于前述的表3、4的评价标准进行了评价。
表7、8示出以上的评价结果。
4.4美学外观的评价
关于表5、6所示的各样品No.的烧结体,通过和前述的2.5同样的方法进行研磨,并对镜面光泽度进行了测定、评价。
表7、8示出以上的评价结果。
4.5用扫描型电子显微镜(SEM)进行的烧结体的截面观察
关于各烧结体的截面,和样品No.1的烧结体时同样地利用扫描型电子显微镜取得了观察图像。并且,算出了P2/(P1+P2)。表5、6示出计算结果。
表7
表8
由表7、8明显可知,相当于实施例的烧结体与相当于比较例的烧结体相比,相对密度更高。此外,关于拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率等特性,也确认了存在有意义的差异。进而,还确认了镜面性良好、美学外观优异。
5.烧结体(Ti-Nb类)的制造
(样品No.56~65)
除了如表9所示地变更了粉末冶金用金属粉末的组成等之外,分别和样品No.1的烧结体的制造方法同样地获得了烧结体。
表9
需要注意的是,在表9中,将各样品No.的烧结体中相当于本发明的作为“实施例”,不相当于本发明的作为“比较例”。
此外,在各烧结体中包含有微量的杂质,但是,省略了记载于表9中。
6.烧结体(Ti-Nb类)的评价
6.1相对密度的评价
关于表9所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2501(2000)中规定的测定烧结金属材料的密度的方法,测定了烧结密度,并参照用于制造各烧结体的粉末冶金用金属粉末的真密度,算出了各烧结体的相对密度。
表10示出计算结果。
6.2维氏硬度的评价
关于表9所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2244(2009)中规定的维氏硬度试验的试验方法,测定了维氏硬度。
表10示出测定结果。
6.3拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率的评价
关于表9所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2241(2011)中规定的金属材料拉伸试验方法,测定了拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率。
并且,关于所测定的这些物性值,按照应用于前述的表3、4的评价标准进行了评价。
表10示出以上的评价结果。
6.4美学外观的评价
关于表9所示的各样品No.的烧结体,通过和前述的2.5同样的方法进行了研磨,并对镜面光泽度进行了测定、评价。
表10示出以上的评价结果。
6.5采用扫描型电子显微镜(SEM)的烧结体的截面观察
关于各烧结体的截面,和样品No.1的烧结体时同样地利用扫描型电子显微镜取得了观察图像。并且,算出了P2/(P1+P2)。表9示出计算结果。
表10
由表10明显可知,相当于实施例的烧结体与相当于比较例的烧结体相比,相对密度更高。此外,关于拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率等特性,也确认了存在有意义的差异。进而,还确认了镜面性良好、美学外观优异。
7.烧结体(Nb-Ta类)的制造
(样品No.66~75)
除了如表11所示地变更了粉末冶金用金属粉末的组成等之外,分别和样品No.1的烧结体的制造方法同样地获得了烧结体。
表11
需要注意的是,在表11中,将各样品No.的烧结体中相当于本发明的作为“实施例”,不相当于本发明的作为“比较例”。
此外,在各烧结体中包含有微量的杂质,但是,省略了记载于表11中。
8.烧结体(Nb-Ta类)的评价
8.1相对密度的评价
关于表11所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2501(2000)中规定的测定烧结金属材料的密度的方法,测定了烧结密度,并参照用于制造各烧结体的粉末冶金用金属粉末的真密度,算出了各烧结体的相对密度。
表12示出计算结果。
8.2维氏硬度的评价
关于表11所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2244(2009)中规定的维氏硬度试验的试验方法,测定了维氏硬度。
表12示出测定结果。
8.3拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率的评价
关于表11所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2241(2011)中规定的金属材料拉伸试验方法,测定了拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率。
并且,关于所测定的这些物性值,按照应用于前述的表3、4的评价标准进行了评价。
表12示出以上的评价结果。
8.4美学外观的评价
关于表11所示的各样品No.的烧结体,通过和前述的2.5同样的方法进行了研磨,并对镜面光泽度进行了测定、评价。
表12示出以上的评价结果。
8.5采用扫描型电子显微镜(SEM)的烧结体的截面观察
关于各烧结体的截面,和样品No.1的烧结体时同样地利用扫描型电子显微镜取得了观察图像。并且,算出了P2/(P1+P2)。表11示出计算结果。
表12
由表12明显可知,相当于实施例的烧结体与相当于比较例的烧结体相比,相对密度更高。此外,关于拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率等特性,也确认了存在有意义的差异。进而,还确认了镜面性良好、美学外观优异。
9.烧结体(Y-Nb类)的制造
(样品No.76~86)
除了如表13所示地变更了粉末冶金用金属粉末的组成等之外,分别和样品No.1的烧结体的制造方法同样地获得了烧结体。
表13
需要注意的是,在表13中,将各样品No.的烧结体中相当于本发明的作为“实施例”,不相当于本发明的作为“比较例”。
此外,在各烧结体中包含有微量的杂质,但是,省略了记载于表13中。
10.烧结体(Y-Nb类)的评价
10.1相对密度的评价
关于表13所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2501(2000)中规定的测定烧结金属材料的密度的方法,测定了烧结密度,并参照用于制造各烧结体的粉末冶金用金属粉末的真密度,算出了各烧结体的相对密度。
表14示出计算结果。
10.2维氏硬度的评价
关于表13所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2244(2009)中规定的维氏硬度试验的试验方法,测定了维氏硬度。
表14示出测定结果。
10.3拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率的评价
关于表13所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2241(2011)中规定的金属材料拉伸试验方法,测定了拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率。
并且,关于所测定的这些物性值,按照应用于前述的表3、4的评价标准进行了评价。
表14示出以上的评价结果。
10.4美学外观的评价
关于表13所示的各样品No.的烧结体,通过和前述的2.5同样的方法进行了研磨,并对镜面光泽度进行了测定、评价。
表14示出以上的评价结果。
10.5采用扫描型电子显微镜(SEM)的烧结体的截面观察
关于各烧结体的截面,和样品No.1的烧结体时同样地利用扫描型电子显微镜取得了观察图像。并且,算出了P2/(P1+P2)。表13示出计算结果。
表14
由表14明显可知,相当于实施例的烧结体与相当于比较例的烧结体相比,相对密度更高。此外,关于拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率等特性,也确认了存在有意义的差异。进而,还确认了镜面性良好、美学外观优异。
11.烧结体(V-Nb类)的制造
(样品No.87~96)
除了如表15所示地变更了粉末冶金用金属粉末的组成等之外,分别和样品No.1的烧结体的制造方法同样地获得了烧结体。
表15
需要注意的是,在表15中,将各样品No.的烧结体中相当于本发明的作为“实施例”,不相当于本发明的作为“比较例”。
此外,在各烧结体中包含有微量的杂质,但是,省略了记载于表15中。
12.烧结体(V-Nb类)的评价
12.1相对密度的评价
关于表15所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2501(2000)中规定的测定烧结金属材料的密度的方法,测定了烧结密度,并参照用于制造各烧结体的粉末冶金用金属粉末的真密度,算出了各烧结体的相对密度。
表16示出计算结果。
12.2维氏硬度的评价
关于表15所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2244(2009)中规定的维氏硬度试验的试验方法,测定了维氏硬度。
表16示出测定结果。
12.3拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率的评价
关于表15所示的各样品No.的烧结体,按照JIS Z 2241(2011)中规定的金属材料拉伸试验方法,测定了拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率。
并且,关于所测定的这些物性值,按照应用于前述的表3、4的评价标准进行了评价。
表16示出以上的评价结果。
12.4美学外观的评价
关于表15所示的各样品No.的烧结体,通过和前述的2.5同样的方法进行了研磨,并对镜面光泽度进行了测定、评价。
表16示出以上的评价结果。
12.5采用扫描型电子显微镜(SEM)的烧结体的截面观察
关于各烧结体的截面,和样品No.1的烧结体时同样地利用扫描型电子显微镜取得了观察图像。并且,算出了P2/(P1+P2)。表15示出计算结果。
表16
由表16明显可知,相当于实施例的烧结体与相当于比较例的烧结体相比,相对密度更高。此外,关于拉伸强度、0.2%耐力以及延伸率等特性,也确认了存在有意义的差异。进而,还确认了镜面性良好、美学外观优异。
Claims (4)
1.一种装饰品,其特征在于,包括:
烧结体,
所述烧结体包含Fe作为主成分,并且,
所述烧结体
以15质量%以上26质量%以下的比例包含Cr;
以7质量%以上22质量%以下的比例包含Ni;
以0.3质量%以上1.2质量%以下的比例包含Si;以及
以0.005质量%以上0.3质量%以下的比例包含C,
在将选自由Ti、V、Y、Zr、Nb、Hf以及Ta所组成的组中的一种元素作为第一元素,将是选自所述组中的一种元素且在元素周期表中的族大于所述第一元素的元素、或者是选自所述组中的一种元素且在元素周期表中的族与所述第一元素相同而在元素周期表中的周期大于所述第一元素的元素作为第二元素时,
所述烧结体还
以0.01质量%以上0.5质量%以下的比例包含所述第一元素;以及
以0.01质量%以上0.5质量%以下的比例包含所述第二元素,
在所述烧结体的从表面起的厚度为200μm的表层的截面上,当将Fe被包含作为主成分的第一区域D1的面积率设为P1、将Si或O被包含作为主成分的第二区域D2的面积率设为P2时,P2/(P1+P2)为0.3%以下。
2.根据权利要求1所述的装饰品,其特征在于,
所述烧结体的相对密度为98%以上。
3.根据权利要求1或2所述的装饰品,其特征在于,
所述烧结体具有奥氏体的晶体结构。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装饰品,其特征在于,
所述装饰品是钟表用外装饰部件。
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