JP2000516565A - 焼結方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、超硬合金物体を、焼結温度まで適切な雰囲気中で加熱する工程と、冷却する工程とを含む超硬合金物体を焼結する方法である。少なくとも１２００℃以下までの冷却が圧力０．４〜０．９バールの水素雰囲気で行った場合、バインダー相の表面相が存在しない超硬合金が得られる。このことは、前記物体がＣＶＤ法、ＭＴＣＶＤ法またはＰＶＤ法の使用によって耐摩耗性の層で被覆される場合に利点となる。

Description

【発明の詳細な説明】 焼結方法 本発明は、超硬合金表面に被膜を被覆する以前に、その表面からバインダー相 の層を除去することを目的とする超硬合金の製造方法に関する。 金属切削工業界の金属の切粉形成機械加工には、被覆超硬合金インサートが長 年商業的に入手可能である。このようなインサートは、金属炭化物主としてＷＣ から作られ、一般的にＮｂ、Ｔｉ及びＴａ等のような他の金属炭化物とコバルト の金属バインダー相とが添加される。ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃等を単独でまた は組合せた耐摩耗性材料の薄層を前記インサートに蒸着することにより、実質的 に靭性を維持して耐摩耗性を増加させることが可能である。 超硬合金インサートを焼結する際に、それらの表面に完全にまたは部分的に覆 う一般的に＜１μｍの厚さのバインダー相の層がよく得られる。特に、これは、 コバルト勾配と言われる被膜の下の面に豊富なバインダー相を有するインサート 、さらにバインダー相が均一分布するインサート、に適用される。後者の場合に 、他の層でなくてこの層が所定の等級を形成する。この理由は現在解明されてい ない。しかしながら、この層は、ＣＶＤ蒸着またはＰＶＤ蒸着をする場合にこの 工程にマイナスの効果をもたらし、品位の劣った特性と不十分な接着力を持った 層が生じる。そのため、バインダー相の層は、蒸着工程を実施する前に、除去す る必要がある。 このようなバインダー相の層は、噴射加工することによって機械的に除去する ことができる。しかしながら、噴射加工法は制御することが難しい。この難しさ は、必要な精度で噴射加工深さを確実に 制御できないことにあり、最終製品すなわち被覆インサートの特性にばらつきを 増加させる。また、表面の硬質構成材粒に損傷が生じる。しかしながら、スウェ ーデン特許願書第９２０２１４２−７号には、微細な粒子での噴射加工が、硬質 構成材粒に損傷を与えることなくバインダー相の層を除去できることを開示する 。 化学的方法または電界的方法が、機械的方法の代わりとして使用することがで きる。米国特許第４，２８２，２８９号は、被覆工程の初期の相にＨＣｌを使用 することによる気相中のエッチング法を開示する。ヨーロッパ特許Ａ−３３７ ６９６号には、硝酸、塩酸、フッ化水素酸、硫酸等での化学エッチング法、また は電気化学法を提案する。特開昭６３−０６０２７９号公報にはアルカリ溶液す なわちＮａＯＨの使用が示され、且つ特開昭６３−０６０２８０号公報には酸溶 液の使用が示される。特開昭６３−０５３２６９号公報はダイヤモンドの蒸着以 前の硝酸エッチングを開示する。これらの方法には欠点があり、すなわち、これ らの方法はコバルト層の取り除きだけができない。また、これらの方法は、特に 、刃に近い領域に深い浸透が生じる。エッチング剤は表面からコバルトを取り除 くことができないばかりでなく、硬質構成材粒間の領域に浸透し、結果としてコ バルト層がインサートの他の領域に部分的に残留するうように、層と基材とのあ いだに不本意な多孔率が同時に現れる。米国特許第５，３８０，４０８号は、電 界エッチングが硫酸と燐酸の混合液中で実施されるエッチング法を開示する。こ の方法は、深さ効果のない均一で完全なバインダー相の層の除去が得られ、すな わち、この表面に零Ｃｏ含有率が達成できる。 一方、ある場合には、被覆付着力の観点から、表面の零Ｃｏ含有率を達成する ことは望ましことでなく、むしろ公称含有率(nominal content)に近いＣｏ表面 含有率が望まれる。 上記方法には追加製造工程が必要であり、このために、大きな寸法の製造には 有効でない。焼結が、バインダー層が形成されないかまたは代わりに冷却中に除 去される方法で実施することができる場合には望ましくない。 したがって、バインダー層が焼結処理の後に表面に存在しないが、十分に規定 されたＣｏ含有量が存在するような超硬合金を焼結する方法を提供することを本 発明の目的とする。 図１、３、５、６、７及び８は、バインダー相の層で部分的に被覆された超硬 合金インサート表面の頂部図を３５００Ｘの倍率で示す。図２、４及び９は、本 発明にしたがって焼結された超硬合金インサートの表面の頂部図を３５００Ｘの 倍率で示す。これらの図において、ダークグレーの領域はＣｏ層であり、明るい グレーの角張った粒はＷＣであり、且つグレーの丸みを帯びた粒は（Ｔｉ、Ｔａ 、Ｎｂ、Ｗ）Ｃであるいわゆるシグマー層である。 図１０は、従来技術にしたがう超硬合金インサートの表面に垂直な線に沿った バインダー層の含有量をｖｏｌ％で示し、図１１は本願発明にしたがう対応イン サートである。 本発明の方法にしたがい、焼結の加熱工程及び高温工程は従来の方法で実施す る。しかしながら、焼結温度から冷却までの少なくとも１２００℃以下までの降 下は、０．４〜０．９バール、好ましくは０．５〜０．８バールの水素圧力の水 素雰囲気中で実施される。最良条件は、超硬合金の組成、焼結条件、及びある程 度までは使用する装置の設計に依存する。バインダー相の層が生じなく且つ超硬 合金の望ましくない浸炭が生じない最適水素圧力を実験で決定することは当業者 の予知内である。焼結は、表面上のＣｏ含有量を公称含有量の＋６〜−４％、好 ましくは＋４〜−２％にする必要がある。Ｃｏ含有量は、例えば、ＥＤＳ（エネ ルギー分散分光計）を装備 するＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の使用して、未知の表面からのＣｏ強度を参照 例と比較する、すなわち同一公称組成(nominal composition)の試料の研磨した 断面を比較することによって決定することができる。 本発明の方法は、全ての種類の超硬合金に、好ましくは４〜１５ｗｔ％のＣｏ と、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ等の２０ｗｔ％以下の立方晶炭化物と、残部ＷＣと からなる組成を有する超硬合金に、適用することができる。もっとも好ましくは 、超硬合金は、５〜１２ｗｔ％のＣｏと、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ等の１２ｗｔ ％未満の立方晶炭化物と、残部ＷＣとからなる組成を有する。平均ＷＣ粒径は、 ＜８μｍ、好ましくは０．５〜５μｍにする必要がある。 ５〜１０ｗｔ％のＣｏと、０．５〜２μｍの平均ＷＣ粒径であるＷＣとＣｏと からなる超硬合金物体の場合に、本発明にしたがう方法は、約１００〜３５０μ ｍ好ましくは１５０〜３００μｍの幅のバインダー相が欠乏した表面帯域内で結 果が得られ、この表面帯域では、バインダー相含有量が超硬合金物体の内部で公 称含有量まで単調に最大のない無段階状態(non-step wise manner)で増加する。 ２５μｍまでの表面帯域の平均バインダー相含有量は、公称バインダー相含有量 の２５〜７５％、このましくは４０〜６０％である。 本発明にしたがうインサートは、焼結後に、当業界で既知のＣＶＤ法、ＭＴＣ ＶＤ法またはＰＶＤ法による少なくとも１層を含む薄い耐摩耗性被膜を備える。 実施例１ ５．５ｗｔ％のＣｏと、８．５ｗｔ％の立方晶炭化物と、２μｍの平均ＷＣ粒 径で８６ｗｔ％のＷＣとからなるＣＮＭＧ１２０４０８タイプの超硬合金インサ ートが、１４５０℃の従来法で焼結され、且つアルゴン中で室温まで冷却された 。この表面は、図１のよう にＣｏ層で５０％まで覆われた。 同じ組成とタイプとのインサートが同一の方法で焼結されたが、しかし、１４ ００から１２００℃までの温度は０．８バールの水素中で、かつ１２００℃から は純アルゴン雰囲気中で冷却された。この表面は、図２のようにＣｏで６％まで 覆われ、公称含有量に相当する。 実施例２ １０ｗｔ％のＣｏと、０．９μｍの平均ＷＣ粒径で９０ｗｔ％のＷＣとからな るＣＮＭＧ１２０４０８タイプの超硬合金インサートが、１４１０℃で従来法で 焼結され、且つアルゴン中で室温まで冷却された。この表面は、図３のようにＣ ｏ層で５０％まで覆われた。 同じ組成とタイプとのインサートが同一の方法で焼結されたが、しかし、１４ ００から１２００℃までの温度は０．５バールの水素中で、かつ１２００℃から は純アルゴン雰囲気中で冷却された。この表面は、図４のようにＣｏで約１０％ まで覆われ、公称含有量に相当する。 実施例３ ９．８ｗｔ％のＣｏと、２５．６ｗｔ％の立方晶炭化物と、１．３μｍの平均 ＷＣ粒径で６４．６ｗｔ％のＷＣとを有するＳＰＫＮ１２０４タイプの超硬合金 インサートが、１４１０℃の従来法で焼結され、且つアルゴン中で室温まで冷却 された。この表面は、図５のようにＣｏ層で約８０％まで覆われた。 同じ組成とタイプとのインサートが同一の方法で焼結されたが、しかし、１４ ００から１２００℃までの温度は０．８バールの水素中で、かつ１２００℃から は純アルゴン雰囲気中で冷却された。この表面は、図６のようにＣｏ層で約４０ ％まで覆われた。実施例４ ８ｗｔ％のＣｏと、２５．６ｗｔ％の立方晶炭化物と、３μｍの平均ＷＣ粒径 で９２ｗｔ％のＷＣとを有するＣＮＭＧ１２０４０８タイプの超硬合金インサー トが、１４５０℃の従来法で焼結され、且つアルゴン中で室温まで冷却された。 この表面は、図７のようにＣｏ層で約２０％まで覆われた。 同じ組成とタイプとのインサートが同一の方法で焼結されたが、しかし、１３ ５０から１２５０℃までの温度は０．２５バールの水素中で、かつ１２５０℃か らは純アルゴン雰囲気中で冷却された。この表面は、図８のようにＣｏ層で約１ ５％まで覆われた。 同じ組成とタイプとのインサートが同一の方法で焼結されたが、しかし、１４ ００から１２００℃までの温度は０．５バールの水素中で、かつ１２００℃から は純アルゴン雰囲気中で冷却された。この表面は、図９のようにＣｏで約１０％ 未満の覆われ、公称含有量に相当する。 実施例５ ５．５ｗｔ％のＣｏと、１．５μｍの平均ＷＣ粒径で９４．５ｗｔ％のＷＣと を有するＴＭＣＴ１１０２０８タイプの超硬合金インサートが、１４１０℃の従 来法で焼結され、且つアルゴン中で室温まで冷却された。この表面は、Ｃｏ層で ５０％までが覆われた。４００μｍまでの表面帯域のバインダー相分布は、図１ ０に示す。 同じ組成とタイプとのインサートが同一の方法で焼結されたが、しかし、１４ ００から１２００℃までの温度は０．５バールの水素中で、かつ１２００℃から は純アルゴン雰囲気中で冷却された。この表面は、約６％までＣｏで覆われ、公 称含有量に相当する。４００μｍの表面帯域のバインダー相分布を図１１に示す 。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年６月１６日（１９９８．６．１６） 【補正内容】 請求の範囲 １．超硬合金物体を、焼結温度まで適切な雰囲気中で加熱する工程と、冷却す る工程とを含み、前記冷却する工程を少なくとも１２００℃以下までは圧力０． ４〜０．９バールの水素雰囲気で行う超硬合金物体を焼結する方法であって、 前記超硬合金が、４〜１５ｗｔ％のＣｏと、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ等の２０ ｗｔ％以下の立方晶炭化物と、残部ＷＣとからなる組成を有することを特徴とす る超硬合金物体を焼結する方法。 ２．前記超硬合金が、５〜１２ｗｔ％のＣｏと、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ等の １２ｗｔ％未満の立方晶炭化物と、残部ＷＣとからなる組成を有することを特徴 とする請求項１記載の方法。 ３．前記物体が、ＣＶＤ法、ＭＴＣＶＤ法またはＰＶＤ法による少なくとも１ 層を含む薄い耐摩耗性被膜を備えることを特徴とする請求項１または２記載の方 法。 ４．５〜１０ｗｔ％のＣｏと、０．５〜２μｍの平均ＷＣ粒径とのＷＣとから なる超硬合金物体であって、 １００〜３５０μｍの幅のバインダー相が欠乏した表面帯域において、２５μ ｍまでの表面帯域の平均バインダー相含有量が公称バインダー相含有量の２５〜 ７５％好ましくは４０〜６０％であって、且つ 前記バインダー相含有量が、公称含有量まで単調に且つ最大のない無段階的状 態で増加し、且つ 表面のＣｏ含有量が、公称Ｃｏ含有量の＋６〜−４％好ましくは＋４〜−２％ である ことを特徴とする超硬合金物体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．超硬合金物体を、焼結温度まで適切な雰囲気中で加熱する工程と、冷却す る工程とを含む超硬合金物体を焼結する方法であって、 前記冷却工程を、少なくとも１２００℃以下までは圧力０．４〜０．９バール の水素の雰囲気で行うことを特徴とする超硬合金物体を焼結する方法。 ２．前記水素の圧力が、０．５〜０．８バールであることを特徴とする請求項 １記載の方法。 ３．前記超硬合金が、４〜１５ｗｔ％のＣｏと、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ等の ２０ｗｔ％以下の立方晶炭化物と、残部ＷＣとからなる組成を有することを特徴 とする請求項１または２記載の方法。 ４．前記超硬合金が、５〜１２ｗｔ％のＣｏと、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ等の １２ｗｔ％未満の立方晶炭化物と、残部ＷＣとからなる組成を有することを特徴 とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。 ５．前記超硬合金が、ＣＶＤ法、ＭＴＣＶＤ法またはＰＶＤ法による少なくと も１層を含む薄い耐摩耗性被膜を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれ か１項に記載の方法。 ６．５〜１０ｗｔ％のＣｏと、０．５〜２μｍの平均ＷＣ粒径とのＷＣとから なる超硬合金物体であって、 １００〜３５０μｍの幅のバインダー相が欠乏した表面帯域において、２５μ ｍまでの表面帯域の平均バインダー相含有量が公称バインダー相含有量の２５〜 ７５％好ましくは４０〜６０％であって、且つ 前記バインダー相含有量が、公称含有量まで単調に且つ最大のな い無段階的状態で増加し、且つ 表面のＣｏ含有量が、公称Ｃｏ含有量の＋６〜−４％好ましくは＋４〜−２％ である ことを特徴とする超硬合金物体。