JP2003201504A - 超硬合金接合体の製造方法 - Google Patents

超硬合金接合体の製造方法

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JP2003201504A JP2002370976A JP2002370976A JP2003201504A JP 2003201504 A JP2003201504 A JP 2003201504A JP 2002370976 A JP2002370976 A JP 2002370976A JP 2002370976 A JP2002370976 A JP 2002370976A JP 2003201504 A JP2003201504 A JP 2003201504A
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Kyung Woon Kim
キュン ウーン キム、
Keun Chul Song
ケウン チュル ソン、
Jung Hwang Cho
ジュン フワン チョ、
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ろう付け金属を使用せず、超硬合金と鉄系母
材との接合界面に所定のスパイクを形成して、接合強度
を向上させ、耐摩耗性及び耐衝撃性に優れた超硬合金接
合体を製造する方法を提供すること。 【解決手段】 超硬合金原料粉末と結合剤粉末とを混
合、圧縮して成形体を成形するステップと、前記成形体
を加熱して予備焼結を施して焼結体を得るステップと、
前記焼結体と鉄系母材とを接触状態で加熱してお互いに
接合させ、前記焼結体内のホウ素が前記鉄系母材の結晶
粒界に浸透し、接合界面に複数の硼化物スパイクを形成
するように、前記焼結体及び鉄系母材に対し１０００℃
〜１２００℃で３０分以上の間、熱処理を施す接合熱処
理ステップとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超硬合金接合体に
関し、より詳しくは、超硬合金と鉄系母材との接合界面
に所定のスパイク（spike）を形成して、接合強度を向
上させ、耐摩耗性及び耐衝撃性に優れた超硬合金接合体
を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、超硬合金は、タングステン炭化
物やクロム炭化物などの炭化物、窒化物または硼化物な
どの硬質の粒子と、ニッケルやコバルトなどの単一金属
もしくはニッケル合金やコバルト合金などの結合剤とか
らなるもので、耐摩耗性に優れており、工具類やその他
の耐摩耗性が重視される機械部品に広く使用されてい
る。
【０００３】通常、このような超硬合金を機械的部品と
して使用する場合、ろう付け金属（brazing metal）を
用いて鉄系合金などのような金属母材に接合して使用し
ている。一方、ろう付け金属を用いて超硬合金と母材と
を接合する場合、前記ろう付け金属は、超硬合金と母材
の両方との接合性がすぐれている必要がある。特に、ろ
う付け金属はその機械的強度と耐衝撃性などが悪く、接
合体の機械的特性を低下させるという問題点があり、そ
のため、最近、ろう付け金属を使用せずに超硬合金と母
材とを直接に接合する方法が試されている。
【０００４】このように、ろう付け金属を使用せずに超
硬合金と母材とを直接に接合する方法は、特開昭６２−
１８２４０７号及び特開昭６２−１８５８０６号に開示
されている。この直接接合方法により作製された接合体
は、通常、滑らかな接合界面を有しているが、これによ
り接合強度を一定の限度以上に高めることは困難であ
り、高面圧条件が求められる耐摩耗部品などには、この
ような直接接合法を用いることができないという問題点
があった。
【０００５】そのため、超硬合金の焼結体と母材との接
合面に機械加工を施して凸凹を形成し、この凸凹を有す
る超硬合金の焼結体と母材とを相互接合する方法が提案
されているが、この方法は、凸凹を有する接合面に気孔
が生じてしまい、むしろ接合強度を低下する結果をもた
らしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みなされたものであって、ろう付け金属を使用せ
ず、超硬合金と鉄系母材との接合界面に所定のスパイク
を形成して、接合強度を向上させることにより、耐摩耗
性及び耐衝撃性に優れた超硬合金接合体を製造する方法
を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る超硬合金接合体の製造方法は、鉄系母
材を用意するステップと、超硬合金原料粉末と、ニッケ
ル、シリコン及びホウ素を含有する結合剤粉末とを混
合、圧縮して成形体を成形するステップと、前記成形体
を加熱して予備焼結を施し、焼結体を得るステップと、
前記焼結体と前記鉄系母材とを接触状態で加熱してお互
いに接合させ、前記焼結体内のホウ素が前記鉄系母材の
結晶粒界に浸透し、接合界面に複数硼化物スパイクを形
成するように、前記焼結体及び鉄系母材に対し1０００
℃〜１２００℃で３０分以上の間、熱処理を施す接合熱
処理ステップと、を含むことを特徴とする。
【０００８】また、前記シリコン及びホウ素は、結合剤
組成物の重量比を基準にして、それぞれ２重量％〜６重
量％、２重量％〜５重量％で添加することが好ましい。
【０００９】さらに、前記超硬合金原料粉末は、炭化
物、窒化物及び硼化物からなる群のいずれかを用いるこ
とが好ましい。また、前記熱処理ステップは、６０分〜
１００分の間施すことが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を、添付図面に基づいて詳しく説明する。
【００１１】先ず、本発明に係る超硬合金接合体の製造
方法においては、図１に示すように、超硬合金の原料と
なる硬質の原料粉末と結合剤粉末とを準備し、これら粉
末を混合処理する（Ｓ１０１）。このとき、超硬合金原
料粉末としては、炭化物、窒化物または硼化物を使用
し、結合剤粉末としては、金属系粉末、たとえば、ニッ
ケル系合金またはコバルト系合金を使用する。さらに、
結合剤粉末には、シリコン（Si）及びホウ素（B）を添
加するが、これらのシリコン（Si）及びホウ素（B）
は、後述する鉄系母材との接合性を高める役割をする。
【００１２】一方、表１の実験結果によると、シリコン
（Si）は、結合剤組成物の重量比を基準にして、２重量
％〜６重量％、ホウ素（B）は、結合剤組成物の重量比
を基準にして、２重量％〜５重量％の組成にするのが最
も好ましいことが明らかになっている。
【００１３】このようなシリコン及びホウ素の添加量
は、後述する鉄系母材１０との接合界面３０にホウ素ス
パイク３２を形成するのに最適の量である。また、表１
には、鉄系母材１０との接合界面３０にホウ素スパイク
３２が形成された場合の接合体の剪断強度(453〜512kg/
cm2)の方が、スパイクの形成されていない場合の値（17
3〜201kg/cm2）よりも格段に高いことが示される。
【００１４】
【表１】
【００１５】次いで、図１を参照して、混合粉末を成形
体に成形し（Ｓ１０３）、これを低温で予備焼結（一次
焼結）して焼結体（予備焼結体）を得るステップ（Ｓ１
０５）を含む。前記成形ステップ（Ｓ１０３）では、混
合された粉末に対しプレスで圧縮成形を行う。また、前
記予備焼結ステップ（Ｓ１０５）では、成形体に低温の
熱を加えて成形体に対し予備焼結を施すが、このステッ
プ（Ｓ１０５）では、不活性ガスまたは還元性窒素、水
素ガスの混合された雰囲気下もしくは真空下でおよそ１
０００℃の温度で予備焼結を施す。
【００１６】一方、前記成形体を予備焼結する間、前記
焼結体と接合される母材を準備するが、この母材は、一
般的に鋳鉄または炭素鋼、もしくは合金鋼などの鉄系合
金で製造されるものである。
【００１７】このような鉄系合金母材が準備されると、
次いで、接合する母材と焼結体とを相互接触させ、これ
らの接触した母材及び焼結体に対し接合熱処理を施す
（Ｓ１０７）。この接合熱処理ステップ（Ｓ１０７）で
は、接触した母材及び焼結体に高温の熱を加えることに
より、焼結体を二次焼結すると共に、母材と焼結体とを
お互いに拡散接合させる。特に、この接合熱処理ステッ
プ（Ｓ１０７）では、母材と焼結体との接合界面に硼化
物スパイクを形成させる。
【００１８】つまり、鉄系母材及び焼結体に高温の熱を
加えるに従い、焼結体内のホウ素の一部が速い速度で鉄
系合金母材に浸透する。このとき、ホウ素は、鉄系合金
母材の不均一な部分、たとえば、結晶粒（gra-in）間の
境界である結晶粒界（grainboundary）に迅速に浸透
し、図２及び図３に示すような形状の硼化物スパイク３
２を形成する。このように母材１０と焼結体２０´との
接合界面３０に形成されたホウ素スパイク３２は、母材
１０と焼結体２０´との接触面積を増加させて接合強度
を高める役割を果たす。特に、前記ホウ素スパイク３２
は、硬度が１０００Ｈｖに至るので、硬度３００Ｈｖ程
度の鉄系合金母材１０よりも一層大きい剪断荷重にも耐
えられる。
【００１９】このような接合熱処理ステップ(Ｓ１０７)
では、不活性ガスまたは還元性ガスまたは真空雰囲気下
で、およそ１０００℃〜１２００℃で３０分以上、好ま
しくは６０分〜１００分の間、熱処理を施す。これは、
表２に示すように、母材１０と焼結体２０´との接合界
面３０へのスパイク形成に最も適合な温度が１０００℃
〜１２００℃であり、接合界面３０にスパイク形成可能
な最適の時間が６０分〜１００分であるためである。ま
た、表２によると、熱処理ステップを１０００℃〜１２
００℃下で３０分以上の間施し、鉄系母材１０との接合
界面３０にホウ素スパイク３２が形成された場合には、
接合体の剪断強度（385〜508kg/cm2）が、ホウ素スパイ
クの形成されていない場合の値（127〜193kg/cm2）より
も２倍以上格段に高いことが明らかにされている。
【００２０】
【表２】
【００２１】一方、接合熱処理ステップ（Ｓ１０７）を
終了すると、接合された母材と超硬合金（以下、「超硬
合金接合体」と称す）を常温で徐々に冷却させ、この冷
却された超硬合金接合体に対し機械加工処理を施す（Ｓ
１０９）。この機械加工処理ステップ(Ｓ１０９)では、
超硬合金接合体の内面及び外面に対し加工及び研磨処理
を施すことにより、精密度を向上させる。
【００２２】以上の各ステップを経て作製された超硬合
金接合体は、図２及び図３に示すような接合境界面の組
織を有するようになる。特に、接合熱処理ステップにお
いては、超硬合金２０と鉄系合金母材１０との接合界面
３０にスパイク３２を形成させて、接合強度を格段に高
めることにより、耐摩耗性及び耐衝撃性の向上を図るこ
とができる。
【００２３】以上、本発明の好ましい実施例を挙げて説
明したが、本発明は、このような実施の形態に限定され
るものでなく、請求範囲を外れない限り多様な形態に変
更して使用することができる。
【００２４】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によると、耐摩耗
部材である超硬合金の原料組成や熱処理の温度及び時間
を適宜に調節することにより、接合界面に複数の硼化物
スパイクを形成し、これにより、母材と耐摩耗部材間の
接合強度を高めて、耐摩耗性及び耐衝撃性に優れた超硬
合金接合体を製造できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超硬合金接合体の製造方法を説明
するフローチャートである。
【図２】本発明の製造方法によって製造された超硬合金
接合体の断面を模式的に示した拡大断面図である。
【図３】本発明の製造方法によって製造された超硬合金
と鉄系合金母材との接合界面の顕微鏡組織を示した断面
図である。
【符号の説明】
１０ 母材 ２０ 超硬合金 ２０’ 焼結体 ３０ 接合界面 ３２ スパイク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キム、 キュン ウーン 大韓民国 405−230 インチョン、 ナム ドン−グ、 ガンセオク−ドン、 ヒュン ダイ アパートメント 105−101 (72)発明者 ソン、 ケウン チュル 大韓民国 412−220 キョウンギ−ド、 ゴヤン−シ、 ドゥキャン−グ、 ハエン シン−ドン、 ダエウー アパートメント 2113−1101 (72)発明者 チョ、 ジュン フワン 大韓民国 158−070 ソウル、 ヤンチュ ン−グ、 シンジュン−ドン、 サンギョ ン アパートメント 101−1101 Ｆターム(参考） 4E067 AA01 AA02 BA03 DA17 DC06 4K018 AD01 AD02 AD10 BA04 BA11 CA11 DA11 JA34 KA02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 鉄系母材を用意するステップと、 超硬合金原料粉末と、ニッケル、シリコン及びホウ素を
    含有する結合剤粉末とを混合、圧縮して成形体を成形す
    るステップと、 前記成形体を加熱して予備焼結を施し、焼結体を得るス
    テップと、 前記焼結体と前記鉄系母材とを接触状態で加熱してお互
    いに接合させ、前記焼結体内のホウ素が前記鉄系母材の
    結晶粒界に浸透し、接合界面に複数硼化物スパイクを形
    成するように、前記焼結体及び鉄系母材に対し1０００
    ℃〜１２００℃で３０分以上の間、熱処理を施す接合熱
    処理ステップと、を含むことを特徴とする超硬合金接合
    体の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記シリコン及びホウ素は、結合剤粉末
    の重量比を基準にしてそれぞれ２重量％〜６重量％、２
    重量％〜５重量％で添加されることを特徴とする請求項
    １に記載の超硬合金接合体の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記超硬合金原料粉末は、炭化物、窒化
    物及び硼化物からなる群のいずれかを用いることを特徴
    とする請求項１に記載の超硬合金接合体の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記超硬合金原料粉末は、炭化物、窒化
    物及び硼化物からなる群のいずれかを用いることを特徴
    とする請求項２に記載の超硬合金接合体の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記熱処理時間は、６０分〜１００分で
    あることを特徴とする請求項１に記載の超硬合金接合体
    の製造方法。
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