JPH0369861B2 - - Google Patents

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JPH0369861B2
JPH0369861B2 JP3235085A JP3235085A JPH0369861B2 JP H0369861 B2 JPH0369861 B2 JP H0369861B2 JP 3235085 A JP3235085 A JP 3235085A JP 3235085 A JP3235085 A JP 3235085A JP H0369861 B2 JPH0369861 B2 JP H0369861B2
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JP
Japan
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boron nitride
joining
based sintered
component
filler metal
Prior art date
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Application number
JP3235085A
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JPS61193771A (ja
Inventor
Taijiro Sugisawa
Jiro Kotani
Kisho Miwa
Masami Kayukawa
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Priority to JP3235085A priority Critical patent/JPS61193771A/ja
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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 この発明は、窒化ほう素基焼結材料部材を高い
接合強度で炭化タングステン基超硬合金部材(以
下、単に超硬合金部材という)に接合する方法に
関するものである。 〔従来の技術) 一般に、窒化ほう素基焼結材料は、結合相形成
成分として少なくともCo粉末およびNi粉末のい
ずれか、または両方を配合し、さらに必要に応じ
て第2の結合相形成成分として周期律表の4aお
よび5a族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、お
よびほう化物、並びに酸化アルミニウムのうちの
1種以上を配合し、残りの主要部が窒化ほう素粉
末からなる混合粉末を、4万気圧以上の超高圧下
で、約1300℃の高温に加熱して焼結することによ
つて製造されるものであり、高硬度とすぐれた化
学的安定性を有することから、主として鋳鉄や耐
熱合金、さらに焼入鋼などの切削に切削工具とし
て用いられている。 この場合、上記の窒化ほう素基焼結材料部材
は、通常同じく結合相形成成分として少なくとも
CoおよびNiのいずれか、または両方を含有し、
残りの主要部が炭化タングステン(以下WCで示
す)からなる組成を有する超硬合金部材に接合さ
れ、スローアウエイチツプやエンドミル、さらに
バイトなどとして実用に供されているが、これら
両部材は、ろう付けなどの通常の手段では接合す
ることがきわめて困難であることから、前記の窒
化ほう素基焼結材料の焼結時に、前記の超硬合金
部材をこれと一緒に挿入して、焼結と同時に接合
を行なつているのが現状である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 このように窒化ほう素基焼結材料部材と超硬合
金部材の接合は、前記窒化ほう素基焼結材料の焼
結と同時に行なわれるものであるため、前記超硬
合金部材の占める分だけ窒化ほう素基焼結材料の
生産割合が少なくなり、これがコスト高の原因と
なつている。 したがつて、窒化ほう素基焼結材料の製造に際
して用いられているような超高圧を用いることな
く、かつ窒化ほう素基焼結材料の焼結とは別個
に、窒化ほう素基焼結材料部材を超硬合金部材に
接合することができれば、従来一緒に挿入されて
いた超硬合金部材の分だけ窒化ほう素基焼結材料
の生産割合が増すことになつて、その分だけコス
ト低減をはかることができるようになる。 〔問題点を解決するための手段〕 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、超高圧を用いずに、上記の窒化ほう素基焼結
材料部材を超硬合金部材に接合すべく研究を行な
つた結果、前記両部材の接合面に、少なくともP
(りん):5〜40原子%を含有し、さらに必要に応
じてC(炭素):1〜10原子%を含有し、残りの主
要部がCoおよびNiのいずれか、または両方から
なる配合組成あるいは成分組成を有するろう材を
介在させた状態で、これら両部材を、20Kg/cm2
上、実用的には20〜300Kg/cm2の圧力を付加しな
がら、800〜1000℃の温度に加熱すると、このろ
う材中のP成分、あるいはP成分とC成分が前記
両部材の結合相内に拡散することから、前記両部
材の結合相と前記ろう材とが一体化するようにな
り、この結果前記両部材はきわめて高い接合強
度、すなわち20Kg/mm2以上の高い剪断強度で接合
されるようになるという知見を得たのである。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、結合相形成成分として少なくとも
CoおよびNiのいずれか、または両方を含有する
窒化ほう素基焼結材料部材を、同じく結合相形成
成分として少なくともCoおよびNiのいずれか、
または両方を含有する超硬合金部材に接合するに
際して、これら両部材の接合面に、少なくとも
P:5〜40原子%を含有し、さらに必要に応じて
C:1〜10原子%を含有し、残りの主要部がCo
およびNiのいずれか、または両方からなる配合
組成あるいは成分組成を有するろう材を介在させ
た状態で、これら両部材を、20Kg/cm2以上、実用
的には20〜300Kg/cm2の圧力を付加しながら、800
〜1000℃の範囲内の所定温度に加熱して、前記ろ
う材のP成分、さらに必要に応じてC成分を前記
両部材内へ拡散させることによつて前記両部材の
強固な接合面をはかつた点に特徴を有するもので
ある。 つぎに、この発明の接合方法において、その条
件を上記の通りに限定した理由を説明する。 (a) ろう材中のP含有量 P成分には、ろう材の融点を低下させて、接合
加熱温度である800〜1000℃の温度で液相を形成
し、自身は加圧状態で、いずれも接合部材の結合
相の主要構成成分であるCoおよび/またはNi中
に拡散して、これら部材を一体化し、もつて強固
な接合をはかる作用があるが、その含有量が5原
子%未満では前記作用に所望の効果が得られず、
一方40原子%を越えて含有させると、両部材の接
合面にかなりの量のP成分が残留するようにな
り、このP成分は接合部材の結合相形成成分およ
びろう材構成成分と脆い化合物を形成し、この化
合物が多量に形成されると接合面の接合強度が著
しく低下するようになることから、その含有量を
5〜40原子%と定めた。 (b) ろう材中のC含有量 C成分は、P成分と共存した状態で、ろう材の
融点を一段と低下させ、ろう材を低温側で液相化
する作用をもつので、相対的に低い接合加熱温度
が要求される場合に応じて配合あるいは含有され
るが、その含有量が1原子%未満では前記作用に
所望の効果が得られず、一方10原子%を越えて含
有させると、接合面に遊離炭素として残留するよ
うになつて、接合強度が低下するようになること
から、その含有量を1〜10原子%と定めた。 (c) 接合加熱温度 800℃未満の接合加熱温度では、P成分の接合
部材への拡散速度が低く、この結果接合面に多量
のP成分が残留するようになつて、高い接合強度
を得ることができず、一方1000℃を越えた接合加
熱温度にすると、特に窒化ほう素基焼結材料部材
に変質が起つて、高い接合強度は得られるもの
の、切削性能の劣化を招くようになることから、
その温度を800〜1000℃と定めた。 (d) 付加圧力 接合に際して、接合部材の接合面に、接合強度
低下の原因となる空隙が形成されるのを防止する
ために圧力が付加されるが、付加圧力が20Kg/cm2
未満では完全に空隙発生を防止することができな
いので、20Kg/cm2以上の圧力を付加して空隙のな
い均一な接合面を得るようにする必要がある。な
お、付加圧力が高いほど接合強度は高くなるが、
実用的には20〜300Kg/cm2の付加圧力で十分満足
する接合強度を得ることができる。 なお、この発明の接合方法を実施するに当つ
て、ろう材は、それぞれ平滑に研削した接合面
に、メツキ法あるいは粉末塗布法などの方法によ
つて適用するのがよく、また、両部材の接合は、
雰囲気制御が可能なホツトプレス機を用い、非酸
化性ガス雰囲気中あるいは真空中で行なうのが好
ましく、密閉容器内での実施が可能ならば、雰囲
気は大気でもよい。 〔実施例〕 つぎに、この発明の接合方法を実施例により具
体的に説明する。 実施例 1 接合部材として、直径:7mmφ×厚さ:1.5mm
の寸法をもち、かつ第1表に示される成分組成を
もつた窒化ほう素基焼結材料部材と、直径:7mm
φ×厚さ6mmの寸法をもち、かつ同じく第1表に
示される成分組成をもつた超硬合金部材を用意し
た。 一方、ろう材形成粉末として、平均粒径:
1.2μmを有するCo粉末,同1.5μmのCo−P合金
(P:50原子%含有)粉末、および同0.5μmの炭
素粉末を用意し、これら粉末をそれぞれ第1表に
示される配合組成に配合し、これに有機接着剤を
加えて混合してペースト状とし、これらのペース
トを、上記接合部材のそれぞれの接合面に、5μm
の平均厚さで塗布した後、これらの両部材を接合
面で重ね合わせた状態で、ホツトプレス機の内
径:7.1mmφを有する黒鉛モールド内に挿入し、
同じく第1表に示される条件で接合を行
【表】 なうことによつて、本発明接合法1〜11および比
較接合法1〜4をそれぞれ実施した。 なお、比較接合法1〜4は、いずれもろう材の
配合組成および接合条件のうちのいずれかの条件
(※印を付したもの)がこの発明の範囲から外れ
た条件で行なつたものである。 つぎに、この結果得られた接合部材の接合面の
剪断強度を測定すると共に、接合面の状況を観察
した。これらの測定および観察結果を第1表に合
せて示した。 実施例 2 接合部材として、直径:6mmφ×厚さ:3mmの
寸法をもち、かつ第2表に示される成分組成を有
する窒化ほう素基焼結材料部材と、直径:6mmφ
×厚さ:4mmの寸法を有し、同じく第2表に示さ
れる成分組成をもつた超硬合金部材を用意した。 一方、ろう材形成粉末として、平均粒径:
1.5μmを有するNi−P合金(P:50原子%含有)
粉末,同1.5μmのCo−P合金(P:33原子%含
有)粉末,同1.2μmのCo粉末,同1.5μmのNi粉
末,および0.5μmの炭素粉末を用意し、これら粉
末を第2表に示される配合組成に配合し、これに
有機接着剤を加えて混合してペースト状とし、こ
れらのペーストを、前記超硬合金部材の接合面に
8μmの平均厚さで塗布し、ついで、このように調
製した超硬合金部材を接合面同志が接触した状態
で上記窒化ほう素基焼結材料部材に重ね合わせ、
これを上下の黒鉛パンチで加圧する形式のホツト
プレス機の内径:6.1mmφを有するキヤビテイ内
に挿入し、同じく第2表に示される条件で接合を
行なうことによつて本発明接合法12〜22および比
較接合法5〜8をそれぞれ実施した。 なお、比較接合法5〜8は、いずれも実施例1
におけると同様に、いずれかの条件がこの発明の
範囲から外れた条件で行なつたものである。 これらについても、実施例1におけると同様に
接合面の剪断強度を測定し、かつ接合面状況を観
察し、その結果を第2表に示した。 また、本発明接合法12,13,および14につい
て、得られた接合部材の接合面におけるPお
【表】 よびNiの最大拡散深さを、それぞれXMA(X線
マイクロアナライザー)により測定したところ、
第3表に示される結果を示した。
【表】 〔発明の効果〕 第1〜3表に示される結果から明らかなよう
に、本発明接合法によれば、ろう材構成成分の接
合部材への拡散が十分に行なわれ、接合面に空隙
などの発生なく、良好な接合状態で、しかも20
Kg/mm2以上の高い剪断強度で強固に窒化ほう素基
焼結材料部材を超硬合金部材に接合することがで
きるのに対して、比較接合法1〜8に見られるよ
うに、ろう材の成分組成および接合条件のうちい
ずれかの条件でもこの発明の範囲から外れると、
接合状態が悪く、かつ接合面の剪断強度も20Kg/
mm2以下と低く、高い接合強度での接合が不可能で
あることがわかる。 また、本発明接合法13により接合された接合部
材から直径:5mmφのドリルを加工し、このドリ
ルを用いて、 被削材:焼入れダイス鋼(硬さ:HRC54), 外周切削速度:40m/min, 切削油:使用 の条件で穴明け加工を行なつたところ、この穴明
け加工は良好な状態で行なわれ、従来著しく困難
視されていた高硬度鋼の穴明け加工を容易に行な
うことを可能とするものであつた。 上述のように、この発明の接合方法によれば、
窒化ほう素基焼結材料部材を、超硬合金部材に超
高圧を用いることなく、強固に接合することがで
きるので、窒化ほう素基焼結材料の製造コストの
低減や、その使用分野の著しい拡大をはかること
が可能となるなど工業上有用な効果がもたらされ
るのである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 結合相形成成分として少なくともCoおよび
    Niのいずれか、または両方を含有する窒化ほう
    素基焼結材料部材を、同じく結合相形成成分とし
    て少なくともCoおよびNiのいずれか、または両
    方を含有する炭化タングステン基超硬合金部材に
    接合するに際して、これら両部材の接合面に、少
    なくともP:5〜40原子%を含有し、残りの主要
    部がCoおよびNiのいずれか、または両方からな
    る配合組成あるいは成分組成を有するろう材を介
    在させた状態で、これら両部材を、20Kg/cm2以上
    の圧力を付加しながら、800〜1000℃の範囲内の
    所定温度に加熱して、前記ろう材中のP成分を前
    記両部材内へ拡散することを特徴とする窒化ほう
    素基焼結材料部材を炭化タングステン基超硬合金
    部材に接合する方法。 2 結合相形成成分として少なくともCoおよび
    Niのいずれか、または両方を含有する窒化ほう
    素基焼結材料部材を、同じく結合相形成成分とし
    て少なくともCoおよびNiのいずれか、または両
    方を含有する炭化タングステン基超硬合金部材に
    接合するに際して、これら両部材の接合面に、少
    なくともP:5〜40原子%とC:1〜10原子%を
    含有し、残りの主要部がCoおよびNiのいずれか、
    または両方からなる配合組成あるいは成分組成を
    有するろう材を介在させた状態で、これら両部材
    を、20Kg/cm2以上の圧力を付加しながら、800〜
    1000℃の範囲内の所定温度に加熱して、前記ろう
    材中のPおよびC成分を前記両部材内へ拡散させ
    ることを特徴とする窒化ほう素基焼結材料部材を
    炭化タングステン基超硬合金部材に接合する方
    法。
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