JPH06240401A - 硬質焼結材料 - Google Patents
硬質焼結材料Info
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- JPH06240401A JPH06240401A JP5158393A JP5158393A JPH06240401A JP H06240401 A JPH06240401 A JP H06240401A JP 5158393 A JP5158393 A JP 5158393A JP 5158393 A JP5158393 A JP 5158393A JP H06240401 A JPH06240401 A JP H06240401A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】５００℃以上の高温域において物性が低下しな
い、アルミニウムなどの溶融金属に対して耐食性を有す
る硬質焼結材料を提供する。 【構成】Ｍｏ2 ＣｒＢ2 を主とする硬質相と、Ｎｉ、Ｆ
ｅ及びＣｏから選ばれる１種以上を主成分とする金属結
合相と、金属結合相中に分散しているＴａとＣｒを含む
相、Ｔｉを含む相及びＣｒと酸素を含む相から選ばれる
１種以上からなる第３相とから構成されている。
い、アルミニウムなどの溶融金属に対して耐食性を有す
る硬質焼結材料を提供する。 【構成】Ｍｏ2 ＣｒＢ2 を主とする硬質相と、Ｎｉ、Ｆ
ｅ及びＣｏから選ばれる１種以上を主成分とする金属結
合相と、金属結合相中に分散しているＴａとＣｒを含む
相、Ｔｉを含む相及びＣｒと酸素を含む相から選ばれる
１種以上からなる第３相とから構成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金
など既存の硬質焼結材料と比べ、硬度や強度などの物性
について室温において同等もしくは凌駕する特性を有
し、さらに既存の金属材料や硬質焼結材料では強度を維
持できない５００℃以上の高温域においても優れた強度
と硬度を維持し、アルミニウムや亜鉛などの溶融金属に
対して良好な耐食性を有する硬質焼結材料に関する。
など既存の硬質焼結材料と比べ、硬度や強度などの物性
について室温において同等もしくは凌駕する特性を有
し、さらに既存の金属材料や硬質焼結材料では強度を維
持できない５００℃以上の高温域においても優れた強度
と硬度を維持し、アルミニウムや亜鉛などの溶融金属に
対して良好な耐食性を有する硬質焼結材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属を結合相とする硬質焼結材料はサー
メットとも呼ばれ、セラミックスの有する優れた硬度、
耐熱性、耐食性に金属の有する優れた靭性を合せ有する
材料が実現し得るとして期待され、過去に精力的に研究
が行われた時期があった。
メットとも呼ばれ、セラミックスの有する優れた硬度、
耐熱性、耐食性に金属の有する優れた靭性を合せ有する
材料が実現し得るとして期待され、過去に精力的に研究
が行われた時期があった。
【０００３】しかし、今までに実用化された硬質焼結材
料は非常に多くの組み合わせが存在するにもかかわらず
比較的少数である。実用化されている硬質焼結材料の中
で、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は焼結性がよく、優れた硬度
と強度を有する材料が得やすく、引き続き改良が加えら
れたこともあって、その使用量は顕著に増加し、現在で
は一つの大きなマーケットを形成している。
料は非常に多くの組み合わせが存在するにもかかわらず
比較的少数である。実用化されている硬質焼結材料の中
で、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は焼結性がよく、優れた硬度
と強度を有する材料が得やすく、引き続き改良が加えら
れたこともあって、その使用量は顕著に増加し、現在で
は一つの大きなマーケットを形成している。
【０００４】ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金などは過酷な使用条
件において使用される場合が多いが、５００℃以上の高
温において速やかに硬度と強度を失うという弱点を有し
ている。特に最近の目覚ましい技術の発展により、過酷
な条件下で、より優れた耐用を有する硬質焼結材料が切
に求められている。
件において使用される場合が多いが、５００℃以上の高
温において速やかに硬度と強度を失うという弱点を有し
ている。特に最近の目覚ましい技術の発展により、過酷
な条件下で、より優れた耐用を有する硬質焼結材料が切
に求められている。
【０００５】従来のＷＣ−Ｃｏ系超硬合金がそのまま使
用できないような用途としては、高温で使用されるダイ
カスト用などの型材や、金属加工用部材、機械部品、摺
動部材などがある。また、冷却を施せば使用できるが、
冷却を施すことが使用上不都合な場合もある。
用できないような用途としては、高温で使用されるダイ
カスト用などの型材や、金属加工用部材、機械部品、摺
動部材などがある。また、冷却を施せば使用できるが、
冷却を施すことが使用上不都合な場合もある。
【０００６】Ｍｏ2 ＣｒＢ2 という３元系硬質化合物
（結晶）の存在は、例えばＰｏｒｏｓｈｋｏｖａｙａ
Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｙａ，Ｎｏ．５（７７），ｐ．７
９〜８７，Ｍａｙ，１９６９に報告があり、Ｍｏ2 Ｎｉ
Ｂ2 複硼化物系の硬質焼結材料にＣｒを添加すること
は、１９９２年金属学会秋季大会概要集ｐ．６９１や特
開昭６２−１９６３５３などに報告がある。
（結晶）の存在は、例えばＰｏｒｏｓｈｋｏｖａｙａ
Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｙａ，Ｎｏ．５（７７），ｐ．７
９〜８７，Ｍａｙ，１９６９に報告があり、Ｍｏ2 Ｎｉ
Ｂ2 複硼化物系の硬質焼結材料にＣｒを添加すること
は、１９９２年金属学会秋季大会概要集ｐ．６９１や特
開昭６２−１９６３５３などに報告がある。
【０００７】Ｍｏ2 ＣｒＢ2 を種々の金属と複合して高
靭性化し、硬質焼結材料が得られるであろうことは、こ
れらの報告から考え得ることである。しかし、実際に複
合化してみると、硬度の相当大きい焼結材料は得られる
が、原料中のＣｒ、あるいは原料前処理中にＣｒと結合
する酸素が存在することにより焼結時に焼結体中に気孔
が生成し、実用性のある強度を有するものが得られない
という問題がある。
靭性化し、硬質焼結材料が得られるであろうことは、こ
れらの報告から考え得ることである。しかし、実際に複
合化してみると、硬度の相当大きい焼結材料は得られる
が、原料中のＣｒ、あるいは原料前処理中にＣｒと結合
する酸素が存在することにより焼結時に焼結体中に気孔
が生成し、実用性のある強度を有するものが得られない
という問題がある。
【０００８】この系の硬質焼結材料が大きい硬度を有し
ているのは、主な構成物質であるＭｏ2 ＣｒＢ2 が硬い
結晶相であることによるが、前述の問題が存在するため
か、Ｍｏ2 ＣｒＢ2 を硬質焼結材料の硬質相として利用
する報告は見当たらない。
ているのは、主な構成物質であるＭｏ2 ＣｒＢ2 が硬い
結晶相であることによるが、前述の問題が存在するため
か、Ｍｏ2 ＣｒＢ2 を硬質焼結材料の硬質相として利用
する報告は見当たらない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の問題
点を解消して気孔の生成を抑制し、室温は勿論５００℃
以上の高温においても高い強度と硬度を維持し、アルミ
ニウムなどの溶融金属に対しても耐食性のある硬質焼結
材料を提供しようとするものである。
点を解消して気孔の生成を抑制し、室温は勿論５００℃
以上の高温においても高い強度と硬度を維持し、アルミ
ニウムなどの溶融金属に対しても耐食性のある硬質焼結
材料を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を達
成すべくなされたものであり、本発明の硬質焼結材料
は、Ｍｏ2 ＣｒＢ2 を主とする硬質相と、Ｎｉ、Ｆｅ及
びＣｏから選ばれる１種以上を主成分とする金属結合相
と、金属結合相中に分散しているＴａとＣｒを含む相、
Ｔｉを含む相およびＣｒと酸素を含む相から選ばれる１
種以上の第３相とから構成されていることを特徴とす
る。
成すべくなされたものであり、本発明の硬質焼結材料
は、Ｍｏ2 ＣｒＢ2 を主とする硬質相と、Ｎｉ、Ｆｅ及
びＣｏから選ばれる１種以上を主成分とする金属結合相
と、金属結合相中に分散しているＴａとＣｒを含む相、
Ｔｉを含む相およびＣｒと酸素を含む相から選ばれる１
種以上の第３相とから構成されていることを特徴とす
る。
【００１１】本発明の硬質焼結材料において、Ｔａは硬
質相中にもＭｏ2 ＣｒＢ2 のＭｏと置換する形で一部分
取り込まれているが、本発明にいうＭｏ2 ＣｒＢ2 を主
とする硬質相は部分的にＴａなどで置換されたものを含
む硬質相である。また、Ｔａは金属結合相中に固溶して
いる他、ＴａとＣｒを含む相などとして金属結合相中に
分散した第３相を形成する。また、Ｔｉは一部分が金属
結合相中に固溶する他、Ｔｉを含む相として金属結合相
中に分散した第３相を形成する。そしてこの第３相中に
は酸素、窒素、炭素などが含まれている。
質相中にもＭｏ2 ＣｒＢ2 のＭｏと置換する形で一部分
取り込まれているが、本発明にいうＭｏ2 ＣｒＢ2 を主
とする硬質相は部分的にＴａなどで置換されたものを含
む硬質相である。また、Ｔａは金属結合相中に固溶して
いる他、ＴａとＣｒを含む相などとして金属結合相中に
分散した第３相を形成する。また、Ｔｉは一部分が金属
結合相中に固溶する他、Ｔｉを含む相として金属結合相
中に分散した第３相を形成する。そしてこの第３相中に
は酸素、窒素、炭素などが含まれている。
【００１２】また、本発明にいうところのＭｏ2 ＣｒＢ
2 を主とする硬質相中にはＮｉやＦｅがＣｒと一部分置
換した状態で含まれているが、この化合物は後述するよ
うにＸ線回折によってその存在を確認できる。
2 を主とする硬質相中にはＮｉやＦｅがＣｒと一部分置
換した状態で含まれているが、この化合物は後述するよ
うにＸ線回折によってその存在を確認できる。
【００１３】金属結合相は、主成分であるＮｉ、Ｆｅ、
Ｃｏまたはこれらの合金にＭｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ
またはＮｂなどが固溶したものとなっており、これらの
固溶成分のうち、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｒは金属結合相の
高温強度の向上に寄与している。
Ｃｏまたはこれらの合金にＭｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ
またはＮｂなどが固溶したものとなっており、これらの
固溶成分のうち、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｒは金属結合相の
高温強度の向上に寄与している。
【００１４】Ｍｏ2 ＣｒＢ2 を主とする硬質相を生成さ
せるための出発原料としては、これらの成分元素を含む
化合物であればいずれも使用可能である。例えば、Ｍｏ
ＢとＮｉ−Ｃｒ合金、ＣｒＢ2 もしくはＣｒＢとＭｏ、
Ｍｏ、ＢとＮｉ−Ｃｒ合金などの粉末原料を組み合わせ
てＭｏ、Ｃｒ、Ｂなどを化学量論的組成となるように配
合すればよい。
せるための出発原料としては、これらの成分元素を含む
化合物であればいずれも使用可能である。例えば、Ｍｏ
ＢとＮｉ−Ｃｒ合金、ＣｒＢ2 もしくはＣｒＢとＭｏ、
Ｍｏ、ＢとＮｉ−Ｃｒ合金などの粉末原料を組み合わせ
てＭｏ、Ｃｒ、Ｂなどを化学量論的組成となるように配
合すればよい。
【００１５】さらに焼結時における気孔の生成を抑制し
て硬質焼結材料を緻密なものとして特性を向上せしめる
ため、本発明ではＴａ系化合物および／またはＴｉ系化
合物、たとえばＴａやＴｉの窒化物、硼化物、水素化
物、炭化物などを加える。加えたこれらの化合物は、焼
結時に第３相を形成するとともに、気孔の原因となる酸
素などをトラップし、気孔の生成を抑制することにな
る。また、Ｃｒも酸化物となって気孔の生成を抑制する
働きをする。
て硬質焼結材料を緻密なものとして特性を向上せしめる
ため、本発明ではＴａ系化合物および／またはＴｉ系化
合物、たとえばＴａやＴｉの窒化物、硼化物、水素化
物、炭化物などを加える。加えたこれらの化合物は、焼
結時に第３相を形成するとともに、気孔の原因となる酸
素などをトラップし、気孔の生成を抑制することにな
る。また、Ｃｒも酸化物となって気孔の生成を抑制する
働きをする。
【００１６】本発明の硬質焼結材料を製造するには、例
えば所定の組成に調合された出発原料を、ステンレス製
ポットとステンレス製ボールを用いるポットミルに入
れ、エタノールを粉砕媒体として粉砕と混合を同時に行
う。粉砕後にボールと分離したスラリー状の原料粉体
は、加熱しつつ減圧乾燥を行い、成形用粉体とする。
えば所定の組成に調合された出発原料を、ステンレス製
ポットとステンレス製ボールを用いるポットミルに入
れ、エタノールを粉砕媒体として粉砕と混合を同時に行
う。粉砕後にボールと分離したスラリー状の原料粉体
は、加熱しつつ減圧乾燥を行い、成形用粉体とする。
【００１７】次いで、この成形用粉体を金型プレスやＣ
ＩＰ（アイソスタチックプレス）成形などにより成形体
とし、真空ないし減圧雰囲気下において焼成温度を好ま
しくは１２５０℃から１４００℃の間として緻密化す
る。ここで材料物性を確保するための重要な第３相を確
実に生成せしめるため、第３相の化合物と硬質相の生成
が始まる１０００℃から液相が生じる１２００℃までの
温度域で昇温速度を例えば５０℃／時間以下と小さくす
るか、もしくはこの温度範囲内の一定温度で２時間以上
保持するのが好ましい。
ＩＰ（アイソスタチックプレス）成形などにより成形体
とし、真空ないし減圧雰囲気下において焼成温度を好ま
しくは１２５０℃から１４００℃の間として緻密化す
る。ここで材料物性を確保するための重要な第３相を確
実に生成せしめるため、第３相の化合物と硬質相の生成
が始まる１０００℃から液相が生じる１２００℃までの
温度域で昇温速度を例えば５０℃／時間以下と小さくす
るか、もしくはこの温度範囲内の一定温度で２時間以上
保持するのが好ましい。
【００１８】このような焼成条件により気孔率が小さ
く、高硬度でかつ高強度の硬質焼結材料が容易に得られ
る。ここで粉砕と混合はポットミルに限らず振動ミル、
アトリッシヨンミルなど通常使用される各種の粉砕機が
使用できる。また、粉砕媒体も安全性と取扱の容易さか
らエタノールとしたがアセトン、ヘキサンなども使用可
能である。
く、高硬度でかつ高強度の硬質焼結材料が容易に得られ
る。ここで粉砕と混合はポットミルに限らず振動ミル、
アトリッシヨンミルなど通常使用される各種の粉砕機が
使用できる。また、粉砕媒体も安全性と取扱の容易さか
らエタノールとしたがアセトン、ヘキサンなども使用可
能である。
【００１９】さらに、使用する原料粉体によって、粉砕
媒体を用いないでアルゴンや窒素で置換した雰囲気中で
乾式の粉砕と混合を行うことも可能である。また、ホッ
トプレスやＨＩＰ（ホットアイソスタチックプレス）な
どの加圧焼結によれば、１２５０℃以下の焼成温度であ
っても緻密に焼結することが可能であり、緻密で良好な
物性の焼結体が得られる。
媒体を用いないでアルゴンや窒素で置換した雰囲気中で
乾式の粉砕と混合を行うことも可能である。また、ホッ
トプレスやＨＩＰ（ホットアイソスタチックプレス）な
どの加圧焼結によれば、１２５０℃以下の焼成温度であ
っても緻密に焼結することが可能であり、緻密で良好な
物性の焼結体が得られる。
【００２０】また、１４００℃以上で焼結しても結晶粒
子の成長による若干の物性の劣化や変形が認められるも
のの、良好な物性を有する焼結体が得られる。得られる
焼結体の物性と焼結の容易さを考慮し、好ましくは１２
５０〜１４００℃の温度範囲で焼結を行う。
子の成長による若干の物性の劣化や変形が認められるも
のの、良好な物性を有する焼結体が得られる。得られる
焼結体の物性と焼結の容易さを考慮し、好ましくは１２
５０〜１４００℃の温度範囲で焼結を行う。
【００２１】焼結時における反応と緻密化の過程は、前
記の文献にある相図と焼結過程における化合物の組成な
どから推定して、Ｎｉを主成分とする金属結合相を有す
る硬質焼結材料の場合には次のような反応を伴うことに
より焼結が進行すると推定される。ここで、γ合金（γ
相）はＭｏ、Ｃｒ、Ｔａおよび／またはＴｉとＮｉの固
溶体である。
記の文献にある相図と焼結過程における化合物の組成な
どから推定して、Ｎｉを主成分とする金属結合相を有す
る硬質焼結材料の場合には次のような反応を伴うことに
より焼結が進行すると推定される。ここで、γ合金（γ
相）はＭｏ、Ｃｒ、Ｔａおよび／またはＴｉとＮｉの固
溶体である。
【化１】１０００℃付近：２ＭｏＢ＋Ｍｏ＋Ｎｉ−Ｃｒ
合金＋Ｔａ化合物→Ｍｏ2 ＣｒＢ2 ＋Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｃｒ
＋Ｔａ化合物 １２５０℃付近：Ｍｏ2 ＣｒＢ2 ＋Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｃｒ＋
Ｔａ化合物→（Ｍｏ，Ｔａ）2 ＣｒＢ2 ＋γ合金＋Ｔａ
とＣｒを含む相
合金＋Ｔａ化合物→Ｍｏ2 ＣｒＢ2 ＋Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｃｒ
＋Ｔａ化合物 １２５０℃付近：Ｍｏ2 ＣｒＢ2 ＋Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｃｒ＋
Ｔａ化合物→（Ｍｏ，Ｔａ）2 ＣｒＢ2 ＋γ合金＋Ｔａ
とＣｒを含む相
【００２２】これらの反応の結果として、得られる焼結
体中の生成物をＸ線回折法で調べると、Ｍｏ2 ＣｒＢ2
を主とする硬質相と金属結合相（Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔ
ｉなどが固溶したＮｉ合金）とＴａとＣｒを含む相、Ｔ
ｉを含む相およびＣｒと酸素を含む相から選ばれる１種
以上の第３相からなる３相構造を有する硬質焼結材料と
なっていることが分かる。この第３相の存在はＳＥＭや
ＥＰＭＡによる観察で容易に確認される他、５００倍以
上の光学顕微鏡観察によっても観察できる。
体中の生成物をＸ線回折法で調べると、Ｍｏ2 ＣｒＢ2
を主とする硬質相と金属結合相（Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔ
ｉなどが固溶したＮｉ合金）とＴａとＣｒを含む相、Ｔ
ｉを含む相およびＣｒと酸素を含む相から選ばれる１種
以上の第３相からなる３相構造を有する硬質焼結材料と
なっていることが分かる。この第３相の存在はＳＥＭや
ＥＰＭＡによる観察で容易に確認される他、５００倍以
上の光学顕微鏡観察によっても観察できる。
【００２３】本発明の好ましい硬質焼結材料では、硬質
相を３０重量％以上９８重量％未満含む。硬質相の量が
３０重量％未満では金属相が多くて、硬度がやや不足
し、高温における硬度と強度などの物性の低下傾向は大
きい。硬質相の量が９８重量％以上では、硬度は大きく
ても結合相である金属相がわずかしか存在しないため高
い結合強度が得られず、脆い焼結体となりやすい。硬度
と靭性を含めた強度のバランスを考慮し、硬質相のより
好ましい含有量は６５〜９５重量％である。
相を３０重量％以上９８重量％未満含む。硬質相の量が
３０重量％未満では金属相が多くて、硬度がやや不足
し、高温における硬度と強度などの物性の低下傾向は大
きい。硬質相の量が９８重量％以上では、硬度は大きく
ても結合相である金属相がわずかしか存在しないため高
い結合強度が得られず、脆い焼結体となりやすい。硬度
と靭性を含めた強度のバランスを考慮し、硬質相のより
好ましい含有量は６５〜９５重量％である。
【００２４】本発明の他の好ましい硬質焼結材料では、
第３相を０．３体積％以上３０体積％未満含む。金属結
合相中に分散している第３相の量は、０．３体積％未満
では得られる焼結体の密度が小さい場合がある。逆に、
ＴａとＣｒを含む相を３０体積％以上含んでいても緻密
化と強度向上の効果はほとんどなく、焼結体の比重がは
大きくなり、Ｔａが高価なものであることによりコスト
的にも材料の実用性が小さくなる。この第３相の体積％
は、焼結体の切断面の写真をＳＥＭや光学顕微鏡によっ
て撮影し、切断面に現れている第３相の表面積の割合か
ら計算により求めることができる。第３相のより好まし
い含有量は、得られる焼結体の物性から、０．５〜２０
体積％である。
第３相を０．３体積％以上３０体積％未満含む。金属結
合相中に分散している第３相の量は、０．３体積％未満
では得られる焼結体の密度が小さい場合がある。逆に、
ＴａとＣｒを含む相を３０体積％以上含んでいても緻密
化と強度向上の効果はほとんどなく、焼結体の比重がは
大きくなり、Ｔａが高価なものであることによりコスト
的にも材料の実用性が小さくなる。この第３相の体積％
は、焼結体の切断面の写真をＳＥＭや光学顕微鏡によっ
て撮影し、切断面に現れている第３相の表面積の割合か
ら計算により求めることができる。第３相のより好まし
い含有量は、得られる焼結体の物性から、０．５〜２０
体積％である。
【００２５】ＴａとＴｉは金属結合相中に固溶して金属
結合相の室温および高温における強度と靭性を改善する
などの働きをするとともに、金属結合相中にあるＣｒと
結合し、かつ気孔が生成する原因である酸素をトラップ
して硬質相と金属結合相の結合強度を向上せしめること
により焼結体の緻密化と物性の向上に貢献しているもの
と考えられる。また、金属結合相中に分散している第３
相は焼結体の組織を細かくし、焼結体の物性の向上にも
寄与していると考えられる。
結合相の室温および高温における強度と靭性を改善する
などの働きをするとともに、金属結合相中にあるＣｒと
結合し、かつ気孔が生成する原因である酸素をトラップ
して硬質相と金属結合相の結合強度を向上せしめること
により焼結体の緻密化と物性の向上に貢献しているもの
と考えられる。また、金属結合相中に分散している第３
相は焼結体の組織を細かくし、焼結体の物性の向上にも
寄与していると考えられる。
【００２６】本発明の他の好ましい硬質焼結材料では、
第３相中に酸素が含まれている。第３相が酸素を含む化
合物となっていることによって、焼結体中の気孔の生成
が抑制され、緻密で硬度と強度の大きい硬質焼結材料が
得られる。
第３相中に酸素が含まれている。第３相が酸素を含む化
合物となっていることによって、焼結体中の気孔の生成
が抑制され、緻密で硬度と強度の大きい硬質焼結材料が
得られる。
【００２７】本発明の他の好ましい硬質焼結材料では、
金属結合相中に固溶しているＣｒおよび／またはＭｏが
それぞれ５重量％以上３５重量％未満である。金属結合
相中に固溶しているＭｏおよびＣｒの量が５重量％未満
では金属結合相の固溶強化が充分でなく、硬質焼結材料
の顕著な強度と硬度の向上効果が得られない。他方、３
５重量％以上過飽和に固溶せしめると、焼結後の冷却時
もしくは実用時に脆い金属間化合物が焼結材料中に析出
し、硬質焼結材料の強度や靭性の低下をまねく傾向があ
る。金属結合相中のＭｏ、Ｃｒなどの固溶量はＸ線マイ
クロアナライザーや蛍光Ｘ線分析などによって分析でき
る。
金属結合相中に固溶しているＣｒおよび／またはＭｏが
それぞれ５重量％以上３５重量％未満である。金属結合
相中に固溶しているＭｏおよびＣｒの量が５重量％未満
では金属結合相の固溶強化が充分でなく、硬質焼結材料
の顕著な強度と硬度の向上効果が得られない。他方、３
５重量％以上過飽和に固溶せしめると、焼結後の冷却時
もしくは実用時に脆い金属間化合物が焼結材料中に析出
し、硬質焼結材料の強度や靭性の低下をまねく傾向があ
る。金属結合相中のＭｏ、Ｃｒなどの固溶量はＸ線マイ
クロアナライザーや蛍光Ｘ線分析などによって分析でき
る。
【００２８】
【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定さ
れるものではない。
するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定さ
れるものではない。
【００２９】実施例１ 出発原料として、ホウ素含有量が１０．３３重量％のＭ
ｏＢ粉末（平均粒径約４μｍ）と、ホウ素含有量が９重
量％のＣｒＢ粉末（平均粒径約１０μｍ）に、硬質相生
成のための成分調整として若干量のＭｏ粉末（平均粒径
約３μｍ）を加え、金属結合相の原料としてカーボニル
Ｎｉ粉末（平均粒径約１μｍ）、さらにＴａ源としてＴ
ａＮ粉末（平均粒径約１μｍ）を以下のように調合し
た。
ｏＢ粉末（平均粒径約４μｍ）と、ホウ素含有量が９重
量％のＣｒＢ粉末（平均粒径約１０μｍ）に、硬質相生
成のための成分調整として若干量のＭｏ粉末（平均粒径
約３μｍ）を加え、金属結合相の原料としてカーボニル
Ｎｉ粉末（平均粒径約１μｍ）、さらにＴａ源としてＴ
ａＮ粉末（平均粒径約１μｍ）を以下のように調合し
た。
【００３０】すなわち、ＭｏＢ、ＣｒＢ、Ｍｏ、Ｎｉお
よびＴａＮの粉末をそれぞれ２９．２４重量％、１６．
７１重量％、３０．４５重量％、１８．８３重量％およ
び４．７７重量％秤取し、各原料粉末を振動ミルのステ
ンレス製ポットに入れ、ステンレス製ボールを用いてエ
タノール溶媒中で２４時間の粉砕と混合を行った。
よびＴａＮの粉末をそれぞれ２９．２４重量％、１６．
７１重量％、３０．４５重量％、１８．８３重量％およ
び４．７７重量％秤取し、各原料粉末を振動ミルのステ
ンレス製ポットに入れ、ステンレス製ボールを用いてエ
タノール溶媒中で２４時間の粉砕と混合を行った。
【００３１】粉砕後のスラリーをエバポレータに入れて
加熱しながら減圧下で乾燥し、１４０メッシュの篩を通
して成形用粉体を得た。この成形用粉体を金型プレスに
入れて２００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で２０ｍｍ×３０ｍｍ
×４０ｍｍの形状に成形し、さらにＣＩＰで１．５ｔｏ
ｎ／ｃｍ2 の加圧をして圧粉体とした。
加熱しながら減圧下で乾燥し、１４０メッシュの篩を通
して成形用粉体を得た。この成形用粉体を金型プレスに
入れて２００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で２０ｍｍ×３０ｍｍ
×４０ｍｍの形状に成形し、さらにＣＩＰで１．５ｔｏ
ｎ／ｃｍ2 の加圧をして圧粉体とした。
【００３２】この圧粉体を雰囲気炉中で、５×１０-3ｍ
ｍＨｇの真空下で焼結した。すなわち、１１００℃にお
いて２時間保持した後最高温度１２８５℃で１時間焼結
した。得られた焼結体を切断加工してテストピースと
し、ビッカース硬度（Ｈv ）と３点曲げ強度（テストピ
ースの寸法は３ｍｍ×４ｍｍ×３０ｍｍで、測定スパン
は２０ｍｍとした。）を測定した他、切断面の組織を光
学顕微鏡とＳＥＭにより観察し、Ｘ線回折とＥＰＭＡに
よる組成分析を行った。
ｍＨｇの真空下で焼結した。すなわち、１１００℃にお
いて２時間保持した後最高温度１２８５℃で１時間焼結
した。得られた焼結体を切断加工してテストピースと
し、ビッカース硬度（Ｈv ）と３点曲げ強度（テストピ
ースの寸法は３ｍｍ×４ｍｍ×３０ｍｍで、測定スパン
は２０ｍｍとした。）を測定した他、切断面の組織を光
学顕微鏡とＳＥＭにより観察し、Ｘ線回折とＥＰＭＡに
よる組成分析を行った。
【００３３】得られた焼結体の室温におけるＨv は１２
５０ｋｇ／ｍｍ2 、曲げ強度は２００ｋｇ／ｍｍ2 、８
００℃における曲げ強度は１７０ｋｇ／ｍｍ2 であっ
た。また、Ｘ線回折（ＣｕＫα線）により図１に示すＸ
線回折図を得た。すなわち、図１は本発明による硬質焼
結材料の一実施例の結晶組成を示すＸ線回折図であり、
回折角２θ（°）と回折強度の関係を示す。Ｍｏ2 Ｃｒ
Ｂ2 を主とする硬質相の回折ピークは図中の＊印を付し
たものであり、Ｎｉを主成分とする金属結合相はγ印を
付したものである。
５０ｋｇ／ｍｍ2 、曲げ強度は２００ｋｇ／ｍｍ2 、８
００℃における曲げ強度は１７０ｋｇ／ｍｍ2 であっ
た。また、Ｘ線回折（ＣｕＫα線）により図１に示すＸ
線回折図を得た。すなわち、図１は本発明による硬質焼
結材料の一実施例の結晶組成を示すＸ線回折図であり、
回折角２θ（°）と回折強度の関係を示す。Ｍｏ2 Ｃｒ
Ｂ2 を主とする硬質相の回折ピークは図中の＊印を付し
たものであり、Ｎｉを主成分とする金属結合相はγ印を
付したものである。
【００３４】またＳＥＭと光学顕微鏡による組織の観察
とＥＰＭＡによる分析から、焼結体は硬質相と金属結合
相（γ相）およびＴａ、Ｃｒと酸素を含む第３相からな
り、硬質相中にはＭｏ、ＣｒおよびＢの他にＴａの共存
を認めた。また、金属結合相はＮｉ、ＣｒおよびＴａと
ステンレスボールなどから導入される少量の不可避不純
物からなっていることを認めた。
とＥＰＭＡによる分析から、焼結体は硬質相と金属結合
相（γ相）およびＴａ、Ｃｒと酸素を含む第３相からな
り、硬質相中にはＭｏ、ＣｒおよびＢの他にＴａの共存
を認めた。また、金属結合相はＮｉ、ＣｒおよびＴａと
ステンレスボールなどから導入される少量の不可避不純
物からなっていることを認めた。
【００３５】焼結体中の硬質相の量は配合したＢがすべ
てＭｏ2 ＣｒＢ2 を主とする硬質相を形成するものとし
てその重量％を計算し、８５重量％とした。第３相の含
有量は焼結体の切断面に現れた第３相の断面積から計算
して５体積％であり、金属結合相中に固溶されているＣ
ｒの量は１０重量％、Ｎｉの量は２５重量％であった。
また、不可避不純物の量は、１重量％以下と少量であっ
たので、以下の例ではこの量を無視して焼結体の組成を
示してある。
てＭｏ2 ＣｒＢ2 を主とする硬質相を形成するものとし
てその重量％を計算し、８５重量％とした。第３相の含
有量は焼結体の切断面に現れた第３相の断面積から計算
して５体積％であり、金属結合相中に固溶されているＣ
ｒの量は１０重量％、Ｎｉの量は２５重量％であった。
また、不可避不純物の量は、１重量％以下と少量であっ
たので、以下の例ではこの量を無視して焼結体の組成を
示してある。
【００３６】実施例２〜２２および比較例１〜６ 以下に他の実施例の組成と焼成温度を表１に、その物性
および構成を表２に、比較例についても同様に表３と表
４に、まとめて示した。原料粉末には、実施例１で使用
したものの他に、１μｍオーダーの平均粒径を有するＣ
ｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ、ＴｉＮ粉末を使用した。
また粉砕と混合、乾燥、成形などの条件は実施例１に準
じ、焼結は、先ず１１００℃において２時間保持した
後、表１に示された焼成温度で１時間保持して焼結し
た。また、比較例６、７は既存のＷＣ−Ｃｏ系超硬合金
である。
および構成を表２に、比較例についても同様に表３と表
４に、まとめて示した。原料粉末には、実施例１で使用
したものの他に、１μｍオーダーの平均粒径を有するＣ
ｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ、ＴｉＮ粉末を使用した。
また粉砕と混合、乾燥、成形などの条件は実施例１に準
じ、焼結は、先ず１１００℃において２時間保持した
後、表１に示された焼成温度で１時間保持して焼結し
た。また、比較例６、７は既存のＷＣ−Ｃｏ系超硬合金
である。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
【表４】
【００４１】表１と表２に示された実施例では、室温に
おける物性は代表的なＷＣ−Ｃｏ超硬合金の物性（比較
例６、７参照）と比較して概ね同等ないし優位なレベル
にあり、８００℃における曲げ強度がほとんど低下して
いないことを考慮すると、本発明による硬質焼結材料
は、特に高温において優れた物性を有する実用性のある
材料であることが分かる。
おける物性は代表的なＷＣ−Ｃｏ超硬合金の物性（比較
例６、７参照）と比較して概ね同等ないし優位なレベル
にあり、８００℃における曲げ強度がほとんど低下して
いないことを考慮すると、本発明による硬質焼結材料
は、特に高温において優れた物性を有する実用性のある
材料であることが分かる。
【００４２】比較例１〜５の結果では、気孔の存在など
によって曲げ強度と硬度のレベルは相対的に低くなって
おり、実施例ではＴａおよび／またはＴｉが添加されて
いることによって曲げ強度が明らかに向上しており、こ
のことは別に行った組織の観察結果とあわせて気孔が少
なく緻密化されたことによると判断された。
によって曲げ強度と硬度のレベルは相対的に低くなって
おり、実施例ではＴａおよび／またはＴｉが添加されて
いることによって曲げ強度が明らかに向上しており、こ
のことは別に行った組織の観察結果とあわせて気孔が少
なく緻密化されたことによると判断された。
【００４３】
【発明の効果】Ｍｏ2 ＣｒＢ2 を主とする硬質相と、Ｎ
ｉ、Ｆｅ及びＣｏから選ばれる１種以上を主成分とする
金属結合相からなる硬質焼結材料は、焼結時にＣｒ原料
に付随すると思われる酸素などにより気孔が焼結体中に
生成して緻密化が困難であったが、ＴａやＴｉを原料中
に混入しておくことによって、金属結合相中に分散して
いるＴａ−Ｃｒ系化合物、Ｔｉ化合物、Ｃｒ酸化物など
の第３相が形成され、気孔の生成が抑制されて緻密化が
容易になった。かくして、Ｍｏ2 ＣｒＢ2 を主とする硬
質相と、鉄族金属の金属結合相とからなる、８００℃の
高温においても十分な強度と硬度を有する硬質焼結材料
が得られた。
ｉ、Ｆｅ及びＣｏから選ばれる１種以上を主成分とする
金属結合相からなる硬質焼結材料は、焼結時にＣｒ原料
に付随すると思われる酸素などにより気孔が焼結体中に
生成して緻密化が困難であったが、ＴａやＴｉを原料中
に混入しておくことによって、金属結合相中に分散して
いるＴａ−Ｃｒ系化合物、Ｔｉ化合物、Ｃｒ酸化物など
の第３相が形成され、気孔の生成が抑制されて緻密化が
容易になった。かくして、Ｍｏ2 ＣｒＢ2 を主とする硬
質相と、鉄族金属の金属結合相とからなる、８００℃の
高温においても十分な強度と硬度を有する硬質焼結材料
が得られた。
【００４４】この硬質焼結材料は、高温域における物性
が従来のＷＣ−Ｃｏ系超硬合金と比べて顕著に優れてお
り、アルミニウムなどの溶融金属に対しても耐食性があ
るので、従来ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金が使用できなかった
ような用途や使用できても耐用が短かった用途、たとえ
ば高温で使用されるダイカスト用などの型材や、金属加
工用部材、機械部品、摺動部材などに好ましく使用でき
るので、その産業上の利用効果は多大である。
が従来のＷＣ−Ｃｏ系超硬合金と比べて顕著に優れてお
り、アルミニウムなどの溶融金属に対しても耐食性があ
るので、従来ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金が使用できなかった
ような用途や使用できても耐用が短かった用途、たとえ
ば高温で使用されるダイカスト用などの型材や、金属加
工用部材、機械部品、摺動部材などに好ましく使用でき
るので、その産業上の利用効果は多大である。
【図１】本発明による硬質焼結材料の結晶組成の一例を
示すＸ線回折図。
示すＸ線回折図。
＊：Ｍｏ2 ＣｒＢ2 を主とする硬質相の回折ピーク γ：金属結合相の回折ピーク
Claims (6)
- 【請求項１】Ｍｏ2 ＣｒＢ2 を主とする硬質相と、Ｎ
ｉ、Ｆｅ及びＣｏから選ばれる１種以上を主成分とする
金属結合相と、金属結合相中に分散しているＴａとＣｒ
を含む相、Ｔｉを含む相およびＣｒと酸素を含む相から
選ばれる１種以上の第３相とから構成されていることを
特徴とする硬質焼結材料。 - 【請求項２】硬質相を３０重量％以上９８重量％未満含
む、請求項１の硬質焼結材料。 - 【請求項３】第３相を０．３体積％以上３０体積％未満
含む、請求項１または２の硬質焼結材料。 - 【請求項４】第３相中に酸素が含まれている、請求項
１、２または３の硬質焼結材料。 - 【請求項５】金属結合相中に固溶されているＣｒおよび
／またはＭｏがそれぞれ５重量％以上３５重量％未満で
ある、請求項１、２、３または４の硬質焼結材料。 - 【請求項６】金属結合相がＮｉを主成分とするものであ
る、請求項１、２、３、４または５の硬質焼結材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5158393A JPH06240401A (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | 硬質焼結材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5158393A JPH06240401A (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | 硬質焼結材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06240401A true JPH06240401A (ja) | 1994-08-30 |
Family
ID=12890966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5158393A Pending JPH06240401A (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | 硬質焼結材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06240401A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014221940A (ja) * | 2013-05-14 | 2014-11-27 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 時効硬化性を有するＮｉ基硼化物分散耐食耐摩耗合金 |
| WO2021201106A1 (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-07 | 日立金属株式会社 | Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金部材、Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金粉末、および、複合部材 |
-
1993
- 1993-02-17 JP JP5158393A patent/JPH06240401A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014221940A (ja) * | 2013-05-14 | 2014-11-27 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 時効硬化性を有するＮｉ基硼化物分散耐食耐摩耗合金 |
| WO2021201106A1 (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-07 | 日立金属株式会社 | Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金部材、Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金粉末、および、複合部材 |
| JPWO2021201106A1 (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-07 | ||
| US12209298B2 (en) | 2020-03-31 | 2025-01-28 | Proterial, Ltd. | Ni—Cr—Mo-based alloy member, Ni—Cr—Mo-based alloy powder, and composite member |
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