JPS5945971A

JPS5945971A - 硼化物系超硬質材料

Info

Publication number: JPS5945971A
Application number: JP57155970A
Authority: JP
Inventors: 高橋　粛; 龍彦田中; 近藤　嘉一
Original assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Current assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Priority date: 1982-09-09
Filing date: 1982-09-09
Publication date: 1984-03-15
Also published as: JPS6119593B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、　’Ｉ’１１３２またはＺｒ１３２またはこ
れらの混合物をｔｔ　′ｃｓ相として含み、Ｆｅ、Ｃｏ
、Ｎ）または（：ｒ　、！：　Ｍ。

との複硼化物を結合相として含む新規な硼化物系超硬′
凶＋１１′１に関するものである。

Ｔｉ１３ｇやＺｒ１ｈは、１！’ＩＩ　Ｉ四ｊ丈１，１
１）融人諷でしかも、１ｂン１敲Ｉ強度が極めてＩＩＬ
い化合物であるために、−ノ削１．貝伺料や熱機関の部
品材料などの１１１１硬度、耐ＩＹ粍性、耐熱性などの
要求される用途が期待されている材料であるが、　’Ｉ
”ｉＢ２やＺｒＩｈの１１４体の焼結体は、抗折力が低
く、もろいという欠点をもっている。したがって、適当
な結合剤を添加して強度の大きい焼結体が得られるよう
にすることが必要であり、そのためには、結合剤として
融点が１１’６　＜　、　’ＩＷ　（’ｌの人きいもの
が要求される。

１疋来、ＷＣを基材とする超硬合金は硬度が高く靭（’
ｌも比較的すくｎているので切削工具や金型素材などに
広（使用されているが、Ｗ訃源が次第に枯渇しているう
えに１１６価で比重が大きく、耐食性や、１ム温耐酸化
１♂１１こ乏しいなどの欠点があり、硬度はマイクロヒ
ラカース硬度（以下＋１ｖで示す）で２、０００程度ま
でである。また、Ｃ０１Ｗ、ＣｒをノＩ（祠とするステ
ライトは上記欠点は緩和されているものの硬度に劣り、
さらに、高速度鋼も硬度が低く、と（に高温硬度に劣る
などの欠点をもっている。

これら従来の欠点を解決するために、最近、鉄硼化物お
よび複硼化物を硬質相として有する硬質焼結合金が提案
さしている。（たとえば、特公昭５４−２７８１８号、
特公昭５６−８９０４号および特公昭５６−１５７７３
号）しかしながら、これらに開示されている合金では、
最高硬度がＨｖ＝　２．０００程度であるために、さら
に高硬度が要求される用途に対して十分対応し得ない面
がある。

また、ＴｉＢｇやＣｒｌ３２などの一０硼化金帆の結合
剤として硼化マンガンを用いた高強度＋ｙ　＊　＋Ａ料
（１６開明５５−１６７１８０）やＩｌｌ化チタンを用
いた超耐熱材料（特公昭５７−２７８２）などが提案さ
れているが、＋１６い硬度の材料を１すろためには、ホ
ットプレス法で約１，８００℃以１−５八通焼結で約２
、（１０’０℃以−にのｌ！’ＩＩ　’／ＩＡ丁で焼結
しなければならないという１業生産面での９１１Ｌ点が
ある。

そこで、これらの１ハｊ題点を改良し、しかも、Ｔｉｒ
ｈ　ヤＺｒＢ２（Ｊ）イｊ用な！１．）’　ｉ’ｌを発
揮させるために鋭、０１（１１Ｆ究を重ねた結果、′１
゛市２またはＺｒ１３２またはこれらの混合物を硬質相
とし、融点が１，７００℃程度と高イ複硼化物Ｍｏ２１
ｉ’ｐ１２、ＭＯ２Ｃ（１１１２、Ｍｏ２Ｎ１ｌｈ、お
よびＭｏ２ＣｒＢｇを結合相として用いとことにより極
めて高い硬度と優れた抗折力をもった焼結体が得られる
ことを見い出し、これらの知見に基づいて、本発明をな
すにいたった。すなわち、本発明のにたる目的は、ＷＣ
系の超硬合金以」−の硬度範囲を包含でき、しかも１強
度と靭性の高い硼化物系超＋ｌＩＩ！質材料を提供する
こと°にあり、硬度で云えばＨｖ＝２，０００〜３．０
００の範囲である。本発明の他の目的は、比重が小さく
　、　＋ＩｉＪ摩耗性、耐食性および耐熱性に鏝れた超
硬質＋１料を提供することであり、さらに曲の目的はよ
り安価な超硬質ヰ」科を提供することにある。

以下、本発明の詳細について説明する。

本発明の硼化物系超硬質材料は、’ｒｉＢ２またはＺｒ
１ｈまたはこれらの混合物よりなる＋ｌｌＩ！質相と複
硼化物Ｍｏ２ＦｅＢｚ、ＭＯ２Ｃ０Ｂ２、Ｍｏ２Ｎ１ｒ
３２およびＭｏｅＣｒＢ２の中から選ばれた１種以上よ
りなる結合相とによって構成される。ＴｉＢ２の最終の
平均粒径は３μｍ程度以下が好ましい。結合相として用
いる複硼化物は全型ｌｉｔに対し２〜４０９６の範囲で
添加するのが適当である。この量が、２％未満では十分
な機械的ｌＩ！ｌｉ度が４（１られないし、４０％を超
えると硬度が低下する。この複硼化物としては、ＭＯｚ
Ｉｉ’ｅＢ２の場合、必ずしも化合物としてのＭｏ２Ｆ
ｅＢ２の粉末を１班料として用いる必要はなく、たとえ
ば、　Ｍｏ粉末とＦｅ粉末とＢ粉末、ＭｏＢ粉末とドｅ
粉末、あるいはフェロボロン系のＦｅ＝Ｂ系粉末などの
混合粉本が、焼結後に、Ｍｏ２ＦｃＨ２を形成するよう
に配合した混合粉末を用いてもよい。これらの混合粉末
を使用した焼結体では、焼結後にＸ線回折を行うとＭ　
Ｏ２１ｉ’ｅｔ３２が形成され”ｃいる：とがＩＩ′（
Ｉｉ認された。Ｍ　０２　Ｃｏ［１２、Ｍｏ　２Ｎ出２
、およびＭｏ２Ｃｒ１３２についても＋１１＋記と同様
に配合した混合粉末を焼結することにより、それぞれの
複硼化物がｔＵられる。これらの結合相の成分凡人でｔ
）る１・ｅやＣｒはＦｃ系のポールやボッｊ・を使用す
るとＴ山２１＋、’を旧粉の振動ボールミルによる粉砕
中にホールやポット内面のＨ＋Ｈれ粉として混入、添加
されることになるので、通常は、塩１１９などで溶）イ
除去するが、混入したままで使用すると、最終焼結体の
結合相ＭＩ２ＭＩＩＩ３２の原子比より余剰に含有され
ることになる。このような製造［−程から生ずる結合相
の原ｆ−比のずれを考慮して、ＭｌとＭｌｌの余剰の含
イｆ鼠について試験した結果、最終焼結体のｊＪｔ＠で
、１Ｖ１１の場合最大５％まで、Ｍｌｌの場合最大１５
％までであれば焼結体の硬度低ｔがみられるが、（！Ｓ
！度などの機械的局外へのｌ；Ｂ　鐸は小さ０゜これら
の植をこえると破瓜もさらに低゛下して機械的特性も低
下することが６かった。これら余剰のＭｌとＭｌｌは、
一般に、最終焼結体中に金属相として存在する。

本発明の超硬質桐材の製造は、つきのようにして行うこ
とができる。１１ト均粒径３μｍ以丁のＴｉ１ｈまた。

はＺｒ１ｈの粉末またはこれらの混合粉末に、所定量の
複硼化物粉末（平均粒径３μｍ以下）を添加して、振動
ボールミルで湿式混合と粉砕をト分行った後、乾燥造粒
する。この混合粉末を、たとえば黒鉛型に充填し、真空
中、アルコンカスまたは水素ガスのような中性または還
元性雰囲気中において、１００　ｋｙＡｒ！以上の圧力
下で１，３００℃以上、好ましくは１．４００℃以」二
の温度で加熱するか、あるいは、前記の粉トを、あらか
じめ、圧縮成形した圧粉体を前記の雰囲気中において、
１，５００℃以上、好まし鳴は１．６００℃以上２．０
００℃以十の１＠度で加熱することによって製造するこ
とができる。また、熱間静水圧プレス法のｆｌ’を独使
用または併用昏こよっても製造することができる。

このようにしてＲ’ｔられた焼結体は、いずれも、硬度
、抗折力、４１１ｋＪ密度に優れ、切削上共、熱機関部
品、耐１ｆ耗祠１′１として好適である。

以上、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。

実施例に１１（シた＋Ａ料の絹１戊は、第１表、第２表
に示した。

第２表　金属粉末の純度（市１１１％）実施例１１’ｉｌｈ粉末の・１乙均村径を３μｍ以卜とするため
に、鉄製の撮動ボールミルで自機溶媒中で２５時間ｌ！
１１式粉砕し、このとき混入したＩｉ’ｅ粉末を塩酸ア
セトンで溶解除鉄し、Ｎ２雰囲気中で乾燥造粒する。

結合剤として用いる複硼化物Ｍｏ２Ｆｃ７３２粉末も）
１１均ネぐｒ径が３μｎ］以ドとなるように前４ｅと同
じｌｊ法で粉砕し乾ｔ！＋’ｒ造拉する。また、４．Ｖ
ａ結後ＭｏｇＦｃｌｆを形成する成分としてＭｏＢ粉末
とドｅ粉末を配合した混合粉末を用いる場合も、前記と
同じｌｊ法で、１シ合粉砕し、乾燥造粒する。どの結合
剤の粉砕工程では、微粉末の酸化を極力抑制するために
、あらかじめ有機の酸化防１１−剤を若干配合してお（
とよい。

さらに、このようにして得たＴｉＢ２粉末、結合剤粉末
および少１ルのグラファイト粉末を所定量配合し、ｒｉ
ｆｔ記振動小振動ホールミル時間混合して、同様に乾燥
造粒した。

つぎに、この混合粉末を黒鉛型に充填し、真空中におい
て、１６０　ｋｉｎの王力で加圧しながら１、５３’　
０℃の温度で３０分間加熱した。また、該混合粉末をあ
らかじめ約１．０００　ｌ（ｇ／ｃｄの］１−力で匝絹
成形したものを、真空中（こおいて、１，７００℃の温
度で３０分間加熱した。このようにして得た焼結体の特
性を第３表に示した。なお、以ドの実施例の結果も同表
に示した。

実施例２ ’Ｉ’１１３２粉末に、複硼化物粉末ＭＯ２Ｃ０Ｂ２、
または焼結ｆｉＭｏ２ＣｏＢ２を形成する成分としてＭ
ｏＢ粉末とＣＯ粉末を配合した混合粉末を所定ｆｆｔ配
合して、実施１ダ１］と同様に混合し、焼結した。

実施例３ ’Ｉ’ｉＢ２粉末に、複硼化物粉末Ｍｏ２Ｎ１１３２、
または焼９．−；後Ｍｏ２Ｎ市２を形成する成分として
Ｍｏ＋３粉末とＮ１紛未を配合した混合粉末を所定１．
（配合して、実施例１と同様に混合し、焼結した。

実施例４Ｔｉ１３２粉末に、焼結後Ｍｏ２１ｉ’ｅＢｚを形成す
る成分としてフェロホロン粉末とＮ１０扮末と１３粉末
を配合した混合粉末を所定量配合して、実施例１と同様
に混合し、焼結した。

実施例５Ｔｉ１１２扮未に、焼−、イρＭｏ２Ｆｃ１１２を形成
する成分としてＭｏ粉末とＦｅ粉末と１３粉末を配合し
た混合粉末を所定ｈ（配合して、実施例１と同様に１１
４合し、焼結した。

実施例６Ｔ”１ｒ３２粉末に、焼結後ＭＯ２（Ｉｉ’ｅ　、　Ｃ
ｒ　）　Ｉｈを形成する成分としてＢ　−Ｃｒ　−１’
ｃ合金粉末とＭｏ粉末と１３粉末を配合した混合粉末を
所定量１−合して、実施例１と同様に混合し、焼結した
。

実施例・７ＺｒＢ２粉末に、Ｎ１ｏ２ＦｅＢ２粉末を所定量配合し
て、実施例１と同様に混合し、焼結した。

実施例８ＴｉＢ２粉末とＺｒＢ２粉末の混合粉末に、焼結後ｔｖ
ｌｏ２（Ｆｅ　、　Ｃｒ）　Ｂ２をハニ成する成分とし
てＢ　−Ｃｒ　−Ｆｅ合金粉末とＭｏ粉末とＢ粉末を配
合した混合粉末を所定量配合して、実施例１と同様に混
合し、焼結した。

実施例９ＴｉＢ２粉末に、焼結後ＭＯ２（Ｆｅ　、　Ｃｒ　）　
Ｂ２を形成してなお過剰のＦｅ分が存在するようにＢ−
〇ｒ−Ｆｅ合金粉末とＭｏ粉末を＋ｉｉ、！合した混合
粉末を所定；計配合して実施例１と同様に混合し、焼結
した。

実施例１０Ｔｉ１３２粉末に、焼結後ＭＯＩＩ　（Ｆｅ　、Ｃｒ　
）　Ｂｇを形成してなお過剰のＭｏ分がθ在するように
Ｂ　−Ｃｒ　−Ｆｅ合金粉末とＭｏ粉末とＢ粉末を配合
した混合粉末を所定ｂＥ１１＋！合して、実施例１と同
様に混合し、焼結した。

実施例１１ＴｉＢ２粉末に、焼結後Ｍｏ２ＮｉＢ２を形成してなお
過剰のＮ１分が存在するようにへ（ｏＢ粉末とＮｉ粉木
を配合した混合粉末を所定Ｉｔ量配合て、実施例１と同
様に混合し、焼結した。

以」二の実施例かられかるように、硬度２．００　＋１
〜２．７００　、抗折力８０〜１２０　ｋ２Δｄ、密度
約１００％の高硬度で強度も、ｊ’ｌｉいち密な焼結体
が肖られた。

手　　続　　補　　ｉ′Ｅ　　　繊　（方　式）％式％５、補正命令の日付昭和５７年１１月３０日６、補正の対象　　明　細　書７、補　正　の　内　容　　　　別紙の通り第２表　金
属粉末の純度（重ＪＹｋ％）実施例ＩＴｉＢ黛粉米粉末均粒径を３μｍ以下とするために、鉄
製の振動ボールミルで有機溶媒中で２５時時間式粉砕し
、このとき混入したＦｅ粉末を塩酸アセトンで溶解除鉄
し、Ｎ２雰囲気中で乾燥造粒する。

結合剤として用いる複硼化物Ｍｏ諺Ｆｅｌ１ｍ粉末も平
均粒径が３μｎ以下となるようにＨｉｄと同じ方法で粉
砕し乾燥造粒する。また、焼結後Ｍｏ！ＦｅＢｔを形成
する成分としてＭｏＢ粉末とＦの粉末を配合した混合粉
末を用いる場合も、前ＩＣと同じ方法で混合粉砕し。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　ＴｉＢ２粉末またはＺｒ１３２粉末またはこ
れらの混り粉末に、複硼化物Ｍｏ　２Ｆｅ１３２、ＭＯ
２Ｃ０Ｉ（２、ＭｏｚＮｉＢ２およびＭＯ２Ｃ０Ｉ２の
粉末の中から選ばれた少な（とも１種以Ｉ、を、重量で
、２〜４０％添加混合して焼結したことを１．１゛徴と
する′１゛ｌまたはＺｒ硼化物系超硬質材事１゜
（２）　　’Ｉ”ｉｌｈ粉木またはＺｒＢ２粉末または
これらの混合粉末に、Ｂ　、　Ｍｏ１Ｆ’ｅ、　Ｃｏ、
　ＮｉまたはＣｒ（Ｑ粉末の中から選ばれた１４ｉｎ以
上の混合物、これらの化合物もしくはこれらの合金の粉
末をＭ１２ＭＩＩＢ２　　（ただし、ＭｒはＭｏ、Ｍｕ
はＦｅ、　Ｃｏ　、　Ｎｉ　、　Ｃｒを示す。以下同じ
）の成分となるように配合して焼結することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の硼化物系超硬質材材。
（３）　　Ｉ’ｖｌが、最終焼結体の重量％で、最大５
％まで余剰に含有されていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項および第２項記載の＋１１１化物系超硬質
祠料。
（４）　　Ａ４＋１が、最終焼結体の重量％で、最大１
５もまで余剰に含有されていることを１．１徴とする腸
許請求の範囲第１ｒｃｉおよび第２項ｄＣ載のｆｉｌ化
物系超硬質祠料材