JPS60103080A - 硼化物系超硬質材料 - Google Patents

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、ＴｉＢ２を硬質相として含み、　Ｆｅ、　Ｃ
ｏ。

ＮｉとＷとの複硼化物を結合相として含む新規な硼化物
系超硬質材料に関するものである。

ＴｉＢ２は、高硬度、高融点でしかも高温強度が極めて
高い化合物であるため（二、切削工具材料や熱機関の部
品材料などの＋＞ｆｔ硬度、耐ｙｔ耗性、耐熱性などの
要求される用途が期待されている飼料であるが、ＴｉＢ
２単体の焼結体は、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Ｃ二することが必要であ
り、そのため（：は、結合剤として融点が高く、靭性の
大きいものが要求される。

従来、ＷＣを基材とする超硬合金は硬度が高く靭性も比
較的すぐれているので、切削工具や金型累月などに広く
使用されているが、耐食性や高温耐酸化性（二劣るなど
の欠点があり、硬度もマイクロビノカーヌ硬度（以下Ｈ
Ｖで示す）で、２，０００程度までである。また、Ｃｏ
、Ｗ、　Ｃｒを基材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（二、高速度鋼も
硬度が低く、とく（−高温硬度（−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（二、最近、鉄面化物
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
案されている。（たとえば、特公昭５４−２７８１８号
、特公昭５６−８９０４号および特公昭５６−１５７７
３号）。しかしながらこれら（二開示されている合金で
は、最高硬度が、１−１ｖ　＝　２，０００程度である
ため（−５さら（二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、ＴｉＢ２やＣｒＢ２などの二面化金属の結合剤と
して４７１化マンガンを用いた高強度硬質材料（特開昭
５５−１６７１８０　）や硼化チタンを用いた超耐熱材
料（特開昭５７−２７８２）などが提案されているが、
高い硬度の材料を得るため（二は、ホットプレス法で約
１．　ｆｓ　Ｏ（）　℃以」二、）臀１１８１焼結で約
２，０００℃以上の高温Ｆで焼結しなければならないと
いう工業生産面での！Ｉ［：点がある。

そこで、これらの間に７４点を改良し、しかも、ｉ”１
１３２の有用な特性を発揮させるために、鋭意研究を！
Ｒねた結果、ＴｉＢ２を硬質相とし、５４点が１，９０
（１’ｃ程度と高い複硼化物Ｗｉ’ｅＢ、　’ＶＶＣｏ
Ｂ、　Ｗ２Ｆ’ｅＢ２．　Ｗ２ＣｏＢ２　オよびＷ２Ｎ
１Ｂ２を結合相として用いることＣ二より、イ・ｉｌｉ
めで高い硬度と優れた抗折力をもった焼結体がｉｊ、）
られることを見い出し、これらの知見（−基づいて、本
発明をなす（−いたった。すなわち、本発明の主たる目
的は、ＷＣ系のｉｌａ硬合金以上の硬度範囲を包含でき
、しかも、強度と靭性の高い硼化物系超硬質材料を提供
することにあり、硬度でいえばＨｖ＝　２．　ＯＯＯ〜
３．　ＯＯＯの範囲である。本発明の他の目的は、耐摩
耗性、耐食性および耐熱性に優れた超硬質材料を提供す
ることであり、さら（二他の目的は、より安価な超硬質
材料を提供することにある。

以下、本発明の詳細（二ついて説明する。

本発明の硼化物系超硬質材料は、ＴｉＢ２を硬質相とし
、複硼化物ＷＦｅＢ　、　ＷＣｏＢ　、　Ｗ２Ｃ０Ｂ２
　、　Ｗ２ＣｏＢ２およびＷ２Ｎ１Ｂ２の中から選ばれ
た１柾以上を結合相とすることにより構成される。Ｔｉ
Ｂ２の最終の平均粒径）ま３μｍ程度以下が好ましい。

結合相として用＋７）る複硼化物は、全重量（二対し３
〜６０９６の範囲で添力目するのが適当である。この量
が、３％未満で１ま十分な機械的強度が得られないし、
６０％を超えると硬度が低下する。この復イｄｌｌ］化
物としてはＷｌｉ’ｅＢの場合、必ずしも化合物として
の’Ｈ￥ｅＢの粉末を＋Ｍ料として用いる必要はなく、
たとえばＷ粉末とｐｅ粒粉末Ｂ粉末、ＷＢ粉末と氏粉末
、あるｌ／））よ、フェロボロン系のＦｅ−Ｂ系粉末な
どの混合粉末カー、焼結後（＝、ＷＦｅＢを形成するよ
う（＝配合した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＋−Ｘ線回折を行なうと
ＷＦｅＢ　カー〕ｂ成されていることが確ｉ忍された。

ＷＣｏＢ　、　Ｗ２Ｆ’ｅＢ２　。

Ｗ２Ｃ０Ｂ２およびＷ２Ｎ１Ｂ２＋二ついても前記と同
様（＝配合した混合粉末を焼結することにより、それぞ
れの複硼化物が得られる。これらの結合相の成分元素で
あるＦｅは、Ｆｅ系のボールやポットを使用するとＴｉ
Ｂ２原料粉を振動ボールミルにより粉砕中にボールやボ
ット内面の摩耗粉として混入、添加されることになるの
で、通常は、塩酸などで溶解除去するが、混入したまま
で使用すると、最終焼結体の結合相ＭＩＭＩＢまたはｌ
ｌｖｉ１ＭＩＩＢ２の原子比より余剰（二含有されるこ
と（二なる。このような製造」二程から生ずる原子比の
ずれを考ＪＪＩＩ　して、Ｍｌと八〇またはＭｌとＭｉ
の余剰の含有４Ｉ！（二ついて試験した結果、最終焼結
体の重量で、Ｍｌの場合最大１０％まで、Ｍｌまたは＆
ｉｍの場合最大１５りづまでであれば、焼結体の硬度低
下がみられるが、強度などの機械的特性への影キ４シは
小さい。これらの値をこえると硬度もさらに低下し機械
的強度も低下することがわかった。これらの余剰のＭｌ
とＭｌまたはＭｕは、一般（二、最終焼結体中に金属相
として存在する。

本発明の超硬質材料の製造は、つぎのよう（ニして行な
うことができる。平均粒径３μｍ以下のｌｌｌｉ１３２
粉末（−１所定量の複硼化物粉末（平均粒径３ｐＰｎ以
下）を添加して、振動ボールミルで湿式混合と粉砕を十
分行なった後、乾燥造粒する。この混合粉末を、たとえ
ば、黒鉛型（＝充填し、真空中、アルゴンガスよたは水
素ガスのような中性または還元性ぢメ囲気中（二おいて
、１００　ｋｙ／ｃｍ２以」−の圧力下で１，４００℃
以上、好ましくは１．５００℃す、−Ｈの温度で加熱す
るか、あるいは、前記の混合粉末を、あらかじめ圧縮成
形した圧粉体を、［）１１記の雰囲気中において、１，
６００°ＣＰＪ、上、好ましくは］、７００℃以１２，
０００℃以下の温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１ｊ　ｆＭ＋水圧プレス法の単独
使用または併用（二よっても製造することができる。

このようにしてイ４ｊられた焼結体は、いずれも、硬ｊ
父、抗折力、相対密度（−優れ、切削工具、熱機関部品
、耐厚耗飼料として好適である。

以下、ソご施例により、本発明をさらに計細（二説明す
る。実ＪＭ例に供した材料の組成は、第１表および第２
表にボした。

第２表　金属粉末の純度（重量％） 実施例１ ’Ｉ’ｌＢ２わｊ木の平均料径を３μｍ以下とするため
に、夕、製の振動ボーツノミル（二より有桟溶媒中で２
５１１９間ｉｉｎ！一式粉砕し、このとき混入したＦｅ
粉末を塩酸アセトンで俗解除鉄し、Ｎ２雰囲気中で乾燥
造粒する。

結合剤どして用いる複＋１ｉｌｉ化物ＷＩｉ”ｅＢの粉
末も、平均粒径が３／ｌＪｎ以下どなるよう（二、前記
と同じ方法で粉砕し、乾燥造粒する。また、焼ホ１１佼
ＷＦｅＢをカニ成する成分として胡粉末とＦｅ　４４）
末を配合した混合粉末を用いる場合も、前記と同じ方法
で混合粉砕し、乾燥造料する。こ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（二、あらかじめ
有機の酸化防止剤を若干配合しておくとよい。

さらに、このようにして１′：］７こ′１゛市２ｔ、）
未、結合剤粉末および少ｈ１のグタノフィｉ−粉末をＩ
’Ｊｆ　ｅｌｌ　ｔｒｉ配合し、前記振動ボールミル−
Ｃ約＋　＋＋：、間混合して、同様（二乾燥造粒した。

つぎに、この混合粉末を黒グ１〉型に充填し、族ｎ１中
、または舒ガス中（二」６いて、１５　（ｌ　ｋｇ／’
σ２のｊｌ−力で加圧しながら１．６００℃および１，
５００℃の温度で３０分間加熱した。また、践ン昆合わ
）未を、あらかじめ、約１．０００　ｋｙ／’ｃｍ’シ
の圧力で圧Ｘ曲成Ｊニジしたものを、真空中において、
］、、　８００℃のｌ：＋Ａ　Ｉ遮で３０分間加熱した
。このよう（二しで１；ｔたリム粘体の特性を第３表に
示した。なお以下の実施例の）、１□１果も同表（１示
した。

実施例２ ＴｉＢ２粉末（二、複硼化物ＷＣｏ１３　の樹木、また
は、焼結後ＷＣｏＢを形成する成分どしてＷｉ３　Ｖ）
）末とＣ０粉末を配合した混合粉末なＪす１定量配合し
て、実力１１例１と同様に１昆合し、焼結した。

実施例３ ＴｉＢ２粉末に、復４１’ＤＩ化物Ｗ２ＦｅＢ２　ノ粉
末、まタハ、焼結後Ｗ２ＦｅＢ２を形成する成分として
ＷＢ粉末とＦｅ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（二混合し、焼結した。

実施例４ ＴｉＢ２粉末（＝、複硼化物Ｗ２ＣｏＢ２の粉末、また
は、焼結後Ｗ２ＣｏＢ２を形成する成分としてＷＢ粉末
とＣｏ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（二混合し、焼結した。

実施例５ ＴＨ３２粉末（−１複硼化物ＷｚＮｉＢ２の粉末、また
は、焼結後ＩＡ’ｚＮｉ　Ｂ２を形成する成分としてＷ
Ｂ粉末とＮｉ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（二混合し、焼結した。

実施例６ ＴｉＢ２粉末（−１焼結後ＷＦｅＢ、または、Ｗ２Ｆｅ
Ｂ２を形成する成分として、フェロボロン粉末とＷ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（二混合し、焼結した。

実施例７ ＴｉＢ２粉末に、焼結後Ｗ１＋’ｃＢ　を形成してなお
過剰のＦｅ分が存在するよう＋”−ｗ１３粉末とＦ’ｅ
粉末を配合した混合粉末を所定１１；、配合して、実施
例１と同様に混合し、焼結した。

実施例８ ＴｉＢ２粉末に、焼結イなＷＣｏＢを形成してなお過ｌ
；・１」のＷ分が存在するようにＷＢ扮末とＣｏ粉末と
Ｗゎ）末を配合した混合粉末を所定丘；配合して、実施
（，１１１と同４１゛ζに混合し、（、ｌ’ｌｉ結した
。

以上の実施例がらゎがるよう（二、硬度２，０００〜２
、６００　、抗折力９０〜１２０　ｋｇ／ｒａｍ２　、
密度約１００％の高硬度で強度も高い緻密な焼結体が得
られた。

手続袖正書（方式） 昭和５９年３月２１日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示　昭和５）３年特許願第２０９９５１号
２　発明の名称　硼化物系超硬質材料 ３、補正をする者 事件どの関係　特許出願人 住所’　ＬＩ：　ＩＩＩ醒　東京都千代田区霞が関−丁
目４番３号遁オ年、”＋　１’：、５・　東洋鋼鈑株式
会社４代理人 郵便番号　１００

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆｌ）　ＴｉＢ２粉に、複硼化物ＷＦｅＢ、ＷＣｏＢ、
   　Ｗ２Ｃ０Ｂ２　。 Ｗ２Ｃ０Ｂ２およびＷｚＮｉＢ２の粉末の中から選ばれ
   た少なくとも１種以上を、重量で、３〜６０％添加混合
   して焼結したことを特徴とする硼化物系超硬質材料０ （２１ＴｉＢ２粉末（二、Ｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃ０１ＮＩの
   粉末の中から選ばれた１種以上の混合物、これらの化合
   物もしくはこれらの合金の粉末をＭＩＭＩＢ　（ただし
   、ＭｌはＷ、Ｍｌは、Ｆｅ、Ｃｏを示す。以下同じ）、
   または、ＭＩ２ＭＩＢ２　（ただし、ＭｌはＷ、ＭＩＮ
   まＦｅ。 Ｃｏ、Ｎｉを示す。以下同じ）の成分となるよう（＝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料。 （３１Ｍ＋が、最終焼結体の重量で、最大１０％まで余
   剰に含有されていることを特徴とする特許ＭＷカ小箭聞
   舘１ｍおよび第２項記載の硼化物系超硬質材料。 ＋４１　ＭＮまたはＭｌが、最終焼結体の重量で、最大
   １５％まで余剰（＝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＃Ｈ１化物系超
   硬質材料。