JPS6111316B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属製品の使用寿命を延長させるた
めに機械工業および金属加工業において使用され
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る金属または合金の化学処理および熱処理に関す
る。さらに詳しくは、本発明は、焼結合金製品に
チタン炭化物およびチタン炭窒化物の耐摩耗性被
膜を設ける方法に関する。

本発明は硬合金から製品を製造する場合に有用
であると同時に、金属および合金の加工工具とし
て硬合金を使用する機械工業プラントでも有用で
ある。

チタン炭化物の被膜を設ける方法（例えば、ス
エーデン特許No.332328、Cl、48b11/001970）お
よびチタン炭化物および炭窒化物の被膜を設ける
方法（例えば、オーストラリア特許No.312952、
40b12/01、1974）は公知である。これらの方法
は、四塩化チタン、水素、メタンまたはメタンと
窒素の混合物を含有するガス混合物から前記化合
物を900〜1100℃で析出させることからなり、製
品を入れた加熱されたマツフル内に前記特定され
たガスを連続的に供給するものである。これら公
知方法における一工程サイクルの間に、10m³の精
製乾燥水素に対して約４リツトルの四塩化チタン
および800〜1000リツトルのメタンまたは窒素が
消費される。これら公知方法では、水素および他
のガスを完全に精製乾燥することが必要であると
同時に、反応生成物（１パス当り３Kgのチタン塩
化物および塩酸）を中和させるための余分な装置
が必要である。これら公知方法はこれらの目的に
特にかなつた特別の装置を用いた時にのみ実施す
ることができるが、相当な資本投下を必要とす
る。さらに、これらの方法は、タンタルを全く含
有しない合金よりもはるかに高価なタンタル含有
硬合金についてのみ適合するにすぎない。

公知方法は最大限の化学量論を以つてチタン炭
化物または炭窒化物の被膜の製造を可能とするも
のではないし、酸素および水素を汚染しないで前
記被膜の製造を可能とするものではない。したが
つて、これらの方法は、そのような被膜を付与さ
れた製品を十分な操業率で製造することを保証す
るものではない。

本発明は、連続的に実施される制御操作によつ
て、焼結硬合金の製品にチタン炭化物または炭窒
化物の被膜を製造する方法を提供することを目的
とするものであり、これによつて製品に特有な操
作上の改良が最大限に達成されることができ、さ
らに危険な水素ガス、およびその精製装置および
乾燥装置、また副生物の中和装置を使用しなくて
すむことができる。

この目的は、チタン塩化物、炭素および窒素含
有ガスを用いて焼結硬合金の製品にチタン炭化物
または炭窒化物の耐摩耗性被膜を生成させる方法
において、上記製品を圧力１×10^-5〜1.0mmHg、
温度1100〜1250℃の閉鎖空間に置き；製品を最初
に炭素含有ガスで処理しついで、前記閉鎖空間の
中に製品とともに置かれたチタン金属の処理の結
果得られる四塩化チタンで処理し；次に製品を炭
素または窒素含有ガスで処理することによつて達
成される。

被膜の生成に先だつて製品中の炭素量を調節で
きることと、また被膜自体の中の炭素量を調節で
きること、と同時に、水素ガス、および不純物と
して水素および水分を含有する四塩化チタンを使
用しないので、本発明の方法により、チタン炭化
物およびチタン炭窒化物の耐摩耗性被膜を化学量
論的量でかつ最少量の酸素で生成することができ
る。本発明のチタン炭化物またはチタン炭窒化物
の耐摩耗性被膜を生成させる方法は以下のように
して行う。

真空誘導電気炉の中に処理すべき製品（例え
ば、多面体状のとぎ直ししていないチツプ）を入
れ、さらにチタン片またはチタン粉のようなチタ
ン金属を入れる。冷却状態で炉空間を１×10^-2〜
１×10^-5mmHgの真空下に調整し残留酸素量をで
きるだけ最少にする。その後、さらにポンプを稼
動しながら加熱を開始し、硬合金の組成に応じて
1100〜1250℃に温度を上昇させる。低すぎる温度
では方法が経済的に非能率的になり、一方高過ぎ
る温度では硬合金のコバルト相の融解が起るので
許容できない。前記範囲内の選択された温度に達
つした後、炭素―含有ガス、例えば、プロパン、
ブタン、メタン、を炉内に導入し、製品を浸炭化
する。浸炭化中の滞留時間は硬合金の組成および
温度に従つて選択される。浸炭化完了後、炉内を
排気して1.10^-2〜1.10^-5mmHgの圧力に再びさせ、
四塩化チタンを炉内に供給する。選択された操業
温度では、四塩化炭素は元素状塩素を生成して解
離する。

生成した塩素は、下記の式に従つてチタン金属
と反応する： Ｔ_i＋Cl₂→Ｔ_iCl₂ 〓〓〓〓〓
2T_i＋3Cl₂→2T_iCl₃ Ｔ_i＋2Cl₂→Ｔ_iCl₄ 低級塩化チタンは硬合金のコバルト相に溶解し
た炭素と反応し、下記式に従つてチタン炭化物の
被膜を形成する： 3T_iCl₂→Ｔ_iＣ＋2T_iCl₃ 4T_iCl₃＋Ｃ→Ｔ_iＣ＋3T_iCl₄ 高級塩化チタンである四塩化チタンはチタン金
属と反応し、再び低級塩化チタンを生成し、この
方法は周期的に閉鎖系で繰返される。チタン炭化
物の被膜の厚さは、選択された操作温度に従う滞
留時間によつて調節される。

所望の厚さの被膜を製品に形成した後、炭素―
又は窒素―含有ガス、例えば、メタン、プロパ
ン、ブタン、窒素、アンモニア、を炉内に供給
し、製品をそのような雰囲気ガス中で、操作温度
である期間維持させて、チタン炭化物の化学量論
的生成またはチタン炭化物のチタン炭窒化物への
化学量論的転換を促進させる。滞留後、加熱を中
止し、製品を炉とともに冷却し、取り出す。

耐摩耗性被膜を形成させる本発明方法において
使用される真空誘導電気炉は同時に、製品の焼結
化または他の目的のための炉としても使用でき
る。

本発明の方法により、機械的に固着された硬合
金刃物片の耐摩耗性を２〜５倍に増加させること
ができ；該方法は何ら特別の装置および大きな資
本投下を必要とせず；さらに副生物の中和装置を
必要としないばかりでなく、危険な水素およびそ
の精製装置および乾燥装置を必要としない。この
方法は、炭素を溶融することのできる結合剤を含
有するいかなるタイプの硬合金に被膜を設けるの
に有用である。

本発明の特長をまとめて次のようになる。

(1) 浸炭化操作、チタン炭化物被膜の付与、炭素
含有ガス又は窒素含有ガスでの処理を１個の同
じ空間内でかつ１回の工程で行うことができ
る。

(2) 本発明の方法は、タンタルを含んだタングス
テン含有硬合金、及び、より重要なのは、タン
タルを含まないタングステン含有硬合金のいず
れへも被膜を形成することができる。

(3) 本発明の方法は、反応ガス及び水素の連続的
な流れを用いる必要がなく、減圧した閉鎖空間
内のチタン塩化物中で行うことができる。した
がつて、ガスの精製と反応生成物の中和のため
の特別の装置を必要としない。

(4) 本発明の方法は、高温で行うので、各操作を
強化することができ、被膜の基板への付着性が
強固なものとなる。

(5) 本発明の方法は、最終段階ですでに形成され
た被膜を炭素含有ガスで処理することになる
が、これにより、より高い化学量論的なチタン
炭化物の被膜を形成することができ、したがつ
て、より高い硬度と耐摩耗性の被膜を与えるこ
とができる。

本発明をよりよく理解するために、本発明の具
体的態様を説明している特定の実施例をいくつか
以下に記す。

実施例 １ チタン炭化物の被膜を、14重量％のTiC8重量
％のCoおよび78重量％のWCからなる焼結硬合金
の多面状のとぎ直ししていないチツプに生成させ
た。

真空誘導電気炉の中に上記製品およびチタン粉
末を入れる。炉内圧力を１×10^-2mmHgにし、加
熱を開始する。加熱中ポンプを連続的に稼動して
真空状態にする。温度が1120〜1150℃に達つした
時に、ポンプを停止し、メタンを炉内に導入し、
製品を２時間保つ。

炉内の製品表面の炭化完了後、炉内を６×10^-3
mmHgの真空にし、次にポンプを停止し、ついで
四塩化炭素を炉内に供給する。

６×10^-35×10^-1mmHgの真空下に２時間保つこ
とにより、厚さ７〜10μｍのチタン炭化物の被膜
がチツプ表面に形成される。次に、メタンを炉内
に導入する。２時間以内にチタン炭化物の被膜は
さらに浸炭化され、チタン炭化物の組成は化学量
論的組成に近づく。浸炭化操作の完了後、加熱を
中止し、炉を冷却する。得られるチタン炭化物の
被膜は７―10μｍの厚さおよびTiC0.97の化学量
論的量を有する。

被覆されていないチツプについては、HB硬度
212Kg/mm²の鋼を140m/minのスピードで、１mmの
深さで0.2mm/rev、の送りで切削するに要する時
間は11.4分であり、その後部面は0.8mm摩耗し
た。本発明の被膜を有するチツプについては、
31.9分であり、後部面の摩耗は0.45mmであつた。
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耐摩耗係数は2.7以上であり、実質的に摩耗がよ
り少ない。

実施例 ２ チタン炭窒化物の被膜を、10重量％の（Ｔ_iＣ
＋Ｔ_aＣ）、８重量％のCoおよび82重量％のWCか
らなる焼結硬合金の多面状のとぎ直ししていない
チツプに形成させた。実施例１に記載と同様な方
法で実施した。炉を１×10^-5mmHgの真空にし
た。チツプの浸炭はプロパンの雰囲気で1140〜
1160℃で１時間行なう。

チタン炭化物による処理は３時間行なう。この
間に、10〜12μｍの厚さを有するチタン炭化物の
被膜がチツプの表面に形成される。窒素ガスを炉
内に導入し、製品を炉内に３時間保つ。この間
に、チツプ表面に厚さ10〜12μｍ、Ｔ_iCNの組成
のチタン炭窒化物の被膜が形成される。

得られた被膜を有するチツプを実施例１に記載
のように試験した。耐摩耗性係数は2.8であり、
摩耗数値は0.25mmであつた。

実施例 ３ チタン炭窒化物の被膜を、92重量％のWC、お
よび８重量％のCoからなる焼結硬合金製の多面
体状のとぎ直ししていない切削チツプに形成す
る。

前記した実施例１に記載のような方法で行なつ
た。

炉内を排気して１×10^-3mmHgにする。浸炭化
はメタンの雰囲気中、温度1200〜1250℃で１時間
行なう。

チタン炭化物によるチツプの処理は1.10^-3〜
1.0mmHgの圧力下３時間行なう。

この間に、厚さ５〜７μｍのチタン炭化物の被
膜がチツプ表面に形成される。

その後、アンモニアガスを供給し３時間保つ。
この間にチツプ表面に５―７μｍの厚さおよびＴ
_iCNの組成を有するチタン炭窒化物の被膜が形成
される。

このような被膜を有するチツプは、鋳鉄の切削
加工の際、耐摩耗係数2.5を示し、摩耗度は0.5mm
であつた。

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Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ チタン塩化物および炭素含有ガスまたは窒素
   含有ガスを用いて焼結硬合金からなる製品にチタ
   ン炭化物またはチタン炭窒化物の耐摩耗性被膜を
   設ける方法において、製品を、圧力が１×10^-5〜
   １mmHg、温度1100〜1250℃の閉鎖空間に置き；
   製品をまず最初に炭素含有ガスで処理し、つい
   で、製品とともに閉鎖空間内に置かれたチタン金
   属と四塩化炭素との反応によつて得られるチタン
   塩化物で処理し、次に、製品を炭素含有ガス又は
   窒素含有ガスで処理することを特徴とする方法。