JPS6121310B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は粉末治金、特に焼結超硬合金製の物品
に耐摩耗性の炭化チタンの被膜を施す方法に関す
る。

本発明は、金属加工、自動車、工具製作及び他
の工業で使われる多面の再度鋭利にできない刃先
を含む、耐摩耗性の被膜が設けられた焼結超硬合
金製物品の製造に応用される。

チタン四塩化物、メタン及び水素を含む気体相
から、炭化タングステン、炭化チタン及びコバル
トを基にした焼結超硬合金製の物品に、耐摩耗性
の炭化チタンの被膜を施す方法は知られている
（スウエーデン特許第332328Cl.48b11/00，11/0
C23c11/00，1971、２、１）。

この方法は、高純度水素の製造と同様、気体混
合物の組成の精密な調節、その混合物の流量を確
保する複雑な装置を必要とする。

粉末混合物から金属で物品を熱拡散飽和するこ
とにより各種金属と合金製の物品に被膜を施す方
法も知られている。

重量割合５〜70％のチタン、０〜20％のクロ
ム、25〜85％の充填剤としてのアルミナ及び0.1
〜５％の活性化付与剤としての塩化アンモニウム
又は液体四塩化チタンの粉末混合物を用いて物品
をチタンで熱拡散飽和することにより、焼結超硬
合金製の物品に耐摩耗性の炭化チタンの被膜を作
る工程は知られている。この工程は、850〜1250
℃の温度範囲で３時間、水素の雰囲気中で行なわ
れる（フランス特許2304596号、1976参照）。しか
しながらこの手順はやや複雑である。というのは
それが、有毒な四塩化チタンによる環境汚染を避
けるために特別な密閉装置の必要性を考慮するか
らである。

この工程によると結果として二相の被膜が形成
される。上方の層は炭化チタン、下方の層はタン
グステンとチタンの混合炭化物から成る。下方の
層の高い厚さ（５〜８μ）は超硬合金からその層
へのタングスタンの顕著な熱拡散を示している。
超硬合金からその層へのコバルトの拡散も起こる
ことも考えられるが、それは知られているように
被膜のある超硬合金の耐摩耗性に悪い影響を与え
る。さらに充填剤としてアルミナを用いる結果と
して、被膜が汚される物品の切削特性を影響す
る。

本発明は、焼結超硬合金製の物品の耐摩耗性を
増すことを可能にするであろうような粉末混合物
の組成を選択することにより、前記物品に耐摩耗
性の炭化チタンを施すための手順を提供すること
目的とする。

本発明は、焼結超硬合金製の物品が重量割合で
20〜60％のチタン、40〜80％の充填剤及び１〜５
％の活性化付与剤としての塩化アンモニウムを含
む粉末混合物から、950〜1100℃の温度範囲で水
素の雰囲気中においてチタンで熱拡散飽和を受
け、その際本発明によると炭化チタンが充填剤と
して用いられることにある。前記物品に耐摩耗性
の炭化チタンの被膜を施す方法を提供する。

充填剤として用いられる炭化チタンにより、６
〜８μの被膜厚さで鉄及び鋼の切削の際に物品の
抵抗を４〜６倍に増加することを確保する耐摩耗
性の炭化チタンの被膜を得ることが可能になる。

本発明によると耐摩耗性の炭化チタンの被膜を
施す方法は次のように行なわれる。

あらかじめ洗浄された焼結超硬合金製の物品
は、重量割合で20〜60％のチタン、40〜80％の充
填剤としての炭化チタン、１〜５％の活性化付与
剤としての塩化アンモニウムを含む粉末混合物と
共に鋼又は黒鉛の容器の中へ置かれる。その容器
は超硬合金の製造の際に焼結するために通常用い
られる水平の連続作用の炉の中へ置かれる。手順
は、950〜1100℃の範囲の温度で水素の雰囲気中
において0.5〜２時間で行われる。

容器は炉の中を連続的に通過せしめられ、そし
て冷却区域の後で解放される。施される被膜の厚
さは、物品を入れた容器の移行速度はもちろん、
炉の中の熱区域の温度と長さを変更することによ
り調節される。

容器から一旦取り出された物品は、粉末を除去
するために例えば超音波を用いる装置により洗浄
される。同じ装置で、被膜を施すのに先立つて刃
先を洗浄することができる。

もしも温度が950℃以下で炭化チタンの含有率
が80％以上の場合、被膜が形成される速度は相当
に低下する。温度が1100℃で粉末の混合物中の炭
化チタンの含有率が40％以下の場合、粉末の焼結
と物品表面の質の劣化が起こる。

本発明による工程においてチタン粉末を用いる
ということは、ガス相から被膜を形成する場合に
は必要である水素の特別な純化を除去することが
可能になるであろう。

混合物中に塩化アンモニウムを活性化付与剤と
して用いることにより結果としてハロゲン化チタ
ンが形成され、それは超硬合金をチタンで熱拡散
飽和する工程を促進する。

充填剤として炭化チタンを用いることは混合物
の焼結を防止し、アルミナと異なり高速度の被膜
形成（10〜15μ／時）を保証するであろう。

このように、粉末粒子が付着せずかつ汚れのな
い均一でなめらかな被膜を得ることが可能にな
る。炭化チタンの使用によりなめらかで組成が均
一である被膜が高速度で形成されるということは
次のように説明することができる。

充填剤例えば炭化チタンは、混合物中に存在す
るチタンと同様に、塩化アンモニウムと反応して
チタンハロゲン化物を形成し、形成されたチタン
ハロゲン化物は物品の表面へチタンを輸送してそ
の表面にチタン被膜を形成する。その結果、被膜
形成の速度は増し、なめらかで組成が均一な被膜
を作ることが容易になる。

また、炭化チタンは水素雰囲気中において炭化
水素を形成し、形成された炭化水素は上記のよう
にして形成されたチタン被膜を炭化する作用をす
る。その結果、被膜形成工程が十分に促進され
る。このことはまた、超硬合金成分が被膜へ拡散
することを弱める。

超硬合金成分の被膜への拡散は、被膜付の超硬
合金の耐摩耗性に大きな影響を与える。

被膜形成の速度が大きいので、特別な密閉容器
は不要であり、そのことは用いられる容器の構造
を簡単にすることを可能にする。粉末混合物中の
物品を入れた容器は密閉せずにカバーでふさがれ
る。

さらにアルミナの代りに炭化チタンを用いるこ
とは用いれる粉末混合物の化学的処理工程を簡単
化する。

炭化チタンの被膜は、焼結超硬合金製の物品の
表面に６〜18μの厚さに形成される。

結果として生ずる炭化チタン被膜のマイクロ硬
度は2500〜2700Kg／mm²である。

結局、炭化チタン被膜を有する超硬合金の耐摩
耗性は鉄や鋼を切削する場合４〜６倍に増加す
る。

本発明をさらに次の例により説明する。

例 １ WC−CO（重量割合でCOが６％）から成る超
硬合金製の多面の再度鋭利にできない刃先は、重
量割合で60％のチタン、39％の炭化チタン及び１
％の塩化アンモニウムから成る粉末混合物と共に
黒鉛又は鋼の容器の中へ置かれる。容器は水素の
雰囲気中で温度950゜で２時間加熱された。炭化
チタン被膜は８μの厚さで物品の表面に形成され
た。切削速度140ｍ／分、深さ1.0mm、送り0.5
mm／回転で、ねじみ鋳鉄を切削する場合、炭化チ
タン被膜を有する再度鋭利にできない刃先の耐摩
耗性は、同じ組成の超硬合金製の被膜のない刃先
と比較して4.5倍も増加した。

例 ２ 例１で特定されたものと同様の組成の超硬合金
製の多面の再度鋭利にできない刃先は、重量割合
40％のチタン、58.5％の炭化チタン及び1.5％の
塩化アンモニウムを含む粉末混合物と共に容器の
中へ置かれ、水素の雰囲気中で温度1050℃で１時
間保持された。

炭化チタン被膜は12μの厚さで形成された。例
１で特定された条件下で、ねずみ鋳鉄を切削する
場合、刃先の耐摩耗性は5.6倍も増加した。重量
割合で18％Cr.10％のNi，0.6％のTiを含む鋼を切
削する場合、それは同じ組成の超硬合金製の被膜
のない刃先と比較して4.6倍も増加した。

例 ３ WC−TiC−TaC−Co（重量割合で18％の
TiC，２％のTaC，８％のCo）の組成の超硬合金
製の多面の刃先は、重量割合で20％のチタン、75
％の炭化チタン及び５％の塩化アンモニウムを含
む混合物中で水素の雰囲気中で１，100℃の温度
で0.5時間処理された。

炭化チタン被膜は18μの厚さで形成された。
0.5％の炭素を含む例１で記述した鋼を切削する
場合、刃先の耐摩耗性は、同じ組成の超硬合金製
の被膜のない刃先と比較して６倍も増加した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炭化チタンが充填剤として用いられることを
   特徴とし、重量割合で20〜60％のチタン、40〜80
   ％の充填剤及び１〜５％の塩化アンモニウムのよ
   うな活性化付与剤の粉末混合物から、950〜1100
   ℃の温度範囲で水素の雰囲気中において、焼結超
   硬合金製物品をチタンで熱拡散飽和することによ
   り前記物品に耐摩耗性の炭化チタンの被膜を施す
   方法。