CN101683745B

CN101683745B - 连接体以及蜂窝结构体成形用接头

Info

Publication number: CN101683745B
Application number: CN200910178075.8A
Authority: CN
Inventors: 高桥博纪
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2029-09-23
Also published as: US20100074982A1; JP5345487B2; DE102009042325B4; CN101683745A; JP2011051322A; US8353695B2; DE102009042325A1

Abstract

本发明提供一种防止第2金属构件的连接界面附近的强度降低的连接体。连接体(1)由：由碳化钨基超硬合金构成的第1金属构件(2)和由碳当量2.5～3.5、硫含量为0.030质量％以下的马氏体系不锈钢构成的第2金属构件(3)连接而成。理想的连接体(1)如下，碳当量2.5～3.5的马氏体系不锈钢是选自SUS431、SUS420J1、SUS420J2、SUS410、SUS410J1、S-STAR、PROVA-400、HPM38、STAVAX ESR以及SUS403中的至少一种。

Description

连接体以及蜂窝结构体成形用接头

技术领域

本发明涉及连接体以及蜂窝结构体成形用接头(口金)，更详细地，涉及防止连接界面附近的强度降低的连接体以及蜂窝结构体成形用接头。

背景技术

以往，碳化钨基超硬合金和不锈钢的连接体被用在将陶瓷蜂窝结构体成形用的接头(蜂窝结构体成形用接头)、精密金属模具、模(dice)、销子等中。

例如，作为蜂窝结构体成形用接头，使用具备连接体(接头基体)的接头，该连接体连接了由不锈钢构成的板状构件和由碳化钨基超硬合金构成的板状构件，所述由不锈钢构成的板状构件形成有用于导入成形原料的内孔，所述由碳化钨基超硬合金构成的板状构件形成有与上述内孔连通、用于将成形原料成形为格栅状的狭缝(如参照专利文献1、2)。

蜂窝结构体成形用接头通常在接头基体的一个面上以格栅状等设置有与蜂窝结构体的隔壁厚度相对应的宽度的狭缝，在其相反侧的面(另一个面)上设置有与狭缝连通的、开口面积大的内孔。而且，该内孔通常被设置为与狭缝交叉的位置(例如，以格栅状形成的狭缝的交叉位置)相对应，两者在接头基体内部连通。所以，从内孔导入的陶瓷原料等的成形原料从内径较大的内孔向宽度狭窄的狭缝移动，从该狭缝的开口部作为蜂窝结构体的成形体被挤出。这样，由于狭缝部分其宽度变窄，因此狭缝部分在陶瓷原料通过时会产生较高压力，是一个容易磨损的结构。然而，在由耐磨损性高的碳化钨基超硬合金构成的构件上形成了狭缝的蜂窝结构体成形用接头，通过使用碳化钨基超硬合金而提高了耐磨损性。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2006-051682号公报

[专利文献2]日本专利特开2007-181976号公报

发明内容

但是，作为这样的碳化钨基超硬合金和不锈钢的连接体、在碳化钨基超硬合金形成了格栅状的狭缝的蜂窝结构体成形用接头存在使用中被格栅状的狭缝划分的单元组(cellblock)倾倒(倾斜)的问题。蜂窝结构体成形用接头的单元组倾倒，则成形蜂窝结构体时在单元(cell)内产生缺陷，不能得到高品质的蜂窝结构体。

以往，在蜂窝结构体成形用接头中，与碳化钨基超硬合金连接的不锈钢是SUS630等的析出固化系不锈钢。与碳化钨基超硬合金连接的这些不锈钢由于碳化钨基超硬合金中所含有的碳的溶出·扩散，与碳化钨基超硬合金的界面从马氏体系组织变化为奥氏体系组织，强度降低。由此，产生蜂窝结构体成形用接头的单元组倾倒的问题。

本发明鉴于上述问题而成，特征在于，提供一种防止连接界面附近的强度降低的连接体以及蜂窝结构体成形用接头。

为达成上述课题，根据本发明提供以下的连接体以及蜂窝结构体成形用接头。

[1]一种连接体，由碳化钨基超硬合金构成的第1金属构件和由碳当量2.5～3.5、硫含量为0.030质量％以下的马氏体系不锈钢构成的第2金属构件连接而成。

[2]如[1]所述的连接体，所述碳当量2.5～3.5的马氏体系不锈钢是选自SUS431、SUS420J1、SUS420J2、SUS410、SUS410J1、S-STAR、PROVA-400、HPM38、STAVAX ESR以及SUS403中的至少一种。

[3]具备[1]或[2]所述的连接体的蜂窝结构体成形用接头，所述第2金属构件是形成有用于导入成形原料的内孔的第2板状构件，所述第1金属构件是形成有与内孔连通、用于将成形原料成形为格栅状的狭缝的第1板状构件。

[4]一种连接体，由碳化钨基超硬合金构成的第1金属构件和由碳当量2.5～3.5、硫含量为0.030质量％以下的工具钢构成的第2金属构件连接而成(有时称“第二发明”)。

[5]如[4]所述的连接体，所述工具钢为HPM31。

根据本发明的连接体，由于是由碳化钨基超硬合金构成的第1金属构件和由碳当量2.5～3.5、硫含量为0.030质量％以下的马氏体系不锈钢构成的第2金属构件连接而成的连接体，因此可以有效防止连接界面附近的强度降低，同时可以防止连接强度的降低。

根据本发明的蜂窝结构体成形用接头，由于是具备有：第2金属构件为形成有用于导入成形原料的内孔的第2板状构件、第1金属构件为形成有与内孔连通、用于将成形原料成形为格栅状的狭缝的第1板状构件的上述本发明的连接体的接头，因此不降低第1板状构件和第2板状构件的连接界面附近的强度而有效防止被格栅状的狭缝划分的单元组倾倒。

附图说明

图1是模式化地显示本发明的蜂窝结构体成形用接头的一个实施方式的立体图。

图2是显示图1所示的接头的、第1板状构件侧的表面的放大俯视图。

图3是显示图1所示的接头的、第2板状构件侧的表面的放大俯视图。

图4是模式化地显示图2所示的接头的A-A’截面的概略截面图。

图5是模式化地显示图2所示的接头的B-B’截面的概略截面图。

符号说明

1：连接体、2：第1金属构件、3：第2金属构件、11：蜂窝结构体成形用接头、12：第1板状构件、13：第2板状构件、14：狭缝、15：内孔、21：单元组、22：槽部、23：柱状部、24：连接界面、L：槽部的深度(柱状部的高度)

具体实施方式

以下，具体说明用于实施本发明的方式，但本发明并不限定于以下实施方式，应理解，在不超过本发明的宗旨的范围内，根据本领域技术人员的通常的知识，可以适当变更设计、改良等。

(1)连接体：

本发明的连接体的一个实施方式，是连接有由碳化钨基超硬合金(以下，有时称“超硬合金”)构成的第1金属构件、和由碳当量2.5～3.5、硫含量为0.030质量％以下的马氏体系不锈钢(以下，有时称“特定不锈钢”)构成的第2金属构件连接而成的连接体。

由于本实施方式的连接体如此地连接有碳化钨基超硬合金(超硬合金”)和碳当量2.5～3.5、硫含量为0.030质量％以下的马氏体系不锈钢(特定不锈钢)，因此，特定不锈钢与超硬合金的连接界面附近的强度未降低，可以防止使用连接体时由于外力导致的变形(如，使用蜂窝结构体成形用接头时的单元组的倾倒)和磨损等，可以防止连接强度的降低。特定不锈钢与超硬合金的连接界面附近的强度未降低，是因为即使超硬合金中所含有的碳溶出到特定不锈钢中，特定不锈钢与超硬合金的连接界面附近的强度也不降低。不锈钢中所含有的碳当量大，则变成奥氏体系组织，硬度比马氏体系不锈钢变低，但本实施方式的连接体的特定不锈钢的碳当量为规定的值，因此即使超硬合金中所含有的碳溶出到特定不锈钢中，特定不锈钢的连接界面附近不会变成奥氏体系组织，特定不锈钢的强度不会降低。此外，通过特定不锈钢的硫含量(含有率)在0.03质量％以下，可以防止超硬合金和特定不锈钢之间的连接强度的降低。这里，在本实施方式中，“防止连接界面附近的强度降低”是指“防止特定不锈钢(第2金属构件)中的、连接界面附近的强度降低”。这意味着，第2金属构件中，比较连接界面附近和其他部分时，连接界面附近的强度和其他部分相同或变高的状态。此外，“连接界面附近”是指“从特定不锈钢(第2金属构件)中的、特定不锈钢与超硬合金的连接界面(第1金属构件和第2金属构件的连接界面)至1.0mm为止的范围”。此外，“强度”是指屈服强度，简易地可以通过测定维氏硬度Hv来代用(屈服强度＝维氏硬度Hv×3)。

本实施方式的连接体中，构成第1金属构件的碳化钨基超硬合金是至少含有碳化钨的合金，理想的是用选自铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)及铬(Cr)的至少一个金属进行烧结的合金。碳化钨的含有率理想的是50～99质量％。在这样的碳化钨基超硬合金中，使用钴(Co)作为结合材料的碳化钨基超硬合金理想，具体地，钴的含有率为0.1～50质量％的碳化钨基超硬合金(WC-Co)理想。这样的碳化钨基超硬合金的耐磨性或机械强度特别优异。

此外，本实施方式的连接体中，碳当量是在JIS 5103中规定的、合金中的碳当量(C_eq)，算出式以“C_eq＝C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14”表示(上述式中，C、Si等的各成分是合金中的各成分的质量％)。构成第2金属构件的特定不锈钢的碳当量理想的是2.5～3.5，2.6～3.3更理想。通过使构成第2金属构件的特定不锈钢的碳当量在这样的范围，可以有效地防止第1金属构件和第2金属构件之间的连接界面附近的强度降低。若碳当量大于3.5的话，通过超硬合金中所含的碳溶出到特定不锈钢中，残留奥氏体组织在特定不锈钢的连接界面附近中会增加，强度降低，因而不理想。碳当量若低于2.5，则钢材中的马氏量减少，由此强度变低，因而不理想。

构成第2金属构件的特定不锈钢的硫含量为0.030质量％以下，0.019质量％以下理想，0.015质量％以下更理想。硫含量若超过0.030质量％，则超硬合金和特定不锈钢之间的连接强度降低、变得易生成连接剥落。此外，构成第2金属构件的特定不锈钢的碳含量0.10～0.95质量％理想，0.13～0.75质量％更理想，0.17～0.40质量％特别理想。碳含量少于0.10质量％，则有时容易发生碳从超硬合金向特定不锈钢的溶出，此时，超硬合金脆化，因此有时超硬合金和特定不锈钢之间的连接强度降低，连接可靠性降低。碳含量超过0.95质量％，则特定不锈钢中的韧性降低，有时使用时容易产生裂纹。

构成第2金属构件的特定不锈钢是马氏体系不锈钢。在本实施方式的连接体中，“马氏体系不锈钢”是指含有11％以上的铬、通过淬火处理形成马氏体相的不锈钢。作为马氏体系不锈钢以外的不锈钢，可以列举出如奥氏体系不锈钢、析出固化系不锈钢等，这些不锈钢并不包含在构成本实施方式的连接体的特定不锈钢中。这里，“奥氏体系不锈钢”是指使用含量高的添加材料、形成稳定的奥氏体相的不锈钢。此外，“析出固化系不锈钢”是指通过析出固化热处理使马氏体基体上产生微细的金属间化合物来得到较高硬度的不锈钢。与马氏体系不锈钢相比较，奥氏体系不锈钢是碳当量高、硬度及强度低的不锈钢。此外，对于碳当量，析出固化系不锈钢虽然也有与马氏体系不锈钢相同程度的情况，但马氏体系不锈钢量原本就少，因此当碳溶出时(碳含量增大的情况)容易受其影响，硬度大幅降低。

构成第2金属构件的特定不锈钢理想的是选自SUS431、SUS420J1、SUS420J2、SUS410、SUS410J1、S-STAR、PROVA-400、HPM38、STAVAX ESR以及SUS403中的至少一种。其中，SUS431、SUS420J2或SUS420J1更理想。例如，SUS420J2的组成如下，“C；0.26～0.4、Si；1.00以下、Mn1.00以下、P；0.040以下、S；0.030以下、Ni；0.6以下、Cr；12～14、Fe；余部”。SUS420J1的组成是，“C；0.16～0.25、Si；1.0以下、Mn；1.00以下、P；0.040以下、S；0.030以下、Ni；0.6以下、Cr；12～14、Fe；余部”。SUS431以及SUS420J2即使碳从超硬合金溶出来，也可以通过从连接温度冷却来得到稳定的马氏组织，可以维持高的硬度。此外，SUS420J1、SUS410、SUS410J1以及SUS403，若碳从超硬合金溶出，则由于碳量的增加而在增加马氏体系组织的方向上产生组织的变化，因此连接界面附近的强度变得更大。此外，“S-STAR”是大同特殊钢社制造的马氏体系不锈钢的商品名，是改良SUS420J2的产品。“S-STAR”的组成是“C；0.38、Si；0.9、Cr；13.5、Mo；0.1、V；0.3”(产品目录的值)。此外，“PROVA-400”是不二越社制造的马氏体系不锈钢的商品名，是改良SUS420J2的产品。“PROVA-400”的组成是“C；0.4、Si；0.9、Mn；0.4、Cr；13.5、Mo；微量、V；微量”(产品目录的值)。此外，“HPM38”是日立金属社制造的马氏体系不锈钢的商品名，是改良SUS420J2的产品。还有，“HPM”是日立金属社的注册商标。此外，“STAVAX ESR”是ウツデホルム社制造的马氏体系不锈钢的商品名，是改良SUS420J2的商品。“STAVAX ESR”的组成是“C；0.38、Si；0.9、Mn；0.5、Cr；13.6、V；0.3”(产品目录的值)。

本实施方式的连接体的特定不锈钢的连接界面附近的组成有时根据碳从超硬合金的溶出而发生变化，但作为本实施方式的连接体的特征之一的特定不锈钢的碳当量是不受碳的溶出的影响的部分的值。

本实施方式的连接体，理想的是第2金属构件的连接界面附近的硬度为Hv350～Hv600，Hv400～Hv550更理想。若低于Hv350，则有时第2金属构件的连接界面附近的强度会降低，若高于Hv600，则有时在连接界面中发生冷却裂纹(剥落)。此外，硬度是用显微维氏硬度计测定的值。还有，通常不锈钢是硬度越高强度越变高，即使在实施方式的连接体中，用于第1金属构件以及第2金属构件的不锈钢也有硬度越高强度越变高的关系。

本实施方式的连接体作为陶瓷蜂窝结构体成形用的接头、精密金属模具、模、销子等使用。

本发明的连接体(第2发明)是由碳化钨基超硬合金构成的第1金属构件和由碳当量2.5～3.5、硫含量为0.030质量％以下的工具钢构成的第2金属构件连接而成的连接体。第2发明的连接体是在上述本发明的连接体中将马氏体系不锈钢作为工具钢的连接体。通过做成这样的构成，也可以有效防止连接体的连接界面附近的强度降低，同时可以防止连接强度的降低。

作为工具钢HPM31理想。“HPM31”是日立金属社制造的工具钢(SKD系)的商品名。

(2)蜂窝结构体成形用接头：

然后，对具备了上述本发明的连接体的、本发明的陶瓷蜂窝结构体成形用接头(蜂窝结构体成形用接头)的一个实施方式进行说明。图1是模式化地显示本发明的蜂窝结构体成形用接头的一个实施方式的立体图，图2是显示图1所示的接头的、第1板状构件侧的表面的放大俯视图，图3是显示图1所示的接头的、第2板状构件侧的表面的放大俯视图。此外，图4是模式化地显示图2所示的接头的A-A’截面的概略截面图，图5是模式化地显示图2所示的接头的B-B’截面的概略截面图。

如图1～图5所示，本实施方式的蜂窝结构体成形用接头11是具备这样的连接体1的接头，该连接体1的第2金属构件3是形成有用于导入成形原料的内孔15的第2板状构件13，第1金属构件2是形成有与内孔连通、用于将成形原料成形为格栅状的狭缝14的第1板状构件12。连接体1是上述本发明的连接体。即，本实施方式的蜂窝结构体成形用接头11具有第1板状构件12和第2板状构件13，其中，第1板状构件12是由碳化钨基超硬合金形成，形成有狭缝14，第2板状构件13由碳当量2.5～3.5、硫含量为0.030质量％以下的马氏体系不锈钢形成，形成有内孔15。使用本实施方式的蜂窝结构体成形用接头11挤压成形的陶瓷蜂窝结构体是具有将向流体的流通方向延伸的多个单元划分形成的多孔质的隔壁的陶瓷蜂窝结构体。

第2板状构件13中，在与第1板状构件12的连接界面24侧形成有与狭缝14的形状相对应(与狭缝14连通)的狭缝状的槽部22。而且，该第2板状构件13具有被槽部22以及内孔15的一部分所划分形成的多个柱状部23。还有，该槽部22形成为内孔15位于其交叉点。

本实施方式的蜂窝结构体成形用接头11如上所述地在第2板状构件13与第1板状构件12的连接界面24侧形成有柱状部23，因此成为第1板状构件12和第2板状构件13通过柱状部23而连接的结构。即，本实施方式的蜂窝结构体成形用接头11是第1板状构件12和第2板状构件13的柱状部23连接的结构，如图4、图5所示，是通过柱状部23支承单元组(cell block)21的结构。这里，单元组21是在形成有狭缝14的第1板状构件12中，被狭缝14划分形成的柱状部分。如图4、图5所示，由于柱状部23倍被槽部22和内孔15所划分，因此与单元组21的大小相比，是细而小的结构。所以，蜂窝结构体成形用接头11在挤压成形陶瓷原料时，成为如下结构：在单元组21上加负载时，应力容易在柱状部23集中。所以，为了不变形等，需要由强度高的材质来形成柱状部23。此外，由于第2板状构件13的柱状部23构成与第1板状构件12之间的连接界面24，因此，第2板状构件13的、与第1板状构件12的“连接界面24附近”成为包括柱状部23的至少一部分的区域。

如上所述地，本实施方式的蜂窝结构体成形用接头11是这样的一个接头，它的第1板状构件12由碳化钨基超硬合金形成、第2板状构件13由碳当量2.5～3.5、硫含量0.030质量％以下的马氏体系不锈钢形成，因此位于第2板状构件13的连接界面附近的柱状部23的强度不降低的情况下，即使在单元组21上加负载的状态中，也能抑制柱状部23的变形。由此，本实施方式的蜂窝结构体成形用接头11可以防止因使用而引起的单元组21倾倒。

在本实施方式的蜂窝结构体成形用接头11中，槽部22的深度(柱状部23的高度)L理想的是0.1～3.0mm，0.3～1.5mm更理想。小于0.1mm，则有时不能实现较高成形性，大于3.0mm，则有时单元组21变得容易倾倒。

在图1～图5中显示了在圆板状的连接体1的中央部的大体四边形的区域上形成有狭缝14、内孔15以及槽部22的情况的例子，对于形成有狭缝等的区域，并不限定于上述情况，也可以是如在连接体1的中央部的圆形区域形成狭缝等的接头。

蜂窝结构体成形用接头11的内孔15是用于导入成形原料的贯通孔。对于内孔15的形状，只要是能够将已被导入的成形原料引向狭缝14的形状就无特别限定。在图1～图5中显示的蜂窝结构体成形用接头11中，内孔15在与狭缝14的交叉点重叠的位置上形成。通过如此构成，在使用本实施方式的蜂窝结构体成形用接头11进行挤压成形时，可以将导入于内孔15的成形原料在整个狭缝14上均一地展开，可以实现较高成形性。更理想的是内孔15的中心与狭缝14的交叉点重叠。还有，在图1～图5中显示的蜂窝结构体成形用接头11中，内孔15形成为对于狭缝14(或槽部22)的交叉点放置一个。

对于内孔15的开口径的大小等，可以根据蜂窝结构体成形用接头11的大小或挤压成形的蜂窝结构体的形状等适当确定。例如，内孔15的开口径的大小理想的是0.1～10mm，0.5～3mm更理想。这样的内孔15可以按照如电解加工(ECM加工)、放电加工(EDM加工)、激光加工、钻孔等的机械加工等的以往公知的方法来形成。

此外，在第2板状构件13的连接界面24侧形成的槽部22也作为用于将从内孔15导入的成形原料引向狭缝14的缓冲部分(buffer)发挥作用，因此在进行蜂窝结构体的挤压成形时，可以使从内孔15导入的成形原料无障碍地顺利地移动，能够高精度地成形蜂窝结构体。

对第1板状构件12及第2板状构件13的厚度无特别限定，如可以考虑狭缝14和内孔15的一般性的形状来适当确定。如，在制造一般性形状的蜂窝结构体成形用接头11时，相对于第1板状构件12的厚度的、第2板状构件13的厚度的比值(第2板状构件13的厚度/第1板状构件12的厚度)理想的是0.1～200，1～10更理想。

此外，在本实施方式的蜂窝结构体成形用接头11中，理想的是在第1板状构件12和第2板状构件13之间配置有连接材料(滤材)将第1板状构件12和第2板状构件13连接。

作为连接材料，理想的是在第1板状构件12和第2板状构件13的至少一个构件的内部使用浸透良好的材料。具体地，可以适当使用由金属或合金构成的“滤材”，该金属或合金含有选自铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、镍(Ni)以及铝(Al)中的至少一个。对该滤材的厚度无特别限定，为了良好地浸透于第1板状构件12和第2板状构件13的至少一个构件中，理想的是0.1～200μm，1～50μm更理想。

此外，这样的连接材料还可以进一步含有如钯(Pd)、硅(Si)、锡(Sn)、钴(Co)、磷(P)、锰(Mn)、锌(Zn)、硼(B)等的添加剂。进一步含有这样的添加剂的连接材料可以降低连接温度，可以提高连接可靠性。

(3)蜂窝结构体成形用接头的制造方法：

然后，对本发明的连接体的制造方法，将举例蜂窝结构体成形用接头的制造方法来说明。本实施方式的蜂窝结构体成形用接头的制造方法是制造图1～图5所示的本发明的蜂窝结构体成形用接头的一个实施方式(蜂窝结构体成形用接头11)的方法。

在本实施方式的蜂窝结构体成形用接头的制造方法中，首先，在由碳当量2.5～3.5、硫含量为0.030质量％以下的马氏体系不锈钢(特定不锈钢)所形成的第2板状构件的一个表面(图4、图5中的连接面24侧)形成格栅状的槽部(工序(1))。

作为形成槽部的方法，如可以适当使用由c-BN砥石进行的磨削加工或立铣刀加工、放电加工(EDM加工)等的以往公知的方法。

此外，在本实施方式的蜂窝结构体成形用接头的制造方法中，也可以在第2板状构件的一个表面形成槽部之前或形成槽部之后，形成从第2板状构件的另一个表面连通到槽部的内孔。例如，图3～图5所示的蜂窝结构体成形用接头11中，由于柱状部23被内孔15和槽部22划分，因此在该工序(1)中理想的是和上述槽部一起形成内孔。

对形成内孔的方法无特别限定，如可以适当使用由电解加工(ECM加工)、放电加工(EDM加工)、激光加工、钻孔等的机械加工等进行的以往公知的方法。

内孔可以是贯通第2板状构件的两面之间的内孔(参照图5)，也可以是连接界面侧形成为不到达至连接界面而与槽部连通。

还有，在本实施方式的蜂窝结构体成形用接头的制造方法中，也可以不在上述工序(1)中部形成内孔，而是在以后的工序如连接第1板状构件和第2板状构件后的工序中形成内孔。

然后，在第2板状构件的形成槽部7侧的表面层压由碳化钨基超硬合金(超硬合金)形成的第1板状构件，将第1板状构件和第2板状构件连接(工序(2))。

此外，在本实施方式的蜂窝结构体成形用接头的制造方法中，层压第1板状构件和第2板状构件时，也可以在第1板状构件和第2板状构之间配置连接材料，将第1板状构件和第2板状构件连接。作为这样的连接材料，可以适当使用在本发明的蜂窝结构体成形用接头的一个实施方式中说明过的“滤材”。

将第1板状构件和第2板状构件层压并连接时，理想的是将第1板状构件和第2板状构件加热为“焊料”的熔点以上的900～1200℃后连接，更理想的是加热为1000～1150℃后连接。此外，在本实施方式的蜂窝结构体成形用接头的制造方法中，连接第1板状构件和第2板状构件时，理想的是将第1板状构件和第2板状构件相对于连接面垂直地、以0.01～10MPa的压力边加压边连接。通过这样加热，可以良好地连接第1板状构件和第2板状构件的同时防止第2板状构件的强度降低。此外，加热时间理想的是1分～1小时，10～45分钟更理想。短于1分钟，则有时不能以很强的连接强度连接第1板状构件和第2板状构件。长于1小时，则有时超硬合金中所含的碳从第1板状构件溶出到第2板状构件，连接界面附近的强度变容易降低。

在本实施方式的蜂窝结构体成形用接头的制造方法中，理想的是将已连接的第1板状构件和第2板状构件用0.1～100℃/分的降温速度，至少500℃为止相对于连接面垂直地以0.01～10MPa的压力边加压边进行冷却。此外，在本实施方式的蜂窝结构体成形用接头的制造方法中，理想的是对如此得到的蜂窝结构体成形用接头再进行1～3次“在引起奥氏体变态的温度以下的温度区域以0.1～100℃/分的速度升温或冷却”这样的再热处理，以使产生于连接面的拉伸应力以及压缩应力成为500MPa以下。由于该再热处理，第2板状构件被热处理，因此可以提高第2板状构件的强度。此外，对蜂窝结构体成形用接头进行再热处理时，理想的是将第1板状构件和第2板状构件相对于连接面垂直地以0.01～10MPa的压力边加压边进行再热处理。这样制造的蜂窝结构体成形用接头精度或强度、耐磨损性优异。

然后，从第1板状构件的、与第2板状构件的连接界面相反侧的表面，与上述槽部22的形状(形成图形)对应，形成与槽部22连通的狭缝，得到蜂窝结构体成形用接头11(参照图1～5)(工序(3))。

对于在第1板状构件的表面形成狭缝的方法不特别限定，可以适当使用例如由钻石砥石进行的磨削加工或放电加工(EDM加工)、激光加工等的以往公知的方法。此外，图1所示的蜂窝结构体成形用接头11虽然是狭缝14的形状(形成图形)为四边形的格栅状的接头，但在本实施方式的蜂窝结构体成形用接头的制造方法中，形成第1板状构件的狭缝14的形状不必限定在四边形的格栅状，也可以使其他多边形的格栅状。

此外，对形成第1板状构件的狭缝14的宽度可以根据所成形的蜂窝结构体的形状适当确定。还有，如，为了制造将普通的蜂窝结构体挤压成形所用的蜂窝结构体成形用接头，狭缝的宽度理想的是5～5000μm，10～500μm更理想。

如上所述进行，可以制造图1～图5所示的、形成有用于导入成形原料的内孔15和用于将成形原料形成为格栅状的狭缝14的蜂窝结构体成形用接头11。

实施例

以下，根据实施例更具体地说明本发明，但本发明并不被这些实施例所限定。

(实施例1)

制造了蜂窝结构体成形用接头，该接头形成有用于导入成形原料的内孔和用于将成形原料形成为格栅状的狭缝、将导入内孔的成形原料从狭缝挤出来成形蜂窝结构体。

在实施例1中，通过将由钴含有率为16质量％的碳化钨基超硬合金构成的第1板状构件和由SUS420J2(C；0.32、Si；1.00以下、Mn；1.00以下、P；0.040以下、S；0.008、Ni；0.6以下、Cr；12～14、Fe；余部(单位为质量％)构成的第2板状构件进行连接，形成狭缝等，制造蜂窝结构体成形用接头。SUS420J2的碳当量约为3.04。碳当量通过由制造工艺规程表提出的化学成分表计算出。作为硫含量可以采用记载于制造工艺规程表中的值。但是，没有制造工艺规程表时，作为由材料规格中的上限值或碳·硫分析装置(燃烧-红外线吸收法)得到的值。

第1板状构件为，其面的大小为直径210mm的圆盘形状4、厚度为2.5mm，第2板状构件为，其面的大小为直径215mm的圆盘形状4、厚度为20mm。

首先，通过电解加工(ECM加工)在第2板状构件形成深度为1.0mm的格栅状的槽部和开口径为1.4mm的内孔。还有，槽部的宽度为0.3mm，槽部间距为1.37mm。

接着，第2板状构件和第1板状构件之间配置能良好地浸透在第2板状构件的“滤材”并层压之后，将第2板状构件和第1板状构件在1100℃中加热0.75小时，使第1板状构件和第2板状构件连接，相对于连接面垂直地以2MPa的压力边加压边冷却到40℃以下，再在250～650℃下实施再热处理。然后，将第1板状构件和第2板状构件进行连接、再热处理之物降温至常温为止之后，在第1板状构件形成狭缝得到蜂窝结构体成形用接头。狭缝被钻石砥石形成为四边形的格栅状。狭缝的宽度为0.1mm、狭缝的间距为1.37mm。

对如此得到的蜂窝结构体成形用接头，测定了从第2板状构件的、连接界面起深度0.1mm～1.0mm的范围的硬度。硬度使用アカシ公司制造的显微维氏硬度计、用负载300gf(2.98N)、保持时间15秒的方法测定。结果在表1显示。

此外，对得到的蜂窝结构体成形用接头，用以下的方法进行测定单元组的倾倒难易度的“单元组的倾倒试验”。此外，用以下的方法，即用实施例1中连接第1板状构件和第2板状构件的方法使与第1板状构件相同材质的板和与第2板状构件相同材质的板连接来制作连接体，对该连接体进行“剥落试验”。结果在表2显示。

(单元组的倾倒试验)

通过施加朝向单元组的顶点部(第1板状构件的表面侧的端部)倾倒的方向的负载，在单元组的顶点部给予约0.05mm的位移，计测除去负载后的残留位移。表2中，“倾倒”指约0.0025mm以上的倾倒。

(剥落试验)

用实施例1中连接第1板状构件和第2板状构件的方法使与第1板状构件相同材质的板(70mm×70mm×15mm(厚度))和与第2板状构件相同材质的板(68mm×68mm×2.5mm(厚度))连接来制作连接体。而后，将该连接体升温至约350～450℃，施加由热膨胀系数的差异引起的热应力。而后，通过超声波探伤影像装置观察此时的剥落的状态。表1中，“无”表示完全没有剥落。“微小剥落”指不到总连接面积的10％(除了“无”)剥落。“小剥落”指总连接面积的10～30％剥落。“大剥落”指超过总连接面积的50％的面积剥落。

[表1]

[表2]

第2板状构件的材质

碳当量(Ceq)

碳含量(％)

硫含量(％)

剥落试验

单元组的倾倒试验

实施例1

SUS420J2

3.04

0.32

0.008

无

无倾倒

实施例2

SUS403

2.63

0.13

0.004

小剥落

无倾倒

实施例3

SUS431

3.45

≤0.2

＜0.015

小剥落

无倾倒

实施例4

SUS420J2

2.91

0.28

0.020

微小剥落

无倾倒

实施例5

SUS420J1

2.65

0.17

0.012

无

无倾倒

实施例6

S-STAR

3.16

0.38

＜0.015

无

无倾倒

实施例7

PROVA-400

3.29

0.4

＜0.015

无

无倾倒

实施例8

HPM38

3.23

＞0.3

＜0.015

无

无倾倒

实施例9

STAVAX ESR

3.24

0.38

＜0.015

无

无倾倒

实施例10

HPM31

2.68

＞0.3

＜0.015

无

无倾倒

比较例1

SUS440C

4.68

-

0.001

无

倾倒

比较例2

SUS630

3.39

-

0.011

无

倾倒

比较例3

SUS329J1

6.10

-

0.003

无

倾倒

比较例4

SUS430

3.73

-

＜0.015

无

倾倒

比较例5

SUS416

2.91

-

0.27

大剥落

-

比较例6

HPM77

3.48

-

0.03＜S＜0.10

大剥落

-

(实施例2)

除了使用由SUS403(C；0.13、Si；0.5以下、Mn；1.00以下、P；0.040以下、S；0.004、Ni；0.6以下、Cr；11.50～13、Fe；余部(单位为质量％))构成的第2板状构件之外，和实施例1同样地进行，得到蜂窝结构体成形用接头。SUS403的碳当量为2.63。碳当量用与实施例1的情况相同的方法求出。与实施例1的情况相同地进行硬度的测定、“单元组的倾倒难易度”的测定和“剥落试验”。结果在表1、2中显示。

(实施例3)

除了使用由SUS431(C；0.2以下、Si；1.0以下、Mn；1.00以下、P；0.040以下、S；不到0.015、Ni；1.25～2.5、Cr；15.0～17.0、Fe；余部(单位为质量％))构成的第2板状构件之外，和实施例1同样地进行得到蜂窝结构体成形用接头。SUS431的碳当量为3.45。碳当量用与实施例1的情况相同的方法求出。与实施例1的情况相同地进行硬度的测定、“单元组的倾倒难易度”的测定和“剥落试验”。结果在表1、2中显示。

(实施例4)

除了使用由SUS420J2(C；0.28、Si；1.0以下、Mn；1.00以下、P；0.040以下、S；0.020、Ni；0.6以下、Cr；12～14、Fe；余部(单位为质量％))构成的第2板状构件之外，和实施例1同样地进行得到蜂窝结构体成形用接头。SUS420J2的碳当量为2.91。碳当量用与实施例1的情况相同的方法求出。与实施例1的情况相同地，进行硬度的测定、“单元组的倾倒难易度”的测定和“剥落试验”。结果在表2中显示。

(实施例5)

除了使用由SUS420J1(C；0.17、Si；1.0以下、Mn；1.00以下、P；0.040以下、S；0.012、Ni；0.6以下、Cr；12～14、Fe；余部(单位为质量％))构成的第2板状构件之外，和实施例1同样地进行得到蜂窝结构体成形用接头。SUS420J1的碳当量为2.65。碳当量用与实施例1的情况相同的方法求出。进行“单元组的倾倒难易度”的测定及“剥落试验”。结果在表2中显示。

(实施例6)

除了使用由S-STAR(大同特殊钢公司制造的马氏体系不锈钢的商品名)构成的第2板状构件之外，和实施例1同样地进行得到蜂窝结构体成形用接头。S-STAR的碳当量为3.16，硫含量不到0.015质量％(＜0.015)。碳当量用与实施例1的情况相同的方法求出。进行“单元组的倾倒难易度”的测定及“剥落试验”。结果在表2中显示。

(实施例7)

除了使用由PROVA-400(不二越公司制造的马氏体系不锈钢的商品名)构成的第2板状构件之外，和实施例1同样地进行得到蜂窝结构体成形用接头。PROVA-400的碳当量为3.29，硫含量不到0.015质量％(＜0.015)。碳当量用与实施例1的情况相同的方法求出。进行“单元组的倾倒难易度”的测定及“剥落试验”。结果在表2中显示。

(实施例8)

除了使用由HPM38(日立金属公司制造的马氏体系不锈钢的商品名)构成的第2板状构件之外，和实施例1同样地进行得到蜂窝结构体成形用接头。HPM38的碳当量为3.23，硫含量不到0.015质量％(＜0.015)。碳当量用与实施例1的情况相同的方法求出。进行“单元组的倾倒难易度”的测定及“剥落试验”。结果在表2中显示。

(实施例9)

除了使用由STAVAX ESR(ウツデホルム社制造的马氏体系不锈钢的商品名)构成的第2板状构件之外，和实施例1同样地进行得到蜂窝结构体成形用接头。STAVAX ESR的碳当量为3.24，硫含量不到0.015质量％(＜0.015)。碳当量用与实施例1的情况相同的方法求出。进行“单元组的倾倒难易度”的测定及“剥落试验”。结果在表2中显示。

(实施例10)

除了使用由HPM31(日立金属公司制造的工具钢(SKD系)的商品名)构成的第2板状构件之外，和实施例1同样地进行得到蜂窝结构体成形用接头。HPM31的碳当量为2.68，硫含量不到0.015质量％(＜0.015)。碳当量用与实施例1的情况相同的方法求出。进行“单元组的倾倒难易度”的测定及“剥落试验”。结果在表2中显示。

(比较例1)

除了使用由SUS440C(C；0.95～1.2、Si；1.0以下、Mn；1.00以下、P；0.04以下、S；0.001、Ni；0.6以下、Cr；16～18、Mo；0.75以下、Fe；余部(单位为质量％))构成的第2板状构件之外，和实施例1同样地进行得到蜂窝结构体成形用接头。SUS440C的碳当量为4.68。碳当量用与实施例1的情况相同的方法求出。与实施例1的情况相同地，进行硬度的测定、“单元组的倾倒难易度”的测定和、“剥落试验”。结果在表1、2中显示。

(比较例2)

除了使用由SUS630(C；0.07以下、Si；1.0以下、Mn；1.00以下、P；0.040以下、S；0.011、Ni；3.00～5.00、Cr；15.00～17.50、Cu；3.00～5.00、Nb+Ta；0.15～0.45、Fe；余部(单位为质量％))构成的第2板状构件之外，和实施例1同样地进行得到蜂窝结构体成形用接头。SUS630的碳当量为3.39。碳当量用与实施例1的情况相同的方法求出。此外，SUS630是析出固化系的不锈钢。与实施例1的情况相同地，进行硬度的测定、“单元组的倾倒难易度”的测定和“剥落试验”。结果在表1、2中显示。

(比较例3)

除了使用由SUS329J1(C；0.08以下、Si；1.0以下、Mn；1.50以下、P；0.04以下、S；0.003、Ni；3.0～6.0、Cr；23.0～28.0、Mo；1.0～3.0、Fe；余部(单位为质量％))构成的第2板状构件之外，和实施例1同样地进行得到蜂窝结构体成形用接头。SUS329J1的碳当量为6.10。碳当量用与实施例1的情况相同的方法求出。此外，SUS329J1是奥氏体·纯粒铁(ferrite)系的不锈钢。与实施例1的情况相同地，进行“单元组的倾倒难易度”的测定和“剥落试验”。结果在表2中显示。

(比较例4)

除了使用由SUS430(C；0.12以下、Si；0.75以下、Mn；1.0以下、P；0.04以下、S；不到0.015、Cr；16.0～18.0、Fe；余部(单位为质量％))构成的第2板状构件之外，和实施例1同样地进行得到蜂窝结构体成形用接头。SUS430的碳当量为3.73。碳当量用与实施例1的情况相同的方法求出。此外，SUS430是纯粒铁系的不锈钢。进行“单元组的倾倒难易度”的测定和“剥落试验”。结果在表2中显示。

(比较例5)

除了使用由SUS416(C；0.15以下、Si；1.0以下、Mn；1.25以下、P；0.06、S；0.27、Ni；0.6以下、Cr；12.0～14.0、Fe；余部(单位为质量％))构成的第2板状构件之外，和实施例1同样地进行得到蜂窝结构体成形用接头。SUS416的碳当量为2.91。碳当量用与实施例1的情况相同的方法求出。进行“单元组的倾倒难易度”的测定、“剥落试验”。结果在表2中显示。

(比较例6)

除了使用由HPM77(日立金属公司制造的马氏体系不锈钢的商品名)构成的第2板状构件之外，和实施例1同样地进行得到蜂窝结构体成形用接头。HPM77的碳当量为3.48，硫含量超过0.030质量％、不到0.10质量％(0.03＜S＜0.10)。碳当量用与实施例1的情况相同的方法求出。进行“单元组的倾倒难易度”的测定和“剥落试验”。结果在表2中显示。

根据表1可知，实施例1的蜂窝结构体成形用接头在第2板状构件的连接界面附近(从连接界面至0.5mm为止的范围)的硬度与从连接界面超过0.5mm的范围内的硬度程度相同，维持着较高硬度。此外，在“单元组的倾倒难易度”的测定中，结果是单元组难以倾倒。实施例2的蜂窝结构体成形用接头，第2板状构件的连接界面附近的硬度较高，随着越远离连接界面硬度越变低。由此，认为：实施例2的蜂窝结构体成形用接头，由于碳的溶出，第2板状构件的连接界面附近的硬度变高。强度比连接之前的合金变高。实施例3的蜂窝结构体成形用接头，虽然第2板状构件的连接界面附近的硬度随着接近连接界面有所降低，但不是大幅降低，而是即使碳从第2板状构件溶出也维持充分高的硬度。可知，比较例1的蜂窝结构体成形用接头，由于第2板状构件的碳当量较高，为4.68，因此整体上硬度变低。比较例2的蜂窝结构体成形用接头虽然第2板状构件的碳当量较低，为3.39，但由于是析出固化系的不锈钢，因此第2板状构件的连接界面附近的硬度大幅降低。

产业上的利用可能性

本发明的连接体可以作为蜂窝结构体成形用接头、精密金属模具、模等恰当利用。本发明的蜂窝结构体成形用接头可以在内燃机、锅炉、化学反应器以及燃料电池用改质器等的利用催化作用的催化用载体或使废气中的微粒子捕集过滤器等成形时使用。

Claims

1.一种蜂窝结构体成形用接头，其特征在于，具备连接体，所述连接体由钴的含有率为0.1～50质量%的碳化钨基超硬合金构成的第1金属构件和由碳当量2.5～3.5、硫含量为0.030质量%以下的马氏体系不锈钢构成的第2金属构件连接而成，所述第2金属构件是形成有用于导入成形原料的内孔的第2板状构件，所述第1金属构件是形成有与上述内孔连通、用于将成形原料成形为格栅状的狭缝的第1板状构件。

2.如权利要求1所述的蜂窝结构体成形用接头，所述碳当量2.5～3.5的马氏体系不锈钢是选自SUS431、SUS420J1、SUS420J2、SUS410、SUS410J1、S-STAR、PROVA-400、HPM38、STAVAXESR以及SUS403中的至少一种。

3.一种蜂窝结构体成形用接头，其特征在于，具备连接体，所述连接体由碳化钨基超硬合金构成的第1金属构件和由碳当量2.5～3.5、硫含量为0.030质量%以下的工具钢构成的第2金属构件连接而成，所述第2金属构件是形成有用于导入成形原料的内孔的第2板状构件，所述第1金属构件是形成有与上述内孔连通、用于将成形原料成形为格栅状的狭缝的第1板状构件。

4.如权利要求3所述的蜂窝结构体成形用接头，所述工具钢为HPM31。