JP2000144299A - Diamond-containing hard member and its manufacture - Google Patents

Diamond-containing hard member and its manufacture

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JP2000144299A
JP2000144299A JP11179132A JP17913299A JP2000144299A JP 2000144299 A JP2000144299 A JP 2000144299A JP 11179132 A JP11179132 A JP 11179132A JP 17913299 A JP17913299 A JP 17913299A JP 2000144299 A JP2000144299 A JP 2000144299A
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Japan
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diamond
hard member
containing hard
coating layer
diamond particles
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Hideki Moriguchi
秀樹 森口
Toshinori Shimose
敏憲 下瀬
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the bonding strength between diamond and matrix composed of cemented carbide or cermet to a greater extent by specifying the content and size of diamond particles and also specifying the melting point and thickness of a coating layer which consists of one or more kinds selected from metals such as the group VIa elements, alloys of two or more elements among the group IVa, Va, and VIa elements or the like, and the carbides, nitrides, etc., of the group IVa, Va, and VIa elements, etc. SOLUTION: This hard member contains 3-50 vol.% of diamond particles and has a coating layer of one or more kinds selected from the following: metals consisting of the group VIa elements, Re, Os, Rh, Ir, and Pt; alloys consisting of two or more elements among the group VIa, Va, IVa, and VIa elements, Al, and Si; the carbides, nitrides, oxides, silicides, and borides of the above elements or solid solutions thereof. Moreover, the melting point of the coating layer is >=1300 deg.C and the average size D of the diamond particles is >100-3000 μm, and the thickness (d) of the coating layer is regulated so that it is <=15 μm and the value K of ((0.5D+d)/0.5D)3 becomes >=1.002. The hard member is manufactured by a sintering process under the condition that diamond is metastable.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は超硬合金又はサーメ
ットにダイヤモンド粒子を含有させた硬質部材に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hard member in which diamond particles are contained in a hard metal or a cermet.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、WC基超硬合金はその優れた靭
性、耐摩耗性によりその適用分野を大幅に広げてきてい
る。また、ダイヤモンド焼結体も超硬合金を大幅に上回
る耐摩耗性により、その適用分野を増やしてきている。
2. Description of the Related Art In recent years, the application field of WC-based cemented carbide has been greatly expanded due to its excellent toughness and wear resistance. Further, the application field of the diamond sintered body has been increased due to the wear resistance which is much higher than that of the cemented carbide.

【0003】しかしながら従来のダイヤモンド焼結体
は、大型の超高圧発生装置により製造されるため製造コ
ストが高く、またダイヤモンド焼結体の形状面の制約が
大きい。その強度、靭性は超硬合金と比較して劣り、優
れた性能を発揮できるのは限定された用途のみであっ
た。
[0003] However, the conventional diamond sintered body is manufactured by a large-sized ultra-high pressure generator, so that the manufacturing cost is high and the shape of the diamond sintered body is largely restricted. Its strength and toughness were inferior to cemented carbides, and it was only in limited applications that it could exhibit excellent performance.

【0004】これに対して、特開平5−24922号公
報、特開平7−34157号公報では、超高圧装置を用
いずに製造することが提案された。これは、ダイヤモン
ドが熱力学的に安定でない圧力、温度条件でダイヤモン
ド含有硬質部材を焼結する方法である。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 5-24922 and Hei 7-34157 propose manufacturing without using an ultra-high pressure device. This is a method of sintering a diamond-containing hard member under pressure and temperature conditions under which diamond is not thermodynamically stable.

【0005】しかしながら、この超高圧装置を用いずに
製造したダイヤモンド含有硬質部材は、その組織の緻密
性が十分でなく、ダイヤモンド粒子が脱落しやすいとい
った問題点を有していた。そこで、上記問題点を解決す
るため、WC基超硬合金の母体相(マトリックス)中に
ダイヤモンド粒子を分散したものを通電加圧で焼結する
に際して、WC基超硬合金に液相が生成する条件下で製
造する方法(特開平9―194978号公報)が提案さ
れた。これにより、ダイヤモンド含有硬質部材の組織
が、ある程度緻密で、ダイヤモンド粒子が脱落しにく
く、したがって耐摩耗性に優れたダイヤモンド含有硬質
部材を安価に製造することができる。
[0005] However, the diamond-containing hard member manufactured without using the ultrahigh-pressure apparatus has a problem that the structure is not dense enough and the diamond particles easily fall off. Then, in order to solve the above-mentioned problems, when sintering diamond particles dispersed in a parent phase (matrix) of a WC-based cemented carbide by energization and pressurization, a liquid phase is generated in the WC-based cemented carbide. A method of manufacturing under conditions (Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-194978) has been proposed. Thereby, the structure of the diamond-containing hard member is somewhat dense and the diamond particles hardly fall off, so that a diamond-containing hard member excellent in wear resistance can be manufactured at low cost.

【0006】また、ダイヤモンド粒子とマトリックスと
の結合力を高める技術としては、ダイヤモンド粒子に被
覆層を設ける方法が従来より数多く提案され、特にダイ
ヤモンド砥石材料として採用されている。しかし、これ
らの提案はマトリックスが1300℃よりも融点の低い
物質を含有しない純粋なWC基超硬合金からなるもので
はなく、また、焼結されたダイヤモンド含有硬質部材の
緻密性が不十分なものであり、結果的に強度も十分では
なかった。
As a technique for increasing the bonding force between the diamond particles and the matrix, a number of methods for providing a coating layer on the diamond particles have been conventionally proposed, and they are particularly used as a diamond grinding wheel material. However, these proposals do not consist of a pure WC-based cemented carbide whose matrix does not contain any substance having a melting point lower than 1300 ° C., and that the sintered diamond-containing hard members have insufficient densities. As a result, the strength was not sufficient.

【0007】さらに、前記特開平2−302367号公
報には、ダイヤモンド粒子に被覆層を設け、ダイヤモン
ドをグラファイト相に相転移を促進しない無機材料の原
料をダイヤモンドが準安定な条件で焼結することが提案
されている。しかし、本発明のように、ダイヤモンドを
黒鉛に相転移させる触媒作用を有する鉄族金属を含むマ
トリックス材料とダイヤモンド粒子の複合材料を、ダイ
ヤモンドを黒鉛に相転移させずに安価に焼結するために
好適な被覆膜質、被覆膜厚、焼結条件(特に焼結圧力、
焼結時間)に対する最適化は不十分で緻密度も低かっ
た。また、前記特開平5−24922号公報でもダイヤ
モンド粒子に被覆層を設け、ダイヤモンドが準安定な条
件で焼結することが提案されているが、本発明のよう
に、ダイヤモンドを黒鉛に相変態させる触媒作用を有す
る鉄族金属を含むマトリックス材料とダイヤモンド粒子
の複合材料を、ダイヤモンドを黒鉛化させずに安価に焼
結するために好適な被覆膜厚、被覆膜質、焼結条件に関
する最適化は不十分であった。また、本発明の好ましい
製造法である通電加熱焼結を用いた際に生じる問題点の
対策も考慮されていなかった。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-302367 discloses that a diamond particle is provided with a coating layer, and that a diamond raw material which does not promote the phase transition to a graphite phase is sintered under a metastable condition. Has been proposed. However, as in the present invention, in order to inexpensively sinter a composite material of diamond particles and a matrix material containing an iron group metal having a catalytic action to convert diamond to graphite without causing phase transition of diamond to graphite. Suitable coating film quality, coating film thickness, sintering conditions (especially sintering pressure,
Optimization for sintering time) was insufficient and the compactness was low. Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-24922 also proposes providing a coating layer on diamond particles and sintering the diamond under metastable conditions. However, as in the present invention, the diamond is transformed into graphite. Optimization of coating film thickness, coating film quality, and sintering conditions suitable for inexpensively sintering a composite material of a matrix material and a diamond particle containing an iron group metal having a catalytic action without graphitizing diamond. It was not enough. In addition, no measure has been taken to address the problems that occur when using the electric heating sintering, which is the preferred production method of the present invention.

【0008】また、前記特開平9−194978号公報
には、鉄族金属を含むWC基超硬合金をマトリックスと
して、ダイヤモンド粒子にIr、Os、Pt、Re、R
h、Cr、Mo、Wから選ばれた少なくとも一種の金属
からなる被覆層を設けることが開示されている。これは
WC基超硬合金のマトリックスに液相が生成した際のバ
リア(障壁)としての働きをこの被覆層に期待し、それ
により耐摩耗性等を向上させようとしたものである。ま
た、特開平5−239585号公報には、100μmよ
りも小さいダイヤモンド粒子に1μmよりも厚い被覆層
を設け、鉄族金属を含むWC基超硬合金との複合材料を
ホットプレスもしくはガス圧焼結することで焼結体を緻
密とすることが記載されている。しかし、これらの提案
における被覆膜質、被覆膜厚、焼結条件に関する最適化
は不十分で、耐摩耗部材として使用した場合、ダイヤモ
ンド粒子の脱落による耐摩耗性の劣化が見られるケース
があった。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-194978 discloses that Ir, Os, Pt, Re, and R are added to diamond particles using a WC-based cemented carbide containing an iron group metal as a matrix.
It is disclosed that a coating layer made of at least one metal selected from h, Cr, Mo, and W is provided. This is to expect the coating layer to function as a barrier when a liquid phase is formed in the matrix of the WC-based cemented carbide, and to improve wear resistance and the like. Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-239585 discloses a method in which a coating layer thicker than 1 μm is provided on diamond particles smaller than 100 μm and a composite material with a WC-based cemented carbide containing an iron group metal is hot-pressed or gas-pressure sintered. It is described that the sintered body is made dense by performing the method. However, the optimization of coating film quality, coating film thickness, and sintering conditions in these proposals was insufficient, and when used as a wear-resistant member, there were cases where deterioration of wear resistance due to falling off of diamond particles was observed. .

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】このため、組織の緻密
性をさらに向上させ、ダイヤモンド粒子と超硬合金又は
サーメットからなるマトリックスとの結合力を一層向上
させることにより、さらに広い分野にダイヤモンド含有
硬質部材を応用することが望まれている。
Therefore, by further improving the compactness of the structure and further improving the bonding force between the diamond particles and the matrix made of cemented carbide or cermet, the diamond-containing hard material can be used in a wider field. It is desired to apply the member.

【0010】本発明は、超硬合金又はサーメットをマト
リックスとした際に、ダイヤモンド粒子が非常に脱落し
にくく、組織の緻密性が十分であって、耐摩耗性に極め
て優れたダイヤモンド含有硬質部材とその製造方法の提
供を課題としたものである。
[0010] The present invention relates to a diamond-containing hard member which is extremely hard to fall off when a cemented carbide or a cermet is used as a matrix, has a sufficiently dense structure, and is extremely excellent in wear resistance. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method thereof.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】ダイヤモンド粒子と、残
部が超硬合金またはサーメットからなり、前記ダイヤモ
ンド粒子が3〜50体積%含有され、かつ周期率表VI
a族元素、Re、Os、Rh、Ir、Ptから選ばれた
金属、周期率表のIVa、Va、VIa族元素、Al、
Siから選ばれた2種以上の元素からなる合金、周期率
表のIVa、Va、VIa族元素、Al、Siの炭化
物、窒化物、酸化物、珪化物、硼化物又はこれらの固溶
体から選ばれた化合物から選ばれた少なくとも1つの被
覆層を有している。そして、被覆層の融点が1300℃
以上であって、前記ダイヤモンド粒子の平均粒径Dが1
00μmよりも大きく、3000μm以下であり、前記
被覆層の厚さが、被覆層の厚さをdとしたとき((0.
5D+d)/0.5D)3の値Kが1.002以上を満
たし、かつ15μm以下である。
Means for Solving the Problems Diamond particles and the balance are made of cemented carbide or cermet, the diamond particles are contained in an amount of 3 to 50% by volume, and the periodic table VI
Group a element, metal selected from Re, Os, Rh, Ir, Pt, Group IVa, Va, Group VIa element in periodic table, Al,
Alloys of two or more elements selected from Si, elements of group IVa, Va, VIa in the periodic table, carbides, nitrides, oxides, silicides, borides of Si and Si or solid solutions thereof; At least one coating layer selected from the above compounds. And the melting point of the coating layer is 1300 ° C.
And the average diameter D of the diamond particles is 1
When the thickness of the coating layer is d, where the thickness of the coating layer is d ((0.
The value K of 5D + d) /0.5D) 3 satisfies 1.002 or more and is 15 μm or less.

【0012】本願において、超硬合金とは、WCを主体
としてIVa、Va、VIa族元素の炭化物、窒化物、
炭窒化物および又はこれらの固溶体から選ばれた少なく
とも1種を硬質相とし、鉄族金属からなる結合相からな
る焼結体のことである。また、サーメットとはTiN、
TiCN、TiCのいずれかを主体としてIVa、V
a、VIa族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物および又
はこれらの固溶体から選ばれた少なくとも1種を硬質相
とし、鉄族金属からなる結合相からなる焼結体のことで
ある。さらに、前記ダイヤモンド含有硬質部材中に、W
2、MoS2、黒鉛などの潤滑性物質が含有されている
と好ましい。これは、本発明のダイヤモンド粒子はマト
リックス中に島のように不連続で存在しているため、5
0%よりも多いダイヤモンド粒子を含有する材料よりも
相手材に対する攻撃性が高くなるが、WS2、MoS2
黒鉛などの潤滑性物質が含有されていることで、相手攻
撃性を低下できるためである。さらに、発生した摩耗粉
による凝着現象が防げ、耐摩耗性をより向上させること
ができる。なお、通常、WS2、MoS2を超硬合金に含
有させて、超硬合金が緻密化する温度で焼結すると、W
2、MoS2は分解し、ほとんど焼結体中に残存させる
ことはできないが、本願発明の条件で焼結することによ
り、これらの潤滑性物質を多量に残存させた焼結体の作
製が容易になる。さらに好ましくは、本願発明のダイヤ
モンド粒子に行う被覆処理をWS2、MoS2にも設ける
ことによって、さらにWS2、MoS2の残存率を高くす
ることができる。
In the present application, the cemented carbide is mainly composed of WC, and is mainly composed of carbides, nitrides, and the like of elements IVa, Va, and VIa.
It is a sintered body composed of a binder phase composed of iron group metal, in which at least one selected from carbonitrides and / or solid solutions thereof is a hard phase. The cermet is TiN,
IVa, V mainly using either TiCN or TiC
a, a sintered body comprising a hard phase containing at least one selected from carbides, nitrides, carbonitrides and / or solid solutions of group VIa elements, and a binder phase composed of an iron group metal. Further, W is contained in the diamond-containing hard member.
It is preferable that a lubricating substance such as S 2 , MoS 2 , and graphite is contained. This is because the diamond particles of the present invention exist discontinuously in the matrix like islands.
Although the aggressiveness to the counterpart material is higher than that of a material containing more than 0% of diamond particles, WS 2 , MoS 2 ,
This is because the inclusion of a lubricating substance such as graphite can reduce the aggressiveness of the opponent. Furthermore, the adhesion phenomenon due to the generated wear powder can be prevented, and the wear resistance can be further improved. Normally, when WS 2 and MoS 2 are contained in a cemented carbide and sintered at a temperature at which the cemented carbide is densified, W 2
Although S 2 and MoS 2 are decomposed and hardly remain in the sintered body, sintering under the conditions of the present invention makes it possible to produce a sintered body in which a large amount of these lubricating substances remain. It will be easier. More preferably, by providing the diamond particles of the present invention with a coating treatment for WS 2 and MoS 2 , the residual ratio of WS 2 and MoS 2 can be further increased.

【0013】ここで、ダイヤモンド粒子の平均粒径を1
00μmよりも大きく、3000μm以下としたのは、
100μmよりも小さいと、単結晶であるダイヤモンド
粒子自身の耐摩耗性を硬質部材に生かすことが難しく、
また、3000μmよりも大きくすると単結晶であるダ
イヤモンド粒子自身の強度自身の低下が大きくなるため
である。このダイヤモンド粒子の平均粒径がこの範囲に
あれば石材やコンクリートの切削や加工、建設用掘削用
工具などの都市開発工具用途、鉱山用工具、石油掘削用
工具に好適である。
Here, the average diameter of the diamond particles is 1
The reason why it is larger than 00 μm and 3000 μm or less is as follows.
If it is smaller than 100 μm, it is difficult to make use of the wear resistance of the single crystal diamond particles to the hard member,
On the other hand, if the diameter is larger than 3000 μm, the decrease in the strength of the single crystal diamond particles themselves increases. If the average particle size of the diamond particles is within this range, it is suitable for cutting and processing stones and concrete, for urban development tools such as construction drilling tools, mining tools, and oil drilling tools.

【0014】ダイヤモンド粒子としては、ダイヤモンド
粒内の炭素を除く不純物(金属や鉱物など)量が0.3
重量%以下、好ましくは0.2重量%以下であるものが
好ましい。これは、超硬合金および又はサーメットに液
相が生成する温度で焼結される本材料にとってダイヤモ
ンドの劣化を制御する上で好ましいためである。
As the diamond particles, the amount of impurities (metals, minerals, etc.) excluding carbon in the diamond particles is 0.3%.
What is less than 0.2 weight% is preferable. This is because the material is sintered at a temperature at which a liquid phase is formed in the cemented carbide and / or cermet, which is preferable in controlling the deterioration of diamond.

【0015】これは不純物量が0.3重量%よりも多い
と、高温での焼結時にダイヤモンド粒内でダイヤモンド
と不純物との間で熱膨張係数のミスマッチが生じ、ダイ
ヤモンド粒子の破壊もしくは粒内に発生した亀裂や歪み
に伴う耐摩耗性の低下を招きやすいためである。ここで
いう不純物とはAl、Si、Fe、Ni、Co、Mg、
Li、Mn、Ta、Cuなどの金属元素のことである。
この現象は、本発明の好ましい製造方法である通電加熱
焼結による急速加熱、急速冷却に基づく焼結条件下で特
に起こりやすく、重要な制御ポイントである。単にダイ
ヤモンド粒子を黒鉛化させないために限定したものでは
ない。
[0015] If the amount of impurities is more than 0.3% by weight, mismatch in thermal expansion coefficient between diamond and impurities occurs in diamond grains during sintering at a high temperature, resulting in destruction of diamond particles or intragranularity. This is because abrasion resistance is likely to be reduced due to cracks or strains generated in the steel. The impurities referred to here are Al, Si, Fe, Ni, Co, Mg,
Metal elements such as Li, Mn, Ta, and Cu.
This phenomenon is particularly likely to occur under sintering conditions based on rapid heating and rapid cooling by current heating sintering, which is a preferred production method of the present invention, and is an important control point. It is not limited simply to not graphitize the diamond particles.

【0016】なお、ダイヤモンド粒子内の不純物量は少
ないほど好ましいが、0.01重量%よりも高純度のダ
イヤモンド粒子は高価であるので、本発明の狙いの一つ
である安価な材料とするためには、不純物が0.01〜
0.3重量%のダイヤモンド粒子を用いることが好まし
い。さらに、各焼結体のダイヤモンド粒子中に含まれる
不純物量を、マトリックスである硬質合金を酸で溶かし
て除去後、ダイヤモンド粒子を溶融塩を用いて溶解し、
さらに、酸を加えて水溶液とし、誘導結合プラズマ発光
分析法により測定したが、原料時に含まれていた不純物
量と大きな変化がないことも確認できた。
Although the amount of impurities in the diamond particles is preferably as small as possible, diamond particles having a purity of more than 0.01% by weight are expensive. Has an impurity of 0.01 to
It is preferred to use 0.3% by weight of diamond particles. Furthermore, after removing the amount of impurities contained in the diamond particles of each sintered body by dissolving the hard alloy as a matrix with an acid, the diamond particles are dissolved using a molten salt,
Furthermore, an acid was added to form an aqueous solution, and the solution was measured by inductively coupled plasma emission spectrometry. As a result, it was confirmed that there was no significant change from the amount of impurities contained in the raw material.

【0017】また、ダイヤモンド粒子の含有量を3〜5
0体積%としたのは、3体積%よりもダイヤモンド粒子
の含有量が少ないと耐摩耗性向上の効果が小さく、50
体積%よりも多いとダイヤモンド含有硬質部材の強度の
低下が著しくなるためである。また、ダイヤモンド粒子
の含有量は10〜30体積%であるとき特に優れた耐摩
耗性を発揮できる。それは、10体積%よりも少ないと
耐摩耗性の向上効果が小さく、30体積%よりも多いと
機械的強度の低下が激しくなるためである。
The content of the diamond particles is 3 to 5
The reason why 0 vol% is set is that if the content of diamond particles is less than 3 vol%, the effect of improving the wear resistance is small, and 50 vol%.
If the content is more than the volume%, the strength of the diamond-containing hard member is significantly reduced. When the content of the diamond particles is 10 to 30% by volume, particularly excellent wear resistance can be exhibited. This is because if it is less than 10% by volume, the effect of improving the wear resistance is small, and if it is more than 30% by volume, the mechanical strength is greatly reduced.

【0018】ダイヤモンド粒子の含有量を30体積%以
下とし、さらにダイヤモンド粒子の分散を均一にするこ
とでダイヤモンド含有硬質部材の硬度をビッカース硬度
で2500以下、好ましくは2000以下とすると、ダ
イヤモンド含有硬質部材の靭性、強度を非常に高めるこ
とができる。これは、ダイヤモンド粒子の含有量、分散
性を制御することで、ダイヤモンド含有硬質部材の硬度
をマトリックスである超硬合金とほぼ同一の硬度とする
ことができるためである。このように、硬度を超硬マト
リックス並みにした場合でも耐摩耗性は超硬合金又はサ
ーメット単体と比べてはるかに高く、超高圧焼結ダイヤ
モンドの耐摩耗性に迫るものにできるという驚くべき結
果が得られた。なお、ダイヤモンド含有硬質部材の硬度
をビッカース硬度で2500以下、好ましくは2000
以下としたのは、超硬マトリックスのビッカース硬度は
結合相量を極小にした場合でも2500が上限であり、
超硬合金としての優れた靱性、強度を実現するためには
2000以下が好ましいためである。なお、ここで、硬
度の規定はビッカース硬度で表記したが、発明の主旨は
ダイヤモンド含有硬質部材の硬度をマトリックスである
超硬合金またはサーメット並みとすることであるから、
硬度の測定はロックウエル、ヌープなどの他の方法で行
ってもよいことは明らかである。
When the content of diamond particles is set to 30% by volume or less and the hardness of the diamond-containing hard member is set to 2500 or less, preferably 2000 or less in Vickers hardness by making the dispersion of the diamond particles uniform, Toughness and strength can be greatly increased. This is because by controlling the content and dispersibility of the diamond particles, the hardness of the diamond-containing hard member can be made substantially the same as that of the cemented carbide as the matrix. Thus, the surprising result is that even when the hardness is equal to that of the cemented carbide matrix, the wear resistance is much higher than that of a cemented carbide or a cermet alone, and can approach the wear resistance of ultrahigh-pressure sintered diamond. Obtained. The hardness of the diamond-containing hard member is 2500 or less in Vickers hardness, preferably 2000
The reason is that the Vickers hardness of the cemented carbide matrix is 2500 at the upper limit even when the amount of the binder phase is minimized,
This is because 2,000 or less is preferable in order to realize excellent toughness and strength as a cemented carbide. Here, the definition of the hardness is expressed in Vickers hardness, but the gist of the invention is to set the hardness of the diamond-containing hard member to be equal to that of a cemented carbide or cermet as a matrix,
Obviously, the hardness measurement may be performed by other methods such as Rockwell and Knoop.

【0019】本願発明では、マトリックスに超硬合金、
サーメットを用いているが、これらの材料は鉄族金属を
含有し、これらの金属は焼結体の靭性向上、焼結性向上
に有用である。ところが、鉄族金属はダイヤモンドに対
して、黒鉛に相転移させる触媒作用を有し、焼結体の硬
度低下を招きやすい。特にこの触媒作用は鉄族金属が液
相化したときに顕著であり、この液相にダイヤモンド粒
子が直接接触することを防ぎつつ、しかもマトリックス
との結合力を高めることが必要となる。また、ダイヤモ
ンド粒子は極めて硬質であり、両者が直接に接触する個
所が存在すると応力集中しやすく、破壊の起点となりや
すいので、被覆層を設けることが有用となる。
In the present invention, a cemented carbide,
Although cermet is used, these materials contain iron group metals, and these metals are useful for improving the toughness and sinterability of the sintered body. However, iron group metals have a catalytic action on diamond to cause a phase transition to graphite, and tend to cause a decrease in hardness of the sintered body. In particular, this catalytic action is remarkable when the iron group metal is liquefied, and it is necessary to prevent the diamond particles from directly contacting this liquid phase and to increase the bonding force with the matrix. In addition, diamond particles are extremely hard, and if there is a place where they are in direct contact, stress is likely to be concentrated and it is likely to be a starting point of destruction. Therefore, it is useful to provide a coating layer.

【0020】そこでダイヤモンド粒子の被覆層は、液相
温度において、溶解しないことがまず第1の要件であ
る。次の要件は、鉄族金属との濡れ性が優れていること
である。濡れ性が優れているということは、鉄族金属と
の結合力が高いという意味である。本願発明における被
覆層は、このような観点から選択されたものである。
The first requirement is that the coating layer of diamond particles does not dissolve at the liquidus temperature. The next requirement is to have good wettability with iron group metals. Excellent wettability means that the bond strength with the iron group metal is high. The coating layer in the present invention is selected from such a viewpoint.

【0021】被覆層としては、周期率表VIa族元素、
Re、Os、Rh、Ir、Ptから選ばれた金属、周期
率表のIVa、Va、VIa族元素、Al、Siから選
ばれた2種以上の元素からなる合金、周期率表のIVa、
Va、VIa族元素、Al、Siの炭化物、窒化物、酸化
物、珪化物、硼化物又はこれらの固溶体から選ばれた化
合物であって、中でもCr、W、Mo、Nb、Cr−M
o、Ti−Ta、Ti−Mo、Nb−V、Ti−Al−
V、TiC、TiN、Al23、SiC、WC、MoS
2、TiBN、TiAlN、TiZrNなどの金属、
合金、化合物が好ましい。これらの材料は、融点または
分解温度が1300℃以上である。被覆層の融点より焼
結温度を低くすることが肝要である。次に((0.5D
+d)/0.5D)3の値(K)を導入した理由である
が、前述のように特開平5−239585号公報にはダ
イヤモンド粒子に被覆層の厚さを規定することで優れた
特性のダイヤモンド含有硬質部材を得ることが提案され
ている。
As the coating layer, a group VIa element in the periodic table,
A metal selected from the group consisting of Re, Os, Rh, Ir, and Pt; an alloy of two or more elements selected from the group IVa, Va, and VIa elements of the periodic table, Al and Si; an IVa of the periodic table;
A compound selected from the group consisting of Va, group VIa elements, carbides, nitrides, oxides, silicides, borides of Al and Si, and solid solutions thereof, among which Cr, W, Mo, Nb, and Cr-M
o, Ti-Ta, Ti-Mo, Nb-V, Ti-Al-
V, TiC, TiN, Al 2 O 3 , SiC, WC, MoS
metals such as i 2 , TiBN, TiAlN, TiZrN,
Alloys and compounds are preferred. These materials have a melting point or decomposition temperature of 1300 ° C. or higher. It is important that the sintering temperature be lower than the melting point of the coating layer. Then ((0.5D
+ D) /0.5D) The reason for introducing the value (K) of 3 is that, as described above, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 5-239585 discloses excellent characteristics by defining the thickness of the coating layer on diamond particles. It has been proposed to obtain a diamond-containing hard member of the formula (1).

【0022】しかし、ダイヤモンド粒子とWC基超硬合
金マトリックスとの結合力、ダイヤモンド含有硬質部材
の耐摩耗性をより一層高めるためには、ダイヤモンド粒
子1個の体積に応じて最適な被覆層体積を設定すること
が重要であることが判明した。これは、本発明の硬質部
材中ではダイヤモンド粒子の含有量が50%より少なく、
液相焼結時にはマトリックスである超硬合金やサーメッ
トの海の中に、ダイヤモンド粒子が島のように浮いてい
る状態であるため、特に重要なことである。
However, in order to further enhance the bonding force between the diamond particles and the WC-based cemented carbide matrix and the wear resistance of the diamond-containing hard member, the optimum coating layer volume should be adjusted according to the volume of one diamond particle. It turned out to be important to set. This is because the content of diamond particles in the hard member of the present invention is less than 50%,
This is particularly important during liquid phase sintering because diamond particles are floating like islands in the sea of a cemented carbide or cermet as a matrix.

【0023】そこで、被覆層厚みを含むダイヤモンド粒
子の体積をダイヤモンド粒子の体積で除した値であるK
を導入し、その数値を最適化したものである。なお、数
値限定理由であるが、Kが1.002よりも小さいと被
覆層の効果が得られにくいためダイヤモンド粒子が黒鉛
化しやすく、さらにマトリックスとの保持力を確保でき
ないので、被覆層厚みの下限をKが1.002となると
きと設定した。また、被覆層厚みの上限は被覆層厚みを
あまり大きくすると、均一な被覆層を得難くなって特性
がばらつきやすくなる上、厚い被覆層が邪魔となりダイ
ヤモンド粒子やマトリックス原料の充填密度を上げるこ
とが難しくなり、焼結性の低下すなわち緻密度の低下を
招く。この結果、耐摩耗性の低下、被覆層破壊によるダ
イヤモンド粒子の脱落現象が加速するため、被覆層自身
の強度が保証できる上限膜厚15μmを設定した。特に
好ましい上限膜厚は10μmであり、中でも好ましいの
はKの値が1.01〜1.2のときである。
Therefore, K is a value obtained by dividing the volume of the diamond particles including the thickness of the coating layer by the volume of the diamond particles.
Is introduced and its numerical value is optimized. The reason for limiting the numerical value is that if K is less than 1.002, the effect of the coating layer is difficult to obtain, so that the diamond particles are likely to be graphitized, and furthermore, the holding power with the matrix cannot be secured. Was set when K was 1.002. Also, if the coating layer thickness is too large, it is difficult to obtain a uniform coating layer, the characteristics are easily scattered, and the thick coating layer interferes with increasing the packing density of diamond particles and matrix raw material. It becomes difficult and causes a reduction in sinterability, that is, a reduction in compactness. As a result, the reduction in wear resistance and the phenomenon of falling off of diamond particles due to the destruction of the coating layer are accelerated. Therefore, the upper limit film thickness of 15 μm that can guarantee the strength of the coating layer itself was set. The particularly preferred upper limit film thickness is 10 μm, and particularly preferred is when the value of K is 1.01 to 1.2.

【0024】このような被覆層を形成する方法として
は、スパッタリング法やイオンプレーティング法などの
物理蒸着法や化学蒸着法の他、メッキ法や、浸漬法が挙
げられる。なお、厚い被覆層を有するダイヤモンド粒子
同士がブリッジングすることにより、ダイヤモンド粒子
やマトリックス原料の充填密度が低下する場合がある。
この現象はダイヤモンド粒子の含有量が多い場合に発生
しやすくなり、ダイヤモンド粒子の含有量が多くなりす
ぎると、優れた耐摩耗性を有する硬質部材を製造する上
で障害となる。このため、ダイヤモンド粒子の含有量は
30体積%以下が好ましい。
Examples of the method for forming such a coating layer include a plating method and a dipping method, in addition to a physical vapor deposition method such as a sputtering method and an ion plating method and a chemical vapor deposition method. In addition, when the diamond particles having a thick coating layer are bridged with each other, the packing density of the diamond particles or the matrix material may be reduced.
This phenomenon is likely to occur when the content of diamond particles is large, and when the content of diamond particles is too large, it becomes an obstacle in producing a hard member having excellent wear resistance. Therefore, the content of diamond particles is preferably 30% by volume or less.

【0025】本発明のダイヤモンド含有硬質部材は、超
硬合金およびまたはサーメットに液相が生成する焼結温
度で製造されることが好ましい。好ましい焼結温度は1
300〜1450℃で、特に好ましいのは1300〜1
400℃である。また、前記焼結温度での保持時間が1
0秒以上10分以内、加圧力が5〜100MPaの条件
で通電加圧焼結して製造されるのが好ましい。
The diamond-containing hard member of the present invention is preferably manufactured at a sintering temperature at which a liquid phase is formed in a cemented carbide and / or cermet. The preferred sintering temperature is 1
300-1450 ° C., particularly preferred 1300-1
400 ° C. The holding time at the sintering temperature is 1
It is preferably manufactured by conducting current pressure sintering under the conditions of 0 seconds to 10 minutes and a pressure of 5 to 100 MPa.

【0026】ここで、液相を生成する焼結温度での保持
時間を10秒以上10分以内としたのは、10秒よりも
保持時間が短いと緻密化が不十分であり、10分よりも
長いとダイヤモンドの黒鉛への変態が起こりやすい為で
ある。特に好ましいのは1分以上5分以内である。
Here, the reason why the holding time at the sintering temperature at which the liquid phase is generated is 10 seconds or more and 10 minutes or less is that if the holding time is shorter than 10 seconds, the densification is insufficient, and Is too long, the transformation of diamond into graphite is likely to occur. Particularly preferred is 1 minute or more and 5 minutes or less.

【0027】また、加圧力は5〜100MPaの条件が
好ましい。これは加圧力が5MPaよりも低いとダイヤ
モンド含有硬質部材のマトリックスの緻密化が起こりに
くく、100MPaよりも高い圧力であると特殊な焼結
形式が必要となり製造コストが増大するためである。
The pressure is preferably 5 to 100 MPa. This is because if the applied pressure is lower than 5 MPa, the matrix of the diamond-containing hard member is less likely to be densified, and if the applied pressure is higher than 100 MPa, a special sintering method is required and the production cost increases.

【0028】なお、前記通電加圧焼結が電流ON時間が
1〜100msec、電流OFF時間が1msec以上
である矩形パルス電流を用いて行われた場合には、非常
に緻密でダイヤモンド粒子の脱落が生じにくいダイヤモ
ンド含有硬質部材を得ることができる。以上のマトリッ
クス、被覆膜質、被覆膜厚、焼結条件とすることで、本
願発明の材料を理論密度比で98%以上の緻密度にする
ことが可能となり、高強度、高耐摩耗性とすることがで
きる。
When the current pressure sintering is performed using a rectangular pulse current having a current ON time of 1 to 100 msec and a current OFF time of 1 msec or more, the diamond particles are very dense and fall off. It is possible to obtain a diamond-containing hard member that hardly occurs. By setting the above matrix, coating film quality, coating film thickness, and sintering conditions, the material of the present invention can be made to have a density of 98% or more in theoretical density ratio, and have high strength and high wear resistance. can do.

【0029】前記被覆層中にはCo、Ni、W、Ti、
C、Nから選ばれた少なくとも一種の元素が拡散してい
ると、ダイヤモンド粒子とWC基超硬合金の結合力が向
上する。特にCo、Niが拡散した効果は大きく、これ
らの拡散は1〜100msecの矩形パルス電流を用い
た通電加圧焼結により得られやすい。
In the coating layer, Co, Ni, W, Ti,
When at least one element selected from C and N is diffused, the bonding force between the diamond particles and the WC-based cemented carbide is improved. In particular, the effect of diffusion of Co and Ni is great, and these diffusions can be easily obtained by current pressure sintering using a rectangular pulse current of 1 to 100 msec.

【0030】本願は液相を用いて焼結することが好まし
いが、液相の成分であるCo、Niとその中に溶解して
いるW、Ti、C、Nが被覆層中へ拡散する。また、C
はダイヤモンドからも拡散する。Co、Ni、W、T
i、C、Nの拡散は被覆層の全厚みにわたって起こって
いることが望ましい。
In the present application, sintering is preferably performed using a liquid phase, but the components of the liquid phase, such as Co and Ni, and W, Ti, C and N dissolved therein diffuse into the coating layer. Also, C
Also diffuses from diamonds. Co, Ni, W, T
It is desirable that the diffusion of i, C, and N occurs over the entire thickness of the coating layer.

【0031】本願で得られたダイヤモンド含有硬質部材
は、焼結後に加工されて他の超硬合金や鋼等に接合され
て実際に利用される。しかしながら、化学的に安定なダ
イヤモンド粒子を含有し、その粒子表面の被覆層が加工
により除去されるので、ロウ付けなどが困難となる。特
に、ダイヤモンド含有量が多い場合に顕著である。そこ
で、発明者はさらに検討を加え、焼結時にダイヤモンド
含有硬質部材の原料と超硬合金又は鋼とを直接に接触さ
せて焼結して、焼結と同時に接合する方法を見出した。
The diamond-containing hard member obtained in the present application is worked after sintering, joined to another cemented carbide, steel or the like, and is actually used. However, it contains chemically stable diamond particles, and the coating layer on the surface of the particles is removed by processing, so that brazing or the like becomes difficult. This is particularly noticeable when the diamond content is large. Then, the inventor further studied and found out a method in which the raw material of the diamond-containing hard member and the cemented carbide or steel were brought into direct contact with each other at the time of sintering, sintered, and joined at the same time as sintering.

【0032】前記ダイヤモンド含有硬質部材がWC基超
硬合金、鋼の少なくとも1つに接合されていると、熱膨
張係数の関係からダイヤモンド含有硬質部材に圧縮残留
応力が生じて強靭化されるとともに、ロウづけや溶接施
工が不要となり、本発明によるダイヤモンド含有硬質部
材の適用分野を広げることができる。
When the diamond-containing hard member is joined to at least one of a WC-based cemented carbide and steel, a compressive residual stress is generated in the diamond-containing hard member due to the thermal expansion coefficient, and the diamond is hardened. Brazing and welding work are not required, and the field of application of the diamond-containing hard member according to the present invention can be expanded.

【0033】また、前記硬質部材に被覆されたダイヤモ
ンド、ダイヤモンドライクカーボン(以下Diamon
d Like CarbonをDLCと記す。)の少な
くとも1つの被覆層は、前記硬質部材中のダイヤモンド
粒子を核として被覆されるため、非常に密着力に優れた
ものとなる。硬質部材全面がダイヤモンド,DLCの少
なくとも1つで被覆されることにより、優れた耐摩耗
性、潤滑性を示す。特にDLCを被覆した際には、被覆
層が平滑で潤滑性に優れるため剥離が生じにくく、耐摩
耗部材として優れた性能が得られる。
Also, diamond coated on the hard member, diamond-like carbon (hereinafter called Diamond)
d Like Carbon is referred to as DLC. Since at least one of the coating layers is coated with the diamond particles in the hard member as nuclei, the coating layer has extremely excellent adhesion. Since the entire hard member is coated with at least one of diamond and DLC, it exhibits excellent wear resistance and lubricity. In particular, when DLC is coated, the coating layer is smooth and excellent in lubricity, so that peeling does not easily occur, and excellent performance as a wear-resistant member can be obtained.

【0034】この優れた密着力は硬質部材中のダイヤモ
ンド粒子とWC基超硬合金マトリックスの結合力が本発
明により高められていることで、特に優れた性能を得る
ことができるものである。なお、前記ダイヤモンド粒子
を用いて、WCおよび又はTiの炭化物、窒化物又は炭
窒化物と、鉄族金属からなる結合相金属とを100重量
%としたとき、前記鉄族金属の含有量が2〜50重量%
であると、ダイヤモンド粒子をバインディングするマト
リックスとして優れた靭性、強度、硬度、焼結性、耐熱
亀裂性を有するため優れており、特に好ましいのは前記
鉄族金属の含有量が2〜20重量%であるときである。
特にこの鉄族金属量のマトリックスを用いた場合、高圧
力が負荷される環境で優れた耐摩耗性を得ることができ
る。
The excellent adhesion can be obtained particularly because the bonding force between the diamond particles in the hard member and the WC-based cemented carbide matrix is enhanced by the present invention. In addition, when the carbide, nitride or carbonitride of WC and / or Ti and the binder phase metal composed of the iron group metal are 100% by weight using the diamond particles, the content of the iron group metal is 2%. ~ 50% by weight
Is excellent because it has excellent toughness, strength, hardness, sinterability, and heat crack resistance as a matrix for binding diamond particles, and the content of the iron group metal is particularly preferably 2 to 20% by weight. It is when.
In particular, when a matrix having this amount of iron group metal is used, excellent wear resistance can be obtained in an environment where a high pressure is applied.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施例及
びその他の比較例を示す。 (試験例1) まず、実施例1〜5、併せて比較例1〜
4を示す。平均粒径4μmのWC粉末及び平均粒径1μ
mのCo粉末を準備し、WC粉末とCo粉末をCo量が
20重量%となるように秤量し、その粉末をアトライタ
ーを用いて粉砕混合して、WC−20重量%Co粉末を
得た。次に平均粒径300μmのダイヤモンド粒子に、
クロムモリブデン(Cr−Mo)を無電解めっき法で被
覆した。なお、前記K(被覆層厚)の値が比較例1では
1(0μm)、実施例1では1.002(0.1μ
m)、実施例2では1.05(2.5μm)、実施例3
では1.1(4.8μm)、実施例4では1.2(9.
4μm)、実施例5では1.3(14μm)、比較例2
では1.5(22μm)、比較例3では1.7(30μ
m)となるように被覆した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific examples of the present invention and other comparative examples will be described. (Test Example 1) First, Examples 1 to 5, and Comparative Examples 1 to 5
4 is shown. WC powder having an average particle size of 4 μm and an average particle size of 1 μm
m Co powder was prepared, and the WC powder and the Co powder were weighed so that the Co content was 20% by weight, and the powder was pulverized and mixed using an attritor to obtain a WC-20% by weight Co powder. . Next, into diamond particles with an average particle size of 300 μm,
Chromium molybdenum (Cr-Mo) was coated by an electroless plating method. The value of K (coating layer thickness) was 1 (0 μm) in Comparative Example 1, and 1.002 (0.1 μm) in Example 1.
m), in Example 2, 1.05 (2.5 μm), Example 3
In Example 1.1 (4.8 μm) and Example 4 1.2 (9.
4 μm), 1.3 in Example 5 (14 μm), Comparative Example 2
1.5 (22 μm) in Comparative Example 3 and 1.7 (30 μm) in Comparative Example 3.
m).

【0036】なお、ダイヤモンド粒子には、粒内の不純
物量が約0.2重量%であるダイヤモンドを用いた。そ
して、この被覆したダイヤモンド粒子が25体積%とな
るように、前記WC−20重量%Co粉末にボールミル
を用いて混合した。このようにして準備した粉末を内径
30mmの黒鉛型に充填し、0.01トル(Torr)
以下の真空中で圧力40MPaを付加しながら、直流電
流の通電で加圧焼結した。昇温パターンは10分間で1
350℃まで昇温、その温度で5分間保持して、40℃
/minの速度で冷却した。このようにして得られた焼
結体のサイズは直径30mm、厚み10mmの円板の焼
結体で、割れもなく良好な外観を呈していた。これらの
焼結体の黒皮を除去して、実施例1〜5及び比較例1〜
3について、比重をアルキメデス法で測定し、理論密度
に対する割合を求めた。実施例1〜5及び比較例1の焼
結体は理論密度に対する割合が95%以上の緻密度を有
していたが、比較例2、3の試料は理論密度に対する割
合がそれぞれ89%と78%と低い緻密度を示した。
As the diamond particles, diamond having an impurity content of about 0.2% by weight was used. Then, the WC-20% by weight Co powder was mixed using a ball mill so that the coated diamond particles became 25% by volume. The thus prepared powder is filled in a graphite mold having an inner diameter of 30 mm, and is filled with 0.01 Torr.
Pressure sintering was performed by applying a direct current while applying a pressure of 40 MPa in the following vacuum. Heating pattern is 1 in 10 minutes
Raise the temperature to 350 ° C, hold at that temperature for 5 minutes,
/ Min. The size of the sintered body thus obtained was a disk-shaped sintered body having a diameter of 30 mm and a thickness of 10 mm, and had a good appearance without cracks. The black scale of these sintered bodies was removed, and Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 were removed.
For No. 3, the specific gravity was measured by the Archimedes method, and the ratio to the theoretical density was determined. The sintered bodies of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 had a denseness of 95% or more with respect to the theoretical density, whereas the samples of Comparative Examples 2 and 3 had the percentages with respect to the theoretical density of 89% and 78%, respectively. %.

【0037】次に、実施例1〜5及び比較例1〜3の焼
結体から縦3mm、横4mm、高さ11mmの焼結体を
切り出し、軸を中心に50m/minで回転している直
径20mmの円柱状SiC砥石に、縦3mm高さ11m
mの面を20MPaの圧力で10分間押しつけて、摩耗
量の測定を行った。
Next, a sintered body having a length of 3 mm, a width of 4 mm and a height of 11 mm was cut out from the sintered bodies of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 and rotated about an axis at 50 m / min. 3mm long and 11m high on a cylindrical SiC grindstone with a diameter of 20mm
m was pressed at a pressure of 20 MPa for 10 minutes to measure the amount of wear.

【0038】なお、比較例4として、実施例1〜5、比
較例1〜3に用いたのと同じ前述のWC〜20重量%C
o粉末材料(ダイヤモンド粒子含まず)を、同様の条件
で通電加圧焼結し、この焼結体の摩耗量を100とした
ときの、実施例1〜5、比較例1〜3の焼結体の摩耗量
割合を表1中に記載した。なお、本願の実施例6〜1
4、19〜22も同様に、比較例4の焼結体の摩耗量を
100としたときの摩耗量割合で評価した。
As Comparative Example 4, the same WC to 20% by weight C as used in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were used.
o Sintering of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 when the powder material (excluding diamond particles) was sintered under current-pressure sintering under the same conditions and the amount of wear of the sintered body was 100. The wear rate of the body is shown in Table 1. Examples 6 to 1 of the present application
4, 19 to 22 were evaluated in the same manner by using the wear rate of the sintered body of Comparative Example 4 assuming that the wear rate was 100.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】表1の結果より、ダイヤモンド粒子にK値
が1.002以上で被覆層厚が15μm以下でCr−M
oを被覆した実施例1〜5は優れた耐摩耗性を示すこと
が確認できた。中でもK値が1.002以上で被覆膜厚
が10μm以下である実施例1〜4の試料は特に優れた
性能を示した。
From the results shown in Table 1, it was found that the diamond particles had a K value of 1.002 or more, a coating layer thickness of 15 μm or less, and a Cr-M
It was confirmed that Examples 1 to 5 coated with o exhibited excellent wear resistance. Among them, the samples of Examples 1 to 4 having a K value of 1.002 or more and a coating film thickness of 10 μm or less showed particularly excellent performance.

【0041】(試験例2) 実施例6、7は、実施例
1、2と同じ組成、同じCr−Mo被覆層厚の粉末を内
径30mmの黒鉛型に充填し、0.01トル(Tor
r)以下の真空中で圧力40MPaを負荷しながら、O
N時間が10msec、OFF時間が2msecの矩形
パルス電流で通電加圧焼結したもので、昇温パターンは
6分間で1350℃まで昇温、その温度で5分間保持し
て、40℃/minの速度で冷却した。
Test Example 2 In Examples 6 and 7, powder having the same composition and the same Cr-Mo coating layer thickness as those in Examples 1 and 2 was filled into a graphite mold having an inner diameter of 30 mm, and the pressure was 0.01 torr (Torr).
r) While applying a pressure of 40 MPa in the following vacuum,
N time was 10 msec, and OFF time was 2 msec. A rectangular pulse current was applied under pressure and sintering. The temperature rising pattern was raised to 1350 ° C. in 6 minutes, held at that temperature for 5 minutes, and heated at 40 ° C./min. Cooled at speed.

【0042】この実施例6、7の焼結体の耐摩耗性を、
実施例1〜5、比較例1〜4と同様にして測定した。そ
の結果を表2中に示す。実施例6、7の焼結体は実施例
1、2よりも優れた耐摩耗性を示すことが判明した。
The wear resistance of the sintered bodies of Examples 6 and 7 was
It measured similarly to Examples 1-5 and Comparative Examples 1-4. The results are shown in Table 2. It was found that the sintered bodies of Examples 6 and 7 exhibited better wear resistance than Examples 1 and 2.

【0043】[0043]

【表2】 [Table 2]

【0044】この理由を調べるため、実施例1、2、
6、7の焼結体のTEM(Transmission
Electron Microscope)観察用試料
を作製し、被覆層の状態をEDX(Energy Di
spersive X−raySpectroscop
y)により評価した。その結果、実施例6、7のCr−
Mo被覆層には被覆層全厚みにわたってCoとCが拡散
しており、この拡散したCoとCによって、ダイヤモン
ド粒子とWC基超硬合金のマトリックスとの結合力が高
まって、優れた耐摩耗性を示したものと考えられた。
In order to investigate the reason, Examples 1, 2 and
TEM (Transmission) of 6 and 7 sintered bodies
Electron Microscope (Spectrum) for observation was prepared, and the state of the coating layer was changed to EDX (Energy Di
Spersive X-raySpectroscop
y). As a result, the Cr-
In the Mo coating layer, Co and C are diffused over the entire thickness of the coating layer, and the diffused Co and C increase the bonding force between the diamond particles and the matrix of the WC-based cemented carbide, resulting in excellent wear resistance. It was considered to have shown.

【0045】(試験例3) 実施例8〜14について
は、平均粒径1000μmのダイヤモンド粒子にTiC
をCVD(Chemical Vapor Depos
ition)法で10μmの厚さで被覆したダイヤモン
ド粉末(K値1.06)材料を準備した。試験例1と同
様の原料を用いてWC−15重量%Co粉末を作製し、
これに前記のダイヤモンド粒子が0、5、10、15、
20、30、40、50体積%となるように配合して、
ボールミルで混合した。なお、ダイヤモンド粒子には、
粒内の不純物量が0.15重量%であるダイヤモンドを
用いた。
(Test Example 3) In Examples 8 to 14, TiC was added to diamond particles having an average particle diameter of 1000 μm.
To CVD (Chemical Vapor Depos)
A diamond powder (K value: 1.06) material having a thickness of 10 μm was prepared by an ition method. Using the same raw material as in Test Example 1, a WC-15% by weight Co powder was prepared.
In addition to this, the diamond particles are 0, 5, 10, 15,
20, 30, 40, 50% by volume
The mixture was mixed in a ball mill. In addition, diamond particles include
Diamond having an impurity content of 0.15% by weight in the grains was used.

【0046】この混合した粉末を試験例1と同様にし
て、内径30mmの黒鉛型に充填し、0.01トル(T
orr)以下の真空中で圧力20MPaを負荷しなが
ら、ON時間が30msec、OFF時間が3msec
の矩形パルス電流で通電加圧焼結した。昇温パターンは
10分間で1380℃まで昇温、その温度で2分間保持
して、50℃/minの速度で冷却した。このようにし
て作製した焼結体(実施例8〜14、比較例5)の摩耗
量を試験例1と同様にして測定した。また、これらの焼
結体のビッカース硬度を50kg荷重で測定した。
The mixed powder was filled in a graphite mold having an inner diameter of 30 mm in the same manner as in Test Example 1, and was filled with 0.01 torr (T
orr) While applying a pressure of 20 MPa in a vacuum below, the ON time is 30 msec and the OFF time is 3 msec
And sintering by applying a rectangular pulse current. In the heating pattern, the temperature was raised to 1380 ° C. in 10 minutes, kept at that temperature for 2 minutes, and cooled at a rate of 50 ° C./min. The wear amount of the sintered bodies (Examples 8 to 14 and Comparative Example 5) thus produced was measured in the same manner as in Test Example 1. The Vickers hardness of these sintered bodies was measured under a load of 50 kg.

【0047】その結果を表3に示す。表3の結果より、
いずれの実施例も優れた耐摩耗性を示すが、中でもダイ
ヤモンド粒子含有量が10〜30体積%である実施例9
〜12は摩耗量割合が3以下で、特に優れた耐摩耗性を
示すことが判明した。また、ダイヤモンド粒子の含有量
が30体積%以下である実施例8〜12の試料のビッカ
ース硬度は約1500kg/mm2とダイヤモンド粒子
を含有しない比較例5と同等の硬度であることが判明し
た。そこで、実施例8〜14、比較例5の焼結体の研削
面に対して垂直方向から直径20mmの超硬ボールを用
いて10ジュール(J)のエネルギーで20回衝撃を加
えた。その結果、実施例13,14は大破したのに対
し、実施例8〜12、比較例5の焼結体には全く欠けが
見られなかった。
Table 3 shows the results. From the results in Table 3,
Each of the examples shows excellent wear resistance, but among them, Example 9 in which the content of diamond particles is 10 to 30% by volume.
Nos. To 12 have a wear ratio of 3 or less, which indicates that they exhibit particularly excellent wear resistance. In addition, the Vickers hardness of the samples of Examples 8 to 12 in which the content of diamond particles was 30% by volume or less was about 1500 kg / mm 2 , which was equivalent to that of Comparative Example 5 containing no diamond particles. Therefore, impact was applied 20 times with an energy of 10 joules (J) using a carbide ball having a diameter of 20 mm from the perpendicular direction to the ground surfaces of the sintered bodies of Examples 8 to 14 and Comparative Example 5. As a result, while Examples 13 and 14 were severely damaged, the sintered bodies of Examples 8 to 12 and Comparative Example 5 did not show any chipping.

【0048】[0048]

【表3】 [Table 3]

【0049】(試験例4) 次に実施例15について示
す。すなわち、材質がSCM415である内径100m
m、厚み10mmの鋼の円板を直径100mmの黒鉛型
に挿入し、その上にWC−20重量%Co粉末を充填し
た。そして、平均粒径300μmのダイヤモンド粒子に
TiAlNを2μmの厚さで被覆したダイヤモンド粉末
(K値1.04)が20体積%となるように、WC−1
0重量%Co粉末と混合した粉末を、前記WC−20重
量%Co粉末材料の上に充填し、0.01トル(Tor
r)以下の真空中で圧力20MPaを負荷しながら、O
N時間が10msec、OFF時間が2msecの矩形
パルス電流で通電加圧焼結した。なお、ダイヤモンド粒
子には粒内の不純物量が約0.2重量%であるダイヤモ
ンドを用いた。
Test Example 4 Next, Example 15 will be described. That is, the inner diameter is 100 m, the material of which is SCM415.
A steel disc having a thickness of 10 mm and a thickness of 10 mm was inserted into a graphite mold having a diameter of 100 mm, and WC-20 wt% Co powder was filled thereon. Then, WC-1 was prepared such that diamond powder (K value: 1.04) in which diamond particles having an average particle diameter of 300 μm were coated with TiAlN to a thickness of 2 μm was 20% by volume.
The powder mixed with 0 wt% Co powder is filled on top of the WC-20 wt% Co powder material and 0.01 torr (Torr)
r) While applying a pressure of 20 MPa in the following vacuum,
Electric current pressure sintering was performed with a rectangular pulse current having an N time of 10 msec and an OFF time of 2 msec. In addition, diamond having an impurity amount of about 0.2% by weight was used as the diamond particles.

【0050】昇温パターンは20分間で1350℃まで
昇温、その温度で4分間保持して、30℃/minの速
度で冷却した。このようにして得た円板状の焼結体は、
鋼部の厚みが10mm、WC−20重量%Coの焼結体
部分の厚みが5mm、ダイヤモンド粒子含有超硬部材部
分の厚みが5mmであった。試験片断面を鏡面研磨し、
光学顕微鏡で観察した結果、各層間は亀裂の発生もな
く、しっかりと接合されていることが判明した。
In the heating pattern, the temperature was raised to 1350 ° C. in 20 minutes, kept at that temperature for 4 minutes, and cooled at a rate of 30 ° C./min. The disc-shaped sintered body thus obtained is
The thickness of the steel part was 10 mm, the thickness of the WC-20 wt% Co sintered body part was 5 mm, and the thickness of the diamond particle-containing cemented carbide member was 5 mm. The cross section of the test piece is mirror polished,
As a result of observation with an optical microscope, it was found that there was no crack between the layers and the layers were firmly joined.

【0051】次に、実施例16は、実施例15のダイヤ
モンド粒子含有超硬部材の層と同じ組成の粉末のみを内
径100mmの黒鉛型に直に挿入し、実施例15と同じ
焼結方法で厚み15mmの焼結体を作製した。
Next, in Example 16, only the powder having the same composition as that of the layer of the diamond particle-containing superhard member of Example 15 was directly inserted into a graphite mold having an inner diameter of 100 mm, and the same sintering method as in Example 15 was used. A sintered body having a thickness of 15 mm was produced.

【0052】次に、実施例15、実施例16の焼結体の
上面(実施例15ではダイヤモンド粒子含有部に相当)
の黒皮をダイヤモンド砥石を用いて除去し、これらの面
に対して垂直方向から直径20mmの超硬ボールを用い
て、5ジュール(J)のエネルギーで100回衝撃を加
えた。
Next, the upper surfaces of the sintered bodies of Examples 15 and 16 (corresponding to diamond particle-containing portions in Example 15)
Was removed using a diamond grindstone, and an impact was applied 100 times with an energy of 5 joules (J) using a carbide ball having a diameter of 20 mm from a direction perpendicular to these surfaces.

【0053】その結果、実施例15には小さな欠けがみ
られたものの大破していないのに対して、実施例16は
大破していることが判明した。これは、実施例15で
は、超硬部分の層が鋼に接合されていたため、熱膨張係
数の関係からダイヤモンド粒子を含有する超硬部材の層
の表面部のWCに約400MPaの圧縮残留応力が導入
され、強靭化されたことと、発生した亀裂の進展が下層
の強靭な超硬合金の焼結体層で止められた結果、大破し
なかったが、実施例16では超硬、鋼との接合がなく、
表面に圧縮残留応力の発生もなかったことから大破した
ものと考えられる。
As a result, it was found that although Example 15 had small chips, it was not severely damaged, whereas Example 16 was severely damaged. This is because in Example 15, the layer of the cemented carbide portion was bonded to steel, so that a compressive residual stress of about 400 MPa was applied to the WC of the surface of the layer of the cemented carbide member containing diamond particles due to the coefficient of thermal expansion. Introduced and toughened, and the growth of the cracks generated was stopped by the lower layer of the sintered layer of the tough cemented carbide, but as a result, it did not severely break. Without joining
Since no compressive residual stress was generated on the surface, it is considered to be severe.

【0054】(試験例5) 実施例15の試験片のダイヤ
モンド粒子を含有する超硬部材の層にさらにPVD(P
hysical Vapor Deposition)
法でDLCを5μmの厚さで被覆した実施例17の試験
片、CVD法でダイヤモンドを5μmの厚さで被覆した
実施例18の試験片を作製した。試験例1と同様にして
作製したWC−10重量%Co粉末を試験例4の条件で
通電加圧焼結し、比較例6の試料とした。
Test Example 5 The test piece of Example 15 was further provided with PVD (P
physical Vapor Deposition
A test piece of Example 17 in which DLC was coated to a thickness of 5 μm by the method and a test piece of Example 18 in which diamond was coated to a thickness of 5 μm by the CVD method were produced. A WC-10 wt% Co powder produced in the same manner as in Test Example 1 was subjected to current pressure sintering under the conditions of Test Example 4 to obtain a sample of Comparative Example 6.

【0055】そして、実施例15、16、17、18お
よび比較例6の試料を、ピンオンディスク試験機を用い
て、相手材をAl23ボール、回転速度を3m/mi
n、圧力を10ニュートン(N)として、60分間、大
気中で摩耗量と動摩擦係数の測定を行った。実施例1
5、16の摩耗量と、動摩擦係数は同じであった。な
お、摩耗量の測定結果は、比較例6の試験片の摩耗量を
100とした摩耗量割合で表した。
Then, the samples of Examples 15, 16, 17, 18 and Comparative Example 6 were subjected to a pin-on-disk tester with an Al 2 O 3 ball as a mating material and a rotation speed of 3 m / mi.
n and the pressure were set to 10 Newtons (N), and the wear amount and the dynamic friction coefficient were measured in the atmosphere for 60 minutes. Example 1
The wear amounts of Nos. 5 and 16 and the dynamic friction coefficient were the same. In addition, the measurement result of the abrasion amount was represented by the abrasion amount ratio with the abrasion amount of the test piece of Comparative Example 6 being 100.

【0056】[0056]

【表4】 [Table 4]

【0057】その結果を表4に示す。表4の結果より、
DLC及びダイヤモンドを被覆した実施例17、18は
優れた耐摩耗性と非常に低い摩擦係数を示すことが明ら
かである。
Table 4 shows the results. From the results in Table 4,
It is clear that Examples 17 and 18 coated with DLC and diamond show excellent wear resistance and very low coefficient of friction.

【0058】(試験例6) 平均粒径5μmのWC粉末
に平均粒径2μmのCo粉末が30重量%になるように
配合して、その粉末をアトライターにより混合粉砕し
た。次に平均粒径500μmのダイヤモンド粒子に表5
に示すK値が1.06の被覆層を設けた。すなわち、実
施例19はTiN、実施例20、21はW、実施例22
はMoを、被覆厚さ5μm被覆した。
Test Example 6 A WC powder having an average particle size of 5 μm was mixed with a Co powder having an average particle size of 2 μm so as to be 30% by weight, and the powder was mixed and pulverized by an attritor. Next, the diamond particles having an average particle diameter of 500 μm are shown in Table 5.
Was provided with a coating layer having a K value of 1.06. That is, Example 19 is TiN, Examples 20 and 21 are W, Example 22
Coated Mo with a coating thickness of 5 μm.

【0059】[0059]

【表5】 [Table 5]

【0060】この被覆したダイヤモンド粒子が30体積
%になるように、前記WC粉末とCo粉末の混合粉末に
加えて混合した。この粉末を、試験例2と同様の条件で
焼結し、実施例19〜22を作製した。また、前記混合
粉末のみを焼結して作製した超硬合金からなる比較例7
も作製した。これらの焼結体から試験例1と同様にして
試験試料を作製し摩耗試験を行った。この結果を、表5
に示すように、摩耗量割合は、実施例19は10、実施
例20〜22は9である。
The coated diamond particles were added to and mixed with the mixed powder of the WC powder and the Co powder so that the volume of the coated diamond particles was 30% by volume. This powder was sintered under the same conditions as in Test Example 2 to produce Examples 19 to 22. Comparative Example 7 made of cemented carbide produced by sintering only the mixed powder
Was also prepared. Test samples were prepared from these sintered bodies in the same manner as in Test Example 1, and a wear test was performed. Table 5 shows the results.
As shown in the graph, the wear amount ratio is 10 in Example 19 and 9 in Examples 20 to 22.

【0061】(試験例7) 平均粒径5μmのWC粉末
に平均粒径2μmのCo粉末が5重量%になるように配
合して、その粉末をアトライターにより混合粉砕した。
この混合粉末に試験例6の実施例19で用いた被覆され
たダイヤモンド粒子を30体積%混合し、内径100m
mの黒鉛型に充填した。但し、黒鉛型にはあらかじめ表
6に示す超硬合金または鋼の円板を試験例4と同様に敷
いた。
Test Example 7 A WC powder having an average particle size of 5 μm was mixed with a Co powder having an average particle size of 2 μm so as to be 5% by weight, and the powder was mixed and pulverized by an attritor.
30% by volume of the coated diamond particles used in Example 19 of Test Example 6 were mixed with this mixed powder, and the inner diameter was 100 m.
m of the graphite mold. However, a disc of cemented carbide or steel shown in Table 6 was previously spread on the graphite mold in the same manner as in Test Example 4.

【0062】[0062]

【表6】 [Table 6]

【0063】すなわち、実施例23は、WC−15重量
%Co超硬合金粉末、実施例24は、第三の円板である
鋼の上に第二、第一とWC−30重量%Co超硬合金粉
末、WC−15重量%Co超硬合金粉末を順に積層して
充填したもので、その上に前記の30体積%ダイヤモン
ド粒子を混合したWC−5重量%Co超硬合金粉末を充
填した。
That is, Example 23 is a WC-15 wt% Co cemented carbide powder, and Example 24 is a third disc, steel, on which the second, first and WC-30 wt% Co A hard alloy powder and a WC-15 wt% Co cemented carbide powder were sequentially stacked and filled, and the WC-5 wt% Co cemented carbide powder mixed with the above 30 vol% diamond particles was filled thereon. .

【0064】そして、0.01トル(Torr)以下の
真空中で圧力40MPaを負荷しながら、ON時間が8
0msec、OFF時間が20msecの矩形パルス電
流で実施例23、24、比較例8(ダイヤモンド含有超
硬粉末のみ)を通電加圧焼結した。昇温パターンは8分
間で1340℃まで昇温、その温度で1分間保持して、
毎分40℃の速度で冷却した。
Then, the ON time is set to 8 while applying a pressure of 40 MPa in a vacuum of 0.01 Torr or less.
Examples 23 and 24 and Comparative Example 8 (only diamond-containing superhard powder) were subjected to current pressure sintering with a rectangular pulse current of 0 msec and OFF time of 20 msec. The heating pattern was to raise the temperature to 1340 ° C in 8 minutes, hold at that temperature for 1 minute,
Cooled at a rate of 40 ° C. per minute.

【0065】このようにして作製した焼結体である実施
例23、24、比較例8の材料をSCM415製部材に
金属ローを用いてロー付け接合した。なお、実施例23
の材料はWC−15重量%Co超硬合金の面、実施例2
4の材料はSCM415の面を、各々SCM415製部
材に金属ローを用いてロー付け接合したものである。そ
の結果、比較例8の材料には、割れが生じ、良好な接合
ができなかったが、実施例23、24の材料は割れが生
じることなく接合ができた。
The materials of Examples 23, 24 and Comparative Example 8, which were the sintered bodies produced in this manner, were joined to a member made of SCM415 using a metal brazing. Example 23
Is WC-15 wt% Co cemented carbide surface, Example 2
The material No. 4 is obtained by joining the surface of the SCM 415 to a member made of the SCM 415 using a metal brazing. As a result, the material of Comparative Example 8 was cracked and could not be joined well, but the materials of Examples 23 and 24 could be joined without cracking.

【0066】これは、実施例23、24の材料には表6
に示す圧縮残留応力が導入されていた結果、ロー付け時
にSCM415製部材との間に生じた熱応力が緩和さ
れ、熱亀裂の発生が防止できたためと考えられる。従っ
て、ダイヤモンド含有硬質部材の熱膨張係数を大きくす
ることを目的に、熱膨張係数の大きい超硬合金粉末、ま
たは鋼の少なくとも1つを積層し、同時焼結することが
望ましい。
This is because the materials of Examples 23 and 24 are shown in Table 6.
It is considered that as a result of the introduction of the compressive residual stress shown in (1), the thermal stress generated between the member and the SCM415-made member at the time of brazing was alleviated, and the occurrence of thermal cracks was prevented. Therefore, in order to increase the coefficient of thermal expansion of the diamond-containing hard member, it is desirable to laminate and simultaneously sinter at least one of cemented carbide powder or steel having a large coefficient of thermal expansion.

【0067】(試験例8) 平均粒径10μmのWS2
MoS2、平均粒径5μmのWC、平均粒径1μmのCo
粉末、平均粒径200μmのダイヤモンド粒子(粒内の
不純物量が0.2重量%で、Wを0.3μmの厚さで被覆した
粉末。K値は1.19)を準備し、WC-15重量%Co-5
重量%(WS2もしくはMoS2)-15体積%ダイヤモ
ンドとなるように配合して、ボールミルで混合し、焼結
用粉末を準備した。これらの粉末を試験例4の条件で通
電加圧焼結し、実施例25(WS2含有)、実施例26(M
oS2含有)の試料を作製した。また、同様にして、W
C-15重量%Co-15体積%ダイヤモンド(粒内の不
純物量が0.2重量%で、Wを0.3μmの厚さで被覆した粉
末。K値は1.19)の組成の粉末を準備し、試験例4の条
件で通電加圧焼結し、実施例27の焼結体を作製した。
(Test Example 8) WS 2 having an average particle size of 10 μm,
MoS 2 , WC with an average particle size of 5 μm, Co with an average particle size of 1 μm
Powder, diamond particles having an average particle diameter of 200 μm (powder coated with 0.3 μm of W with 0.2% by weight of impurities in the grains. K value: 1.19) were prepared, and WC-15% by weight of Co-5
% By weight (WS 2 or MoS 2 ) —15 vol% diamond was blended and mixed by a ball mill to prepare a powder for sintering. These powders were subjected to current pressure sintering under the conditions of Test Example 4 to obtain Examples 25 (containing WS 2 ) and Example 26 (M
(containing oS 2 ). Similarly, W
A powder having a composition of C-15% by weight and Co-15% by volume diamond (powder coated with W at a thickness of 0.3 μm with an impurity amount in the grain of 0.2% by weight and a K value of 1.19) was prepared and tested. The sintered body of Example 27 was produced by current pressure sintering under the conditions of 4.

【0068】そして、実施例25、26、27の試料
を、ピンオンディスク試験機を用いて、相手材を大理石
製ボール、試験片の回転速度を3m/min、圧力を1
0ニュートン(N)として、60分間、大気中で摩耗量
と動摩擦係数の測定を行った。なお、摩耗量の測定結果
は、実施例27の試験片の摩耗量を100とした摩耗量
割合で表した。
Then, the samples of Examples 25, 26 and 27 were subjected to marble balls using a pin-on-disk tester, the rotational speed of the test piece was 3 m / min, and the pressure was 1
The wear amount and the dynamic friction coefficient were measured in the atmosphere at 0 Newton (N) for 60 minutes. In addition, the measurement result of the abrasion amount was represented by the abrasion amount ratio with the abrasion amount of the test piece of Example 27 being 100.

【0069】[0069]

【表7】 [Table 7]

【0070】その結果を表7に示す。表7の結果より、
WS2およびMoS2を添加した実施例25、26は非常
に優れた耐摩耗性と低い動摩擦係数を示すことが明らか
である。
Table 7 shows the results. From the results in Table 7,
It is evident that Examples 25 and 26 with the addition of WS 2 and MoS 2 show very good wear resistance and a low coefficient of dynamic friction.

【0071】(試験例9) 試験例1で作製したWC−
20重量%Co粉末、平均粒径300μmのダイヤモン
ド粒子に、前記K(被覆層厚)の値が異なるようにNb
をPVD法で被覆した粉末を準備し、試験例1と同様に
して、この被覆したダイヤモンド粒子が30体積%とな
るように、前記WC−20重量%Co粉末にボールミル
を用いて混合した。このようにして準備した粉末を試験
例1の条件で焼結し、実施例28(K=1.002、d=0.1
μm)、実施例29(K=1.01、d=0.5μm)、実施例
30(K=1.1、d=4.8μm)、実施例31(K=1.2、d=
9.4μm)、実施例32(K=1.3、d=13.7μm)
の焼結体を作製した。これらの焼結体の密度をアルキメ
デス法で測定したところ、すべての試料が理論密度に対
する割合で95%以上の緻密度を有していた。さらに、
焼結体をダイヤモンド砥石を用いて、平研後を実施後、
試験例1と同様にしてサンドブラスト試験、耐欠損性試
験として平研した面に垂直方向から直径20mmの超硬ボ
ールを用いて5ジュール(J)のエネルギーで衝撃を加
え、欠損するまでの衝撃回数を評価した。比較例4とし
て、前述のWC−20重量%Co粉末材料(ダイヤモン
ド粒子含まず)を同様の条件で通電加圧焼結し、この焼
結体の摩耗量及を100としたときの、実施例28〜32及
び比較例4の焼結体の摩耗量割合と耐欠損性測定結果を
表8中に記載した。
(Test Example 9) The WC-
20 wt% Co powder and diamond particles having an average particle diameter of 300 μm were mixed with Nb so that the value of K (coating layer thickness) was different.
Was prepared by a PVD method, and mixed with a WC-20 wt% Co powder using a ball mill in the same manner as in Test Example 1 so that the coated diamond particles became 30% by volume. The powder thus prepared was sintered under the conditions of Test Example 1, and Example 28 (K = 1.002, d = 0.1
μm), Example 29 (K = 1.01, d = 0.5 μm), Example
30 (K = 1.1, d = 4.8 μm), Example 31 (K = 1.2, d =
9.4 μm), Example 32 (K = 1.3, d = 13.7 μm)
Was produced. When the densities of these sintered bodies were measured by the Archimedes method, all the samples had a density of 95% or more in proportion to the theoretical density. further,
After sintering the sintered body using a diamond whetstone,
In the same manner as in Test Example 1, as a sand blast test and a fracture resistance test, an impact was applied from a perpendicular direction to a plane polished surface using a carbide ball having a diameter of 20 mm with an energy of 5 joules (J), and the number of impacts until the fracture occurred Was evaluated. As Comparative Example 4, the above-described WC-20% by weight Co powder material (excluding diamond particles) was subjected to current-pressure sintering under the same conditions, and the wear amount of this sintered body was set to 100, and Table 8 shows the wear ratio and the fracture resistance measurement results of the sintered bodies of Nos. 28 to 32 and Comparative Example 4.

【0072】[0072]

【表8】 [Table 8]

【0073】表8の結果より、ダイヤモンド粒子にK値
が1.002〜1.1となるNbを被覆した実施例29〜
31の試料は特に優れた耐摩耗性と強度を示すことが確認
できた。
From the results shown in Table 8, it can be seen from Examples 29 to 29 that diamond particles were coated with Nb having a K value of 1.002 to 1.1.
It was confirmed that the 31 samples exhibited particularly excellent wear resistance and strength.

【0074】[0074]

【発明の効果】超硬合金又はサーメットのマトリックス
中に適正な厚さの被覆膜を有する平均粒径が100μm
よりも大きく、3000μm以下のダイヤモンド粒子を
分散したものを、超硬合金及び又はサーメットに液相が
生成する条件下で通電加圧焼結製造することにより、ダ
イヤモンド粒子が脱落しにくく、耐摩耗性に優れたダイ
ヤモンド含有硬質部材を提供することができる。
According to the present invention, the average particle diameter of a coating having a proper thickness in a cemented carbide or cermet matrix is 100 μm.
Larger than 3000μm diamond particles dispersed in a cemented carbide and / or cermet, under the condition that a liquid phase is formed under current pressure sintering, the diamond particles hardly fall off and wear resistance It is possible to provide a diamond-containing hard member having excellent resistance.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 29/08 B22F 3/10 H // C04B 35/645 C04B 35/64 N ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C22C 29/08 B22F 3/10 H // C04B 35/645 C04B 35/64 N

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ダイヤモンド粒子と、残部が超硬合金ま
たはサーメットからなり、前記ダイヤモンド粒子が3〜
50体積%含有され、かつ周期率表VIa族元素、レニ
ウム(Re)、オスミウム(Os)、ロジウム(R
h)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)から選ばれた
金属、周期率表のIVa、Va、VIa族元素、アルミ
ニウム(Al)、シリコン(Si)から選ばれた2種以
上の元素からなる合金、周期率表のIVa、Va、VI
a族元素、アルミニウム(Al)、シリコン(Si)の
炭化物、窒化物、酸化物、珪化物、硼化物又はこれらの
固溶体から選ばれた化合物から選ばれた少なくとも1つ
の被覆層を有し、該被覆層の融点が1300℃以上であ
って、前記ダイヤモンド粒子の平均粒径Dが100μm
よりも大きく、3000μm以下であり、前記被覆層の
厚さをdとしたとき((0.5D+d)/0.5D)3
の値Kが1.002以上を満たし、かつ被覆層の厚さd
が15μm以下であり、ダイヤモンドが準安定な条件で
焼結法により作製されたことを特徴とするダイヤモンド
含有硬質部材。
1. The method according to claim 1, wherein the diamond particles are made of cemented carbide or cermet, and the balance is
50% by volume and a group VIa element of the periodic table, rhenium (Re), osmium (Os), rhodium (R
h), a metal selected from iridium (Ir), platinum (Pt), two or more elements selected from the group IVa, Va, and VIa of the periodic table, aluminum (Al), and silicon (Si). Alloys, IVa, Va, VI in Periodic Table
and at least one coating layer selected from a group a element, aluminum (Al), silicon (Si) carbide, nitride, oxide, silicide, boride or a solid solution thereof. The melting point of the coating layer is 1300 ° C. or more, and the average particle diameter D of the diamond particles is 100 μm.
3,000 μm or less, and when the thickness of the coating layer is d, ((0.5D + d) /0.5D) 3
Satisfies 1.002 or more, and the thickness d of the coating layer
Is not more than 15 μm, and diamond is produced by a sintering method under metastable conditions.
【請求項2】 前記被覆層の厚みdが10μm以下であ
ることを特徴とする請求項1記載のダイヤモンド含有硬
質部材。
2. The diamond-containing hard member according to claim 1, wherein the thickness d of the coating layer is 10 μm or less.
【請求項3】 前記Kの値が1.1以下であることを特
徴とする請求項1記載のダイヤモンド含有硬質部材。
3. The diamond-containing hard member according to claim 1, wherein the value of K is 1.1 or less.
【請求項4】 前記ダイヤモンド粒子の粒内に含まれる
不純物量が0.3重量%以下であることを特徴とする請
求項1記載のダイヤモンド含有硬質部材。
4. The diamond-containing hard member according to claim 1, wherein the amount of impurities contained in the diamond particles is 0.3% by weight or less.
【請求項5】 前記被覆層が、コバルト(Co)、ニッ
ケル(Ni)、タングステン(W)、チタン(Ti)、
カーボン(C)、窒素(N)の少なくとも1つを含有し
ていることを特徴とする請求項1記載のダイヤモンド含
有硬質部材。
5. The coating layer is made of cobalt (Co), nickel (Ni), tungsten (W), titanium (Ti),
2. The diamond-containing hard member according to claim 1, further comprising at least one of carbon (C) and nitrogen (N).
【請求項6】 前記ダイヤモンド含有部材のダイヤモン
ド粒子含有量が30体積%以下であり、かつ、ビッカー
ス硬度が2500以下であることを特徴とする請求項1
記載のダイヤモンド含有硬質部材。
6. The method according to claim 1, wherein the diamond-containing member has a diamond particle content of 30% by volume or less and a Vickers hardness of 2500 or less.
The diamond-containing hard member according to the above.
【請求項7】 前記ダイヤモンド粒子の含有量が10〜
30体積%であることを特徴とする請求項1記載のダイ
ヤモンド含有硬質部材。
7. The content of the diamond particles is 10 to 10.
The diamond-containing hard member according to claim 1, wherein the content is 30% by volume.
【請求項8】 前記ダイヤモンド含有硬質部材中に、W
2、MoS2、黒鉛などの潤滑性物質が含有されている
ことを特徴とする請求項1記載のダイヤモンド含有硬質
部材。
8. The method according to claim 8, wherein the diamond-containing hard member contains W
S 2, MoS 2, diamond-containing hard member of claim 1, wherein the lubricating material such as graphite is contained.
【請求項9】 前記ダイヤモンド含有硬質部材が、タン
グステンカーバイト(WC)基超硬合金、または鋼の少
なくとも1つに接合されてなることを特徴とする請求項
1記載のダイヤモンド含有硬質部材。
9. The diamond-containing hard member according to claim 1, wherein the diamond-containing hard member is bonded to at least one of tungsten carbide (WC) based cemented carbide and steel.
【請求項10】 前記ダイヤモンド含有硬質部材が、ダ
イヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)の
少なくとも1つで被覆されてなることを特徴とする請求
項1記載のダイヤモンド含有硬質部材。
10. The diamond-containing hard member according to claim 1, wherein the diamond-containing hard member is coated with at least one of diamond and diamond-like carbon (DLC).
【請求項11】 前記ダイヤモンド粒子を除いて、WC
およびまたはTiの炭化物、窒化物又は炭窒化物と、鉄
族金属からなる結合相金属とを100重量%としたと
き、前記鉄族金属の含有量が2〜50重量%であること
を特徴とする請求項1記載のダイヤモンド含有硬質部
材。
11. Except for the diamond particles, WC
And / or when the carbide, nitride or carbonitride of Ti and the binder phase metal composed of an iron group metal are 100% by weight, the content of the iron group metal is 2 to 50% by weight. The diamond-containing hard member according to claim 1, wherein
【請求項12】 前記鉄族金属の含有量が2〜20重量
%であることを特徴とする請求項1記載のダイヤモンド
含有硬質部材。
12. The diamond-containing hard member according to claim 1, wherein the content of the iron group metal is 2 to 20% by weight.
【請求項13】 ダイヤモンド粒子に周期率表VIa族
元素、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、ロジウ
ム(Rh)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)から選
ばれた金属、周期率表のIVa、Va、VIa族元素、
アルミニウム(Al)、シリコン(Si)から選ばれた
2種以上の元素からなる合金、周期率表のIVa、V
a、VIa族元素、アルミニウム(Al)、シリコン
(Si)の炭化物、窒化物、酸化物、珪化物、硼化物又
はこれらの固溶体から選ばれた化合物から選ばれた少な
くとも1つを被覆し、前記ダイヤモンド粒子の平均粒径
Dが100μmよりも大きく、3000μm以下であ
り、前記被覆層の厚さが、被覆層の厚さをdとしたとき
((0.5D+d)/0.5D)3の値Kが1.002
以上を満たし、かつ15μm以下であるように被覆した
ダイヤモンド粒子3〜50体積%と、タングステンカー
バイト(WC)粉末と、鉄族金属からなる結合相金属粉
末とを混合し、成型し、鉄族金属が液相を生成する温度
以上で焼結することを特徴とするダイヤモンド含有硬質
部材の製造方法。
13. A metal selected from Group VIa elements of the periodic table, rhenium (Re), osmium (Os), rhodium (Rh), iridium (Ir), and platinum (Pt) as diamond particles, and IVa of the periodic table. , Va, a VIa group element,
Alloy composed of two or more elements selected from aluminum (Al) and silicon (Si), IVa and V in the periodic table
a, covering at least one selected from the group consisting of a group VIa element, aluminum (Al), silicon (Si) carbide, nitride, oxide, silicide, boride and a solid solution thereof; The average particle diameter D of the diamond particles is greater than 100 μm and not more than 3000 μm, and the thickness of the coating layer is a value of ((0.5D + d) /0.5D) 3 where d is the thickness of the coating layer. K is 1.002
3 to 50% by volume of diamond particles satisfying the above and coated so as to have a particle size of 15 μm or less, tungsten carbide (WC) powder, and a binder phase metal powder composed of an iron group metal are mixed, molded, A method for producing a diamond-containing hard member, comprising sintering at a temperature at which a metal generates a liquid phase or higher.
【請求項14】 前記焼結が温度1300〜1450
℃、その保持時間が10秒以上10分以内、加圧力が5
〜100MPaで通電加圧焼結することを特徴とする請
求項13記載のダイヤモンド含有硬質部材の製造方法。
14. The method according to claim 1, wherein the sintering is performed at a temperature of 1300 to 1450.
° C, the holding time is 10 seconds or more and 10 minutes or less, and the pressure is 5
The method for producing a diamond-containing hard member according to claim 13, wherein current-pressure sintering is performed at a pressure of 100 to 100 MPa.
【請求項15】 前記通電加圧焼結が1〜100mse
cの矩形パルス電流を用いることを特徴とする請求項1
4記載のダイヤモンド含有硬質部材の製造方法。
15. The method of claim 1, wherein the current-pressure sintering is performed for 1 to 100 msec.
2. The method according to claim 1, wherein a rectangular pulse current of c is used.
5. The method for producing a diamond-containing hard member according to 4.
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JP2008502576A (en) * 2004-06-10 2008-01-31 アロメット コーポレイション Consolidation method for hard coated hard powder

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