JP2000514393A - 焼結方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、超硬合金物体を、焼結温度まで適切な雰囲気中で加熱する工程と、冷却する工程とを含む超硬合金物体を焼結する方法である。少なくとも１２５０℃以下までの冷却を、大きな速度、すなわち、２０℃／分以上で行った場合、バインダー相の表面相が存在しない超硬合金が得られる。このことは、前記物体がＣＶＤ法、ＭＴＣＶＤ法またはＰＶＤ法の使用によって耐摩耗性の層で被覆される場合に利点となる。

Description

【発明の詳細な説明】 焼結方法 本発明は、超硬合金表面に被膜を被覆する以前に、その表面からバインダー相 の層を除去することを目的とする超硬合金の製造方法に関する。 金属切削工業界の金属の切粉形成機械加工には、被覆超硬合金インサートが長 年商業的に入手可能である。このようなインサートは、金属炭化物主としてＷＣ から作られ、一般的にＮｂ、Ｔｉ及びＴａ等のような他の金属炭化物とコバルト の金属バインダー相とが添加される。ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃等を単独でまた は組合せた耐摩耗性材料の薄層を前記インサートに蒸着することにより、実質的 に靭性を維持して耐摩耗性を増加させることが可能である。 超硬合金インサートを焼結する際に、それらの表面に完全にまたは部分的に覆 う一般的に＜１μｍの厚さのバインダー相の層がよく得られる。特に、これは、 コバルト勾配と言われる被膜の下の面に豊富なバインダー相を有するインサート 、さらにバインダー相が均一分布するインサート、に適用される。後者の場合に 、他のものでなくてこの層が、所定の等級を形成する。この理由は現在解明され ていない。しかしながら、この層は、ＣＶＤ蒸着またはＰＶＤ蒸着をする場合に この工程にマイナスの効果をもたらし、品位の劣った特性と不十分な接着力を持 った層が生じる。そのため、バインダー相の層は、蒸着工程を実施する前に、除 去する必要がある。 このようなバインダー相の層は、噴射加工することによって機械的に除去する ことができる。しかしながら、噴射加工法は制御することが難しい。この難しさ は、必要な精度で噴射加工深さを確実に 制御できないことにあり、最終製品すなわち被覆インサートの特性にばらつきを 増加させる。また、表面の硬質構成材粒に損傷が生じる。しかしながら、スウェ ーデン特許願書第９２０２１４２−７号には、微細な粒子での噴射加工が、硬質 構成材粒に損傷を与えることなくバインダー相の層を除去できることを開示する 。 化学的方法または電界的方法が、機械的方法の代わりとして使用することがで きる。米国特許第４，２８２，２８９号は、被覆工程の初期の相にＨＣｌを使用 することによる気相中のエッチング法を開示する。ヨーロッパ特許Ａ−３３７ ６９６号には、硝酸、塩酸、フッ化水素酸、硫酸等での化学エッチング法、また は電気化学法を提案する。特開昭６３−０６０２７９号公報にはアルカリ溶液す なわちＮａＯＨの使用が示され、且つ特開昭６３−０６０２８０号公報には酸溶 液の使用が示される。特開昭６３−０５３２６９号公報はダイヤモンドの蒸着以 前の硝酸エッチングを開示する。これらの方法には欠点があり、すなわち、これ らの方法はコバルト層の取り除きだけができない。また、これらの方法は、特に 、刃に近い領域に深い浸透が生じる。エッチング剤は表面からコバルトを取り除 くことができないばかりでなく、硬質構成材粒の間の領域に浸透し、結果として コバルト層がインサートの他の領域に部分的に残留するうように、層と基材との あいだに不本意な多孔率が同時に現れる。米国特許第５，３８０，４０８号は、 電界エッチングが硫酸と燐酸の混合液中で実施されるエッチング法を開示する。 この方法は、深さ効果のない均一で完全なバインダー相の層の除去が得られ、す なわち、この表面に零Ｃｏ含有率が達成できる。 一方、ある場合には、被覆付着力の観点から、表面の零Ｃｏ含有率を達成する ことは望ましことでなく、むしろ公称含有率(nominal content)に近いＣｏ表面 含有率が望まれる。 上記方法には追加製造工程が必要であり、このために、大きな寸法の製造には 有効でない。焼結が、バインー層が形成されないかまたは代わりに冷却中に除去 される方法で実施することができる場合には望ましくない。 したがって、バインダー層が焼結処理の後に表面に存在しないが、十分規定さ れたＣｏ含有量が存在するような超硬合金を焼結する方法を提供することを本発 明の目的とする。 図１及び３は、バインダー相の層で部分的に被覆された超硬合金インサート表 面の頂部図を４０００Ｘの倍率で示す。図２及び４は、本発明にしたがって焼結 された超硬合金インサートの表面の頂部図を４０００Ｘの倍率で示す。これらの 図において、ダークグレーの領域はＣｏ層であり、明るいグレーの角張った粒は ＷＣであり、且つグレーの丸みを帯びた粒は（Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ）Ｃである いわゆるシグマー層である。 本発明の方法にしたがい、焼結の加熱工程及び高温工程は従来の方法で実施す る。しかしながら、焼結温度からの冷却は、１４５０℃から１２５０℃以下まで を通常約４０分から１０分未満好ましくは５分未満の速さで行い、同一温度区間 を通じて、すなわち、２０より早く好ましくは４０℃／分の冷却速度である。好 ましくは、上記冷却速度は、凝固期間、すなわち、１３５０と１２５０℃の期間 は保持される。しかしながら、冷却速度は１００℃／分を越えてはならない。こ のことは特別に設計された炉において可能にされる。最良条件は、使用する装置 の設計、超硬合金の組成及び焼結条件に依存する。バインダー相の層が生じない 最適冷却速度を実験で決定することは当業者の予知内である。焼結は、表面上の Ｃｏ含有量を公称含有量の＋６〜−４％、好ましくは＋４〜−２％にする必要が ある。Co含有量は、例えば、ＥＤＳ（エネルギー分散分光計）を 装備するＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の使用して、未知の表面からのＣｏ強度を 参照例と比較する、すなわち、同一公称組成(nominal composition)の試料の研 磨した断面と比較することによって決定することができる。 本発明の方法は、全ての種類の超硬合金に、好ましくは４〜１５ｗｔ％のＣｏ と、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ等の２０ｗｔ％以下の立方晶炭化物と、残部ＷＣと からなる組成を有する超硬合金に適用することができる。最も好ましくは、超硬 合金は、５〜１２ｗｔ％のＣｏと、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ等の１２ｗｔ％未満 の立方晶炭化物と、残部ＷＣとからなる組成を有する。平均ＷＣ粒径は、＜８μ ｍ、好ましくは０．５〜５μｍにする必要がある。 本発明にしたがうインサートは、焼結後に、当業界で既知のＣＶＤ法、ＭＴＣ ＶＤ法またはＰＶＤ法による少なくとも１層を含む薄い耐摩耗性被膜を備える。実施例１ ５．５ｗｔ％のＣｏと、８．５ｗｔ％の立方晶炭化物と、２μｍの平均ＷＣ粒 径で８６ｗｔ％のＷＣとを有するＣＮＭＧ１２０４０８タイプの超硬合金インサ ートが、１４５０℃の従来法で焼結され、且つアルゴン中で室温まで冷却された 。この表面は、図１のようにＣｏ層で５０％まで覆われた。 同じ組成とタイプとのインサートが同一の方法で焼結されたが、しかし、１４ ５０から１２５０℃までは５分以内で冷却された。この表面は、図２のようにＣ ｏで約６％まで覆われ、公称Ｃｏ含有量に相当する。実施例２ １０ｗｔ％のＣｏと、０．９μｍの平均ＷＣ粒径で９０ｗｔ％のＷＣとを有す るＣＮＭＧ１２０４０８タイプの超硬合金インサート が、１４１０℃で従来法で焼結され、且つアルゴン中で室温まで冷却された。こ の表面は、図３のようにＣｏ層で５０％まで覆われた。 同じ組成とタイプとのインサートが同一の方法で焼結されたが、しかし、１３ ５０から１２５０℃までは２．５分以内で冷却された。この表面は、図４のよう にＣｏで約１０％まで覆われ、公称Ｃｏ含有量に相当する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年６月２２日（１９９８．６．２２） 【補正内容】 請求の範囲 １．４〜１５ｗｔ％のＣｏと、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ等の２０ｗｔ％以下の 立方晶炭化物と、残部ＷＣとからなる組成を有する被覆超硬合金物体の製造方法 であって、 前記物体を、焼結温度までアルゴン雰囲気中で加熱する工程と、冷却する工程 とを含む前記物体の焼結工程、及び ＣＶＤ法、ＭＴＣＶＤ法またはＰＶＤ法による少なくとも１層を含む薄い耐摩 耗性被膜を備えた物体を備える工程、 を含む被覆超硬合金物体の製造方法において、 １３５０から１２５０℃までの温度区間における冷却を、２０℃／分以上の冷 却速度に高めることを特徴とする被覆超硬合金物体の製造方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＮ，ＩＬ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＲＵ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．超硬合金物体を、焼結温度まで適切な雰囲気中で加熱する工程と、冷却す る工程とを含む超硬合金物体を焼結する方法であって、 前記冷却する工程を、少なくとも１２５０℃以下までは２０℃／ｍｉｎ以上の 冷却速度に高めることを特徴とする超硬合金物体を焼結する方法。 ２．前記冷却する工程は、少なくとも１３５０〜１２５０℃の温度区間、冷却 速度を高めることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．前記超硬合金が、４〜１５ｗｔ％のＣｏと、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ等の ２０ｗｔ％以下の立方晶炭化物と、残部ＷＣとからなる組成を有することを特徴 とする請求項１または２記載の方法。 ４．前記超硬合金が、５〜１２ｗｔ％のＣｏと、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ等の １２ｗｔ％未満の立方晶炭化物と、残部ＷＣとからなる組成を有することを特徴 とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。 ５．前記物体が、ＣＶＤ法、ＭＴＣＶＤ法またはＰＶＤ法による少なくとも１ 層を含む薄い耐摩耗性被膜を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１ 項記載の方法。