JP2000515110A - 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の焼結方法である。少なくとも１２００℃以下までの冷却が、０．４〜０．９バール圧力の水素雰囲気と、０．１バールより高い希ガスで好ましくはアルゴンとの中で行った場合、バインダー層のない表面層の超硬合金物体が得られる。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、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 、この層が他の等級でなく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を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。噴射加工法は、しかしながら、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−３３７６ ９６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、バインダ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、十分に規定 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、焼結から冷却までの少なくとも１２００℃以下までの温度降 下は、０．４〜０．９バールの水素とアルゴンとの雰囲気で、好ましくは０．５ 〜０．８バールの水素と残部アルゴンとで行う。合計圧力は、０．５〜１００バ ール、好ましくは０．５〜１０バール、もっとも好ましくは０．５〜１バールに する必要があり、アルゴン圧力は常に＞０．１バールである。最良条件は、超硬 合金の組成、焼結条件、及びある程度までは使用する装置の設計に依存する。バ インダー相の層が生じなく且超硬合金に望ましくない浸炭が発生しない最適水素 圧力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(nominal content)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。もっとも好ましくは 、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、 ＜８μｍ、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含む。 本発明はアルゴンの実施例を記載しているが、同一の結果が他の希ガスを使用 することで達成されることは明白である。実施例１ ５．５ｗｔ％のＣｏ、８．５ｗｔ％の立方晶炭化物、及び２μｍの平均ＷＣ粒 径で８６ｗｔ％のＷＣを有するＣＮＭＧ１２０４０８タイプの超硬合金インサー トが、１４５０℃で従来法により焼結され、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、１ ４００から１２００℃までの温度は０．５バールの水素と残部アルゴンとの中で 冷却され、１２００℃からは純アルゴン雰囲気中で冷却された。この表面は、図 ２のようにＣｏで約６％まで覆われ、公称Ｃｏ含有量に相当する。

───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 アオケソン，レイフ スウェーデン国，エス―125 51 エルブ ソー，ボルゴルダベーゲン 24

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の焼結方法であって、 前記冷却する工程を、少なくとも１２００℃以下までは０．４〜０．９バール の圧力の水素雰囲気と、０．１バールより高い残部希ガス好ましくはアルゴンと の中で、総圧力が０．５〜１００バール好ましくは０．５〜１０バールで行うこ とを特徴とする超硬合金の焼結方法。 ２．前記水素の圧力が、０．５〜０．８バールであ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 ような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等のよ うな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 項に記載の方法。