JP2009007623A - 小径棒状超硬合金および切削工具ならびにミニチュアドリル - Google Patents

Abstract

【課題】 高強度と高硬度を有し、かつ折損を抑制できる小径棒状超硬合金および切削工具ならびにミニチュアドリルを提供する。
【解決手段】 Ｃｕｋα線を用いたＸ線回折測定におけるＣｏ_３Ｗ_３Ｃの（３３３）と（５１１）の合成ピーク、Ｃｏ_６Ｗ_６Ｃの（３３３）と（５１１）の合成ピーク、Ｃｏ_２Ｗ_４Ｃの（３３３）と（５１１）の合成ピークおよびＣｏ_３Ｗ_９Ｃの（３０１）のピークのうち最大のピーク強度をＩ_１とし、ＷＣの（００１）のピーク強度をＩ_２としたとき、０＜Ｉ_１／Ｉ_２≦０．０５を満足するとともに、ＷＣ粒子が、粗大ＷＣ粒子３ａと該粗大ＷＣ粒子３ａよりも粒径が小さい微小ＷＣ粒子３ｂとからなり、ＷＣ粒子の平均粒径が０．３μｍ以下であり、さらに粗大ＷＣ粒子３ａはη相粒子７の周りを取り囲んで粗大粒子群９を構成し、微小ＷＣ粒子３ｂは粗大粒子群９間に結合相５と共に存在する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小径棒状超硬合金および切削工具ならびにミニチュアドリルに関し、特に、小径エンドミル、小径ドリル、小径パンチなどの切削工具、特にはミニチュアドリルに関する。

炭化タングステン（ＷＣ）／コバルト（Ｃｏ）系超硬合金は耐磨耗性、高温強度および高弾性率に優れているという理由から、金属の切削加工やプリント基板加工用として用いられており、特に、ＷＣ粒子を主体として、チタン、ニオブ、ジルコニウム、クロム、バナジウム、およびタンタル等のいわゆるβ相（β金属炭化物）を添加し、かつ結合相としてコバルトを含有せしめた超硬合金が広く用いられている。

上述のＷＣ／Ｃｏ系超硬合金では、結合金属であるＣｏ相の量と、ＷＣ粒子の粒度、そして、ＷＣ粒子間の距離によって機械的な特性が影響を受けるようになり、一般的に、ＷＣ粒子が微細であるほど機械的特性、特に強度が大きくなる。これに伴い、ＷＣ／Ｃｏ系の超硬合金製造時には、粒子成長抑制のために炭化バナジウム（ＶＣ）、炭化クロム（Ｃｒ_３Ｃ_２）、炭化タンタル（ＴａＣ）、および炭化ニオブ（ＮｂＣ)のうち少なくとも１種が粒子成長抑制剤として添加されている。

一方、ＷＣ／Ｃｏ系超硬合金において、合金中の炭素量は、合金全体の特性を大きく左右する要因であることから、製造上細かな制御が行われている。一般に、この炭素量は、各金属元素の炭化物としての化学量論組成になる量で添加され、その炭素量が多い場合、合金中には遊離炭素が析出し、逆に炭素量が少ない場合には、合金中に炭素が少ないコバルトタングステン炭化物、Ｃｏ_３Ｗ_３Ｃ、Ｃｏ_６Ｗ_６Ｃ、Ｃｏ_２Ｗ_４Ｃ、Ｃｏ_３Ｗ_９Ｃ_４（以下、η相と総称する場合がある）が析出する。通常、合金の特性の面から、上述したような遊離炭素またはη相を含まない、いわゆる健全合金が一般的に使用されている。これは、遊離炭素やη相が破壊の起源となり易く、超硬合金の切削特性を低下させると考えられてきたためである。

これに対して、Ｃｏ_３Ｗ_３Ｃの析出を積極的に促進させ、これによりステンレス等の難切削性被削材の切削時の耐摩耗性を向上させた超硬合金が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、η相を微量に析出して分散させることによって、耐摩耗性と耐欠損性を向上させた超硬合金が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、ミニチュアドリル用の超硬合金材料としては、特許文献３、４に記載されるようなものが知られている。
特公昭６３−２７４２１号公報 特開平６−６５６７１号公報 特開平５−１１７７９９号公報 特開２００４−１９０１１８号公報

しかしながら、特許文献１記載の超硬合金では、高硬度で低強度のη相の割合が多いため、硬度は高いものの、強度が小さくなるという問題があった。

また、特許文献２記載の超硬合金では、微量のη相を析出させることにより硬度を向上させ耐摩耗性を向上させているものの、健全合金に比べて３０％程度も強度が低いという問題があった。これは、特許文献２記載の超硬合金では、η相は微量な場合があるものの、ＷＣ粒子の粒径が大きいため、強度が低下しているものと考えられる。

また、特許文献１、２記載の超硬合金では、ＷＣ粒子の粒径が大きいため、プリント基板加工用等の極小径ドリルなどにそのまま使用することができなかった。

さらに、特許文献３、４に示されるように、近年ではミニチュアドリルの開発が進んでおり、ミニチュアドリルの小径化が進み、近年では、直径３００μｍ以下、さらには１００μｍ以下にまで進んでおり、これに伴いミニチュアドリル用の超硬合金のＷＣ粒子も０．５μｍ以下、さらには０．３μｍ以下と微粒になってきている。このようなミニチュアドリルの硬度や強度を向上させるためには、微量のη相を分散析出させることが考えられるが、ＷＣ粒子の微粒化に伴い、ＷＣ粒子の粒径を超えるη相粒子が存在するようになり、強度が低いη相粒子を起点として、ミニチュアドリルが折損し易くなるという問題があった。

即ち、ＷＣ粒子が大きい場合には、η相粒子が存在していたとしても、η相粒子がＷＣ粒子よりも大きくなることはあまりなかったので、ミニチュアドリルの特性にそれ程影響を与えなかったが、ミニチュアドリルの小径化が進み、ＷＣ粒子が０．３μｍ以下と微粒になってくると、ＷＣ粒子の粒径を超えるη相粒子が存在するようになり、強度が低いη相粒子を起点として、ミニチュアドリルが折損し易くなるという問題があった。

本発明は、高強度と高硬度を有し、かつ折損を抑制できる小径棒状超硬合金および切削工具ならびにミニチュアドリルを提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題について検討を重ねた結果、０＜Ｉ_１／Ｉ_２≦０．０５を満足するとともに、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金におけるＷＣの平均粒径を０．３μｍ以下とし、コバルトタングステン炭化物粒子とその周りを取り囲む粗大ＷＣ粒子からなる粗大粒子群を複数存在せしめ、該粗大粒子群間に、粗大ＷＣ粒子よりも粒径が小さい複数の微小ＷＣ粒子と結合相とを存在せしめることにより、優れた機械的強度と高硬度を有し、かつ折損を抑制できる小径棒状超硬合金が得られることを知見し、本発明に至った。

即ち、本発明の小径棒状超硬合金は、硬質相としてＷＣ粒子を、結合相としてＣｏをそれぞれ含み、かつＣｏ_３Ｗ_３Ｃ、Ｃｏ_６Ｗ_６Ｃ、Ｃｏ_２Ｗ_４ＣおよびＣｏ_３Ｗ_９Ｃから選ばれる少なくとも１種のコバルトタングステン炭化物粒子を含有する小径棒状超硬合金であって、Ｃｕｋα線を用いたＸ線回折測定における前記Ｃｏ_３Ｗ_３Ｃの（３３３）と（５１１）の合成ピーク、前記Ｃｏ_６Ｗ_６Ｃの（３３３）と（５１１）の合成ピーク、前記Ｃｏ_２Ｗ_４Ｃの（３３３）と（５１１）の合成ピークおよび前記Ｃｏ_３Ｗ_９Ｃの（３０１）のピークのうち最大のピーク強度をＩ_１とし、前記ＷＣの（００１）のピーク強度をＩ_２としたとき、０＜Ｉ_１／Ｉ_２≦０．０５を満足するとともに、前記ＷＣ粒子が、粗大ＷＣ粒子と該粗大ＷＣ粒子よりも粒径が小さい微小ＷＣ粒子とからなり、前記ＷＣ粒子の平均粒径が０．３μｍ以下であり、さらに前記粗大ＷＣ粒子は前記コバルトタングステン炭化物粒子の周りを取り囲んで粗大粒子群を構成し、前記微小ＷＣ粒子は前記粗大粒子群間に前記結合相と共に存在することを特徴とする。

このような小径棒状超硬合金では、０＜Ｉ_１／Ｉ_２≦０．０５を満足するとともに、ＷＣ粒子の平均粒径を０．３μｍ以下に微粒化させ、コバルトタングステン炭化物粒子とその周りを取り囲む粗大ＷＣ粒子からなる複数の粗大粒子群間に、粗大ＷＣ粒子よりも粒径が小さい複数の微小ＷＣ粒子を存在せしめたので、高強度と高硬度を有し、かつ折損を抑制できる。

即ち、ＷＣ粒子の平均粒径を０．３μｍ以下とすることにより、主に合金の強度を向上でき、また、０＜Ｉ_１／Ｉ_２≦０．０５を満足させ、高硬度なη相を結合相中に微量存在させることにより、主に結合相を高硬度化する機能を有し、これにより耐摩耗性を向上することができる。さらに、コバルトタングステン炭化物粒子とその周りを取り囲む粗大ＷＣ粒子からなる複数の粗大粒子群間に、粗大ＷＣ粒子よりも粒径が小さい複数の微小ＷＣ粒子を存在せしめることにより、粗大粒子群があたかも１個の硬質相粒子として機能し、大きな硬質相粒子で小径棒状超硬合金を構成することができ、硬度を向上できる。さらに、あたかも１個の硬質相粒子として機能する粗大粒子群は、その間に、粗大ＷＣ粒子よりも粒径が小さい複数の微小ＷＣ粒子が存在しているため、この微小ＷＣ粒子により、さらに硬度を向上できる。また、あたかも１個の硬質相粒子として機能する粗大粒子群によりクラックの進展を抑制できるという効果もある。

さらに、コバルトタングステン炭化物粒子がある程度大きくなったとしても、コバルトタングステン炭化物粒子を粗大ＷＣ粒子が取り囲んでいるため、コバルトタングステン炭化物粒子を起点とする折損を抑制できる。また、コバルトタングステン炭化物粒子を粗大ＷＣ粒子が取り囲んでいるため、コバルトタングステン炭化物粒子の脱粒を抑制でき、耐摩耗性を向上できる。

原料粉末として、粗大なＷＣ粉末を用い、大きな超硬合金製品を作製することは可能であるが、本願発明のような小径棒状超硬合金のような小さい製品を作製することは困難である。本願発明では、微小なＷＣ粉末を用いて、あたかも１個の硬質相粒子として機能する粗大粒子群で、小径棒状超硬合金のような小さい製品を作製でき、大きな粒子で小さい製品を作製したのと同様の効果を得ることができる。

本発明の切削工具は、上記小径棒状超硬合金からなることを特徴とする。これにより、強度および硬度に優れ、折損を抑制できる切削工具を得ることができる。

本発明のミニチュアドリルは、上記小径棒状超硬合金からなることを特徴とする。これにより、強度および硬度に優れ、折損を抑制できるミニチュアドリルを得ることができる。

本発明の小径棒状超硬合金では、ＷＣ粒子の平均粒径を０．３μｍ以下とすることにより、主に合金の強度を向上でき、また、０＜Ｉ_１／Ｉ_２≦０．０５を満足させ、高硬度なη相を結合相中に微量存在させることにより、主に結合相を高硬度化する機能を有し、これにより耐摩耗性を向上することができる。さらに、コバルトタングステン炭化物粒子とその周りを取り囲む粗大ＷＣ粒子からなる複数の粗大粒子群間に、粗大ＷＣ粒子よりも粒径が小さい複数の微小ＷＣ粒子を存在せしめることにより、粗大粒子群があたかも１個の硬質相粒子として機能し、大きな硬質相粒子で小径棒状超硬合金を構成することができ、硬度を向上できる。さらに、あたかも１個の硬質相粒子として機能する粗大粒子群は、間に、粗大ＷＣ粒子よりも粒径が小さい複数の微小ＷＣ粒子からなる微小粒子群が存在しているため、この微小粒子群により、さらに硬度を向上できる。

さらに、コバルトタングステン炭化物粒子がある程度大きくなったとしても、コバルトタングステン炭化物粒子を粗大ＷＣ粒子が取り囲んでいるため、コバルトタングステン炭化物粒子を起点とする折損を抑制できる。

このような小径棒状超硬合金を切削工具、ミニチュアドリルに用いることにより、強度および硬度に優れ、折損を抑制でき、切削性能を向上できるとともに、長寿命を達成できる切削工具並びに、例えばプリント配線板加工に優れたミニチュアドリルを得ることができる。

以下、本発明を詳述する。本発明の超硬合金は、図１に示すように、硬質相３と結合相５で構成されており、硬質相３はＷＣからなり、結合相５はＣｏを主成分とするもので、Ｃｏは全量中に５〜１５質量％の割合で含有されている。

また、結合相５の強化の点で、超硬合金中に含有されるバナジウムを炭化物（ＶＣ）換算で０．１〜１．５質量％、クロムを炭化物（Ｃｒ_３Ｃ_２）換算で０．１〜２．５質量％含有することが望ましい。

これらのバナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）はＷＣとＣｏとの界面における中間体として機能し、ＷＣとＣｏとの結合を強固にできるという作用を有する。また、バナジウム、クロムは、ＷＣおよびＣｏに対して粒成長抑制剤としての機能も備えている。これらの粒成長抑制剤は、結合相５中のＣｏに固溶している。

尚、図１は、超硬合金断面の３００００倍の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。硬質相であるＷＣ粒子の平均粒径は０．３μｍ以下であり、特に高強度化という観点から、０．２μｍ以下であることが望ましい。ＷＣ粒子の平均粒径は、原料粉末の混合が可能という点から、０．１μｍ以上であることが望ましい。ＷＣ粒子は三角柱状であり、見る角度によって三角形や四角形に見える。このようなＷＣ粒子の平均粒径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真においてＷＣ粒子の占める面積を測定して平均値を算出し、ＷＣ粒子が球状と仮定したときの直径に換算して、平均粒径を得ることができる。ＷＣ粒子の占める面積は、例えば、画像ソフト（日本ローパー：ImagePro Plus)により測定できる。

そして、本発明の小径棒状超硬合金は、図１に示したように、上記の硬質相３、結合相５以外にη相７が存在することが大きな特徴である。η相７としては、Ｃ_３Ｗ_３Ｃ、Ｃｏ_６Ｗ_６Ｃ、Ｃｏ_２Ｗ_４ＣおよびＣｏ_３Ｗ_９Ｃから選ばれるコバルトタングステン炭化物がある。これらのη相７のＸ線回折パターン（Ｃｕｋα線）における最大ピークは、Ｃｏ_３Ｗ_３Ｃの（３３３）と（５１１）の合成ピーク、Ｃｏ_６Ｗ_６Ｃの（３３３）と（５１１）の合成ピーク、Ｃｏ_２Ｗ_４Ｃの（３３３）と（５１１）の合成ピークおよびＣｏ_３Ｗ_９Ｃの（３０１）のピークであるが、本発明によれば、これらのη相７のピークの内、最も強度の大きいピーク高さをＩ_１、ＷＣの最大ピークであるＷＣの（００１）のピーク高さをＩ_２とした時、Ｉ_１／Ｉ_２で表わされるピーク強度比が０より大きく、０．０５以下とされている。図２に、Ｘ線回折パターンを示す。尚、図２において、２θ＝４０°付近と、４２．５°付近にη相のピークが現れており、この場合のＩ_１／Ｉ_２は、０．０３とされている。

ピーク強度比Ｉ_１／Ｉ_２を０＜Ｉ_１／Ｉ_２≦０．０５に設定したのは、η相を微量に合金中に存在させることにより、主に結合相の高硬度化を達成できる。一方、この強度比が０であると合金中にη相の析出がなく、結合相の高硬度化に伴う合金の高硬度化を達成できず、耐摩耗性が低下して工具摩耗量が増加するとともに、硬質相と結合相の結合が弱くなる為に抗折強度が低下してしまう。また、Ｉ_１／Ｉ_２が０．０５を超えると、過剰のη相析出のため抗折強度が低下してしまう。抗折強度向上という観点から、Ｉ_１／Ｉ_２は、望ましくは０．００５〜０．０２であることが望ましい。

尚、Ｃｏ_３Ｗ_３Ｃの（３３３）と（５１１）の合成ピークについては、Ｃｕｋα線を用いたＸ線回折測定において、２θ＝４２．５°付近、Ｃｏ_６Ｗ_６Ｃの（３３３）と（５１１）の合成ピークについては２θ＝４３°付近、Ｃｏ_２Ｗ_４Ｃの（３３３）と（５１１）の合成ピークについては２θ＝４２°付近、Ｃｏ_３Ｗ_９Ｃの（３０１）のピークについては２θ＝４１°付近に生じる。

そして、本発明では、η相粒子７とその周りを取り囲む粗大ＷＣ粒子３ａからなる粗大粒子群９が複数存在し、該粗大粒子群９間には、粗大ＷＣ粒子３ａよりも粒径が小さい複数の微小ＷＣ粒子３ｂが存在している。結合相５は、微小ＷＣ粒子３ｂ間に存在している。言い換えれば、微小ＷＣ粒子３ｂが存在している組織中に、η相粒子７とその周りを取り囲む粗大ＷＣ粒子３ａからなる粗大粒子群９が存在することになる。

η相粒子７とその周りを取り囲んでいる複数の粗大ＷＣ粒子３ａは、接合し、一体になっており、また、η相粒子７と粗大ＷＣ粒子３ａの結合は強固であり、あたかも１個の硬質相粒子として機能する。粗大粒子群９中には、実質的に結合相５は存在しておらず、存在するとしてもごくわずかである。

尚、ＷＣ粒子は、粗大ＷＣ粒子３ａと微小ＷＣ粒子３ｂとから構成され、ＷＣ粒子の平均粒径は、これらの粗大ＷＣ粒子３ａと微小ＷＣ粒子３ｂの平均粒径となる。このような平均粒径は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の３００００倍の写真を画像解析して求めることができる。尚、３００００倍の１枚のＳＥＭ写真には、通常複数の粗大粒子群９を確認できる。

本発明の小径棒状超硬合金を製造するに当たっては、原料として微粒のＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、および粒成長抑制剤としてのＶＣ粉末とＣｒ_３Ｃ_２粉末、炭素量調整のために、カーボンブラック（Ｃ）を使用する。尚、粒成長抑制剤としては、ＶＣ粉末またはＣｒ_３Ｃ_２粉末のいずれか一方を用いても良い。ここで、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末は、ＷＣの微粒化とＣｏの均一分散のため、WとＣｏの水溶性塩を水に溶かして乾燥し、熱処理して炭化することによって生成したＷＣ−Ｃｏ複合粉末を使用することが望ましい。

また、ＶＣ粉末および／またはＣｒ_３Ｃ_２粉末については、後述するように粗粒粉と微粒粉の２種類の原料粉末を用いる。ＶＣ粉末とＣｒ_３Ｃ_２粉末の酸素含有量は０．５質量％以下であることが望ましい。ＷＣ粉末については、平均粒径０．２５μｍ以下、酸素含有量が０．２質量％以下であることが望ましい。酸素含有量を低下させるには、ＷＣ粉末、ＶＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末について、例えば炭化処理時の炭化雰囲気を強くすることに達成できる。酸素含有量については、赤外吸収法により測定できる。

尚、粒成長抑制剤としては、炭化タンタル（ＴａＣ）および／または炭化ニオブ（ＮｂＣ)を用いることもできる。この場合にも、粗粒粉と微粒粉の２種類の原料粉末を用い、酸素含有量が０．５質量％以下であることが望ましい。

上記の粉末を秤量して、アセトンやプロパノールなどの有機溶剤を用いて湿式混合粉砕し、乾燥した後、プレス成形などの公知の成形方法により成形後、焼成し、さらにその後圧力をかけて（ＨＩＰ）焼成する。なお、有機溶剤については、酸素の含有量の少ないアセトンやプロパノールが望ましい。また、有機溶剤を用いての湿式混合粉砕の回数も最小限とし、有機溶剤に浸漬する時間も最小とすることが望ましい。焼成は、焼成炉内を真空度１０^−１〜１０^−３Ｔｏｒｒの真空とし１３００〜１３９０℃の範囲で１０分〜２時間焼成し、引き続き、焼成炉内をＡｒ雰囲気で１〜１０ＭＰａの圧力とし、１２９０〜１３８０℃で焼成する。

尚、ＷＣ−Ｃｏ複合粉末として、ＷとＣｏの水溶性塩を水に溶かして乾燥し、熱処理して炭化することによって生成した粉末を使用する場合には、ＶＣ、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末は、なるべく焼成直前に添加し、有機溶剤を添加して混合粉砕するとしても、ＯＨ基の少ない溶剤を選択し、混合粉砕時間を短くし、しかも、ＶＣとＣｒ_３Ｃ_２への有機溶剤添加回数を極力減らすことにより、酸素含有量を低減することができる。

このように、ＶＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末、ＷＣ粉末の酸素量を低減し、しかも、ＯＨ基の少ない溶剤を選択して湿式混合粉砕するため、焼成前の酸素量が少なくなり、これにより、カーボンブラック（Ｃ）の添加量により、η相量を制御することができる。

また、上記のＶＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末の酸素含有量が０．５質量％以上である場合には、焼成時に粗大なη相粒子が析出してしまう。これは、ＶＣとＣｒ_３Ｃ_２はＷＣに比べて酸化されやすいため、焼成中に原料表面に吸着したＯＨなどと反応して表面が酸化され、焼成の最終段階において、ＶＣもしくはＣｒ_３Ｃ_２粉末表面の酸素が周囲のカーボンまたはＷＣのＣと反応してＣＯとなって抜けてしまうため、周辺のカーボン量が不足となり、大きなη相が形成されると考えられる。

特に、本発明では、ＶＣ粉末および／またはＣｒ_３Ｃ_２粉末として粗粒粉と微粒粉の２種類の原料粉末を用いる。例えば、ＶＣ粉末として粒径１μｍの粗粒粉を用いた場合には、その粗粒粉には酸素が多く含まれており、成形後には、そのような粗粒なＶＣ粉末の周りに、例えば０．２μｍ程度の微粉であるＷＣ粉末が複数付着した状態であり、焼成中にＶ、Ｃｒが結合相中に固溶し、ＷＣの粒成長を抑制しようとするが、ＶＣ粉末の粗粒粉中の大量の酸素が周囲のカーボンまたはＷＣのＣと反応してＣＯとなって抜け、カーボン量が不足となり、ＷＣのＷ、Ｃが結合相中に固溶し、ＷＣ粉末の焼結を促進して粒成長し、粗大ＷＣ粒子３ａが形成されるとともに、ＶＣ粉末の粗粒粉が存在していた位置に、結合相中のＣｏとＷＣのＷ、Ｃからなるη相粒子７が生成し、粗大粒子群９が形成される。さらに、粗大粒子群９間には、ＶＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末の微粒粉による微粒のη相、および、それ程粒成長しなかった、粗大ＷＣ粒子３ａよりも粒径が小さい多数の微小ＷＣ粒子３ｂが存在することになる。

本発明では、ＷＣ粉末を微粒化し、ＶＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末等の粒成長抑制剤も微粒化したとしても、上記のように、これらの原料粉末の酸素量を少なくし、しかも、混合粉砕工程回数、時間を減らし、さらには溶剤も酸素量の少ないものを使用することにより、カーボンブラック（Ｃ）の添加量により、η相量を０＜Ｉ_１／Ｉ_２≦０．０５を満足する量に確実に制御できるとともに、ＷＣの平均粒径を０．３μｍ以下とでき、しかも、ＶＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末として、微粒粉以外に粗粒粉を用いることにより、η相粒子７とその周りを取り囲む粗大ＷＣ粒子３ａからなる粗大粒子群９が複数存在し、該粗大粒子群９間には、粗大ＷＣ粒子３ａよりも粒径が小さい複数の微小ＷＣ粒子３ｂが存在した組織を形成できる。

本発明の切削工具は、上記小径棒状超硬合金からなるもので、例えば、小径エンドミル、小径ドリル、小径パンチなど高硬度かつ高強度で、耐折損性が求められる切削工具、特にはミニチュアドリルに好適に用いることができる。特に、その直径が３００μｍ以下、特には２００μｍ以下、さらには１００μｍ以下の場合には、折損し易くなるため、本発明の小径棒状超硬合金を好適に用いることができる。さらに、小径棒状部分（直径が３００μｍ以下）が、長さ１ｍｍ以上の場合に本発明を好適に用いることができる。

水溶性のタングステン原料（タングステン酸アンモニウム）、コバルト原料（硝酸コバルト）を、原料１００ｇに対し水５００ｍｌの比で溶解させ、スプレードライヤにて乾燥させた。得られたスプレードライ粉末１００ｇを、窒素雰囲気中において５００℃で熱分解処理を行い、ＷＯ_３−ＣｏＯ複合酸化物粉末を得た。これらの複合酸化物粉末をＣＯ／Ｈ_２雰囲気中で７００〜９００℃の温度で浸炭処理を行い、ＷＣ−Ｃｏ複合炭化物粉末（ＷＣ９２質量％、Ｃｏ８質量％）を得た。このＷＣ−Ｃｏ複合炭化物粉末は、ＷＣ粉末の周囲にＣｏが付着した構造であり、ＷＣの平均粒径をＳＥＭ画像の画像解析により求め、表１に記載した。

ＷＣ−Ｃｏ複合炭化物１００質量部と平均粒径０．５μｍと１μｍの２種類のＶＣ粉末をそれぞれ０．１５質量部（合計０．３質量部）、平均粒径１μｍのＣｒ_３Ｃ_２粉末０．６質量部とを混合し、さらに焼結体のカーボン量を調整するために、混合粉末中の総カーボン量を表１に示す量となるように、微量のカーボンスラリーを添加した後、有機溶剤としてアセトンを加えてボールミル中で湿式混合処理を７２時間行った。なお、ＷＣ粉末、ＶＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末については、酸素量をそれぞれ、ＷＣ粉末で０．１５質量％、ＶＣ粉末で０．４質量％、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末で０．４５質量％とした。

ボールミルで混合した原料スラリーは、パラフィンワックスを添加してからスプレードライで造粒乾燥し、プレス成形した後、真空焼成し、熱間静水圧処理（ＨＩＰ）を行い、超硬合金焼結体を得た。なお、真空焼成までの昇温速度：５℃／ｍｉｎ、真空焼成条件は時間：１時間、温度：１３５０℃、熱間静水圧処理は温度：１３４０℃、アルゴンガスで６ＭＰａの条件で行った。

得られた焼結体の表面を研磨後、Ｃｕｋα線を用いたＸ線回折測定を行い、η相のピーク高さＩ_１とＷＣ（００１）のピーク高さＩ_２（２θ＝４８°付近に生じる）の強度比を算出し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の３００００倍の写真により焼結体中のＷＣ粒径、η相の平均粒径を評価した。評価は、画像解析ソフト（日本ローパー製：ImagePro Plus）により行った。さらに、ビッカース硬度を加重９．８Ｎの条件で評価し、抗折強度は、スパン２０ｍｍ、３点曲げにて評価した。試料形状を直径２ｍｍ、長さ３０ｍｍの円柱形状とした。

焼結体のある任意の断面の３００００倍の電子顕微鏡写真において、粗大粒子群間に微小ＷＣ粒子が存在する組織を有するか否かについて、確認し、表１に記載した。

さらに、各々の試料先端を直径０．１２０ｍｍ、長さ２．０ｍｍのドリル形状に加工し、次の条件で耐摩耗性と耐折損性の評価を行った。なお、耐摩耗性については、孔位置精度を指標とした。孔位置精度については、４０００箇所を孔空けした時のＸ＋３σの値を指標とし、基板厚み方向への送り速度は３ｍ／ｍｉｎとした。耐折損性については、孔毎に基板厚み方向への送り速度を徐々に上げていったときにドリルが折損する最大送り速度の値を指標とし、表１、２に記載した。加工条件を記載する。

ドリル回転速度 ３００ｋｒｐｍ
送り速度 ２〜２０ｍ／ｍｉｎ
評価基板 日立６７９Ｇ（０．４ｍｍ ３枚重ね）に、エントリーシート（ＬＥ
８００ １枚）を積層したもの

表１、２によれば、試料Ｎｏ．５はＷＣ原料粒径が粗大であるためにＷＣ粒子の平均粒径が大きくなっており、ＶＣ粉末と同程度のＷＣ原料粒径であるため、ＶＣ粉末の周囲にＷＣ粉末が複数付着した状態とすることができず、η相粒子を取り囲むように粗大ＷＣ粒子を存在させ、このような粗大粒子群間に微小ＷＣ粒子を存在させた組織とできず、ビッカース硬度が低く、耐摩耗性が悪いことがわかる。

また、試料Ｎｏ．６は、総カーボン量が少なく、これによりη相比率（Ｉ_１／Ｉ_２）が０．０８と高くη相が過剰な状態であり、抗折強度が低く、耐折損性が悪いことがわかる。さらに、試料Ｎｏ．１０では添加カーボン量を多く設定しているため、η相が存在しないが、カーボンが過剰すぎるためフリーカーボンの析出が見られ、ビッカース硬度、抗折強度が低く、耐摩耗性、耐折損性が悪いことがわかる。さらに、試料Ｎｏ．１１では、ＷＣ粒子の平均粒径が大きく、ビッカース硬度が低く、耐摩耗性が悪いことがわかる。

これに対して、本発明の試料では、ビッカース硬度が１９６ＭＰａ以上、抗折強度４１４０ＭＰａ以上、耐摩耗性を示す孔位置精度が２８μｍ以下、耐折損性を示す最大送り速度が６．４ｍ／ｍｉｎ以上と優れた特性を示すことがわかる。

本発明の小径棒状超硬合金のＳＥＭ写真である。 本発明の小径棒状超硬合金のＸ線回折パターンである。

符号の説明

３：硬質相
３ａ：粗大ＷＣ粒子
３ｂ：微小ＷＣ粒子
５：結合相
７：η相粒子
９：粗大粒子群

Claims (3)

1. 硬質相としてＷＣ粒子を、結合相としてＣｏをそれぞれ含み、かつＣｏ_３Ｗ_３Ｃ、Ｃｏ_６Ｗ_６Ｃ、Ｃｏ_２Ｗ_４ＣおよびＣｏ_３Ｗ_９Ｃから選ばれる少なくとも１種のコバルトタングステン炭化物粒子を含有する小径棒状超硬合金であって、Ｃｕｋα線を用いたＸ線回折測定における前記Ｃｏ_３Ｗ_３Ｃの（３３３）と（５１１）の合成ピーク、前記Ｃｏ_６Ｗ_６Ｃの（３３３）と（５１１）の合成ピーク、前記Ｃｏ_２Ｗ_４Ｃの（３３３）と（５１１）の合成ピークおよび前記Ｃｏ_３Ｗ_９Ｃの（３０１）のピークのうち最大のピーク強度をＩ_１とし、前記ＷＣの（００１）のピーク強度をＩ_２としたとき、０＜Ｉ_１／Ｉ_２≦０．０５を満足するとともに、前記ＷＣ粒子が、粗大ＷＣ粒子と該粗大ＷＣ粒子よりも粒径が小さい微小ＷＣ粒子とからなり、前記ＷＣ粒子の平均粒径が０．３μｍ以下であり、さらに前記粗大ＷＣ粒子は前記コバルトタングステン炭化物粒子の周りを取り囲んで粗大粒子群を構成し、前記微小ＷＣ粒子は前記粗大粒子群間に前記結合相と共に存在することを特徴とする小径棒状超硬合金。
2. 請求項１記載の小径棒状超硬合金からなることを特徴とする切削工具。
3. 請求項１記載の小径棒状超硬合金からなることを特徴とするミニチュアドリル。