JP2015142941A - 接合用ろう材およびそれを用いた複合部材、切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】接合用ろう材を介して接合されたｃＢＮ焼結体製切刃部とＷＣ基超硬製工具本体とを有する切削工具切削工具を提供する。
【解決手段】この切削工具では、質量％でＴｉ：３５〜４０％、Ｚｒ：３５〜４０％、Ｎｉ：５〜１５％をそれぞれ含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる接合用ろう材を用いてｃＢＮ焼結体製切刃部とＷＣ基超硬製工具本体とをろう付けする。
【選択図】図２

Description

本願発明は、接合用ろう材およびそれを用いた複合部材、切削工具に関し、さらに詳しくは、立方晶窒化硼素（以下、ｃＢＮと称す）焼結体と超硬合金とを接合するのに好適な接合強度を改善したろう材およびそれを用いた複合部材、切削工具に関する。
本願は、２０１３年１２月２５日に、日本に出願された特願２０１３−２６６９１２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

近年、携帯電話やスマートフォン等の筐体の製造に使用される金型を加工する工具として、ｃＢＮ焼結体を切刃部に使用したインサートやエンドミルといった切削工具が提供されている。このｃＢＮ焼結体は高生産性や高寿命を発揮し、ダイヤモンドに次ぐ硬度を有する。
しかしながら、ｃＢＮ焼結体自体は、加工が困難で高価なうえ、焼結体形状が円板状に限られ自由に工具形状が形成できない。そのために、ｃＢＮ焼結体の用途が制約されていた。
ところが、近年、難削材の使用量の増加に伴い工具加工が困難であるにも関わらずｃＢＮ焼結体の用途が高まっている。価格、加工性の問題点を克服するための方法としては、安価で加工性にすぐれたＷＣ基超硬合金製工具本体とｃＢＮ焼結体を素材とする切れ刃部とをろう付けする方法がある。この方法により、ＷＣ基超硬合金製工具本体とｃＢＮ焼結体を素材とする切刃部とを接合した切削工具が提供されている。

例えば、特許文献１には、ｃＢＮ焼結体が接合部を介してＷＣ基超硬合金製工具基体上に接合されており、接合部は、１５〜６５重量％ＴｉまたはＺｒの１種または２種と、Ｃｕからなることにより、ｃＢＮ焼結体が割れや亀裂を有することなく、強固かつ高剛性に工具基体に接合されている切削工具が開示されている。

また、特許文献２には、ｃＢＮ基焼結体で構成された切刃片を、重量％で、Ｃｕ：２０〜３５％、Ｔｉ：１〜５％、Ｉｎ：１〜２０％を含有し、残りがＡｇと不可避不純物からなる組成を有するＡｇ合金ろう材を用いて、ＷＣ基超硬合金で構成された工具基体本体の切刃片ろう付け部に直接ろう付けすることにより、切刃片がすぐれたろう付け接合強度を有する切削工具が開示されている。

また、特許文献３には、ｃＢＮ基焼結体が接合部を介してＷＣ基超硬合金製工具基体上に接合されており、ｃＢＮ基焼結体と接合材の界面に厚み１０〜３００ｎｍの窒化チタン化合物層が形成されていると共に、ｃＢＮ基焼結体背面の接合部の厚みが、底面の接合部の厚みよりも薄いことにより、すぐれた接合強度を有する接合体が開示されている。

特開平１１−３２０２１８号公報 特開平１０−１９３２０６号公報 特開２０１２−１１１１８７号公報

ところが、特許文献１に開示された切削工具は、Ｔｉ系の金属を用いることで強固な接合強度が得られるとしているが、Ｔｉが拡散し過ぎると超硬シャンクおよび刃先側の超硬合金からなる工具基体の機械特性が低下し、折損の原因になるという課題があった。
また、特許文献２に開示されたＡｇ系ろう材では、Ａｇの機械的強度が低いため十分な接合強度が得られなかった。
特許文献３に開示された１０〜３００ｎｍの窒化チタン化合物層を有する接合体は、接合材とｃＢＮ基焼結体との反応が適切でなく、十分な接合強度が得られないという課題があった。
また、従前のろう材を用いた接合では、ｃＢＮ焼結体と超硬合金からなる工具基体の密着強度が十分でないため、重切削に用いた場合に接合部からｃＢＮ焼結体の脱落が起こり工具寿命に達してしまうという課題があった。

そこで、本願発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本願発明の目的は、ｃＢＮ焼結体と超硬合金との密着強度を高め、重切削条件で使用した場合においてもすぐれた切削性能を維持する切削工具を提供することである。

そこで、本願発明者らは、接合用ろう材を介して接合されたｃＢＮ焼結体（以下、単に焼結体と称す）製切刃部とＷＣ基超硬製工具本体とを有する超高圧焼結体製切削工具において、その接合部の密着強度改善について鋭意研究した結果、以下の知見を得た。

第一に、焼結体と超硬合金とをろう材にて接合した接合部の接合部の焼結体側界面に所定量のＴｉおよびＮを含有する界面層を形成することにより、両者のろう付け接合強度が向上することを見出した。

第二に、ろう材にＺｒを含有させることにより、ｃＢＮ粒子から成長する針状組織の形成を促し、その結果、大きなアンカー効果を発揮し、焼結体と超硬合金との密着強度が向上することを見出した。

第三に、ろう材の含有成分について仮説と検証に基づく幾多の実験を繰り返した結果、Ｔｉ−Ｚｒ―Ｎｉ−Ｃｕ成分からなるろう材としては新規な組成の合金が接合強度にすぐれているということを見出した。特に、ろう材合金中にＺｒおよびＮｉを添加することによって、針状組織を形成しつつ、接合部中に粒状組織や柱状組織を形成せず一定の厚みを有する界面層を形成するという新規な作用を見出し、このことが接合部における密着性の向上に寄与していることを見出した。

第四に、ろう材の組成およびそれを用いて焼結体と超硬合金を接合した際の接合部の組織ならびにそのような接合部を有する切削工具の切削性能について詳細に解析することにより本発明を完成するに至った。

本願発明は、前述した知見に基づいてなされたものであって、以下の態様を有する。
（１）質量％でＴｉ：３５〜４０％、Ｚｒ：３５〜４０％、Ｎｉ：５〜１５％をそれぞれ含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる接合用ろう材。
（２）立方晶窒化硼素焼結体が接合部を介して超硬合金基体に接合されている複合部材において、
（ａ）前記接合部が、立方晶窒化硼素焼結体に隣接し、少なくともＴｉを５０原子％以上とＮを１０原子％以上含有する平均層厚０．５〜５μｍの界面層を有し、
（ｂ）かつ、立方晶窒化硼素焼結体を構成する立方晶窒化硼素粒子に接している少なくともＴｉを５０原子％以上、Ｚｒを１０〜３０原子％、Ｂを２〜１０原子％含有する平均幅が１０〜１００ｎｍ、平均アスペクト比が５以上の針状を呈する結晶組織を有しており、
（ｃ）前記立方晶窒化硼素焼結体に隣接した少なくともＴｉとＮを含有する界面層の層厚以上の長さを、前記針状を呈する結晶組織が有し該界面層を縦断していることを特徴とする複合部材。
（３）前記（２）に記載の複合部材により、立方晶窒化硼素焼結体、接合部および超硬合金からなる工具基体からなる接合部が構成されていることを特徴とする立方晶窒化硼素焼結体切削工具。

本願発明によれば、質量％でＴｉ：３５〜４０％、Ｚｒ：３５〜４０％、Ｎｉ：５〜１５％をそれぞれ含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる接合用ろう材を用いて焼結体と超硬合金製工具基体とを接合することにより、焼結体と超硬合金製工具基体とのすぐれた密着強度を有する複合部材を得ることが出来る。その結果、それを用いた切削工具は、重切削に用いた場合であっても焼結体の脱落が起こりにくく、長期に亘ってすぐれた切削性能を維持する。

本願発明の切削工具の一実施形態における垂直断面図であり、この実施形態におけるｃＢＮ焼結体、接合部、および工具基体の位置関係を示す。 本願発明切削工具のｃＢＮ焼結体側の接合部の拡大断面概略模式図であり、ｃＢＮ焼結体、界面層、ｃＢＮ結晶粒、針状組織、接合部が示されている。

以下に、本願発明について、図を参照して詳細に説明する。
本願発明では、ｃＢＮ焼結体１を素材とする切刃部とＷＣ基超硬製工具基体とをろう材を介在させて接合し、切削工具を構成する。
図１は、本願発明の切削工具の一実施形態における垂直断面図であり、この実施形態におけるｃＢＮ焼結体１、接合部２、および工具基体３の位置関係を示す。ｃＢＮ焼結体１は、工具基体３へ、接合部２を介して接合されている。この接合部２は、ｃＢＮ焼結体の接合面４と、工具基体の接合面５との間に存在している。ｃＢＮ焼結体の接合面４は、ｃＢＮ焼結体１の下面側に形成された面である。工具基体の接合面５は、工具基体３の上面側に形成された面である。
接合部５の成分は、その前駆体であるろう材の成分に大きく依存する。また、接合条件、立方晶窒化硼素焼結体１の成分、および超硬合金基体３の成分も、接合部５の成分に影響を及ぼす。
本願発明の第１の態様である接合用ろう材は、質量％でＴｉ：３５〜４０％、Ｚｒ：３５〜４０％、Ｎｉ：５〜１５％をそれぞれ含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる。
ここで、接合ろう材中のＴｉ成分は、立方晶窒化硼素焼結体１との界面にＴｉおよびＮを含む界面層８を形成し、その結果、ろう付接合強度が向上し、また、ろう付後の高温強度特性を向上させる効果がある。ところが、Ｔｉ成分の含有量が質量％で３５％未満だと前述した化合物層の層厚が０．５μｍ未満となり十分な層間強度を発揮することが出来ない。一方、４０％を超えるとろう材の融点が上昇してしまい、ろう付接合時における歪み等の発生により、ろう付接合強度が低下する。したがって、Ｔｉ成分の含有量を３５〜４０％の範囲に規定した。
本願発明のろう材における、より好ましいＴｉ成分の含有量は、３６％〜３９％である。さらにより好ましいＴｉ成分の含有量は、３７％〜３８％である。

また、Ｚｒ成分は、立方晶窒化硼素焼結体１と超硬合金とのろう付接合強度を向上させ、また、ろう付後の高温強度特性を向上させる作用がある。立方晶窒化硼素焼結体１と超硬合金とをろう付接合する場合、ろう材としてＴｉ成分を含有させることは、従来から知られているが、Ｔｉよりもさらに化学的活性が極めて高いＺｒを加えることにより、立方晶窒化硼素とＺｒが反応し、立方晶窒化硼素粒子界面から成長しているようなＺｒ、ＴｉおよびＮを含む針状組織が形成される。その結果、大きなアンカー効果を発揮し強固なろう付強度が得られる。ところが、Ｚｒの含有量が質量％で３５％未満だと形成される針状組織の長さが十分でなく、立方晶窒化硼素焼結体１に隣接する界面層８の厚さ以上の結晶長を得ることが出来ず、十分な層間強度を発揮することが出来ない。一方、４０％を超えるとろう材の融点が上昇してしまい、ろう付接合時における歪み等の発生により、ろう付接合強度が低下する。したがって、Ｚｒの含有量を３５〜４０％の範囲に規定した。
本願発明のろう材における、より好ましいＺｒの含有量は、３６％〜３９％である。さらにより好ましいＺｒの含有量は、３７％〜３８％である。

また、Ｎｉ成分は、ろう付時の超硬合金と立方晶窒化硼素焼結体１との濡れ性を顕著に向上させる作用がある。これにより、超硬合金とのろう付強度が確保されるとともに、立方晶窒化硼素焼結体１をろう付する際のろう付接合強度を大幅に向上させることができ、ろう付後のすぐれた高温強度特性が得られるという本発明に特有の効果を奏する。すなわち、Ｎｉをろう材中に添加することにより、ろう付接合の際、立方晶窒化硼素焼結体１の表面に均一に濡れ渡り、その結果、立方晶窒化硼素焼結体１に隣接する層であるＴｉおよびＮを含む化合物層が粒状や柱状等の組織を取らず、層状組織となる。ところが、Ｎｉの含有量が質量％で５％未満だと、前述した効果が得られにくく、一方、１５％を超えると、ろう材の融点が上昇するので、ろう付接合時における歪み等の発生により、ろう付接合強度が低下する。したがって、Ｎｉの含有量を５〜１５％の範囲に規定した。
本願発明のろう材における、より好ましいＮｉの含有量は、７％〜１３％である。さらにより好ましいＮｉの含有量は、９％〜１１％である。

図２は、本願発明切削工具のｃＢＮ焼結体側の接合部の拡大断面概略模式図であり、ｃＢＮ焼結体６、界面層８、ｃＢＮ結晶粒９、針状組織１０、および接合部７が示されている。この図２では、工具基体側の接合部は含まれていないので、工具基体に相当する部分も示されていない。
界面層８は接合部７の立方晶窒化硼素焼結体側の界面に存在する層である。界面層８は、図２中でドットで示された領域である。
界面層８は、接合部７の立方晶窒化硼素焼結体側の界面に存在する平均層厚が０．５〜５μｍの層である。この界面層８は、Ｔｉを５０原子％以上、Ｎを１０原子％以上含有する。界面層８と立方晶窒化硼素焼結体６との境界線は、立方晶窒化硼素焼結体の接合面４と規定される。
接合部２の界面層８におけるＴｉのおよびＮについて、界面層８はろう材中のＴｉが立方晶窒化硼素焼結体中のＮと反応することにより形成される。その際、界面層８のＴｉ成分が５０原子％未満、もしくはＮ成分が１０原子％未満ではろう材と立方晶窒化硼素焼結体６との反応が十分でなく、界面層８に空隙を生じやすく、その結果十分な密着性を発揮し得ないことから、界面層８におけるＴｉおよびＮの含有割合を各々５０原子％以上、１０原子％以上であることが必要である。
また、界面層８の平均層厚が０．５μｍ未満ではやはりろう材と立方晶窒化硼素焼結体６との反応が十分でなく界面に空隙を生じやすく、５μｍ以上ではろう材と立方晶窒化硼素焼結体６との反応が過度に進行することにより、界面層８に脆弱な金属間化合物が生成されることにより、界面層８からの剥離を生じやすくなることから界面層８の平均層厚を０．５〜５μｍであることが必要である。
界面層８は、接合部縦断面の組織観察と組成分析を走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＳＥＭ−ＥＤＳ）とにより、その存在を確認することができる。
断面のＳＥＭ観察により、界面層８の大まかな位置をコントラストの違いにより認識できる。ＳＥＭの二次電子像において、界面層の該当する部分は接合部の他の箇所に比し暗いコントラストを有している。
より厳密に界面層を規定するためには、断面をＳＥＭ−ＥＤＳにて元素マッピングを行う。元素マッピングは、視野が８μｍ×１１μｍ、倍率が１０，０００倍、空間分解能が０．０１μｍ以下である条件で行う。このＳＥＭ−ＥＤＳにより、接合部７の立方晶窒化硼素焼結体側の領域について、組成分析を行い、Ｔｉを５０原子％以上、Ｎを１０原子％以上含有する領域を界面層８とする。
界面層８の成分組成は、連続した界面層について、直線上の０．５μｍ間隔で１０点の点分析を行い、平均値を算出することにより求める。
界面層８の平均層厚は、連続した界面層８について、１０点で界面層の厚さの計測を行い、平均値を算出することにより求める。
界面層８の平均層厚の測定には、界面層８の確認のために取得した、接合部縦断面の組織観察結果と組成分析結果とを使用する。
界面層８の厚さの計測では、立方晶窒化硼素焼結体の接合面４に直交する線分を引き、その線分に沿って、立方晶窒化硼素焼結体の接合面４から界面層の超硬合金基体側の界面５までの長さを求める。
１０点での界面層８の厚さの計測は、連続した界面層８について、直線上の０．５μｍ間隔で１０点の厚さ測定を行い、平均値を算出することにより求める。

立方晶窒化硼素粒子９に接した針状を呈する結晶組織１０（以下、単に「針状組織」または「針状結晶組織」ともいう）について以下に説明する。
針状結晶組織１０は、立方晶窒化硼素粒子９に接した針状を呈する結晶組織であって、立方晶窒化硼素焼結体側から超硬合金基体側に向けて、界面層８を縦断している。
針状組織の組成はＴｉを５０原子％以上、Ｚｒを１０〜３０原子％、Ｂを２〜１０原子％有する。また、針状組織の平均幅は１０〜１００ｎｍ、平均アスペクト比は５以上である。
針状組織の組成、幅、およびアスペクト比の測定には、界面層の確認のために取得した、接合部縦断面の組織観察結果と組成分析結果とを使用する。
この確認された針状組織に相当する部分に対する元素マッピングの結果により、針状組織の組成を得ることができる。
針状組織については、観察視野内８μｍ×１１μｍに存在する１０個の針状組織を構成する結晶粒個々について、最大径を長径、それに直交する線分の最大径を短径とし、更に長径を短径で除することによりアスペクト比を求め、１０個の結晶粒の平均を算出することにより平均長さ（長径の平均値）、平均幅（短径の平均値）、平均アスペクト比とした。
この針状組織１０は、ろう材中のＴｉおよびＺｒが立方晶窒化硼素粒子と反応することにより形成される組織である。針状結晶組織１０中のＴｉの含有量が５０原子％未満、Ｚｒの含有量が１０原子％未満、もしくはＢの含有量が２原子％未満では、所望のアスペクト比を有する針状組織を形成することが出来ない。その結果十分なアンカー効果を発揮できず、剥離の原因となる。一方、針状結晶組織１０中のＺｒの含有量が３０原子％を超え、もしくはＢの含有量が１０原子％を超えると針状組織の平均幅が１００ｎｍを超える。その結果、針状組織と立方晶窒化硼素粒子とのミスマッチを十分に緩和できず、針状組織と立方晶窒化硼素粒子間にクラックが進行しやすくなる。以上の理由により、針状組織の組成はＴｉを５０原子％以上、Ｚｒを１０〜３０原子％、Ｂを２〜１０原子％有することが必要である。
また、針状組織１０の平均幅が１０ｎｍ未満もしくは平均アスペクト比が５未満では界面層８の層厚以上の長さを有する結晶粒を形成することが難しいことから、やはり十分なアンカー効果を発揮できない。また、針状組織１０の平均幅が１００ｎｍを超えると前記針状組織１０と立方晶窒化硼素粒子９との間の強度が低下する。以上の理由から針状組織１０の平均幅は１０〜１００ｎｍ、平均アスペクト比は５以上であることが必要である。
前記立方晶窒化硼素焼結体６に隣接した少なくともＴｉとＮを含有するする界面層８の層厚以上の長さを、前記針状を呈する結晶組織１０が有し、該界面層８を縦断していることにより、立方晶窒化硼素焼結体６と界面層８との間のみならず、界面層８に隣接する接合部７と界面層８との間の接合強度を大きく増加させることが可能であるため、針状を呈する結晶組織１０が界面層８を縦断していることが必要である。

つぎに、本願発明を実施例に基づき具体的に説明する。なお、以下に説明した実施例は、本願発明の一実施態様であって、本願発明の具体的な実施の形態は、これに拘束されるものではない。

原料粉末として、いずれも０．５〜１μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度１４００℃、保持時間１時間の条件で焼結し、表１に示される４種のＷＣ基超硬製工具基体（以下、単に超硬製工具基体と云う）Ａ−１〜Ａ−４を形成した。

次に、ｃＢＮ焼結体の原料粉末として、いずれも０．５〜４μｍの範囲内の平均粒径を有するｃＢＮ粉末、ＴｉＮ粉末、ＴｉＣＮ粉末、ＴｉＢ_２粉末、ＴｉＣ粉末、ＡｌＮ粉末、Ａｌ_２Ｏ_３粉末を用意し、これら原料粉末を所定の配合組成で配合し、ボールミルで２４時間アセトンを用いて湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で直径１５ｍｍ×厚さ１ｍｍの寸法をもった圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体を、圧力１×１０^−２Ｐａの真空雰囲気中、温度１０００℃、保持時間３０分の条件で焼結して、揮発成分および粉末表面への吸着成分を除去し、切刃片用予備焼結体を形成した。そして、この切刃片予備焼結体を、別途用意したＣｏ：１６質量％、ＷＣ：残りの組成を有し、直径１５ｍｍ×厚さ２ｍｍの寸法を持ったＷＣ基超硬合金製支持片と重ね合わせた状態で、通常の超高圧焼結装置に装入し、圧力５ＧＰａの真空雰囲気中、温度１５００℃、保持時間３０分の条件で超高圧高温焼結し、ｃＢＮ焼結体Ｂ−１〜Ｂ−６を作製した。ｃＢＮ焼結体Ｂ−１〜Ｂ−６の焼結体の組成を、焼結体断面研磨面のＳＥＭ観察結果の画像分析により求めたｃＢＮの面積％を容量％として求めた。ｃＢＮ以外の成分については、主結合相およびその他の結合相を構成している成分を確認するに止めた。その結果を表２に示す。

次に、表３に示される配合組成になるようにろう材の原料粉末を秤量し、真空アーク溶解炉で溶融してボタン形状のインゴットとする。これを熱間圧延して板状にした後、さらに冷間圧延で５０μｍの薄板形状の接合用ろう材Ｃ−１〜Ｃ―６を得た。

下記表４に示すろう材及びろう付け接合条件で、ｃＢＮ焼結体及び超硬合金基体を、各々の合金ろう材を用いてろう付け接合した。
ここで、ｃＢＮ焼結体の超硬合金基体に対するインサート形状は、「ＣＮＭＧ１２０４０８」とし超硬合金基体の接合部は、その底面の面積が２．９６ｍｍ^２であり、側面の面積が４．８９ｍｍ^２であり、合計７．８５ｍｍ^２とされている。この際のろう付け処理は、実施例１ではＡｒガス雰囲気の連続炉にて行い、実施例２〜５及び比較例１〜３では真空炉中において行った。
このようにして、ＷＣ基超硬合金基体に、各成分組成のろう材を用いた、ｃＢＮからなる硬質焼結体をろう付けしてなる、各実施例（１〜１０）及び比較例（１〜１２）の硬質焼結体工具を作製した。

［せん断強度測定試験片の作製］
せん断強度測定用の試験片を、以下のような方法で作製した。
まず、硬質焼結片として、上記実施例１〜１０及び比較例１〜１２の硬質焼結体工具と同様のｃＢＮ材料を用いて、１．５ｍｍ（Ｗ）×１．５ｍｍ（Ｌ）×０．７５ｍｍ（Ｈ）の寸法のサンプルを作製した。また、超硬合金片として、同様に、上記実施例１〜１０及び比較例１〜６の硬質焼結体工具と同様のＷＣ基超硬合金材料を用いて、１．５ｍｍ（Ｗ）×４．５ｍｍ（Ｌ）×１．５ｍｍ（Ｈ）の寸法のサンプルを作製し、また、支持片として、同様にＷＣ基超硬合金材料を用いて、１．５ｍｍ（Ｗ）×１．５ｍｍ（Ｌ）×０．７５ｍｍ（Ｈ）の寸法のサンプルを作製した。
そして、硬質焼結片と支持片とを、超高圧焼結加工によって一体化した後、これら硬質焼結片及び支持片を、接合部（ろう材）を介して超硬合金片の一端面にろう付接合した。この際、接合部に用いるろう材として、上記実施例１〜１０及び比較例１〜１２の硬質焼結体工具と同様のものを用い、同様の条件でろう付接合を行い、これら各実施例及び比較例のせん断強度測定用試験片とした。

上記実施例１〜１０及び比較例１〜１２の硬質焼結体工具のそれぞれについて、接合部縦断面の組織観察と組成分析を走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＳＥＭ−ＥＤＳ）を用いて行った。焼結体、接合部、超硬合金の縦断面に対して、１０，０００倍の視野で０．０１μｍ以下の空間分解能の元素マッピングを行い、焼結体に隣接する層がＴｉとＮを含有する界面層であることを確認するとともに、１０点の点分析を行い、平均値を算出することにより界面層の成分組成を求めた。さらに、立方晶窒化硼素結晶粒に接して成長している針状組織がＺｒ、ＴｉおよびＮを含有していることを確認し、針状組織を構成する結晶粒の成分組成について１０点の点分析を行い、平均値を算出することにより針状を呈する結晶組織の成分組成を求めた。界面層の平均層厚は立方晶窒化硼素焼結体と界面層の界面から、界面に直交する線分を引き、界面層と界面層に隣接する接合部の界面までの長さを求め、１０点計測を行った平均値を求め、界面層の平均層厚とした。針状組織については、観察視野内１０個の針状組織を構成する結晶粒個々について、最大径を長径、それに直交する線分の最大径を短径とし、更に長径を短径で除することによりアスペクト比を求め、１０個の結晶粒の平均を算出することにより平均長さ、平均幅、平均アスペクト比とした。
その結果を表５、表６に示した。

つぎに、前記各種の硬質焼結体工具をいずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、本発明硬質焼結体工具１〜１０、比較硬質焼結体工具１〜１２について、以下に示す浸炭焼き入れ鋼の湿式高速連続切削試験を行い、刃先脱落および破断部の場所を観察した。
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４１５（硬さ：５８ＨＲｃ）の丸棒、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．０ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：４０分、
（通常の切削速度は、１００ｍ／ｍｉｎ、通常の切り込みは０．４ｍｍ）、

＜高温せん断強度試験＞
上記各実施例１〜１０及び比較例１〜１２の硬質焼結体工具と同様の材料を用いて作製したせん断強度測定用の試験片を使用して、以下の条件で高温せん断強度を測定した。
試験片の上下面をクランプで把持固定し、１辺が１．５ｍｍの超硬合金からなる角柱状の押圧片を用い、雰囲気温度を５００℃として、試験片の硬質焼結片上面略中心付近に荷重を加え、硬質焼結片及び支持片が超硬合金片から破断する荷重を測定した。
なお、押圧片には、試験片の超硬合金片と同様のＷＣ基超硬合金からなるものを用いた。

表５、表６に示される結果から、本発明硬質焼結体工具１〜１０は、ｃＢＮ焼結体を素材とする切刃部とＷＣ基超硬製工具基体とを接合用ろう材を介在させて接合した接合部を有し、ｃＢＮ焼結体と接合部の界面に存在するｃＢＮ粒子に接するように針状組織を有する結晶が成長しているため、刃先脱落が生じず、切刃部とＷＣ基超硬製工具基体との密着強度が向上し、長期に亘りすぐれた切削性能が奏されることが明らかである。

一方、本発明硬質焼結体工具のような針状組織を有さない比較硬質焼結体工具は、刃先脱落が発生し、早期に工具寿命に至ることが明らかである。

なお、本実施例においては、インサートを例にとって具体的に説明したが、本発明は、インサートに限られることなく、ドリル、エンドミルなど切り刃部と工具本体との接合部をもつすべての切削工具に適用可能であることはいうまでもない。

本願発明の切削工具は、各種の鋼や鋳鉄、Ａｌ−ＳｉＣ複合材料などの高負荷切削加工に使用することができる。また、本願発明の切削工具では、ｃＢＮ焼結体製切刃部とＷＣ基超硬製工具本体との接合強度がすぐれている。これらの特徴を有する事によって、本願発明の切削工具は、長期に亘って安定した切削性能を発揮する。以上の理由により、本願発明の切削工具は、切削加工装置の高性能化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できる。

１ ｃＢＮ焼結体
２ 接合部
３ 工具基体
４ ｃＢＮ焼結体の接合面
５ 工具基体の接合面
６ ｃＢＮ焼結体
７ 接合部
８ 界面層（Ｔｉ、Ｎ含有）
９ ｃＢＮ結晶粒
１０ 針状結晶組織（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂ含有）

Claims (3)

1. 質量％でＴｉ：３５〜４０％、Ｚｒ：３５〜４０％、Ｎｉ：５〜１５％をそれぞれ含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる接合用ろう材。
2. 立方晶窒化硼素焼結体が接合部を介して超硬合金基体に接合されている複合部材において、
   （ａ）前記接合部が、立方晶窒化硼素焼結体に隣接し、少なくともＴｉを５０原子％以上とＮを１０原子％以上含有する平均層厚０．５〜５μｍの界面層を有し、
   （ｂ）かつ、立方晶窒化硼素焼結体を構成する立方晶窒化硼素粒子に接している少なくともＴｉを５０原子％以上、Ｚｒを１０〜３０原子％、Ｂを２〜１０原子％含有する平均幅が１０〜１００ｎｍ、平均アスペクト比が５以上の針状を呈する結晶組織を有しており、
   （ｃ）前記立方晶窒化硼素焼結体に隣接した少なくともＴｉとＮを含有する界面層の層厚以上の長さを、前記針状を呈する結晶組織が有し該界面層を縦断していることを特徴とする複合部材。
3. 請求項２に記載の複合部材により、立方晶窒化硼素焼結体、接合部および超硬合金からなる工具基体からなる接合部が構成されていることを特徴とする立方晶窒化硼素焼結体切削工具。