JP3194802B2 - Ａｌ含有の表面層を有する焼結合金及びその製造方法 - Google Patents
Ａｌ含有の表面層を有する焼結合金及びその製造方法Info
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- JP3194802B2 JP3194802B2 JP32370692A JP32370692A JP3194802B2 JP 3194802 B2 JP3194802 B2 JP 3194802B2 JP 32370692 A JP32370692 A JP 32370692A JP 32370692 A JP32370692 A JP 32370692A JP 3194802 B2 JP3194802 B2 JP 3194802B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内部と異なった組織構
成の表面層を有する焼結合金に関し、具体的には、旋削
工具，フライス工具，ドリル，エンドミル等の切削工
具、ダイス，パンチ，スリッター等の耐摩耗工具、カッ
タービット等の土木建設工具又は化学薬品用ノズル，時
計外装部品等の耐腐蝕性，装飾性部品として適するＡｌ
含有の表面層を有する焼結合金及びその製造方法に関す
る。
成の表面層を有する焼結合金に関し、具体的には、旋削
工具，フライス工具，ドリル，エンドミル等の切削工
具、ダイス，パンチ，スリッター等の耐摩耗工具、カッ
タービット等の土木建設工具又は化学薬品用ノズル，時
計外装部品等の耐腐蝕性，装飾性部品として適するＡｌ
含有の表面層を有する焼結合金及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】炭化タングステン，炭化チタン又は窒化
チタンを主成分とする硬質相とＣｏ及び／又Ｎｉを主成
分とする結合相とからなる超硬合金もしくはサーメット
の焼結合金は、各種の工具や部品として使用されてお
り、それらの用途に応じて、硬質相の粒度及び種類、結
合相の量及び種類、添加物の量及び種類等を調整し、耐
摩耗性と靭性のバランスを保持させている。しかし、こ
れらの焼結合金の耐摩耗性と靭性は、一方を向上させる
と他方が低下するという二律背反的な傾向を示すことか
ら、両方を同時に改善向上させることは非常に困難な問
題とされている。
チタンを主成分とする硬質相とＣｏ及び／又Ｎｉを主成
分とする結合相とからなる超硬合金もしくはサーメット
の焼結合金は、各種の工具や部品として使用されてお
り、それらの用途に応じて、硬質相の粒度及び種類、結
合相の量及び種類、添加物の量及び種類等を調整し、耐
摩耗性と靭性のバランスを保持させている。しかし、こ
れらの焼結合金の耐摩耗性と靭性は、一方を向上させる
と他方が低下するという二律背反的な傾向を示すことか
ら、両方を同時に改善向上させることは非常に困難な問
題とされている。
【０００３】このような問題を解決しようとしたもの
に、焼結合金の表面近傍と内部との組織構成を異なるよ
うにした合金があり、その代表的なものとして、特開平
２−２０９４４８号公報，特開平２−２０９４４９号公
報及び特開平３−９４０６２号公報が提案されている。
に、焼結合金の表面近傍と内部との組織構成を異なるよ
うにした合金があり、その代表的なものとして、特開平
２−２０９４４８号公報，特開平２−２０９４４９号公
報及び特開平３−９４０６２号公報が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】焼結合金の表面近傍と
内部との組織構成を異なるようにした先行技術の内、特
開平２−２０９４４８号公報及び特開平２−２０９４４
９号公報には、合金の内部よりも結合相量の減少してな
る表面領域を有する焼結合金について記載されており、
特開平３−９４０６２号公報には、超硬合金の表面から
１００μｍまでの間の結合相量を超硬合金の内部の結合
相量よりも減少させて、その表面にダイヤモンド膜を被
覆させた被覆超硬合金について記載されている。
内部との組織構成を異なるようにした先行技術の内、特
開平２−２０９４４８号公報及び特開平２−２０９４４
９号公報には、合金の内部よりも結合相量の減少してな
る表面領域を有する焼結合金について記載されており、
特開平３−９４０６２号公報には、超硬合金の表面から
１００μｍまでの間の結合相量を超硬合金の内部の結合
相量よりも減少させて、その表面にダイヤモンド膜を被
覆させた被覆超硬合金について記載されている。
【０００５】これら３件の公報の内、前者の２件の公報
に記載されている焼結合金は、結合相量の減少してなる
表面部により耐摩耗性が向上するが、逆に表面部におけ
る深さによっては靱性が低下するという問題がある。ま
た、後者の公報に記載されている被覆超硬合金は、超硬
合金の表面から１００μｍまでの表面部の結合相量が内
部に比べて減少していることから、ダイヤモンド膜が付
着されやすくなるが、表面部の結合相量の減少量によ
り、靱性の低下を引き起こすという問題がある。
に記載されている焼結合金は、結合相量の減少してなる
表面部により耐摩耗性が向上するが、逆に表面部におけ
る深さによっては靱性が低下するという問題がある。ま
た、後者の公報に記載されている被覆超硬合金は、超硬
合金の表面から１００μｍまでの表面部の結合相量が内
部に比べて減少していることから、ダイヤモンド膜が付
着されやすくなるが、表面部の結合相量の減少量によ
り、靱性の低下を引き起こすという問題がある。
【０００６】本発明は、上述のような問題点を解決した
もので、具体的には、焼結合金の表面層中に含有する結
合相及びＡｌの濃度分布により、靱性の低下を引起こさ
ずに耐摩耗性，耐塑性変形性，耐熱性及び耐腐蝕性を向
上させ、かつ硬質被膜との密着性に優れるＡｌ含有の表
面層を有する焼結合金及びその製造方法の提供を目的と
するものである。
もので、具体的には、焼結合金の表面層中に含有する結
合相及びＡｌの濃度分布により、靱性の低下を引起こさ
ずに耐摩耗性，耐塑性変形性，耐熱性及び耐腐蝕性を向
上させ、かつ硬質被膜との密着性に優れるＡｌ含有の表
面層を有する焼結合金及びその製造方法の提供を目的と
するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、合金内部
と組織構成の異なった表面層を有する従来の焼結合金に
対して、さらに靭性を低下させずに耐摩耗性，耐熱性，
耐酸化性，耐腐蝕性，耐塑性変形性及びその表面に硬質
被膜を被覆させる場合における密着性を改善させること
について検討していた所、焼結合金の表面からＡｌを特
定温度域内で拡散させることにより、上述の合金特性が
達成されるという知見を得て、本発明を完成するに至っ
たものである。
と組織構成の異なった表面層を有する従来の焼結合金に
対して、さらに靭性を低下させずに耐摩耗性，耐熱性，
耐酸化性，耐腐蝕性，耐塑性変形性及びその表面に硬質
被膜を被覆させる場合における密着性を改善させること
について検討していた所、焼結合金の表面からＡｌを特
定温度域内で拡散させることにより、上述の合金特性が
達成されるという知見を得て、本発明を完成するに至っ
たものである。
【０００８】すなわち、本発明の焼結合金は、鉄族金属
の結合相３〜３０体積％と、残り周期律表の４ａ，５
ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物及びこれらの相互固溶
体の中の少なくとも１種の硬質相と不可避不純物とから
なる焼結合金の表面に１部又は全面に亘る表面から０．
０１〜１．０ｍｍの内部までの表面層を形成させた焼結
合金であって、該表面層は、該結合相と該硬質相の他に
Ａｌが含有されており、該結合相の濃度が該表面層の表
面から内部に向って漸増して内部焼結合金の平均的結合
相の濃度に達しており、かつＡｌの濃度が該表面層の表
面から内部に向って漸増して最大となった後、漸減して
いることを特徴とする。
の結合相３〜３０体積％と、残り周期律表の４ａ，５
ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物及びこれらの相互固溶
体の中の少なくとも１種の硬質相と不可避不純物とから
なる焼結合金の表面に１部又は全面に亘る表面から０．
０１〜１．０ｍｍの内部までの表面層を形成させた焼結
合金であって、該表面層は、該結合相と該硬質相の他に
Ａｌが含有されており、該結合相の濃度が該表面層の表
面から内部に向って漸増して内部焼結合金の平均的結合
相の濃度に達しており、かつＡｌの濃度が該表面層の表
面から内部に向って漸増して最大となった後、漸減して
いることを特徴とする。
【０００９】本発明の焼結合金における結合相は、Ｃ
ｏ，Ｎｉ，Ｆｅ又はこれらの相互合金からなり、さらに
硬質相を形成する元素が数％固溶された結合相になると
焼結合金の諸特性の向上に効果があることから好まし
く、特に結合相の３０体積％以下がＷ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｓ
ｉ，Ｃｕの中の１種以上を含む結合相の場合も本発明の
焼結合金としての効果が発揮される。この結合相が焼結
合金全体の３体積％未満になると強度及び靭性の低下が
著しく、逆に３０体積％を超えて多くなると耐塑性変形
性及び耐摩耗性の低下が著しくなるために、結合相は３
〜３０体積％と定めたものである。
ｏ，Ｎｉ，Ｆｅ又はこれらの相互合金からなり、さらに
硬質相を形成する元素が数％固溶された結合相になると
焼結合金の諸特性の向上に効果があることから好まし
く、特に結合相の３０体積％以下がＷ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｓ
ｉ，Ｃｕの中の１種以上を含む結合相の場合も本発明の
焼結合金としての効果が発揮される。この結合相が焼結
合金全体の３体積％未満になると強度及び靭性の低下が
著しく、逆に３０体積％を超えて多くなると耐塑性変形
性及び耐摩耗性の低下が著しくなるために、結合相は３
〜３０体積％と定めたものである。
【００１０】本発明の焼結合金における硬質相は、特に
炭化タングステンでなる場合、又は炭化タングステンと
周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物及
びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種の立方晶結
晶構造の硬質相とからなる場合、もしくはチタンの炭化
物，炭窒化物、チタン・タングステンの炭化物，炭窒化
物の中の１種を芯部とし、この芯部を包囲した外周部が
ＴｉとＺｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗの１種以
上とを含む炭化物固溶体，炭窒化物固溶体でなる有芯組
織の硬質相でなる場合が好ましい。
炭化タングステンでなる場合、又は炭化タングステンと
周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物及
びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種の立方晶結
晶構造の硬質相とからなる場合、もしくはチタンの炭化
物，炭窒化物、チタン・タングステンの炭化物，炭窒化
物の中の１種を芯部とし、この芯部を包囲した外周部が
ＴｉとＺｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗの１種以
上とを含む炭化物固溶体，炭窒化物固溶体でなる有芯組
織の硬質相でなる場合が好ましい。
【００１１】本発明の焼結合金における表面層は、その
厚さが０．０１ｍｍ未満になると、本発明における表面
層の組織構成として効果が弱く、逆に１．０ｍｍを超え
る厚さになると、製造工程時間が長くなりコストアップ
になること、及び合金の特性向上への効果も変らなくな
る。
厚さが０．０１ｍｍ未満になると、本発明における表面
層の組織構成として効果が弱く、逆に１．０ｍｍを超え
る厚さになると、製造工程時間が長くなりコストアップ
になること、及び合金の特性向上への効果も変らなくな
る。
【００１２】この表面層中に含有する結合相の濃度は、
表面層の表面で最小、例えば１体積％以下、好ましくは
０．５体積％以下でなり、その後滑らかに又は或る程度
の変動があったとしても内部焼結合金の平均的結合相の
濃度を超えることなしに、内部焼結合金の平均的結合相
の濃度に達している場合、もしくは、表面層の表面で最
小となった後、漸増し、内部焼結合金の平均的結合相の
濃度を超えた最大となり、次いで漸減して内部焼結合金
の平均的結合相の濃度に達している場合が代表的な表面
層中の結合相濃度分布である。
表面層の表面で最小、例えば１体積％以下、好ましくは
０．５体積％以下でなり、その後滑らかに又は或る程度
の変動があったとしても内部焼結合金の平均的結合相の
濃度を超えることなしに、内部焼結合金の平均的結合相
の濃度に達している場合、もしくは、表面層の表面で最
小となった後、漸増し、内部焼結合金の平均的結合相の
濃度を超えた最大となり、次いで漸減して内部焼結合金
の平均的結合相の濃度に達している場合が代表的な表面
層中の結合相濃度分布である。
【００１３】また、表面層中に含有するＡｌは、特に表
面層の表面から内部に向って漸増し、表面層の略中央部
で最大の濃度となった後、漸減して表面層と合金内部と
の境界面で零になる濃度分布が好ましく、また、Ａｌ
は、結合相と固溶又は化合物を形成していることが好ま
しく、具体的には、例えばＣｏＡｌ，ＮｉＡｌ，Ｎｉ3
Ａｌ，Ｆｅ3Ａｌの金属間化合物を挙げることができ
る。この表面層中に含有するＡｌは、表面層の表面にお
いて、結合相濃度の３０〜７０原子％であると、特に耐
熱性，耐酸化性，耐摩耗性の向上が顕著であることから
好ましい。
面層の表面から内部に向って漸増し、表面層の略中央部
で最大の濃度となった後、漸減して表面層と合金内部と
の境界面で零になる濃度分布が好ましく、また、Ａｌ
は、結合相と固溶又は化合物を形成していることが好ま
しく、具体的には、例えばＣｏＡｌ，ＮｉＡｌ，Ｎｉ3
Ａｌ，Ｆｅ3Ａｌの金属間化合物を挙げることができ
る。この表面層中に含有するＡｌは、表面層の表面にお
いて、結合相濃度の３０〜７０原子％であると、特に耐
熱性，耐酸化性，耐摩耗性の向上が顕著であることから
好ましい。
【００１４】さらに、表面層中に含有する結合相及びＡ
ｌは、それぞれの平均濃度が２体積％以下でなると、特
に耐摩耗性の向上が顕著であることから好ましい。
ｌは、それぞれの平均濃度が２体積％以下でなると、特
に耐摩耗性の向上が顕著であることから好ましい。
【００１５】本発明の焼結合金における表面層と内部焼
結合金との特性上の関係としては、内部焼結合金の平均
ビッカース硬さ（ＨＶｉと記す）に対する表面層の表面
から０．０１ｍｍまでの内部における表面層の平均ビッ
カース硬さ（ＨＶｓと記す）の比が１．２０以上（ＨＶ
ｓ／ＨＶｉ≧１．２０）でなると、耐摩耗性と靭性の両
方がバランスよく向上するので、特に好ましい。
結合金との特性上の関係としては、内部焼結合金の平均
ビッカース硬さ（ＨＶｉと記す）に対する表面層の表面
から０．０１ｍｍまでの内部における表面層の平均ビッ
カース硬さ（ＨＶｓと記す）の比が１．２０以上（ＨＶ
ｓ／ＨＶｉ≧１．２０）でなると、耐摩耗性と靭性の両
方がバランスよく向上するので、特に好ましい。
【００１６】本発明の焼結合金における別の構成として
は、上記した各種の構成でなる表面層を有する本発明の
焼結合金における表面層の表面及び／又は表面層が形成
されていない表面の１部又は全面に亘り、０．１〜２０
μｍ厚さの被膜を形成させると、表面層と被膜の効果が
加算されるのみでなく、被膜の密着性にも優れて、寿命
向上が顕著になることから好ましいことである。このと
きの被膜は、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化
物，窒化物，炭酸化物，窒酸化物，ホウ化物，硫化物，
Ａｌ，Ｓｉの炭化物，窒化物，酸化物及びこれらの相互
固溶体、ダイヤモンド状カーボン，ダイヤモンド，立方
晶窒化ホウ素の中の少なくとも１種でなる単層又は多層
である。被膜を形成させる場合、用途によっては、１部
の表面と他の表面において、膜質及び／又は膜厚を均等
にすること、もしくは非均等にすることも好ましいこと
である。
は、上記した各種の構成でなる表面層を有する本発明の
焼結合金における表面層の表面及び／又は表面層が形成
されていない表面の１部又は全面に亘り、０．１〜２０
μｍ厚さの被膜を形成させると、表面層と被膜の効果が
加算されるのみでなく、被膜の密着性にも優れて、寿命
向上が顕著になることから好ましいことである。このと
きの被膜は、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化
物，窒化物，炭酸化物，窒酸化物，ホウ化物，硫化物，
Ａｌ，Ｓｉの炭化物，窒化物，酸化物及びこれらの相互
固溶体、ダイヤモンド状カーボン，ダイヤモンド，立方
晶窒化ホウ素の中の少なくとも１種でなる単層又は多層
である。被膜を形成させる場合、用途によっては、１部
の表面と他の表面において、膜質及び／又は膜厚を均等
にすること、もしくは非均等にすることも好ましいこと
である。
【００１７】本発明の焼結合金は、従来の粉末冶金法、
固体拡散法及びガス拡散法を応用して作製することがで
きるが、次の方法で行うと表面層の調整が容易であるこ
とから好ましい。
固体拡散法及びガス拡散法を応用して作製することがで
きるが、次の方法で行うと表面層の調整が容易であるこ
とから好ましい。
【００１８】すなわち、本発明の焼結合金の製造方法
は、鉄族金属の結合相３〜３０体積％と、残り周期律表
の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物及びこれら
の相互固溶体の中の少なくとも１種の硬質相と不可避不
純物とからなる焼結合金の表面に１部又は全面に亘って
ＡｌもしくはＡｌを含む化合物を付着もしくは接触させ
て非酸化性雰囲気中で１１００〜１３００℃に加熱し、
該焼結合金の表面から０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍの内部
までの表面層にＡｌを拡散させて、Ａｌの濃度が該表面
層の表面から内部に向って漸増して最大となった後、漸
減させると共に、該表面層中の該結合相の濃度が該表面
層の表面から内部に向って漸増させる方法である。
は、鉄族金属の結合相３〜３０体積％と、残り周期律表
の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物及びこれら
の相互固溶体の中の少なくとも１種の硬質相と不可避不
純物とからなる焼結合金の表面に１部又は全面に亘って
ＡｌもしくはＡｌを含む化合物を付着もしくは接触させ
て非酸化性雰囲気中で１１００〜１３００℃に加熱し、
該焼結合金の表面から０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍの内部
までの表面層にＡｌを拡散させて、Ａｌの濃度が該表面
層の表面から内部に向って漸増して最大となった後、漸
減させると共に、該表面層中の該結合相の濃度が該表面
層の表面から内部に向って漸増させる方法である。
【００１９】本発明の焼結合金の製造方法におけるＡｌ
もしくはＡｌを含む化合物とは、具体的には、例えばＡ
ｌ金属粉末，Ａｌ箔，Ａｌ−Ｃｏ，Ａｌ−Ｎｉ，Ａｌ−
Ｗの合金粉末，ＮｉＡｌ，ＣｏＡｌ，ＷＡｌ4，の金属
間化合物粉末，炭化アルミニウム，窒化アルミニウムの
粉末及びこれらの混合物が挙げられる。この中でも炭化
アルミニウムは、加熱時にＡｌとカーボンに分解し、焼
結合金の脱炭による脆化を防止できるので、特に好まし
い。
もしくはＡｌを含む化合物とは、具体的には、例えばＡ
ｌ金属粉末，Ａｌ箔，Ａｌ−Ｃｏ，Ａｌ−Ｎｉ，Ａｌ−
Ｗの合金粉末，ＮｉＡｌ，ＣｏＡｌ，ＷＡｌ4，の金属
間化合物粉末，炭化アルミニウム，窒化アルミニウムの
粉末及びこれらの混合物が挙げられる。この中でも炭化
アルミニウムは、加熱時にＡｌとカーボンに分解し、焼
結合金の脱炭による脆化を防止できるので、特に好まし
い。
【００２０】また、これらのＡｌもしくはＡｌを含む化
合物を焼結合金の表面に付着あるいは接触させるとは、
具体的には、例えば焼結合金の表面に蒸着膜として付
着，焼結合金の表面を箔で覆って接触，焼結合金の表面
に粉末を塗付，焼結合金を粉末中に埋設又は黒鉛板等の
表面に粉末を塗付、その塗付面に焼結合金を接触する方
法を挙げることができる。
合物を焼結合金の表面に付着あるいは接触させるとは、
具体的には、例えば焼結合金の表面に蒸着膜として付
着，焼結合金の表面を箔で覆って接触，焼結合金の表面
に粉末を塗付，焼結合金を粉末中に埋設又は黒鉛板等の
表面に粉末を塗付、その塗付面に焼結合金を接触する方
法を挙げることができる。
【００２１】本発明の焼結合金の製造方法における非酸
化性雰囲気中で１１００〜１３５０℃に加熱するとは、
例えば１０-1〜１０-4Ｔｏｒｒの真空中又は不活性ガス
雰囲気中で結合相の溶融温度（液相の発生する温度又は
共晶温度）以下で、かつＡｌの拡散が十分に起る温度領
域にすることが好ましい。具体的には、結合相量が６〜
１５重量％の超硬合金又はＴｉＣ−ＴｉＮ系サーメット
では１２００〜１３００℃の温度範囲が特に好ましい。
化性雰囲気中で１１００〜１３５０℃に加熱するとは、
例えば１０-1〜１０-4Ｔｏｒｒの真空中又は不活性ガス
雰囲気中で結合相の溶融温度（液相の発生する温度又は
共晶温度）以下で、かつＡｌの拡散が十分に起る温度領
域にすることが好ましい。具体的には、結合相量が６〜
１５重量％の超硬合金又はＴｉＣ−ＴｉＮ系サーメット
では１２００〜１３００℃の温度範囲が特に好ましい。
【００２２】このような製造方法によって得られる焼結
合金の表面には、結合相とＡｌとの合金又は結合相とＡ
ｌとの金属間化合物の層を形成している場合もあり、こ
の場合には、この層の表面に被膜を形成することも可能
であるが、被膜の形成をしない場合には耐摩耗性の低下
を起すことから、研削もしくは酸処理等により除去して
Ａｌ含有の表面層を有する本発明の焼結合金とすること
が好ましい。
合金の表面には、結合相とＡｌとの合金又は結合相とＡ
ｌとの金属間化合物の層を形成している場合もあり、こ
の場合には、この層の表面に被膜を形成することも可能
であるが、被膜の形成をしない場合には耐摩耗性の低下
を起すことから、研削もしくは酸処理等により除去して
Ａｌ含有の表面層を有する本発明の焼結合金とすること
が好ましい。
【００２３】
【作用】本発明の焼結合金は、表面層におけるＡｌと結
合相とによる濃度分布及び特にＡｌと結合相とによる化
合物（金属間化合物）により、表面層の強度，靭性，硬
さ，耐塑性変形性及び耐腐蝕性を高める作用をしてお
り、さらに表面層の表面に被膜を形成した被覆焼結合金
の場合は、表面層が被膜との密着性を高める作用をする
こと、特にダイヤモンド被膜の場合には表面層が被膜作
製時におけるダイヤモンドからカーボンへの逆変換を防
止し、ダイヤモンドの核生成促進作用となる。
合相とによる濃度分布及び特にＡｌと結合相とによる化
合物（金属間化合物）により、表面層の強度，靭性，硬
さ，耐塑性変形性及び耐腐蝕性を高める作用をしてお
り、さらに表面層の表面に被膜を形成した被覆焼結合金
の場合は、表面層が被膜との密着性を高める作用をする
こと、特にダイヤモンド被膜の場合には表面層が被膜作
製時におけるダイヤモンドからカーボンへの逆変換を防
止し、ダイヤモンドの核生成促進作用となる。
【００２４】また、本発明の焼結合金の製造方法では、
焼結合金の表面から侵入したＡｌ元素が結合相金属を媒
介に（固溶しながら）して内部に向って拡散し、焼結合
金の表面に存在する結合相がＡｌと一緒に内部に向って
移動するために表面層中の結合相が減少するという作用
を起し、表面層の表面部の結合相量が減少すると、表面
からのＡｌの侵入が次第に困難となり、その結果とし
て、表面層の略中央部で最大のＡｌ濃度を示し、かつ表
面層内での結合相が表面から内部に向って漸減する作用
を起すことになる。
焼結合金の表面から侵入したＡｌ元素が結合相金属を媒
介に（固溶しながら）して内部に向って拡散し、焼結合
金の表面に存在する結合相がＡｌと一緒に内部に向って
移動するために表面層中の結合相が減少するという作用
を起し、表面層の表面部の結合相量が減少すると、表面
からのＡｌの侵入が次第に困難となり、その結果とし
て、表面層の略中央部で最大のＡｌ濃度を示し、かつ表
面層内での結合相が表面から内部に向って漸減する作用
を起すことになる。
【００２５】
【実施例】市販のサーメット（５１％ＴｉＣ−１０％Ｔ
ｉＮ−１０％ＷＣ−８％ＴａＣ−６％Ｍｏ2Ｃ−７％Ｎ
ｉ−８％Ｃｏ）及びＪＩＳ規格の超硬合金Ｋ１０クラス
（９４％ＷＣ−６％Ｃｏ）、Ｍ１０クラス（８８％ＷＣ
−２％ＴｉＣ−４％ＴａＣ−６％Ｃｏ）、Ｐ２０クラス
（７２％ＷＣ−１０％ＴｉＣ−１０％ＴａＣ−８％Ｃ
ｏ）、以上重量％でなるＩＳＯ規格の切削用スローアウ
ェイチップＳＮＧＮ１２０４０８形状の焼結合金を用い
て、１０-3Ｔｏｒｒの真空中で表１に示したＡｌ拡散処
理方法及び加熱処理条件でもって処理し、本発明品１〜
１０を得た。（但し、本発明品１，２，５，８について
は、Ａｌ拡散処理後、５％ＨＣｌ溶液中で表面層の表面
に付着したＡｌ膜を溶解除去した。）こうして得た本発
明品１〜１０及び上述のサーメットを比較品１，Ｋ１０
クラスを比較品２、Ｍ１０クラスを比較品３、Ｐ２０ク
ラスを比較品４として加えて、それぞれを切断及び研摩
し、表面から内部に向ってのＡｌ及び結合相濃度をＥＰ
ＭＡ分析により調査し、硬さをマイクロビッカースによ
り測定して、その結果を表２に示した。
ｉＮ−１０％ＷＣ−８％ＴａＣ−６％Ｍｏ2Ｃ−７％Ｎ
ｉ−８％Ｃｏ）及びＪＩＳ規格の超硬合金Ｋ１０クラス
（９４％ＷＣ−６％Ｃｏ）、Ｍ１０クラス（８８％ＷＣ
−２％ＴｉＣ−４％ＴａＣ−６％Ｃｏ）、Ｐ２０クラス
（７２％ＷＣ−１０％ＴｉＣ−１０％ＴａＣ−８％Ｃ
ｏ）、以上重量％でなるＩＳＯ規格の切削用スローアウ
ェイチップＳＮＧＮ１２０４０８形状の焼結合金を用い
て、１０-3Ｔｏｒｒの真空中で表１に示したＡｌ拡散処
理方法及び加熱処理条件でもって処理し、本発明品１〜
１０を得た。（但し、本発明品１，２，５，８について
は、Ａｌ拡散処理後、５％ＨＣｌ溶液中で表面層の表面
に付着したＡｌ膜を溶解除去した。）こうして得た本発
明品１〜１０及び上述のサーメットを比較品１，Ｋ１０
クラスを比較品２、Ｍ１０クラスを比較品３、Ｐ２０ク
ラスを比較品４として加えて、それぞれを切断及び研摩
し、表面から内部に向ってのＡｌ及び結合相濃度をＥＰ
ＭＡ分析により調査し、硬さをマイクロビッカースによ
り測定して、その結果を表２に示した。
【００２６】尚、表２に示した本発明品１，３，５，
８，９及び１０の表面層における結合相の濃度は、表面
層の表面から漸増しながら、内部焼結合金の平均的結合
相濃度に達しており、本発明品２，４の逃げ面（表２の
Ｂ面），６の逃げ面（表２のＢ面）及び７の表面層にお
ける結合相の濃度は、それぞれ表面層の表面から漸増し
ながら表面層の略中央部で最大となった後、漸減しなが
ら内部焼結合金の平均的結合相濃度に達していた。
８，９及び１０の表面層における結合相の濃度は、表面
層の表面から漸増しながら、内部焼結合金の平均的結合
相濃度に達しており、本発明品２，４の逃げ面（表２の
Ｂ面），６の逃げ面（表２のＢ面）及び７の表面層にお
ける結合相の濃度は、それぞれ表面層の表面から漸増し
ながら表面層の略中央部で最大となった後、漸減しなが
ら内部焼結合金の平均的結合相濃度に達していた。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】 表２に示した本発明品１〜４及び比較品１を用いて、被
削材Ｓ４８Ｃ，切削速度２００ｍ／ｍｉｎ，送り０．３
ｍｍ／ｒｅｖ，切込み１．５ｍｍで乾式による旋削試験
を行った結果、比較品１は、約５分でコーナＲ部の塑性
変形から急激に摩耗して寿命に達したのに対し、本発明
品１〜４は、２０分切削後平均逃げ面摩耗量が０．１５
〜０．２５ｍｍといずれも良好であった。
削材Ｓ４８Ｃ，切削速度２００ｍ／ｍｉｎ，送り０．３
ｍｍ／ｒｅｖ，切込み１．５ｍｍで乾式による旋削試験
を行った結果、比較品１は、約５分でコーナＲ部の塑性
変形から急激に摩耗して寿命に達したのに対し、本発明
品１〜４は、２０分切削後平均逃げ面摩耗量が０．１５
〜０．２５ｍｍといずれも良好であった。
【００２９】また、表２に示した本発明品５及び比較品
２を用いて、それぞれの表面にマイクロ波ブラズマＣＶ
Ｄ装置を用いて厚み７μｍのダイヤモンド被膜を被覆し
た。但し、比較品２は、被覆前処理として１０ＨＮＯ3
に１０秒間浸漬し、表面から１０μｍまでの結合相を除
去した。
２を用いて、それぞれの表面にマイクロ波ブラズマＣＶ
Ｄ装置を用いて厚み７μｍのダイヤモンド被膜を被覆し
た。但し、比較品２は、被覆前処理として１０ＨＮＯ3
に１０秒間浸漬し、表面から１０μｍまでの結合相を除
去した。
【００３０】この被覆焼結合金である本発明品５及び比
較品２を用いて、被削材Ａｌ−２０％Ｓｉ合金，切削速
度２５０ｍ／ｍｉｎ，送り０．５ｍｍ／ｒｅｖ，切込み
１．５ｍｍで乾式による旋削試験を行った結果、比較品
２は、約３分で逃げ面のダイヤモンド被膜が剥離して急
激に摩耗寿命となったのに対し、本発明品５は、３０分
切削後も被膜の剥離が生じてなく、平均逃げ面摩耗量が
０．０７ｍｍであった。
較品２を用いて、被削材Ａｌ−２０％Ｓｉ合金，切削速
度２５０ｍ／ｍｉｎ，送り０．５ｍｍ／ｒｅｖ，切込み
１．５ｍｍで乾式による旋削試験を行った結果、比較品
２は、約３分で逃げ面のダイヤモンド被膜が剥離して急
激に摩耗寿命となったのに対し、本発明品５は、３０分
切削後も被膜の剥離が生じてなく、平均逃げ面摩耗量が
０．０７ｍｍであった。
【００３１】さらに、表２に示した本発明品６及び比較
品３を用いて、それぞれの表面にＣＶＤ装置で内層にＴ
ｉＣ（厚さ３μｍ）と外層にＡｌ2Ｏ3（厚さ４μｍ）の
被膜を被覆した。
品３を用いて、それぞれの表面にＣＶＤ装置で内層にＴ
ｉＣ（厚さ３μｍ）と外層にＡｌ2Ｏ3（厚さ４μｍ）の
被膜を被覆した。
【００３２】この被覆焼結合金である本発明品６及び比
較品３を用いて、被削材Ｓ４８Ｃ，切削速度３００ｍ／
ｍｉｎ，送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ，切込み１．５ｍｍで
乾式による旋削試験を行った結果、比較品３は、約５分
でコーナＲ部の塑性変形から急激に摩耗して寿命となっ
たのに対し、本発明品６は、１０分間切削後の平均逃げ
面摩耗量が０．２ｍｍであった。
較品３を用いて、被削材Ｓ４８Ｃ，切削速度３００ｍ／
ｍｉｎ，送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ，切込み１．５ｍｍで
乾式による旋削試験を行った結果、比較品３は、約５分
でコーナＲ部の塑性変形から急激に摩耗して寿命となっ
たのに対し、本発明品６は、１０分間切削後の平均逃げ
面摩耗量が０．２ｍｍであった。
【００３３】
【発明の効果】本発明の焼結合金は、表面層が形成され
てない従来の焼結合金に比べて表面の硬さが約１．１３
〜１．３４倍高くなるという効果があり、切削工具とし
て用いた場合に表面部の耐塑性変形性，耐熱性及び耐摩
耗性に優れ、工具寿命が４倍以上も優れるという効果が
ある。
てない従来の焼結合金に比べて表面の硬さが約１．１３
〜１．３４倍高くなるという効果があり、切削工具とし
て用いた場合に表面部の耐塑性変形性，耐熱性及び耐摩
耗性に優れ、工具寿命が４倍以上も優れるという効果が
ある。
【００３４】また、被膜を被覆した本発明の焼結合金
は、従来の被覆焼結合金に比べて、工具寿命が２倍以上
も優れるという効果があること、特にダイヤモンド被膜
を被覆した場合には、従来の焼結合金が被膜の剥離によ
り短寿命となるのに対し、本発明の焼結合金は、ダイヤ
モンド被膜との密着性に優れ、切削工具として用いた場
合に、従来の焼結合金に比べて１０倍以上も寿命が向上
するという効果がある。
は、従来の被覆焼結合金に比べて、工具寿命が２倍以上
も優れるという効果があること、特にダイヤモンド被膜
を被覆した場合には、従来の焼結合金が被膜の剥離によ
り短寿命となるのに対し、本発明の焼結合金は、ダイヤ
モンド被膜との密着性に優れ、切削工具として用いた場
合に、従来の焼結合金に比べて１０倍以上も寿命が向上
するという効果がある。
【図１】実施例で得た本発明品７の表面層の表面から内
部における結合相濃度，Ａｌ元素濃度，ビッカース硬さ
を示すグラフである。
部における結合相濃度，Ａｌ元素濃度，ビッカース硬さ
を示すグラフである。
１ 結合相濃度 ２ Ａｌ元素濃度 ３ ビッカース硬さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 26/00 C22C 29/08
Claims (6)
- 【請求項１】 鉄族金属の結合相３〜３０体積％と、残
り周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物
及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種の硬質相
と不可避不純物とからなる焼結合金の表面に１部又は全
面に亘る表面から０．０１〜１．０ｍｍの内部までの表
面層を形成させた焼結合金であって、該表面層は、該結
合相と該硬質相の他にＡｌが含有されており、該結合相
の濃度が該表面層の表面から内部に向って漸増して内部
焼結合金の平均的結合相の濃度に達しており、かつＡｌ
の濃度が該表面層の表面から内部に向って漸増して最大
となった後、漸減していることを特徴とするＡｌ含有の
表面層を有する焼結合金。 - 【請求項２】 鉄族金属の結合相３〜３０体積％と、残
り周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物
及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種の硬質相
と不可避不純物とからなる焼結合金の表面に１部又は全
面に亘る表面から０．０１〜１．０ｍｍの内部までの表
面層を形成させた焼結合金であって、該表面層は、該結
合相と該硬質相の他にＡｌが含有されており、該結合相
の濃度が該表面層の表面から内部に向って漸増して最大
となった後、漸減して内部焼結合金の平均的結合相の濃
度に達しており、かつＡｌの濃度が該表面層の表面から
内部に向って漸増して最大となった後、漸減しているこ
とを特徴とするＡｌ含有の表面層を有する焼結合金。 - 【請求項３】 上記表面層は、上記Ａｌの平均濃度及び
上記結合相の平均濃度が２体積％以下でなることを特徴
とする請求項１又は２に記載のＡｌ含有の表面層を有す
る焼結合金。 - 【請求項４】 上記内部焼結合金の平均ビッカース硬さ
（ＨＶｉと記す）に対する上記表面層の表面から０．０
１ｍｍまでの内部における該表面層の平均ビッカース硬
さ（ＨＶｓと記す）の比が１．２０以上（ＨＶｓ／ＨＶ
ｉ≧１．２０）でなることを特徴とする請求項１，２又
は３に記載のＡｌ含有の表面層を有する焼結合金。 - 【請求項５】 請求項１，２，３又は４に記載の焼結合
金の表面に、さらに膜厚が０．５〜２０μｍ、膜質が周
期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭
酸化物，窒酸化物，ホウ化物，硫化物，Ａｌ，Ｓｉの炭
化物，窒化物，酸化物及びこれらの相互固溶体、ダイヤ
モンド状カーボン，ダイヤモンド，立方晶窒化ホウ素の
中の少なくとも１種でなる単層又は多層の被膜を被覆し
たことを特徴とするＡｌ含有の表面層を有する焼結合
金。 - 【請求項６】 鉄族金属の結合相３〜３０体積％と、残
り周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物
及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種の硬質相
と不可避不純物とからなる焼結合金の表面に１部又は全
面に亘ってＡｌもしくはＡｌを含む化合物を付着もしく
は接触させて非酸化性雰囲気中で１１００〜１３００℃
に加熱し、該焼結合金の表面から０．０１ｍｍ〜１．０
ｍｍの内部までの表面層にＡｌを拡散させて、Ａｌの濃
度が該表面層の表面から内部に向って漸増して最大とな
った後、漸減させると共に、該表面層中の該結合相の濃
度が該表面層の表面から内部に向って漸増させることを
特徴とするＡｌ含有の表面層を有する焼結合金の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32370692A JP3194802B2 (ja) | 1992-11-09 | 1992-11-09 | Ａｌ含有の表面層を有する焼結合金及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32370692A JP3194802B2 (ja) | 1992-11-09 | 1992-11-09 | Ａｌ含有の表面層を有する焼結合金及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06146009A JPH06146009A (ja) | 1994-05-27 |
| JP3194802B2 true JP3194802B2 (ja) | 2001-08-06 |
Family
ID=18157698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32370692A Expired - Fee Related JP3194802B2 (ja) | 1992-11-09 | 1992-11-09 | Ａｌ含有の表面層を有する焼結合金及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3194802B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020088748A1 (en) | 2018-10-30 | 2020-05-07 | Hyperion Materials & Technologies (Sweden) Ab | Method of boronizing sintered bodies and tools for cold forming operations and hollow wear parts with boronized sintered bodies |
-
1992
- 1992-11-09 JP JP32370692A patent/JP3194802B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06146009A (ja) | 1994-05-27 |
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