JP3336138B2 - 銀色焼結体 - Google Patents

銀色焼結体

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、装飾部品,工
具,摺動部材,産業用刃物,印鑑,メガネフレーム,食
器類,シューズのピンやゴルフクラブ等のスポーツ用品
等に用いられる銀色焼結体に関するものであり、特に、
時計用外装部品,ネクタイピン,ブレスレット,ピア
ス,イヤリング,釣具部品等の装飾用部材として、高強
度,高硬度,耐チッピング性,耐食性に優れ、かつ優れ
た装飾性を備える銀色焼結体に関するものである。
【0002】
【従来技術】従来、時計用外装部品等の装飾部品に要求
される特性は、耐食性に富み、耐スクラッチ性が高く、
さらに金属光沢が長く持続することが要求されている。
そして、このような装飾部品として最適な金属光沢を有
する材料として、ステンレスや金属の炭化物、例えばW
CやTiCをNiやCo等の金属で結合させた焼結合金
が用いられていた。
【0003】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、ステ
ンレスは耐食性に優れているものの、硬度が低いために
傷が付き易く、一方、WCやTiCを主成分としNiや
Co等の金属元素で結合した焼結合金では、焼結体自体
の硬度の問題はないものの、人間の汗や海水に対する耐
食性が低いという欠点があった。
【0004】
【問題点を解決するための手段】本発明者は、上記問題
を解決するために鋭意検討した結果、結晶相として(T
a b )Bc および(Tix y )Cz 相を主として
生成させることにより、高強度,高硬度で耐食性に優れ
た銀色焼結体が得られることを知見し、本発明に至っ
た。
【0005】即ち、本発明の銀色焼結体は、Tiと周期
律表第4a、5a及び6a族元素(Tiを除く)の少な
くとも1種とを含むホウ化物と、Tiを含む炭化物とを
合量が60重量%以上含有し、残部がTiを主成分とす
る金属相と不可避不純物からなり、前記ホウ化物および
炭化物の原子比による組成式をそれぞれ(Tiab)B
c、(Tixy)Cz(ただし、M,Nは周期律表第4
a,5a,6a族元素(Tiを除く)のうち少なくとも
一種)と表した時、a,b,c,x,y,zが、0.8
≦a<1.0、0<b≦0.2、0.8≦c≦1.0、
a+b=1、0.8≦x≦1.0、0≦y≦0.2、
0.6≦z≦1.0、x+y=1を満足するものであ
る。
【0006】ここで、上記のように限定した理由につい
て説明する。Tiと周期律表第4a、5a及び6a族元
素(Tiを除く)の少なくとも1種とを含むホウ化物
(以下、Ti系ホウ化物という)と少なくともTiを含
む炭化物(以下、Ti系炭化物という)の合量は60重
量%以上であることが重要である。60重量%未満で
は、焼結体中の硬質相が少なくなり、硬度が低下する傾
向にあるからである。Ti系炭化物とTi系ホウ化物の
合量は特に70重量%以上であることが望ましい。
【0007】Ti系ホウ化物のTiの原子比を0.8≦
a<1.0、即ち、金属Mの原子比を0<b≦0.2と
したのは、Tiの原子比aが0.8よりも小さい場合
(金属Mの原子比が0.2より大きい場合)には焼結性
が低下し、強度が低下するためである。Ti系ホウ化物
のTiの原子比は0.85≦a≦0.95、即ち、金属
Mの原子比は0.05≦b≦0.15であることが望ま
しい。
【0008】また、Ti系ホウ化物のホウ素の原子比を
0.8≦c≦1.0としたのは、0.8より小さいと焼
結性が低下しボイドが発生するためであり、1.0より
も大きいと遊離したホウ素により強度の低下を生ずるた
めである。Ti系ホウ化物のホウ素の原子比cは、0.
9≦c≦1.0が望ましい。
【0009】Ti系炭化物のTiの原子比を0.8≦x
≦1.0、即ち、金属Nの原子比を0≦y≦0.2とし
たのは、Tiの原子比xが0.8よりも小さい場合(金
属Nの原子比が0.2より大きい場合)には焼結性が低
下し、強度が低下するためである。Ti系炭化物のTi
の原子比は0.80≦x≦0.95、即ち、金属Nの原
子比は0.05≦y≦0.20であることが望ましく、
特には、0.90≦x≦0.95、0.05≦y≦0.
10であることが望ましい。
【0010】また、Ti系炭化物の炭素の原子比を0.
6≦z≦1.0としたのは、zが0.6より小さいと焼
結性が低下しボイドが発生するためであり、1.0より
も大きいと遊離した炭素により強度の低下を生ずるため
である。Ti系炭化物の炭素の原子比zは、0.7≦z
≦0.9が望ましい。
【0011】ここで、MまたはNは周期律表第4a,5
a,6a族元素(Tiを除く)のうち少なくとも一種で
あるが、これらの金属をTi系ホウ化物やTi系炭化物
に固溶させることにより、抗折強度,ビッカース硬度,
破壊靱性等の機械的特性をさらに向上することができる
からである。
【0012】周期律表第4a族元素としては、Zr,H
fがあり、周期律表第5a族元素としては、V,Nb,
Taがあり、周期律表第6a族元素としてはCr,M
o,Wがある。添加物としてはMo,Ta,Wが最も望
ましい。
【0013】本発明の銀色焼結体では、特に、Ti系ホ
ウ化物とTi系炭化物を70重量%以上含有し、残部が
Tiを主成分とする金属相と不可避不純物からなり、前
記Ti系ホウ化物およびTi系炭化物の原子比による組
成式をそれぞれ(Tia b)Bc 、(Tix y )C
z (ただし、MまたはNは周期律表第4a,5a,6a
族元素(Tiを除く)のうち少なくとも一種)と表した
時、a,b,c,x,y,zが、0.85≦a≦0.9
5、0.05≦b≦0.15、0.9≦c≦1.0、a
+b=1、0.90≦x≦0.95、0.05≦y≦
0.10、0.7≦z≦0.9、x+y=1を満足する
ことが望ましい。
【0014】本発明の銀色焼結体では、焼結体中には、
主として(Tia b )Bc 相および(Tix y )C
z 相が存在しており、これらの粒界に、金属チタンを主
成分とする金属相が存在している。この金属相には金属
MやNが存在しても良い。
【0015】本発明の銀色焼結体は、例えば、原料粉末
としてチタン粉末およびチタンの炭化物やチタンのホウ
化物粉末を混合したもの、あるいはこれに、V,Cr,
Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wのうち少なくとも一
種の金属、またはこれらの金属の炭化物,ホウ化物,窒
化物の少なくとも一種の化合物粉末を混合粉砕した後、
バインダーを所定量加え、所定圧力で所望形状に加圧成
形し、これを非酸化性雰囲気下において所定温度で脱バ
インダーした後、所定温度で焼成を行うことにより得ら
れる。
【0016】本発明の銀色焼結体は、好適には、例え
ば、粒径が0.5〜3.0μmのチタンの炭化物および
チタンのホウ化物と、粒径が4〜300μmのチタン粉
末と、粒径1.0〜10.0μmのVCやMo2 C等の
粉末を秤量混合し、これをアセトン等の有機溶媒中、混
合粉砕した後、有機バインダーを加え、所望形状に成形
する。そして、成形体を非酸化性雰囲気下において所定
温度で脱バインダーした後、真空加熱炉において所定温
度で真空焼成を行うことにより得られる。
【0017】ここで、チタンのホウ化物としては、Ti
2 とTiBのいずれも用いることができる。原料とし
てTiB2 を用いる場合には、このTiB2 と金属Ti
が1300〜1600℃で反応してチタン系ホウ化物
(TiB)が生成される。
【0018】また、チタン系ホウ化物は焼結体中におい
て少なくとも一部が針状結晶として存在する事が望まし
いが、針状でなくてもかまわない。TiB粒子の一部を
針状結晶とすることにより、焼結体の靱性をさらに向上
することができるからである。
【0019】焼成方法としては真空度が10-1〜10-5
torrの雰囲気や各種雰囲気において減圧または無加
圧にて、温度1300〜1600℃で焼成する。さら
に、非酸化性雰囲気下、熱間静水圧焼成(HIP)にお
いて、100〜2000気圧下で1200〜1400℃
で焼成することが望ましい。焼成時間は試料の大きさに
もよるが通常0.5〜5時間である。そして焼成後、焼
結体の表面をダイヤモンドペースト等により鏡面研磨す
ることにより、光沢のある銀色が出現する。
【0020】本発明の銀色焼結体では、本発明の組成範
囲を満足する限り、不純物やその他の化合物,金属が少
量含有しても、特性上影響はない。
【0021】また、本発明の銀色焼結体を、人間の肌に
直接的に接触する例えば、装飾部品として用いる場合に
は、前記MおよびNである周期律表第4a,5a,6a
族元素としては、V,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,
Wであることが望ましく、さらに、アレルギーを防止す
るためには、焼結体中に、アレルギー源となる金属不純
物(Al,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Z
n,Rh,Pd,Cd,Sn,Sb)の含有量が0.3
重量%以下であることが望ましい。
【0022】
【作用】本発明の銀色焼結体では、焼結体中の(Tix
y )Cz 相が銀色の色彩付与に寄与し、(Ti
a b )Bc 相は低温で生成でき、さらに抗折強度,ビ
ッカース硬度,破壊靱性等の機械的特性向上に寄与す
る。従って、本発明では、焼結体中の結晶相が主として
(Tia b )Bc 相と(Tix y )Cz 相により構
成されているため、光沢のある銀色を有し、優れた抗折
強度,ビッカース硬度,破壊靱性を得ることができると
ともに、1300〜1600℃の低温で焼成することが
できる。
【0023】このような銀色焼結体は、例えば、時計ケ
ース,時計バンド,ネックレス,ブレスレット等の装飾
用やハサミ、刃物、釣具等に好適に利用することができ
るとともに、その他の工具や機械部品等にも用いること
ができる。
【0024】
【実施例】原料粉末として平均粒径1.1μmのTiC
粉末およびTiB2 粉末、粒径40μmのTi粉末、平
均粒径2.0μmのV,Cr,Zr,Nb,Mo,H
f,Ta,Wの少なくとも一種の金属、またはこれらの
金属の炭化物,ホウ化物の粉末を用い、これらを最終焼
結体の各金属の原子比が表1に示す割合となるように秤
量混合し、これをアセトン等の有機溶媒中、約68時間
混合粉砕した後、パラフィンを6重量%加え、2.0t
on/cm2 で所望形状に加圧成形する。成形されたも
のを非酸化性雰囲気下において400℃で脱バインダー
した後、真空度10-3torrの真空加熱炉において温
度1450℃で真空焼成を1時間行い、さらに、アルゴ
ン雰囲気において1300℃で1時間熱間静水圧焼成を
行った。
【0025】このようにして得られた最終焼結体をX線
回折測定で結晶相を同定した結果、本発明品は、いずれ
も主としてTiC相とTiB相が存在していることを確
認した。また、焼結体の分析をICP発光分光分析等に
より行い、各金属の原子比を求めた。
【0026】また、Tiを主成分とする金属相に対し
て、波長分散型X線回折装置(EPMA)による分析を
行った結果、金属MやNの存在を確認した。
【0027】
【表1】
【0028】そして、焼結体を平面研削および鏡面研磨
し、この後、抗折強度,ビッカース硬度(Hv),破壊
靭性値および耐食性を試験し、目視により焼結体の色彩
を確認した。抗折強度の測定はJISR1601の3点
曲げ試験法に従い、ビッカース硬度の測定はJISZ2
244試験法に従った。また、破壊靭性値はIF法によ
り求めた。そして、耐食性試験は、ISO(国際標準化
機構)規格に則した人工汗(pH4.7)を腐食液とし
て使用し、温度37℃±2℃に保持した人工汗中に、鏡
面研磨した試料の下半分を24時間浸し、浸した後の試
料の研磨面の下半分と上半分の状態を比較して観察する
ことにより行った。研磨面が腐食していない場合を○、
研磨面が少し腐食している場合を△とした。また、目視
によりいずれの試料も光沢のある銀色が出現することを
確認した。これらの結果を表1に示した。
【0029】この表1から、本発明の試料では、抗折強
度が800MPa以上、ビッカース硬度が9.0GPa
以上、破壊靱性値が6.5MPa・m1/2 以上であり、
耐食性が良好であることが判る。
【0030】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の銀色焼結
体によれば、実用上何等支障のない強度および硬度を有
するとともに、耐チッピング性、耐食性に優れ、また、
焼結性の向上により銀色の鏡面が容易に現出し、これに
より、長期間にわたり腐食や傷が発生しない銀色装飾品
として、例えば、時計ケース,時計バンド,ネックレ
ス,ブレスレット,ボタン等の装飾品やパターや釣具、
刃物等に好適に利用することができる。また、本発明の
銀色焼結体は、装飾品以外の摺動部材や食器類、スポー
ツ用品などに用いることもできる。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Tiと周期律表第4a、5a及び6a族元
    素(Tiを除く)の少なくとも1種とを含むホウ化物
    と、Tiを含む炭化物とを合量が60重量%以上含有
    し、残部がTiを主成分とする金属相と不可避不純物か
    らなり、前記ホウ化物および炭化物の原子比による組成
    式をそれぞれ (Tiab)Bc (Tixy)Cz (ただし、M,Nは周期律表第4a,5a,6a族元素
    (Tiを除く)のうち少なくとも一種)と表した時、 a,b,c,x,y,zが、 0.8≦a<1.0 0 <b≦0.2 0.8≦c≦1.0 a+b=1 0.8≦x≦1.0 0 ≦y≦0.2 0.6≦z≦1.0 x+y=1 を満足することを特徴とする銀色焼結体。
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