JP3952209B2

JP3952209B2 - Ｗｃ基超硬合金部材

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Publication number: JP3952209B2
Application number: JP2005279037A
Authority: JP
Inventors: 裕久保; 淳幸村
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2025-09-27
Also published as: JP2007092090A

Description

本願発明は、平均粒径が０．８μｍ以下のＷＣ粒子、結合相にＶとＷとＣｒを含む複炭化物相を有するＷＣ基超硬合金に関する。

平均粒径が０．８μｍ以下のＷＣ粒子を含有する微粒超硬合金は、高い硬さと靭性を併せ持つため、エンドミル、プリント基板用ドリル、各種せん断刃などに広範囲に用いられている。近年加工の微細化及び高速化の傾向が著しく、それとともに微粒超硬合金の平均粒径も益々小さくなり、耐折損性、硬さ及び耐摩耗性の高いものが要求されている。これらの具体的例は以下の特許文献１〜６に開示されている。
特許文献１は電子顕微鏡による組織観察で硬質分散相の面積率が７０〜９３面積％で該硬質分散相は、ＷＣをＶとＷとＣｒの析出複合炭化物の薄層で全面被覆及び／又は部分被覆してなる被覆ＷＣからなり、かつ１．０μｍ以下の平均粒径を有する超硬合金製ミニチュアドリルを開示している。特許文献２は特許文献１と同様の組織を有する表面被覆超硬合金製エンドミルを開示している。特許文献３は電子顕微鏡による組織観察で第一硬質分散相６５〜９２．５面積％、第２硬質分散相０．５〜５面積％、Ｃｏを主体とする結合相からなり、該第１硬質分散相は、ＷＣをＶとＷとＣｒの析出複合炭化物の薄層で全面被覆及び／又は部分被覆してなる被覆ＷＣからなる靭性の高い超硬合金製ミニチュアドリルを開示している。特許文献４は特許文献３と同様の組織を有する靭性の高い表面被覆超硬合金製エンドミルを開示している。特許文献５は第１硬質分散相の面積率が６７〜９４面積％、第２硬質分散相の面積率が０．０１〜０．５面積％、残部Ｃｏ及び／又はＮｉを含む金属結合相からなる組織を示し、該第１硬質分散相はＷＣをＶとＷとＣｒの析出複合炭化物の薄層で全面被覆及び／又は部分被覆してなる被覆ＷＣからなる強靭性微粒超硬合金を開示している。特許文献６は粒径０．９μｍ以下のＷＣを主成分とし粒成長抑制剤として０．２〜２．０重量％のＶＮ単独又は、その他の粒成長抑制剤として更にＮｂ、Ｔａ、Ｃｒの炭化物又は窒化物を１種又は２種以上用いる高強度、高靭性、高硬度の超硬合金を開示している。

特許３４５１９４０号公報特許３４５１９４９号公報特許３２９１５６２号公報特許３４５１９５０号公報特開２００４−１６２０８０号公報特開平９−１８４０４２号公報

特許文献１、２はいずれもＷＣをＶとＷとＣｒの析出複合炭化物の薄層で全面被覆及び／又は部分被覆してなる硬質分散相についての記載はあるが、他の硬質分散相についての記載はなく、特許文献３、４、５はいずれも第１硬質分散相及び第２硬質分散相に関わる記載があるが、第２硬質分散相は結合相中に微細に分散したＶとＷとＣｒの析出複合炭化物からなると記載され、それらの成分についての記載はなく、特許文献６にはＶＮを添加した超硬合金が開示されているが、Ｎは１部がＣｏ中に固溶するとの記載はあるが、析出物についての記載はない。
本発明が解決しようとする課題は、微粒超硬合金が具備する高靭性、耐折損性に加え、難削性を示す被加工物に対応するための高硬度、耐摩耗性をもつＷＣ基超硬合金部材を提供することである。特にエンドミル、ドリルなどの小径化を可能とすることである。

本発明のＷＣ基超硬合金は、ＷＣの平均粒径は０．８μｍ以下であり、Ｃｏ含有量は重量％で、４〜１１％、Ｃｒ含有量は０．３〜１．０％、Ｖ含有量は０．２〜０．５％、更に、該Ｃｒ、Ｖは、窒化物、炭窒化物等窒素を含む化合物を用い、残部がＷＣ及び不可避不純物からなるＷＣ基超硬合金であって、該ＷＣ基超硬合金は、Ｃｏを主体とした結合相と、ＷＣを主体とした炭化物相と、ＶとＷとＣｒを含む複炭化物相（Ｖ_ｘＷ_ｙＣｒ_ｚ）Ｃとを有し、該複炭化物相の金属成分は、重量％で、４７≦Ｘ≦７０、２０≦Ｙ≦５２、１≦Ｚ≦３０、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００からなり、該複炭化物相は、前記結合相中への窒素の溶解により、冷却過程における液相存在下の複炭化物の晶出、析出が早められ、該複炭化物相は該炭化物相と隣接し、ＷＣ粒子とＷＣ粒子との間の領域にあり、通常結合相が存在する領域の一部に存在し、且つ該炭化物相のＷＣ粒子とＷＣ粒子の間を埋めるような置換形態で存在して、その平均粒径は０．８μｍ以下、その面積率Ｍ（％）は、３０μｍ×３０μｍを１視野として、２０視野以上の画像より求めた平均値で０＜Ｍ＜０．５であることを特徴とするＷＣ基超硬合金部材である。更に、該複炭化物相は該結合相、該炭化物相と隣接し、ＷＣ粒子とＷＣ粒子との間の領域にあり、通常結合相が存在する領域の一部に存在し、且つ該炭化物相のＷＣ粒子とＷＣ粒子の間を埋めるような置換形態で存在させたＷＣ基超硬合金部材である。本構成を採用することによって、微粒超硬合金が具備する高靭性、耐折損性に加え、高硬度、難削性を示す被加工物に対応するための高硬度、耐摩耗性をもつＷＣ基超硬合金及び硬質皮膜被覆ＷＣ基超硬合金部材を提供することが可能である。特にエンドミル、ドリルなどの小径化が可能となる。

本発明のＷＣ基超硬合金部材のロックウェルＡスケール（以下、ＨＲＡと記す。）での硬さは、９３以上、９５以下であることが好ましい。該ＷＣ基超硬合金部材は、ドリル、小径ドリル、エンドミル、エンドミル加工用刃先交換型チップ、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切り工具、ガンドリル、リーマ、ブローチ及びタップの何れかであることが好適である。特に直径２ｍｍ以下の金属加工用エンドミル、直径０．２ｍｍ以下のプリント基板用ドリル、直径１．５ｍｍ以下のプリント基板用ルーターエンドミルであることが、より好適である。本発明のＷＣ基超硬合金部材に硬質皮膜を被覆し、該硬質皮膜は、金属成分に周期律表４ａ、５ａ、６ａ族元素、Ａｌ、Ｓｉから選択される１種以上の元素を有し、非金属成分にＣ、Ｎ、Ｏ、Ｂから選択される１種以上の元素を有することが好ましい。

本願発明により、微粒超硬合金が具備する高靭性、耐折損性に加え、難削性を示す被加工物に対応するための高硬度、耐摩耗性をもつＷＣ基超硬合金及び被覆ＷＣ基超硬合金部材を提供することが出来た。特にエンドミル、ドリルなどの小径化を可能とし、これらの工具寿命が大幅に改善され、産業上の利用について効果が得られた。

本発明のＷＣ基超硬合金は高靭性、耐折損性に加え、高硬度、耐摩耗性の改善を可能とする。例えば工具等の部材の特性向上を可能にする。以下に本発明の数値限定の理由を述べる。
ＷＣの平均粒径を０．８μｍ以下にした理由は、超硬合金の硬さを硬くするために有効であるからである。一方、０．８μｍを超えて大きい場合、Ｃｏ量を少なくして硬さを上げようとしても、耐摩耗性を確保するための硬さを確保することができないためである。ＷＣ基超硬合金部材の耐摩耗性を向上させるためには、硬さを一定以上に硬くしておく必要があり、ＷＣ平均粒径を０．８μｍ以下とすることが必要である。
Ｃｏは焼結性向上に寄与し、結合相を形成して靭性を改善させ、耐欠損、耐折損性を向上する作用をもつ。しかしＣｏ含有量が４％未満では十分な靭性、耐折損性を得ることが出来ず、またＣｏ含有量が１１％を超えると、硬さの低下が顕著となり、耐摩耗性が著しく低下する。従ってＣｏ含有量を４〜１１％とした。好ましくは５〜１０％である。
ＣｒはＷＣの粒成長を抑制する効果をもつほか、結合相Ｃｏ中に固溶し、その強度を向上させ、耐食性の向上にも寄与する。Ｃｒ含有量が０．３％未満では目的の改善効果を得ることが出来ず、またＣｒの含有量が１％を超えると、結合相中の一部を置換する形態で存在するＶとＷとＣｒを含む複炭化物相の粒径が粗大化し、靭性を著しく低下させる。従ってＣｒ含有量を０．３〜１％とした。
ＶはＷＣの粒成長抑制に最も効果の大きい元素であり、Ｖ添加によりＷＣの粒径を０．８μｍ以下とすることが可能となる。また本発明の結合相の一部を置換した形態をしたＶとＷとＣｒを含む複炭化物相の構成元素であり、これらを構成することにより、硬さ、耐摩耗性の改善に寄与するものである。Ｖ含有量が０．２％未満では粒成長抑制作用を十分に発揮させることが困難となる。原料のＷＣ粉末の粒径を０．８μｍとしても、焼結時に粒成長することにより、焼結体中のＷＣ粒径が０．８μｍを超えてしまう。またＶ含有量が０．５％を超えると、結合相の一部を置換した形態をしたＶとＷとＣｒを含む複炭化物相の粒径が粗大化し、その量も増加するため靭性を著しく低下させる。よってＶ含有量は０．２〜０．５％とした。
本発明のＷＣ基超硬合金部材は、ＶとＷとＣｒを含む複炭化物相（Ｖ_ｘＷ_ｙＣｒ_ｚ）Ｃを有し、但し該複炭化物相の金属成分は重量％で、４７≦Ｘ≦７０、２０≦Ｙ≦５２、１≦Ｚ≦３０、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００からなる。Ｘが４７％未満では、複炭化物相の硬さが低くなり耐摩耗性向上の効果が少なくなる。一方、７０％を超えて大きい場合は、複炭化物相が脆化し不都合である。従って、Ｘは４７≦Ｘ≦７０に規定する。Ｙが２０％未満では、複炭化物相の硬さが低くなり耐摩耗性向上の効果が少なくなる。一方、５２％を超えて大きい場合は、炭化物が脆化し不都合である。従って、Ｙは２０≦Ｙ≦５２に規定する。Ｚが１％未満では、複炭化物相の硬さが低くなり耐摩耗性向上の効果が少なくなる。一方、３０％を超えて大きい場合は、複炭化物相が脆化し不都合である。従って、Ｚは１≦Ｚ≦３０に規定する。即ち複炭化物相の金属成分の重量％が本発明範囲にあるときに、耐摩耗性向上の効果が顕著に現れるものである。
本発明のＷＣ基超硬合金部材は、電子顕微鏡による組織観察により、複炭化物相がＷＣ粒子と隣接して存在する。或いは複炭化物相が結合相及び該ＷＣ粒子と隣接して存在する。この存在形態を図１の模式図に示す。図１では複炭化物相１がＷＣ粒子２と結合相３に隣接して存在する。ＶとＷとＣｒを含む複炭化物相１が、結合相３の一部を置換した形態で存在している。そこで以降は、複炭化物相１の存在形態を置換形態と記す。本発明の置換形態は、複炭化物相１がＷＣ粒子とＷＣ粒子との間の領域にあり、通常Ｃｏ相が存在する領域の一部に存在し、ＷＣ粒子とＷＣ粒子の間を埋めるような形態をいう。複炭化物相１が置換形態で存在することにより、硬さ、耐摩耗性の改善に寄与する。ここで言う複炭化物相１の置換形態は、図２の模式図に示す様に、微細分散複炭化物相４が結合相３に分散分布した形態でも、或いはＷＣ粒子２の表面の少なくとも１部を被覆した表面被覆複炭化物相５の様な形態でもない。図２の様に、微細分散複炭化物相４が結合相３に微細に分散分布した状態は、ＷＣ粒子とＷＣ粒子の間の領域に存在するＣｏ相の中に、微細分散複炭化物相４がＣｏ相に囲まれた状態で存在する形態である。また表面被覆複炭化物相５がＷＣ粒子の表面の少なくとも一部を被覆した形態とは、数原子レベル程度の極めて薄い被覆である。これより本発明の複炭化物相１の置換形態と、従来例の微細分散複炭化物相４が分散分布した形態、或いは表面被覆複炭化物相５が被覆した形態とは全く異なるものである。但し、本発明の複炭化物相が結合相の一部を置換した形態に加え、Ｖ、Ｗ、Ｃｒを含む複炭化物相がＷＣ粒子の表面の少なくとも一部を被覆した形態として存在してもかまわない。
複炭化物相の粒径は０．８μｍ以下とする。０．８μｍを超えるとＷＣの粒径と同等又は大きくなるため、靭性が低下する。複炭化物相の面積率Ｍ（％）は、３０μｍ×３０μｍを１視野として、２０視野以上の画像より求めた平均値で０＜Ｍ＜０．５とする。Ｍ値が０の場合はその効果がなく、また０．５％以上となると複炭化物相の量が多くなるため靭性が低下する。

本発明のＷＣ基超硬合金部材におけるＶ及び／又はＣｒの添加は、Ｖ、Ｃｒの窒化物及び／又は炭窒化物等窒素を含む化合物を原料として用いることが好ましい。その理由は、ＶとＷとＣｒを含む複炭化物相が結合相の一部を置換した形態となり、平均粒径を０．８μｍ以下とすることができるからである。窒素を含む化合物を用いた場合、焼結時にこれらの化合物の解離により生じた窒素の一部がＣｏを主体とする液相中に溶解する。その結果、窒化物の標準生成自由エネルギーが正であり安定な窒化物を形成し得ない。即ち窒素との親和性がないＷは、Ｃｏ中に固溶し難くなる。ＷはＶと並び複炭化物の主成分であり、Ｃｏ中へのＮの溶解により、冷却過程における液相存在下の複炭化物の晶出、析出が早められる結果になる。結合相中にＮが存在しない場合に比べ、早期に晶出、析出することになる。そのため、これら化合物の液相存在下での溶解析出による成長が、窒素が存在しない場合に比べ、長時間にわたり可能となるため、窒素を含まない場合の複炭化物の存在形態である結合相中に微細に分散分布した形態ではなく、それよりも成長した形態である結合相を置換した形態となる。またこの場合、ＶとＷとＣｒを含む複炭化物相が、液相状態の結合相中に存在する窒素の一部を取込み、窒素を含む炭窒化物相であっても良い。更に、Ｖ、Ｗ、Ｃｒの金属成分以外に、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族より選択される１種以上の他の金属成分が微量に含有されていても良い。

本発明に用いた面積率の測定方法により、ＷＣ基超硬合金に存在するＶとＷとＣｒを含む複炭化物相の面積率を正確に測定することが可能である。更にこれに類する複炭化物相等の面積率も測定が出来る。例えば（ＶＣｒ）Ｃ相、ＴａＣ相、（ＴａＶ）Ｃ相その他の炭化物、炭窒化物などの微量含まれる相の面積率の測定、ＴｉＣ基サーメットの微量炭化物相、炭窒化物相の面積率の測定にも適用できる。
本発明に用いた面積率の測定方法は、ＷＣ基超硬合金を研摩し、その研摩面を撮像し、その画像からＷＣ基超硬合金に存在するＶとＷとＣｒを含む複炭化物相の面積率を測定する方法であって、（１）〜（４）の手順による。
（１）ＥＰＭＡの元素マッピング機能により複炭化物相を特定し、該複炭化物相のラインプロファイルを採取する。この時の観察倍率は２０００〜３０００倍が好ましい。
（２）該複炭化物相の形態をＴＥＭ観察により観察し、その寸法値を測定する。この時の観察試料は、ＥＰＭＡで特定した複炭化物相を、電界放射型走査顕微鏡（以下、ＦＥ−ＳＥＭと記す。）にて場所を確認後、試料中から集束イオンビーム（以下、ＦＩＢと記す。）加工により切り出して作成する。
（３）（１）の複炭化物相のＥＰＭＡラインプロファイルと（２）のＴＥＭによる複炭化物相の測定寸法とを照合し、複炭化物相に相当するラインプロファイルのカウント数である閾値を設定する。更に別の複炭化物相にて（１）〜（３）を繰り返し、閾値にばらつきのないことを確認し、それらの平均値として閾値を設定することが好ましい。ＥＰＭＡマッピングを無作為に多数視野実施する。例えば２０００倍の場合３０μｍ×３０μｍを１視野としてマッピングし、１３０μｍ横へ移動後次のマッピングをするという方法により無作為に１００μｍ離れた視野をマッピングする。これを４回繰り返し、合計５視野のマッピングを行い、続いて最初の視野に戻り、そこから下へ１３０μｍ移動し、上記と同じ方法にて５視野のマッピングを行う。これらを連続しておこなうことにより無作為に選んだ複数視野のマッピング像を得る。視野数は２０視野以上実施することが好ましい。
（４）前記画像手段により得られた複数の画像を（３）で設定した閾値により２値化し、画像処理することにより複炭化物相の面積率を演算することによって求める。面積率は複数の画像から求め、平均値を用いることが好ましい。

本発明のＷＣ基超硬合金部材は、ドリル、小径ドリル、エンドミル、エンドミル加工用刃先交換型チップ、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切り工具、ガンドリル、リーマ、ブローチ及びタップ等に好適であり、工具の長寿命化が計られる。より好ましくは、直径０．２ｍｍ以下のプリント基板用ドリル又は、直径１．５ｍｍ以下のプリント基板用ルーターエンドミル、直径２ｍｍ以下の金属加工用エンドミルに適用されることである。この理由は、これらの用途においてはＷＣ基超硬合金部材の硬さ、耐摩耗性等の特性が、被削材の難削化、高硬度化に有効に対応し、工具寿命向上に有効だからである。

本発明のＷＣ基超硬合金部材は硬質皮膜が被覆されることが好ましい。該硬質皮膜は、金属成分に周期律表４ａ、５ａ、６ａ族元素、Ａｌ、Ｓｉから選択される１種以上の元素を有し、非金属成分にＣ、Ｎ、Ｏ、Ｂから選択される１種以上の元素を有する。高硬度な硬質皮膜によって部材の耐摩耗性は更に向上し、高靭性、耐折損性を備えた硬質皮膜被覆ＷＣ基超硬合金部材が得られる。より好ましくは、（ＡｌＣｒ）（ＮＯ）系皮膜、（ＡｌＣｒＳｉ）（ＮＯ）系皮膜、（ＴｉＳｉ）（ＮＯ）系皮膜、（ＣｒＳｉ）（ＮＢ）系皮膜、Ｔｉ（ＮＢＯ）系皮膜から選択される１種以上の単層、積層膜を採用することによって、耐摩耗性の向上に加えて耐酸化性や潤滑性能の向上が得られる。以下本発明を実施例により更に詳細に説明する。実施例では本発明の一部の例を示すものであり、本発明は実施例により制約されるものではない。

（実施例１）
原料粉末として、平均粒径約０．４μｍのＷＣ粉末、同約１〜２μｍのＣｏ、ＶＣ、ＶＮ、Ｃｒ_３Ｃ_２、Ｃｒ_２Ｎ各原料粉末を用いて所定の組成に配合した。粉末は成形バインダーを含んだアルコール中アトライターで１２時間混合し、スプレードライヤーで造粒乾燥した。得られた造粒粉末を押出し成形して圧粉体とした。この圧粉体を１０Ｐａの真空雰囲気中において１４００〜１４５０℃で焼結し、焼結体を作製した。得られた焼結体を研摩し、研摩面にてロックウェルＡスケールにて硬さを測定した。更に、本発明で示した方法にてＶとＷとＣｒを含む複炭化物相の組成、形態、寸法及び面積率を求めた。それらの測定結果を、配合組成と併せて表１に示す。

焼結体のＷＣの平均粒径は、焼結素材の断面を鏡面研磨した後、村上試薬で０．５分、王水で０．５分間エッチングすることにより結晶粒界を明確にした後、走査電子顕微鏡（日立製作所製、Ｓ−４２００、以下、ＳＥＭと記す。）によって倍率１０ｋ倍で撮影した画像を拡大コピーし、これを画像解析ソフトにより解析することにより算出した。上記方法により測定したＷＣ平均粒径はいずれも０．３〜０．４μｍであった。
図３は本発明例１について、複炭化物相の面積率を測定する方法の手順（１）のＥＰＭＡの元素マッピング機能によるミクロ組織である。ＥＰＭＡの測定条件は対象元素をＶとし、加速電圧：２５ｋＶ、ビーム径：１μｍ、スキャン方法：ステップスキャン、ステップサイズ：ｘ：０．２μｍ、ｙ：０．２μｍ、サンプリングタイム：１０ｍｓ、データポイント：１５０×１５０、分析エリア：３０μｍ×３０μｍ、マッピング：各点におけるカウント数の積算値を表示した。次に手順（２）によって、同一視野内の複炭化物相の形態をＴＥＭ観察により観察し、その寸法値を測定した。更に手順（３）によって閾値を設定した。同一視野内の３０μｍ×３０μｍのＥＰＭＡの元素マッピング機能によるミクロ組織より、ＷＣ平均粒径とほぼ同じ大きさの複炭化物相を通るラインを設定した。次に、図３のラインプロファイルにおいて、縦軸の目盛２７付近の横軸に平行な細い実線で表示したラインを設定し、ライン上の各点におけるカウント数の積算値を求めた。図３のＥＰＭＡのラインプロファィルでは、複炭化物相の存在する箇所に縦軸のカウント数が略６６程度と大きな値を示す所と、バックグラウンドの極大点で、縦軸のカウント数が２０から２８のノイズと同程度のものとがあった。先に手順（２）で求めた寸法値を、図３のラインプロファィルのデータと照合した。ここで、複炭化物相の寸法値が０．６μｍの場合には、ＥＰＭＡのステップサイズの測定条件より、３ステップ分のピーク幅を有する事となる。そこで３ステップ分のピーク幅の縦軸のカウント数を閾値として求めた。その結果を図３内に、縦軸の目盛４０付近の横軸に平行な太い実線で表示した。最後に手順（４）によって、手順（２）により得られた複数の画像を手順（３）で設定した閾値により２値化し、画像処理することにより複炭化物相の面積率を演算によって求めた。その結果を表１に併記した。
次にこれらの焼結体を加工して、φ４．０×４５ｍｍの丸棒からφ１．０ｍｍ（Ｒ０．５ｍｍ）の高硬度材加工用ボールエンドミルを作製した。得られたエンドミルにアークイオンプレーティングにて（ＴｉＡｌ）Ｎ皮膜を３．０μｍ、（ＴｉＳｉ）Ｎ皮膜を１．０μｍとして成膜した。これらのエンドミルを用いて下記の条件にて底面切削加工を行い、刃先逃げ面摩耗量が０．０１５ｍｍになるまでの切削距離で評価した。結果を併せて表１に示す。
（加工条件１）
被削材：ＳＫＤ１１（熱処理材硬さＨＲＣ６０）
回転数：１３０００回転／分
送り量：５６０ｍｍ／ｍｉｎ
切込量：径方向０．０７ｍｍ、深さ方向０．２１ｍｍ

本発明例１から９のエンドミルはいずれも上記寿命基準における切削寿命が３０ｍ以上であるのに対し、Ｃｏ量が本発明規定の範囲外の比較例１０、１１については、比較例１０はＣｏ量が少なすぎるため焼結性が劣り、また比較例１１はＣｏ量が多すぎるため硬さが９３．０より低くなり、エンドミル切削時の上記寿命基準における切削距離が２０ｍ以下と短くなった。Ｃｒ量が本発明規定の範囲外の比較例１２、１３については、比較例１２はＣｒ量が少なくその結果硬さが低くなり切削可能距離も短くなった。また比較例１３はＶとＷとＣｒを含む炭化物の粒径及び面積率が大きくなるため、靭性が低下し、チッピングにより切削距離が短くなった。Ｖ量が本発明規定の範囲外となる比較例１４、１５、１６については、Ｖ量が少ない比較例１４はＶが少ないためＷＣ粒子が粒成長し、硬さが低くなり切削距離も短くなった。またＶ量が多い比較例１５、１６はＶとＷとＣｒを含む炭化物の粒径及び面積率が大きくなるため、靭性が低下し、チッピングにより切削距離が短くなった。Ｖ、Ｃｒの添加方法として窒素を含まない化合物を使用した比較例１７はＶとＷとＣｒを含む炭化物が結合相を一部置換するのではなく、結合相中に分散するため、添加量は同じで窒素を含む化合物を添加した本発明例７に比べ硬さが低くなり、切削距離も短くなった。またＶとＷとＣｒを含む複炭化物相の組成も比較例１０から１７においては、本発明規定の範囲から外れたものとなった。これらより高硬度被削材のエンドミル切削において本発明例のエンドミルの優位性が明らかである。

（実施例２）
原料粉末として、平均粒径約０．６μｍのＷＣ粉末、実施例１の原料粉末を用い、表２に示す組成に配合し、成形バインダーを含んだアルコール中アトライターで１２時間混合後、スプレードライヤーで造粒乾燥した。得られた造粒粉末を押出しプレス成形して圧粉体とした。これらの圧粉体を１０Ｐａの真空雰囲気中において１４００〜１４５０℃で焼結したのち、同一温度に保持したまま４．９ＭＰａでガス加圧し焼結体を作製した。得られた焼結体につき実施例１と同様の方法にて各種の測定を実施した。それらの測定結果を配合組成と併せて表２に示す。

焼結体のＷＣ平均粒径はいずれも０．３〜０．６μｍであった。次にこれらの焼結体を加工して、φ２．０×３１．８ｍｍの丸棒からφ０．１５ｍｍのプリント基板用ドリルを作製した。これらのドリルを用いて下記の条件にて穴明を実施し、２０００穴加工時点での刃先から０．１ｍｍの位置の径減量を評価した。結果を表２に示す。
（加工条件２）
基板：０．１ｍｍｔ、両面板、銅厚さ５μｍ×６枚重ね
回転数：３００、０００回転／分
送り量：５μｍ／回転

本発明例１８から２３に示す様に、ドリルの径減量はいずれも１０μｍ以下と摩耗量が少なくなった。一方、Ｃｒ量が本発明規定の範囲外の比較例２４、２５については、比較例２４はＣｒ量が少ないため粒成長を生じたため硬さが低く、径減量も２０μｍと大きくなった。また比較例２５はＣｒが多すぎるためＶとＷとＣｒを含む炭化物の粒径及び面積率が大きくなるため、おそらく靭性が低下したためにチッピングにより径減量が大きくなった。Ｖ量が本発明規定の範囲外となる比較例２６、２７については、Ｖ量が少ない比較例２６はＶが少ないためＷＣ粒子が粒成長し、硬さが低くなり摩耗量が大きく径減量も大きくなった。またＶ量が多い比較例２７はＶとＷとＣｒを含む炭化物の粒径及び面積率が大きくなるため、靭性の低下のためチッピングが大きくなり径減量が大きくなった。Ｖ、Ｃｒの添加方法として窒素を含まない化合物を使用した比較例２８は、ＶとＷとＣｒを含む炭化物が本発明の形態ではなく、結合相中に分散するため、添加量が同じで窒素を含む化合物を添加した本発明例２０に比べ硬さが低くなり、摩耗量が大きく径減量が大きくなった。またＶとＷとＣｒを含む複炭化物相の組成も比較例２４から２７においては、本発明規定の範囲から外れたものとなった。これらよりプリント基板用の小径ドリルによる穴明加工において本発明ドリルの優位性が明らかである。

（実施例３）
原料粉末として、平均粒径約０．４μｍのＷＣ粉末、実施例１の原料粉末を用い、表３に示す組成に配合し、成形バインダーを含んだアルコール中アトライターで１２時間混合後、スプレードライヤーで造粒乾燥した。得られた造粒粉末を押出しプレス成形して圧粉体とした。これらの圧粉体を１０Ｐａの真空雰囲気中において１４００〜１４５０℃で焼結したのち、同一温度に保持したまま４．９ＭＰａでガス加圧し焼結体を作製した。得られた焼結体につき実施例１と同様の方法にて各種の測定を実施した。それらの測定結果を配合組成と併せて表３に示す。

これら焼結体のＷＣ平均粒径はいずれも０．３〜０．４μｍであった。これらの焼結体を加工して、φ３．１７５×３８ｍｍの丸棒からφ１．５ｍｍのプリント基板用ルーターエンドミルを作製した。これらルーターエンドミルを用いて溝加工を行い、２０ｍ切削後の径減量を評価した。結果を併せて表３に示す。
（加工条件３）
基板：１．６ｍｍｔ、銅なし、ＦＲ４×２枚重ね
回転数：３０、０００回転／分
送り量：１０００ｍｍ／ｍｉｎ、
Ｚ軸切込速度：２００ｍｍ／ｍｉｎ

本発明例２９から３１のルーターエンドミルはいずれも径減量が１０μｍ以下の良好な耐摩耗特性を示した。一方、比較例３２のルーターエンドミルはＶ、Ｃｒの添加化合物に窒素を含まないため、ＶとＷとＣｒを含む炭化物が結合相を一部置換するのではなく、結合相中に分散するため、Ｖ、Ｃｒの添加量が等しく窒素を含む化合物を添加した本発明例２９から３１に比べ硬さが低くなり、摩耗量が大きくなり径減量が２０μｍと大きくなった。これらよりプリント基板用の小径ルーターエンドミルによる溝入れ加工において本発明のルーターエンドミルの優位性が明らかである。

図１は、本発明のＶとＷとＣｒを含む炭化物の形態の模式図を示す。図２は、従来例のＶとＷとＣｒを含む炭化物の形態の模式図を示す。図３は、本発明例１のＥＰＭＡによる測定結果を示す。

符号の説明

１：ＶとＷとＣｒを含む複炭化物相
２：ＷＣ粒子
３：結合相
４：微細分散複炭化物相
５：表面被覆複炭化物相

Claims

ＷＣの平均粒径は０．８μｍ以下であり、Ｃｏ含有量は重量％で、４〜１１％、Ｃｒ含有量は０．３〜１．０％、Ｖ含有量は０．２〜０．５％、更に、該Ｃｒ、Ｖは、窒化物、炭窒化物等窒素を含む化合物を用い、残部がＷＣ及び不可避不純物からなるＷＣ基超硬合金であって、該ＷＣ基超硬合金は、Ｃｏを主体とした結合相と、ＷＣを主体とした炭化物相と、ＶとＷとＣｒを含む複炭化物相（Ｖ_ｘＷ_ｙＣｒ_ｚ）Ｃとを有し、該複炭化物相の金属成分は、重量％で、４７≦Ｘ≦７０、２０≦Ｙ≦５２、１≦Ｚ≦３０、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００からなり、該複炭化物相は、前記結合相中への窒素の溶解により、冷却過程における液相存在下の複炭化物の晶出、析出が早められ、該複炭化物相は該炭化物相と隣接し、ＷＣ粒子とＷＣ粒子との間の領域にあり、通常結合相が存在する領域の一部に存在し、且つ該炭化物相のＷＣ粒子とＷＣ粒子の間を埋めるような置換形態で存在して、その平均粒径は０．８μｍ以下、その面積率Ｍ（％）は、３０μｍ×３０μｍを１視野として、２０視野以上の画像より求めた平均値で０＜Ｍ＜０．５であることを特徴とするＷＣ基超硬合金部材。
ＷＣの平均粒径は０．８μｍ以下であり、Ｃｏ含有量は重量％で、４〜１１％、Ｃｒ含有量は０．３〜１．０％、Ｖ含有量は０．２〜０．５％、更に、該Ｖ、Ｃｒは、窒化物、炭窒化物等窒素を含む化合物を用い、残部がＷＣ及び不可避不純物からなるＷＣ基超硬合金であって、該ＷＣ基超硬合金は、Ｃｏを主体とした結合相と、ＷＣを主体とした炭化物相と、ＶとＷとＣｒを含む複炭化物相（Ｖ _ｘＷ _ｙＣｒ _ｚ）Ｃとを有し、該複炭化物相の金属成分は、重量％で、４７≦Ｘ≦７０、２０≦Ｙ≦５２、１≦Ｚ≦３０、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００からなり、該複炭化物相は、前記結合相中への窒素の溶解により、冷却過程における液相存在下の複炭化物の晶出、析出が早められ、該複炭化物相は該結合相、該炭化物相と隣接し、ＷＣ粒子とＷＣ粒子との間の領域にあり、通常結合相が存在する領域の一部に存在し、且つ該炭化物相のＷＣ粒子とＷＣ粒子の間を埋めるような置換形態で存在して、その平均粒径は０．８μｍ以下、その面積率Ｍ（％）は、３０μｍ×３０μｍを１視野として、２０視野以上の画像より求めた平均値で０＜Ｍ＜０．５であることを特徴とするＷＣ基超硬合金部材。
請求項１又は２記載のＷＣ基超硬合金部材において、該ＷＣ基超硬合金部材のロックウェルＡスケールでの硬さが９３以上、９５以下であることを特徴とするＷＣ基超硬合金部材。
請求項１乃至３何れかに記載のＷＣ基超硬合金部材において、該ＷＣ基超硬合金部材は、ドリル、小径ドリル、エンドミル、エンドミル加工用刃先交換型チップ、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切り工具、ガンドリル、リーマ、ブローチ及びタップの何れかであること特徴とするＷＣ基超硬合金部材。
請求項４記載のＷＣ基超硬合金部材において、該エンドミルの直径が２ｍｍ以下であることを特徴とするＷＣ基超硬合金部材。
請求項４記載のＷＣ基超硬合金部材において、該エンドミルの直径が１．５ｍｍ以下のプリント基板用ルーターエンドミルであることを特徴とするＷＣ基超硬合金部材。
請求項４記載のＷＣ基超硬合金部材において、該ドリルの直径が０．２ｍｍ以下のプリント基板用ドリルであることを特徴とするＷＣ基超硬合金部材。
請求項１乃至７何れかに記載のＷＣ基超硬合金部材において、該ＷＣ基超硬合金部材は硬質皮膜が被覆され、該硬質皮膜は、金属成分に周期律表４ａ、５ａ、６ａ族元素、Ａｌ、Ｓｉから選択される１種以上の元素を有し、非金属成分にＣ、Ｎ、Ｏ、Ｂから選択される１種以上の元素を有することを特徴とする被覆ＷＣ基超硬合金部材。