JP7182323B2 - 硬質合金複合部材の製造方法及び真空吸着装置の製造方法 - Google Patents
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未焼結成形体又は一次焼結体の第一の硬質合金材と、未焼結成形体又は一次焼結体の第二の硬質合金材とを接触させて、前記第一及び第二の硬質合金材の液相出現温度のいずれか低い温度以上の焼結温度で加熱し、前記第一の硬質合金材と前記第二の硬質合金材とを接合焼結により接合し、
前記第一及び第二の硬質合金材は、Co、Ni及びFeのうち1種以上を含む結合相成分と、WCを主成分とする硬質相成分とを含む超硬合金からなり、又は周期律表第4~6族の金属の炭化物、窒化物及び炭窒化物の少なくとも一種を含む硬質相成分と、Co,Ni,Fe及びCrの少なくとも一種を含む結合相成分とを含むサーメットからなり、
硬質合金材を前記焼結温度で1分だけ保持した後冷却した被熱処理体の寸法に対する、硬質合金材に接合焼結時と同一の条件で熱処理を施した後の硬質合金焼結体の寸法の変化率[(硬質合金焼結体の寸法-被熱処理体の寸法)/被熱処理体の寸法]を、前記焼結温度で保持されている間における寸法変化率とした場合、前記第一の硬質合金材と前記第二の硬質合金材との前記焼結温度に保持されている間における寸法変化率の差が2%以内であることを特徴とする。
未焼結成形体又は一次焼結体の第一の硬質合金材と、未焼結成形体又は一次焼結体の第二の硬質合金材とを接触させて、前記第一及び第二の硬質合金材の液相出現温度のいずれか低い温度以上の焼結温度で加熱し、前記第一の硬質合金材と前記第二の硬質合金材とを接合焼結により接合し、
前記第一の硬質合金材の前記接合焼結と同じ条件で熱処理を施した後の外径又は外寸と比べて、前記第二の硬質合金材の前記接合焼結と同じ条件で熱処理を施した後の内径又は内寸が同じかわずかに小さく、前記第一の硬質合金材が前記第二の硬質合金材の内側になるように接合し、前記第一の硬質合金材が前記第二の硬質合金材と比べて常温から前記焼結温度までの間における収縮率が小さく、
前記第一及び第二の硬質合金材は、Co、Ni及びFeのうち1種以上を含む結合相成分と、WCを主成分とする硬質相成分とを含む超硬合金からなり、又は周期律表第4~6族の金属の炭化物、窒化物及び炭窒化物の少なくとも一種を含む硬質相成分と、Co,Ni,Fe及びCrの少なくとも一種を含む結合相成分とを含むサーメットからなり、
硬質合金材を前記焼結温度で1分だけ保持した後冷却した被熱処理体の寸法に対する、硬質合金材に接合焼結時と同一の条件で熱処理を施した後の硬質合金焼結体の寸法の変化率[(硬質合金焼結体の寸法-被熱処理体の寸法)/被熱処理体の寸法]を、前記焼結温度で保持されている間における寸法変化率とした場合、前記第一の硬質合金材と前記第二の硬質合金材との前記焼結温度に保持されている間における寸法変化率の差が2%以内であることを特徴とする。
未焼結成形体又は一次焼結体の第一の硬質合金材と、一次焼結体の第二の硬質合金材とを接触させて、前記第一及び第二の硬質合金材の液相出現温度のいずれか低い温度以上の焼結温度で加熱し、前記第一の硬質合金材と前記第二の硬質合金材とを接合焼結により接合し、
前記第二の硬質合金材の前記接合焼結と同じ条件で熱処理を施した後の外径又は外寸と比べて、前記第一の硬質合金材の前記接合焼結と同じ条件で熱処理を施した後の内径又は内寸が同じかわずかに小さく、前記第二の硬質合金材が前記第一の硬質合金材の内側になるように接合し、前記第二の硬質合金材が前記第一の硬質合金材と比べて常温から前記焼結温度までの間における収縮率が小さく、
前記第一及び第二の硬質合金材は、Co、Ni及びFeのうち1種以上を含む結合相成分と、WCを主成分とする硬質相成分とを含む超硬合金からなり、又は周期律表第4~6族の金属の炭化物、窒化物及び炭窒化物の少なくとも一種を含む硬質相成分と、Co,Ni,Fe及びCrの少なくとも一種を含む結合相成分とを含むサーメットからなり、
硬質合金材を前記焼結温度で1分だけ保持した後冷却した被熱処理体の寸法に対する、硬質合金材に接合焼結時と同一の条件で熱処理を施した後の硬質合金焼結体の寸法の変化率[(硬質合金焼結体の寸法-被熱処理体の寸法)/被熱処理体の寸法]を、前記焼結温度で保持されている間における寸法変化率とした場合、前記第一の硬質合金材と前記第二の硬質合金材との前記焼結温度に保持されている間における寸法変化率の差が2%以内であることを特徴とする。
本発明の一実施態様による硬質合金複合部材は、超硬合金又はサーメットからなる多孔質の第一の硬質合金焼結体と、超硬合金又はサーメットからなる緻密又は多孔質の第二の硬質合金焼結体とを有する。
本発明の硬質合金複合部材の製造方法は、多孔質の第一の硬質合金材と、少なくとも1つ以上の緻密又は多孔質の第二の硬質合金材とを接合して、多孔質の第一の硬質合金焼結体と、緻密又は多孔質の第二の硬質合金焼結体とを有する硬質合金複合部材を製造する方法であって、第一及び第二の硬質合金材は未焼結成形体又は一次焼結体であり、第一の硬質合金材と第二の硬質合金材とを接触させて、第一及び第二の硬質合金材の液相出現温度以上の焼結温度で加熱することを特徴とする。
多孔質の第一の硬質合金材と緻密の第二の硬質合金材とを接合して硬質合金複合部材を作製した。第一及び第二の硬質合金材の原料粉末として、WC(1.3μm及び5.9μm)、Co(1.5μm)、Ni(2.8μm)、Fe(4.0μm)、Cr3C2(1.4μm)、TiC0.5N0.5(1.3μm)、Mo2C(3μm)、(Ta0.9,Nb0.1)C(1.8μm)、NbC(1.7μm)を用いた(括弧内は平均粒度を示す)。平均粒度が1.3μmのWCを多孔質合金A~Fと緻密合金1~9及び12に使用し、平均粒度が5.9μmのWCを緻密合金10及び11に使用した。これらの粉末を用い、表1に示す組成に粉末を配合して湿式混合、乾燥し混合粉末を得た。この混合粉末を加圧成形した後、1400~1500℃の真空焼結を行って緻密の第二の硬質合金材を作製した。また混合粉末をスプレードライヤーで造粒した粉末を1150~1250℃での一次焼結し、解砕処理した後、分級して粒度を調整し、得られた平均粒度100μmの球状造粒粉末を成形し、1350~1450℃で真空焼結して多孔質の第一の硬質合金材を作製した。
第一及び第二の硬質合金材がいずれも未焼結成形体の場合、またはいずれかが未焼結成形体の場合の実施例を示す。実施例1と同様の方法で得た多孔質合金B及びDの粉末と、緻密合金1、3及び10の粉末との混合粉末を加圧成形して未焼結成形体を得た。その成形体を焼結して焼結体を得た。試験片寸法は、9×13.5×28(mm)の板状とし、各試料の接合面は研削等で平面とした。
注※1 第一の硬質合金材の試料No.と第二の硬質合金材の試料No.の組み合わせ
※2 第一及び第二の硬質合金材が成形体又は焼結体であるかを示す。
※3 結合相富化領域の有無。〇:あり、△:わずかにあり、×:無
多孔質材と緻密材に液相出現温度が異なる硬質合金を選択し処理温度を変化させて接合を行い、その界面部の強度に対する処理温度の影響を調べた。用いた硬質合金の組成を表4に示す。WCは粒径1.3μmの粉末、その他の粉末は実施例1に示した粉末を用いた。これらの合金を同じく実施例1に示した手順で作製して、形状が9×13.5×28(mm)である接合用焼結体試片を作製した。
図1に示す板状の硬質合金複合部材10を作製した。200×200×20(mm)の板状の多孔質の第一の硬質合金材11aとして表1-Cの硬質合金材を使用し、緻密な第二の硬質合金材12aの200×10×20(mm)の第一の短冊状部品13a,13a及び10×220×20(mm)の第一の短冊状部品13a,13aとして表1-5の硬質合金材を使用し、それぞれ実施例1と同様の方法で作製し、得られた一次焼結体に研削加工を施した。図1(b) に示すように、第一の硬質合金材11aの一対の側面を、緻密の第二の硬質合金材からなる第一の短冊状部品13a,13aにより挟むようにして縦置きに設置し、(ア)の方向から挟むようにして重石を載せて加圧し、1350℃で20分間接合焼結した。第一の硬質合金材11aの第一の短冊状部品13a,13aが設けられていない一対の側面を、緻密の第二の硬質合金材からなる第二の短冊状部品14a,14aにより挟むようにして縦置きに設置し、(イ)の方向から挟むようにして重石を載せて加圧し、1350℃で20分間接合焼結した。接合した部材の各面を必要に応じて研削加工等行い、図1(a) に示す硬質合金複合部材10(220×220×20(mm))を得た。
図2に示す円筒状の硬質合金複合部材20を作製した。φ25×30(mm)の円柱状の多孔質の第一の硬質合金材21aとして表4-Gの硬質合金材を使用し、実施例1と同様の方法で作製し、得られた一次焼結体に研削加工を施した。また円筒状の緻密な第二の硬質合金材22aとして表4-13の硬質合金材を使用し、未焼結成形体を接合焼結時の収縮量が20%となるように実施例1と同様の方法で作製し、その寸法は、接合焼結後にφ30×30(内寸φ24.8×30)(mm)となるようにした。図2(b) に示すように、第二の硬質合金材22aの内側に第一の硬質合金材21aを嵌入し、1370℃で40分間接合焼結した。接合した部材の各面を必要に応じて研削加工等行い、図2(a) に示す硬質合金複合部材20(φ30×30(mm))を得た。
図6に示す板状の硬質合金複合部材30を作製した。50×50×5(mm)の板状の多孔質の第一の硬質合金材31aとして表1-Cの硬質合金材を使用し、実施例1と同様の方法で作製し、得られた一次焼結体に研削加工を施した。また50×50×5(mm)の板状の多孔質の第二の硬質合金材32aとして同じく表1-Cの硬質合金材を使用し、平均粒度100μmの球状造粒粉末と平均粒度50μmの球状造粒粉末を成形して混合した粉末を使用し、実施例1と同様の方法で作製し、得られた一次焼結体に研削加工を施した。図6(b) に示すように、第二の硬質合金材32aの上に第一の硬質合金材31aを裁置し、(ア)の方向から重石を載せて加圧し、1350℃で20分間接合焼結し、50×50×10(mm)の板状の多孔質の第一の硬質合金材を作製した。また緻密な第二の硬質合金材33aの50×5×10(mm)の第一の短冊状部品34a,34a及び5×60×10(mm)の第一の短冊状部品35a,35aとして表1-5の硬質合金材を使用し、それぞれ実施例1と同様の方法で作製し、得られた一次焼結体に研削加工を施した。図6(c) に示すように、第一の硬質合金材の一対の側面を、緻密の第二の硬質合金材からなる第一の短冊状部品34a,34aにより挟むようにして縦置きに設置し、(イ)の方向から挟むようにして重石を載せて加圧し、1350℃で20分間接合焼結した。第一の硬質合金材の第一の短冊状部品34a,34aが設けられていない一対の側面を、緻密の第二の硬質合金材からなる第二の短冊状部品35a,35aにより挟むようにして縦置きに設置し、(ウ)の方向から挟むようにして重石を載せて加圧し、1350℃で20分間接合焼結した。接合した部材の各面を必要に応じて研削加工等行い、図6(a) に示す硬質合金複合部材30(60×60×10(mm))を得た。第一の硬質合金焼結体31の気孔率は35%であり、第二の硬質合金焼結体32の気孔率は27%であった。
図7に示す円筒状の硬質合金複合部材40を作製した。φ15×30(mm)の円柱状の緻密な第二の硬質合金材42aとして表1-5の硬質合金材を使用し、実施例1と同様の方法で作製し、得られた一次焼結体に研削加工を施した。また円筒状の多孔質の第一の硬質合金材41aとして表1-Cの硬質合金材を使用し、未焼結成形体を接合焼結時の収縮量が10%となるように作製し、その寸法は、接合焼結後にφ30×30(内寸φ14.8×30)(mm)となるようにした。図7(b) に示すように、第一の硬質合金材41aの内側に第二の硬質合金材42aを嵌入し、1350℃で50分間接合焼結した。接合した部材の各面を必要に応じて研削加工等行い、図7(a) に示す硬質合金複合部材40(φ30×30(mm))を得た。
図8に示す板状の硬質合金複合部材50を作製した。硬質合金複合部材50は、図8(a) 及び8(b) に示すように、100×100.3×10(mm)の板状の多孔質の第一の硬質合金焼結体51と、120×10×20(mm)の一対の緻密の短冊状部53,53と、120×100×8(mm)の底面部55とその両辺に設けられた10×100×12(mm)の短冊状部56,56とが一体的に形成された緻密のコの字型部54とを有する。一対の短冊状部53,53及びコの字型部54により緻密な第二の硬質合金焼結体52が構成される。コの字型部54の底面4か所には第一の硬質合金材51を保持する16×16×2(mm)の突起57、底面中央にはφ15(mm)の貫通孔58が設けられている。
実施例4~8に使用した第一の硬質合金材及び第二の硬質合金材の焼結温度に保持されている間における寸法変化率の差を求めた。まず実施例4~8に使用した第一の硬質合金材及び第二の硬質合金材と同一ロットのサンプル(一次焼結体又は未焼結成形体)をそれぞれ用意した。各サンプルに、接合焼結の保持時間を1分とした以外は各実施例と同じ条件で熱処理を施し、被熱処理体を作製した。各被熱処理体の寸法を測定した。また各サンプルに、各実施例の接合焼結と同じ条件で熱処理を施し、焼結体を作製した。各焼結体の寸法を測定した。各サンプルの被熱処理体の接合予定部分の寸法と焼結体の接合部分の寸法の差の、被熱処理体の接合部分の寸法に対する割合を寸法変化率とし、第一の硬質合金材の寸法変化率と第二の硬質合金材の寸法変化率の差を求めた。得られた結果を表6に示す。
実施例4~6及び8で作製した硬質合金複合部材が実用に耐えうるか通気性を調べた。実施例4の発明品の第一の硬質合金焼結体11の一方の面を4分割した各領域及び中央部の計5か所をそれぞれ直径10 mmの円を残して樹脂で封止し、円状開口部を設けた。実施例5の発明品は、第一の硬質合金焼結体21の一方の面を直径10 mmの円を中央部に残して樹脂で封止し、円状開口部を設けた。実施例6の発明品は、気孔率が大きい第一の硬質合金焼結体31の表面を直径10 mmの円を中央部に残して樹脂で封止し、円状開口部を設けた。各多孔質材の円状開口部を有する表面側に真空ポンプを取り付けて減圧を行い、その際の多孔質材の通気性を調べた。実施例4については5か所の円状開口部のうちのいずれか1つに真空ポンプを取り付けて減圧を行い、5か所の円状開口部についてそれぞれ多孔質材の通気性を調べた。実施例8の発明品は、貫通孔58に真空ポンプを取り付けて減圧を行い、その際の多孔質材の通気性を調べた。
2・・・第二の硬質合金焼結体
3・・・富化された結合相
4・・・富化された結合相
5・・・富化された結合相
10,20,30,40,50・・・硬質合金複合部材
11,21,31,32,41,51・・・第一の硬質合金焼結体
11a,21a,31a,32a,41a,51a・・・第一の硬質合金材
12,22,33,42,52・・・第二の硬質合金焼結体
12a,22a,33a,42a,52a・・・第二の硬質合金材
13,34・・・第一の短冊状部
13a,34a・・・第一の短冊状部品
14,35・・・第二の短冊状部
14a,35a・・・第二の短冊状部品
53・・・短冊状部
53a・・・短冊状部品
54・・・コの字型部
54a・・・コの字型部品
55・・・底面
56・・・短冊状部
57・・・突起
58・・・貫通孔
Claims (10)
- 第一の硬質合金焼結体と、第二の硬質合金焼結体とを有し、前記第一の硬質合金焼結体の気孔率が前記第二の硬質合金焼結体の気孔率より大きい硬質合金複合部材を製造する方法であって、
未焼結成形体又は一次焼結体の第一の硬質合金材と、未焼結成形体又は一次焼結体の第二の硬質合金材とを接触させて、前記第一及び第二の硬質合金材の液相出現温度のいずれか低い温度以上の焼結温度で加熱し、前記第一の硬質合金材と前記第二の硬質合金材とを接合焼結により接合し、
前記第一及び第二の硬質合金材は、Co、Ni及びFeのうち1種以上を含む結合相成分と、WCを主成分とする硬質相成分とを含む超硬合金からなり、又は周期律表第4~6族の金属の炭化物、窒化物及び炭窒化物の少なくとも一種を含む硬質相成分と、Co,Ni,Fe及びCrの少なくとも一種を含む結合相成分とを含むサーメットからなり、
硬質合金材を前記焼結温度で1分だけ保持した後冷却した被熱処理体の寸法に対する、硬質合金材に接合焼結時と同一の条件で熱処理を施した後の硬質合金焼結体の寸法の変化率[(硬質合金焼結体の寸法-被熱処理体の寸法)/被熱処理体の寸法]を、前記焼結温度で保持されている間における寸法変化率とした場合、前記第一の硬質合金材と前記第二の硬質合金材との前記焼結温度に保持されている間における寸法変化率の差が2%以内であることを特徴とする硬質合金複合部材の製造方法。 - 第一の硬質合金焼結体と、第二の硬質合金焼結体とを有し、前記第一の硬質合金焼結体の気孔率が前記第二の硬質合金焼結体の気孔率より大きい硬質合金複合部材を製造する方法であって、
未焼結成形体又は一次焼結体の第一の硬質合金材と、未焼結成形体又は一次焼結体の第二の硬質合金材とを接触させて、前記第一及び第二の硬質合金材の液相出現温度のいずれか低い温度以上の焼結温度で加熱し、前記第一の硬質合金材と前記第二の硬質合金材とを接合焼結により接合し、
前記第一の硬質合金材の前記接合焼結と同じ条件で熱処理を施した後の外径又は外寸と比べて、前記第二の硬質合金材の前記接合焼結と同じ条件で熱処理を施した後の内径又は内寸が同じかわずかに小さく、前記第一の硬質合金材が前記第二の硬質合金材の内側になるように接合し、前記第一の硬質合金材が前記第二の硬質合金材と比べて常温から前記焼結温度までの間における収縮率が小さく、
前記第一及び第二の硬質合金材は、Co、Ni及びFeのうち1種以上を含む結合相成分と、WCを主成分とする硬質相成分とを含む超硬合金からなり、又は周期律表第4~6族の金属の炭化物、窒化物及び炭窒化物の少なくとも一種を含む硬質相成分と、Co,Ni,Fe及びCrの少なくとも一種を含む結合相成分とを含むサーメットからなり、
硬質合金材を前記焼結温度で1分だけ保持した後冷却した被熱処理体の寸法に対する、硬質合金材に接合焼結時と同一の条件で熱処理を施した後の硬質合金焼結体の寸法の変化率[(硬質合金焼結体の寸法-被熱処理体の寸法)/被熱処理体の寸法]を、前記焼結温度で保持されている間における寸法変化率とした場合、前記第一の硬質合金材と前記第二の硬質合金材との前記焼結温度に保持されている間における寸法変化率の差が2%以内であることを特徴とする硬質合金複合部材の製造方法。 - 第一の硬質合金焼結体と、第二の硬質合金焼結体とを有し、前記第一の硬質合金焼結体の気孔率が前記第二の硬質合金焼結体の気孔率より大きい硬質合金複合部材を製造する方法であって、
未焼結成形体又は一次焼結体の第一の硬質合金材と、一次焼結体の第二の硬質合金材とを接触させて、前記第一及び第二の硬質合金材の液相出現温度のいずれか低い温度以上の焼結温度で加熱し、前記第一の硬質合金材と前記第二の硬質合金材とを接合焼結により接合し、
前記第二の硬質合金材の前記接合焼結と同じ条件で熱処理を施した後の外径又は外寸と比べて、前記第一の硬質合金材の前記接合焼結と同じ条件で熱処理を施した後の内径又は内寸が同じかわずかに小さく、前記第二の硬質合金材が前記第一の硬質合金材の内側になるように接合し、前記第二の硬質合金材が前記第一の硬質合金材と比べて常温から前記焼結温度までの間における収縮率が小さく、
前記第一及び第二の硬質合金材は、Co、Ni及びFeのうち1種以上を含む結合相成分と、WCを主成分とする硬質相成分とを含む超硬合金からなり、又は周期律表第4~6族の金属の炭化物、窒化物及び炭窒化物の少なくとも一種を含む硬質相成分と、Co,Ni,Fe及びCrの少なくとも一種を含む結合相成分とを含むサーメットからなり、
硬質合金材を前記焼結温度で1分だけ保持した後冷却した被熱処理体の寸法に対する、硬質合金材に接合焼結時と同一の条件で熱処理を施した後の硬質合金焼結体の寸法の変化率[(硬質合金焼結体の寸法-被熱処理体の寸法)/被熱処理体の寸法]を、前記焼結温度で保持されている間における寸法変化率とした場合、前記第一の硬質合金材と前記第二の硬質合金材との前記焼結温度に保持されている間における寸法変化率の差が2%以内であることを特徴とする硬質合金複合部材の製造方法。 - 前記第一の硬質合金焼結体は20~40%の気孔率を有し、前記第二の硬質合金焼結体は密度が98%以上であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の硬質合金複合部材の製造方法。
- 前記寸法変化率の差が1%以内であることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の硬質合金複合部材の製造方法。
- 前記第一及び第二の硬質合金材が超硬合金からなる場合、前記硬質相成分として周期律表第4~6族元素の炭化物、窒化物及び炭窒化物のうち1種以上をさらに含むことを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の硬質合金複合部材の製造方法。
- 前記焼結温度を前記第二の硬質合金材の液相出現温度以上の焼結温度とすることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の硬質合金複合部材の製造方法。
- 前記焼結温度を前記第一及び第二の硬質合金材の液相出現温度のうち最も高い液相出現温度以上の焼結温度とすることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の硬質合金複合部材の製造方法。
- 前記第一の硬質合金材は前記結合相成分を5~16質量%含むことを特徴とする請求項1~8のいずれかに記載の硬質合金複合部材の製造方法。
- 請求項1~9のいずれかに記載の方法により製造された硬質合金複合部材を用いて真空吸着装置を製造する方法であって、前記第一の硬質合金材を吸着部とし、前記第二の硬質合金材を支持部とすることを特徴とする真空吸着装置の製造方法。
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