JPH01261213A - ４ａ，Ｖａ，６ａ族金属の炭化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はＷ　ａ　、　Ｖ　ａ　、　Ｖｌ　ａ族金属の炭
化方法に関し、さらに詳しく言うと、ＩＶａ、Ｖａ、Ｖ
ｉａ族金属の炭化物を低温て製造することかてきる方法
に関する。

［従来の技術と発明か解決しようとする課題］従来、Ｉ
Ｖ　ａ、Ｖ　ａ、Ｖｌ　ａ族金属の炭化物を含有する超
硬質部材の製造方法においては、高温焼結という工程を
有するプロセスがある。

たとえば、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属の炭化物の一つ
を主成分とするＷＣ−Ｃｏ系超硬合金の製造方法は。

たとえば、炭化タンクステンとコバルトとを有する原料
を先ず粉砕して粒状物ないし粉状物にし、次いで、これ
を混合する。その後、得られる混合物を乾燥してから、
前記混合物を所定の平均粒径を有する造粒物に造粒し、
この造粒物を所定形状にプレス成形する。最後に前記の
プレス成形物を焼結するという一連の工程を有している
。

荊記焼結時の焼結温度は、１３５０〜１５５０°Ｃの範
囲にあってこれは非常に高温である。

このように、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金の製造方法を始めと
する従来のＩＶ　ａ、Ｖ　ａ、Ｖｌ　ａ族金属の炭化物
を含有する超硬質部材の製造方法は、もともと前記金属
の炭化物を高温で焼結するという工業的に不利な工程を
有している。

また、超硬質部材の製造原料として用いられる炭化タン
グステン原料粉末などの前記金属の炭化物を製造方法も
、工業的に不利な高温焼結工程を有している。

超硬質部材の工業的な製造方法においては、出来るたけ
低温で焼結する工程を採用するのか望ましいのであるか
、いずれの製造方法においてもそのような低温焼結工程
を採用したのでは目的とする超硬合金を製造することが
できなくなる。

そこて、現状では、高温焼結工程を採用しないて超硬質
部材を製造する方法か望まれる。そして、その場合に、
炭化物でない金属を低温で炭化することができれば、超
硬質部材を工業的に有利に製造することか可ｔｅである
。

ここにおいて、金属の低温での炭化方法の新たな技術開
発か望まれる。

本発明は前記事情に基いてなされたちのである。

すなわち、本発明の１］的は、低温でＩＶａ、Ｖａ。

ＶＩａ族金属を炭化する新規な方法を提供することにあ
る。

［前記課題を解決するための手段と作用］前記課題を解
決するために末完用溝が鋭意研究した結果、　ＴＶａ、
Ｖａ、Ｖｉａ族金属に、炭素源ガスを励起して得られる
ガスを接触させるという簡単な操作によって、前記目的
を達成することを見出して末完り１に到達した。

すなわち、前記目的を達成するための本発明の構成は、
ＩＶ　ａ、Ｖ　ａ、Ｖｌ　ａ族金属の炭化方法において
、炭素源ガスを励起して得られるガスを、ＴＶａ。

Ｖ　ａ、Ｖｌ　ａ族金属に接触させることを特徴とする
ＩＶａ、Ｖａ、Ｖｉａ族金属の炭化方法である。

以下１本発明の製造方法について詳述する。

本発明では、ダイヤモンドもしくはダイヤモンド状炭素
の合成と同様の条件て特定の金属に、炭素源ガスを励起
して得られるガスを接触させると、意外にも、前記金属
の表面にダイヤモンド等が堆積するのてはなく、金属自
体が炭化される。

本発明において、ｆｆａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属としては
、たとえば、Ｔｉ、　Ｚｒ、Ｉｌｆ、Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔ
ａ、　Ｃｒ、ｌＡｏ、Ｗなどの金属を挙げることかてき
る。

前記ＩＶａ、Ｖａ、Ｖｉａ族金属は、　ＩＶａ、Ｖ　ａ
、Ｖｌ　ａ族金属のうちの一種の金属よりなる単体の状
態て存在していてもよいし、■ａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属
のうちの二種以上の金属よりなる複合体の状態で存在し
ていてもよい。前記ｒＶａ、Ｖａ、Ｖｉａ族金属として
は、■ａａ族金属うちてはＴｉか好ましく、、Ｖａ族金
属のうちではＴａか好ましく、ＶＩａ族金属のうちでは
Ｗか好ましい。

また、Ｔｒｒｉ記ｒＶ　ａ、Ｖ　ａ、Ｖｌ　ａ族金属は
、ＩＶａ、Ｖａ。

ＶＩａ族金属のうちの一種以上の金属と、Ｃｏ、Ｆｅ。

ＮｉなどのＩＶａ、Ｖａ、Ｖｉａ族金属以外の金属、Ｉ
Ｖａ。

Ｖａ、Ｖｉａ族金属の炭化物などのうちの一種以上とか
らなる複合体の状態て存在していてもよい。

前記複合体は、混合物の状態でもよく、固溶体の状態で
もよい。本発明においては、前記複合体か固溶体の状態
である合金であるのが好ましく、少なくとも７０％以上
のＷ成分を含有する９ｌ−Ｃｏ合金、Ｗ−Ｔｉ−Ｃｏ合
金、　Ｗ−Ｔｉ−Ｔａ−Ｃｏ合金などのＷ−（：ｏ系合
金であるのが特に好ましい。Ｗ−Ｃｏ系合金を用いれば
、本発明の炭化方法によってＷＣ−Ｇｏ系超超硬合金製
造することかできる。

また、前記ＩＶａ、Ｖａ、Ｖｉａ族金属は、粉体の状態
で存在していてもよいし、前記粉体を加圧プレスした成
形体の状態て存在していてもよいし、前記成形体を溶融
焼結した成形体の状態て存在していてもよい。

本発明における炭素源ガスとしては、たとえばメタン、
エタン、プロパン、メタン等のパラフィン系炭化水素：
エチレン、プロピレン、ブチレン等のオレフィン系炭化
水素：アセチレン、アリレン等のアセチレン系炭化水累
：フタジエン等のジオレフィン系炭化水素、シクロプロ
パン、シクロメタン、シクロペンタン、シクロヘキサン
等の脂環式炭化水素二ジクロフタジエン、ベンゼン、ト
ルエン、キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素：ア
セトン、ジエチルケトン、ベンゾフェノン１）、のケト
ン類：メタノール、エタノール等のアルコール類ニトリ
メチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類：炭酸ガ
ス、−酸化炭素、二酸化炭素、さらに、単体ではないか
、ガソリン等の消防法第４類危険物の第１石油類、ケロ
シン、テレピン油、しょう脳油、松根油等の第２石油類
、重油等の第３石油類、ギヤー油、シリンター油等の第
４石油類などを有効に使用することかてきる。また前記
各種の炭素化合物を混合して使用することもてきる。

これらの中ても、好ましいのはメタン、エタン、プロパ
ン等のパラフィン系炭化水素、メタノール、エタノニル
等のアルコール類、アセトン、ベンゾフェノン等のケト
ン類、トリメチルアミン、トリエチルアミン等のアミン
類、炭酸ガス、−酸化炭素であり、特に−酸化炭素か好
ましい。

また、好適な炭素源ガスとして一酸化炭素を使用する場
合、−酸化炭素と水素とを組合わせるのか好ましい。−
酸化炭素と水素とを組合わせた炭素源ガスを使用するこ
とにより、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属の含有物におけ
るｒＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属の炭化を速くすることか
てきるからである。

前記−酸化炭素としては特に制限かなく、たとえば石炭
、コークスなどと空気または水蒸気を熱時反応させて得
られる発生炉ガスや水性ガスを充分に精製したものを用
いることかてきる。

前記水素としては特に制限かなく、たとえば石油類のガ
ス化、天然ガス、水性ガスなどの変性。

木の電解、鉄と水蒸気との反応、石炭の完全ガス化など
により得られるものを充分に精製したものを用いること
かできる。

水素と一酸化炭素との混合ガスを炭素源ガスとして使用
する場合、−酸化炭素ガスの含有量か２％以上、好まし
くは３％以上、さらに好ましくは５％以上となる割合て
炭素源ガスを調製するのか好ましい。

前記混合ガス中の一酸化炭素ガスの含有量か２％よりも
少ないと、ｒＶ　ａ、Ｖ　ａ、Ｖｌ　ａ族金属か充分に
炭化されず、脆いものとなることかある。

なお、炭素源ガスには、不活性ガスを混入させても良い
。不活性ガスは炭素源ガスのキャリヤーガスとして用い
ることかてきる。

この不活性ガスとしては、たとえば窒素ガス。

アルゴンガス、ネオンガス、キセノンガスなどが挙げら
れる。

前記炭素源ガス励起手段としては、ダイヤモンドの合成
に従来より慣用されている各種の方法の中から任意の方
法を用いることかてきる。

具体的には、たとえば直流電圧を電極間に印加してプラ
ズマ分解する方法、高周波を電極間に印加してプラズマ
分解する方法、マイクロ波を電極間に印加してプラズマ
分解する方法、あるいはプラズマ分解をイオン室または
イオン銃で行なわせ、電界によりイオンを引出すイオン
ビーム法などの各種プラズマ分解法、熱フィラメントよ
る加熱により熱分解する熱分解法などが挙げられる。

これらの中ても、好ましいのは各種プラズマ分解法であ
る。

なお、前記炭素源ガスをプラズマ分解する場合のプラズ
マ出力は、通常、０．１　ｋｗ以上である。プラズマ出
力か０．１　ｋｗ未満であると、プラズマか充分に発生
しないことかある。

本発明においては、以下の条件下に炭化反応か進行して
、ＩＶａ、Ｖａ、Ｖｉａ族金属か炭化されてＩＶａ。

Ｖａ、ＶＩａ族金属の炭化物か形成されると考えられる
。

すなわち、　ｒＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属の温度は、前
記原料ガスの励起手段により異なるのて、−概に決める
ことはできないか、たとえばプラズマ分解による場合に
は５通常、４００〜１．２００°Ｃ１好ましくは４５０
〜ｌ　、　１００℃である。この温度か４００°Ｃより
も低いと、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属が充分に炭化し
ないことかある。一方、　１．２００°Ｃを超えると、
低温炭化処理というメリットかなくなる。

反応圧力は１０−５〜１０：１ｔｏｒｒ、好ましくは１
ｏ−３〜Ｉｎ’　　ｔｏｒｒである０反応圧力が１０−
’ｔｏｒｒよりも低いと、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属
か充分に炭化しないことかある。一方、１０’　　ｔｏ
ｒｒより高くても、それに相当する効果か得られない。

反応時間は前記含有物の厚さ、炭化処理面積、ＩＶａ、
Ｖａ、ＶＩａ族金属の炭化速度により適宜に設定するこ
とかてきる。

本発明の製造方法によって、ＩＶ　ａ、Ｖ　ａ、Ｖｌ　
ａ族金属の炭化物を製造することかてきる。

［実施例］ （実施例１） ＩＶａＶａ族金属るＴｉのＩＯＸ　ｌＯｘ　５　ｍ　ｍ
の板を用いた。

前記金属板を反応室内に設置し１反応室内の圧力を５０
ｔｏｒｒにし、周波数２．４５ＧＩＩｚのマイクロ波電
源を用い、出力を０．５　ｋｗと設定するとともに。

反応室内に供給する炭素源ガスとして、−酸化炭素ガス
、水素ガスを用い、−酸化炭素ガスの流量を５０ｓｅｃ
ｍ、水素ガスの流量を５０ｓｅｃｍに設定し、５分間か
けて反応をおこなった。なお、このとき。

前記金属板の表面温度を９００°Ｃに維持した。

反応終了後、前記金属板の破断面を走査型電子ｍ微鏡を
用いてＳＥＭ像を観察したところ、前記金属板の表面か
らその内部に向かって平均径か０．５Ｂｍ以下の微粒子
か存在し、蛍光Ｘ線分析法により前記微粒子が全てＴｉ
の炭化物であることを確認した。

〈実施例２） Ｖａ族金属であるＴａのｌＯｘ　ＩＯＸ　５　ｍｍの板
を用いたほかは、実施例１と同様に実施した。

反応終了後、前記金属板の破断面を走査型電子顕微鏡を
用いてＳＥＭ像を観察したところ、前記金属板の表面か
らその内部に向かって平均径が０．５ｇｍ以下の微粒子
か存在し、蛍光Ｘ線分析法により前記微粒子が全てＴａ
の炭化物であることを確認した。

（実施例３） ＶＩａ族金属であるＷのＩＯＸ　１０ｘ　５　ｍ　ｍの
板を用いたほかは、実施例１と同様に実施した。

反応終了後、前記金属板の破断面を走査型電子顕微鏡を
用いてＳＥＭ像を観察したところ、前記金属板の表面か
らその内部に向かって平均径が０．５ｕＬｍ以下の微粒
子か存在し、蛍光Ｘ線分析法により前記微粒子か全てＷ
の炭化物であることを確認した。

（実施例４） Ｃｏ含有量　９．０ｗｔ％であるｌ＃−Ｇｏ金合金１０
ｘｌＯｘ５　ｍｍの板を用いたほかは、実施例１と同様
に実施した。

反応終了後、前記金属板の破断面を走査型電子顕微鏡を
用いてＳＥＭ像を観察したところ、前記金属板の表面か
らその内部に向かって平均径か０．５ｇｍ以下の微粒子
か存在し、蛍光Ｘ線分析法により前記微粒子が全てＷＣ
−Ｇｏ金合金あることを確認した。

［発明の効果］ 本発明の炭化方法は、炭素源ガスを励起して得られるガ
スを■ａ、Ｖａ、Ｖｉａ族金属に接触させるだけなのて
、従来の原料を焼結するという工程を有する炭化方法と
比べて、簡単な操作で、かつ低温て■ａ、Ｖａ、■ａ族
金属を炭化することかできる。

したかって、■ａ、Ｖ　ａ、Ｖｌ　ａ族金属の炭化物を
、従来と比較して、低コストて製造することかできる。

また１本発明の炭化方法により、高純度な微粒子からな
るＩＶ　ａ、Ｖ　ａ、Ｖｌ　ａ族金属の炭化物を製造す
ることかてきる。

さらに、本発明の炭化方法により、Ｗａ、Ｖａ。

ｖＩａ族金属を含有する合金に処理すると、ＴＶａ。

Ｖａ、Ｖｉａ族金属の炭化物を含有する超硬合金を得る
ことかできる。

本発明の炭化方法により、従来の超硬合金の製造法と比
較して、簡単で低コストて超硬合金を製造することかで
きるとともに、高純度な微粒子からなる耐衝撃強度など
が向上した超硬合金を得ることかてきる。

本発明の炭化方法は、切削工具などの耐摩耗性材料、耐
衝撃性材料、耐蝕性材料などの製造にも広く利用するこ
とかできる。

特許出願人　　出光石油化学株式会社 同　　　上　　日本特殊陶業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. IVａ、Ｖａ、VIａ族金属の炭化方法において、炭素源ガ
   スを励起して得られるガスを、IVａ、Ｖａ、VIａ族金属
   に接触させることを特徴とするIVａ、Ｖａ、VIａ族金属
   の炭化方法。