JPH01309951A - 超硬合金被覆材の製造方法 - 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） 本発明は耐熱性合金または切削工員、耐摩耗工具及び耐
衝撃工員等に用いられる超硬合金被覆材の製造方法に関
するものでおる。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来超
硬合金としては切削分野ではＷＣ−Ｔ　ｉ　Ｃ−ＴａＣ
−Ｃｏ合金が、マタソ（７）　他（７）　分野ではｗｃ
−ｃｏ合金が主に用いられている。

これらはＷＣ，ＴｉＣなどの粉末を作成し、それらを所
定の組成に配合し、ボールミルなどを用いて粋砕、混合
した必とに金型成形あるいは押出法などによりプリフォ
ームを形成し、焼結するというプロセスにより製造され
る。しかし、これらの方法は配合過程では醸化現象、不
純物のまきこみ及び組成不均一を生じやすく、予備焼結
段階ではＷＣの脱炭現象が生じ、さらに焼結でもｗｃ−
ｃｏ系合金などでみられる異常成長炭化物粒子の存在に
よる合金強度の低下などの問題があり、工程が複雑な上
に非常に注意を要する点が数多くあり、その製造は容易
でない。

そこで近年は超硬合金母材上にのみ硬質層を被覆し、工
具等の性能を高め長寿命化をはかろうとする被覆超硬合
金の製法の開発が進んでいる。

このような製法としては主に化学蒸着（以下ＣＶＤと略
記）法と物理蒸着（以下ＰＶＤと略記）法がある。ＣＶ
Ｄ法は蒸気圧の低い元素や化合物を高温でガス化し、そ
の特定ガスを熱分解させ、それら元素や化合物を被覆さ
れる金属（以下母材と記す）表面に析出させ、被覆する
方法で図り、一方ＰＶＤ法は電気エネルギーを用いて物
質を蒸発、イオン化させるなどの方法により母材上にそ
の物質を被覆する方法である。

ところがＣＶＤ法、ＰＶＤ法はいずれにしても被覆材は
ｒｉｃ、”ｒｒＮなどに限られている上、装置上被覆で
きる材料の寸法（Ｊ限度がおる等の問題もあった。

これに対し近年比較的大きな材料に対し、その表面のみ
を強化させる被覆方法としてオスプレイ法が考案された
。このオスプレイ法とは、母材表面に被覆する材料を市
らかしめ溶融した状態で吹きつけ、該母材表面で急冷凝
固させ、表面を強化しようとするものである。しかし、
このオスプレイ法は現状では母材と同一組成のものを吹
きつけるという方法でおるので、該オスプレイ法を用い
より高強度な母材に異種な溶融金属を吹きつける事は、
母材表面で被覆材料が微細な粒子としてＵ固するため母
材との界面での接合が充分に得られず、この方法では困
難でおる。ざらに被覆材料中にセラミックス粒子などを
均一に分散させて分散強化を図る方法も考えられるが、
実際には溶融金属とセラミックス粒子の比重の差からそ
れらは充分にまざり合わず、その粒子が凝集又は浮上す
るために困難であると思われる。

またオスプレイ法と似た方法に溶射法がある。

溶射法は被覆材料からなる金属線又は金属粉末を溶射装
置内で吹き付は直前にオスプレイ法と同様に溶融させ、
母材に吹き付ける方法でおる。

この溶射法には燃料ガスと酸素とによる炎の中に被覆金
属を入れ溶融した部分を吹きとばす火炎溶射、酸素−ア
セチレン混合ガスを同期的に爆裂させ、そのエネルギー
で金属に溶融、吹き付けを行なう爆裂溶射及び溶射機内
でプラズマを発生させそのエネルギーで金属を溶かし吹
き付けるプラズマ溶射の３種類がある。中でも高融点材
料を吹き付けるにはプラズマ溶射法がすぐれているが今
だ技術が開発中であり溶射機等がコスト高となる欠点を
有している。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこれに鑑み種々検討の結果、金属材料表面をこ
れとは異種の超硬合金又は耐摩耗性合金で硬化づる超硬
合金被覆材の製造方法を開発したものである。

即ち本発明は加圧した不活性ガスにより同相率０．１〜
０．６の超硬合金組成の半溶融金属スラリーを母材の表
面に吹き付けて該母材表面に超硬合金被覆層を形成する
ことを特徴とするものであり、セラミック微粒子を分散
させた超硬合金組成の半溶融金属スラリーを用いるのは
有効である。

（作　用） 従来、上記のように溶融金属を被覆材とじて吹き付ける
際は母材と同一組成のものが多く用いられてきた。これ
は異種金属を溶融金属のまま吹き付【プると粒子が微細
であるために母材との界面での接合が充分に得られない
ためである。

そこで本発明では溶融金属を完全溶融状態ではなく半溶
融状態のスラリー、すなわち初晶をある程度の大きさま
で成長させた状態にし、その後吹き付けることにより、
スラリーを形成している粒子の母材との衝突力を大きく
し、衝突時に出る熱量を増大させこれら粒子と母材との
接合を充分に行なわせるものである。そしてこのスラリ
ーの固相率を０．１〜０．６に限定したのは母材ど被覆
材との界面での接合を充分に確保するためであり、かつ
良好な被覆材表面を得るためである。

なお不活性ガスとしてはどのようなものでもよいが、特
にＡｒガスが良い。

またセラミック粒子は上記のように完全溶融金属には分
散混合し難いが半溶融スラリーであれば混合し易い特徴
を有する。そしてこのセラミック粒子の分散・混合した
スラリーを上記と同様に加圧不活性ガスにより吹き付け
ることによりセラミック粒子で分散強化した超硬合金及
び耐摩耗性合金被覆材を製造できる。

（実施例） 次に本発明の詳細な説明する。

実施例（１） 本発明を実施するための半溶融金属スラリー吹き付は装
置は第１図に示す様に密閉された被覆処理室（１５）内
に設置した被被覆材料（母材）（１２）に図では示さな
い溶製炉より移送用羽根（３）を用いて被覆装置（１６
）の上に支持棒（６）で支持された保持炉（２）内に移
送したスラリー（５）を撹拌用羽根モーター（１）によ
る急速な回転力で撹拌用羽根（４）を回転させることで
、保持炉下部におる噴射ノズル（以下ノズルと記ず）（
７）まで移動させ、Ａｒガス流入口（１４）から該ノズ
ル（７）に導かれている加圧Ａｒガスを上記スラリー（
５）と共に一気に母材（１２）表面に吹き付けるもので
おる。

このとき必らかしめ母材（１２）にスラリー（５）が均
一に分散する様に制御しである被覆装置（１６）により
母材（１２）が母材移動モーター（１０）等により回転
、移動させてＡｒガスで微細にされたスラリー（５）が
母材（１２）表面に均一に分散、付着させられていく。

なお付着しないスラリー（５）はそのまま被覆処理室（
１５）の下部へ落下し、加撮器（１１）によりスラリー
回収容器（１３）に集められる。又密閉された被覆処理
室（１５）からはＡｒガスが排ガス（９）として回収さ
れる。

この様な吹き付は装置により、母材として鋳造で作られ
たＯｒを１８％含有する高Ｏｒ鋳鉄製の小型圧延ロール
（直径６０１１１１１１Ｘ長さ１８０馴）を用い、その
表面にＷＣ−１０ｗｔ％Ｃｏ合金スラリーを吹き付けた
。このスラリーは温度１５００℃で平均固相粒径４μｍ
、同相率０．５７であり、それを０．０５　ＭＰａの圧
力でノズル先端から６３　ｍ／ｓの流速で流出するＡｒ
ガスに乗せ圧延ロール母材に吹き付けた。なおＡｒガス
はヒーターで１００’Ｃに加熱した。

吹き付は後該ロール母材の表面には全周にわたって均一
に厚さ１．４　ＩｒＩＩＲのＷＣ−１０ｗｔ％Ｃｏ合金
が吹き付けられていることが確認された。その後このロ
ールを荒加工、仕上加工を行ない直径６２．に仕上げて
超硬被覆ロールとし、しかる債該ロールから硬度、引張
強ざ、抗折力及びシャルピー衝撃値測定用のサンプルを
切り出してこれらの特性を調査し、ざらに共に板厚２飾
のＣｕ板とＡ３板を互いに冷間で圧接する際にこのロー
ルを用い、被圧延材の表面性状が荒れるまでの圧延荷重
を求めてロール庁命とし、これらの結果を第１表に示し
た。

なお比較のため同一材質の小型圧延ロール母材を鋳造で
得た後上記被覆処理を施さずに同様の加工を行なった非
処理ロール、及び同一材質の小型圧延ロール母材を鋳造
後オスプレイ法により母材と同材質の被Ｎ層を表面に形
成したオスプレイロールについてよ記超硬被覆ロールと
同様の試験を実施し、それらの結果を第１表に併記した
。

第１表から明らかなように本発明法による超硬被覆ロー
ルから切出したサンプルにより測定した緒特性はいずれ
も比較法Ｎα２の非処理ロールの特性より良好であり、
超硬被覆のみで十分の機械的性質が得られていることが
判る。

さらにこの超硬処理ロールの横断面ミクロ組織を観察し
た結果母材と被覆材との界面では７０％の割合で母材と
被覆材とが接合していることが判った。

またロール寿命も非処理ロールに比べて３倍程度延びて
おり優れていることが判る。そしてこれらの調査項目は
いずれも比較法Ｎα３のオスプレイロールに比較しても
優れていることが判る。

実施例（２） 実施例（１）と同一寸法かつ同一材質の高Ｏｒ鋳鉄から
作成した小型圧延ロールの表面に第１図に示す装置を用
いＷＣ〜１０ｗｔ％Ｃｏ合金からなる実施例（１）で用
いたスラリーと同一性状スラリーにその全重量の３０ｗ
ｔ％のＳｉＣ微粒子（平均粒径２μｍ）を混合・分散さ
せた複合材スラリーを吹き付けてＳｉＣ分散強化被覆ロ
ールを作製した。

該ロールよりサンプルを切出して実施例（１）と同じ機
械的性質を調べ、ざらにロール寿命をも調査してこれら
の結果を第２表に示した。

第２表から明らかなように本発明法Ｎα４は実施例（１
）の本発明法Ｎｏ、　１よりもざらに良好な特性を有し
、特にロール寿命の面で効果が大きいことが判る。

実施例（３） 実施例（１）と同一寸法でかつ同一材質の高Ｏｒ鋳鉄か
ら作製した小型圧延ロールの表面に第１図に示す装置を
用い第３表に示す同相率のＷ　Ｃ−１０ｗｔ％Ｃｏ合金
スラリーを吹き付けた超硬被覆ロールを作製し、これら
の表面状態を観察してその結果を次のような記号で分類
して第３表に併記した。

極めて良好・・・・・・・・◎ 良好・・・・・・・・・・・・・・Ｏ 不良・・・・・・・・・・・・・・△ 極めて不良・・・・・・・・× また同相率Ｏ（溶融状態のまま）のとき、固相率０．１
〜０．６のとき、及び同相率０．８のときの表面状態の
模式図をそれぞれ第２図、第３図及び第４図に示した。

第３表 第３表から明らかなように同相率０．１〜０．６ではい
ずれもロール表面状態は良好でおる。

しかし、同相率Ｏ１すなわち完全な溶融金属として吹き
付けた場合には、表面に未凝固の融液が吹き付けられる
ため、表面に融液がたれた様に凝固した部分が認められ
た。又、同相率が０．８を上回る場合は表面にノコギリ
刃状の凹凸が見られ、ひじように荒れている。これは高
固相率のスラリーを吹き付けたため、大きな同相が重な
り合ったためと考えられる。

特に固相率０．９のスラリーは設定ガス圧では吹き付け
が困難であり飛び去る固相部分はさらに大きいものであ
った。

（発明の効果） このように本発明によれば従来１ｑられなかった高合金
、セラミック硬粒子分散などにより表面被覆が可能であ
り、超硬合金、耐熱合金及び耐摩耗性合金などがその表
面性質の改善のみで得られ、ざらにエネルギー的、コス
ト的及び時間的に効率よくこれら合金を製造する事がで
きる専工業上題名な効果を秦するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明製造方法に用いる半溶融金属スラリー吹
き付は装置を示す側断面図、第２図。 第３図及び第４図はそれぞれ固相率Ｏ２固相率０．１〜
０．６及び同相率０．８の超硬合金組成スラリーを吹き
付けた被覆材表面状態を示す模式図で必る。 １・・・・・・・・撹拌用羽根モーター２・・・・・・
・・保持炉 ３・・・・・・・・移送用羽根 ４・・・・・・・・撹拌用羽根 ５・・・・・・・・半溶融金属スラリー６・・・・・・
・・支持棒 ７・・・・・・・・噴射ノズル ８・・・・・・・・保持炉移動用モーター９・・・・・
・・・排ガス １０・・・・・・・・被覆材料（母材）移動モーター１
１・・・・・・・・加聾器 １２・・・・・・・・被被覆材料（母材）１３・・・・
・・・・スラリー回収容器１４・・・・・・・・Ａｒガ
ス流入口 １５・・・・・・・・被覆処理室 １６・・・・・・・・被覆装置 第１図 第２図　第３図　第４図 □−拾八−読

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）加圧した不活性ガスにより固相率０．１〜０．６
   の超硬合金組成の半溶融金属スラリーを母材の表面に吹
   き付けて該母材表面に超硬合金被覆層を形成することを
   特徴とする超硬合金表面被覆材の製造方法。
2. （２）セラミック微粒子を分散させた超硬合金組成の半
   溶融金属スラリーを用いる請求項（１）記載の超硬合金
   被覆材の製造方法。