JPH0230704A - 超硬合金皮膜の形成方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、金属基村上に超硬合金皮膜を形成する超硬合
金皮膜の形成方法に関する。

［従来の技術及び解決しようとする課題］ＷＣ，ＴｉＣ
，ＴａＣ等のセラミックとＣ０１Ｎ１などの金属とのサ
ーメットである超硬合金は、硬度が高く、またセラミッ
クスに比べて靭性が高く、耐摩耗材料として優れた性質
を備えた材料である。

従来、このような超硬合金の優れた性質に着目し、超硬
合金を利用する技術が開発されているが、その一つとし
て、焼結した超硬合金プレートを基材に銀ロウ付けする
方法がある。

しかしながら、その方法は、複雑な形状を作成すること
が難しく、例えば摺動部材に使用することが困難であっ
た。また、銀ロウ付けする超硬合金の厚みをある程度厚
くする必要があり、超硬合金の比重が１３〜１４という
ように重いこともあって、全体の重量が増加してしまう
課題がある。

更に、超硬合金は高価であるので、厚くするとコストア
ップにつながるという課題もある。

また、他の形成方法として、溶射方法によって超硬合金
を碁打上に吹き付けそのまま超合金皮膜とする方法があ
る。

その方法は、基材が複雑な形状物であっても、その表面
に数１０〜数１００μｍの超硬合金皮膜を形成でき、摺
動部材として使用可能である。しかし、そもそも溶料皮
膜は、超硬合金組成粒子を寒村上に堆積させたものであ
り、多くの気孔を含んている多孔質構造のものであるた
めに、硬度も焼結した超硬合金より低く、また組成粒子
の堆積物のために組成粒子間の結合力も強くなく、組成
粒子が脱落し易く耐摩耗性に課題がある。

更に、他の方法として、特開昭６３−４０７７号公報に
開示されているように、基材の表面に超硬合金組成粒子
を堆積させ、レーザ、電子ビーム、ＴＩＧアーク等の高
密度エネルギーを照射することによって、超硬合金組成
粒子な液相焼結させる方法がある。

この方法においては、複雑形状物や摺動部材上に、高硬
度且つ高密度の液相焼結合金を数１０〜数１００μｍ形
成することができる。しかしながら、その耐摩耗性を向
上させるためには、超硬合金中のＷＣ等の硬質セラミッ
クス成分を増加させる必要がある。その結果、セラミッ
クス成分の増加につれて、超硬合金皮膜の熱膨張係数が
小ざくなり、基材との熱膨張係数の差が大きくなってし
まう。

そのため、レーザなどの高密度エネルギ照射後の冷却過
程における収縮差により、超硬合金皮膜と基材との間の
界面に大きい応力が生じ、皮膜が剥離するという課題が
ある。

本発明は、このような従来の超硬合金形成方法に課題に
鑑み、高密度エネルギ照射後の冷却過程における収縮差
により超硬合金皮膜と基材との間の界面に生じる応力を
小さくすることによって、超硬合金皮膜が基材から剥離
することを防止できる超硬合金形成方法である。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、超硬合金組成粒子を金属基材表面に堆積させ
る際、超硬合金の成分を基材側では金属成分が所期量よ
り多く、超硬合金皮膜の表層側に向かって、漸次セラミ
ック成分が増加するように堆積させることによって、上
記目的を達成する。

［作用］ 本発明は、基材側より超硬合金皮膜表側に向かって段階
的に金属成分を減少させるように超硬合金組成粒子を堆
積させ、レーザなどの高密度エネルギーを照射させて液
相焼結した後、高温から冷却される過程において超硬合
金皮膜最上部の超硬合金層と基材との間の体積収縮率量
の差をその間の皮膜内部で段階的に吸収させる。その結
果、体積収縮量の差によって生じる応力な超硬合金皮膜
全体に分散させて、超硬合金皮膜と基材との界面に応力
集中が生じることを防止する。

［実施例］ 以下に、本発明をその実施例を示す図面に基づいて説明
する。

第１図は、本発明の一実施例に係る超硬合金皮膜の形成
方法によって、寒村上に形成された超硬合金皮膜の断面
図である。なお、説明を分かりやすくするため、図面に
おける寸法は誇張して描いである。

炭素鋼５ＩＯＣからなる基材ｌの表面上に＃４６アルミ
ナを空気圧５　ｋｇｆ／　ｃｍ２で吹き付けてプラスト
する。次に、プラズマ溶射により５０％ＷＣ−５０％Ｃ
ｏ合金の第１Ｎ２．７５％ＷＣ−２５％Ｃｏ合金の第２
層３、そして目的の硬度を有する８８％ＷＣ−１２％Ｃ
ｏ合金の第３層４を、それぞれそれぞれ膜厚１００μｍ
程度で堆積させる。次に、エネルギー密度が１００ＯＯ
Ｊ／　ｃｍ２以上となるように、ＣＯ２レーザを照射し
て液相焼結させる。その結果、第１層２、第２層３、第
３層４は同種材料から出来ているため、各層の界面は良
好に形成する。また、炭素ａｓ　ｉ　ｏｃの基材１、Ｗ
Ｃ−５０％Ｃｏ合金の第１層２、ＷＣ−２５％Ｃｏ合金
の第２層３、ＷＣ−１２％Ｃｏ合金の第３層４の各熱膨
張係数は、それぞれ、１２　Ｘ　１０−６／℃、９　Ｘ
　１０−６／’Ｃ１７Ｘ　１０−６／℃、５Ｘ１０−６
／’Ｃ程度である。したがって、レーザ照射後の冷却過
程における収縮率が各層で段階的に異なっているため、
その冷却過程における収縮時に生じる応力が超硬合金皮
膜の全体で吸収される。その結果、基材ｌと超硬合金皮
膜層２との界面での応力集中が防止される。

第２図は、本発明の他の実施例に係る超硬合金皮膜の形
成方法によって、基材上に形成された超硬合金皮膜の断
面図である。なお、説明を分かりやすくするため、図面
における寸法は誇張して描いである。

同図において、炭素ｆｉ５１０ｃの基材１の表面上に、
＃４６アルミナを空気圧５　Ｊｆ／　ｃｎ＋２で吹き付
けてブラストする。次に、その基材１上に低炭素鋼を膜
厚５０　）ｔ　ｍ程度プラズマ溶射して第１層５を形成
する。次に第１Ｎ５で用いた低炭素鋼と、目的とする材
料である超硬合金の８８％Ｖｌ／Ｃ−１２％ＣＯとを混
合する。その混合は、その容積比でそれぞれ、３：ｌ、
１：１．１：３となるように３種類用意する。そして、
そゐ順で、それぞれ第２層６、第３層７、第４層８をプ
ラズマ溶射によって、第１Ｆ’５上に堆積する。それら
、第２Ｈ６、第３層７、第４ＮＢは、膜厚が各々５０μ
ｍとなるように堆積する。その後、その第４層８の上に
、最上層４として、ＷＣ−１２％Ｃｏ合金を１００〜１
５０μｍの膜厚でプラズマ溶射する。次に、このように
５Ｎになっている超硬合金皮膜の上から、エネルギー密
度カ月００００Ｊ／　ｃｍ２以上となるように照射を行
い、液相焼結させる。その結果、基材ｌと第１層５であ
る低炭素鋼は同種材料であるため、良好な形成が得られ
、第１層５から最上層４までの界面では各々段階的な組
成変化であるため、この場合も良好な形成状態となる。

本実施例の場合は、基材１と第１Ｆ１５とは、いずれも
低炭素鋼であるため、この界面に生じる応力は非常に小
さく、また、各層の界面に生じる応力は分散されるため
、いずれかの特定の界面に応力が集中する心配が無い。

［発明の効果］ 本発明は、以上の説明から明らかなように、金属基材側
では金属成分が所期量より多く、超硬合金皮膜の表層側
に向けて漸次セラミック成分が増加し表層部で所期の配
合比率となるように、超硬合金組成粒子を堆積させ、液
相焼結させるので、超硬合金皮膜と金属基材との熱膨張
率差によって生じる応力集中を緩和することが出来、超
硬合金皮膜と基材との剥離を防止することが出来る。

また、溶射方法によって、超硬合金組成粒子を金属基材
の表面に付着させるものでは、複雑形状の製品への適用
が容易となる利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る超硬合金皮膜の形成
方法により金属基材に形成された超硬合金皮膜の断面図
、第２図は、本発明の他の実施例に係る超硬合金皮膜の
形成方法により金属基打上に形成された超硬合金皮膜の
断面図である。 ｌ・・・基材２．３．４．６．７．８・・・超硬合金層
５・・・低炭素鋼層 出願人　　ブラザー工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属基材の表面にセラミック材料と金属材料との
   混合物からなる超硬合金組成粒子を堆積させ、高密度エ
   ネルギーを与えることによて、前記超硬合金組成粒子を
   液相焼結させて超硬合金皮膜を前記基材表面に形成する
   超硬合金皮膜の形成方法において、前記基材上に堆積さ
   せる超硬合金組成粒子の成分を、前記基材側では金属成
   分が超硬合金組成中の所期量より多く、超硬合金皮膜の
   表層側に向けて、漸次セラミック成分が増加し、且つ表
   層部で所期配合比率となるような配合比率で堆積させた
   後、高密度エネルギーを与えることによって、前記超硬
   合金組成粒子を液相焼結させることを特徴とする超硬合
   金被膜の形成方法。
2. （２）溶射方法によって、前記超硬合金組成粒子を金属
   基材上へ堆積させることを特徴とする請求項１の超硬合
   金被膜の形成方法。