JPH0310044A

JPH0310044A - 工具用セラミックス硬質合金及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0310044A
Application number: JP1143110A
Authority: JP
Inventors: Hideo Tsunoda; 英雄角田; Yorimasa Takeda; 竹田　頼正; Hiroshi Notomi; 納富　啓; Nobuhiko Nishimura; 宣彦西村; Hikari Motomura; 光本村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1989-06-07
Publication date: 1991-01-17

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、工具用セラミックス硬質合金及びその製造方
法に関し、特に例えば鋼の高硬度材料の高速切削加工に
用いて最適なものである。

〈従来の技術〉焼入鋼或いはニッケル基耐熱合金やコバルト基耐熱合金
等の高硬度材料を加工する場合、一般にはタングステン
等の高融点金属の炭化物粉末を鉄やコバルトやニッケル
等の鉄系金属で焼結結合させた超硬合金、Ｔｉｃ、Ａ１
２ｏ３等の金属酸化物を、ＣＯまたばＮｉで焼結したサ
ーメット及びＡ　Ｉ　、０３等のセラミックスが切削工
具′用材料として利用されている。

近年、上述した超硬合金が工具としてではなく、加工対
象物として採用されつつあることに加え、加工条件に対
する厳しい要求に対応するため、より高性能な工具とし
て上記切削工具用材料を母材とし、この表面にＴｉＣ。

Ｔｉ　（ＣＮ）　、　ＴｉＮ、　Ａｌ２Ｏ３ノ１　ａ１
又１．ｔ　２　Ｗ以上ｆ）５〜１０μｍの被覆層を有す
る被覆工具が開発され、従来の工具に比べて大幅な長寿
命化を図るようにしている。

一般に切削工具としては、靭性と耐摩性との２種類の特
性が要求されているが、これらは相反する場合が多い。

上述した従来材質を用いた工具の内では、靭性は超硬合
金が最も優れており、次いでサーメット、セラミックス
の順であるが、逆に、耐摩耗性はＡＺ、Ｏ，を主成分と
するセラミックスが最も優れており、次いでサーメット
、超硬合金の順である。

また、上記靭性を支配する因子として、結合金属相が重
要であるので、この結合金属相を全く含まないセラミッ
クスは靭性が低く、特に刃先がポジティブ形状にした工
具としては使用できなかった。これに対して超硬合金は
、結合金属相としてＣＯを使用しているので、このＣＯ
がＷＣ等の硬質相粒子を網目状に包み込む組織を呈して
おり、非常に高い靭性を示している。

一方、鋼の高速切削加工においては、工具自身が高速摺
動によるｗｉ擦熱で高温に曝されるため、硬さよりも化
学的安定性が重要な因子となってくる。この場合、ＷＣ
よりＴｉＣが、またＴｉＣよ１ＪＡｊ２０３の方が摩擦
安定性に優れているので、高速切削加工用の工具として
は、Ａｌ２Ｏ，を材料としたものの方が良好である。

〈発明が解決しようとする課題〉前述したように、高速切削加工を行う場合は、耐摩耗性
を高めると同時に靭性をも考慮しなければならないため
、有効な結合金属相も過剰に存在すると、塑性変形が生
じて突出部が摩耗するという問題がある。特に、超硬合
金を高速切削用として使用する場合、前述したように、
ＴＩＣやＡｌ２Ｏ３等を被覆した被覆工具を用いている
ため、塑性変形により被覆相が容易に摩滅してしまうた
め、問題がある。

このため、鋼の高速切削加工用として、硬質相として化
学安定性に優れたＡｌ２Ｏ３を使用し、これに刃先をポ
ジティブ形状として使用する場合、必要な靭性を付与す
るために、結合金属相としてＣｏやＮｉ等を必要最少限
の量を配合した工具が望ましいこととなるが、このよう
な工具は未だ開発されていないのが現状である。

これは、確かにＡ匂０．に数％のＧｏを添加して焼結す
ると、任意の配合で緻密化した焼結体を得ることはでき
る。しかしながら、該焼結体は、添加したＣｏがＡｊ、
Ｏ，マトリックス中に点在するだけで、Ａｌ２Ｏ，粒子
を網目状に包み込んでいないので、ＣＯに破壊時のクラ
ブク進展防止効果がなく、その靭性は全く向上していな
いという問題がある。

く課題を解決するための手段〉前記課題を解決するための本発明にかかる工具用セラミ
ックス硬質合金の構成は、硬質相と結合金属相とを焼結
してなる工具用セラミックス硬質合金であって、上記硬
質相の少なくとも一部がＮｉ、Ｃｏより選ばれた１、覆
又は２ａ１を主成分とする金属で予じめその表面を被覆
したＡｌ２Ｏ，粒子からなることを特徴とし、また、本
発明にかかる工具用セラミックス硬質合金の製造方法の
構成は、硬質相の５０体積％以上がＮｉ、Ｃｏより選ば
れた１種又は２種を主成分とする金属で予じめその表面
を被覆したＡｌ２Ｏ３粒子と、該硬質相の残部が■ａ〜
Ｍｌｌ族金属から選ばれた炭窒化物硬質粒子とからなる
硬質相に、Ｆａ、ｔＪｉ、Ｃｏより選ばれた結合金属相
を混合して成形した後、焼結することを特徴とする。

以下、本発明の構成を詳細に説明する。

ここで本発明で硬質相として用いろＡ４２０３（酸化ア
ルミニウム）とは、通常焼結で用いられているサブミク
ロン単位の粒径のものでよいが、望ましくは、粒径０．
５〜５μｍ程度とするのがよい。これは、特に０．５μ
ｍ程度以下の粒径とすると、粒径が小さいもの程、全体
としてみた場合、粒径が大きいものに比べて総表面積が
大となるため、金属添加量が多くなり、切削中の塑性変
形を起こす可能性が高く好ましくないからである。

このＡｌ２Ｏ３の粒子の表面に被覆を施す金属とは、例
えばＮｉ、Ｃｏ等の遷移金属より選ばれた１種又は２種
を主成分とする金属粒子をいい、Ａｊ１２０３粒子の表
面に金属被覆処理を施すことができろものをいう。これ
は、Ｎｉ、　Ｇ。

等の遷移金属は優れた耐熱性を有し、鋼の高速切削加工
という高温下でも安定した結合力を維持できるからであ
る。

このような金属をＡｌ２Ｏ３の表面に金属被覆処理を行
うには、公知の方法を用いることができ、本発明では特
に限定されないが、−例を挙げると、無電解めっき法等
のめっき処理によって、金属被覆処理を施すことができ
ろ。

上記無電解めっき法とは、還元剤の働きにより、めっき
液中の金属イオンが還元されて被めっき物上に析出させ
るものであり、本発明にかかるＡｊ□０１粒子への被覆
は、Ａ１２０３を懸濁スラリ状にしためっき浴中で実施
すればよい。

ここで硬質合金でのＡｌ２Ｏ３粒子の役割は、高温下で
の化学的安定性の向上であり、その配合量は多いほど安
定性がよいので望ましいが、工具としての靭性を考慮す
ると硬質相の５０体積％とするのが望ましく、残部をＷ
Ｃ。

ＴｉＣ，ＴｉＮ、　ＴａＣ等のＩＶａ〜ＶＩａ族金属か
ら選ばれた炭窒化物硬物粒子とし、これらを併用して、
高速切削用工具に用いた場合の靭性を更に向上させるよ
うにすればよい。

また、硬質相に添加する結合金属相は、焼結性の促進及
び靭性の付与のために添加されろもので、例丸ばＦｅ、
　Ｎｉ、　Ｃｏ等の遷移金属を挙げることができろ。こ
の結合金属相の添加により焼結後の気孔等の欠陥が著し
く減少し、靭性が大幅に向上する。尚、この結合金属相
の配合量は６体積％只下とするのが望ましい。これは６
体積％以上添加すると、高速切削加工時に、工具が塑性
変形を起してしまい好ましくないからである。

上記Ｎｉ、Ｃｏより選ばれた１種又は２種を主成分とす
る金属で予じめ被覆したＡｌ２Ｏ３を主体とする硬質相
に、結合金属相を添加混合し、所定形状に成形した後、
従来の超硬合金やサーメット等と同様に真空又は不活性
雰囲気中で、焼結すればよい。

上記焼結方法としては、公知の方法を用いて行えばよく
、例えば常圧法の他ホットプレス法、熱間静水圧プレス
法（ＨＩ　Ｐ法）等の高圧焼結法を挙げることができる
。

上記焼結によって得られた焼結体に、公知の例えば化学
蒸着法等を用いて例えばＴｉＣ膜を被覆し、高性能の切
削工具としてもよい。

このようにして、Ｎｉ、Ｃｏより選ばれた金属で予じめ
被覆したＡｌ２Ｏ３粒子を硬質相として製造した工具用
セラミックス硬質合金は、Ａｌ２Ｏ３粒子の個々の表面
が上記Ｎｉ、Ｃｏの金属層で被覆されており、この金属
層を介して結合金属相でＡｌ２Ｏ３同志が結合されてい
ることになる。このため焼結体の中でＡｌ２Ｏ３が均一
に網目状に包み込むようになっており、刃先をポジティ
ブ形状とした工具にした場合でも、靭性が橿めて向上し
た高硬度材料の切削工具を提供できることとなる。

尚、硬質相として、Ａｌ２Ｏ３の代りに従来のＷＣ−Ｃ
ｏ系等の超硬合金を用い、との超硬合金の靭性を向上さ
せろようにすることもできろ。

く実　施　例〉以下、本発明の好適な実施例について説明する。

（Ｎｉ処理切削工具用セラミックスｆｉｉ！質合金の製
法）硫酸ニッケル３０　ｇ／ｌ、ジメチルアミノボラン３．
５ｇ／ｊ、マロン酸ナトリウム３４ｇ／ｊを配合して、
ｐＨ５，１〜６．Ｏ２温度７０℃にｒＡｌｌｌ、たメツ
キ浴内に、平均粒径１μｍのＡｊ□０３を７０Ｖｏｊ％
で調整分散したスラリーを投入し、約１時間撹拌処理し
た。その後、この液をろ過・洗浄を繰り返した後、乾燥
し、Ｎｉ被覆を均一に施したＡＪ□０３粒子を得た。

この粒子をＷＣ，ＴｉＣ，ＴｉＮ、　ＴａＣ，（Ｗ、　
Ｔｉ）Ｃの炭窒化物、Ｎｉ、Ｃｏの金属粒子と共に第１
表に示す所定の配合で湿式混合し、乾燥工程を経て、ス
ローアウェイチップ（ＩＳＯ記号ＳＮＭＮ４３２　（焼
成後寸法１２．７ｍ＋ｓＸ　１２．７ｍＸ４．７６ｍ、
）−す半径０．８’ｍ））の形状にプレスした。

その後、真空中、１４００℃で焼結を行い焼結体を得た
。この得られた焼結体を公知の化学前ＩＩ法によって膜
厚が５μｍのＴｉＣ膜を被覆し切削工具を得た。

（Ｇｏ−Ｎｉ処理切削工具用セラミックス硬質合金の製
法）（ＣｏＣｊ、／Ｎ１Ｃｊ、＝１：　１）０．０５　ｍｏ
ｌ／１゜ＣｏＣｊ２とＮ１Ｃｊ、との混合液、ヒドラジ
ン１．Ｏｒｎ　ｏ　ｊ　／　ｊ　ｐ酒石酸ナトリウム０
．４　ｍｏｌ／ｌ　、　チオ尿素２〜３ｐｐｍを配合し
たｐＨ１２温度９０℃のめっき浴中に、平均粒径１μｍ
のＡｌ２Ｏ，を７０　Ｖｏ　１％でｖｌ整分散したスラ
リーを投入し、約１時間撹拌処理した。その後、この液
をろ過・洗浄を繰り返した後、乾燥しＣｏ−Ｎｉ被覆を
均一に施したＡｌ２Ｏ，粒子を得た。

この粒子をＷＣ，Ｔ　ｉ　Ｃ，Ｔ　ｉ　Ｎ、　ＴａＣ，
（Ｗ、　Ｔ　ｉ）Ｃの炭窒化物、Ｎｉ、Ｃｏの金属粒子
と共に第１表に示す所定の配合で湿式混合し、乾燥工程
を経て、スローアウェイチップ（Ｉ　ＳＯ記号ＳＮＭＮ
４３２（焼成後寸法１２．７ｍＸ　１２．７　ｖｍＸ４
．７６−、コーナ半径０．８ゝ−）　）の形状にプレス
した◎ その後、真空中、１４００℃で焼結を行い焼結体を得た
。この得られｔコ焼結体を公知の化学蒸着法によって膜
厚が５μｍのＴｉＣｗＡを被覆し切削工具を得た。

得られた工具用焼結体を用い、以下の条件で切削試験を
行ない、それぞれの評価を行っｌこ。

０被削材：　３０Ｍ２２０　（Ｈ，３００程度）（φ１
５０Ｘ４００　　）０速　　度：１６５ｍ／ｍ１ｎＯ切り込み：　　２＋ｗａ。送　　リ：ｏ、２閣／ｒｅｖ。

Ｏ寿命判定：逃げ面のフランク摩耗Ｖ、−０，４ｗｓｍとなった切削距離（ｍ）。

この切削試験結果を第１表に示す。

第１表第１表の結果より、本発明にかかるセラミック硬質合金
を用いた工具（Ｎα１〜＆　５　）は、本発明範囲外の
工具（ｋ６〜Ｎａ　９　）に比べていずれも優れた切削
性能を示した。

〈発明の効果〉以上、実施例と共に述べたように、本発明によればＡｔ
２０３に予じめ原料段階でＮｉ、　Ｃｏ等の被覆処理を
施すようにしたので、この被覆Ａｌ２Ｏ３を配合する硬
質相を用いて焼結体を得ろ場合、焼結体の靭性が大幅に
向上する。

また、化学安定性の優れているＡｌ２Ｏ３を硬質相とし
て使用しているので、優れた耐熱。

耐摩耗性を備又且つ靭性を有する高寿命化を図った工具
用セラミックス硬質合金を提供でき、特に鋼等の高速切
削加工等に用いて優れた性能を発揮できるという効果を
奏する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）硬質相と結合金属相とを焼結してなる工具用セラ
ミックス硬質合金であって、上記硬質相の少なくとも一部がＮｉ，Ｃｏより選ばれた
１種又は２種を主成分とする金属で予じめその表面を被
覆したＡｌ＿２Ｏ＿３粒子からなることを特徴とする工
具用セラミックス硬質合金。
（２）請求項１記載の工具用セラミックス硬質合金にお
いて、Ｎｉ，Ｃｏより選ばれた１種又は２種を主成分とする金
属で予じめその表面を被覆したＡｌ＿２Ｏ＿３粒子が、硬質相の５０体積％以上含まれ
ることを特徴とする工具用セラミックス硬質合金。
（３）硬質相の５０体積％以上がＮｉ，Ｃｏより選ばれ
た１種又は２種を主成分とする金属で予じめその表面を
被覆したＡｌ＿２Ｏ＿３粒子と、該硬質相の残部がIVａ
〜VIａ族金属から選ばれた炭窒化物硬質粒子とからなる
硬質相に、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏより選ばれた結合金属相を混合して成
形した後、焼結することを特徴とする工具用セラミックス硬質合金の製造方法。