JPH0411506B2

JPH0411506B2 -

Info

Publication number: JPH0411506B2
Application number: JP58209951A
Authority: JP
Priority date: 1983-11-10
Filing date: 1983-11-10
Publication date: 1992-02-28
Also published as: JPS60103080A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、TiB₂を硬質相として含み、Fe、
Co、NiとＷとの複硼化物を結合相として含む新
規な硼化物系超硬質材料に関するものである。 TiB₂は、高硬度、高融点でしかも高温強度が
極めて高い化合物であるために、切削工具材料や
熱機関の部分材料などの高硬度、耐摩耗性、耐熱
性などの要求される用途が期待されている材料で
あるが、TiB₂単体の焼結体は、抗折力が低く、
もろいという欠点をもつている。したがつて、適
当な結合剤を添加して強度の大きい焼結体が得ら
れるようにすることが必要であり、そのために
は、結合剤とて融点が高く、靭性の大きいものが
要求される。従来、WCを基材とする超硬合金は硬度が高く
靭性も比較的すぐれているので、切削工具や金型
素材などに広く使用されているが、耐食性や高温
耐酸化性に劣るなどの欠点があり、硬度もマイク
ロビツカース硬度（以下Hvで示す）で、2000程
度までである。また、Co、Ｗ、Crを基材とする
ステライトは、上記欠点は緩和されているものの
硬度に劣り、さらに、高速度鋼も硬度が低く、と
くに高温硬度に劣るなどの欠点をもつている。これら従来の欠点を解決するために、最近、鉄
硼化物および複硼化物を硬質相として有する硬質
焼結合金が提案されている。（たとえば、特公昭
54−27818号、特公昭56−8904号および特公昭56
−15773号）。しかしながらこれらに開示されてい
る合金では、最高硬度が、Hv＝2000程度である
ために、さらに高硬度が要求される用途に対して
十分対応し得ない面がある。また、TiB₂やCrB₂などの二硼化金属の結合剤
として硼化マンガンを用いた高強度硬質材料（特
開昭55−167180）や硼化チタンを用いた超耐熱材
料（特開昭57−2782）などが提案されているが、
高い硬度の材料を得るためには、ホツトプレス法
で約1800℃以上、普通焼結で約2000℃以上の高温
下で焼結しなければならないという工業生産面で
の難点がある。そこで、これらの問題点を改良し、しかも、
TiB₂の有用な特性を発揮させるために、鋭意研
究を重ねた結果、TiB₂を硬質相とし、融点が
1900℃程度と高い複硼化物WFeB、WCoB、
W₂FeB₂、W₂CoB₂およびW₂NiB₂を結合相とし
て用いることにより、極めて高い硬度と優れた抗
折力をもつた焼結体が得られることを見い出し、
これら知見に基づいて、本発明をなすにいたつ
た。すなわち、本発明の主たる目的は、WC系の
超硬合金以上の硬度範囲を包含でき、しかも、強
度と靭性の高い硼化物系超硬質材料を提供するこ
とにあり、硬度でいえばHv＝2000〜3000の範囲
である。本発明の他の目的は、耐摩耗性、耐食性
および耐熱性に優れた超硬質材料を提供すること
であり、さらに他の目的は、より安価な超硬質材
料を提供することにある。以下、本発明の詳細について説明する。本発明の硼化物系超硬質材料は、TiB₂を硬質
相とし、複硼化物WFeB、WCoB、W₂FeB₂、
W₂CoB₂およびW₂NiB₂の中から選ばれた１種以
上を結合相とすることにより構成される。TiB₂
の最終の平均粒径は3μｍ程度以下が好ましい。
結合相として用いる複硼化物は、全重量に対し３
〜60％の範囲で添加するのが適当である。この量
が、３％未満では十分な機械的強度が得られない
し、60％を越えると硬度が低下する。この複硼化
物としてはWFeBの場合、必ずしも化合物として
のWFeBの粉末を原料として用いる必要はなく、
たとえばＷ粉末とFe粉末とＢ粉末、WB粉末と
Fe粉末、あるいは、フエロボロン系のFe−Ｂ系
粉末などの混合粉末が、焼結後に、WFeBを形成
するように配合した粉末を用いてもよい。これら
の混合粉末を使用した焼結体では、焼結後にＸ線
回折を行なうとWFeBが形成されていることが確
認された。WCoB、W₂FeB₂、W₂CoB₂および
W₂NiB₂についても前記と同様に配合した混合粉
末を焼結することにより、それぞれの複硼化物が
得られる。なお、ＭＭＢおよびＭ₂MB₂
は必ずしも化学量論比と一致する必要はなく、ま
た、不可避的な不純物を含んでも良い。本発明の超硬質材料の製造は、つぎのようにし
て行なうことができる。平均粒径3μｍ以下の
TiB₂粉末に、所定量の複硼化物粉末（平均粒径
3μｍ以下）を添加して、振動ボールミルで湿式
混合と粉砕を十分行なつた後、乾燥造粒する。こ
の混合粉末を、たとえば、黒鉛型に充填し、真空
中、アルゴンガスまたは水素ガスのような中性ま
たは還元性雰囲気中において、100Kg／cm²以上の
圧力下で1400℃以上、好ましくは1500℃以上の温
度で加熱するか、あるいは、前記の混合粉末を、
あらかじめ圧縮成形した圧粉体を、前記の雰囲気
中において、1600℃以上、好ましくは1700℃以上
2000℃以下の温度で加熱することによつて製造す
ることができる。また、熱間静水圧プレス法の単
独使用または併用によつても製造することができ
る。このようにして得られた焼結体は、いずれも、
硬度、抗折力、相対密度に優れ、切削工具、熱機
関部品、耐摩耗材料として好適である。以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説
明する。実施例に供した材料の組成は、第１表お
よび第２表に示した。

【表】

【表】実施例１ TiB₂粉末の平均粒径を3μｍ以下とするために、
鉄製の振動ボールミルにより有機溶媒中で25時間
湿式粉砕し、このとき混入したFe粉末を塩酸ア
セトンで溶解除鉄し、N₂雰囲気中で乾燥造粒す
る。結合剤として用いる複硼化物WFeBの粉末も、
平均粒径が3μｍ以下となるように、前記と同じ
方法で粉砕し、乾燥造粒する。また、焼結後
WFeBを形成する成分としてWB粉末とFe粉末を
配合した混合粉末を用いる場合も、前記と同じ方
法で混合粉砕し、乾燥造粒する。この結合剤の粉
砕工程では、微粉末の酸化を極力抑制するため
に、あらかじめ有機の酸化防止剤を若干配合して
おくとよい。さらに、このようにして得たTiB₂粉末、結合
剤粉末および少量のグラフアイト粉末を所定量配
合し、前記振動ボールミルで約１時間混合して、
同様に乾燥造粒した。つぎに、この混合粉末を黒鉛型に充填し、真空
中、またはArガス中において、150Kg／cm²の圧力
で加圧しながら1600℃および1500℃の温度で30分
間加熱した。また、該混合粉末を、あらかじめ、
約1000Kg／cm²の圧力で圧縮成形したものを、真空
中において、1800℃の温度で30分間加熱した。こ
のようにして得た焼結体の特性を第３表に示し
た。なお以下の実施例の結果も同様に示した。実施例２ TiB₂粉末に、複硼化物WCoBの粉末、または、
焼結後WCoBを形成する成分としてWB粉末とCo
粉末を配合した混合粉末を所定量配合して、実施
例１と同様に混合し、焼結した。実施例３ TiB₂粉末に、複硼化物W₂FeB₂の粉末、また
は、焼結後W₂FeB₂を形成する成分としてWB粉
末とFe粉末を配合した混合粉末を所定量配合し
て、実施例１と同様に混合し、焼結した。実施例４ TiB₂粉末に、複硼化物W₂CoB₂の粉末、また
は、焼結後W₂CoB₂を形成する成分としてWB粉
末とCo粉末を配合した混合粉末を所定量配合し
て、実施例１と同様に混合し、焼結した。実施例５ TiB₂粉末に、複硼化物W₂NiB₂の粉末、また
は、焼結後W₂NiB₂を形成する成分としてWB粉
末とNi粉末を配合した混合粉末を所定量配合し
て、実施例１と同様に混合し、焼結した。実施例６ TiB₂粉末に、焼結後WFeB、または、W₂FeB₂
を形成する成分として、フエロボロン粉末とＷ粉
末とＢ粉末を配合した混合粉末を所定量配合し
て、実施例１と同様に混合し、焼結した。

【表】 (注) ＊は普通焼結
以上の実施例からわかるように、硬度2000〜
2600、抗折力90〜120Kg／mm²、密度約100％の高硬
度で強度も高い緻密な焼結体が得られた。

Claims

【特許請求の範囲】１ TiB₂粉末に、Ｂ、Ｗ、Fe、Co、Niの粉末の
中から選ばれた１種以上の混合物、これらの化合
物もしくはこれらの合金の粉末をMIMＢ（ただ
し、ＭはＷ、ＭはFe、Coを示す。以下同
じ）、または、Ｍ₂MB₂（ただし、ＭはＷ、
ＭはFe、Co、Niを示す。以下同じ）の成分と
なるように配合して焼結することを特徴とする硼
化物系超硬質材料。２ TiB₂粉に複硼化物WFeB、WCoB、
W₂FeB₂、W₂CoB₂およびW₂NiB₂の粉末の中か
ら選ばれた少なくとも１種以上を、重量で、３〜
60％添加混合して焼結したことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の硼化物系超硬質材料。