JPH05339659A - 板状炭化タングステンを有する超硬合金の製法及び被覆超硬合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＷＣ−立方晶系化合物−Ｃｏ超硬合金におい
て、板状の炭化タングステンの晶出を容易にし、かつ板
状の炭化タングステンの晶出率を高める製法の提供を主
目的とする。 【構成】 ＷＣ−立方晶系化合物−Ｃｏ超硬合金におい
て、出発原料中の立方晶系化合物形成粉末量と、出発原
料を混合粉砕した後の炭化タングステンの平均粒径とを
特に制御することにより、加熱焼結時に板状の炭化タン
グステンを晶出させるという製法。 【効果】 従来のＷＣ−Ｃｏ超硬合金、又はＷＣ−立方
晶系化合物−Ｃｏ超硬合金における板状の炭化タングス
テンの晶出超硬合金に比べて、製造工程が簡易で、かつ
板状の炭化タングステンの晶出率が高いという効果があ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、板状の炭化タングステ
ンを有する超硬合金の製法及びこの製法により作製した
超硬合金の表面に硬質被膜を形成してなる被覆超硬合金
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的、超硬合金は、ＷＣ−Ｃｏ系超硬
合金とＷＣ−立方晶系化合物−Ｃｏ系超硬合金に大別さ
れる。これらの超硬合金は、耐欠損性を高めると耐摩耗
性が低下し、逆に耐摩耗性を高めると耐欠損性が低下す
るという二律背反的傾向を示すという問題ある。この問
題を解決するものとして、例えば耐摩耗性を低下させず
に耐欠損性を高めようとした超硬合金の提案が多数あ
る。これらの提案の１つの方法として、板状炭化タング
ステンを含有させた超硬合金があり、その代表的なもの
に特公昭４７−２３０４９号公報，特公昭４７−２３０
５０号公報及び特開平２−４７２３９号公報がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】板状の炭化タングステ
ンを含有させた超硬合金に関する先行技術の内、特公昭
４７−２３０４９号公報及び特公昭４７−２３０５０号
公報には、０．１〜４０重量％の主としてＣｏ金属粉末
と残りコロイド状炭化タングステン粉末を液体中で粉砕
及び乾燥した後、加熱及び急冷して、最大寸法が０．１
〜５０μで、かつ最小寸法の３倍以上でなる板状の炭化
タングステンの含有した超硬合金について記載されてい
る。

【０００４】これら両公報に記載されている超硬合金の
製造方法は、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金における炭化タング
ステンの粒成長作用を利用した方法である。これをＷＣ
−立方晶系化合物−Ｃｏ系超硬合金に応用すると、立方
晶系化合物が炭化タングステンの粒成長の抑制作用とな
るために、そのまま利用して板状の炭化タングステンを
析出させることは困難であるという問題がある。

【０００５】一方、特開平２−４７２３９号公報には、
炭化タングステンを過飽和に含有した固溶体の出発原料
を用いて、加熱焼結時に板状の炭化タングステンとして
晶出させるという超硬合金の製造方法が記載されてい
る。同公報に記載されている方法は、ＷＣ−立方晶系化
合物−Ｃｏ系超硬合金に応用することができるが、炭化
タングステンを過飽和に含有した固溶体を作製するのが
困難であること、特に、炭化タングステンを添加及び混
合して作製した過飽和固溶体を出発原料として用いる場
合には、加熱焼結時に過飽和固溶体から晶出する炭化タ
ングステンが既存の炭化タングステン上に晶出し、結果
的には板状の炭化タングステンが晶出し難くなるという
問題がある。

【０００６】本発明は、上述のような問題点を解決した
もので、具体的には、炭化タングステンを過飽和に含有
した固溶体を用いることなく、出発原料の組成成分と製
造条件、特に加熱焼結直前における炭化タングステンの
粒径の制御を行うことにより、ＷＣ−立方晶系化合物−
Ｃｏ系超硬合金において、容易に板状の炭化タングステ
ンを含有させることができる超硬合金の製法及びこの製
法により得られる超硬合金に硬質被膜を形成した被覆超
硬合金の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、切削工具
としてよく用いられるＷＣ−立方晶系化合物−Ｃｏ系超
硬合金の耐摩耗性を低下させずに耐欠損性を向上させる
ための検討を行っていた所、板状の炭化タングステンの
含有した超硬合金は、亀裂の伝播抵抗を向上させること
ができること、立方晶系化合物が存在していると、板状
の炭化タングステンの晶出が抑制されると言われている
が出発原料の組成成分及び加熱焼結直前における炭化タ
ングステンの粒径を制御することにより、容易に板状の
炭化タングステンが晶出されるという知見を得て、本発
明を完成するに至ったものである。

【０００８】すなわち、本発明の板状炭化タングステン
を有する超硬合金の製法はＣｏ及び／又は、Ｎｉの粉末
１〜２５重量％と、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属
の炭化物，窒化物及びこれらの相互固溶体の中の少なく
とも１種の立方晶系化合物形成粉末３〜４０重量％と、
残り炭化タングステン粉末とからなる出発原料を用い
て、混合粉砕工程，粉末圧粉体成形工程及び非酸化性雰
囲気中での加熱工程を経て超硬合金を作製する方法であ
って、該混合粉砕工程後における混合粉末中の該炭化タ
ングステンは、平均粒径０．５μｍ以下であること、該
加熱は、１４５０℃以上で行なわれること、及び該超硬
合金中に存在する炭化タングステンの１５％以上は、１
〜１０μｍの最大寸法で、かつ該最大寸法が最小寸法の
２倍以上でなる板状の炭化タングステンからなっている
ことを特徴とする。

【０００９】本発明の超硬合金の製法において用いる出
発原料の内、Ｃｏ及び／又はＮｉの粉末が１重量％未満
になると、焼結後の超硬合金中に含有する板状の炭化タ
ングステン量が少なくなり、耐欠損性への効果が弱くな
ること、逆に２５重量％を超えて多くなると、耐摩耗性
が低く実用的でなくなる。また、出発原料の内、立方晶
系化合物形成粉末が３重量％未満になると、焼結後の超
硬合金中に含有する板状の炭化タングステン量が顕著に
減少し、耐欠損性への効果が弱くなること、逆に４０重
量％を超えて多くなると、立方晶系化合物自体が脆性で
あることから超硬合金の耐欠損性も低下する。

【００１０】この出発原料として用いる立方晶系化合物
形成粉末とは、加熱焼結後の超硬合金中に存在する結晶
が立方晶構造でなるもの、具体的には、例えばＴｉＣ，
ＴｉＮ，Ｔｉ（Ｃ，Ｎ），Ｔｉ（Ｃ，Ｏ），Ｔｉ（Ｎ，
Ｏ），Ｔｉ（Ｃ，Ｎ，Ｏ），（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ，（Ｔｉ，
Ｔａ，Ｗ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｗ）Ｃ，ＴａＣ，
ＮｂＣ，（Ｔｉ，Ｔａ）Ｃ，（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ，（Ｔ
ｉ，Ｔａ，Ｎｂ）Ｃの粉末を挙げることができる。

【００１１】本発明の超硬合金の製法における混合粉砕
工程とは、ステンレス容器又は超硬合金で内張りした容
器等を用いて、容器内に出発原料と超硬合金製の粉砕介
在物、例えばボールとアセトン等の有機溶剤とを入れ
て、回転式ボールミル，振動ボールミル，アトライター
等の方法にて出発原料を混合粉砕する工程のことであ
る。

【００１２】混合粉砕後、乾燥し、有機溶剤を気散させ
て得た混合粉末中に存在する炭化タングステンが平均粒
径０．５μｍ以下でなることが重要である。この混合粉
末中の炭化タングステンの平均粒径を０．５μｍ以下に
するには、出発原料として用いる炭化タングステンの平
均粒径が２．０μｍ以下、好ましくは平均粒径０．５〜
１．５μｍの炭化タングステンを用いる。使用する炭化
タングステンの平均粒径が２．０μｍを超えて大きいと
きには、炭化タングステンのみを、例えば上述の混合粉
砕工程でもって微細化し、次いでその中に他の出発原料
を混在させて再度混合粉砕することもできる。混合粉砕
時の時間は、出発原料として用いる炭化タングステンの
粒子の大きさ，出発原料の量と粉砕介在物の量の比率，
粉砕介在物の形状，有機溶剤の量，容器の容積と容器内
物質の体積の比及び混合粉砕方式によって異なるが、混
合粉砕の途中で混合粉末を微量抜取りし、混合粉末中の
炭化タングステンの平均粒径が０．５μｍ以下になるよ
うに決定すればよい。

【００１３】混合粉砕後に得た混合粉末を粉末圧粉体に
成形するには、従来から行われている、例えば金型成
形，押出し成形，射出成形，鋳込成形を利用して行うこ
とができる。こうして得た粉末圧粉体を非酸化性雰囲気
中で加熱するときは、真空，水素，窒素又は不活性ガス
雰囲気中で１４５０℃以上、好ましくは１５００℃以上
で焼結することである。このようにして焼結した後、必
要に応じて従来から行われている熱間静水圧処理（ＨＩ
Ｐ処理）を施して、さらに緻密な超硬合金とすることも
好ましいことである。

【００１４】こうして得た超硬合金は、超硬合金中に存
在する炭化タングステンの１５％以上が板状の炭化タン
グステンを含有しているもので、ここでいう板状の炭化
タングステンとは、超硬合金の任意の断面を走査型電子
顕微鏡で観察したときに、三角形状，針状，棒状及び台
形状の炭化タングステンからなり、それらの粒形の最大
寸法が１〜１０μｍで、かつ最大寸法が最小寸法の２倍
以上でなるものをいう。

【００１５】以上のようにして作製した板状の炭化タン
グステンを含有した超硬合金の表面に、従来から行われ
ている化学蒸着法（ＣＶＤ法）や物理蒸着法（ＰＶＤ
法）でもって、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭
化物，窒化物，酸化物及びこれらの相互固溶体、酸化ア
ルミニウム，窒化アルミニウム，ダイヤモンド，ダイヤ
モンド状炭素又は立方晶窒化ホウ素の中の少なくとも１
種からなる単層もしくは多層の被膜を形成した被覆超硬
合金にすると耐摩耗性，耐欠損性及び耐剥離性に優れ、
特に切削工具として用いると長寿命になるので好ましい
ことである。

【００１６】

【作用】本発明の製法は、混合粉砕後の混合粉末中に存
在する炭化タングステンの粒径と出発原料中に存在させ
る立方晶系化合物形成粉末を主とする組成成分比が加熱
焼結時に板状の炭化タングステンの晶出を促進する作用
をしているものである。また、この製法によって得た超
硬合金の表面に硬質被膜を形成した被覆超硬合金は、超
硬合金中に存在する板状の炭化タングステンが超硬合金
と被膜との密着性を高める作用、及び超硬合金内の亀裂
伝播を阻止する作用をしているものである。

【００１７】

【実施例１】平均粒径１．５μｍの炭化タングステン
（ＷＣ粉末）と、４５％ＷＣ−２２％ＴｉＣ−３３％Ｔ
ａＣ（重量％）の固溶体でなる立方晶系化合物粉末（以
下、βｔと記載）と、Ｃｏ粉末を用いて、表１の如く配
合した。表１の配合粉末をステンレス製容器中で、超硬
合金製ボールとアセトン溶剤と共に混合粉砕し、混合粉
砕後の炭化タングステンの平均粒径が表１に示した粒径
になった時に混合粉砕を中止し、乾燥して混合粉末を得
た。これら混合粉末を粉末圧粉体に成形した後、本発明
品１は１５００℃真空焼結、比較品１は１４２０℃真空
焼結、比較品２は１３８０℃真空焼結により焼結し、そ
れぞれの試料を作製した。こうして得た本発明品１，比
較品１及び比較品２の任意の断面を走査型電子顕微鏡で
観察し、それぞれの合金組織中に存在している板状の炭
化タングステンの割合を求めて、その結果を表１に示し
た。板状の炭化タングステンの測定は、三角形状の炭化
タングステンを全て板状炭化タングステンとみなし、他
に針状，棒状，台形状の炭化タングステンについては最
大寸法及び最小寸法を測定して判断した。

【００１８】

【表１】 また、本発明品１，比較品１及び比較品２のそれぞれの
超硬合金の硬さ（ＨＶ），５０ｋｇ荷重におけるビッカ
ース圧痕の４コーナから発生する全クラック長さ、及び
室温における抗折力を測定し、それぞれの結果を表２に
示した。

【００１９】次いで、本発明品１，比較品１及び比較品
２の超硬合金の表面に、従来から行われているＣＶＤ法
でもって、４μｍ厚さのＴｉＣ被膜と２μｍ厚さのＴｉ
（Ｃ，Ｎ）被膜と０．５厚さのＴｉＮ被膜を順に形成
し、本発明品１−１，比較品１−１及び比較品２−１を
得た。本発明品１−１，比較品１−１及び比較品２−１
を用いて、下記の（Ａ）耐摩耗性試験と（Ｂ）耐欠損性
試験による切削試験を行い、それぞれの結果を表２に併
記した。 （Ａ）耐摩耗性試験 被削材 ：Ｓ４８Ｃ（ＨＢ：２４０〜２５０） ホルダー ：ＣＳＢＮＲ２５２５ チップ形状：ＳＮＧＮ１２０４０８ 切削速度 ：２００ｍ／ｍｉｎ 送り ：０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切込み ：１．５ｍｍ 評価 ：３０分切削後の平均逃げ面摩耗量
（Ｖ ′_B） 最大逃げ面摩耗量（Ｖ_B）及びクレータ摩耗量（Ｋ_T） （Ｂ）耐欠損性試験 被削材 ：Ｓ４８Ｃ（ＨＢ：２５０〜２６０，４本ス
ロット入り） ホルダー ：ＣＳＢＮＲ２５２５ チップ形状：ＳＮＧＮ１２０４０８ 切削速度 ：１００ｍ／ｍｉｎ 切込み ：１．５ｍｍ 評価 ：欠損又はチッピングが生じたときの送りで
表わした。

【００２０】

【表２】

【００２１】

【実施例２】実施例１に記載した出発原料を用いて、表
３の如くに配合した。表３の配合粉末を実施例１と同様
に処理し、本発明品２は実施例１の本発明品１と同条件
で、比較品３は実施例１の比較品１と同条件で、比較品
４は実施例１の比較品２と同条件で焼結し、それぞれの
試料を作製した。こうして得た本発明品２，比較品３及
び比較品４を実施例１と同様にして、板状の炭化タング
ステンの割合を求めて、その結果を表３に示した。

【００２２】

【表３】 また、本発明品２，比較品３及び比較品４のそれぞれを
実施例１と同様にして、硬さ，クラック長，室温抗折力
を求めて表４に示した。次いで、実施例１と同様にして
本発明品２，比較品３及び比較品４の表面に被膜を形成
し、それぞれを本発明品２−１，比較品３−１及び比較
品４−１とした。これら本発明品２−１，比較品３−１
及び比較品４−１を用いて、実施例１の（Ａ）耐摩耗性
試験と（Ｂ）耐欠損性試験を行い、その結果を表４に併
記した。

【００２３】

【表４】

【００２４】

【実施例３】実施例１に記載した出発原料を用いて、表
５の如くに配合した。表５の配合粉末を実施例１と同様
に処理し、本発明品３は実施例１の本発明品１と同条件
で、比較品５は実施例１の比較品１と同条件で、比較品
６は実施例１の比較品２と同条件で焼結し、それぞれの
試料を作製した。こうして得た本発明品３，比較品５及
び比較品６を実施例１と同様にして、板状の炭化タング
ステンの割合を求めて、その結果を表５に示した。

【００２５】

【表５】 また、本発明品３，比較品５及び比較品６のそれぞれを
実施例１と同様にして、硬さ，クラック長，室温抗折力
を求めて表６に示した。次いで、実施例１と同様にして
本発明品３，比較品５及び比較品６の表面に被膜を形成
し、それぞれを本発明品３−１，比較品５−１及び比較
品６−１とした。これら本発明品３−１，比較品５−１
及び比較品６−１を用いて、実施例１の（Ａ）耐摩耗性
試験と（Ｂ）耐欠損性試験を行い、その結果を表６に併
記した。

【００２６】

【表６】

【００２７】

【実施例４】実施例１に記載した出発原料とＮｉ粉末を
用いて、表７の如くに配合した。（Ｃｏ−Ｎｉ比は５
０：５０）表５の配合粉末を実施例１と同様に処理し、
本発明品４は実施例１の本発明品１と同条件で、比較品
７は実施例１の比較品１と同条件で、比較品８は実施例
１の比較品２と同条件で焼結し、それぞれの試料を作製
した。こうして得た本発明品４，比較品７及び比較品８
を実施例１と同様にして、板状の炭化タングステンの割
合を求めて、その結果を表７に示した。

【００２８】

【表７】 また、本発明品４，比較品７及び比較品８のそれぞれを
実施例１と同様にして、硬さ，クラック長，室温抗折力
を求めて表８に示した。次いで、実施例１と同様にして
本発明品４，比較品７及び比較品８の表面に被膜を形成
し、それぞれを本発明品４−１，比較品７−１及び比較
品８−１とした。これら本発明品４−１，比較品７−１
及び比較品８−１を用いて、実施例１の（Ａ）耐摩耗性
試験と（Ｂ）耐欠損性試験を行い、その結果を表８に併
記した。

【００２９】

【表８】

【００３０】

【発明の効果】本発明の超硬合金の製法は、板状の炭化
タングステンの晶出が容易であること、及び板状の炭化
タングステンの晶出割合が高くなるという効果がある。

【００３１】また、本発明の製法により得た板状の炭化
タングステンの晶出した超硬合金は、クラック長から判
断した亀裂の進展が２〜２５％抑えられるという効果が
あること、さらにこの超硬合金に被膜を形成した被覆超
硬合金は、切削工具として用いた場合、耐摩耗性の低下
を起さずに、耐欠損性を顕著に向上させるという優れた
効果がある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃｏ及び／又はＮｉの粉末１〜２５重量
   ％と、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒
   化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種の立
   方晶系化合物形成粉末３〜４０重量％と、残り炭化タン
   グステン粉末とからなる出発原料を用いて、混合粉砕工
   程，粉末圧粉体成形工程及び非酸化性雰囲気中での加熱
   工程を経て超硬合金を作製する方法において、下記
   （ａ），（ｂ）及び（ｃ）を満足することを特徴とする
   板状炭化タングステンを有する超硬合金の製法。 （ａ）該混合粉砕工程後の該炭化タングステンは、平均
   粒径０．５μｍ以下であること、 （ｂ）該加熱は、１４５０℃以上で行なわれること、 （ｃ）該超硬合金は、該超硬合金中に存在する炭化タン
   グステンの１５％以上が１〜１０μｍの最大寸法で、か
   つ該最大寸法が最小寸法の２倍以上でなる板状の炭化タ
   ングステンからなること、
2. 【請求項２】 請求項１に記載の製法により得た超硬合
   金の表面に、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化
   物，窒化物，酸化物及びこれらの相互固溶体，酸化アル
   ミニウム，窒化アルミニウム，ダイヤモンド，ダイヤモ
   ンド状炭素又は立方晶窒化ホウ素の中の少なくとも１種
   からなる単層もしくは多層の被膜を形成してなることを
   特徴とする被覆超硬合金。