JPS60121087A - 耐摩耗部材の製造方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は拡散接合法を用いて構成された、耐摩耗部材の
製造方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

焼結硬質合金は通称超硬合金（以下超硬と略称する）と
呼ばれ、サーメット合金（以下サーメット）と共に、高
い硬度と靭性を合わせ持つ、有用な材料として、各種耐
摩耗部材、または構造材料としても広く使用されている
。

釦厘卦よｒト廿−Ｘ　、、　トは＼　ｈずれえ兆堂ｆ恵
り硬度を有する金属炭化物等の化合物および炭化物等の
化合物の結合材の役割を持つ金属（以下結合金属）とを
組み合わせた一種の複合材料で炭化物の持つダイヤモン
ドに匹敵する高硬度などの長所および金属の持つ靭性な
どの長所を合わせ持つことが特徴である。

超度はＷＣと結合金属としてＣＯ又はＣｏ−Ｎｉ合金を
主成分とする材料で炭化物生成元素としてＷ以外にＴａ
、　Ｍｏ、’ｌ’ｉ、　Ｚｒ、　Ｖ、Ｃｒ、　Ｎｂ　を
含むものがある。結合金属の量は通常３〜３０チであり
、その量が多いと一般に靭性は増すが硬度や抗折強さは
低下するため用途に応じて添加量が決められる。

硬度はビッカース硬度、１５００ＨＶ程度というその高
硬度と靭性を利用して、各種耐摩耗部材、たとえば切削
工具、各種ダイス、プラグ、打抜き工具、ゲージ類、ス
パイク類などに広く使用されている。

また、サーメットはＴｉＣと結合金属としてＮｉ又はＮ
ｉ−Ｃｏ合金を主成分とする材料で、前記超硬と同様高
い硬度と靭性を有し、さらに超硬より軽く、耐酸化性に
優れていることから、高速での切削工具などの酬摩耗部
材に用いられている。超硬およびサーメットは、従来の
焼入れ工具鋼（高速度鋼など）は、もちろんステライト
合金に代表される工具用鋳造合金と比較しても著しく、
高い硬度を有するのみならず、１０００℃以上の高温に
なってもその硬度がほとんど低下しないことがｔ％徴で
ある。

すなわち、高速度鋼では、常温でビッカース硬度約７０
０ＨＶであるものが、１０００℃では１００爪゛まで低
下する。またステライトも常温で約６００　ＨＶの硬度
が、１０００℃で約４００ＨＶに低下する。しかしなが
ら超硬ｆ　ｆｄ、１０００’Ｃ−１’　モ、１４００ｔ
（Ｖ　、！：　イウ高イ硬度を保持しＣいる。サーメッ
トも同様である。

ところで、前述のように優れた性質を有する超硬および
サーメットは’ＥＣ，Ｔｉｃなとの炭化物とＣｏ。

Ｎｉなどの金属を圧粉成形したのち、高温で焼結して作
られる。しかしながらこの製造法は金型の製作上、まだ
圧粉成形の工程で均一加圧が困難であるなどの制約があ
り、複雑形状の部品は作りにくく、また、その高硬度の
ためバルク材からの加工も多大の労力を要する。そこで
、銀ろう等のろう付法を用いることにより、複雑形状の
耐摩耗部材を得ることが考えられる。

しかしながら、従来性なわれている前記ろう接された超
硬あるいはサーメット部品は接合強度が一般には常温で
も４０掻讐程度であり超硬、サーメット自身の持つ強度
、抗折力８０−１５０Ａ１ｉ’７ｍｇ”、と比べはるか
に低く、まだ高温強度は大巾に低下する。

つまり、ろう材の持つ融点、たとえば、ＪＩＳ規格ＢＡ
ｒ　−２−Ａｆろうでは、約７００℃以上の温度で使用
する事は困難であり、また、ろう切れなどによって使用
時その接合部の剥離現象を生じるなどの問題点を有して
いた。超硬、サーメットは前述のように１０００℃以上
という高温でも硬度の低下が少ないという優れた特長を
有するが、その特長を充分に生かし、高温での使用に耐
えかつ接合強度の優れる接合方法で接合された超硬およ
びサーメット部品に対する要求が高まってきている。

前記のような問題確決には超硬あるいはサーメットを溶
接すると良いと考えられるが、超硬あるいはサーメット
に熱クラツクが発生し易いという問題点があった。単純
形状の部品については、分割して成形した超硬およびサ
ーメット部品をクリープ変形し易いＣｕ合金などの金属
を接合部に介在させて、高温高圧にて焼結しながら、Ｃ
ｕ合金などの金属をクリープ変形させて接合面に密着さ
せ、さらに該合金を母材に拡散させて接合する方法も知
られている。しかし、前記超硬およびサーメットの製造
工程は共に接合に高温、高圧が必要とされるため、複雑
形状の部品成形に対しては均一加圧の困難さ、また薄肉
部品では変形のおそれもあり非常に難しいという欠点が
あった。

〔発明の目的〕

この発明は、前述した、ろう接あるいは高温、高圧で・
焼結接合した超硬およびサーメット部品に生じる問題点
を解決し、高温での使用に耐え、まだ十分な接合強度を
有し、かつ高温加圧の必要が少ない陵雑形状部品にも適
用できる接合された超硬およびサーメット部品等の耐摩
耗部材の製造方法の提供を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明者らは、前記問題点を解決すべく接合方法に関し
説明研究を重ねるなかで、液相拡散接合法といわれる接
合方法は原理的に■母材と同等の接合部が得られる。■
接合時に加圧を必要としない点に着目した。

ここで液相拡散接合法とは’ＩＩ’　Ｌ　Ｐ法（Ｔｒａ
ｎｓｉｅｎｔＬｉｑｕｉｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｂｏｎａｉｎ
ｇ　）　あるいはＡＤ法（Ａｃｔｉｖａｔｅｄ　Ｄｉｆ
ｆｕｓｉｏｎ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）とも称される方法であ
り、従来はＮｉ、　Ｃｏ、　Ｆｅ基合金にＢ、　Ｓｉ、
　Ｐ等の低融点化元素を添加したフィラーメタル（Ｎｉ
−Ｂ−８ｉ、　Ｎｉ　−Ｃｒ　−Ｂ、　Ｃｏ　−Ｃｒ　
−Ｂ−８ｉ、　Ｆｅ−Ｂ−８４など）が用いられてきた
。このフィラーメタルは母材（Ｎｉ。

Ｃｏ、　Ｆｅ基合金−）の融点より数十度低い温度で溶
融する。したがって接合に当っては母材間に前記フィラ
ーメタルを介在させてその接合部を該フィラーの融点以
上、母材の融点以下の温度に加熱して該フィラーメタル
を溶融し、母材をぬらして接合部を埋めてろう材したの
ち、更に長時間該温度を保持してＢ、８ｉなどを母材に
拡散せしめるという方法が適用される。このとき同時に
フィラーメタルは母相と同時に凝固する等温凝固現象を
起こし強固な接合部を有する。以上のごとく、液相拡散
接合法では原理的に接合部は母材と同等の性質を有し、
また、接合過程でフィラーメタルが一時的に液相となり
接合面を埋めるだめ加圧して接合面を密着させる心安が
ない。といわれている。

つまり、従来のＢ、　ｓｉ、　ｐを含むＮｉあるいはＣ
Ｏ基合金のフィラーメタルを用いて液相拡散接合した１
、＠硬あるいはサーメット部品は接合に際し、はと−１
んど加圧を必要とせず、また接合部の融点も拡散熱処理
を施すことによりフィラーメタルのベースであるＮｉ合
金あるいはＣｏ合金の融点近傍の融点を有し、かなり高
温に対して有用な部品であると言われていた。しかしな
がら、接合部をさらにミクロ的に金属組織の観点から調
査したところ、次のような問題点のあることがわかった
。すなわち、超硬においては、その硬度の基本はＷＣの
ような炭化物の存在であるが、前記液相拡散接合した部
品においては、接合部にほとんど炭化物が観察されず、
したがって硬度も著しく低かった。また接合部近傍の母
材でも硬度が低下していたがこれは接合部近傍のＣが接
合時にＣｍ度の低いフィラーメタルへ拡散しただめ接合
部近傍でのＣｍ度が低下し、その結果η相と呼ばれろ金
属間化合物を生成したためと推定されろ。η相の析出は
超硬の硬さや抗折力を著しく低下させる有害な現象とし
て知られている。これに対し、接合部に母材部の炭化物
を有する組織を得るだめには多量の炭化物を含むフィラ
ーメタルを用いることが考えられる。

しかし一般的に、このようなフィラーメタルは非常に脆
く作成が困難である。

本発明者らは液相拡散接合法の持つ特長、すなわち接合
部融点が母材部みである。また原理的に接合時に高温加
圧不要などの性質を生かして、かつ接合部、硬度、なら
びに強度の低下を抑止するためにフィラーメタルを用い
ない方法として超硬合金あるいはサーメット合金からな
る接合部材の少なくとも接合面にボロン化層を形成して
処理部材とする事により、融点が接合部材のそれより低
くなる。次に、ボロン化層を接合面として、ボロン化層
の融点以上、母材の融点以下の範囲に加熱することによ
り、前記ボロン化層が一時的に液相となり接合部を満た
すため、接合時に加圧して接合面を密着させる必要が無
い、さらに加熱時間の経過に伴ない、ボロンは母材部へ
拡散して行き接合面でのミクロ的な金属組織は超硬にお
ける硬度の基本となるＷＣのような炭化物が母相から連
続的に接なかって存在することにより、前記問題点を解
決した超硬およびサーメット部品等の耐摩耗部制が得ら
れることを見いだし、本発明を完成するに至った。

ここでボロン化層の形成法は、固体ボロン化法、電解ボ
ロ／化法、溶融ボロン化法、ガスボロン化法など母料表
面からボロンを浸入拡散させボロン化層を生成せしめる
方法であれば、いかなる方法であっても良い。又、ボロ
ン化層の厚みは特に限定されないが拡散時間の短縮等か
ら通常１００μｍ以下であることが好ましく、この範囲
であれば、いかなる厚みであっても良い。

本発明の耐摩耗部材の製造方法は、超硬またはサーメッ
ト合金の少なくとも接合面に、ボロン化層を形成せしめ
た後、この処理部材どうし、あるいは該処理材と非処理
材との接合面を必要に応じ軽く研摩してパリなどを除去
したのち、脱脂洗浄する。次いで接合部にガタ゛ンキを
押える程度の低い圧力＜　ｏ、ｏ　ｉ〜５ｔｓ／ｍｌ該
）を付加し、不活性雰囲気中で加熱して保持する。雰囲
気としでは真空中力（望ましいが、サーメットの場合は
不活性ガス雰囲気でも良い。温度はボロン化層の融点よ
り高く母材の結合金属より低い融点が必要で具体的には
接合部材がＮｉあるいはＮｉ−Ｃｏ合金では９９０℃〜
１５００℃、好ましくは９９０℃〜１２５０℃、またＣ
ＯあるいはＣｏ−Ｎｉ合金では９９０℃〜１５００℃、
好ましくは１１００〜１２５０℃である。

保持時間は通常１分〜１００時間で良い。なお、この接
合時、接合部で接合が完了した時点で圧力を除荷して一
体化した部材を別の不活性雰囲気中に移して再び加熱し
拡散熱処理を行なっても良い。

以上のようにして、拡散熱処理が終了したら酸化を防止
して冷却することにより、本発明７５（目的とする、超
硬あるいはサーメット合金の接合部材による耐摩耗部材
の製造方法が完了する。

〔発明の効果〕

本発明による超硬およびサーメット部品等の耐摩耗部材
の製造方法においては、接合に際して、超硬およびサー
メットをボロン処理法にて表面にボロン化層を形成させ
ることにより、融点が母相のＮｉおよびＣＯあるいはそ
れらの合金より低くなる。

従ってとのボロン化層を設けた処理部材どうし、あるい
は該処理部材と非処理部材を組立て、接合部をボロン化
層の融点以上、接合点材の融点以下に加熱することによ
り、ボロン化層が一時的に液相となり接合部を満たすた
め、接合時に加圧して接合面を密着させる必要が無い、
さらに加熱時間の経過に伴ない、ボロンは母材部（接合
部材）へ拡散して行き、接合面でのミクロ的な金属組織
は超硬における、硬度の基本となる〜■Ｃのような炭化
物が連続的に存在する。しだがって電接合部の硬さは、
母材部とほぼ同じになり、かなり高温に対して有用な耐
摩耗部材が得られるという特徴を有する。

〔実施例１．〕 第１図に示す形状の超硬（ＪＩＳ　Ｇ２：約９５重（４
％ＷＣ−５重量％Ｃｏ）からなる接合部材Ｃ１）及び（
３）の接合面（２）、　（２′）を４５μＩｎダイヤモ
ンドで研摩したのち、接合面（２）に電解ボロン化法に
て、ボロン化層を形成し、処理部材を得た。電解ボロン
化法は、電解浴にホウ酸ナトリウム、陽極に白金を用い
、浴温度を９００℃、電流密度０．３、八４ｉとし、陰
極を接合部材（１）とし６０分間処理を行ない、ボロ／
化処理とした。

接合面（２）のＵ′着物等を除去したのち接合面（２）
。

（２′）をトリクレンとアセトンで脱脂洗浄した。次に
、２　Ｘ　１０’　Ｔｏｒｒの真空にしたホットプレス
中にセットした。接合面に０．０５Ａｉｊ／ｍＰの圧力
を印加し高周波加熱により、接合部を１２００℃にて１
０時間保持したところ、接合部材（１）と（８）は強固
に接合していた。

次いで接合部の断面を光学顕微鏡（倍率１０００）で観
察したところ、接合部の炭化物が連続した状態を示して
いることがわかった。

〔実施例２．〕 ′ｒｔｃ４　ザ　−　メ　ッ　ト　（ＷＺ−３，５０％
ＴｉＣ−１０％ＴａＣ−３２％　Ｎｉ−５％Ｃｒいずれ
も重量％）からなる接合部材（５Ｘ１０Ｘ３０園）２本
を用意し接合面（５Ｘ　１０■）を≠６００エメリー紙
で研摩した。次に接合面の一方に電解ボロン化法にて、
ボロン化層を生成させた電流一度を０．１〜−１処理時
間を２０分間とし、他の条件は実施例１と同様とした。

処理面の付着物を除去したのち、接合面をトリクレンと
アセトンで脱脂洗浄した。接合面を密着固定して２　ｘ
　１Ｏ−６Ｔｏｒｒの真空にしたポットプレス中にセッ
トした。接合面に０．１　Ｈ／−の圧力を印加し高周波
加熱により接合部を１１５０℃で１０時間保持した。

得られた接合材について、８００℃で引張試験を行なっ
たところ、このような高温においても５０Ｗｄ以上の高
い接合強度を有していることが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る耐摩耗部材の構成例を示す斜視
図。 １．３・・・超硬合金またはサーメット部品からなる接
合部材 ２．２′・・・接合面 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 （他１名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超硬合金捷たは、サーメット合金に少なくとも接合面に
   ボロン化層を形成した処理部材を得る工程と前記処理部
   材どうし、あるいは前記処理部材と非処理部材とを液相
   拡散接合する工程とを具備した事を特徴とする耐摩耗部
   材の製造方法。