JPS6039145A - 超硬合金組成物 - 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〉 この発明は一般的には、高い硬度をもっ金屈組成物を必
要どＪる工作機械、さく岩機用ドリル等に用いられる。

にうな超硬合金組成物に関Ｊる。さらに詳しくは、超硬
合金のタングステンおよびモリブデン硼化物−炭化物族
に関するものである。

炭化タングステンは周知の超硬材１’ｉｌであり、ロッ
クウＴル△硬度試験の測定ににれば９２〜９６の硬度値
を有している。しかしながら、純粋の炭化タングステン
は多くの用途に用いるには瞳過ぎる。従って、二］パル
１〜．ニッケル、鉄またはこれらの混合物のごどき比較
的柔かいバインダ金属どｌ３ｉｊ化クンゲスｉンとを組
合せて、高い硬度と高い破壊靭性（ｆｒａｃｔｕｒｅ　
ｔｏｕｇｌｌｎｅｓｓ）の両方を右づる硬い組成物をつ
くることが知られている。バインダどしてコバルトを用
いるこの種の組成物は、実際の応用において重要な特性
、主として硬邸ど靭１’ｌに慢れでいることが一般に認
識されており、このためにコバルト−タングステン１，
１２化物はさく岩機用ドリル、ドリル。

クイ＼７・スタッド等の用途に広く利用されている。し
かしながら、米国にお【プるコバルトはそのほとんどが
もっばら細円から輸入されている金属であり、その結！
１．！、二コバルトの入手可能性および価格は不安定で
ある。炭化硼素は、ダイ髪７モンドと立方晶系硼素に次
ぐ二番目の硬さをもつ。しかしながら、その高度の脆性
ど実質的な延性の欠除のために実際的な利用は制限され
る。炭化硼素を工作機械用ドリル等として好ましく使用
できるように、炭化硼素を各種の金属と反応させて硬さ
と耐破壊性とを備えた金属炭化物／金属硼化物組成物を
調製しようどする多くの努力がなされてきた。例えば米
国特許第３゜３８６．８１２号にはニッケルー硼素炭化
物組成物が記されている。また、本特許出願と同一出願
人にょる先願日本特許出願５７−１６１９８号（特開昭
５７−１４５９４８号）には、炭化硼素およびバインダ
のニッケルおよび／または畝と混合されたタングステン
またはモリブデンの高温圧縮反応生成物からなる超硬組
成物の開発が記載されている。

この組成物の金属成分（即ち非炭化硼素成分）は、タン
グステンまたはモリブデンを少なくとも９０　ｆｆ’　
ｔｉ！％の淵ｔｆｆで含有り゛る。そのため、この超硬
組成物は、１５〜１６ｏ／ｃｃのオーダの比較的高い密
度を右している。かような高い密度は多くの用途には（
Ｊとｌυど支障はなく、事実ある用途においては利点と
もなるが、同様な超硬合金組成物でしかもより一層低い
密度をもつものを使用１゛ることが望ましいＪ：うイ【
用途がある。こうした用途には、例えば高速ドリルをも
つ工作機械、航空機に用いられる超硬合金部品。

軍事用発射体に用いられる超硬合金部品、タイＶ・スタ
ッド等が含まれる。

〈発明が解決しようどする問題点〉 イこでこの発明は、改良された超硬合金組成物をｌｅ１
！供することを目的どするものである。

この発明の目的はまた、低密度の超硬合金組成物、さら
に詳しくは、前述した本特許出願と同一出願人による先
願に記載された超硬合金組成物、」：りも低い密度の超
硬合金組成物を提供１−ることである。

５− さらにこの発明の目的は、コバル１へを含まず、また破
壊靭性の改良された超硬合金組成物を提供することであ
る。

〈問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するためこの発明においては、炭化硼
素成分と金属混合物との高温圧縮反応生成物からなる超
硬組成物を提供する。炭化硼素成分は炭化硼素（’ＢＣ
）、または二者択一ヰ 的に、化学量論的に均等な硼素と炭素の混合物からなる
。金属混合物は第１金属成分と第２金属成分とを含む、
第１金属成分はタングステン。

モリブデンまたはそれらの混合物である。第１金属成分
がタングステンの場合には、炭化硼素成分はこの組成物
の約３〜６重量％の範囲となる。第１金属成分がモリブ
デンの場合には、炭化硼素成分はこの組成物の約６〜１
０重量％の範囲となる。第１金属成分のタングステンと
モリブデンは、モル対モルｍ　ｔｔ＋−で交換可能で互
いに置換することができる。第１金属成分としてタング
ステンとモリブデンの混合物を用いる揚＝６− 合には、前述した％の値はあん分して調節する。

金属混合物の第２金属成分は、ニッケル、鉄またはそれ
らの混合物である。この成分は、組成物の残部を構成す
る吊で存在させる。第１金属成分がタングステンの場合
、この第２金属混合物はニッケル１０〜２１重量％ど鉄
０〜９槍１％からなることが好Ｊニジい。第１金属成分
がモリブデンの場合、この第２金属混合物はニッケル９
〜２Ｏｆｆｌ量％と鉄Ｏ〜９重量％からなることが好ま
しい。１）４述した炭化硼素成分と同様に、第１金属成
分がタングステンとモリブデンの混合物からなる場合、
これらの％はあ７９分して調節′？Ｊる。

この発明は前ｉ！Ｉｉ　シた本特許出願と同一出願人に
よる先願に記載された出願人の従前の研究をさらに発展
させたものである。この先願においては、超硬合金組成
の金属混合物のタングステン／モリブデン成分を９０重
石％程度に低くすることができると出願人は考えていた
。しかＩノながらこの発明においては、このタングステ
ン／モリブデン成分をさらに低減することができ、例え
ばタングステンの場合には金属混合物の７０重石％まで
、またモリブデンの場合には７２重酊％まで、硬さの著
しい低下な１ノに低減させることができることを見出し
た。このことは予期しえない驚くべき結甲であり、かな
り低密度で軽量でしかも硬さの低減がない超硬組成物を
つくることができる。

この発明の超硬含金組成物は、炭化硼素；粉末の鉄、ニ
ッケルまたはこれらの混合物；および粉末のタングステ
ン、モリブデンまたはこれらの混合物を含有する粉末前
駆物質混合物からつくられる。この前駆物質混合物の焼
結中、鉄／ニッケル・バインダ相はタングステン／モリ
ブデン相の一部を溶解させて、ニッケル、鉄およびタン
グステン（またはモリブデン）の合金となる。また、こ
のバインダ相の成分は炭化硼素とある程度まで反応して
少量の鉄およびニッケル炭化物や鉄およびニッケル硼化
物を生成し、恐ら（は炭化硼素の限定量をも同様に溶解
さぜる。しか１）ながら、イれでもなお、この混合物中
の鉄／ニッケル成分は主としてバインダ相とし゛Ｃ機能
すると考えられる。

まＩ、：、タングステンは焼結に際して液相中で炭化Ｉ
ｌ累と反応して炭化タングステンおよび硼化タングステ
ン化合物を生成することも知られており、これらの化合
物はいずれもいくつｈ＼の化学量論の種として生成され
ると考えられる。

例えばタングステンはｗｃ、ｗ２ｃおよび少量の伯の化
合物を生成することが知られている。同様にモリブデン
は炭化硼素と反応して、種々の不確定な炭化モリブデン
や■化モリブデンの種を生成する。

〈実施例〉 粉末を高温圧縮することによって調製された１０個の試
別についての組成、硬さ測定値および密度について第１
表にまとめて示す。

第１表中、かっこ内に示した種々の金属の手回％は、こ
の試１１！１の金属含量金目（すなわち炭化硼素成分を
除いたもの）に対でる各特定金属−〇− の重量％を表わす。試別中の金属の合η１重量％は「金
属合計４の項目の下に示されている。従って、例えば最
初の試別ＰＡ−６は、５重間％の炭化硼素を含み、残り
の９５重量％はタングステン、ニッケルおよび鉄の金属
からなっている。これら３種類の金属からなる試料の９
５％は、タングステン、ニッケルおよび鉄のそれぞれ７
０車聞％、２１重量％おにび９重量％からなっている。

第１表に示した試料は、微粉砕した炭化硼素と金属元素
の粉末とからなる乾燥粉末前駆物質混合物から調製した
。この前駆物質混合物は黒鉛製ダイに充填し、ｔＡ　！
＊１４６０℃、圧力２１ＭＰａで高温圧縮し、長さ約２
０ＩＩＩＩＩｌ、直径約３１．８ｍｍの円柱体を作った
。第１表に示したように、これら圧縮円柱体の測定密度
は、混合成分の単純な混合物に基づく理論密度の１００
％よりも超えていた。

各円柱体の一端をｏ、ｓｍ＋ｎだけ削り、両端を平らに
研磨した。つぎにロックウェル△硬さ試験１０− を各円柱体の対向端について行なった。結果は第１表に
示す。

第１表に記したと同じ組成をもち、同じ前駆物質混合物
からなるさらに別＜’Ｋ　１０個の試料を、低温流体均
衡圧縮に引続いて大気圧下水素中で１４６０〜１４７０
℃で焼結する方法によって調製した。

焼結は、３００℃／時間の加熱３１ｉ度で行ない同相反
応を少なくした。この方法は高温圧縮法よりも経済的で
あるために試みられた。しかしながら、この低温圧縮／
焼結方法で得られた結果は、高温圧縮法での結果桿満足
１べきものではなかった。低温圧縮による試料のうちわ
ずかに２個のみ、寸なわち試料ＮＯ，ＰΔ−４とＰＡ−
１０のものは、理論密度の１００％より大ぎい密度に圧
縮された。これらの試料の１つ、ＰＡ−９はロックウェ
ルΔ硬さ８８．６を有していた。

＝　１１− 第１表＊ 試料Ｎｏ、金属合計　Ｗ　ＭＯＮｉ　Ｆｅ　Ｂ、ＣＰＡ
−６９！ｉ、００　（７０，００−２１，０９，００）
　５，００ＰＡ−５９５，５０（７５，００−１７，５
０７，５０）　４．５０ＰＡ−２９６，００（８０，０
０−１４，００６，００）　４，００ＰＡ−１９６，５
０（８５，００−１（１，５０４，５０＞　３，５０Ｐ
Ａ−９９６，５０（８５，００−１５，００−）　３，
５０ＰＡ−８９０，９０（−７２，００１９，６０８，
４０＞　９，１０ＰΔ−７９１，８０＜−７７，００１
６，１０６，９０）　８．２０ＰＡ−４９２゜５５　（
−８０，４８１３，６６５，８６）　７，４５ＰＡ−３
９３，４６（−８７，１０９，０２３，８７）　６，５
４ＰＡ−１０９３，４６（−８７，１１１２，８９−）
　６．５４註）　＊　すべでの数字は重量％で表わす。

＊＊Ｒ−Ａ（ロックウェルＡ）値は各試料の対向端に対
する値を示し、１２− Ｒ−Ａ　硬さ　理論密度　測定密度 （Ｍｃｃ）　（ｇ／ｃｃ） ８９．４．　９０，２　１１．４８　１３．７５８？、
３．　８７，０　１２．０Ｂ　１３．５Ｂ８９．２，１
１９．５　１２，８０　１３，９８８９．２，８９．８
　１３，６４　１４．！１７８９．７，８７．０　１３
，７６　１４，４８８８．６，８９，１　７．７０　８
，２１９１．０，８９．１　７，９０　８．５９８９．
４，８９，９　８．０８　Ｂ、６３９１．０，９０．８
　８，３４　８，７７８６．９，９０．９　８．３９　
８，７７各値は５回の実測の平均である。

〈発明の効果〉 この発明の超硬合金組成物の実際の化学的性質はよくわ
かっていないが、その全体的な化学的組成はわかってい
る。この組成物（ま、金属炭化物、金属硼化物、金属硼
炭化物の混合物を含んでいると考えられる。タングステ
ンまたはモリブデンの開化物、Ｆｌｌ炭化物および炭化
物の生成が硬さに最も寄りしていると推測されるが、こ
れをＷａするためには更に研究が必要である。

組成中のタングステン／モリブデン含量が低減すること
の主な効果は、組成物の密度の低減である。これは、例
えばタングステン（１９，３ｇ／ｃｃ）とニッケル（８
，９（１／’ｃｃ）との密度の相違の結果である。第１
表に示したように、タングステン系列の組成物の密度は
約１３．５〜１４．５ｇ　、−ｃ　ｃの範囲ぐあり、モ
リブデン系列の組成物　゛の密度は約８．２〜８．８４
］／ｃｃの範囲である。後者のモリブデン系列の組成物
の密度は、■具用ドリル亡タイヤ・スタッドに近年使用
されている炭化タングステン組成物の密度のほぼ半分と
なっている点に注目すべきである。

以−１−の説明（よこの発明の好ま（〕い実施例を説明
するためのものである。この発明は上述の実施例にのみ
限定されるものではなく、特許請求の範囲に照らして多
くの変形が可能である。

特許出願人　アメリカ合衆国 代　理　人　尾　股　行　雄 ２６７−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下記ａ〉またはｂ）から選ばれるＢ４Ｃからなる炭
   化硼素成分 ａ）炭化硼素、 ｂ）その場で炭化硼素を生成するに十分な量の硼素およ
   び炭素 および下記Ｃ）およびｄ）からなる金属混合物 Ｃ）タングステン、モリブデンまたはこれらの混合物か
   ら選ばれる第１金属成分 ｄ）ニッケル、鉄またはこれらの混合物から選ばれる第
   ２金属成分 の圧縮して緻密化した反応生成物からなり、前記第１金
   属成分がタングステンの場合に前記炭化硼素成分の量を
   組成物の３〜６重量％の範囲とし、前記第１金属成分が
   モリブデンの場合に前記炭素硼素成分の量を組成物の６
   〜１０重石％の範囲とし゛Ｃ，組成物の残部は前記金属
   混合物から形成し、 前記第１金属成分がタングステンの場合に前記第１金属
   成分を前記金属混合物の７０〜９０重量％の範囲とし、
   前記第１金属成分がモリブデンの場合に前記第１金属成
   分を前記金属混合物の７２〜９０ｍ！ｉｉ％の範囲とし
   て、それぞれの場合の前記金属混合物の残部は前記第２
   金属成分から形成し、タングステンとモリブデンとはモ
   ル対モル基準で前記金属混合物中で交換可能で亙いに置
   換することができ、タングステンまたはモリ′ブデンに
   基づく前記組成％はタングステンおよびモリブデンの相
   対モル％を基礎どしてあん分して調節されることを特徴
   とする、少なくとも約８５以上のロツクウＴルＡ硬さを
   もつ超硬合金組成物。