JPS603987A - 組立体 - 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】 〔づ１＼明の技杯工分野〕 本発明は、拡散接合法を用いて組み立て成形された組立
体に関する。

〔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、または超硬合金（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、切削工具、耐摩耗工具または構造材料としても
広く使用されている。

超硬およびサーメットは、いずれも非常に高い硬度を有
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
合剤の役割を持つ金属（以下結合金属）とを結み合わせ
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。

超護は、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Ｔ
ａ、Ｍｏ、Ｔｉ　、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。

超硬はピンカース硬度、１５００ＨＶ程度というその高
硬度と靭性を利用して、各種切削工具、また面ｋ　１４
１！矛を二［具としてたとえば、各種タイス、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Ｎ
ｉ又はＮｉ−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、さらに超硬まり軽く耐酸化
性にすぐれていることから高速での切削工具などに用い
られている。超イ便およびサーメットは、従来の焼入工
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″Ｃ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特徴である。すな
わち、高速度鋼では、常温でビッカース硬度約７００Ｈ
ｖであるものが、１０００℃では１００　ｔ（ｖ位まで
低下する。またステライトも、常温で約６００１（ｖの
硬度が、１０００℃で約４００　Ｈｖに低下する。しか
しながら超硬では１０００″Ｃでも１４００Ｈｖという
高い硬度を保持している。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、ＷＣ，’ｆ’ｉｃ　などの炭化物と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。この製造法はしかしながら、金型の製作上
、また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９にくり、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
。また、工具などにおいては部品全体が超硬あるいは、
サーメットである必要のない場合が多く、さらに超硬、
サーメットは全般に高価であることから、シャンクと呼
ばれる炭素鋼など安価な金属材料にＡｇろう接などして
使用されることも多い。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　ｋｇ／ｒｒｍ２程度で
あり、超硬自身の持つ強度、抗ヶヵ８ｏ〜１．。ｌｃｇ
／Ｈ０２，よよ６□お７、よよ、　１こと、また高温強
度は大巾に低下する。およびろう祠の持つ融点、たとえ
ばＪＩＳ規格ＢＡｇ−２−Ａｇろうでは約７００°Ｃ以
上の温度では全く使用出来ないなどの問題点を有する。

超硬、サーメットは１）ＩＪ述のように１ｏｏｏ°Ｃ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６情での使用に
耐えかつ接合強度の１ぼ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
。

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
、Ｃｕ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、さらに該合金を母料に拡散させて接合する方法
も知られている。しかし、ｎｉｔ記超硬およびサーメッ
トの製造工程は共に接合に高ｊｉ＋Ａ　ｓ　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ｌ・、ケ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。

〔ず←す」の目し＋勺〕

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しる問題点を解
決し、高温での使用に耐え、また十分な接合強度を有し
、かつ高温加圧の必要が少ない、複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組
立体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ＴＬＰ法（Ｔｒａｎｓｉｅｎ
ｔＬｉｑｕｉｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｂｏｎａｉｎｇ　）　あ
るいはＡＤ法（Ａｃｔｉｖａｔｅｄ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏ
ｎ　Ｂｏｎｄｉｎｇ　）とも称される方法であり、従来
はＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ　基合金にＢ、ＳｉＰ等の低融点化
元素を添加したフィラーメタル（Ｎ１−Ｂ−８ｉ　、Ｎ
１−Ｃｒ−Ｂ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｈ−８ｉ　、Ｆｅ　−Ｂ−
８ｉなど）が用いられてきた。このフィラーメタルは母
相（Ｎｉ　、　Ｃｏ　、　Ｆｅ基合金−）の融点より数
十度へい温度で溶融するっしたがって接合に当っては１
け林間にｎｉｌ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１７、Ａ
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、更に畏時間該温度を
保持してＢ、Ｓｉ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材と
同時に凝固する等温凝同現２宏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１生質を有し、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ため
加ｊ１＝シて接合面を密着させる必要がない。といわれ
ている。

つまり、従来のＢ、Ｓｉ、Ｐを含むＮ１あるいはＣＯ基
合金のフィラーメタルを用いてン色相拡散接合し１ζ、
超硬あるいはサーメット部品は接合に際し、はとんど加
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１４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。

捷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Ｃ濃度の低いフィラーメタル
へ拡散したため接合部近傍でのＣ濃度が低下し、その結
果η・相と呼ばれる金属間化合物を生成したためと推定
される。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。

本発明者らは、液相拡散接合法の持つ特長、すなわち接
合部融点が母材並みである。また原理的に接、、に、お
ヵ。８Ｅ工。ヵ、。□、オ、ヵ１１７、　１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
メタルとして、超硬にはＣ：３−１３．Ｈ：０−１９．
ｐ：０−１０．Ｓｉ：０−１９、Ｗ：０−１０．Ｔｉ：
０−ＩＱ、Ｔａ：０−５゜Ｎｂ　：　０−５　、　Ｃｏ
又はＣｏ−Ｎｉ：残部かつｔ５．（Ｃ＋Ｂ十ＰトＳ　ｉ
　（２２を、サーメットにはＣ：３−１：３．Ｂ：０−
１９．Ｐ：０−１０．Ｓｉ：０−１９、　’ｌ　ｉ　：
　０　２０　＋　Ｔ　ａ　：　Ｏｂ　、Ｃｒ　：　０　
２０　ｒＮｉ又はＮｉ−Ｃｏ：残部かつｌ　５（Ｃ十Ｂ
＋Ｐ＋５ｉ（２２（単位はいずれも原子％）なるフィラ
ーメタルヲ用いて液相拡散接合することにより前記間）
４点を前夫した超硬およびサーメット部品等の組立体が
イＩＩられることを見いだし、本発明を完成するに如っ
た。

ｊ−なわら、本発明による超硬およびサーメット部品等
のｇ立体においては、接合に際してフィラーメタルに含
まれる低融点化元素、主に、Ｂ　、　Ｐ。

Ｓｌ　の作用によりフィラーメタルの融点が母相の（ Ｎｉ　あるいはＣＯ合金より数十度低くなる。従って該
フィラーメタルを母材の接合部に介在させたのち、接合
部をフィラーメタルの融点以上、母材の融点以下に加熱
することによりフィラーメタルが一時的に液相になシ接
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、フィラーメタルに含まれるＣお
よび炭化物生成元素、主にＷ　、　Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、
Ｃｒの作用により、接合部に炭化物が生成して接合部硬
度の低下を防ぎ、またフィラーメタル中のＣの存在は接
合部近傍の母材からのＣのフィラーメタルへの拡散ヲ抑
赦全抑止するという特徴；、ｒ有する。

ここで、フィラーメタルの組成においＣＳ　Ｃが３％未
満のときは接合部の炭化物生成が少なく、−また、Ｂ　
＋　Ｐ　＋Ｓｉの組成範囲が１０％以上、２２チ以上で
は融点の低下が元号でなく、また後述する溶湯急冷法に
よるフィラーメタルの製造工程で延性箔が得られにくい
。Ｂ、Ｐ、Ｓｉそれぞれの組成範囲も同様の理由による
。またＷ　、　Ｔａ、Ｎｂ。

Ｔｉ、Ｃｒ　量はいずれも前記組成範囲を越えると、フ
ィラーメタルの融点上昇、浴湯急冷法による延性箔の得
難さなどの問題が生じる。

次に、更に具体的に説明する。

本発明の組立体は、次の方法によシ作製噛れる。

寸ず、母材の接合面を軽く研磨してパリなどを除去した
のち、脱脂洗浄する。次いで、母材に合致したフィラー
メタルと接合部に介在させる。フィラーメタルの厚みは
、特に限定されないが、通常１００μＩｎ以下であるこ
とが好ましく、この範囲のものであればいかなる厚みの
ものであっても良い。

捷だ該層は、接合面を一様におおって所定の厚みで介在
させたフィラーメタル、すなわち薄板、浴湯急冷法で作
製された所定厚さの箔、ＬＰＣ法（Ｌｏｗ　Ｐｒｅｓｓ
ｕｒｅ　Ｃｏａｔｉｎｇ　）による供給、常用のスパッ
タリングによる供給、有機バインダーで固定した粉末リ
ボンなどを用いるいずれの形態もとりつる。

しかしながら、スパッタリングによるフィラーメタルの
ＩＡ　給方法はスパッタリングの率が元素により異なる
ため、当初と異なった組成のフィラーメタルが接合部に
堆積するおそれがあり、また、イｆ　ｈ９　／；インダ
ーで固めた粉末リボンは、有機バインダー（たとえばア
クリロイドセメント）々どの不純物による接合部汚染な
どの問題があり、したかって、フィラーメタルの供給方
法としては、浴湯急冷法により作製された延性箔、ある
いはＬＰＧ法による供給が望ましい。前者は、延性金有
し打抜加工も出来ることから取扱い易く、均一組成であ
りまた後者は、フィシ−メタルの供給が不活性雰囲気中
で行なわれるため清浄なフィラーメタルが、しかも組成
の変動もなく供給される。

ついで、接合部に母材のガタッキを押える程度の低い圧
力（０，０１〜５１ｒ９／ｍｖａ２程度）を付加し、不
活性雰囲気中で加熱して保持する。

写囲気としては真空が望ましいが、サーメットの場合は
不活性ガス雰囲気でも良い。

温度は、フィラーメタルの融点より高く母材の融点より
低いことが必要で、具体的には１０００〜１３０００好
ましくは１１００〜１２５０℃　の範囲である。保持時
間は通常１分〜１００時間で良い。

７ゝ・（１０接８時・接８部ｆ接９が兄了し′／′−ｕ
　ｑ点で圧力を除荷して一体化した部品を別の不活性雰
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
して冷却し、本発明が目的とする超硬あるいはサーメッ
ト部品等の組立体を得ること力丈できる。

〔発明の天施セＩＩ　） １ら晟ごヒノｊで１４例　１ 第１図にボす形状の超硬（ＪＩＳＧ２：約９５重量係−
５１ｔＢｔ％）部材（１）及び（３）の接合面（２）　
、　（２）を４５μｌｎダイヤモンドで研磨したのち、
ト１ノクレンとアセトンで脱脂洗沖した。次に、母材の
接合部にｒＢ浴湯急冷法て作製した辱み約４０μｍで組
り父力よＧ　ｅ−８１３−１２８ｉ−８Ｗ−１’Ｌ’ａ
−残部ＣＯなるフィラーメタルを挿入し、２　Ｘ　１０
　’Ｔｏｒｒの真空にしたホラトンレス中にセットした
。毎月間に０．０５１Ｃ９／Ｉｎｍ２の圧力を印加し高
周波加熱により、接合部を１１５０℃にしたところ、接
合部（は直ちに俗解した。その後、１２００°Ｃにてｌ
Ｏ！′Ｉ与間保持した。

得られた接合材を再び１１５０’Ｏに昇温したところ、
接合部は溶解することなく超硬部品は安定した状態を示
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、接合部に多数炭化物の生成していること
がわかった。

実施例２ Ｔｉｃ基サーメット（ＷＺ−３，５０チＴｉＣ−Ｌ　Ｑ
　％　ＴａＣ−３２％　Ｎ＋　−８％Ｃｒイずれも重量
％）の母材で５　ｍＸ　１０　Ｘ　３０ｍｍの棒を２本
用意し接合面を＃６００エメリー紙で研磨した。さらに
、トリクレンとアセトンで脱脂洗浄した。

接合面に、ＬＰＣ法によりフィラーメタル（６Ｃ−８Ｂ
　−１２８ｉ−１０Ｔｉ　−ＮｆｆｆｉＮｉ　イｆｈ＋
Ｌ　原子％）を５０μｍ厚さに推撰したのち、材料を密
着固定して、２Ｘ１０　’　ＴｏｒｒのＪ’Ｃ空度にし
たホットプレス中にセットした。母材間にＱ、　１１ｃ
９／ｍｍ２の圧力ｒ印加し、高周波加熱により接合部を
１２００’Ｏで２４時間保持した。

得られた接合材について８００°Ｃ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５０ｋｇ／ｍｍ”
以上の高い接合強度を有していることが判明した。

〔発明の効果〕

本発明は十分な接合強度を有し、又製造工程時に高温加
圧の必要がなく、複雑形状部品を得る事が容易な超鋼、
ザーメット部品からなる組立体がイ（すられるというも
のである。

【図面の簡単な説明】

ｚ５１図は本発明に係る組立体の構成例を示す斜視図。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑　（他１名）第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１複数に分割された焼結硬質合金からなる母料を原
   子チでＣ，３〜１３％、Ｂ、０〜１９％、Ｐ、０〜１０
   ％、Ｓｉ、０〜１９％、Ｗ、０〜１０％＋　Ｔｉ、０〜
   １０　％　、　Ｔａ。 ０〜５％、Ｎｂ、０〜５チ、残部Ｃｏ又はＣｏおよびＮ
   ｉ（ただし１３　＋　Ｐ　＋Ｓ　ｉは１５〜２２％）か
   らなるフィラーメタルを用いて液相拡散接合で組立てた
   事を特許とする組立体。 （２）複数に分割されたサーメットからなる母材を原子
   φでＣ，３〜１３％、Ｂ、０〜１９チ、Ｐ、０〜１０％
   、Ｓｉ、０−１９％、　Ｔｉ　、　０〜２０％　、　Ｔ
   ａ　、　０〜５％　、　Ｃｒ。 ０〜２０チ、残部Ｎｉ又はＮｉおよびＣｏ（ただしＢ＋
   Ｌ’＋Ｓｉは１５〜２０％）からなるフィラーメタルを
   用いて液相拡散接合で組立てた事を特徴とする組立体。