JPS61193771A - 窒化ほう素基焼結材料部材を炭化タングステン基超硬合金部材に接合する方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、窒化ほう素基焼結材料部材を高い接合強度
で炭化タングステン基超硬合金部材（以下、単に超硬合
金部材という）に接合する方法に関するものである。

（従来の技術） 一般に、窒化ほう素基焼結材料は、結合相形成成分とし
て少なくともＣｏ粉末およびＮｉ粉末のいずれか、また
は両方を配合し、さらに必要に応じて第２の結合相形成
成分として周期律表の４ａおよび５ａ族金属の炭化物、
窒化物、炭窒化物、およびほう化物、並びに酸化アルミ
ニウムのうちの１種以上を配合し、残りの主要部が窒化
ほう素粉末からなる混合粉末を、４万気圧以上の超高圧
下で、約１３００℃の高温に加熱して焼結することによ
って製造されるものであり、高硬度とすぐれた化学的安
定性を有することから、主として鋳鉄や耐熱合金、さら
に焼入鋼などの切削に切削工具として用いられている。

この場合、上記の窒化ほう素基焼結材料部材は、通常同
じく結合相形成成分として少なくともＣ０およびＮｉの
いずれか、または両方を含有し、残りの主要部が炭化タ
ングステン（以下ＷＣで示す）からなる組成を有する超
硬合金部材に接合され、スローアウェイチップやエンド
ミル、さらにバイトなどとして実用に供されているが、
これら両部材は、ろう付けなどの通常の手段では接合す
ることがきわめて困難であることから、前記の窒化ほう
素基焼結材料の焼結時に、前記の超硬合金部材をこれと
一緒に挿入して、焼結と同時に接合を行なっているのが
現状である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように窒化ほう素基焼結材料部材と超硬合金部材の
接合は、前記窒化ほう素基焼結材料の焼結と同時に行な
われるものであるため、前記超硬合金部材の占める分だ
け窒化ほう素基焼結材料の生産割合が少なくなり、これ
がコスト高の原因となっている。

したがって、窒化ほう素基焼結材料の製造鳴際して用い
られているような超高圧を用いることなく、かつ窒化ほ
う素基焼結材料の焼結とは別個に、窒化ほう素基焼結材
料部材を超硬合金部材に接合することができれば、従来
−緒に挿入されていた超硬合金部材の分だけ窒化ほう素
基焼結材料の生産割合が増すことになって、その分だけ
コスト低減をはかることができるようになる。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、超高圧
を用いずに、上記の窒化ほう素基焼結材料部材を超硬合
金部材に接合すべく研究を行なった結果、前記両部材の
接合面に、少なくともＰ（りん）：５〜４０原子％を含
有し、さらに必要に応じてＣ（炭素）：１〜１０原子％
を含有し、残りの主要部がＣｏおよびＮｉのいずれか、
または両方からなる配合組成あるいは成分組成を有する
ろう材を介在させた状態で、これら両部材を、２０Ｋｇ
／ｃＩＩ以上、実用的には２０〜３００Ｋｇ／ｃｄの圧
力を付加しながら、８００〜１０００℃の温度に加熱す
ると、このろう材中のＰ成分、あるいはＰ成分とＣ成分
が前記両部材の結合相内に拡散することから、前記両部
材の結合相と前記ろう材とが一体化するようになり、こ
の結果前記両部材はきわめて高い接合強度、すなわち２
０ｔＣｙ／−以上の高い剪断強度で接合されるようにな
るという知見を得たのである。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、結合相形成成分として少なくともＣｏおよびＮｉの
いずれか、または両方を含有する窒化ほう素基焼結材料
部材を、同じく結合相形成成分として少なくともＧｏお
よびＮｉのいずれか、または両方を含有する超硬合金部
材に接合するに際して、これら両部材の接合面に、少な
くともＰ：５〜４０原子％を含有し、さらに必要に応じ
てＣ：１〜１０原子％を含有し、残りの主要部がＣｏお
よびＮ１のいずれか、または両方からなる配合組成ある
いは成分組成を有するろう材を介在させた状態で、これ
ら両部材を、２　Ｑ　Ｋ’Ｓ　／　ｃｉ以上、実用的に
は２０〜３０ＯＮｙ／ｄの圧力を付加しながら、８００
〜１０００℃の範囲内の所定温度に加熱して、前記ろう
材中のＰ成分、さらに必要に応じてＣ成分を前記両部材
内へ拡散させることによって前記両部材の強固な接合を
はかった点に特徴を有するものである。

つぎに、この発明の接合方法において、その条件を上記
の通りに限定した理由を説明する。

（ａ）ろう材中のＰ含有量 Ｐ成分には、ろう材の融点を低下させて、接合加熱温度
である８００〜１０００℃の温度で液相を形成し、自身
は加圧状態で、いずれも接合部材の結合相の主要構成成
分であるＣｏおよび／またはＮｉ中に拡散して、これら
部材を一体化し、もって強固な接合をはかる作用がある
が、その含有量が５原子％未満では前記作用に所望の効
果が得られず、一方４０原子％を越えて含有させると、
両部材の接合面にかなりの量のＰ成分が残留するように
なり、このＰ成分は接合部材の結合相形成成分およびろ
う材構成成分と脆い化合物を形成し、この化合物が多量
に形成されると接合面の接合強度が著しく低下するよう
になることから、その含有量を５〜４０原子％と定めた
。

（ｂ）ろう材中のＣ含有量 Ｃ成分は、Ｐ成分と共存した状態で、ろう材の融点を一
段と低下させ、ろう材を低温側で液相化する作用をもつ
ので、相対的に低い接合加熱温度が要求される場合に必
要に応じて配合あるいは含有されるが、その含有量が１
原子％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方
１０原子％を越えて含有させると、接合面に遊離炭素と
して残留するようになって、接合強度が低下するように
なることから、その含有量を１〜１０原子％と定めた。

（Ｃ）接合加熱温度 ８００℃未満の接合加熱温度では、Ｐ成分の接合部材へ
の拡散速度が低く、この結果接合面に多量のＰ成分が残
留するようになって、高い接合強度を得ることができず
、一方１０００℃を越えた接合加熱温度にすると、特に
窒化ほう素基焼結材料部材に変質が起って、高い接合強
度は得られるものの、切削性能の劣化を招くようになる
ことから、その温度を８００〜１０００℃と定めた。

（ｄ）付加圧力 接合に際して、接合部材の接合面に、接合強度低下の原
因となる空隙が形成されるのを防止するために圧力が付
加されるが、付加圧力が２０に９／ｃｔ１未満では完全
に空隙発生を防止することができないので、２Ｃ１１０
ｊ以上の圧力を付加して空隙のない均一な接合面を得る
ようにする必要がある。

なお、付加圧力が高いほど接合強度は高くなるが、実用
的には２０〜３００Ｋｇ／ｃ！ｉの付加圧力で十分満足
する接合強度を得ることができる。

キ法あるいは粉末塗布法などの方法によって適用するの
がよく、また、両部材の接合は、雰囲気制御が可能なホ
ットプレス機を用い、非酸化性ガス雰囲気中あるいは真
空中で行なうのが好ましく、密閉容器内での実施が可能
ならば、雰囲気は大気でもよい。

（実施例〕 つぎに、この発明の接合方法を実施例により具体的に説
明する。

実施例　１ 接合部材として、直径ニアＩＷφ×厚さ：　　１．５Ｍ
の寸法をもち、かつ第１表に示される成分組成をもった
窒化ほう素基焼結材料部材と、直径ニア履φ×厚さ：６
履の寸法をもち、かつ同じく第１表に示される成分組成
をもった超硬合金部材を用意した。

一方、ろう材形成粉末として、平均粒径：１，２ｔ、ｔ
ｍを有するＣｏ粉末、同１．５μｍのＣｏ　−Ｐ合金（
Ｐ：５０原子％含有）粉末、および同０．５μｍの炭素
粉末を用意し、これら粉末をそれぞれ第１表に示される
配合組成に配合し、これに有機接着剤を加えて混合して
ペースト状とし、これらのペーストを、上記接合部材の
それぞれの接合面に、５μｍの平均厚さで塗布した後、
これらの両部材を接合面で重ね合わせた状態で、ホット
プレス機の内径：　７゜１ａｌＩφを有する黒鉛モール
ド内に挿入し、同じく第１表に示される条件で接合を行
なうことによって、本発明接合法１〜１１および比較接
合法１〜４をそれぞれ実施した。

なお、比較接合法１〜４は、いずれもろう材の配合組成
および接合条件のうちのいずれかの条件（※印を付した
もの）がこの発明の範囲から外れた条件で行なったもの
である。

つぎに、この結果得られた接合部材の接合面の剪断強度
を測定すると共に、接合面の状況を観察した。これらの
測定および観察結果を第１表に合せて示した。

実施例　２ 接合部材として、直径：６ｓφＸ厚さ：３＃の寸法をも
ち、かつ第２表に示される成分組成を有する窒化ほう素
基焼結材料部材と、直径＝６Ｍφ×厚さ：４ｍの寸法を
有し、同じく第２表に示される成分組成をもった超硬合
金部材を用意した。

末、同１．５μｍのＣｏ−Ｐ合金（Ｐ：３３原子％含有
）粉末、同１．２μｍのＣｏ粉末、同１．５μ雇のＮｉ
粉末、および０．５μｍの炭素粉末を用意し、これら粉
末を第２表に示される配合組成に配合し、これに有機接
着剤を加えて混合してペースト状とし、これらのペース
トを、前記超硬合金部材の接合面に８μｍの平均厚さで
塗布し、ついで、このように調製した超硬合金部材を接
合面同志が接触した状態で上記窒化ほう素基焼結材料部
材に重ね合わせ、これを上下の黒鉛パンチで加圧する形
式のホットプレス機の内径：　　６．１ａｗφを有する
キャビティ内に挿入し、同じく第２表に示される条件で
接合を行なうことによって本発明接合法１２〜２２およ
び比較接合法５〜８をそれぞれ実施した。

なお、比較接合法５〜８は、いずれも実施例１における
と同様に、いずれかの条件がこの発明の範囲から外れた
条件で行なったものである。

これらについても、実施例１におけると同様に接合面の
剪断強度を測定し、かつ接合面状況を観察し、その結果
を第２表に示した。

また、本発明接合法１２．１３．および１４について、
得られた接合部材の接合面におけるＰおよびＮｉの最大
拡散深さを、それぞれＸＭΔ（Ｘ線マイクロアナライザ
ー）により測定したところ、第３表に示される結果を示
した。

〔発明の効果〕

第１〜３表に示される結果から明らかなように、本発明
接合法によれば、ろう材構成成分の接合部材への拡散が
十分に行なわれ、接合面に空隙などの発生なく、良好な
接合状態で、しかも２０ｔＣｙ／−以上の高い剪断強度
で強固に窒化ほう素基焼結材料部材を超硬合金部材に接
合することができるのに対して、比較接合法１〜８に見
られるように、ろう材の成分組成および接合条件のうち
のいずれかの条件でもこの発明の範囲から外れると、接
合状態が悪く、かつ接合面の剪断強度も２０／（ｇ／ｎ
ｗｉｆ以下と低く、高い接合強度での接合が不可能であ
ることがわかる。

また、本発明接合法１３により接合された接合部材から
直径：５姻φのドリルを加工し、このドリルを用いて、 被削材：焼入れダイス鋼（硬さ：ＨＲＣ５４）。

外周切削速度：　４０　ｍ／ｍｉｎ　。

切削油：使用 の条件で穴明は加工を行なったところ、この穴明は加工
は良好な状態で行なわれ、従来著しく困難視されていた
高硬度鋼の穴明は加工を容易に行なうことを可能とする
ものであった。

上述のように、この発明の接合方法によれば、窒化ほう
素基焼結材料部材を、超硬合金部材に超高圧を用いるこ
となく、強固に接合することができるので、窒化ほう素
基焼結材料の製造コストの低減や、その使用分野の著し
い拡大をはかることが可能となるなど工業上有用な効果
がもたらされるのである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）結合相形成成分として少なくともＣｏおよびＮｉ
   のいずれか、または両方を含有する窒化ほう素基焼結材
   料部材を、同じく結合相形成成分として少なくともＣｏ
   およびＮｉのいずれか、または両方を含有する炭化タン
   グステン基超硬合金部材に接合するに際して、これら両
   部材の接合面に、少なくともＰ：５〜４０原子％を含有
   し、残りの主要部がＣｏおよびＮｉのいずれか、または
   両方からなる配合組成あるいは成分組成を有するろう材
   を介在させた状態で、これら両部材を、２０Ｋｇ／ｃｍ
   ＾２以上の圧力を付加しながら、８００〜１０００℃の
   範囲内の所定温度に加熱して、前記ろう材中のＰ成分を
   前記両部材内へ拡散することを特徴とする窒化ほう素基
   焼結材料部材を炭化タングステン基超硬合金部材に接合
   する方法。
2. （２）結合相形成成分として少なくともＣｏおよびＮｉ
   のいずれか、または両方を含有する窒化ほう素基焼結材
   料部材を、同じく結合相形成成分として少なくともＣｏ
   およびＮｉのいずれか、または両方を含有する炭化タン
   グステン基超硬合金部材に接合するに際して、これら両
   部材の接合面に、少なくともＰ：５〜４０原子％とＣ：
   １〜１０原子％を含有し、残りの主要部がＣｏおよびＮ
   ｉのいずれか、または両方からなる配合組成あるいは成
   分組成を有するろう材を介在させた状態で、これら両部
   材を、２０Ｋｇ／ｃｍ＾２以上の圧力を付加しながら、
   ８００〜１０００℃の範囲内の所定温度に加熱して、前
   記ろう材中のＰおよびＣ成分を前記両部材内へ拡散させ
   ることを特徴とする窒化ほう素基焼結材料部材を炭化タ
   ングステン基超硬合金部材に接合する方法。