JPS6197169A - 強じん性金属ホウ化物基超硬耐熱材料 - 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 本発明は、切削工具材料、特に木工用切削工具材料とし
て好適な、強じん性を有する新規金属ボウ化物基超硬耐
熱材料に関するものでちる。

従来の技術 これまで、切削工具材料としては、主としてタングステ
ンカーバイドが用いられてきたが、最近資源的に原料不
足の傾向があるため、これに代わるべき材料として金属
ホウ化物、例えばニホウ化チタン焼結体が注目を浴びる
ようになってきた。

ところで、この金属ホウ化物焼結体は、耐熱性、耐酸化
性、高温における強度及び硬度が優れ、資源的にも入手
しやすいものであるが、焼結性に難点がある上に、切削
工具とするには抗折強度が低いという欠点がある。

本発明者らは、このような金属ホウ化物焼結体の焼結性
及び抗折強度を向上させるために、先に種々の結合剤を
配合することを提案しく特公昭５６−４１６９０号公報
、特公昭５６−４５９８４号公報、特開昭５４−７２７
７９号公報、特開昭５６−２３２４６号公報、特開昭５
６−３２３７９号公報）、それぞれある程度の効果を得
たが、さらに耐熱性、硬度、抗折強度を高めるために研
究を続け、Ｔｉ、Ｏｒ、Ｖ、Ｔａ。

Ｎｂ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ａｔ、Ｚｒなどの金属の一ホ
ウ化物、ニホウ化物の中から選ばれた少なくとも１種と
結合剤用金属化合物の少なくとも１種とを基本成分とし
、これに金属炭化物及び金属窒化物の中から選ばれた添
加剤を配合し、焼結したものが、さらに優れた物性を示
すことを見出した（特開昭５７−４２５７８号公報）。

しかしながら、このものは、金属用切削工具としては、
満足しうる物性を示すが、木工切削用としては、じん性
が不足し、満足しうるものとはいえない。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、高い硬度、抗折強度、耐熱性を示すと
ともに、さらに優れた強じん性を有する、木工用切削工
具材料として適したホウ化金属基超硬耐熱材料を提供す
ることである。

問題点を解決するための手段 本発明者らは、ホウ化金属基超硬耐熱材料に強じん性を
付与することについて鋭意研究を重ねた結果、意外にも
炭窒化チタンの配合が有効であることを見出し、この知
見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、（Ａ）　ＴｉＢ２．０ｒＢ２．　
Ｖ　Ｂ２゜ＴａＢ２．　ＮｂＢ、　、　ＭｎＢ、　、　
ＭｏＢ、　、　ＨｆＢ２　、　Ｙ　Ｂ２　、　ＡｌＢ２
　。

ＭｇＢ２．ＺｒＢ２．ＯｒＢ、ＶＢ、ＴａＢ、ＮｂＢ、
ＭｏＢ、ＨｆＢ。

ＹＢ　、　ＡＬＢ　、　Ｍｇ　Ｂ　、　Ｗ２Ｂ５及びＭ
ｏ、　Ｂ、の中から選ばれた少なくとも１種と（Ｂ）結
合剤用金属化合物の少なくとも１種とを基本成分とし、
これに（Ｃ）炭素と窒素との原子比９句が１／９よりも
大きく９よりも小さい範囲にある炭窒化チタンを全量当
ｐ　０．０１重量％を超える量で、及び所望に応じ炭素
又はホウ素を全量当シ１０重量％以下の量で添加した混
合物の焼結体から成る強じん性金属ホウ化物基超硬耐熱
材料を提供するものである。

本発明の主成分である（Ａ）成分は、ＴｉＢ、　、Ｏｒ
Ｂ、　。

ＶＢ、、ＴａＢ、、ＮｂＢ２．ＭｎＢ２．ＭｏＢ２．Ｈ
ｆＢ２．ＹＢ、、ＡｌＢ２゜ＭｇＢ２．　ＺｒＢ２　な
どの金属ニホウ化物、ＣｒＢ、ＶＢ。

ＴａＢ、ＮｂＢ、ＭｏＢ、ＨｆＢ、ＹＢ、ＡｌＢ、Ｍｇ
Ｂ、などの金属−ホウ化物、Ｗ２Ｂ６２Ｍ０２Ｂ、など
の金属五ニホウ化物の中から選ばれた金属ホウ化物であ
る。これらは、単独で用いてもよいし、また２種以上組
み合せて用いてもよいが、特に好適なのは前記の金属ニ
ホウ化物と金属−ホウ化物又は金属五ニホウ化物の組み
合せである。

次に、（Ｂ）成分として用いられる結合剤用金属化合物
は、これまでの金属ホウ化物基焼結体の結合剤として通
常使用されているものであって、例えばＯｏＢ、Ｃｏ□
Ｂ　、　Ｃｏ３Ｂのようなホウ化コバルト、ＮｉＢ、Ｎ
ｉ□Ｂ　、　Ｎｉ３Ｂ　、　Ｎｉ、Ｂ３のようなホウ化
ニッケル、ＦｅＢ、Ｆｅ、Ｂ　のようなホウ化鉄、Ｔｉ
Ｂ、Ｔｉ２Ｂ５Ｔｉ２Ｂ５のようなホウ化チタン、Ｍｎ
Ｂ、Ｍｎ３Ｂ４．Ｍｎ２Ｂ。

Ｍｎ、Ｂのようなホウ化マンガン、Ｎｉ２Ｐ　、　Ｎｉ
、Ｐ　、Ｎ１ｐ２゜非晶質Ｎ１−Ｐのようなリン化ニッ
ケル、Ｃｏ３Ｐ、Ｃｊｏ錫Ｃｏ２Ｐ、０ｏＰ２．非晶質
（ｉｏ−Ｐのようなリン化コバルトなどがある。特に好
適なのは、ＯｏＢ、Ｎｉ２Ｂ５。

ＮｉＢ、ＦｅＢ、ＭｎＢ、ＴｉＢ、Ｎ１−Ｐ化合物、Ｃ
ｏ−Ｐ化合物である。これらは単独で用いてもよいし、
また２種以上組み合わせて用いてもよい。

この結合剤用金属化合物の添加量は、原料組成物全量に
基づき０．０１〜３０重量％の範囲で選ばれる。

この量が０．０１重量−未満又は３０重量％よりも多い
場合には、炭窒化チタンを添加しても、十分なしん性が
得られない。

本発明においては、前記した（Ａ）成分と（Ｂ）成分と
から成る基本成分に炭窒化チタンを添加することが必要
である。

この炭窒化チタンとしては炭素と窒素の原子比ｃ／Ｊが
１よりも大きく、９よりも小さいものが用いられる。こ
の原子比Ｎ１０が１／９以下のものを用いると窒化チタ
ンを添加した場合と同じような結果になるし、またこの
原子比Ｃ／Ｎが９以上のものを用いると炭化チタンを添
加した場合と同じような結果になり、いずれもじん性の
改良はなされない。

この炭窒化チタンは単独で用いてもよいし、２種以上の
混合物で用いてもよい。この炭窒化チタンは全量当、９
０．０１重量％を超える量で用いる必要があり、これよ
りも少ない量では、じん性の改良が不十分になる。また
、この量の上限は８０重量％までであり°、これよりも
多くするとち密な焼結体が得られなかったシ、強度が著
しく低下する。

本発明においては、前記した（４）ないしくＣ）成分に
加えて、さらに焼結中に不足した炭素やホウ素を補うた
めに、炭素又はホウ素を配合することができる。このも
のは、全量に基づき１０重量−以下の割合で用いられる
。これよりも多い量にすると焼結体中に遊離炭素や遊離
ホウ素が含まれ、物性劣化の原因になる。

本発明の耐熱材料は、前記した各成分を平均粒径２μｍ
以下、好ましくは１μｍ以下の微粉状で混合し、これま
で知られている金属ホウ化物基耐熱材料の場合と同じよ
うな方法によって製造することができる。

例えば原料粉末混合物を、型に充てんして０．５〜１０
　ｔｏｎ／ｃ１１程度のプレス圧により冷間圧縮し、次
いでラバープレスによシさらに０．５〜１　ｃ）　ｔｏ
ｎ／ｃＪ程度の静水圧で成形する。もちろんどちらか一
方で成形してもよいし、また泥漿法により成形してもよ
い。次に、このようにして得られた圧粉体を真空中又は
アルゴン、水素、二酸化炭素ガスなど中性若しくは還元
性雰囲気中において、１３００〜２０００℃、好ましく
は１４００〜１７００℃の温度で３０〜３００分間焼結
する。さらに必要でちれば、熱間静水圧焼成法によシア
ルボンガスなどによる２　ｔ、ｏｎ／ｃｄ以下程度の圧
力のもとて１２００〜１７００℃で５〜３００分間焼結
する。この際、圧粉体を金属埴生に入れることにより普
通焼結過程を省略することもできる。

また、別の方法によると、原料粉末混合物を例えば黒鉛
型などの型に充てんしたのち、真空中又はアルゴン、水
素、二酸化炭素ガスなどの中性若しくは還元性雰囲気中
において、ダイ圧力５０〜３００）ｌ　／　ｃａ、温度
１３００〜２０００℃、好ましくは１４００〜１８００
℃の条件で、１０〜２００分間加熱焼結する、いわゆる
ホットプレス法を用いて焼結する。

このようにして、各種切削工具として好適な超硬耐熱材
料が得られる。

発明の効果 本発明によると、穏やかな焼結条件によシ、切削工具用
、特に木工切削工具用として好適な高硬度、高強度でし
かも強じん性を備えたち密な金属ホウ化物基超硬耐熱材
料が得られる。

実施例 次に実施例によシ本発明をさらに詳細に説明する。

Ｉ　　Ｉ ＴｉＢ、粉末を主体とし、これに全量当９６重量％のＴ
ａＢ２粉末と２重量％のＯｏＢ粉末と、種々の翻１八／
ｒＳｍａ１Ｍ　　ｋｌ　　紙上しも１Δ１蟲石引梢Δ隔
も冷間圧縮によシ成形したのち、真空焼結炉に入れ、１
５５０℃で９０分間焼成し、さらに熱間静水圧焼結炉（
以下Ｈ０工、Ｐと略記する）を用いて１３３０℃、１２
００　Ｋｌｉ　／　ｃｒｉｌの条件下で４０分間処理し
た。

このようにして、高密度でじん性の優れた耐熱材料が得
られた。この結果を第１表に示す。なお比較のために、
炭窒化チタンを加えない場合の結果も併記した。

第　　　　１　　　　表 りｊ２ 炭窒化チタンとしてＴｉｅ。−９Ｎ６Ｕ　　２雷門チを
用いること以外は全くレリ１と同様にして焼結し、気孔
を全く含まない、ち密な耐熱材料を得た。このものの破
壊しん性は３．７　ＭＰ　”Ａ　、室温硬度Ｈｖは２８
００１’ｌ／ｍｍ２であった。

Ｂ２リ　　３ ＴｉＢ、粉末９１．３重量％と、ＴａＢ２６重量％と、
ＣｏＢ　１重量％と、Ｔｉｅ、ＴｉＮ又はＴｉｅｏ、ｓ
Ｎｏ、、　１．７重量％とを十分に混合し、この混合粉
末を黒鉛型に充てんしたのち、２００１ｆ／ｉのダイ圧
力下、真空中１６００℃において１時間焼結した。この
ようにして気孔のない耐熱材料が得られた。このものの
物性全第２表に示す。

第　　　２　　　表 ※　比較列 このように、炭窒化チタンを用いた場合には、炭化チタ
ン又は窒化チタンを用いた場合よりもじん性が著しく改
善されている。

例　　４ Ｔ　ｉ　Ｏ，、、Ｎ、、、　　の添加量を変える以外は
全く例３と同様にして、焼結体を製造した。このものの
物性を第３表に示す。

第　　　　３　　　　表 東　比較例 これから分るように炭窒化チタンの添加量を０．０１重
量％よりも多くしないとじん住改善の効果が現われない
。

例　５ ＴｉＢ２８７重量％とＴ　ｉ　Ｂ２６重量％とＣｏＢ　
１重量％と、炭素と窒素の原子比Ｃ／Ｎが異なる炭窒化
チタン６重量％との混合物を用い列３と同様にして焼結
体を製造した。このものの物性を第４表に示す。

第　　　４　　　表 ※　比較列 このように炭窒化チタン中の炭素と窒素の原子比ｃ／Ｎ
が一以下又は９以上であるとじん性の改善効果は得られ
ない。

例　　６ 第５表に示す組成の原料混合物及び焼結条件を用いる以
外は例３と同様にして、焼結体を製造した。得られた焼
結体の物性を第５表に示す。

手続補正書 昭和５９年１１月１５日 特許庁長官　志　賀　　　学　　殿 １、事件の表示 昭和５９年特許願第２１９４９０号 ２、発明の名称 強じん性金属ホウ化物基超硬耐熱材料 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 東京都千代田区霞が関１丁目３番１号 （１１４）工業技術院長　等々力　達（ほか１名］４、
指定代理人 佐賀県鳥栖市宿町字野々下８０７番地ｌ工業技術院　九
州工業技術試験所長 清　水　嘉重部 ５、復代理人 東京都港区新橋２丁目２番２号川志満−邦信ビル８階自
　　　　発 明細、。え□。詳、、Ｂヶ説、。欄　　−、ａ、＋　’
：９、補正の内容 （１）明細書第３ページ第２行の「抗折強度」を「強度
」に訂正します。

（２）同第４ページ第４行の「抗折強度」ヲ「破壊しん
性」に訂正します。

（３）同第４ページ第６行の「木工用切削工具材料とし
て」ヲ「一般の切削工具材料としてはもちろん、木工用
切削工具材料としても」に訂正します。

（４）同第８ページ第１１行の「中性若しくは還元性雰
囲気中」ヲ「非酸化性雰囲気中」に訂正します。

（５）同第１０ページ第３〜４行の「１３３０も１２０
０Ｋｑ／ｃｄＪ　＠　「ｔｓｏｏ℃、１ｏｏｏＱ／ｉＪ
に訂正します。

（６）同第１３ページ第２行の「Ｔｉｎ、ｓ重量％」を
「ＴａＢ１６重量％」に訂正します。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　（Ａ）ＴｉＢ＿２、ＣｒＢ＿２、ＶＢ＿２、ＴａＢ
   ＿２、ＮｂＢ＿２、ＭｎＢ＿２、ＭｏＢ＿２、ＨｆＢ＿
   ２、ＹＢ＿２、ＡｌＢ＿２、ＭｇＢ＿２、ＺｒＢ＿２、
   ＣｒＢ、ＶＢ、ＴａＢ、ＮｂＢ、ＭｏＢ、ＨｆＢ、ＹＢ
   、ＡｌＢ、ＭｇＢ、Ｗ＿２Ｂ＿５及びＭｏ＿２Ｂ＿５の
   中から選ばれた少なくとも１種と（Ｂ）結合剤用金属化
   合物の少なくとも１種とを基本成分とし、これに（Ｃ）
   炭素と窒素との原子比Ｃ／Ｎが１／９よりも大きく９よ
   りも小さい範囲にある炭窒化チタンを全量当り０．０１
   重量％を超える量で添加した混合物の焼結体から成る強
   じん性金属ホウ化物基超硬耐熱材料。 ２　（Ａ）ＴｉＢ＿２、ＣｒＢ＿２、ＶＢ＿２、ＴａＢ
   ＿２、ＮｂＢ＿２、ＭｎＢ＿２、ＭｏＢ＿２、ＨｆＢ＿
   ２、ＹＢ＿２、ＡｌＢ＿２、ＭｇＢ＿２、ＺｒＢ＿２、
   ＣｒＢ、ＶＢ、ＴａＢ、ＮｂＢ、ＭｏＢ、ＨｆＢ、ＹＢ
   、ＡｌＢ、ＭｇＢ、Ｗ＿２Ｂ＿５及びＭｏ＿２Ｂ＿５の
   中から選ばれた少なくとも１種と（Ｂ）結合剤用金属化
   合物の少なくとも１種とを基本成分とし、これに（Ｃ）
   炭素と窒素との原子比Ｃ／Ｎが１／９よりも大きく９よ
   りも小さい範囲にある炭窒化チタンを全量当り０．０１
   重量％を超える量及び炭素又はホウ素を全量当り１０重
   量％以下の量で添加した混合物の焼結体から成る強じん
   性金属ホウ化物基超硬耐熱材料。