WO2022114192A1 - 焼結体及び切削工具 - Google Patents

焼結体及び切削工具 Download PDF

Info

Publication number
WO2022114192A1
WO2022114192A1 PCT/JP2021/043683 JP2021043683W WO2022114192A1 WO 2022114192 A1 WO2022114192 A1 WO 2022114192A1 JP 2021043683 W JP2021043683 W JP 2021043683W WO 2022114192 A1 WO2022114192 A1 WO 2022114192A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sintered body
diamond particles
mass
group
binder
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/043683
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
大継 岩崎
暁彦 植田
暁 久木野
Original Assignee
住友電工ハードメタル株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 住友電工ハードメタル株式会社 filed Critical 住友電工ハードメタル株式会社
Priority to EP21898164.5A priority Critical patent/EP4252941A4/en
Priority to JP2022521740A priority patent/JP7359522B2/ja
Priority to US18/038,794 priority patent/US20240091862A1/en
Priority to KR1020237017701A priority patent/KR20230111194A/ko
Priority to CN202180079966.7A priority patent/CN116529004A/zh
Publication of WO2022114192A1 publication Critical patent/WO2022114192A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C04B35/528—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/18—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing
    • B23B27/20—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing with diamond bits or cutting inserts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/6303—Inorganic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2302/00—Metal Compound, non-Metallic compound or non-metal composition of the powder or its coating
    • B22F2302/40—Carbon, graphite
    • B22F2302/406—Diamond
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2200/00—Details of cutting inserts
    • B23B2200/04—Overall shape
    • B23B2200/049—Triangular
    • B23B2200/0495—Triangular rounded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2226/00—Materials of tools or workpieces not comprising a metal
    • B23B2226/31—Diamond
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/148—Composition of the cutting inserts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C04B2235/427—Diamond
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/785—Submicron sized grains, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron

Definitions

  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-133172 describes a sintered body.
  • the sintered body described in Patent Document 1 is formed by mixing a boron-doped diamond powder and a carbonate powder, and heating and pressurizing the mixture.
  • Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-19977 describes a sintered body.
  • the sintered body described in Patent Document 2 is formed by mixing diamond powder and catalyst metal powder, and heating and pressurizing the mixture.
  • the catalyst metal powder contains a boron carbide powder and a metal powder (iron, nickel, cobalt, etc.).
  • the sintered body of the present disclosure includes diamond particles and a binder.
  • the boron concentration in the diamond particles is 0.001% by mass or more and 0.9% by mass or less.
  • the boron concentration in the binder is 0.5% by mass or more and 40% by mass or less.
  • FIG. 1 is a plan view of the cutting insert 100.
  • FIG. 2 is a perspective view of the cutting insert 100.
  • FIG. 3 is a process diagram showing a method of manufacturing a sintered body constituting the cutting edge portion 20.
  • the tool life can be improved when applied to a cutting tool.
  • the sintered body according to one embodiment includes diamond particles and a binder.
  • the boron concentration in the diamond particles is 0.001% by mass or more and 0.9% by mass or less.
  • the boron concentration in the binder is 0.5% by mass or more and 40% by mass or less.
  • the tool life can be improved when applied to a cutting tool.
  • the boron concentration in the diamond particles may be 0.005% by mass or more and 0.1% by mass or less.
  • the boron concentration in the binder may be 0.6% by mass or more and 33% by mass or less.
  • the tool life can be further improved when applied to a cutting tool.
  • the average particle size of diamond particles may be 0.1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the proportion of diamond particles in the sintered body may be 80% by volume or more and 99% by volume or less.
  • the binder may contain at least one selected from the group consisting of elemental metals, alloys and intermetallic compounds.
  • Single metals, alloys and intermetal compounds were selected from the group consisting of Group 4 elements of the Periodic Table, Group 5 elements of the Periodic Table, Group 6 elements of the Periodic Table, iron, aluminum, silicon, cobalt and nickel. It may contain at least one metal element.
  • the binder may contain at least one selected from the group consisting of a compound and a solid solution derived from the compound.
  • the compound may consist of at least one selected from the group consisting of elemental metals, alloys and intermetallic compounds and at least one selected from the group consisting of nitrogen, carbon and oxygen.
  • Single metals, alloys and intermetal compounds were selected from the group consisting of Group 4 elements of the Periodic Table, Group 5 elements of the Periodic Table, Group 6 elements of the Periodic Table, iron, aluminum, silicon, cobalt and nickel. It may contain at least one metal element.
  • the binder may contain at least cobalt.
  • the cutting tool according to the embodiment includes a cutting edge portion.
  • the cutting edge portion is formed by the sintered body of the above (1) to (6).
  • the cutting tool according to the embodiment is, for example, a cutting insert 100.
  • the cutting tool according to the embodiment is not limited to the cutting insert 100, but the cutting insert 100 will be described below as an example of the cutting tool according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view of the cutting insert 100.
  • FIG. 2 is a perspective view of the cutting insert 100.
  • the cutting insert 100 has a base material 10 and a cutting edge portion 20.
  • the cutting insert 100 has a polygonal shape (for example, a triangular shape) in a plan view.
  • the polygonal shape does not have to be a strict polygonal shape (triangular shape). More specifically, the corners of the cutting insert 100 in a plan view may be rounded.
  • the base material 10 has a polygonal shape (for example, a triangular shape) in a plan view.
  • the base material 10 has a top surface 10a, a bottom surface 10b, and a side surface 10c.
  • the top surface 10a and the bottom surface 10b are end faces of the base material 10 in the thickness direction.
  • the bottom surface 10b is the opposite surface of the top surface 10a in the thickness direction of the base material 10.
  • the side surface 10c is a surface connected to the top surface 10a and the bottom surface 10b.
  • the top surface 10a has a mounting portion 10d.
  • the mounting portion 10d is located at the corner of the top surface 10a in a plan view.
  • the distance between the top surface 10a and the bottom surface 10b in the mounting portion 10d is smaller than the distance between the top surface 10a and the bottom surface 10b other than the mounting portion 10d. That is, there is a step between the mounting portion 10d and the portion of the top surface 10a other than the mounting portion 10d.
  • a through hole 11 is formed in the base material 10.
  • the through hole 11 penetrates the base material 10 in the thickness direction.
  • the through hole 11 is formed in the center of the base material 10 in a plan view.
  • the cutting insert 100 is subjected to cutting, for example, by inserting a fixing member (not shown) into the through hole 11 and fastening the fixing member to a tool holder (not shown).
  • the base material 10 may not have a through hole 11.
  • the base material 10 is formed of, for example, a cemented carbide.
  • Cemented carbide is a composite material obtained by sintering carbide particles and a binder.
  • the carbide particles are, for example, particles such as tungsten carbide, titanium carbide, and tantalum carbide.
  • the binder is, for example, cobalt, nickel, iron or the like.
  • the base material 10 may be formed of a material other than the cemented carbide.
  • the cutting edge portion 20 is attached to the attachment portion 10d.
  • the cutting edge portion 20 is attached to the base material 10 by, for example, brazing.
  • the cutting edge portion 20 has a rake surface 20a, a flank surface 20b, and a cutting edge 20c.
  • the rake face 20a is connected to a portion of the top surface 10a other than the mounting portion 10d.
  • the flank 20b is connected to the side surface 10c.
  • the cutting edge 20c is formed on the ridgeline between the rake surface 20a and the flank surface 20b.
  • the back metal 21 may be arranged on the bottom surface of the cutting edge portion 20 (the surface opposite to the rake surface 20a).
  • the back metal 21 is formed of, for example, a cemented carbide.
  • the cutting edge portion 20 is formed of a sintered body containing diamond particles and a binder.
  • the average particle size of the diamond particles in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 is preferably 0.1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the ratio (volume ratio) of diamond particles in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 is preferably 80% by volume or more and 99% by volume or less.
  • the binder contains, for example, cobalt.
  • the binder may contain titanium in addition to cobalt.
  • the component with the highest content in the binder is preferably cobalt.
  • the average particle size of the diamond particles in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 is calculated by the following method.
  • a sample including a cross section is cut out from an arbitrary position of the cutting edge portion 20. This sample is cut out using, for example, a focused ion beam device, a cross polisher device, or the like.
  • the cross section of the cut out sample is observed with a scanning electron microscope (SEM).
  • SEM image a backscattered electron image (hereinafter referred to as "SEM image") in the cross section of the cut out sample is obtained.
  • the magnification is adjusted so that 100 or more diamond particles are included in the measurement field of view.
  • SEM images are acquired at five locations within the cross section of the cut sample.
  • the distribution of the particle size of the diamond particles contained in the measurement field of view is acquired.
  • This image processing is performed by, for example, Win ROOF ver. Manufactured by Mitani Corporation. 7.4.5, WinROOF2018 and the like are used.
  • the particle size of each diamond particle is obtained by calculating the equivalent circle diameter from the area of each diamond particle obtained as a result of image processing.
  • the diamond particles whose part is outside the measurement field of view are not taken into consideration.
  • the median diameter of the diamond particles contained in the measurement field of view is determined from the distribution of the particle size of the diamond particles contained in the measurement field of view obtained as described above.
  • the value obtained by averaging the determined median diameters for the five SEM images is considered to be the average particle size of the diamond particles in the sintered body constituting the cutting edge portion 20.
  • the ratio of diamond particles in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 is calculated by the following method.
  • a sample including a cross section is cut out from an arbitrary position of the cutting edge portion 20. This sample is cut out using, for example, a focused ion beam device, a cross polisher device, or the like.
  • the cross section of the cut out sample is observed by SEM. This observation gives an SEM image of the cross section of the cut out sample. In the observation by SEM, the magnification is adjusted so that 100 or more diamond particles are included in the measurement field of view. SEM images are acquired at five locations within the cross section of the cut sample.
  • the proportion of diamond particles contained in the measurement field of view is calculated by performing image processing on the SEM image.
  • This image processing is performed by, for example, Win ROOF ver. Manufactured by Mitani Corporation. It is performed by performing a binarization process of the SEM image using 7.4.5, WinROOF2018 or the like.
  • the dark field in the SEM image after the binarization process corresponds to the region where the diamond particles are present.
  • the value obtained by dividing the area of the dark field by the area of the measurement region is considered to be the volume ratio of the diamond particles in the sintered body constituting the cutting edge portion 20.
  • the boron concentration in the diamond particles is 0.001% by mass or more and 0.9% by mass or less.
  • the boron concentration in the binder is 0.5% by mass or more and 40% by mass or less.
  • the boron concentration in the binder is preferably equal to or higher than the boron concentration in the diamond particles (that is, the value obtained by subtracting the boron concentration in the diamond particles from the boron concentration in the binder is 0% by mass or more. preferable).
  • the value obtained by subtracting the boron concentration in the diamond particles from the boron concentration in the binder is preferably 30% by mass or less.
  • the boron concentration in the diamond particles may be 0.005% by mass or more and 0.1% by mass or less. It may be 0.6% by mass or more and 33% by mass or less. In this case, the value obtained by subtracting the boron concentration in the diamond particles from the boron concentration in the binder is preferably 0.5% by mass or more and 25% by mass or less.
  • the boron concentration in the diamond particles and the boron concentration in the binder are measured by the following methods.
  • the sample is cut out from an arbitrary position of the cutting edge portion 20.
  • the cut out sample is acid treated.
  • this acid treatment substantially all the components of the binder contained in the sample are dissolved in the acid. That is, the sample after this acid treatment is substantially composed of only diamond particles.
  • the above acid treatment is performed using an aqueous solution of fluorinated nitric acid.
  • This aqueous solution of fluorine nitric acid is produced by mixing a 50% aqueous solution of hydrogen fluoride and a 60% aqueous solution of nitric acid at a ratio of 1: 1.
  • the acid treatment is carried out by immersing the sample in the aqueous solution of fluorinated nitric acid and holding it at 200 ° C. for 48 hours.
  • the concentration of boron in the diamond particles is measured by performing glow discharge mass spectrometry on the sample after the acid treatment. Further, the concentration of boron in the binder is measured by performing inductively coupled plasma analysis on the acid used for the acid treatment.
  • FIG. 3 is a process diagram showing a method of manufacturing a sintered body constituting the cutting edge portion 20.
  • the method for manufacturing the sintered body constituting the cutting edge portion 20 includes a powder preparation step S1, a powder mixing step S2, and a sintering step S3.
  • diamond powder, binder powder and boron powder are prepared.
  • the diamond powder is a diamond powder
  • the binder powder is a powder formed by the materials constituting the binder.
  • Boron powder is a boron powder.
  • the ratio of the diamond powder, the binder powder and the boron powder is appropriately selected according to the volume ratio of the diamond particles in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 and the boron concentration in the diamond particles and the binder.
  • the powder mixing step S2 diamond powder, binder powder and boron powder are mixed. This mixing is performed, for example, using an attritor or a ball mill. However, the mixing method is not limited to these. In the following, a mixture of diamond powder, binder powder and boron powder will be referred to as “mixed powder”.
  • the mixed powder is sintered.
  • This sintering is performed by arranging the mixed powder in a container and holding the mixed powder at a predetermined sintering temperature at a predetermined sintering pressure.
  • This container is made of a refractory metal such as tantalum and niobium in order to prevent impurities from being mixed into the mixed powder (sintered body).
  • the sintering pressure is controlled to increase with the passage of holding time.
  • the sintering step S3 may be divided into a plurality of steps.
  • the plurality of steps include, for example, a first step and a second step.
  • the second step is performed after the first step.
  • the sintering pressure in the second step is higher than the sintering pressure in the first step.
  • the sintering temperature in the second step is higher than the sintering temperature in the first step.
  • the holding time in the second step is shorter than the holding time in the first step.
  • the sintering pressure in the first step is, for example, 3 GPa.
  • the sintering pressure in the second step is, for example, 7 GPa.
  • the sintering temperature in the first step is, for example, 1200 ° C.
  • the sintering temperature in the second step is, for example, 1500 ° C.
  • the holding time in the first step is appropriately selected according to the boron concentration in the diamond particles contained in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 and the boron concentration in the binder contained in the sintered body. As the holding time in the first step becomes longer, the boron concentration in the diamond particles contained in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 increases, and the boron concentration in the binder contained in the sintered body decreases. do.
  • the holding time in the second step is, for example, 1 minute.
  • the presence of boron in the diamond particles improves the oxidation resistance of the diamond particles, and as a result, the wear resistance of the cutting edge portion 20 is improved.
  • the boron concentration in the diamond particles is less than 0.001% by mass, the effect of boron on improving the oxidation resistance of the diamond particles is poor.
  • the boron concentration in the diamond particles exceeds 0.9% by mass, the amount of boron in the diamond particles becomes excessive, the hardness of the diamond particles decreases, and the wear resistance of the cutting edge portion 20 decreases.
  • the binder powder is melted, and the boron powder is melted in the melted binder. Then, a part of the diamond powder is dissolved in the molten binder, and the diamond particles are reprecipitated, so that the bonding (necking) between the diamond particles proceeds. Since the boron in the dissolved binder acts as a nucleus at the time of this reprecipitation, when the boron concentration in the binder is less than 0.5% by mass, the diamond particles are less likely to be necked.
  • the boron concentration in the diamond particles contained in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 is 0.001% by mass or more and 0.9% by mass or less, the hardness of the diamond particles is maintained. However, the oxidation resistance of the diamond particles is improved. Further, in the cutting insert 100, since the boron concentration in the binder contained in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 is 0.5% by mass or more and 40% by mass or less, the gloss neck strength between the diamond particles is increased. Can be secured. As described above, according to the cutting insert 100, the wear resistance of the cutting edge portion 20 is improved.
  • Table 1 shows the samples subjected to the cutting test. As shown in Table 1, Samples 1 to 22 were provided for the cutting test. In Samples 1 to 8, the boron concentration in the binder contained in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 is kept constant (10% by mass), and then in the diamond particles contained in the sintered body. The boron concentration was changed.
  • Condition A1 is that the boron concentration in the diamond particles contained in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 is 0.001% by mass or more and 0.9% by mass or less.
  • Condition B1 is that the boron concentration in the binder contained in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 is 0.5% by mass or more and 40% by mass or less.
  • Condition A2 is that the boron concentration in the diamond particles contained in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 is 0.005% by mass or more and 0.1% by mass or less.
  • Condition B2 is that the boron concentration in the binder contained in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 is 0.6% by mass or more and 33% by mass or less.
  • condition A1 condition A2
  • condition B1 condition B2 was also satisfied.
  • condition A1 condition A2
  • condition B1 was satisfied, but the condition B1 was not satisfied.
  • the average particle size of the diamond particles contained in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 is 0.5 ⁇ m, and the ratio of the diamond particles contained in the sintered body is 90% by volume. Was done.
  • any of the average particle size and the ratio of the diamond particles contained in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 is different from that of Samples 1 to 16.
  • condition A1 (condition A2) and condition B1 (condition B2) were satisfied.
  • the first test method, the second test method and the third test method were used for the cutting test.
  • the first test method was used for the evaluation of samples 1 to 8
  • the second test method was used for the evaluation of samples 9 to 16.
  • the third test method was used to evaluate Samples 17-22. Table 2 shows the details of the first test method, the second test method, and the third test method.
  • Table 3 shows the results of the cutting test. As shown in Table 3, Samples 1 to 6 and Samples 9 to 14 showed long tool life. On the other hand, in Samples 7 and 8, and in Samples 15 and 16, the cutting edge portion 20 was chipped at the initial stage of cutting (hereinafter referred to as "initial chipping").
  • the conditions A1 and B1 are satisfied in the samples 1 to 6 and the samples 9 to 14, while one of the conditions A1 and B1 is satisfied in the samples 7 and 8 and the samples 15 and 16. I wasn't. From this comparison, it was clarified that the tool life of the cutting insert 100 is improved by satisfying both the condition A1 and the condition B1.
  • Samples 2 to 5 showed a longer tool life than Samples 1 and 6.
  • Samples 10 to 13 showed a longer tool life than Samples 9 and 14.
  • Samples 17 to 22 all showed a long tool life. As described above, the samples 17 to 22 satisfy the condition A1 (condition A2) and the condition B1 (condition B2).
  • Condition C is that the volume ratio of the diamond particles contained in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 is 80% or more and 99% or less.
  • Condition D is that the average particle size of the diamond particles contained in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 is 0.1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less. While the conditions C and D were satisfied in the samples 17 to 19, one of the conditions C and D was not satisfied in the samples 20 to 22.
  • Samples 17 to 19 showed a longer tool life than samples 20 to 22. From this comparison, it became clear that the tool life of the cutting insert 100 is further improved by further satisfying the conditions C and D.
  • the binder contained in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 may contain at least one selected from the group consisting of elemental metals, alloys and intermetallic compounds.
  • the single metals, alloys and intermetal compounds are Group 4 elements of the Periodic Table (eg titanium, zirconium, hafnium), Group 5 elements of the Periodic Table (eg vanadium, tantalum, niob), Group 6 elements of the Periodic Table. It contains at least one metal element selected from the group consisting of (eg, chromium, molybdenum, tungsten), aluminum, iron, silicon, cobalt and nickel.
  • the above-mentioned periodic table means a so-called long-periodic table.
  • the binder contained in the sintered body constituting the cutting edge portion 20 may contain at least one selected from the group consisting of a compound and a solid solution derived from the compound.
  • This compound comprises at least one selected from the group consisting of elemental metals, alloys and intermetallic compounds and at least one selected from the group consisting of nitrogen, carbon and oxygen.
  • This single metal, alloy and intermetal compound is selected from the group consisting of Group 4 elements of the Periodic Table, Group 5 elements of the Periodic Table, Group 6 elements of the Periodic Table, aluminum, iron, silicon, cobalt and nickel. It contains at least one metallic element.
  • the cutting insert 100 has the base material 10
  • the cutting insert 100 may be formed of the same sintered body as the cutting edge portion 20 other than the cutting edge portion 20.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

焼結体は、ダイヤモンド粒子と、結合材とを備える。ダイヤモンド粒子中における硼素濃度は、０．００１質量パーセント以上０．９質量パーセント以下である。結合材中における硼素濃度は、０．５質量パーセント以上４０質量パーセント以下である。

Description

焼結体及び切削工具
　本開示は、焼結体及び切削工具に関する。本出願は、２０２０年１１月３０日に出願した日本特許出願である特願２０２０－１９８３９３号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
　特許文献１（特開２００８－１３３１７２号公報）には、焼結体が記載されている。特許文献１に記載の焼結体は、硼素がドープされているダイヤモンド粉末及び炭酸塩粉末を混合するとともに、その混合物を加熱・加圧することにより形成されている。
　特許文献２（特開昭５８－１９９７７７号公報）には、焼結体が記載されている。特許文献２に記載の焼結体は、ダイヤモンド粉末及び触媒金属粉末を混合するとともに、その混合物を加熱・加圧することにより形成されている。なお、触媒金属粉末は、炭化硼素粉末と、金属粉末（鉄、ニッケル、コバルト等）とを含んでいる。
特開２００８－１３３１７２号公報 特開昭５８－１９９７７７号公報
　本開示の焼結体は、ダイヤモンド粒子と、結合材とを備える。ダイヤモンド粒子中における硼素濃度は、０．００１質量パーセント以上０．９質量パーセント以下である。結合材中における硼素濃度は、０．５質量パーセント以上４０質量パーセント以下である。
図１は、切削インサート１００の平面図である。 図２は、切削インサート１００の斜視図である。 図３は、刃先部２０を構成している焼結体の製造方法を示す工程図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　本発明者らが鋭意検討した結果、特許文献１に記載の焼結体及び特許文献２に記載の焼結体を切削工具に適用した場合に、工具寿命に改善の余地があることがわかった。本開示は、切削工具に適用した場合に工具寿命を改善可能な焼結体を提供するものである。
　［本開示の効果］
　本開示の焼結体によると、切削工具に適用した場合に工具寿命を改善可能である。
　［本開示の実施形態の説明］
　まず、本開示の実施形態を列記して説明する。
　（１）一実施形態に係る焼結体は、ダイヤモンド粒子と、結合材とを備える。ダイヤモンド粒子中における硼素濃度は、０．００１質量パーセント以上０．９質量パーセント以下である。結合材中における硼素濃度は、０．５質量パーセント以上４０質量パーセント以下である。
　上記（１）の焼結体によると、切削工具に適用した場合に工具寿命を改善可能である。
　（２）上記（１）の焼結体では、ダイヤモンド粒子中における硼素濃度が、０．００５質量パーセント以上０．１質量パーセント以下であってもよい。結合材中における硼素濃度は、０．６質量パーセント以上３３質量パーセント以下であってもよい。
　上記（２）の焼結体によると、切削工具に適用した場合に工具寿命をさらに改善可能である。
　（３）上記（１）又は（２）の焼結体では、ダイヤモンド粒子の平均粒径が０．１μｍ以上５０μｍ以下であってもよい。焼結体中におけるダイヤモンド粒子の割合は、８０体積パーセント以上９９体積パーセント以下であってもよい。
　（４）上記（１）～（３）の焼結体では、結合材が、単体金属、合金及び金属間化合物からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。単体金属、合金及び金属間化合物は、周期表の第４族元素、周期表の第５族元素、周期表の第６属元素、鉄、アルミニウム、珪素、コバルト及びニッケルからなる群より選択された少なくとも１種の金属元素を含んでいてもよい。
　（５）上記（１）～（３）の焼結体では、結合材が、化合物及び化合物由来の固溶体からなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。化合物は、単体金属、合金及び金属間化合物からなる群から選択される少なくとも１種と窒素、炭素及び酸素からなる群から選択される少なくとも１種とからなっていてもよい。単体金属、合金及び金属間化合物は、周期表の第４族元素、周期表の第５族元素、周期表の第６属元素、鉄、アルミニウム、珪素、コバルト及びニッケルからなる群より選択された少なくとも１種の金属元素を含んでいてもよい。
　（６）上記（１）～（５）の焼結体では、結合材が、少なくともコバルトを含んでいてもよい。
　（７）一実施形態に係る切削工具は、刃先部を備える。刃先部は、上記（１）～（６）の焼結体により形成されている。
　上記（７）の切削工具によると、工具寿命を改善可能である。
　［本開示の実施形態の詳細］
　本開示の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。
　実施形態に係る切削工具は、例えば、切削インサート１００である。実施形態に係る切削工具は切削インサート１００に限られないが、以下においては、切削インサート１００を実施形態に係る切削工具の例として説明を行う。
　（実施形態に係る切削工具の構成）
　切削インサート１００の構成を説明する。
　＜切削インサート１００の概略構成＞
　図１は、切削インサート１００の平面図である。図２は、切削インサート１００の斜視図である。図１及び図２に示されるように、切削インサート１００は、基材１０と、刃先部２０とを有している。切削インサート１００は、平面視において多角形形状（例えば、三角形形状）である。多角形形状（三角形形状）は、厳密な多角形形状（三角形形状）でなくてもよい。より具体的には、切削インサート１００の平面視におけるコーナは、丸まっていてもよい。
　基材１０は、平面視において多角形形状（例えば三角形形状）である。基材１０は、頂面１０ａと、底面１０ｂと、側面１０ｃとを有している。頂面１０ａ及び底面１０ｂは、基材１０の厚さ方向における端面である。底面１０ｂは、基材１０の厚さ方向における頂面１０ａの反対面である。側面１０ｃは、頂面１０ａ及び底面１０ｂに連なっている面である。
　頂面１０ａは、取り付け部１０ｄを有している。取り付け部１０ｄは、平面視において頂面１０ａのコーナに位置している。取り付け部１０ｄにおける頂面１０ａと底面１０ｂとの間の距離は、取り付け部１０ｄ以外における頂面１０ａと底面１０ｂとの間の距離よりも小さくなっている。すなわち、取り付け部１０ｄと取り付け部１０ｄ以外の頂面１０ａの部分との間には、段差がある。
　基材１０には、貫通穴１１が形成されている。貫通穴１１は、基材１０を厚さ方向に貫通している。貫通穴１１は、平面視における基材１０の中央に形成されている。切削インサート１００は、例えば、貫通穴１１に固定部材（図示せず）が挿入されるとともに、当該固定部材が工具ホルダ（図示せず）に締結されることにより、切削加工に供される。但し、基材１０には、貫通穴１１が形成されていなくてもよい。
　基材１０は、例えば、超硬合金により形成されている。超硬合金は、炭化物粒子及び結合材を焼結した複合材料である。この炭化物粒子は、例えば、炭化タングステン、炭化チタン、炭化タンタル等の粒子である。この結合材は、例えば、コバルト、ニッケル、鉄等である。但し、基材１０は、超硬合金以外の材料により形成されてもよい。
　刃先部２０は、取り付け部１０ｄに取り付けられている。刃先部２０は、例えばろう付けにより、基材１０に取り付けられている。刃先部２０は、すくい面２０ａと、逃げ面２０ｂと、切れ刃２０ｃとを有している。すくい面２０ａは、取り付け部１０ｄ以外の頂面１０ａの部分に連なっている。逃げ面２０ｂは、側面１０ｃに連なっている。切れ刃２０ｃは、すくい面２０ａと逃げ面２０ｂとの稜線に形成されている。刃先部２０の底面（すくい面２０ａの反対面）には、バックメタル２１が配置されていてもよい。バックメタル２１は、例えば、超硬合金により形成されている。
　＜刃先部２０を構成している焼結体の詳細構成＞
　刃先部２０は、ダイヤモンド粒子と、結合材とを含む焼結体により形成されている。刃先部２０を構成している焼結体中におけるダイヤモンド粒子の平均粒径は、０．１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。刃先部２０を構成している焼結体中におけるダイヤモンド粒子の割合（体積比率）は、８０体積パーセント以上９９体積パーセント以下であることが好ましい。結合材は、例えば、コバルトを含んでいる。結合材は、コバルトに加え、チタンを含んでいてもよい。結合材中において最も含有量の多い成分は、コバルトであることが好ましい。
　刃先部２０を構成している焼結体中におけるダイヤモンド粒子の平均粒径は、以下の方法により算出される。
　刃先部２０を構成している焼結体中におけるダイヤモンド粒子の平均粒径の算出においては、第１に、刃先部２０の任意の位置から、断面を含む試料が切り出される。この試料の切り出しは、例えば、集束イオンビーム装置、クロスポリッシャ装置等を用いて行われる。
　第２に、切り出された試料の断面が、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）により観察される。この観察により、切り出された試料の断面における反射電子像（以下「ＳＥＭ画像」ととする）が得られる。ＳＥＭによる観察では、測定視野内に１００個以上のダイヤモンド粒子が含まれるように倍率が調整される。ＳＥＭ画像は、切り出された試料の断面内の５箇所で取得される。
　第３に、ＳＥＭ画像に対して画像処理を行うことにより、測定視野内に含まれているダイヤモンド粒子の粒径の分布を取得する。この画像処理は、例えば三谷商事株式会社製のＷｉｎ　ＲＯＯＦ　ｖｅｒ．７．４．５、ＷｉｎＲＯＯＦ２０１８等を用いて行われる。各々のダイヤモンド粒子の粒径は、画像処理の結果として得られた各々のダイヤモンド粒子の面積から円相当径を算出することにより得られる。なお、ダイヤモンド粒子の粒径の分布の取得に際して、一部が測定視野外にあるダイヤモンド粒子は、考慮されない。
　第４に、上記のようにして得られた測定視野内に含まれているダイヤモンド粒子の粒径の分布から、測定視野内に含まれているダイヤモンド粒子のメジアン径が決定される。この決定されたメジアン径を５つのＳＥＭ画像について平均した値が、刃先部２０を構成している焼結体中におけるダイヤモンド粒子の平均粒径であると見做される。
　刃先部２０を構成している焼結体中におけるダイヤモンド粒子の割合は、以下の方法により算出される。
　刃先部２０を構成している焼結体中におけるダイヤモンド粒子の割合の算出においては、第１に、刃先部２０の任意の位置から、断面を含む試料が切り出される。この試料の切り出しは、例えば、集束イオンビーム装置、クロスポリッシャ装置等を用いて行われる。
　第２に、切り出された試料の断面が、ＳＥＭにより観察される。この観察により、切り出された試料の断面におけるＳＥＭ画像が得られる。ＳＥＭによる観察では、測定視野内に１００個以上のダイヤモンド粒子が含まれるように倍率が調整される。ＳＥＭ画像は、切り出された試料の断面内の５箇所で取得される。
　第３に、ＳＥＭ画像に対して画像処理を行うことにより、測定視野内に含まれているダイヤモンド粒子の割合を算出する。この画像処理は、例えば、三谷商事株式会社製のＷｉｎ　ＲＯＯＦ　ｖｅｒ．７．４．５、ＷｉｎＲＯＯＦ２０１８等を用いてＳＥＭ画像の二値化処理を行うことにより行われる。二値化処理後のＳＥＭ画像における暗視野は、ダイヤモンド粒子が存在する領域に対応する。この暗視野の面積を測定領域の面積で除した値が、刃先部２０を構成している焼結体中におけるダイヤモンド粒子の体積比率であると見做される。
　ダイヤモンド粒子中における硼素濃度は、０．００１質量パーセント以上０．９質量パーセント以下である。結合材中における硼素濃度は、０．５質量パーセント以上４０質量パーセント以下である。結合材中における硼素濃度は、ダイヤモンド粒子中の硼素濃度以上であることが好ましい（すなわち、結合材中における硼素濃度からダイヤモンド粒子中における硼素濃度を減じた値は、０質量パーセント以上であることが好ましい）。結合材中における硼素濃度からダイヤモンド粒子中における硼素濃度を減じた値は、３０質量パーセント以下であることが好ましい。
　ダイヤモンド粒子中における硼素濃度は、０．００５質量パーセント以上０．１質量パーセント以下であってもよい。０．６質量パーセント以上３３質量パーセント以下であってもよい。この場合、結合材中における硼素濃度からダイヤモンド粒子中における硼素濃度を減じた値は、０．５質量パーセント以上２５質量パーセント以下であることが好ましい。
　ダイヤモンド粒子中における硼素濃度及び結合材中における硼素濃度は、以下の方法により測定される。
　ダイヤモンド粒子中における硼素濃度及び結合材中における硼素濃度の測定では、第１に、刃先部２０の任意の位置から試料が切り出される。第２に、切り出された試料が酸処理される。この酸処理により、試料に含まれる結合材の成分が、実質的に全て酸中に溶解される。すなわち、この酸処理後の試料は、実質的にダイヤモンド粒子のみからなる。
　上記の酸処理は、フッ硝酸水溶液が用いて行われる。このフッ硝酸水溶液は、フッ化水素の５０パーセント濃度水溶液及び硝酸の６０パーセント濃度水溶液を１：１の割合で混合することにより生成される。上記の酸処理は、試料を上記のフッ硝酸水溶液中に浸し、２００℃で４８時間保持することにより行われる。
　第３に、酸処理後の試料に対してグロー放電質量分析を行うことにより、ダイヤモンド粒子中の硼素濃度が測定される。また、酸処理に用いられた酸に対して誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）分析を行うことにより、結合材中の硼素濃度が測定される。
　＜刃先部２０を構成している焼結体の製造方法＞
　図３は、刃先部２０を構成している焼結体の製造方法を示す工程図である。図３に示されるように、刃先部２０を構成している焼結体の製造方法は、粉末準備工程Ｓ１と、粉末混合工程Ｓ２と、焼結工程Ｓ３とを有している。
　粉末準備工程Ｓ１では、ダイヤモンド粉末、結合材粉末及び硼素粉末が準備される。ダイヤモンド粉末はダイヤモンドの粉末であり、結合材粉末は結合材を構成している材料により形成されている粉末である。硼素粉末は、硼素の粉末である。ダイヤモンド粉末、結合材粉末及び硼素粉末の割合は、刃先部２０を構成している焼結体中におけるダイヤモンド粒子の体積比率並びにダイヤモンド粒子中及び結合材中における硼素濃度に応じて適宜選択される。
　粉末混合工程Ｓ２では、ダイヤモンド粉末、結合材粉末及び硼素粉末が混合される。この混合は、例えば、アトライタ又はボールミルを用いて行われる。但し、混合方法は、これらに限られるものではない。以下においては、ダイヤモンド粉末、結合材粉末及び硼素粉末の混合されたものを、「混合粉末」とする。
　焼結工程Ｓ３では、混合粉末に対して、焼結が行われる。この焼結は、混合粉末を容器内に配置するととともに、所定の焼結圧力において混合粉末を所定の焼結温度で保持することにより行われる。この容器は、混合粉末（焼結体）への不純物の混入を防止するために、タンタル、ニオブ等の高融点金属により形成されている。
　焼結圧力は、保持時間の経過に伴って増加するように制御される。焼結工程Ｓ３は、複数の工程に分けられていてもよい。この複数の工程は、例えば、第１工程と、第２工程とが含んでいる。第２工程は、第１工程の後に行われる。第２工程における焼結圧力は、第１工程における焼結圧力よりも大きい。第２工程における焼結温度は、第１工程における焼結温度よりも高い。第２工程における保持時間は、第１工程における保持時間よりも短い。
　第１工程における焼結圧力は、例えば３ＧＰａである。第２工程における焼結圧力は、例えば、７ＧＰａである。第１工程における焼結温度は、例えば、１２００℃である。第２工程における焼結温度は、例えば、１５００℃である。第１工程における保持時間は、刃先部２０を構成している焼結体に含まれるダイヤモンド粒子中における硼素濃度及び当該焼結体に含まれる結合材中における硼素濃度に応じて適宜選択される。第１工程における保持時間が長くなるほど、刃先部２０を構成している焼結体に含まれるダイヤモンド粒子中における硼素濃度が増加するとともに、当該焼結体に含まれる結合材中の硼素濃度が減少する。第２工程における保持時間は、例えば、１分間である。
　（実施形態に係る切削工具の効果）
　以下に、切削インサート１００の効果を説明する。
　ダイヤモンド粒子中に硼素が存在することにより、ダイヤモンド粒子の耐酸化性が改善される結果、刃先部２０の耐摩耗性が改善される。本発明者らが見出した知見によると、ダイヤモンド粒子中の硼素濃度が０．００１質量パーセント未満である場合、硼素によるダイヤモンド粒子の耐酸化性の改善効果が乏しい。他方で、ダイヤモンド粒子中の硼素濃度が０．９質量パーセントを超えると、ダイヤモンド粒子中の硼素量が過剰となってダイヤモンド粒子の硬度が低下し、刃先部２０の耐摩耗性がかえって低下する。
　焼結工程Ｓ３では、結合材粉末が溶融し、硼素粉末が溶融した結合材に溶解する。そして、ダイヤモンド粉末の一部が溶融した結合材中に溶解し、ダイヤモンド粒子が再析出することにより、ダイヤモンド粒子同士の結合（ネッキング）が進行する。溶解した結合材中の硼素は、この再析出時の核として作用するため、結合材中の硼素濃度が０．５質量パーセント未満である場合、ダイヤモンド粒子同士のネッキングが生じにくい。
　他方で、本発明者らの見出した知見によると、結合材中の硼素濃度が４０質量パーセントを超える場合、ダイヤモンド粒子の再析出がかえって起こりにくくなる（ダイヤモンド粒子同士のネッキングが生じにくくなる）。刃先部２０を構成している焼結体中においてダイヤモンド粒子間のネッキングが不十分である場合（ダイヤモンド粒子間のグロスネック強度が低い場合）、刃先部２０を構成している焼結体からダイヤモンド粒子が脱落しやすくなり、耐摩耗性が低下する。
　切削インサート１００では、刃先部２０を構成している焼結体に含まれているダイヤモンド粒子中の硼素濃度が０．００１質量パーセント以上０．９質量パーセント以下であるため、ダイヤモンド粒子の硬度を維持しつつ、ダイヤモンド粒子の耐酸化性が改善されている。また、切削インサート１００では、刃先部２０を構成している焼結体に含まれる結合材中の硼素濃度が０．５質量パーセント以上４０質量パーセント以下であるため、ダイヤモンド粒子間のグロスネック強度を確保することができる。このように切削インサート１００によると、刃先部２０の耐摩耗性が改善される。
　（実施例）
　切削インサート１００の効果を確認するために行った切削試験を説明する。
　表１には、切削試験に供されたサンプルが示されている。表１に示されるように、切削試験には、サンプル１～サンプル２２が供された。サンプル１～サンプル８では、刃先部２０を構成している焼結体に含まれる結合材中における硼素濃度を一定（１０質量パーセント）とした上で、当該焼結体に含まれるダイヤモンド粒子中における硼素濃度を変化させた。
　刃先部２０を構成している焼結体に含まれるダイヤモンド粒子中における硼素濃度が０．００１質量パーセント以上０．９質量パーセント以下であることを、条件Ａ１とする。刃先部２０を構成している焼結体に含まれる結合材中における硼素濃度が０．５質量パーセント以上４０質量パーセント以下であることを、条件Ｂ１とする。
　刃先部２０を構成している焼結体に含まれるダイヤモンド粒子中における硼素濃度が０．００５質量パーセント以上０．１質量パーセント以下であることを、条件Ａ２とする。刃先部２０を構成している焼結体に含まれる結合材中における硼素濃度が０．６質量パーセント以上３３質量パーセント以下であることを、条件Ｂ２とする。
　サンプル１～サンプル６では、条件Ａ１及び条件Ｂ１（条件Ｂ２）が満たされていた。サンプル１～サンプル４では、条件Ａ２も満たされていた。サンプル７及びサンプル８では、条件Ｂ１（条件Ｂ２）は満たされているものの、条件Ａ１が満たされていなかった。
　サンプル９～サンプル１６では、刃先部２０を構成している焼結体に含まれるダイヤモンド粒子中における硼素濃度を一定（０．０１６質量パーセント）とした上で、当該焼結体中に含まれる結合材中における硼素濃度を変化させた。
　サンプル９～サンプル１４では、条件Ａ１（条件Ａ２）及び条件Ｂ１が、満たされていた。サンプル９～サンプル１３では、条件Ｂ２も、満たされていた。サンプル１５及びサンプル１６では、条件Ａ１（条件Ａ２）は満たされているものの、条件Ｂ１が満たされていなかった。
　サンプル１～サンプル１６では、刃先部２０を構成している焼結体に含まれるダイヤモンド粒子の平均粒径が０．５μｍとされ、当該焼結体に含まれるダイヤモンド粒子の割合が９０体積パーセントとされた。サンプル１７～サンプル２２では、刃先部２０を構成している焼結体に含まれるダイヤモンド粒子の平均粒径及び割合のいずれかが、サンプル１～サンプル１６と異なっている。なお、サンプル１７～サンプル２２では、条件Ａ１（条件Ａ２）及び条件Ｂ１（条件Ｂ２）が満たされていた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　切削試験には、第１試験方法、第２試験方法及び第３試験方法が用いられた。第１試験方法はサンプル１～サンプル８の評価に用いられ、第２試験方法はサンプル９～サンプル１６の評価に用いられた。第３試験方法は、サンプル１７～サンプル２２の評価に用いられた。表２には、第１試験方法、第２試験方法及び第３試験方法の詳細が示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表３には、切削試験の結果が示されている。表３に示されるように、サンプル１～サンプル６及びサンプル９～サンプル１４は、長い工具寿命を示した。他方で、サンプル７及びサンプル８並びにサンプル１５及びサンプル１６では、切削加工の開始初期に刃先部２０に欠けが生じた（以下「初期欠け」という）。
　上記のとおり、サンプル１～サンプル６及びサンプル９～サンプル１４では条件Ａ１及び条件Ｂ１が満たされた一方で、サンプル７及びサンプル８並びにサンプル１５及びサンプル１６では条件Ａ１及び条件Ｂ１の一方が満たされていなかった。この比較から、条件Ａ１及び条件Ｂ１の双方が満たされることにより、切削インサート１００の工具寿命が改善されることが明らかになった。
　サンプル２～サンプル５は、サンプル１及びサンプル６と比較して、長い工具寿命を示した。また、サンプル１０～サンプル１３は、サンプル９及びサンプル１４と比較して、長い工具寿命を示した。
　上記のとおり、サンプル２～サンプル５及びサンプル１０～サンプル１３では条件Ａ２及び条件Ｂ２の双方がさらに満たされていた一方、サンプル１及びサンプル６並びにサンプル９及びサンプル１４では条件Ａ２及び条件Ｂ２のいずれかが満たされていなかった。この比較から、条件Ａ２及び条件Ｂ２がさらに満たされることにより、切削インサート１００の工具寿命がさらに改善されることが明らかになった。
　サンプル１７～サンプル２２は、いずれも長い工具寿命を示した。上記のとおり、サンプル１７～サンプル２２は、条件Ａ１（条件Ａ２）及び条件Ｂ１（条件Ｂ２）を満たしている。
　刃先部２０を構成している焼結体に含まれるダイヤモンド粒子の体積比が８０パーセント以上９９パーセント以下であることを、条件Ｃとする。刃先部２０を構成している焼結体に含まれるダイヤモンド粒子の平均粒径が０．１μｍ以上５０μｍ以下であることを、条件Ｄとする。サンプル１７～サンプル１９では条件Ｃ及び条件Ｄが満たされていた一方で、サンプル２０～サンプル２２では条件Ｃ及び条件Ｄの一方が満たされていなかった。
　サンプル１７～サンプル１９は、サンプル２０～サンプル２２と比較して、長い工具寿命を示した。この比較から、条件Ｃ及び条件Ｄがさらに満たされることにより切削インサート１００の工具寿命がさらに改善されることが、明らかになった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　（変形例）
　上記においては刃先部２０を構成している焼結体に含まれる結合材がコバルトである場合を例として説明したが、刃先部２０を構成している焼結体に含まれる結合材は、コバルトに限られない。
　刃先部２０を構成している焼結体に含まれる結合材は、単体金属、合金及び金属間化合物からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。この単体金属、合金及び金属間化合物は、周期表の第４族元素（例えばチタン、ジルコニウム、ハフニウム）、周期表の第５族元素（例えばバナジウム、タンタル、ニオブ）、周期表の第６族元素（例えばクロム、モリブデン、タングステン）、アルミニウム、鉄、珪素、コバルト及びニッケルからなる群から選択された少なくとも１種の金属元素を含んでいる。なお、上記の周期表は、いわゆる長周期型の周期表を意味している。
　刃先部２０を構成している焼結体に含まれる結合材は、化合物及び当該化合物由来の固溶体からなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。この化合物は、単体金属、合金及び金属間化合物からなる群から選択される少なくとも１種と窒素、炭素及び酸素からなる群から選択される少なくとも１種とからなる。この単体金属、合金及び金属間化合物は、周期表の第４族元素、周期表の第５族元素、周期表の第６族元素、アルミニウム、鉄、珪素、コバルト及びニッケルからなる群から選択された少なくとも１種の金属元素を含んでいる。
　上記においては、切削インサート１００が基材１０を有している場合を説明したが、切削インサート１００は、刃先部２０以外も刃先部２０と同一の焼結体により形成されてもよい。
　今回開示された実施形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１０　基材、１０ａ　頂面、１０ｂ　底面、１０ｃ　側面、１０ｄ　取り付け部、１１　貫通穴、２０　刃先部、２０ａ　すくい面、２０ｂ　逃げ面、２０ｃ　切れ刃、２１　バックメタル、１００　切削インサート、Ｓ１　粉末準備工程、Ｓ２　粉末混合工程、Ｓ３　焼結工程。

Claims (7)

  1. 　ダイヤモンド粒子と、結合材とを備え、
    　前記ダイヤモンド粒子中における硼素濃度は、０．００１質量パーセント以上０．９質量パーセント以下であり、
    　前記結合材中における硼素濃度は、０．５質量パーセント以上４０質量パーセント以下である、焼結体。
  2. 　前記ダイヤモンド粒子中における硼素濃度は、０．００５質量パーセント以上０．１質量パーセント以下であり、
    　前記結合材中における硼素濃度は、０．６質量パーセント以上３３質量パーセント以下である、請求項１に記載の焼結体。
  3. 　前記ダイヤモンド粒子の平均粒径は、０．１μｍ以上５０μｍ以下であり、
    　前記焼結体中における前記ダイヤモンド粒子の割合は、８０体積パーセント以上９９体積パーセント以下である、請求項１又は請求項２に記載の焼結体。
  4. 　前記結合材は、単体金属、合金及び金属間化合物からなる群より選択される少なくとも１種を含み、
    　前記単体金属、前記合金及び前記金属間化合物は、周期表の第４族元素、周期表の第５族元素、周期表の第６属元素、鉄、アルミニウム、珪素、コバルト及びニッケルからなる群より選択された少なくとも１種の金属元素を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の焼結体。
  5. 　前記結合材は、化合物及び前記化合物由来の固溶体からなる群から選択される少なくとも１種を含み、
    　前記化合物は、単体金属、合金及び金属間化合物からなる群から選択される少なくとも１種と窒素、炭素及び酸素からなる群から選択される少なくとも１種とからなり、
    　前記単体金属、前記合金及び前記金属間化合物は、周期表の第４族元素、周期表の第５族元素、周期表の第６属元素、鉄、アルミニウム、珪素、コバルト及びニッケルからなる群より選択された少なくとも１種の金属元素を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の焼結体。
  6. 　前記結合材は、少なくともコバルトを含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の焼結体。
  7. 　刃先部を備え、
    　前記刃先部は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の前記焼結体により形成されている、切削工具。
PCT/JP2021/043683 2020-11-30 2021-11-29 焼結体及び切削工具 WO2022114192A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21898164.5A EP4252941A4 (en) 2020-11-30 2021-11-29 SINTERED BODY AND CUTTING TOOL
JP2022521740A JP7359522B2 (ja) 2020-11-30 2021-11-29 焼結体及び切削工具
US18/038,794 US20240091862A1 (en) 2020-11-30 2021-11-29 Sintered material and cutting tool
KR1020237017701A KR20230111194A (ko) 2020-11-30 2021-11-29 소결체 및 절삭 공구
CN202180079966.7A CN116529004A (zh) 2020-11-30 2021-11-29 烧结体以及切削工具

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020198393 2020-11-30
JP2020-198393 2020-11-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022114192A1 true WO2022114192A1 (ja) 2022-06-02

Family

ID=81754483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/043683 WO2022114192A1 (ja) 2020-11-30 2021-11-29 焼結体及び切削工具

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240091862A1 (ja)
EP (1) EP4252941A4 (ja)
JP (1) JP7359522B2 (ja)
KR (1) KR20230111194A (ja)
CN (1) CN116529004A (ja)
WO (1) WO2022114192A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7318172B1 (ja) 2022-05-25 2023-08-01 住友電工ハードメタル株式会社 焼結体及び切削工具

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58199777A (ja) 1982-05-12 1983-11-21 住友電気工業株式会社 工具用ダイヤモンド焼結体及びその製造方法
JP2003291036A (ja) * 2002-02-26 2003-10-14 Smith Internatl Inc 半導電性多結晶ダイヤモンド
JP2005220015A (ja) * 2005-03-10 2005-08-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 高強度・高耐摩耗性ダイヤモンド焼結体およびそれからなる工具ならびに非鉄金属の切削方法
JP2006502955A (ja) * 2002-10-16 2006-01-26 ダイヤモンド イノベーションズ、インク． ホウ素をドープしたブルー・ダイヤモンド及びその製造
JP2008133172A (ja) 2006-10-31 2008-06-12 Mitsubishi Materials Corp ボロンドープダイヤモンド焼結体およびその製造方法
JP2012126605A (ja) * 2010-12-15 2012-07-05 Sumitomo Electric Hardmetal Corp ダイヤモンド焼結体
US20150136495A1 (en) * 2013-11-21 2015-05-21 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compact, and related methods and applications
JP2020198393A (ja) 2019-06-04 2020-12-10 横河電機株式会社 電気機器及びその部品

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61205664A (ja) * 1985-03-11 1986-09-11 住友電気工業株式会社 導電性焼結ダイヤモンドの製造方法
JPH11240762A (ja) * 1998-02-26 1999-09-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 高強度・高耐摩耗性ダイヤモンド焼結体およびそれからなる工具
JP5376274B2 (ja) * 2006-10-31 2013-12-25 三菱マテリアル株式会社 良導電性ダイヤモンド焼結体の製造方法
JP7188726B2 (ja) * 2017-06-28 2022-12-13 トーメイダイヤ株式会社 ホウ素系結合材を用いたダイヤモンド基複合材及びその製造方法、並びにこれを用いた工具要素

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58199777A (ja) 1982-05-12 1983-11-21 住友電気工業株式会社 工具用ダイヤモンド焼結体及びその製造方法
JP2003291036A (ja) * 2002-02-26 2003-10-14 Smith Internatl Inc 半導電性多結晶ダイヤモンド
JP2006502955A (ja) * 2002-10-16 2006-01-26 ダイヤモンド イノベーションズ、インク． ホウ素をドープしたブルー・ダイヤモンド及びその製造
JP2005220015A (ja) * 2005-03-10 2005-08-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 高強度・高耐摩耗性ダイヤモンド焼結体およびそれからなる工具ならびに非鉄金属の切削方法
JP2008133172A (ja) 2006-10-31 2008-06-12 Mitsubishi Materials Corp ボロンドープダイヤモンド焼結体およびその製造方法
JP2012126605A (ja) * 2010-12-15 2012-07-05 Sumitomo Electric Hardmetal Corp ダイヤモンド焼結体
US20150136495A1 (en) * 2013-11-21 2015-05-21 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compact, and related methods and applications
JP2020198393A (ja) 2019-06-04 2020-12-10 横河電機株式会社 電気機器及びその部品

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4252941A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7318172B1 (ja) 2022-05-25 2023-08-01 住友電工ハードメタル株式会社 焼結体及び切削工具

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2022114192A1 (ja) 2022-06-02
CN116529004A (zh) 2023-08-01
EP4252941A4 (en) 2024-04-24
US20240091862A1 (en) 2024-03-21
KR20230111194A (ko) 2023-07-25
EP4252941A1 (en) 2023-10-04
JP7359522B2 (ja) 2023-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6953674B2 (ja) 超硬合金及び切削工具
WO2019116614A1 (ja) 超硬合金及び切削工具
US11629101B2 (en) Cubic boron nitride sintered material and method of producing same
KR20210084337A (ko) 초경합금, 절삭 공구 및 초경합금의 제조 방법
WO2022114192A1 (ja) 焼結体及び切削工具
WO2020059756A1 (ja) 立方晶窒化硼素焼結体、およびそれを含む切削工具
CN110719966B (zh) 金属陶瓷、包括该金属陶瓷的切削工具及制造金属陶瓷的方法
CN113166862B (zh) 硬质合金以及包括其作为基材的切削工具
EP4079704A1 (en) Cubic boron nitride sintered body
JP6912685B2 (ja) 立方晶窒化硼素焼結体
CN113179647B (zh) 硬质合金以及包括其作为基材的切削工具
US11591266B2 (en) Cubic boron nitride sintered material
EP4001242A1 (en) Cubic boron nitride sintered body
JP7318172B1 (ja) 焼結体及び切削工具
WO2022114191A1 (ja) 切削工具
US11542203B2 (en) Cubic boron nitride sintered material
WO2022025292A1 (ja) 立方晶窒化硼素焼結体、およびそれを含む切削工具
KR20230043853A (ko) 입방정 질화붕소 소결체 및 그것을 포함하는 절삭 공구
JP2007162065A (ja) 被覆超硬合金部材及び希土類元素含有超硬合金の製造方法
CN117677724A (zh) 硬质合金以及包含该硬质合金的工具
JPWO2019116614A1 (ja) 超硬合金及び切削工具

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022521740

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21898164

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18038794

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202180079966.7

Country of ref document: CN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021898164

Country of ref document: EP

Effective date: 20230630