JP2011001565A - 強靭耐摩耗複合材料とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ダイヤモンド粒及びWC粒からなる硬質粒子、と燐(P)を含有する鉄族金属の結合材と、分散して単独で存在する銅を含む材料の、燐の割合を調整して焼結適正温度を900℃〜1080℃とする工程と、ホットプレス焼結または放電焼結をする工程を含む、複合耐摩耗部材の製造方法であり、ダイヤモンド粒とWC粒からなる硬質粒子と、燐を含有する鉄族金属の結合材と、銅とを含む材料を備え、燐の重量%はWC粒と結合材の合計重量に対し0.01%〜1.0%である複合耐摩耗部材である。
【選択図】図1
Description
この問題点を克服するために多様な事が試みられてきた(特許文献3〜7)。これらの文献に記載の各発明は、一部の効果を認められるものの、接合部の応力対策が多く、材料自体を強化して衝撃による欠けの発生および伝播を防ぐ根本的な手立ては現在までなされていない。
従ってその使用には細心の注意が必要である。
また、銅の存在により、ロウ付け性が改善されることにも着目した。
従って超硬合金中に銅を分散することは不可能であった。
銅は、鉄の様に炭素と合金化して融点を低下する事はなく、また、燐の影響も受け難く、燐と反応して僅かに融点低下を招く。
また、ダイヤモンド粒の代わりにcBN粒を用いることができる。
ダイヤモンドの変質炭化防止の観点から1000℃の焼結温度を目安として燐の添加量を設定した。複合耐摩耗部材の強度を考慮すると燐含有量の上限は1.0%とするのが望ましい。
ダイヤモンド添加の上限を60体積%に設定した理由は、これを超えると複合耐摩耗部材が衝撃に対して十分な靭性が得られなくなるためである。下限を1%に設定した理由は、これ以下では耐摩耗性能に効果を期待出来ないためである。ダイヤモンド添加量は好ましくは5〜40体積%である。また、結合材である燐含有鉄族金属は3〜30重量%である。3%以下では材料に十分な靭性が得られずダイヤモンド粒子を衝撃から十分に保護できず、他方30%以上では十分な地の硬さ(耐摩耗性)が得られないことによる。望ましくは6〜25重量%である。
これらの図に示すように銅はきれいに層状に存在し、割れもなく良好な外観を呈していた。
ワイヤ放電加工で切断を試みたが問題なく切断できた。
また、ロウ付けもロウ周りが良くてやり易く、割れの発生は無かった。
ワイヤ放電加工で切断を試みたが問題なく切断できた。
また、ロウ付けもロウ周りが良くてやり易く、割れの発生は無かった。
線径0.3φ−30メッシュの銅網を長さ25mm、幅10mmに揃え、その上に平均粒径500μmのダイヤモンド粒子を並べ950℃−真空−5分保持でロウ付けで固定した。このようにして得られた、ダイヤモンド固定の銅網を銅網Bとする。
さらに、厚さ0.1mm、長さ25mm、幅10mmの銅薄板Cを用意した。
この操作を1サイクルとして操作を4回繰り返した。最後に粉末Aを4g充填してN2ガス中で圧力40MPa、温度1000℃−30分間保持の条件でホットプレスを行った。WCと燐含有鉄族金属の微細な組織中に、ダイヤモンド粒が10体積%強分散した複合耐摩耗部材を製作することが出来た。
光学顕微鏡による観察例を図6に示す。この図において、5は銅網を示し、6は銅薄板を示す。
この図に示すように本実施例による複合耐摩耗部材は、割れもなく良好な外観を呈していた。
ワイヤ放電加工で切断を試みたが問題なく切断できた。
また、ロウ付け試験結果も良好で割れの発生は無かった。
(実験例)
ダイヤモンド粒を取り巻くWCと燐含有鉄族金属の硬度と靭性を確認するため、ダイヤモンド粒を含まないWCと燐含有鉄族金属のみの配合で試験片を製作した。
87WC−10Co−3%NiPの配合材料20グラムを長さ25mm、幅10mmのカーボン型に型込めして、真空中で圧力40MPa、温度1040℃、30分間保持の条件でホットプレス焼結を行い、物性値を調査した。その結果、硬度はHRA.90.1〜90.5、靭性(K1c)は12.9(MPa・m1/2)であり、組織は良好であった。
さらにダイヤモンド10%を添加した複合材料を長さ25mm、幅10mm、厚さ8mmに製作して、これを基準試験片とした。
実施例1、実施例2、基準試験片の3種のチップを長さ60mm、幅60mm、厚さ20mmの鋼材(SNCM439)上に高周波にて銀ロウ(JIS:BAg−4)付け後、空冷して作業性とクラックの有無を調査した。
上記、実施例1、実施例2、基準試験片、の3種の材料を(長さ25mm、幅10mm、厚さ8mm)に各3本製作し、このチップを800℃−N2雰囲気で1時間加熱して焼入れ用の油に投入した。その結果を表2に示す。
この試験結果から、熱衝撃において銅の添加は有効であることが分かる。
銅を含有しない通常のダイヤモンド複合材料と、銅とダイヤモンド複合材料の積層構造、の2種を鋼材(S45C)にロウ材(JIS:BAg−4)を用いて高周波で800℃程度に加熱しながらロウ付け接合を行い徐冷した。いずれもダイヤモンドの含有量は10%(平均粒径は400μm)である。
2 銅薄膜
3 ダイヤモンド粒子
4 銅細線
5 銅網
6 銅薄板
Claims (9)
- ダイヤモンド粒及びWC粒からなる硬質粒子、と燐(P)を含有する鉄族金属の結合材と、分散して単独で存在する銅を含む材料の、燐の割合を調整して焼結適正温度を900℃〜1080℃とする工程と、ホットプレス焼結または放電焼結をする工程を含むことを特徴とする複合耐摩耗部材の製造方法。
- ダイヤモンド粒及びWC粒からなる硬質粒子と燐(P)を含有する鉄族金属の結合材とを有する基体層と、銅からなる層とを重ね合わせた後、ホットプレス焼結または放電焼結をする工程を含むことを特徴とする請求項1記載の複合耐摩耗部材の製造方法。
- 前記銅は細線であることを特徴とする請求項1記載の複合耐摩耗部材の製造方法。
- ダイヤモンド粒の代わりにcBN粒を用いた請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の複合耐摩耗部材の製造方法。
- 燐の重量%はWC粒と結合材の合計重量に対し0.01%〜1.0%である請求項1〜4のうちいずれか一項に記載の複合耐摩耗部材の製造方法。
- ダイヤモンド粒とWC粒からなる硬質粒子と、燐を含有する鉄族金属の結合材と、分散して単独で存在する銅とを含む材料を備え、燐の重量%はWC粒と結合材の合計重量に対し0.01%〜1.0%であることを特徴とする複合耐摩耗部材。
- ダイヤモンド粒とWC粒からなる硬質粒子と、燐を含有する鉄族金属の結合材を有する基体層と、銅からなる層とを備え、燐の重量%はWC粒と結合材の合計重量に対し0.01%〜1.0%であることを特徴とする請求項6に記載の複合耐摩耗部材。
- 前記銅は細線であることを特徴とする請求項6に記載の複合耐摩耗部材。
- ダイヤモンド粒の代わりにcBN粒を用いた請求項6〜8のうちいずれか一項に記載の複合耐摩耗部材。
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