JPS6345346A - 耐摩耗性材料およびその製造方法 - 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】 本発明は耐磨耗性材料に関するものである。

超硬合金は、工業において研磨材料および耐磨耗性材料
の如き種々の用途に広く使用されている材料である。一
般に、超硬合金は、コバルト、鉄またはニッケルまたは
これらの合金の如き金属によって一緒に結合されている
炭化タングステン、炭化タンタルまたは炭化チタンの如
き適当な炭化物粒子から成る。代表的に、超硬合金の金
属含有量は３〜３５重量％である。超硬合金は、炭化物
粒子および金属を１４００℃程度の温度で焼結すること
によって製造される。

超硬合金は、ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素コン
パクトの支持体として使用される。かかる研磨材製品に
おいて、用いられている研磨処理を行うのはコンパクト
の縁部である。研磨処理中において、研磨チップが炭化
物支持体に対して衝突する場合があり、衝突した領域に
アンダーカッ）　（ｕｎｄｅｒｃｕｔｔｉｎｇ）を生じ
製品を弱（する。この代表例は、端部にダイヤモンドコ
ンパクトを取付ケた細長い超硬合金ピンを備えるインサ
ートを使用する穴あけにおいて見出すことができる。ピ
ンのアンダーカットはコンパクトの直ぐ後方に発生する
。

本発明において、炭化物粒子および立方晶窒化ホウ素粒
子が結合金属または合金で結合された緻密な焼結成形体
から成り、立方晶窒化ホウ素粒子の含有量が２０重量％
以下であり六方晶窒化ホウ素をほとんど含有しない研磨
剤および体摩耗性材料を提供する。

更に、本発明において、炭化物粒子および立方晶窒化ホ
ウ素粒子を結合金属または合金と接触させ、粒子および
金属または合金を六方晶窒化ホウ素の生成が回避される
如き条件下で焼結する上述の如き材料の製造方法を提供
する。

実際には、本発明の材料は立方晶窒化ホウ素粒子の添加
によって変性された超硬合金である。これら粒子の添加
は、著しい研磨および耐摩耗特性を有する超硬合金を提
供する。

本発明の材料は六方晶窒化ホウ素、即ち立方晶窒化ホウ
素の変態（ｄｅｇｒａｄｅｄ　ｆｏｒｍ）をほとんど含
有しない必要がある。任意多量の六方晶窒化ホウ素の存
在はこの材料の研磨および耐摩耗特性を低下させる。こ
の材料の製造において、上述のことを達成する条件を選
定するのが重要である。

粒子および金属または合金の焼結は、注意深く制御した
非酸化条件下で代表的に１３５０℃を超える高温で行う
のが良い。非酸化条件は、真空、例えば９．９Ｘ１０−
’）ル（ｔｏｒｒ）　（１ミリバール（ｍｂａｒ）〕以
下の真空によって供給することができる。

好ましい焼結法には、立方晶窒化ホウ素が結晶学的に安
定な高温および高圧の条件下における焼結が含まれる。

代表的に、これらの条件には１４００〜１６００℃程度
の温度および４．９×１０４〜６．９×１０４ｔＯｒｒ
〔５０〜７０キロバール（ｋｂａｒ）　Ｅ程度の圧力が
含まれる。

金＠または合金は粉砕した形態で供給するのが好ましい
。次いで、この粉末を炭化物および立方晶窒化ホウ素粒
子と混合することができる。混合物をそのまま焼結する
かまたは焼結する前に冷圧し弱いが密着した物体を製造
することができる。

高温／高圧焼結のために、従来の高温／高圧装置が使用
される。上記混合物を、かかる装置の反応カプセルに直
接装填することができる。あるいはまた、混合物を超硬
合金支持体または炭化物支持体に形成した凹所に配置し
この形態でカプセルに装填することができる。モリブデ
ンまたはタンタルの如き材料の層を、炭化物支持体と混
合物の間に配置して焼結後に支持体から焼結した材料を
取除くことを容易にし、金属によって支持体が混合物中
に浸透することから回避する必要がある。

炭化物粒子および金属または合金は、従来の超硬合金の
製造に使用される任意のものとすることができる。適当
な炭化物の例は、炭化タングステン、炭化タンタル、炭
化チタンおよびこれらの混合物である。適当な金属およ
び合金の例は、コバルト、鉄、ニッケルおよびこれら金
属の１種以上を含有する合金である。好ましくは、金属
はコバルトであり炭化物は炭化タングステンである。

立方晶窒化ホウ素粒子は細くても粗くてもよい。

粒子は粗ければ粗い程、焼結中に変態する傾向が少なく
なる。

材料の立方晶窒化ホウ素粒子の含有量は、代表的に５〜
１５重量％の範囲である。材料の金属または合金の含有
量は、代表的に５〜１５重量％の範囲である。

粒子および金属または合金から、例えばこれら粒子等を
真空下で加熱し、次いで焼結する前に、例えば電子ビー
ム溶接により真空シールして揮発物を除去した場合、研
摩性および耐摩耗性の向上した材料が生成することを見
出した。真空は、例えば９．９ｘｌＱ　４ｔｏｒｒ　（
１ｍｂａｒ）以下の真空とすることができ加熱は５００
℃〜１２００℃の範囲の温度とすることができる。

本発明の材料は、例えは切削による材料の研磨に用いる
研磨剤として使用することができる。また、この材料は
、特に超硬合金支持体に結合している研磨剤コンパクト
からなる工具部品またはインサートにおける耐磨耗性材
料として使用することもできる。代表的に、この材料は
支持体または少なくとも使用中においてチップによる摩
耗または研磨を被る炭化物支持体の領域を製造するのに
使用される。かかる工具インサートの例はドリルビット
インサートである。

以下、本発明を実施例により説明する。

実施例１ 立方晶窒化ホウ素粒子を炭化タングステン粒子および粉
砕したコバルトと十分に混合し、これら粒子の均一な混
合物を製造した。混合物を冷圧し弱いが密着したスラグ
を形成した。このスラグを標準高圧／高温装置の反応カ
プセルに装填し、装填したカプセルをこの装置の反応領
域に配置した。

カプセルの内容物を１４５０℃の温度および約４．９×
１０’　ｔｏｒｒ　（約５０ｋｂａｒ）の圧力で処理し
、この高温高圧条件を１０分間維持した。反応カプセル
から、良好な耐摩耗性を有する緻密に結合した材料を取
出した。該材料のコバルト含有量はコバルト／炭化物混
合物に対して１１重量％であった。

種々の粒度の立方晶窒化ホウ素を用いてこの方法を行い
種々の材料を製造した。生成した全ての材料が良好な靭
性、即ち亀裂の生長を回避する能力および極めて良好な
硬度を有することを見出した。こちら材料の耐摩耗性を
以下の切削条件を用いてシリカ細粉を充填したエポキシ
樹脂の権利試験によって試験した。

試料の形態：　　　扇形９０°　厚さ３．２ｎ＋ｍ工具
ホルダー二　　中立 すくい角：　　　　０゜ 逃げ角＝　　　　　６゜ 切削速度：　　　　　１０　ｉ／ｍｉｎ切込み深さ：１
．０市 送り速度：　　　　　０．３　ｍｒＢ／ｒｅｖ試験時間
：　　　　　３Ｑ　ｓｅｃ 得た結果を第１表に示す。

実施例２ 混合物を、冷圧せずに９．９　ｘｌＱ−４ｔｏｒｒ　（
ｌ　ｍｂａｒ）以下の真空下７００℃の温度で加熱して
揮発物を除去し、次いでカプセルを高圧／高温装置の反
応領域に挿入する前に真空シールした以外は実施例１の
方法を用いて別の一連の結合した緻密な材料を製造した
。これら材料に実施例１に示す旋削試験と同じ処理を行
い、得た結果を第２表に示す。

第２表 第２表の材料に対して示したフランク摩耗（ｍｌ）が、
第１表の材料のフランク摩耗より小さいことに注意すべ
きである。フランク摩耗が小さければ小さい程、材料の
耐摩耗性は大である。これらの結果は焼結前に粒状材料
から揮発物を除去することの重要性を示している。

実施例３ 他の一連の材料を、種々のコバルト含有量を用いた以外
は実施例２の方法に従って製造した。製造した材料を実
施例１に示す旋削試験で処理し、得た結果を第３表に示
す。

実施例４ 立方晶窒化ホウ素粒子を炭化タングステン粒子および粉
砕したコバルトと十分に混合して、これら粒子の均一な
混合物を製造した。混合物を１．２Ｘ　ＩＱ−４ｔｏｒ
ｒ　（Ｑ、１２ｍｂａｒ）の真空下約１４００℃の温度
で約１時間焼結し、緻密に結合した材料を製造した。材
料を周囲温度まで冷却した。該材料のコバルト含有量は
Ｃｏ／炭化物混合物に対して１１重量％であった。一方
が、１．５〜３ミクロンで他方が３０〜６０ミクロンの
２種の異なる粒度を用いてこの方法を行い、５重量％お
よび１０重量％の立方晶窒化ホウ素を含有する材料を製
造した。粗粒を用いて焼結した材料が、細粒を用いて焼
結した材料より六方晶窒化ホウ素の生成をわずかしか示
さないことを見出した。

特許出願人　　　ド・ビーアズ・インダストリアル・ダ
イヤモンド・デイビジョン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭化物粒子および立方晶窒化ホウ素粒子が結合金属
   または合金で結合された緻密な焼結成形体から成り、立
   方晶窒化ホウ素粒子の含有量が２０重量％以下であり六
   方晶窒化ホウ素をほとんど含有しないことを特徴とする
   耐摩耗性材料。 ２、立方晶窒化ホウ素の含有量が５〜１５重量％の範囲
   である特許請求の範囲第１項記載の耐摩耗性材料。 ３、金属または合金の含有量が５〜１５重量％の範囲で
   ある特許請求の範囲第１項または第２項に記載の耐摩耗
   性材料。 ４、金属がコバルト、鉄、ニッケルおよびこれらの金属
   の１種以上を含有する合金から選ばれた特許請求の範囲
   第１項〜第３項のいずれか１つの項に記載の耐磨耗性材
   料。 ５、炭化物が炭化タングステン、炭化チタン、炭化タン
   タルおよびこれらの混合物から選ばれた特許請求の範囲
   第１項〜第４項のいずれか１つの項に記載の耐摩耗性材
   料。 ６、炭化物粒子および立方晶窒化ホウ素粒子が結合金属
   または合金で結合された緻密な焼結成形体からなり、立
   方晶窒化ホウ素粒子の含有量が２０重量％以下であり六
   方晶窒化ホウ素をほとんど含有しない耐摩耗性材料を製
   造するに当たり、炭化物粒子および立方晶窒化ホウ素粒
   子を結合金属または合金と接触させ、粒子および金属ま
   たは合金を六方晶窒化ホウ素の生成が回避される如き条
   件下で焼結することを特徴とする耐摩耗性材料の製造方
   法。 ７、焼結を、立方晶窒化ホウ素が結晶学的に安定な温度
   および圧力条件下で行う特許請求の範囲第６項記載の製
   造方法。 ８、用いる温度が１４００〜１６００℃の範囲の温度で
   あり、用いる圧力が４．９×１０＾４〜６．９×１０＾
   ４ｔｏｒｒ（５０〜７０ｋｂａｒ）の範囲である特許請
   求の範囲第６項または第７項に記載の製造方法。 ９、金属または合金が粉砕された形態であり、混合物が
   炭化物粒子、立方晶窒化ホウ素粒子および粉砕した合金
   または金属から成る特許請求の範囲第６項〜第８項のい
   ずれか１つの項に記載の製造方法。 １０、揮発物を、粒子および金属または合金から除去し
   、次いで焼結する前に真空シールする特許請求の範囲第
   ６項〜第９項のいずれか１つの項に記載の製造方法。 １１、揮発物を、真空下で粒子および金属または合金を
   加熱することによって除去する特許請求の範囲第１０項
   記載の製造方法。 １２、加熱を、９．９×１０＾−＾４ｔｏｒｒ以下（１
   ｍｂａｒ以下）の真空下５００℃〜１２００℃の範囲の
   温度で行なう特許請求の範囲第１１項記載の製造方法。