(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面層および内層の少なくとも二層のＴｉＣＮ基サーメット層が積層された積層構造型サーメットであって、
内層のＺｎとＳｎの合計含有率が、表面層のＺｎとＳｎの合計含有率よりも高く、かつ７ｐｐｍ以下であり、
前記表面層は、厚みが５０μｍ以上１５００μｍ以下、ＺｎとＳｎの合計含有率が１ｐｐｍ未満であることを特徴とする積層構造型サーメット。
【請求項２】
前記表面層と前記内層の各々に含まれる結合相量（体積％）が同量であることを特徴とする請求項１に記載の積層構造型サーメット。
【請求項３】
前記表面層中に含まれる結合相を構成するＣｏ量（体積％）と前記内層中に含まれる結合層を構成するＣｏ量（体積％）が同量であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層構造型サーメット。
【請求項４】
前記表面層の表面にさらにセラミック被覆膜を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の積層構造型サーメット。
【請求項５】
前記セラミック被覆膜がＰＶＤ法により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の積層構造型サーメット。
【請求項６】
前記内層のＴｉＣＮ基サーメットが、Ｚｎおよび／またはＳｎを用いたリサイクル法により製造されたサーメット粉末を用いて製造されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の積層構造型サーメット。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の積層構造型サーメットにより形成されていることを特徴とする工具。
【請求項８】
前記工具が切削用工具であることを特徴とする請求項７に記載の工具。
【請求項９】
前記工具が金型用工具であることを特徴とする請求項７に記載の工具。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の積層構造型サーメットの製造方法であって、Ｚｎおよび／またはＳｎを用いたリサイクル法により製造されたサーメット粉末と、Ｚｎおよび／またはＳｎを用いたリサイクル法により製造されたサーメット粉末の含有比率が０〜５０ｖｏｌ％のサーメット粉末を用いて、同時に積層プレス成形後、焼結して前記内層と表面層が積層されたＴｉＣＮ基サーメットを製造することを特徴とする積層構造型サーメットの製造方法。
【請求項１１】
前記表面層と前記内層を、結合相量（体積％）および／またはＣｏ量（体積％）が同量であるサーメット粉末を用いて、同時に積層プレス成形することを特徴とする請求項１０に記載の積層構造型サーメットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強度および靭性が共に優れる積層構造型サーメットとその製造方法および前記サーメットにより形成された工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、切削工具として、ＷＣ（炭化タングステン）を主成分とし、Ｃｏ（コバルト）などの鉄族元素を結合相とした超硬合金および超硬合金の基材表面に被覆膜を具える被覆切削工具が開発されている。
【０００３】
超硬合金に求められる代表的な特性として、耐摩耗性（例えば、耐逃げ面摩耗性、耐クレーター摩耗性）、強度（例えば、耐欠損性、抗折力）、靭性（例えば、耐チッピング性、耐熱亀裂性）がある。超硬合金はこれらの特性のバランスが非常に優れており、切削チップなどの切削工具、金型などの耐摩工具、掘削用ビットなどの都市開発用工具などとして幅広く使用されている。
【０００４】
しかしながら、超硬合金中の硬質相であるＷＣは希少資源であり、産出国が限られているため、価格の高騰を招きやすく、地球環境の保護と相俟って超硬合金に代わる材料開発に対する要望が一段と高まっている。超硬合金に代わる材料としての第一の候補材料はＴｉＣＮを硬質相とし、Ｎｉなどの鉄族金属を結合相とするサーメットである。サーメットは鋼に対する反応性が低く、美しい仕上げ面が得られるため、鋼材料の仕上げ加工用切削工具として用いられている。しかしながら、超硬合金に比べて、特に靭性が劣るため、使用可能な切削領域が狭いという問題点を有している。このため、サーメットの特性を改善して超硬合金の代替材料として使用しようとする試みが行われている（例えば特許文献１）。
例えば、強度と靭性を両立させる方法として、粗粒ＴｉＣＮに微粒ＴｉＣＮを混合したサーメットを用いる方法（たとえば、特許文献２）、平均粒径が異なるＴｉＣＮ粒子を硬質相とするＴｉＣＮ基サーメットにより表面層と内層とを構成し、表面部と内部で硬質相粒径が異なる構造のＴｉＣＮ基サーメットを用いる方法（たとえば、特許文献３）が、提案されているが未だに充分な効果が得られていない。
【０００５】
一方で近年、Ｔｉ合金の需要が従来よりも高まり、ＴｉＣＮの原料価格が高騰するようになっている。このため、ＴｉＣＮをサーメットスクラップから安価にリサイクルする手法の開発が望まれている。
【０００６】
サーメットスクラップのリサイクル法には、サーメットを酸やアルカリを用いて溶解し化学的にＴｉやＮｉをリサイクルする湿式法と、亜鉛や錫を用いてＴｉＣＮ粒子を溶解せずにリサイクルする亜鉛（錫）処理法がある。
【０００７】
前記の処理法のうち、湿式法ではサーメットは酸やアルカリを用いて溶解され、Ｔｉは何段階もの精製工程を経て精製されるため、鉱石から精錬されたものと同様に非常に高純度であり、炭化工程を経て高品質のＴｉＣＮ粉末を製造することができる。
しかしながら、湿式法の場合、精製工程で酸やアルカリなどを用いるため高価な公害防止設備が必要であり、また大量のエネルギーを使用する上、大規模なプラントを用いて製造しないと製造コストを低減できないという問題がある。
【０００８】
これに対し、亜鉛（錫）処理法では、亜鉛や錫とサーメット中に結合相金属として含まれているＣｏやＮｉを不活性ガスや窒素ガスの雰囲気中で８５０℃程度の高温で反応させてＣｏ（Ｎｉ）−Ｚｎ、Ｃｏ（Ｎｉ）−Ｓｎの共晶融液からなる液相を発生させた後、さらに高温に昇温し、減圧雰囲気にすることで蒸気圧の高い亜鉛、錫を蒸発させて結合相をスポンジ状にすることによりサーメットを脆化させる。この脆化したサーメットはボールミルなどで簡単に粉砕でき、スクラップの原料組成およびＴｉＣＮ粒径そのままのサーメットのリサイクル粉末が得られる。このように比較的シンプルな設備で簡便にＣｏやＮｉを含んだＴｉＣＮ粉末が低コストで得られる特徴を有する。
【０００９】
しかし、前記亜鉛（錫）処理法は低コストではあるが、精製工程を含まないために、リサイクルした粉末中にＺｎやＳｎが残存しやすく、このようなリサイクル粉末を利用したサーメットは強度が低下したり、強度が不安定となる問題がある。このため、亜鉛（錫）処理法を用いたサーメットのリサイクル粉末を活用する場合には、ＺｎやＳｎの悪影響が出ないように通常の原料粉末への投入比率を調整して使用するなどの制限が生じ、リサイクル粉末を活用する上で問題点となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−２３７６５０号公報
【特許文献２】特開平２−２９８４０６号公報
【特許文献３】特開２００５−２１３５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記事情を鑑みて成されたものであり、本発明が解決しようとする課題は、強度と靭性が共に良好で、両特性が両立でき、さらに、サーメットスクラップから亜鉛（錫）処理法によるスクラップ処理により得られるリサイクル粉末を有効に活用できるサーメットとそれを用いた工具を提供することにある。
以下、本発明に関連する第１〜第１２の技術について説明する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に関連する第１の技術は、
表面層および内層の少なくとも二層のＴｉＣＮ基サーメット層が積層された積層構造型サーメットであって、内層のＺｎとＳｎの合計含有率が表面層のＺｎとＳｎの合計含有率よりも高いことを特徴とする積層構造型サーメットである。
【００１３】
第１の技術によれば、前記課題である強度と靭性が共に良好で、両特性が両立でき、さらに、サーメットスクラップから亜鉛（錫）処理法によるスクラップ処理により得られるリサイクル粉末を有効に活用できるサーメットを提供することができる。
以下、詳細に説明する。
【００１４】
サーメット原料粉末中にＺｎやＳｎが含まれていると、焼結後に残留するＺｎ＋Ｓｎの量が微少でもサーメットの機械的強度が低下する原因となる。したがって、通常、サーメット原料粉末中にはＺｎやＳｎの量を極力少なくすることが求められる。
【００１５】
しかしながら、本発明者らは亜鉛（錫）処理法によるスクラップ処理によりリサイクルしたサーメット粉末の活用を検討していく中で、リサイクルしたサーメット粉末は、新粉ＴｉＣＮ粉末に比べて、機械的強度が低下したり、不安定になるという問題点を有するが、亀裂進展の起こりにくさを表わす破壊靭性値については優れているという特徴を有していることを見出した。そして、この点に着目し、サーメット層を少なくとも二層にし、機械的応力が必要とされる表面層にはＺｎとＳｎの合計含有率が低いサーメットを配置して強度を高め、亀裂の進展抑制が必要とされる内層にはＺｎとＳｎの合計含有率が高いサーメットを配置して靭性を高めることにより、全体で強度と靭性がバランスよく両立できるサーメットとすることができることを見出した。
【００１６】
そして、上記により従来、ＺｎとＳｎの合計含有率が高くて、使用が非常に制約されていたサーメットスクラップから亜鉛（錫）処理法によるスクラップ処理により得られるリサイクル粉末を有効に活用しながら、強度と靭性がバランスよく両立できるサーメットを提供することができるようになった。
そして、リサイクル粉末として、湿式法よりも低コストの亜鉛（錫）処理法により製造された粉末を用いることができるため、上記の強度と靭性を両立させたサーメットをより安価に提供することができ、地球環境の保護に役立つ他、従来のサーメットよりも靭性を向上させることができるため、超硬合金の代替材料として有用であり、ＷＣの供給リスクの回避に役立つ。
【００１７】
第１の技術における基材の構成としては、例えばＺｎとＳｎの合計含有率の低いＴｉＣＮ基サーメット層を表面層とし、ＺｎとＳｎの合計含有率の高いＴｉＣＮ基サーメット層を内層とする二層構造の積層構造型サーメットや、ＺｎとＳｎの合計含有率の低いＴｉＣＮ基サーメット層でＺｎとＳｎの合計含有率の高いＴｉＣＮ基サーメット層を両側から挟んだ三層構造の積層構造型サーメットとする。また、積層構造はサンドイッチ状であっても同心円状であっても良い。
そして、本技術の積層構造型サーメットを切削工具に用いる場合には、すくい面にＺｎとＳｎの合計含有率の低いＴｉＣＮ基サーメット層が配される。金型用工具に用いる場合には、被加工材との接触面にＺｎとＳｎの合計含有率の低いＴｉＣＮ基サーメット層が配される。即ち、機械的応力が必要とされる側にＺｎとＳｎの合計含有率の低いＴｉＣＮ基サーメット層が配される。そして、二層構造の場合、本技術ではこのように機械的応力が必要とされる側を表面層と呼称している。
【００１８】
次に、基材の組成は、ＴｉＣＮを主成分とする硬質相と、ＣｏやＮｉ等の鉄族金属を主成分とする結合相とからなるＴｉＣＮ基サーメットで構成される。基材は、さらに、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の金属、Ａｌ、Ｓｉの金属元素群から選択される１種以上の元素（ａ）や、同金属元素群から選択される１種以上の元素と炭素、窒素、酸素及び硼素からなる群から選択される１種以上の元素とからなる化合物（固溶体）（ｂ）を含有していてもよい。
【００１９】
具体的には、（ａ）の元素としてはＣｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗなど、（ｂ）の化合物としては、ＷＣ、（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ、ＶＣ、Ｃｒ３Ｃ２、ＮｂＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＺｒＮ、ＴａＮなどが挙げられる。特にＷＣ粒子は靭性、焼結性への影響が大きく、ＷＣ粒子の含有量を５体積％以上、５０体積％未満にすることにより、より良好な靭性や焼結性を得ることができる。また、公知の組成のサーメットを利用してもよく、表面層と内層におけるＴｉＣＮ基サーメットのＺｎとＳｎの合計含有率を除く組成は同じであっても異なっていてもよい。
【００２０】
本発明に関連する第２の技術は、
前記表面層と前記内層の各々に含まれる結合相量（体積％）が同量であることを特徴とする第１の技術の積層構造型サーメットである。
【００２１】
ＴｉＣＮ基サーメットは、焼結中に液相を生成させて緻密化を行う。このため、表面層と内層において生成する液相量が相違すると、焼結中に液相となる両層の結合相量が均衡化しようとする作用により、結合相の物質移動が生じる。
【００２２】
そこで、第２の技術においては、表面層と内層に含まれる結合相量（体積％）を同量にすることにより、結合相の物質移動を防ぎ、表面層と内層の焼結後の硬度を、単体で焼結したときの硬度と同一の硬度とする。これにより、積層構造型サーメットの各層の硬度を狙い通りのものとして、合金構造設計を容易にし、優れた合金特性が再現性よく発現することができる。
【００２３】
なお、ここで結合相量（体積％）が同量であるとは、両層の結合相量（体積％）の差を多い結合相量（体積％）に対する比率で表した時の値が１０％以内であることを意味している。
また、互いの結合相量差（体積％）が上記範囲内にあると、液相が表面層と内層の間で移動した場合でも、焼結体硬度の変化に与える影響は小さいため、前記と同趣旨の目的を達成することができる。
【００２４】
本発明に関連する第３の技術は、
前記表面層中に含まれる結合相を構成するＣｏ量（体積％）と前記内層中に含まれる結合層を構成するＣｏ量（体積％）が同量であることを特徴とする第１の技術または第２の技術の積層構造型サーメットである。
【００２５】
表面層と内層におけるＣｏ量（体積％）が同量であると、Ｃｏ中に固溶できるＷやＴｉ量が、表面層と内層で同量となり、焼結時に生成した液相中のＷやＴｉ溶質量が同等となり、溶質原子であるＷやＴｉの物質移動を抑制することができ好ましい。特にＣｏの含有量を規定したのは、結合相を構成する金属のうち、ＣｏはＷやＴｉを固溶可能な量がＮｉなどと比較して特に大きいためである。
【００２６】
本発明に関連する第４の技術は、
前記表面層の表面にさらにセラミック被覆膜を有することを特徴とする第１の技術ないし第３の技術のいずれか１つの積層構造型サーメットである。
【００２７】
切削用工具は、一般的に１００ｍ／ｍｉｎ〜５００ｍ／ｍｉｎの切削速度で使用され、特に鋼切削の場合、刃先温度は１０００℃にも達するため、このような高温に耐える高い耐熱性が求められる。このような要求に対応する方法として切削用工具の表面にセラミック膜を被覆する方法を採用することにより、耐熱性、耐摩耗性を高めることができる。
また、本技術の積層構造型サーメットを金型用工具に利用する場合にも、セラミック膜を被覆することにより、耐摩耗性向上、潤滑性向上、耐焼き付き性を向上させることができる。
【００２８】
被覆用のセラミック材料としては、例えばＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＣｒＮ、ＤＬＣ等を使用することができ、厚すぎると耐欠損性が低下するため、被覆の厚さは、０．１〜２０μｍとすることが好ましい。また、被覆法としては通常用いられるＰＶＤ、ＣＶＤ、めっき等の方法を使用することができる。
【００２９】
本発明に関連する第５の技術は、
前記セラミック被覆膜がＰＶＤ法により形成されていることを特徴とする第４の技術の積層構造型サーメットである。
【００３０】
前記被覆法のうち特に優れているのはＰＶＤ法である。ＰＶＤ法は、ＣＶＤ法と比較してコーティング温度が低いため、コーティング時に低融点材料であるＺｎやＳｎを含有していることへの悪影響が発生しにくく、原料ガスに塩化物を用いないいため、Ｎｉを含有していることへの悪影響（異常相の生成など）が生じない。
【００３１】
本発明に関連する第６の技術は、
前記内層のＴｉＣＮ基サーメットが、Ｚｎおよび／またはＳｎを用いたリサイクル法により製造されたサーメット粉末を用いて製造されていることを特徴とする第１の技術ないし第５の技術のいずれか１つの積層構造型サーメットである。
【００３２】
第６の技術によれば、Ｚｎおよび／またはＳｎを用いたリサイクル法（亜鉛（錫）処理法）により製造したサーメット粉末を内層に使用してサーメットを製造しても、強度や靭性の品質が安定して優れたサーメットとすることができる。
【００３３】
前記のように、サーメットのスクラップの処理法として亜鉛（錫）処理法は湿式法よりも低コストではあるが、リサイクルした粉末中にＺｎやＳｎが不純物として残存しやすく、このリサイクル粉末を利用したサーメットは強度が低下したり、不安定になるという問題があった。本技術のサーメットは、このような欠点を有する亜鉛（錫）処理法により製造したサーメット粉末をも有効に活用できるようになる。そして、地球環境保護、ＷＣの供給リスク回避の観点からも有益である。
【００３４】
本発明に関連する第７の技術は、
第１の技術ないし第６の技術のいずれか１つの積層構造型サーメットにより形成されていることを特徴とする工具である。
【００３５】
第７の技術においては、前記各技術に記載の積層構造型サーメットにより形成されているため、強度と靭性に優れた工具を提供することができる。
本技術の具体的工具としては、たとえば、切削チップ、ドリル、エンドミルなどの切削工具、金型やパンチ、ダイスなどの耐摩工具、道路補修用ソーチップなどの鉱山土木、都市開発用工具、スリッターなどの切断工具、測定冶具などの精密工具などが挙げられる。
【００３６】
本発明に関連する第８の技術は、
前記工具が切削用工具であることを特徴とする第７の技術の工具である。
【００３７】
工具の中でも、切削用工具に本技術の積層構造型サーメットを用いた場合には、ＺｎとＳｎの合計含有率が高いＴｉＣＮ基サーメットが内層に存在しても、その影響は非常に小さい。これは、切削工具の場合、応力集中点は工具の表面近傍に存在するため、工具の強度は表面層のみで決まり、内層のサーメットは硬さと靭性の機能を有することで、十分使用に耐えるからである。
このため、本技術の積層構造型サーメットを切削用工具として有効に用いることができる。
【００３８】
本発明に関連する第９の技術は、
前記工具が金型用工具であることを特徴とする第７の技術の工具である。
【００３９】
工具の中でも、金型用工具に本技術の積層構造型サーメットを用いた場合には、ＺｎとＳｎの合計含有率が高いＴｉＣＮ基サーメットが内部に存在しても、その影響は非常に小さい。これは、金型用工具の場合、表面層の面粗さ、ＴｉＣＮ粒径、組成、硬さにその性能が大きく影響され、内層のサーメットは硬さと靭性の機能を有することで、十分使用に耐えるからである。
このため、本技術の積層構造型サーメットを金型用工具として有効に用いることができる。
【００４０】
本発明に関連する第１０の技術は、
前記切削用工具の表面層の厚さが５０μｍ以上１５００μｍ以下であることを特徴とする第８の技術の工具である。
【００４１】
第１０の技術においては、本技術の切削用工具の表面層の厚さが５０μｍ以上１５００μｍ以下であるため、切削加工時に欠損を引き起こしにくく、亀裂進展が起こりにくい切削用工具を提供することができる。
即ち、前記表面層の厚さが５０μｍ未満であると、内層のＺｎとＳｎの合計含有率の高いＴｉＣＮ基サーメットの機械的強度が低いことが原因で生じる切削加工時の欠損を引き起こし易くなる。また、表面層の厚さが１５００μｍを超えると、内層のＺｎとＳｎの合計含有率が高いＴｉＣＮ基サーメットの特徴である優れた靭性を発揮することが困難になり易い。また、表面層の厚さが厚いため、内層の厚さが薄くなり、内層の体積が小さくなるため、リサイクル粉末を使用する量が少なく、コスト低減の効果が小さくなる。
熱亀裂の発生しやすいフライス加工や比較的弱い断続切削時には亀裂は緩やかに進展するため、亀裂長さは５０μｍから１５００μｍまで成長することがあり、この亀裂進展を抑制するためにＺｎとＳｎの合計含有率の高いＴｉＣＮ基サーメットを表面から５０μｍ以上１５００μｍ以下の位置に配置することが有効であり、より好ましい厚さは１００μｍ以上１０００μｍ以下である。
一方、表面層にはＺｎとＳｎの合計含有率の低いＴｉＣＮ基サーメット層を配置することで、強断続切削時の亀裂の発生を抑制できるため、亀裂が発生しにくく、亀裂進展の抑制効果に優れた切削用工具とすることができる。
【００４２】
本発明に関連する第１１の技術は、
第１の技術ないし第６の技術のいずれか１つの積層構造型サーメットの製造方法であって、Ｚｎおよび／またはＳｎを用いたリサイクル法により製造されたサーメット粉末と、Ｚｎおよび／またはＳｎを用いたリサイクル法により製造されたサーメット粉末の含有比率が０〜５０ｖｏｌ％のサーメット粉末を用いて、同時に積層プレス成形後、焼結して前記内層と表面層が積層されたＴｉＣＮ基サーメットを製造することを特徴とする積層構造型サーメットの製造方法である。
【００４３】
前記の通り、サーメットスクラップを原料としてＺｎおよび／またはＳｎを用いたリサイクル法（亜鉛（錫）処理法）により製造されたサーメット粉末を内層に使用してサーメットを製造しても、強度や靭性の品質が安定して優れたサーメットとすることができ、さらに、環境面での負荷が小さくかつ安価にこのようなサーメットを提供することができる。また、表面層と内層を同時に積層プレス成形するため、積層構造型サーメットを高い結合力で精度良く安価に提供することができる。
なお、ＺｎやＳｎは高温での蒸気圧が高く、焼結中に飛散し易いため、焼結後のＺｎやＳｎの含有率は原料粉末中と比較して小さくなる傾向にある。
【００４４】
本発明に関連する第１２の技術は、
前記表面層と前記内層を、結合相量（体積％）および／またはＣｏ量（体積％）が同量であるサーメット粉末を用いて、同時に積層プレス成形することを特徴とする第１１の技術の積層構造型サーメットの製造方法である。
【００４５】
第１２の技術においては、前記表面層と前記内層に、結合相量（体積％）および／またはＣｏ量（体積％）が同量であるサーメット粉末を用いるため、焼結に際して結合相やＷやＴｉの物質移動を抑制することができ、優れた合金特性が再現性良く発現できる。また、物質移動を抑制できる結果、焼結時の変形量が小さい積層構造型サーメットを提供することができる。また、表面層と内層を同時に積層プレス成形するため、積層構造型サーメットを高い結合力で精度良く安価に提供することができる。
【００４６】
本発明は上記の各技術に基づいてなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
表面層および内層の少なくとも二層のＴｉＣＮ基サーメット層が積層された積層構造型サーメットであって、
内層のＺｎとＳｎの合計含有率が、表面層のＺｎとＳｎの合計含有率よりも高く、かつ７ｐｐｍ以下であり、
前記表面層は、厚みが５０μｍ以上１５００μｍ以下、ＺｎとＳｎの合計含有率が１ｐｐｍ未満であることを特徴とする積層構造型サーメットである。
【００４７】
また、請求項２に記載の発明は、
前記表面層と前記内層の各々に含まれる結合相量（体積％）が同量であることを特徴とする請求項１に記載の積層構造型サーメットである。
【００４８】
また、請求項３に記載の発明は、
前記表面層中に含まれる結合相を構成するＣｏ量（体積％）と前記内層中に含まれる結合層を構成するＣｏ量（体積％）が同量であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層構造型サーメットである。
【００４９】
また、請求項４に記載の発明は、
前記表面層の表面にさらにセラミック被覆膜を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の積層構造型サーメットである。
【００５０】
また、請求項５に記載の発明は、
前記セラミック被覆膜がＰＶＤ法により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の積層構造型サーメットである。
【００５１】
また、請求項６に記載の発明は、
前記内層のＴｉＣＮ基サーメットが、Ｚｎおよび／またはＳｎを用いたリサイクル法により製造されたサーメット粉末を用いて製造されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の積層構造型サーメットである。
【００５２】
また、請求項７に記載の発明は、
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の積層構造型サーメットにより形成されていることを特徴とする工具である。
【００５３】
また、請求項８に記載の発明は、
前記工具が切削用工具であることを特徴とする請求項７に記載の工具である。
【００５４】
また、請求項９に記載の発明は、
前記工具が金型用工具であることを特徴とする請求項７に記載の工具である。
【００５５】
また、請求項１０に記載の発明は、
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の積層構造型サーメットの製造方法であって、Ｚｎおよび／またはＳｎを用いたリサイクル法により製造されたサーメット粉末と、Ｚｎおよび／またはＳｎを用いたリサイクル法により製造されたサーメット粉末の含有比率が０〜５０ｖｏｌ％のサーメット粉末を用いて、同時に積層プレス成形後、焼結して前記内層と表面層が積層されたＴｉＣＮ基サーメットを製造することを特徴とする積層構造型サーメットの製造方法である。
【００５６】
また、請求項１１に記載の発明は、
前記表面層と前記内層を、結合相量（体積％）および／またはＣｏ量（体積％）が同量であるサーメット粉末を用いて、同時に積層プレス成形することを特徴とする請求項１０に記載の積層構造型サーメットの製造方法である。
【発明の効果】
【００５７】
本発明によれば、強度と靭性が共に良好で、両特性が両立できるサーメットとそれを用いた工具を提供することができる。また、サーメットスクラップから得られるサーメットのリサイクル粉末を有効に活用し、環境負荷を低減しつつ安価に優れたサーメットを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、強度試験に使用した被削材（ＳＣＭ４３５：４溝材）の形状を概念的に示す図である。
【図２】図２は、靱性試験に使用した被削材（ＳＣＭ４３５：４Ｖ溝材）の形状を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下、本発明を実施するための最良の実施の形態につき、以下に示す実施例に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００６０】
本実施の形態は、サーメットスクラップからリサイクル粉末を製造するに際して、Ｚｎを単独で用いた亜鉛処理法によりリサイクルを行った場合である。
【００６１】
実施例１、比較例
最初に、Ｚｎを単独で用いた亜鉛処理法によりサーメットスクラップから得られるサーメットのリサイクル粉末に、造粒後のＺｎの含有率が５ｐｐｍ未満となるように、所定量の新粉のＴｉＣＮおよびＷＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＴａＮｂＣ、Ｎｉ、Ｃｏの各粉末を重量比でＴｉＣＮ：ＷＣ：Ｍｏ２Ｃ：ＴａＮｂＣ：Ｎｉ：Ｃｏ＝５０：２０：７：７：８：８となるように添加、混合して混合粉末を作製した。
次いで、前記混合粉末を、アルコールを溶媒として、ボールミルで７２時間湿式混合した。混合終了後、スプレードライヤを用いて乾燥造粒を行い、（Ａ）系統の合金混合粉末を得た。
一方、造粒後のＺｎの含有率が２０ｐｐｍ以上となるよう、新粉のＴｉＣＮ基サーメット粉末の添加量を調整した以外は、上記と同様にして、（Ｂ）系統の合金混合粉末を得た。
【００６２】
次に、特殊プレス機を用いて、焼結後の形状が、ＩＳＯ型番ＳＰＧＮ１２０３０８用素材（内接円：１３．１ｍｍ、厚み：３．５ｍｍ）となる表面層／内層の２層積層構造となるようにプレス成形体を作製し、さらに５Ｔｏｒｒ（６６６．５Ｐａ）の窒素雰囲気中において１５００℃で１時間保持して焼結を行った。なお、表面層には、前記（Ａ）系統の混合粉末を、内層には、前記（Ｂ）系統の混合粉末を使用した。
【００６３】
また、比較例の合金の製造についても、前記（Ａ）系統あるいは（Ｂ）系統合金混合粉末を用いて、前記と同様のプレス成形体を作製し、真空焼結を行った。
【００６４】
表１に、作製した各積層構造焼結体の表面層厚み、製造に使用した混合粉末中のＺｎ含有率を示した。なお、Ｚｎ含有量は、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）法による発光分析により、測定した。
【００６５】
作製した焼結体に研削加工と刃先処理を施し、ＰＶＤ法でＴｉＣＮ（２μｍ）／ＴｉＡｌＮ（２μｍ）を被覆した。被覆したＰＶＤ膜は緻密で異常相の生成がなく、基材に対して良好な密着力を有していた。
作製した試料の耐摩耗性、強度、靭性の評価を以下に記載の３つの切削試験により行った。
なお、強度試験の被削材としては図１に示す４溝材１、靱性試験の被削材としては図２に示す４Ｖ溝材２を用いた。
【００６６】
（耐摩耗性）
被削材  ：ＳＣＭ４３５
切削速度：２３０ｍ／ｍｉｎ
送り    ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み  ：１ｍｍ
湿式、２０分間
【００６７】
（強度）
被削材  ：ＳＣＭ４３５（４溝材）
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
切込み  ：２ｍｍ
乾式、３０秒間
【００６８】
（靭性）
被削材  ：ＳＣＭ４３５（４Ｖ溝材）
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ
送り    ：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み  ：１．５ｍｍ
湿式
【００６９】
耐摩耗性については摩耗量、強度については欠損が生じた送り量、靭性については欠損が生じた衝撃回数を表１に示した。
【００７０】
【表１】
0005603967.tif 000002
【００７１】
実施例２
表面層厚みが異なる試料を実施例１と同様にして作製し、同様に切削試験を実施した。その結果を表２に示した。
【００７２】
【表２】
0005603967.tif 000003
【００７３】
表１、２より、本発明の範囲内にある試料は、耐摩耗性、強度および靭性がバランスよく切削性能に優れており、切削工具として寿命の長いことが分かる。
【００７４】
上記の実施の形態は、Ｚｎのみが含有された焼結体に関する例であるが、Ｓｎのみが含有された焼結体や、ＺｎおよびＳｎが含有された焼結体についても、同様に、耐摩耗性、強度および靭性がバランス良く共に良好であり、切削工具用の材料として優れた材料であることを確認した。
【符号の説明】
【００７５】
１：  ４溝材
２：  ４Ｖ溝材
【図１】
0005603967.tif 000004
【図２】
0005603967.tif 000005