(57)【要約】【課題】耐食性および耐熱性に優れ、かつ、高い機械的強度を実現しながら耐摩耗性の向上が可能な硬質焼結合金を提供すること。【解決手段】Ｍ２Ｍ’Ｂ２型（Ｍ、Ｍ’は互いに異なる金属原子）の複硼化物を含む硬質相粒子と、Ｍ’を主成分として含有する合金を含む結合相とからなる硬質焼結合金であって、前記硬質相粒子の平均粒径が０．５〜５μｍ、前記硬質相粒子同士の接触率が６０％以下、前記結合相の平均自由行程が５μｍ以下であることを特徴とする硬質焼結合金を提供する。【選択図】図２
2014141691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ２Ｍ’Ｂ２型（Ｍ、Ｍ’は互いに異なる金属原子）の複硼化物を含む硬質相粒子と、Ｍ’を主成分として含有する合金を含む結合相とからなる硬質焼結合金であって、
前記硬質相粒子の平均粒径が０．５〜５μｍ、前記硬質相粒子同士の接触率が６０％以下、前記結合相の平均自由行程が５μｍ以下であることを特徴とする硬質焼結合金。
【請求項２】
前記硬質相粒子がＭｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物からなり、前記結合相がＦｅ基合金からなり、
前記硬質相粒子の割合が３５〜９５重量％であることを特徴とする請求項１に記載の硬質焼結合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬質焼結合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種機械設備や機械装置などに用いられる耐摩耗材料に対する要求は年々厳しくなっており、近年では、単に耐摩耗性が高いのみでなく、耐食性、耐熱性などに優れていることが求められている。
【０００３】
このような耐摩耗材料として、従来より、セラミックと金属との複合材料であるサーメットが検討されており、なかでも、ＷＣ基超硬合金が耐摩耗材料として幅広く用いられている。しかしながら、ＷＣ基超硬合金は比重が鋼材の約２倍程度と重く、さらには、２００℃以上の温度でＷＣの分解が発生し、硬度低下が引き起こされ、耐摩耗性が劣化してしまうという問題がある。
【０００４】
これに対し、特許文献１，２では、耐食性、および耐熱性に優れた耐摩耗材料として、Ｍｏ２ＦｅＢ２やＭｏ２ＮｉＢ２などの複硼化物を含有する硬質焼結合金が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭６０−５７４９９号公報
【特許文献２】特許第２６３１７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１，２に記載された硬質焼結合金では、耐食性、耐熱性、および機械的強度に優れているものの、耐摩耗性のさらなる改善が求められていた。
【０００７】
本発明は、耐食性および耐熱性に優れ、かつ、高い機械的強度を実現しながら耐摩耗性の向上が可能な硬質焼結合金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、特定の複硼化物を含む硬質相粒子と、特定の合金を含む結合相とからなる硬質焼結合金において、硬質焼結合金の微細構造に着目し、鋭意検討した結果、硬質焼結合金の微細構造を特定の範囲、具体的には、硬質相粒子の平均粒径を０．５〜５μｍの範囲、硬質相粒子同士の接触率を６０％以下、結合相の平均自由行程を５μｍ以下に、それぞれ制御することにより、得られる硬質焼結合金において、高い機械的強度を実現しながら耐摩耗性の向上が可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、Ｍ２Ｍ’Ｂ２型（Ｍ、Ｍ’は互いに異なる金属原子）の複硼化物を含む硬質相粒子と、Ｍ’を主成分として含有する合金を含む結合相とからなる硬質焼結合金であって、前記硬質相粒子の平均粒径が０．５〜５μｍ、前記硬質相同士粒子の接触率が６０％以下、前記結合相の平均自由行程が５μｍ以下であることを特徴とする硬質焼結合金が提供される。
【００１０】
本発明において、前記硬質相粒子がＭｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物からなり、前記結合相がＦｅ基合金からなり、前記硬質相粒子の割合が３５〜９５重量％であるように構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、硬質焼結合金の微細構造を上記範囲に制御することにより、耐食性および耐熱性に優れ、かつ、高い機械的強度を実現しながら耐摩耗性を向上させた硬質焼結合金を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の硬質焼結合金の微細構造の測定方法を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明の実施例における硬質焼結合金の表面の反射電子像を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の硬質焼結合金について説明する。
本発明の硬質焼結合金は、Ｍ２Ｍ’Ｂ２型（Ｍ、Ｍ’は互いに異なる金属原子）の複硼化物を含む硬質相粒子と、Ｍ’を主成分として含有する合金を含む結合相とからなり、前記硬質相粒子の平均粒径が０．５〜５μｍ、前記硬質相粒子同士の接触率が６０％以下、前記結合相の平均自由行程が５μｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
＜硬質相粒子＞
本発明の硬質焼結合金を構成する硬質相粒子は、Ｍ２Ｍ’Ｂ２型の複硼化物を主として含み、硬質焼結合金の硬度、すなわち耐摩耗性に寄与する。本発明の硬質焼結合金において、硬質相粒子は、後述する結合相のマトリックス中に分散された状態で存在している。
【００１５】
硬質相粒子を構成する、Ｍ２Ｍ’Ｂ２型の複硼化物において、Ｍ、Ｍ’は互いに異なる金属原子を示し、Ｍの具体例としては、Ｍｏ，Ｗなどが挙げられ、Ｍ’の具体例としては、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｃｏなどが挙げられる。これらのなかでも、硬質焼結合金を耐摩耗性により優れるものとすることができるという観点より、ＭがＭｏであり、Ｍ’がＦｅである、Ｍｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物、または、ＭがＭｏであり、Ｍ’がＮｉである、Ｍｏ２ＮｉＢ２型の複硼化物が好ましい。なお、Ｍｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物としては、Ｍｏの一部が、Ｗ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆなどの他の元素で置換されたものであってよく、さらには、Ｆｅの一部が、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｃｏなどの他の元素で置換されたものであってもよい。同様に、Ｍｏ２ＮｉＢ２型の複硼化物としては、Ｍｏの一部が、Ｗ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆなどの他の元素で置換されたものであってよく、さらには、Ｎｉの一部が、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｖ，Ｃｏなどの他の元素で置換されたものであってもよい。
【００１６】
本発明の硬質焼結合金中における、硬質相粒子の含有割合は、好ましくは３５〜９５重量％である。硬質相粒子の含有割合は、たとえば、原料中における、ＭおよびＢの割合を調整することにより制御することができる。硬質相粒子の含有割合が少なすぎると、耐摩耗性が低下するおそれがある。一方、多すぎると、強度および耐熱衝撃性が低下するおそれがある。
【００１７】
＜結合相＞
本発明の硬質焼結合金を構成する結合相は、Ｍ’を主成分として含有する合金を主として含み、上述した硬質相粒子を結合するためのマトリックスを形成する相である。結合相を構成するＭ’を主成分として含有する合金におけるＭ’は、上述した硬質相粒子のＭ２Ｍ’Ｂ２型の複硼化物を構成するＭ’と同じものであり、たとえば、硬質相粒子が、Ｍｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物を主成分とするものである場合には、結合相は、Ｍ’がＦｅであるＦｅ基合金を主成分とするものとなり、また、硬質相粒子が、Ｍｏ２ＮｉＢ２型の複硼化物を主成分とするものである場合には、結合相は、Ｍ’がＮｉであるＮｉ基合金を主成分とするものとなる。結合相を構成する合金の具体例としては、結合相がＦｅ基合金を主成分とするものである場合には、Ｆｅと、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ａｌから選択される少なくとも１種との合金が挙げられ、結合相がＮｉ基合金を主成分とするものである場合には、Ｎｉと、Ｃｏ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｆｅ，Ｓｉ，Ｍｎから選択される少なくとも１種との合金が挙げられる。
【００１８】
＜硬質焼結合金の微細構造＞
本発明の硬質焼結合金は、その微細構造、具体的には、硬質相粒子の平均粒径、硬質相粒子同士の接触率および結合相の平均自由行程が、後述する所定の範囲に制御されたものであり、これらを、後述する所定の範囲に制御することにより、本発明の硬質焼結合金を、耐食性および耐熱性に優れ、かつ、高い機械的強度を実現しながら耐摩耗性が向上されたものとすることが可能となる。
【００１９】
特に、本発明者等は、硬質焼結合金を構成する組成を調整し、硬質焼結合金の耐摩耗性を向上させると（たとえば、Ｃｒを６〜２０重量％の範囲としながら、Ｂの量を増加させることにより、硬質焼結合金の耐摩耗性を向上させると）、耐摩耗性は増加するものの、抗折力が低下してしまう傾向にある一方で、硬質相粒子の平均粒径、硬質相粒子同士の接触率および結合相の平均自由行程を、後述する所定の範囲に制御することにより、耐摩耗性を増加させながら、抗折力の低下を抑制できることを見出し、このような知見に基づいて、これらを後述する所定の範囲に制御するものである。
【００２０】
すなわち、本発明の硬質焼結合金は、上述した硬質相粒子の平均粒径が、０．５〜５μｍの範囲であり、好ましくは１〜２μｍの範囲である。硬質相粒子の平均粒径を０．５μｍ未満とするためには、焼結前の原料粉末を微細なものとするために、原料粉末の粉砕工程に多大な時間を費やす必要があり、製造コストの増大を招いてしまうとともに、粉砕装置からの不純物の混入が増大してしまい、得られる硬質焼結合金の耐食性が低下してしまう。さらには、硬質相粒子の平均粒径が０．５μｍ未満であると、単位面積当たりの硬質相粒子の数が増加し、硬質相粒子の分散性の制御が困難となり、硬質相粒子の凝集が発生し、このような凝集部分において強度が著しく低下してしまうという不具合を生じてしまう。そのため、本発明においては、硬質相粒子の平均粒径の下限は、０．５μｍとすることが望ましい。一方、硬質相粒子の平均粒径が５μｍを超えると、単位面積当たりの硬質相粒子の数が減少してしまい、これにより、硬質焼結合金の表面における結合相の面積が大きくなってしまう。そして、その結果、結合相が塑性変形し易くなり、機械強度が著しく低下してしまうという不具合を生じてしまう。
【００２１】
なお、本発明において、硬質相粒子の平均粒径を上記範囲とする方法としては、たとえば、硬質焼結合金を製造する際における粉砕混合工程において、粉砕混合後の原料粉末の平均粒径が所定の範囲となるように制御する方法や、焼結工程における、焼結条件を所定の範囲となるように制御する方法、さらにはこれらの方法を組み合わせて行なう方法などが挙げられる。
【００２２】
また、硬質相粒子の平均粒径は、たとえば、硬質相粒子の円相当径を算出し、算出した円相当径の平均値を演算することにより測定することができる。具体的には、まず、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、硬質焼結合金の表面について、反射電子像の撮影を行い、得られた反射電子像について、硬質相粒子が白色となり、結合相部分が黒色となるように２値化処理を行なう。次いで、２値化処理を行なった反射電子像を用いて、画像解析装置により、硬質相粒子の面積の測定を行い、測定した硬質相粒子の面積と同じ面積を有する円の直径を算出することで、硬質相粒子の円相当径を算出する。そして、このような円相当径の算出を、反射電子像中に存在する全ての硬質相粒子について行い、得られた各硬質相粒子の円相当径の平均値を算出し、算出された平均値を硬質相の平均粒径とすることができる。
【００２３】
また、本発明の硬質焼結合金は、硬質相粒子同士の接触率（Ｃｏｎｔｉｇｕｉｔｙ）が６０％以下であり、好ましくは５９％以下、さらに好ましくは５５％以下である。硬質相粒子同士の接触率は、硬質相粒子の分散性を表す指標であり、接触率が低いほど分散性に優れ、これにより強度の向上が可能となる。硬質相粒子同士の接触率が高すぎると、硬質相粒子同士の接触によって粗大な凝集体が発生したり、硬質相粒子同士が結合することによる粒成長が発現してしまい、ここに応力集中が生じ、機械強度が著しく低下してしまうという不具合を生じてしまう。
【００２４】
なお、本発明において、硬質相粒子同士の接触率を上記範囲とする方法としては、たとえば、硬質焼結合金の組成が特定の範囲となるように制御する方法や、硬質焼結合金を製造する際における乾燥工程において生成するパラフィンからなるバインダの凝集体を、焼結を行なう前に取り除く処理を行なう方法、焼結工程における、焼結条件を所定の範囲に制御する方法、さらにはこれらの方法を組み合わせて行なう方法などが挙げられる。
【００２５】
また、硬質相粒子同士の接触率は、たとえば、次のようにして測定することができる。すなわち、まず、上述した平均粒径の測定と同様にして、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、硬質焼結合金の表面について、反射電子像の撮影を行い、得られた反射電子像について、硬質相粒子が白色となり、結合相部分が黒色となるように２値化処理を行なう。次いで、図１に示すように、２値化処理を行なった反射電子像上に、任意に所定の長さの測定用のラインＬを引き、ラインＬ上に存在する硬質相界面について観察を行なう。なお、図１は、本発明の硬質焼結合金の微細構造の測定方法を説明するための図である。具体的には、硬質相粒子界面について観察を行い、硬質相粒子同士が互いに接触している界面を、硬質相−硬質相界面ＩＨＨとし、硬質相粒子と結合相とが互いに接触している界面を、硬質相−結合相界面ＩＨＢとし、これらの数をカウントする。そして、本発明においては、硬質相−硬質相界面ＩＨＨのＬ１の単位長さ当たりの数Ｎ（ＩＨＨ）と、硬質相−結合相界面ＩＨＢのＬ１の単位長さ当たりの数Ｎ（ＩＨＢ）から、下記式（１）にしたがって、硬質相粒子同士の接触率Ｃ（単位は、％）を算出することができる。
Ｃ＝２Ｎ（ＩＨＨ）／｛２Ｎ（ＩＨＨ）＋Ｎ（ＩＨＢ）｝×１００    …（１）
なお、上記方法にしたがって、硬質相粒子同士の接触率を算出する際には、上記とは別の測定用のラインＬを、上記とは異なる場所を通るようにＳＥＭ写真上に引き、同様にして、硬質相−硬質相界面ＩＨＨ、および硬質相−結合相界面ＩＨＢの数をカウントする操作を、３枚の反射電子像写真について、それぞれ４回行い、合計１２回の測定結果を平均することにより、硬質相粒子同士の接触率を算出することが好ましい。
【００２６】
さらに、本発明の硬質焼結合金は、結合相の平均自由行程が５μｍ以下であり、好ましくは３μｍ以下、さらに好ましくは２．７μｍ以下である。結合相の平均自由行程が５μｍを超えると、硬質相粒子を含有せず、結合相のみからなる部分の面積が広くなってしまい、得られる硬質焼結合金を耐摩耗材料として使用した場合に、このような結合相のみからなる部分において、摩耗が生じてしまい、結果として、耐摩耗性が低下してしまう。また、結合相は、硬質相粒子よりも卑な電位を示すため、このような結合相のみからなる部分において、腐食が進行し易くなり、結果として、耐食性が低下してしまう。
【００２７】
なお、本発明において、結合相の平均自由行程を上記範囲とする方法としては、たとえば、硬質焼結合金中における硬質相粒子の含有割合を特定範囲とする方法や、焼結工程における、焼結条件を所定の範囲に制御する方法、さらにはこれらの方法を組み合わせて行なう方法などが挙げられる。
【００２８】
結合相の平均自由行程は、たとえば、次のようにして測定することができる。すなわち、まず、上述した平均粒径の測定と同様にして、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、硬質焼結合金の表面について、反射電子像の撮影を行い、得られた反射電子像について、硬質相粒子が白色となり、結合相部分が黒色となるように２値化処理を行なう。そして、２値化処理を行なったＳＥＭ像を用いて、画像解析装置により、硬質相粒子間の距離（図１参照）の測定を行い、得られた硬質相粒子間の距離の平均値を算出することで、結合相の平均自由行程を求めることができる。
【００２９】
＜硬質焼結合金の組成＞
本発明の硬質焼結合金の組成は、硬質相粒子が、Ｍｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物を主成分とするものであり、結合相が、Ｆｅ基合金を主成分とするものである場合には、Ｂ：３．５〜６．０重量％、Ｍｏ：３０〜５５重量％、Ｃｒ：６〜２０重量％、Ｎｉ：２〜１０重量％、Ｆｅ：残部であることが好ましい。
【００３０】
Ｂ（ホウ素）は、硬質相粒子となる複硼化物を形成するための元素である。Ｂの含有割合が低すぎると、硬質相粒子の含有割合が低くなってしまい、これにより耐摩耗性が低下するおそれがある。一方、Ｂの含有割合が高すぎると、硬質相粒子同士の接触率が高くなってしまい、結果として、機械的強度が低下してしまう。
【００３１】
Ｍｏ（モリブデン）は、Ｂとともに、硬質相粒子となる複硼化物を形成するための元素であるとともに、Ｍｏの一部は結合相に固溶し、これにより耐食性を向上させる効果を有する。Ｍｏの含有割合が低すぎると、耐摩耗性および耐食性が低下するおそれがある。一方、Ｍｏの含有割合が高すぎると、第３相を形成し、機械的強度が低下してしまう。
【００３２】
Ｆｅ（鉄）は、Ｂ，Ｍｏとともに、硬質相粒子となる複硼化物を形成するための元素であるとともに、結合相の主成分を構成する。Ｆｅ含有量が１０質量％未満の場合は、十分な液相が出現せず緻密な焼結体が得られず、強度の低下を招く。なお、Ｂ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｎｉ等の元素の合計量が９０重量％を越えてしまい、Ｆｅを１０重量％含有できない場合には、いうまでもなく、各元素の許容される重量％の範囲内において、その量を減じて、残部に１０重量％以上のＦｅを確保する。一方、多すぎると、耐摩耗性および耐食性が低下するおそれがある。
【００３３】
Ｎｉ（ニッケル）およびＣｒ（クロム）は、いずれも本発明の硬質合金の耐食性および耐酸化性を向上させる効果を示す。また、ＮｉとＣｒを組合わせて使用（複合含有）することで、結合相をマルテンサイト、フェライト、オーステナイトおよびこれらの混相組織に任意に制御することにより、機械的特性および耐摩耗性を低減することなく、用途に応じた耐食性、耐熱性および非磁性化の付与が可能である。
【００３４】
あるいは、硬質相粒子が、Ｍｏ２ＮｉＢ２型の複硼化物を主成分とするものであり、結合相がＮｉ基合金を主成分とするものである場合には、本発明の硬質焼結合金の組成は、Ｂ：３．５〜６．０重量％、Ｍｏ：２８〜６２重量％、Ｃｒ：０〜３０重量％、Ｖ：０〜２０重量％、Ｎｉ：残部であることが好ましい。
【００３５】
硬質相粒子が、Ｍｏ２ＮｉＢ２型の複硼化物を主成分とするものであり、結合相がＮｉ基合金を主成分とするものである場合においても、Ｂ，Ｍｏは、上記と同様に作用する。
【００３６】
Ｎｉは、ＢおよびＭｏ同様に、複ホウ化物を形成するために必要な元素である。また、結合相を構成する主な元素であり、優れた耐食性に寄与する。Ｎｉ含有量が１０重量％未満の場合は、十分な液相が出現せず緻密な焼結体が得られず、強度の低下を招く。なお、Ｂ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｖ等の元素の合計量が９０重量％を越えてしまい、Ｎｉを１０重量％含有できない場合には、いうまでもなく、各元素の許容される重量％の範囲内において、その量を減じて、残部に１０重量％以上のＮｉを確保する。
【００３７】
Ｃｒは、複ホウ化物中のＮｉと置換固溶し、複ホウ化物の結晶構造を正方晶に安定化させる効果を有する。また添加したＣｒは、結合相中にも固溶し、溶射層の耐食性、耐摩耗性、高温特性、および機械的特性を大幅に向上させる。Ｃｒ含有量が多くなりすぎると、Ｃｒ5 Ｂ3 などのホウ化物を形成し、強度が低下する。
【００３８】
また、Ｖ（バナジウム）は、硬質相粒子となる複硼化物中のＮｉと置換固溶し、複硼化物の結晶構造を正方晶に安定化させる効果を有する。また、Ｖの一部は、結晶相にも固溶し、これにより耐食性、耐摩耗性、高温特性、および機械的特性を向上させる効果を有する。Ｖの含有量が少なすぎると、Ｖの添加効果が得難くなり、一方、多すぎると、ＶＢなどの硼化物を形成してしまい、機械的強度が低下してしまう。
【００３９】
＜硬質焼結合金の製造方法＞
次に、本発明の硬質焼結合金の製造方法について、説明する。
まず、本発明の硬質焼結合金を形成するための原料粉末を準備する。原料粉末としては、硬質焼結合金を形成する各元素の含有割合が所望の組成比となるように、準備すればよい。
【００４０】
次いで、準備した原料粉末を、所定の粒径に微粉化するために、原料粉末に、バインダーおよび有機溶剤を添加し、これらをボールミルのような粉砕装置を用いて混合粉砕を行う。本発明においては、焼結後の硬質相粒子の平均粒径を上述した所定の範囲とするために、粉砕混合後の原料粉末の平均粒径は、好ましくは０．５〜２μｍとする。粉砕混合後の原料粉末の平均粒径が小さすぎても、また、大きすぎても、焼結後の硬質相粒子の平均粒径が上述した所定の範囲外となるおそれがある。
【００４１】
また、本発明において、バインダーは、プレス成形時の成形性向上と粉末の酸化防止の目的で添加される。バインダーとしては特に限定されず、公知のものを用いることができるが、たとえば、パラフィンなどが挙げられる。また、バインダーの添加量は、特に限定されないが、原料粉末１００重量部に対し、好ましくは３〜６重量部である。また、有機溶剤としては、特に限定されないが、アセトンなどの低沸点溶剤を用いることができる。粉砕混合時間としては、特に限定されず、得られる硬質焼結合金中に含有される硬質相の平均粒径が０．５〜５μｍの範囲となるような条件を選択すればよいが、通常、１５〜３０時間である。
【００４２】
次いで、所定の粒径に微粉化した原料粉末を窒素雰囲気中で乾燥し、粉砕粉末中に存在するバインダーの凝集体を除去するための処理を行なう。ここで、微粉化した原料粉末を窒素雰囲気中で乾燥する際に、バインダーの凝集体が生成されてしまう一方で、このようなバインダーの凝集体が存在すると、硬質相粒子同士の接触率が高くなってしまい、結果として、抗折力など強度低下が生じてしまうことが、本発明者等により明らかになった。そのため、本発明においては、硬質相粒子同士の接触率を６０％以下、好ましくは５９％以下、さらに好ましくは５５％以下とするために、得られた粉砕粉末からバインダーの凝集体を除去する処理を行なうものである。なお、バインダーの凝集体を除去する処理は、たとえば、所定の目開きを有する超音波振動篩機を用いる方法などにより行うことができる。
【００４３】
次いで、バインダーの凝集体の除去を行なった粉砕粉末を、プレス成形により、所望の形状に成形し、焼結を行うことで、硬質焼結合金を得る。焼結条件としては、温度：１４７３〜１５７３Ｋ、焼結時間：２０〜６０分、昇温速度：５〜２０Ｋ／分とすることが好ましい。温度が低すぎると、焼結による硬質相粒子形成反応が十分に進行しないおそれがあり、一方、温度が高すぎると、硬質相粒子同士が結合することによる粒成長が発現してしまい、ここに応力集中が生じ、抗折力など強度低下が生じてしまう。また、昇温速度が遅すぎると、所定の加熱温度に到達するまでに長時間を要してしまい、生産性が低下するおそれがあり、一方、昇温速度が速すぎると、焼結炉の温度コントロールが困難となり、得られる硬質焼結合金の性能のバラツキが大きくなるおそれがある。
【００４４】
以上のようにして、本発明の硬質焼結合金は製造される。
【００４５】
本発明の硬質焼結合金は、Ｍ２Ｍ’Ｂ２型の複硼化物を含む硬質相粒子と、Ｍ’を主成分として含有する合金を含む結合相とからなり、かつ、硬質相粒子の平均粒径が０．５〜５μｍ、硬質相粒子同士の接触率が６０％以下、結合相の平均自由行程が５μｍ以下に制御されたものである。そのため、本発明の硬質焼結合金によれば、耐食性および耐熱性に優れ、かつ、高い機械的強度を実現しながら耐摩耗性が向上されたものであり、たとえば、射出成形機用の部材、冷間鍛造工具、熱間鍛造工具、化学プラントなどの高負荷であり、かつ、腐食性が厳しい環境下においても優れた耐久性を実現可能な耐摩耗材料として好適に用いることができる。
【実施例】
【００４６】
以下に、実施例を挙げて、本発明についてより具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
なお、各特性の定義および評価方法は、以下のとおりである。
【００４７】
＜硬質相の平均粒径、硬質相同士の接触率、結合相の平均自由行程＞
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、硬質焼結合金の表面について、反射電子像の撮影を行い、上述した方法に従い、硬質相の平均粒径、硬質相同士の接触率、および結合相の平均自由行程の測定を行った。
【００４８】
＜抗折力＞
硬質焼結合金を、４×８×２４ｍｍのサイズとなるように切削加工することで、試験片を得て、得られた試験片について、ＪＩＳ  Ｈ５５０１に準拠して、抗折力（３点曲げ試験）の測定を行なった。
【００４９】
＜硬度＞
硬質焼結合金について、硬度（ロックウェルＡスケール）の測定を行なった。
【００５０】
＜耐摩耗性＞
硬質焼結合金について、切削加工することで、２５×５０×５ｍｍのプレート状の試験片を、また、直径３１ｍｍ、厚さ３ｍｍのリング状の試験片を、それぞれ得た。そして、得られたプレート状の試験片およびリング状の試験片を用いて、大越式摩耗試験機によって、すべり摩耗試験を行った。なお、すべり摩耗試験は、最終荷重：１９．８ｋｇｆ、すべり距離６００ｍ、すべり速度：０．２ｍ／ｓおよび０．９ｍ／ｓの条件で行なった。摩耗量が少ないほど、耐摩耗性に優れると判断できる。
【００５１】
＜実施例１＞
配合組成が、Ｂ：５．５重量％、Ｍｏ：４８重量％、Ｃｒ：６重量％、Ｎｉ：２重量％、Ｆｅ：残部となるように、原料粉末を配合し、次いで、原料粉末１００重量部に対して、５重量部のパラフィンを加え、これをアセトン中で、振動ボールミルを用いて２５時間湿式混合粉砕を行なった。次いで、湿式混合粉砕を行なった原料粉末を、窒素雰囲気中で、１５０℃、１８時間乾燥し、粉砕粉末を得た。次いで、得られた粉砕粉末について、目開きが５００μｍの超音波振動篩機を用いて篩にかけることにより、乾燥によって生成したパラフィンの凝集体を除去するための処理を行なった。そして、パラフィンの凝集体を除去した粉砕粉末を、プレス成形により、３０×１２×８ｍｍのサイズに成形し、得られた成形体を１４７３〜１５７３Ｋの温度で２０分間焼結することにより、硬質焼結合金を得た。なお、焼結時の昇温速度は１０Ｋ／分とした。
【００５２】
そして、得られた硬質焼結合金について、上記方法にしたがい、硬質相の平均粒径、硬質相同士の接触率、結合相の平均自由行程、抗折力、硬度および耐摩耗性の各評価を行った。結果を表１に示す。
【００５３】
＜実施例２〜４、比較例１＞
配合組成が、それぞれ表１に示す組成となるように配合した原料粉末を用いた以外は、実施例１と同様にして、硬質焼結合金を得て、同様に評価を行った。結果を表１に示す。
【００５４】
＜比較例２＞
パラフィンの凝集体を除去する処理を行なわなかった以外は、実施例３と同様にして、硬質焼結合金を得て、同様に評価を行った。結果を表１に示す。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
表１に示すように、硬質相粒子の平均粒径が０．５〜５μｍ、硬質相粒子同士の接触率が６０％以下であり、かつ、結合相の平均自由行程が５μｍ以下である実施例１〜４においては、いずれも抗折力、硬度および耐摩耗性に優れる結果であった。ここで、図２に、実施例３において得られた硬質焼結合金の表面の反射電子像の写真を示す。
【００５７】
一方、硬質焼結合金の組成中において、Ｂ：６．５重量％、Ｍｏ：５３重量％と、Ｂ，Ｍｏを多く配合した比較例１においては、硬質相粒子同士の接触率が６０％を超えるものとなり、抗折力が低下し、機械的強度に劣る結果となった。
また、硬質焼結合金の製造工程において、バインダーとしてのパラフィンの凝集体を除去する処理を行なわなかった比較例２においては、硬質相粒子同士の接触率が６０％を超えるものとなり、抗折力が低下し、機械的強度に劣る結果となった。
【図１】
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【図２】
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