(57)【要約】【課題】  接合用の型を使用することなく接合可能であるとともに、生産性の高い超硬合金の接合方法及びこれによって接合された接合超硬合金を提供すること。【解決手段】  この超硬合金の接合方法は、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金部材（合金部材）３、５を互いの接合面３Ａ、５Ａで上下方向に直接接触させた被接合物６に、上下方向から超硬合金部材３、５間に圧力を加えながらパルス通電を行って接合させる接合工程を備えている方法とした。【選択図】  図１
2005036281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が超硬合金部材である合金部材同士を接合する方法であって、
前記合金部材同士を接合面で直接接触させて両合金部材間に圧力を加えながらパルス通電を行って接合させる接合工程を備え、
少なくとも一つの前記合金部材がタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金部材であることを特徴とする超硬合金の接合方法。
【請求項２】
前記圧力が１ＭＰａ以上、かつ、１００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の超硬合金の接合方法。  
【請求項３】
他方の前記合金部材が、タングステン、ニッケル、クロムのうち何れか一つを主成分とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の超硬合金の接合方法。
【請求項４】
前記接合面の粗さが、最大高さで表した面粗度Ｒｙで１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の超硬合金の接合方法。
【請求項５】
前記接合工程時に、前記合金部材を８００℃以上、かつ、１６００℃以下の温度に加熱することを特徴とする請求項１から４の何れか一つに記載の超硬合金の接合方法。
【請求項６】
前記加熱が、パルス通電によって行われることを特徴とする請求項１から５の何れか一つに記載の超硬合金の接合方法。
【請求項７】
少なくとも一方が超硬合金部材である合金部材同士が接合された接合超硬合金であって、
請求項１から６の何れか一つに記載の超硬合金の接合方法によって接合されていることを特徴とする接合超硬合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金の接合方法及びこの方法によって接合された接合超硬合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金部材は、機械的強度に優れるとともに耐熱性に優れるため、高い強度と耐熱性が要求される分野で使用されることが多い。このため、超硬合金部材を接合して使用するような場合、通常のろう付けでは接合部に十分な強度が得られないという問題があった。そこで、ＷＣを主成分とする超硬合金部材と超硬合金部材又は鋼部材とをこれらの間にＷＣとコバルト（Ｃｏ）とからなる粉末を挟んだ状態で焼結することによって、この粉末を接合剤として作用させることにより両者を接合する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平７−３３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の接合方法においては、粉末を部材間に挟んで焼結するため、焼結される部材同士を型に挿入して焼結する必要があるが、例えば、接合面に溝を備える等の複雑な形状のものは型に入れることができないため、このような部材同士の接合には使用できないという問題があった。また、型を準備する必要があるため、工程が複雑になって生産性の低下を招くという問題もあった。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、接合用の型を使用することなく接合可能であるとともに、生産性の高い超硬合金の接合方法及びこれによって接合された接合超硬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】
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明の超硬合金の接合方法は、少なくとも一方が超硬合金部材である合金部材同士を接合する方法であって、前記合金部材同士を接合面で直接接触させて両合金部材間に圧力を加えながらパルス通電を行って接合させる接合工程を備え、少なくとも一つの前記合金部材がタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金部材であることを特徴とする。
【０００５】
この超硬合金の接合方法は、上記の工程を備えているので、パルス通電することにより被接合物の接合面間に放電が発生して局所的に高温状態となって微視的に溶融する。このとき圧力が印加されるので、接合面で塑性変形が生じて間隙がなくなっていく。したがって、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする高融点の超硬合金であっても高い強度で接合することができる。
【０００６】
本発明は、前記超硬合金の接合方法であって、前記圧力が１ＭＰａ以上、かつ、１００ＭＰａ以下であることが好ましい。
この超硬合金の接合方法は、上記の圧力で加圧するので、１ＭＰａより小さい場合に比べて十分な接合力を得ることができる。また、１００ＭＰａより大きい場合に比べて合金部材自体の変形量を抑えた状態で接合することができる。
このときの圧力は１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であればよく、好ましくは５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下、さらに好ましくは、１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下がよい。
【０００７】
本発明は、前記超硬合金の接合方法であって、他方の前記合金部材が、タングステン、ニッケル、クロムのうち何れか一つを主成分とすることが好ましい。
この超硬合金の接合方法は、他方の合金部材が上記の構成を有しているので、超硬合金よりも低い温度で塑性変形させることができ、超硬合金同士に比べて低い温度で接合することができる。
【０００８】
また、本発明は、前記超硬合金の接合方法であって、前記接合面の粗さが、最大高さで表した面粗度Ｒｙで１０μｍ以下であることが好ましい。
この超硬合金の接合方法は、接合面の面粗度Ｒｙが１０μｍ以下なので、面粗度Ｒｙが１０μｍを越える面で接合する場合に比べて、接合面で接合した際に生じる空隙を抑えることができ、十分な接合強度で接合することができる。
【０００９】
また、本発明は、前記超硬合金の接合方法であって、前記接合工程時に、前記合金部材を８００℃以上、かつ、１６００℃以下の温度に加熱することが好ましい。
この超硬合金の接合方法は、８００℃以上に加熱するので、被接合物が超硬合金部材よりも低融点の合金部材を備えている場合に接合反応を発生させることができる。また、被接合物の加熱を１６００℃以下にするので、合金部材自体の塑性変形を抑えて接合前の形状を維持した状態で接合することができる。
接合温度は、８００℃以上１６００℃以下であればよく、好ましくは、１０００℃以上１４００℃以下、さらに好ましくは１２００℃以上１４００℃以下がよい。
【００１０】
また、本発明は、前記超硬合金の接合方法であって、前記加熱が、パルス通電によって行われることが好ましい。
この超硬合金の接合方法は、パルス通電によって加熱を行うので、合金部材を加熱する手段を別に設けなくても十分な温度を供給することができる。
【００１１】
本発明の接合超硬合金は、少なくとも一方が超硬合金部材である合金部材同士が接合された接合超硬合金であって、本発明に係る前記超硬合金の接合方法の何れか一つによって接合されていることを特徴とする。
【００１２】
この接合超硬合金は、本発明の何れか一つの超硬合金の接合方法によって接合されるので、それぞれの合金部材の形状が一致しないものや、複雑な形状の合金部材を備えていても、それぞれの形状が維持されるとともに高い接合強度を有することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明した本発明においては以下の効果を奏する。
本発明の超硬合金の接合方法及び接合超硬合金によれば、合金部材間に粉末等の接合剤を挿入する必要がないので、接合面間に粉末が入り込むことがなく、複雑な形状の合金部材同士であっても互いの形状を維持した状態で接合することができる。また、接合時に型を使用する必要がないので、生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態に係る超硬合金の接合方法は、少なくとも一方が超硬合金部材である合金部材同士を接合する方法であって、図１に示す放電プラズマ焼結装置１を使用して図２に示すような接合超硬合金２を製造する方法である。
この接合方法は、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金部材（合金部材）３、５を互いの接合面３Ａ、５Ａで上下方向に直接接触させた被接合物６に、上下方向から超硬合金部材３、５間に圧力を加えながらパルス通電を行って接合させる接合工程を備えている。
【００１５】
放電プラズマ焼結装置１は、焼結ユニット７を内部に配設している真空チャンバ８と、この真空チャンバ８の上下に設けられ焼結ユニット７を間に挟んで配設された上部パンチ電極１０及び下部パンチ電極１１と、これらの電極を介して焼結ユニット７にパルス電力を印加する電源部１２とを備えている。
【００１６】
焼結ユニット７は、加圧機構１３（例えば、油圧プレス機構）に接続されて被接合物６の上端６ａから加圧する上パンチ１５と、同様に加圧機構１３に接続されて被接合物６の下端６ｂから加圧する下パンチ１６とを備えている。
また、上パンチ１５は、上部パンチ電極１０と上部で接触して電気的に接続されているとともに、下パンチ１６は、下部パンチ電極１１と下部で接触して電気的に接続されている。
【００１７】
次に、以上の構成からなる本実施形態の超硬合金の製造方法について、以下、説明する。
まず、ＷＣを主成分とするとともに接合面３Ａ、５Ａの面粗度Ｒｙを１０μｍ以下の仕上げ面とした円柱形状の超硬合金部材３、５に対し、超硬合金部材５の接合面５Ａを上側にして被接合物６の下端６ｂとなる面を下パンチ１６に接触させて載置する。その上に接合面５Ａに接合面３Ａが対向して接するように超硬合金部材３を載置する。
こうして形成した被接合物６の上端６ａに焼結ユニット７の上パンチ１５を接触させる。
【００１８】
次に、図示しない真空ポンプによって真空チャンバ８内を所定の真空度になるまで減圧する。
そして、加圧機構１３を駆動して、上パンチ１５と下パンチ１６とを介して被接合物６に上下方向から１ＭＰａ以上、かつ、１００ＭＰａ以下となる所定の圧縮力を加圧する。
同時に、電源部１２から所定の周波数でパルス電圧を上パンチ電極１０と下パンチ電極１１との間に印加してパルス通電を行う。
【００１９】
このとき、接合面３Ａと接合面５Ａとの間に形成される間隙に放電が発生して被接合物６が８００℃以上、かつ、１６００℃以下の温度に加熱される。このとき、接合面３Ａ、５Ａそれぞれの表面に形成されていた酸化被膜や不純物、汚れなどが蒸発して飛散するとともに接合面３Ａ、５Ａが微視的に溶融する。一方、圧縮力が加えられているので、歪エネルギーが蓄積された状態となる。
そして、熱エネルギーと歪エネルギーとの効果により接合面３Ａ、５Ａ上の凹凸部分が塑性変形して間隙がなくなっていき、接合面３Ａと接合面５Ａとが接合される。
所定の温度となった時点で加圧及びパルス通電を停止すると接合超硬合金２が形成される。
【００２０】
この超硬合金の接合方法によれば、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする高融点の超硬合金部材の接合であっても、接合剤としての粉末を使用せずに高い強度で接合することができる。
この際、圧力が１ＭＰａ以上なので、１ＭＰａより小さい場合に比べて十分な接合力を得ることができる。また、圧力が１００ＭＰａ以下なので、１００ＭＰａより大きい場合に比べて被接合物６自体の変形量を抑えた状態で接合することができる。
また、接合面３Ａ、５Ａの面粗度Ｒｙが１０μｍ以下なので、接合面で接合した際に生じる空隙を抑えることができ、接合強度をより効果的に向上することができる。
【００２１】
さらに、加熱手段を別に設けなくても被接合物６をパルス通電によって加熱でき、この際、被接合物６を８００℃以上に加熱するので、被接合物６が超硬合金部材３、５よりも低融点の合金部材を備えている場合に、８００℃より低い温度の場合に比べてより良好に接合反応を発生させることができる。また、被接合物６の加熱を１６００℃以下にするので、１６００℃を越える温度に比べて高融点の超硬合金部材３、５自体の塑性変形を抑えて接合前の形状を維持した状態で接合することができる。
したがって、それぞれの合金部材の形状が一致しないものや、複雑な形状の合金部材を備えていても、それぞれの形状を維持して高い接合強度で接合することができる。
【００２２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、合金部材を円柱形状としているが、接合面に溝加工が施されていたり穴があけられたものや複雑な形状であっても構わない。
また、合金部材を上下方向から接合する場合に限らず、横方向から接合させても構わない。
さらに、圧力は１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であればよく、好ましくは５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下、さらに好ましくは、１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下がよい。
また、接合温度は、８００℃以上１６００℃以下であればよく、好ましくは、１０００℃以上１４００℃以下、さらに好ましくは１２００℃以上１４００℃以下がよい。この際、接合に最適な温度は、接合する部材の材質によって決められる。
【実施例】
【００２３】
上記の実施形態に基づいて、実際に接合超硬合金を形成した結果を、以下に示す。
実施例１として、ＷＣを主成分とするとともに焼結助剤としてチタンカーバイドを５重量％含み、直径３０ｍｍ、長さ５０ｍｍの円柱形状にするとともに接合面３Ａ、５Ａを最大高さで表した面粗度Ｒｙが５μｍの仕上げ面とした超硬合金部材３、５を接合した。
このときの接合条件は、真空チャンバ８内の圧力を３Ｐａとした状態で、２０ＭＰａの圧縮力、３００Ｈｚ及び１５００Ａのパルス電流を印加し、接合温度１３００℃とした。
また、実施例２として、上述した焼結助剤を含まない超硬合金部材同士を同様の形状に加工するとともに、５０ＭＰａの圧縮力、３００Ｈｚ及び１５００Ａのパルス電流を印加し、接合温度１５００℃で接合した。さらに、実施例３として、上述した焼結助剤を含む超硬合金部材と含まない超硬合金部材同士を２０ＭＰａで圧縮し、３００Ｈｚ及び１５００Ａのパルス電流を印加して接合温度１３００℃で接合した。
【００２４】
また、実施例４として、超硬合金部材同士でなく、ＷＣを主成分とするとともに焼結助剤としてチタンカーバイドを５重量％含む超硬合金部材と、他方をタングステンを主成分とする合金であるアンビロイ（登録商標）１１５０（組成：９０Ｗ−４Ｍｏ−２Ｆｅ−４Ｎｉ）或いはインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌは登録商標）６００（組成：７６Ｎｉ−１６Ｃｒ−８Ｆｅ）とを接合した。これらを直径３０ｍｍ、長さ５０ｍｍの円柱形状に加工するとともにそれぞれの接合面の面粗度を１０μｍに仕上げ、接合条件として、１０ＭＰａの圧縮力、３００Ｈｚ及び１５００Ａのパルス電流を印加し、接合温度１１００℃で接合した。
その結果、何れの実施例の場合も形成した接合超硬合金は、合金部材の接合部が接合されていない部分とほぼ同等の強度を有して一体に接合されていた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る超硬合金部材の接合を行う放電プラズマ焼結装置を示す要部断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る接合超硬合金を示す断面図である。ある。
【符号の説明】
【００２６】
２  接合超硬合金
３、５  超硬合金部材（合金部材）
３Ａ、５Ａ  接合面
【図１】
2005036281.tif 000003
【図２】
2005036281.tif 000004