(57)【要約】      （修正有）【課題】ロウ付け接合強度を改善した、ロウ付け接合したＷＣ基超硬部材を提供する。【解決手段】ロウ付け接合したＷＣ基超硬合金部材６において、該超硬合金部材６の接合面は溶解再凝固層５であり、該溶解再凝固層５は質量％でＷ含有量は８５％から９５％、Ｗに対するＣの比率（Ｃ／Ｗ）をＲとしたとき、Ｒ≦０．０１、該溶解再凝固層５の厚みをＴμｍしたとき、１≦Ｔ≦３、であることを特徴とするロウ付け接合したＷＣ基超硬合金部材である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロウ付け接合したＷＣ基超硬合金部材において、該超硬合金部材の接合面は溶解再凝固層であり、該溶解再凝固層は質量％でＷ含有量は８５％から９５％、Ｗに対するＣの比率（Ｃ／Ｗ）をＲとしたとき、Ｒ≦０．０１、該溶解再凝固層の厚みをＴμｍしたとき、１≦Ｔ≦３、であることを特徴とするロウ付け接合したＷＣ基超硬合金部材。
【請求項２】
請求項１に記載のロウ付け接合したＷＣ基超硬合金部材において、該接合面の断面形態が凹凸形状を有し、該凸形状の扁平率をＦ％としたとき、４≦Ｆ≦１０、隣り合う凸形状の間には凹形状の溝部を有し、該溝部の密度をＤ本／ｍｍとしたとき、４０≦Ｄ≦７０、該溝部の面内等方性をＵ％としたとき、Ｕ≧８０、であることを特徴とするロウ付け接合したＷＣ基超硬合金部材。
【請求項３】
請求項１又は２記載のロウ付け接合したＷＣ基超硬合金部材において、該接合面の面積をＪｍｍ２としたとき、０．５≦Ｊ≦３０、該接合面のロウ付け材の厚さをＬμｍとしたとき、１０≦Ｌ≦５０、であることを特徴とするロウ付け接合したＷＣ基超硬合金部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、超硬合金部材同士をロウ付け接合することにより作製される切削工具や耐摩耗部品等に関する。
【背景技術】
【０００２】
超硬合金部材のロウ付け接合の強度改善に関する技術が、以下の特許文献１、２に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６８２０２号公報
【非特許文献２】溶接技術２００５年Ｖｏｌ．５３Ｐ９６−Ｐ１０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明は、ロウ付け接合強度を改善した、ロウ付け接合したＷＣ基超硬合金部材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、ロウ付け接合したＷＣ基超硬合金部材において、該超硬合金部材の接合面は溶解再凝固層であり、該溶解再凝固層は質量％でＷ含有量は８５％から９５％、Ｗに対するＣの比率（Ｃ／Ｗ）をＲとしたとき、Ｒ≦０．０１、該溶解再凝固層の厚みをＴμｍしたとき、１≦Ｔ≦３、であることを特徴とするロウ付け接合したＷＣ基超硬合金部材である。上記の構成を採用することによって、単位接合面積当りのロウ付け接合強度を改善した、ロウ付け接合したＷＣ基超硬合金部材を提供することができる。
また、本願発明のロウ付け接合したＷＣ基超硬合金部材は、該接合面の断面形態が凹凸形状を有し、該凸形状の扁平率をＦ％としたとき、４≦Ｆ≦１０、隣り合う凸形状の間には凹形状の溝部を有し、該溝部の密度をＤ本／ｍｍとしたとき、４０≦Ｄ≦７０、該溝部の面内等方性をＵ％としたとき、Ｕ≧８０、該接合面の面積をＪｍｍ２としたとき、０．５≦Ｊ≦３０、該接合面のロウ付け材の厚さをＬμｍとしたとき、１０≦Ｌ≦５０、であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本願発明は、ＷＣ基超硬合金部材のロウ付け接合面の形成において、研磨等の後加工を必要とせず、しかもロウ付け接合強度を改善したＷＣ基超硬合金部材を提供することである。特に、ロウ付け接合を有する超硬合金製の小径切削工具や小径耐摩耗部品の接合強度を改善し、部材の耐久性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本願発明は、ロウ付けに適した接合面を有する超硬合金部材に関するものである。超硬合金部材同士をロウ付けにより接合する技術は、例えば、高硬度焼結体を刃部に用いた切削工具やポット・プランジャなどの耐摩耗部品を作製する場合などに用いられている。超硬合金部材同士をロウ付けする場合、ロウ付け接合部品はワイヤー放電加工等を用いている。その加工面は粒状や鱗片状組織となり、加工変質層が生じ、深さ１０μｍ程度のクラックが発生している。従って、後加工や後処理を追加する手法がとられている。そこで本願発明は、ロウ付け接合面の後加工や後処理を行うことなく、接合強度を改善した超硬合金部材を提供することができる。更に、増大する工具の小径化や部品の微細化に対応したロウ付け接合面の形成を提供するのものである。
本願発明は、ＷＣ基超硬合金部材の１部にロウ付け接合するための接合面を有する超硬合金部材であって、接合断面における溶解再凝固層は、Ｗ含有量が８５％から９５％、Ｒ≦０．０１、１≦Ｔ≦３、である。従って、本願発明のロウ付け接合面である溶解再凝固層は殆どＷの金属層であるため、ロウ材との高い接合強度が得られる。ここで、溶解再凝固層にはＷの金属層の他にＷ化合物が含有していても良い。また、溶解再凝固層のＴ値が１μｍ未満の場合、溶解再凝固層がＷＣ粒子やＣｏ等の結合相を均一に覆うことができず、接合強度が低下する。また、３μｍを超えて厚いと、溶解再凝固層が基材の超硬合金から剥がれやすくなる。そこでＴ値は、１≦Ｔ≦３、に規定する。更に、本願発明における接合表面のＲ値は、Ｒ≦０．０１である。Ｒ値が、０．０１を超えて大きいと、Ｗ３Ｃｏ３Ｃ等の脆いη相成分が増大し、ロウ付け部の接合強度が低下してしまう。従って、本願発明において、Ｒ値は、Ｒ≦０．０１に規定する。本願発明における接合断面の溶解凝固層成分は、ＥＰＭＡ装置（日本電子製ＪＸＡ−８５００Ｆ）により、接合断面の組成分析を解析した。解析条件は、加速電圧１５ｋＶ、ビーム径２μｍの条件でＷ質量％及びＣｏ質量％を測定し、Ｒ値を算出した。また薄膜Ｘ線解析による構造解析から求めることもできる。また、ＳＥＭにより６ｋ倍の断面観察を行い、Ｔ値を測定した。
【０００８】
本願発明は、Ｆ値が４〜１０％であり、Ｄ値が４０〜７０本／ｍｍ、Ｕ値が８０％以上であることが好ましい。本願発明において丘状の凸部の形状は、なだらかな丘状であることが好ましいが、その高さはある程度高いことが望ましい。
図１、２に本願発明における接合表面とその断面の模式図を示す。図２において、凸部１の高さ２を凸部１の底辺の長さ３で除した値をＦ値とした。実際の測定は、ロウ付け後の接合断面を３ｋ倍でＳＥＭ観察し、その観察像から凸部１の高さが０．２μｍ以上の凸部を対象にして、上記の方法でＦ値を算出した。Ｆ値が、Ｆ＜４の場合には、実質的な溝部４の深さが小さくなるため、基材に対するロウ材のアンカー効果が得にくくなり、ロウ付け部の接合強度が低下する。一方、Ｆ＞１０の場合には、表面の凹凸が激しくなり、ロウ材の流れが悪く、接触面に気泡が発生しやすくなり、実効的な接合面積が低下するため、接合強度が低下する。このため、Ｆ値は４≦Ｆ≦１０であることが好ましい。凸部の形状が緩やかではなく、先端が鋭利な凸部である場合には、対向面に配設された接合面間におけるロウ材厚さに薄い部分が生じ、ロウ材中に破壊の起点となる鋭利なくさび部分を生じさせるために接合強度が低下する。このため、本願発明における凸部の形状はなだらかな丘状であることが望ましい。
図１の接合断面の模式図に示すように、本願発明のロウ付け接合した超硬合金部材における接合表面は、主として略方形状の平滑な丘状の凸部１と谷状の溝部４とから構成されている。本願発明の接合表面における溝部４の密度Ｄ値は、図１に示すように、単位長さの直線と交差する溝部４の本数で規定した。実際の測定は、接合断面の任意の断面をＸ面としたとき、このＸ面に直交する他の面をＹ面として測定対象面を決めた。そして、ロウ付け後のＸ方向の断面とＹ方向の断面の１００倍及び１ｋ倍のＳＥＭ観察写真をもとめ、このＳＥＭ観察写真上に１ｍｍ長の線を引いたときに、この単位長さあたりの交差する溝数を数えて測定した。Ｄ値が、Ｄ＜４０であると、接合強度が低下する。その理由は、超硬合金基材に対するロウ材のアンカー効果が得られなくなるためと考えられる。一方、Ｄ＞７０と溝部の数が増した場合にも、ロウ付け部の接合強度が低下する。この場合は、溝部の数の増大によりロウ材の流れが悪くなって接合面に気泡が発生しやすくなり、そのため実効的な接合面積が低下するためであると考えられる。従って、本願発明において、Ｄ値は、４０≦Ｄ≦７０、であることが好ましい。
本願発明において、溝部４の密度Ｄは等方的であることが好ましい。そこで、Ｘ面の溝の密度Ｄｘ、Ｙ面の溝の密度Ｄｙとの比率をＵ値で表した。但し、溝密度の小さい値の方を溝密度の大きい値の方で除した値で表すものとする。Ｕ値は８０％以上であることが好ましく、Ｕ＜８０％の場合には、接合強度が低下する。接合強度が異方性であるよりも等方性であることが負荷のかかる方向に左右されないため接合強度のばらつきを抑制するためと考えられる。
【０００９】
本願発明のロウ付け接合したＷＣ基超硬合金部材は、その接合面の面積のＪ値は０．５から３０ｍｍ２、であり、またロウ付け材の厚さＬ値は、１０から５０μｍであることが好ましい。この理由は、Ｊ値が０．５ｍｍ２未満の場合や、Ｌ値が１０μｍ未満のときには、十分な接着強度を得ることができないからである。一方、本願発明は、小径工具や小径耐摩耗部品の接合強度の改善を目的としており、その点からＪ値は３０ｍｍ２以下の場合で有効である。Ｌ値が５０μｍを超えて厚いときには、ロウ付け材自信の強度が支配的となってしまうため、不都合である。
【００１０】
接合断面がＷを主体とした溶解再凝固層からなり、Ｒ≦０．０１、１≦Ｔ≦３、であり、多数の丘状の凸部が、谷状の溝部を介してランダムに配置された丘陵状の表面形態であって、溝部の密度や等方性および丘状凸部の形状が所定の範囲であり、炭素量の少ない接合断面を有する本願発明の超硬合金部材の作製は、例えばレーザー加工と水による冷却を併用する方法を採用することによって得ることができる。また、表面形態はレーザーの出力エネルギーと水圧を適宜調整することにより容易に得ることが可能である。表面形態は、レーザーの出力エネルギーより一旦溶融した部材の表面部分が水で冷却され、再結晶化することにより生成された特異な表面性状を有す表面層である。次に、本願発明のロウ付け接合した超硬合金部材を実施例により具体的に説明するが、それら実施例により本願発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１１】
（実施例１）
Ｃｏ含有量が７質量％、ＷＣ平均粒径が０．２〜０．６μｍの超硬合金を使用して、試験片を作製した。試験片のロウ付け用の接合面は約５ｍｍ×約５ｍｍとし、従って接合面の面積は２５ｍｍ２、とした。レーザー加工と水による冷却を併用する方法を用い、レーザーの出力エネルギーと水圧を調整して、本発明例１から１０、比較例１１から１３の接合面を作製した。レーザー波長は５３２ｎｍ、出力エネルギーの範囲は５０から１５０Ｗの間で制御し、冷却水の圧力範囲は１．５から３．５×１０５Ｐａに制御した水柱を形成して、この水柱内にレーザーを導入することによって加工した。また、従来例１１の接合面は、同様の試験片を用いて、放電加工後に接合面を＃１００の砥石を用いて研削加工を施して作製した。
次に、本発明例１から１０、比較例１１から１３と従来例１４の試験片を雰囲気ロウ付け用ロウ材であるＢＡｇ２１（ＡＷＳ規格）を用いて、雰囲気ロウ付け法によりロウ付けした。このときの接合面のロウ付け材の厚さは略２０から３０μｍの範囲とした。これより、重ね継ぎ手のせん断強度用試験片を各々５個づつ得た。せん断強度を評価するため、荷重速度０．５ｍｍ／分の条件にてせん断強度試験を行った。試験後のロウ付け面の面積を実体顕微鏡より測定し、せん断強度の５本の平均値を算出した。せん断強度より接合強度を評価した。また、表１のＴ値、Ｒ値、Ｆ値、Ｄ値、Ｕ値は、同一条件で処理した２つの超硬合金部材同士をロウ付けにより接合した面について測定した。そのとき、ロウ材を挟んで１方の超硬合金部材の接合面を、一方の接合面として示した。また、ロウ材を挟んで他方の超硬合金部材の接合面を、他方の接合面として示した。測定結果を表１に示す。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
まず、本発明例１の試料について観察を行った。図３は、本発明例１におけるロウ接合する前の表面を、倍率が１ｋ倍でＳＥＭ観察した写真である。緩やかな多数の丘状の凸部が、谷状の溝部４を介してランダムに配置された丘陵状の表面形態を呈していた。図４に、本発明例１におけるロウ接合する前の破断面を、６ｋ倍でＳＥＭ観察した写真を示す。破断面は、約１μｍの厚さの溶解再凝固層５を有し、基体の超硬合金層６とは異なる形態のものであった。図５は図３、４の接合面同士をロウ材で接合した後の接合断面を、１０ｋ倍でＳＥＭ観察した写真である。接合断面は、約１μｍの厚さの溶解再凝固層５、基材の超硬合金６とロウ材７であった。図６は従来例１４のワイヤー放電加工による接合表面を、５ｋ倍でＳＥＭで観察した写真である。図３と図６を対比すると明らかなように、図３の表面は丘陵状を呈しているのに対し、図６の表面は粒状若しくは鱗片状を呈しており、その表面形態が明らかに相違していた。図７は従来例１４の放電加工後に研削加工を施すことにより形成した接合面のＳＥＭ観察写真であり、１ｋ倍の表面観察写真である。図３と図７を比較すると、図３は表面が等方性の溝形状を有するのに対し、図７は異方性の溝形状を有していた。
次に、表１に示す本発明例１から１０と比較例１１から１３、従来例１４のせん断強度の評価結果では、本発明例の方が優れていた。本発明例１から１０は、Ｒ≦０．０１、１≦Ｔ≦３、という本願発明の規定範囲を満足し、また、本発明例１から５は、Ｆ値、Ｄ値、Ｕ値に関する規定のいずれも本願発明の規定を満たしているために、更に、優れたロウ付け強度を示した。これに対して、比較例１１から１３は、規定範囲外となっていた。比較例１１から１３は、接合面の溶解凝固層は規定の組成比を満足しているものの表面形態が適切でないため十分な接合強度が得られなかった。従来例１４では、接合面の溶解凝固層が規定の組成比を満たしていないため、接合強度は低いものであった。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本願発明に係るロウ付け接合表面の模式図を示す。
【図２】本願発明に係る凸部の断面模式図を示す。
【図３】本発明例１の接合表面における１ｋ倍の観察写真を示す。
【図４】本発明例１の接合断面における６ｋ倍の観察写真を示す。
【図５】本発明例１のロウ付け後の接合断面における１０ｋ倍の観察写真を示す。
【図６】従来例１４の接合表面における５ｋ倍の観察写真を示す。
【図７】従来例１４の接合表面における１ｋ倍の観察写真を示す。
【符号の説明】
【００１５】
１：凸部
２：凸部の高さ
３：凸部の底辺長さ
４：溝部
５：溶解再凝固層
６：超硬合金基体
７：ロウ材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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