(57)【要約】  サーメットは、ＴｉおよびＮｂを含有する炭窒化物を含む硬質相と、鉄族元素を含む金属結合相とを含み、前記硬質相は、粒状の芯部と、前記芯部の少なくとも一部を被覆する周辺部とを含み、前記芯部は、Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZで示される複合炭窒化物を含み、前記Ｙは、０以上０．０５以下であり、前記Ｚは、０．３以上０．６以下であり、前記周辺部は、前記芯部よりＷの含有量が多い組成を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴｉおよびＮｂを含有する炭窒化物を含む硬質相と、鉄族元素を含む金属結合相とを含むサーメットであって、
前記硬質相は、粒状の芯部と、前記芯部の少なくとも一部を被覆する周辺部とを含み、
前記芯部は、Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZで示される複合炭窒化物を含み、
前記Ｙは、０以上０．０５以下であり、
前記Ｚは、０．３以上０．６以下であり、
前記周辺部は、前記芯部よりＷの含有量が多い組成を有する、サーメット。
【請求項２】
前記Ｘは、０．１以上０．６以下である、請求項１に記載のサーメット。
【請求項３】
前記Ｘは、０．１以上０．２以下である、請求項１または請求項２に記載のサーメット。
【請求項４】
前記Ｘは、０．４以上０．６以下である、請求項１または請求項２に記載のサーメット。
【請求項５】
前記サーメットは、ＷＣからなるＷＣ相を含み、
前記ＷＣ相は、その含有率が１体積％以下である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のサーメット。
【請求項６】
前記サーメットは、ＷＣからなるＷＣ相を含まない、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のサーメット。
【請求項７】
前記芯部は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｖ、ＣｒおよびＭｏの総量に占めるＶ、ＣｒおよびＭｏの合計量が２原子％未満である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のサーメット。
【請求項８】
前記芯部は、その平均結晶粒径が０．５μｍ以上３μｍ以下である、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のサーメット。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のサーメットを含む、切削工具。
【請求項１０】
前記サーメットからなる基材と、前記基材を被覆する被膜とを含む、請求項９に記載の切削工具。
【請求項１１】
Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZで示される複合炭窒化物からなる第１粉末を得る工程と、
前記第１粉末、Ｗを含む第２粉末および鉄族元素を含む第３粉末を混合することにより、混合粉末を得る工程と、
前記混合粉末を加圧成形することにより成形体を得る工程と、
前記成形体を焼結することにより焼結体を得る工程とを含むサーメットの製造方法であって、
前記Ｙは、０以上０．０５以下であり、
前記Ｚは、０．３以上０．６以下であり、
前記第１粉末を得る工程は、
ＴｉとＮｂとの２者またはＴｉとＮｂとＷとの３者を含有する酸化物粉末と、炭素を含有する炭素源粉末とを混合することにより、酸化物混合粉末を得る操作と、
前記酸化物混合粉末を造粒することにより造粒体を得る操作と、
前記造粒体を、窒素ガスを含有する雰囲気において１８００℃以上の温度で熱処理することにより、前記複合炭窒化物からなる粉末前駆体を得る操作と、
前記粉末前駆体を解砕することにより前記第１粉末を得る操作とを備える、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、サーメット、それを含む切削工具およびサーメットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｔｉを含む硬質材料として超硬合金、サーメットなどが知られている。これらの硬質材料は、耐摩耗性に優れるため、切削工具、耐摩耗性工具などに好適に用いられている。たとえば国際公開第２０１０／００８００４号（特許文献１）には、（Ｔｉ１−ｘＭｘ）（Ｃ１−ｙＮｙ）で表される複合炭窒化物固溶体を硬質相全体に対し９０体積％以上含む硬質相、および結合相からなる焼結硬質合金が開示されている。さらに国際公開第２０１１／１３６１９７号（特許文献２）には、（Ｔｉ１−ｘ−ｙＬｘＭｏｙ）（Ｃ１−ｚＮｚ）で表される複炭窒化物固溶体からなる第１硬質相と、ＷＣからなる第２硬質相と、ＣｏおよびＮｉの両方またはいずれか一方を主成分とする結合相とからなるサーメットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１０／００８００４号
【特許文献２】国際公開第２０１１／１３６１９７号
【発明の概要】
【０００４】
本開示の一態様に係るサーメットは、ＴｉおよびＮｂを含有する炭窒化物を含む硬質相と、鉄族元素を含む金属結合相とを含むサーメットであって、上記硬質相は、粒状の芯部と、上記芯部の少なくとも一部を被覆する周辺部とを含み、上記芯部は、Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZで示される複合炭窒化物を含み、上記Ｙは、０以上０．０５以下であり、上記Ｚは、０．３以上０．６以下であり、上記周辺部は、上記芯部よりＷの含有量が多い組成を有する。
【０００５】
本開示の一態様に係る切削工具は、上記サーメットを含む。
本開示の一態様に係るサーメットの製造方法は、Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZで示される複合炭窒化物からなる第１粉末を得る工程と、上記第１粉末、Ｗを含む第２粉末および鉄族元素を含む第３粉末を混合することにより、混合粉末を得る工程と、上記混合粉末を加圧成形することにより成形体を得る工程と、上記成形体を焼結することにより焼結体を得る工程とを含むサーメットの製造方法であって、上記Ｙは、０以上０．０５以下であり、上記Ｚは、０．３以上０．６以下であり、上記第１粉末を得る工程は、ＴｉとＮｂとの２者またはＴｉとＮｂとＷとの３者を含有する酸化物粉末と、炭素を含有する炭素源粉末とを混合することにより、酸化物混合粉末を得る操作と、上記酸化物混合粉末を造粒することにより造粒体を得る操作と、上記造粒体を、窒素ガスを含有する雰囲気において１８００℃以上の温度で熱処理することにより、上記複合炭窒化物からなる粉末前駆体を得る操作と、上記粉末前駆体を解砕することにより上記第１粉末を得る操作とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本実施形態に係るサーメットの断面を模式的に示した模式図である。
【図２】図２は、試料１１のサーメットの断面を撮影した電子顕微鏡像の一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
［本開示が解決しようとする課題］
特許文献１の焼結硬質合金において、硬質相に含まれる複合炭窒化物固溶体は、（Ｔｉ1-xＭx）（Ｃ1-yＮy）で表される。上記複合炭窒化物固溶体におけるＭは、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＺｒおよびＴａからなる群より選ばれる１種以上の元素であり、ｘは０．０５以上０．５以下であり、ｙは０．０１以上０．７５以下である。このような焼結硬質合金は、硬質相と結合相との間の界面結合力が不十分となるので、耐摩耗性および耐欠損性の両立が困難である。
【０００８】
特許文献２のサーメットにおいて、第１硬質相の複炭窒化物固溶体は、（Ｔｉ1-x-yＬxＭｏy）（Ｃ1-zＮz）で表される。この化学式において、ＬはＺｒ、Ｈｆ、ＮｂおよびＴａからなる群より選ばれる１種以上の元素であり、ｘは０．０１以上０．５以下であり、ｙは０．０３以上０．０５以下であり、ｚは０．０５以上０．７５以下である。Ｍｏは、炭窒化物そのものの耐鋼凝着性を低下させるので、含有量が少ないことが好ましいが、特許文献２のサーメットの上記複炭窒化物固溶体は、全金属元素（Ｔｉ、Ｌ、Ｍｏ）に占めるＭｏの原子比が０．０３以上であり、Ｍｏの含有量が少なくない。さらに上記サーメットは、ＷＣからなる第２硬質相を含むことによって耐鋼凝着性がより低下するので、サーメットの切削性能のうち耐欠損性への影響が大きい。
【０００９】
上記実情に鑑み、本開示は、耐摩耗性および耐欠損性をバランスよく両立させたサーメット、それを含む切削工具およびサーメットの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
［本開示の効果］
上記によれば、耐摩耗性および耐欠損性をバランスよく両立させたサーメット、それを含む切削工具およびサーメットの製造方法を提供することができる。
【００１１】
［本願発明の実施形態の説明］
本発明者らは、Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZで示される複合炭窒化物を新たな原料として適用したサーメットを開発した。このＴｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZで示される複合炭窒化物は、従来のＴｉ系化合物に比べ、熱的特性に優れていることを見出した。特に、Ｎｂ、ＷおよびＮの組成を適切に制御することにより優れた機械的強度が得られることを知見した。さらに、上記の複合炭窒化物を含む硬質相に関し、Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZで示される複合炭窒化物を含む芯部と、この芯部よりもＷの含有量が多い組成となる周辺部とを含む構造とすることにより、硬質相と金属結合相との間の界面結合力が向上することも知見し、本開示に到達した。
【００１２】
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
［１］本開示の一態様に係るサーメットは、ＴｉおよびＮｂを含有する炭窒化物を含む硬質相と、鉄族元素を含む金属結合相とを含むサーメットであって、上記硬質相は、粒状の芯部と、上記芯部の少なくとも一部を被覆する周辺部とを含み、上記芯部は、Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZで示される複合炭窒化物を含み、上記Ｙは、０以上０．０５以下であり、上記Ｚは、０．３以上０．６以下であり、上記周辺部は、上記芯部よりＷの含有量が多い組成を有する。これにより、耐摩耗性および耐欠損性をバランスよく両立させたサーメットを提供することができる。
【００１３】
［２］上記Ｘは、０．１以上０．６以下であることが好ましい。これにより耐摩耗性および耐欠損性において顕著な特性を得ることができる。
【００１４】
［３］上記Ｘは、０．１以上０．２以下であることがさらに好ましい。これにより耐摩耗性においてより顕著な特性を得ることができる。
【００１５】
［４］上記Ｘは、０．４以上０．６以下であることもさらに好ましい。これにより耐欠損性においてより顕著な特性を得ることができる。
【００１６】
［５］上記サーメットは、ＷＣからなるＷＣ相を含み、上記ＷＣ相は、その含有率が１体積％以下であることが好ましい。これにより、ＷＣ相を含む場合であっても、耐鋼凝着性が低下することを防ぐことができるので、耐摩耗性および耐欠損性をよりバランスよく両立させることができる。
【００１７】
［６］上記サーメットは、ＷＣからなるＷＣ相を含まないことが好ましい。これにより耐鋼凝着性が低下することを防ぐことができるので、耐摩耗性および耐欠損性をよりバランスよく両立させることができる。
【００１８】
［７］上記芯部は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｖ、ＣｒおよびＭｏの総量に占めるＶ、ＣｒおよびＭｏの合計量が２原子％未満であることが好ましい。これにより、サーメットの耐鋼凝着性を低下させる元素であるＶ、ＣｒおよびＭｏを十分に抑制することができるので、耐摩耗性および耐欠損性をよりバランスよく両立させることができる。
【００１９】
［８］上記芯部は、その平均結晶粒径が０．５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。これにより、より優れた耐摩耗性および耐欠損性を得ることができる。
【００２０】
［９］本開示の一態様に係る切削工具は、上記サーメットを含む。これによりサーメットの優れた耐摩耗性および耐欠損性を備える切削工具を提供することができる。
【００２１】
［１０］上記切削工具は、上記サーメットからなる基材と、上記基材を被覆する被膜とを含むことが好ましい。このような切削工具も、サーメットの優れた耐摩耗性および耐欠損性を備えることができる。
【００２２】
［１１］本開示の一態様に係るサーメットの製造方法は、Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZで示される複合炭窒化物からなる第１粉末を得る工程と、上記第１粉末、Ｗを含む第２粉末および鉄族元素を含む第３粉末を混合することにより、混合粉末を得る工程と、上記混合粉末を加圧成形することにより成形体を得る工程と、上記成形体を焼結することにより焼結体を得る工程とを含むサーメットの製造方法であって、上記Ｙは、０以上０．０５以下であり、上記Ｚは、０．３以上０．６以下であり、上記第１粉末を得る工程は、ＴｉとＮｂとの２者またはＴｉとＮｂとＷとの３者を含有する酸化物粉末と、炭素を含有する炭素源粉末とを混合することにより、酸化物混合粉末を得る操作と、上記酸化物混合粉末を造粒することにより造粒体を得る操作と、上記造粒体を、窒素ガスを含有する雰囲気において１８００℃以上の温度で熱処理することにより、上記複合炭窒化物からなる粉末前駆体を得る操作と、上記粉末前駆体を解砕することにより上記第１粉末を得る操作とを備える。これにより、耐摩耗性および耐欠損性をバランスよく両立させたサーメットを製造することができる。
【００２３】
［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態（以下、「本実施形態」とも記す）についてさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。以下では図面を参照しながら説明する。
【００２４】
ここで、本明細書において「Ａ〜Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。さらに、本明細書において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるものではない。たとえば「ＴｉＡｌＮ」と記載されている場合、ＴｉＡｌＮを構成する原子数の比はＴｉ：Ａｌ：Ｎ＝０．５：０．５：１に限られず、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。このことは、「ＴｉＡｌＮ」以外の化合物の記載についても同様である。本実施形態において、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）などの金属元素と、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）などの非金属元素とで示される化合物は、必ずしも化学量論的な組成を構成している必要がない。本明細書において説明する炭窒化物および複合炭窒化物は、αXβYγzＣSＮT（金属αβγ、非金属ＣＮ）などとして表す場合、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１のとき、たとえば０．６≦Ｓ＋Ｔ≦１．０の範囲で変化し得る。本明細書において「機械的強度」とは、耐摩耗性、耐欠損性および曲げ強さなどの諸特性を含む機械的な強さを意味する。
【００２５】
≪サーメット≫
本実施形態に係るサーメットは、図１に示すように、ＴｉおよびＮｂを含有する炭窒化物を含む硬質相１と、鉄族元素を含む金属結合相２とを含む。硬質相１は、粒状の芯部１１と、この芯部１１の少なくとも一部を被覆する周辺部１２とを含む。芯部１１は、Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZで示される複合炭窒化物を含み、Ｙは、０以上０．０５以下であり、Ｚは、０．３以上０．６以下である。周辺部１２は、芯部１１よりＷの含有量が多い組成を有する。このような特徴を有するサーメットは、耐摩耗性および耐欠損性をバランスよく両立させることができる。
【００２６】
＜硬質相＞
硬質相１は、上述のようにＴｉおよびＮｂを含有する炭窒化物を含む。特に硬質相１は、粒状の芯部１１と、この芯部１１の少なくとも一部を被覆する周辺部１２とを含む。芯部１１は、Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZで示される複合炭窒化物を含み、Ｙは、０以上０．０５以下であり、Ｚは、０．３以上０．６以下である。周辺部１２は、芯部１１よりＷの含有量が多い組成を有する。サーメットは、硬質相１における粒状の芯部１１の組成（Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZ）が上述した範囲の原子比からなる場合、優れた機械的強度を備えることができる。硬質相１が、芯部１１と、この芯部１１の少なくとも一部を被覆する周辺部１２とを含むことにより、硬質相１と金属結合相２との間の密着強度を高めることができる。硬質相１における芯部１１と周辺部１２との関係は、図１に示すように芯部１１の一部または全部を周辺部１２が被覆する二重構造の形態（所謂、コアシェル構造）であることが好ましい。
【００２７】
（芯部）
芯部１１は、Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZで示される複合炭窒化物を含む。Ｘは、０を超え１未満であり、Ｙは、０以上０．０５以下であり、Ｚは、０．３以上０．６以下である。すなわち芯部１１は、Ｔｉが主成分であり、かつ副成分としてＮｂを含む。さらに第３成分としてＷを含む場合がある。ＸおよびＹの値が上述の範囲である場合に、サーメットとして耐摩耗性および耐欠損性をバランスよく両立させることができる。さらに、Ｎｂの原子比Ｘは、０．１以上０．６以下であることが好ましく、０．１以上０．２以下であることがより好ましく、０．１３以上０．１７以下であることが最も好ましい。Ｘは、０．４以上０．６以下であることもより好ましい。Ｗの原子比Ｙは、０以上０．０３以下であることが好ましい。一方、Ｔｉの原子比（１−Ｘ−Ｙ）は、副成分および第３成分の添加量を固溶限以下とし、かつ添加金属元素の効果を十分に引き出す観点から、０．７５以上０．９以下であることが好ましい。複合炭窒化物中の炭素および窒素の原子比を表すＺは、０．４以上０．６以下であることが好ましい。芯部１１の組成は、本開示の効果を奏し、かつ周辺部１２よりもＷの含有量が小さい組成である限り、特に限定されるべきではないが、たとえばＴｉ0.9Ｎｂ0.1Ｃ0.5Ｎ0.5、Ｔｉ0.8Ｎｂ0.15Ｗ0.05Ｃ0.4Ｎ0.6、Ｔｉ0.75Ｎｂ0.2Ｗ0.05Ｃ0.6Ｎ0.4などを挙げることができる。
【００２８】
芯部１１は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｖ、ＣｒおよびＭｏの総量に占めるＶ、ＣｒおよびＭｏの合計量が２原子％未満であることが好ましい。芯部１１のＴｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｖ、ＣｒおよびＭｏの総量に占めるＶ、ＣｒおよびＭｏの合計の含有量は、１原子％以下であることがより好ましい。上記含有量は、０であることが最も好ましい。
【００２９】
芯部１１は、主成分であるＴｉ、副成分であるＮｂ、第３成分であるＷに加え、不純物または微量元素として上述したＶ、Ｃｒ、Ｍｏなどの元素を含む可能性がある。本実施形態では、上記元素のうち、Ｖ、ＣｒおよびＭｏの合計の含有量をこれらすべての金属元素に対して２原子％未満とすることが好ましい。これにより、サーメットの耐鋼凝着性を低下させる元素であるＶ、ＣｒおよびＭｏを十分に抑制することができるので、耐摩耗性および耐欠損性をよりバランスよく両立させることができる。上記含有量が２原子％以上の場合、これらの不純物によってサーメットの耐鋼凝着性が低下する恐れがある。
【００３０】
ここで芯部１１に含まれる複合炭窒化物の組成およびその原子比は、サーメットを任意の面で切断した切断面に対し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に付帯したエネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＥＤＸ）を用いて分析することにより同定することができる。たとえば１つのサーメットから上記切断面を準備した上で、この切断面に現れた硬質相１に含まれる芯部１１を上記装置で測定することにより、芯部１１の複合炭窒化物（Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZ）の組成およびその原子比を求めることができる。同様に、サーメットにおける後述のＷＣの含有率（含有量）、周辺部１２における複合炭窒化物の組成およびその原子比、ならびに金属結合相２における鉄族元素の含有量も、上記切断面に現れたＷＣ相、周辺部１２または金属結合相２をそれぞれ対象にすることにより、同じ測定方法によって同定することができる。上記切断面に対しては、ＳＥＭによる観察前に、表面を集束イオンビーム（ＦＩＢ）により研磨加工することが好ましい。
【００３１】
芯部１１は、その平均結晶粒径（すなわち５０％累積個数粒径（以下、「芯部のＤ５０」とも記す））が０．５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。すなわち芯部１１は、上記切断面に現れた複数の粒状の芯部１１のＤ５０が、０．５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。これにより、機械的強度の中でも特に曲げ強さおよび靱性を向上させることができるので、より優れた耐摩耗性および耐欠損性を得ることができる。芯部１１のＤ５０は、１μｍ以上２μｍ以下であることがより好ましい。
【００３２】
個々の芯部１１の粒径は、サーメットの断面（上記切断面）から取得したＳＥＭ像を画像解析することにより求めることができる。画像解析に使用するソフトウェアとしては、たとえばＩｍａｇｅＪ（https://imagej.nih.gov/ij/）を用いることができる。ここで芯部１１の「粒径」とは、最大フェレ径を意味する。芯部１１のＤ５０を求めるための母数（すなわち、芯部１１の「粒径」の個数）を、少なくとも５０個以上とし、１００個以上とすることが好ましい。さらに、画像解析を行なうための上記ＳＥＭ画像は、解析精度の観点からその倍率を３０００〜５０００倍で撮像することとし、複数視野により上記母数を満足する芯部１１の粒径の個数を準備することが好ましい。
【００３３】
芯部１１は、上記サーメットに占める体積比率が５体積％以上６０体積％以下であることが好ましい。これにより、より優れた耐摩耗性および耐欠損性を得ることができる。サーメットに占める芯部１１の体積比率は、１０体積％以上５０体積％以下であることがより好ましい。
【００３４】
サーメットに占める芯部１１の体積比率は、芯部１１のＤ５０の解析の場合と同様にして求めることができる。より具体的には、上述した切断面を準備し、その切断面をＳＥＭを用いて３０００〜５０００倍の倍率で観察し、上述したソフトウェアを用いて画像解析することにより、観察視野における芯部１１の面積比率を求めることができる。次に、この面積比率が上記切断面の奥行き方向にも連続するものとみなすことにより、上記面積比率をサーメットに占める芯部１１の体積比率とする。これにより、サーメットに占める芯部１１の体積比率を求めることができる。サーメットに占める芯部１１の体積比率は、１つの上記切断面から３以上の視野で撮像したＳＥＭ像を準備した上で上述した画像解析を行ない、これらから算出された面積比率の平均値とすることが好ましい。
【００３５】
（周辺部）
硬質相１は、上述のように芯部１１の少なくとも一部を被覆する周辺部１２を含む。特に、硬質相１における芯部１１と周辺部１２との関係は、芯部１１の一部または全部を周辺部１２が被覆する二重構造の形態（所謂、コアシェル構造）であることが好ましい。
【００３６】
周辺部１２は、後述するサーメットの焼結工程（第４工程）において形成される。周辺部１２は、液相焼結時に原料となる複合炭窒化物（Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZ）の粒子と周囲のＷを含む粒子（たとえばＷＣ粒子）とが相互固溶および溶解再析出することにより、芯部１１の周囲に形成される。この場合において周辺部１２は、芯部１１に含まれる複合炭窒化物（すなわちＴｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZ）よりＷの含有量が多い組成を有する複合炭窒化物として析出する。芯部１１の複合炭窒化物と周辺部１２の複合炭窒化物との間におけるＸおよびＺの値は、Ｗを含む粒子（たとえばＷＣ粒子）の相互固溶および溶解再析出により周辺部１２の複合炭窒化物において増えるＹの値、および焼結時の雰囲気（特に雰囲気中の窒素分圧）に伴って変動する。
【００３７】
周辺部１２は、硬質相１と金属結合相２との間の密着強度を高める密着層として機能する。これによりサーメットの機械的特性を向上させることができる。周辺部１２は、本開示の効果を奏する限り、芯部１１の一部を被覆してもよく、芯部１１の全部を被覆してもよく、その厚みも限定されるべきではない。周辺部１２は、本開示の効果を奏し、かつ芯部１１よりもＷの含有量が多い組成を有する限り、その組成に関して特に限定されるべきではない。周辺部１２の組成は、たとえばＴｉ0.8Ｎｂ0.1Ｗ0.1Ｃ0.5Ｎ0.5、Ｔｉ0.75Ｎｂ0.15Ｗ0.1Ｃ0.4Ｎ0.6、Ｔｉ0.7Ｎｂ0.15Ｗ0.15Ｃ0.6Ｎ0.4などを挙げることができる。
【００３８】
＜金属結合相＞
金属結合相２は、鉄族元素を含む。すなわち金属結合相２は、その主成分が鉄族元素である。金属結合相２は、鉄族元素の他、硬質相１から混入する不可避元素、微量の不純物元素などを含むことができる。金属結合相２における鉄族元素の含有量は、金属である状態を維持して脆性的な中間化合物の形成を避ける観点から、９０原子％以上であることが好ましく、９５原子％以上であることがより好ましい。金属結合相２における鉄族元素の含有量の上限は、１００原子％である。ここで鉄族元素とは、周期表における第４周期の第８族、第９族および第１０族の元素、すなわち、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、およびニッケル（Ｎｉ）をいう。金属結合相２に含有される鉄族元素以外の元素には、たとえばチタン、ニオブなどが挙げられる。
【００３９】
サーメットにおいて金属結合相２は、その主成分がＣｏであることが好ましい。金属結合相２におけるＣｏを除く鉄族元素の含有量は、７５体積％未満が好ましく、５０体積％未満がより好ましい。
【００４０】
＜ＷＣ相＞
ここで本実施形態に係るサーメットは、ＷＣからなるＷＣ相を含まないことが好ましい。サーメット中でＷＣが過剰に析出することによりＷＣ相が現れると、被削材が鉄鋼系材料である場合、被削材に対するＷＣの凝着性によってサーメットの耐摩耗性および耐欠損性が低下する傾向がある。ただし、高靱性のサーメットを設計するためにＷＣを含ませる必要がある場合、サーメット中のＷＣ相は、その含有率を１体積％以下とすることが好ましい。すなわちサーメットは、ＷＣからなるＷＣ相を含み、ＷＣ相は、その含有率が１体積％以下であることが好ましい。サーメット中のＷＣ相の含有率が１体積％を超える場合、耐鋼凝着性の低下が発生し、耐摩耗性および耐欠損性をバランスよく両立させることが困難となる傾向がある。
【００４１】
サーメットのＷＣ相の含有率（体積％）は、上述したサーメットに占める芯部１１の体積比率の算出方法と同じ方法により求めることができる。ＷＣは、ＳＥＭの観察視野（反射電子像）において高輝度（白色）の粒子として観察される。さらに、サーメット中にＷＣからなるＷＣ相を含まないことは、サーメットに対するＸ線回折法（ＸＲＤ法）を用いた分析に基づき、ＷＣの回折ピークがバックグラウンドレベルであることにより確認することができる。
【００４２】
［サーメットの製造方法］
本実施形態に係るサーメットの製造方法は、特に制限されるべきではないが、次の方法とすることが好ましい。すなわちサーメットの製造方法は、Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZで示される複合炭窒化物からなる第１粉末を得る工程（第１工程）と、上記第１粉末、Ｗを含む第２粉末および鉄族元素を含む第３粉末を混合することにより、混合粉末を得る工程（第２工程）と、混合粉末を加圧成形することにより成形体を得る工程（第３工程）と、成形体を焼結することにより焼結体を得る工程（第４工程）とを含む。上記Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZにおいて、Ｙは、０以上０．０５以下であり、Ｚは、０．３以上０．６以下である。なお上記Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZにおいて、Ｘは、０を超え１未満である。
【００４３】
＜第１工程＞
第１工程は、Ｔｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZで示される複合炭窒化物からなる第１粉末を得る工程である。
【００４４】
第１粉末を得る工程は、ＴｉとＮｂとの２者またはＴｉとＮｂとＷとの３者を含有する酸化物粉末と、炭素を含有する炭素源粉末とを混合することにより、酸化物混合粉末を得る操作（第１操作）と、酸化物混合粉末を造粒することにより造粒体を得る操作（第２操作）と、造粒体を窒素ガスを含む雰囲気において１８００℃以上で熱処理することにより上記複合炭窒化物からなる粉末前駆体を得る操作（第３操作）と、粉末前駆体を解砕することにより上記第１粉末を得る操作（第４操作）とを備える。
【００４５】
（第１操作）
第１操作では、ＴｉとＮｂとの２者またはＴｉとＮｂとＷとの３者を含有する酸化物粉末と、炭素を含有する炭素源粉末とを混合することにより、酸化物混合粉末を得る。
【００４６】
酸化物粉末は、上述のとおりＴｉとＮｂとの２者またはＴｉとＮｂとＷとの３者を含有する酸化物である。この場合において、微細な一次粒径を有する第１粉末を得ることが容易となり、もって芯部のＤ５０を、たとえば３μｍ以下に小さくすることができる。さらに酸化物粉末は、製造に用いる設備などからの混入成分としてＶ、Ｃｒ、Ｍｏからなる群から選ばれる１種類以上の元素を含む場合がある。この場合において酸化物粉末は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏの総量に対し、Ｖ、ＣｒおよびＭｏの合計の含有量が２原子％未満であることが好ましい。酸化物粉末としては、具体的にはＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＷＯ3などの酸化物の粉末を含有する混合粉末を挙げることができる。酸化物粉末は、Ｔｉ0.9Ｎｂ0.1Ｏ2、Ｔｉ0.9Ｎｂ0.05Ｗ0.05Ｏ2などの複合酸化物であってもよい。各元素の酸化数、不純物の含有量などは、目的に反しない限り変更が可能である。
【００４７】
炭素源粉末は、少なくとも炭素を含有する。さらに炭素源粉末は、グラファイトを含むことが好ましく、グラファイトからなることがより好ましい。第１操作では、この炭素源粉末および上記酸化物粉末を混合することにより、酸化物混合粉末を得る。これにより後述する第３操作において、窒素ガスを含む雰囲気下で上記酸化物の還元反応、還元された酸化物におけるＴｉおよびＮｂの相互拡散による固溶化反応、ならびに固溶化されたＴｉおよびＮｂの炭窒化反応を同時かつ連続的に進行させることができる。酸化物粉末にＷを含む場合には、第３操作において窒素ガスを含む雰囲気下で上記酸化物の還元反応、Ｔｉ、ＮｂおよびＷの相互拡散による固溶化反応ならびに固溶化されたＴｉ、ＮｂおよびＷの炭窒化反応を同時かつ連続的に進行させることができる。これにより、第１粉末を効率的に得ることができる。
【００４８】
酸化物粉末および炭素源粉末を混合する混合方法は、従来公知の方法を用いることができる。ただし、酸化物混合粉末の５０％累積個数粒径（以下、「酸化物混合粉末のＤ５０」とも記す）を小さくする観点から、粉砕作用の高い乾式ボールミルによる混合方法、湿式ボールミルによる混合方法を好適に用いることができる。さらに粉砕作用の低い回転羽式流動混合機などを用いた混合方法も適用することができる。酸化物混合粉末のＤ５０は、ＳＥＭを用いて１００００倍の倍率で観察した顕微鏡像に現れた１００個以上の粒子に基づいて求めることができる。この顕微鏡像に現れたすべての粒子について、画像解析ソフト（たとえばＩｍａｇｅＪ）を用いて粒子の面積と等しい面積をもつ円の直径（円相当径）を算出し、その５０％累積個数となる粒子の円相当径を酸化物混合粉末のＤ５０とする。
【００４９】
（第２操作）
第２操作では、上記酸化物混合粉末を造粒することにより造粒体を得る。第２操作における造粒方法は、従来公知の造粒方法を用いることができる。たとえば、スプレードライヤー、押出し造粒機などの既知の装置を用いた方法を挙げることができる。さらに造粒に際し、たとえば、蝋材のようなバインダー成分を結合材として適宜使用することができる。造粒体の形状および寸法は特に限定されるべきではない。造粒体は、たとえば直径が０．５〜５ｍｍ、長さが５〜２０ｍｍの円柱形状とすることができる。
【００５０】
（第３操作）
第３操作では、窒素ガスを含む雰囲気において上記造粒体を１８００℃以上で熱処理することにより上記複合炭窒化物からなる粉末前駆体を得る。第３操作では、窒素ガスを含む雰囲気において、上記造粒体に含まれる酸化物粉末における酸化物中の酸素が、炭素源粉末中の炭素と反応し、酸化物粉末中のＴｉ、Ｎｂなどが還元される。さらに還元されたＴｉ、Ｎｂなどに対し、相互拡散によって相互に固溶化反応が進む。これと同時に還元されたＴｉ、Ｎｂなどに対し、雰囲気中の窒素および炭素源粉末中の炭素と反応する炭窒化反応も起こる。これにより上述したＴｉ1-X-YＮｂXＷYＣ1-ZＮZで示される複合炭窒化物からなる粉末前駆体が形成される。すなわち、雰囲気に含まれる窒素ガスが複合炭窒化物のＮ源となる。
【００５１】
ここで第３操作において、酸化物粉末に代えてＴｉ、Ｎｂを含む金属粉末、Ｔｉ、ＮｂおよびＷを含む金属粉末、Ｔｉ、Ｎｂを含む炭窒化物粉末またはＴｉ、ＮｂおよびＷを含む炭窒化物粉末などを炭素源粉末と混合することにより混合物粉末とし、これを熱処理した場合、上記複合炭窒化物からなる粉末前駆体を得ることができない。なぜならＴｉ、Ｎｂなどを含む金属粉末は、熱処理によって早々と炭窒化反応が進行するため、Ｔｉ、Ｎｂなどの相互拡散による固溶化反応が進行しないからである。さらにＴｉ、Ｎｂなどを含む炭窒化物粉末は、２０００℃を超える高温領域においても化学的に安定であるため、Ｔｉ、Ｎｂなどの相互拡散による固溶化反応が進行しないからである。
【００５２】
第３操作における熱処理の雰囲気は、窒素ガスを含む雰囲気である限り、特に限定されるべきではない。純粋なＮ2ガスであってもよく、Ｎ2ガスに、水素ガス（Ｈ2ガス）、アルゴンガス（Ａｒガス）、ヘリウムガス（Ｈｅガス）、一酸化炭素ガス（ＣＯガス）などが混合された混合ガスでもよい。
【００５３】
第３操作における熱処理の温度は、酸化物粉末の還元反応、固溶化反応および炭窒化反応を進行させ、かつこれを促進させる観点から、１８００℃以上であることが好ましく、２０００℃以上であることがより好ましい。ただし熱処理により得られる粉末前駆体の過度の凝集を防ぐ観点から、２４００℃以下であることが好ましい。
【００５４】
第３操作における熱処理の時間は、酸化物粉末のＤ５０によって調整することが好ましい。たとえば酸化物混合粉末のＤ５０が０．３〜０．５μｍである場合、上述の熱処理の時間は１５〜６０分が好適である。Ｄ５０の値が小さい程、第３操作における熱処理の時間を短くすることが好ましく、Ｄ５０の値が大きい程、第３操作における熱処理の時間を長くすることが好ましい。
【００５５】
第３操作では、ロータリーキルンなどの回転式の連続的な熱処理装置を用いることが好ましい。この熱処理装置は、傾斜した回転式反応管を備えている。さらに回転式反応管を加熱する加熱機構、窒素を含むガスを回転式反応管へ導入するためのガス導入口、窒素を含むガスを回転式反応管から排出するためのガス排出口、回転式反応管内に造粒体を入れるための投入口および粉末前駆体を回転式反応管から取り出すための取出口なども備える。このような熱処理装置は、造粒体を一定条件の下で熱処理することができるため、品質が安定した複合炭窒化物の粉末前駆体を連続的に効率よく製造できるので好ましい。
【００５６】
第３操作では、上記熱処理装置を用いる場合、まず加熱機構を用いて回転式反応管を１８００℃以上に加熱するとともに、窒素ガスを含むガスをガス導入口から導入することにより、回転式反応管の内部を窒素雰囲気とする。さらに回転式反応管の上部の投入口から造粒体を連続的に供給し、回転式反応管を回転させ、造粒体に回転式反応管の内部を移動させることにより、造粒体を熱処理する。これにより、複合炭窒化物からなる粉末前駆体を形成することができる。この粉末前駆体は、回転式反応管の下部の取出口から取り出すことができる。
【００５７】
（第４操作）
第４操作では、上記の粉末前駆体を解砕することにより第１粉末を得る。第４操作において粉末前駆体を解砕する方法は、従来公知の解砕方法を用いることができる。
【００５８】
＜第２工程＞
第２工程は、上記第１粉末、Ｗを含む第２粉末および鉄族元素を含む第３粉末を混合することにより、混合粉末を得る工程である。これらの粉末の混合方法は、従来公知の混合方法を用いることができる。たとえば、粉砕作用の高い乾式ボールミルによる混合方法、湿式ボールミルによる混合方法、粉末の凝集が弱い場合には粉砕作用の低い回転羽式流動混合機を用いた混合方法などを挙げることができる。Ｗを含む第２粉末としては市販のＷＣ粉末などを用いることができ、鉄族元素を含む第３粉末としては市販のＣｏ粉末などを用いることができる。
【００５９】
＜第３工程＞
第３工程は、上述の混合粉末を加圧成形することにより成形体を得る工程である。上記混合粉末の加圧成形方法は、従来公知の加圧成形方法を用いることができる。たとえば、混合粉末を金型に充填し、杵を用いて圧力をかけるプレス法、冷間静水圧成形法、射出成形法、押出成形法などが挙げられる。加圧成形時の圧力は、０．５ｔ／ｃｍ2（約５０ＭＰａ）以上２．０ｔ／ｃｍ2（約２００ＭＰａ）以下であることが好ましい。
【００６０】
＜第４工程＞
第４工程は、上述の成形体を焼結することにより焼結体を得る工程である。成形体を焼結する焼結方法は、液相の生じる温度域で成形体を所定時間保持して行うことが好ましい。焼結温度は１３００℃以上１６００℃以下であることが好ましい。焼結温度は１３００℃以上１５００℃以下であることがより好ましい。保持時間は０．５時間以上２時間以下であることが好ましく、１時間以上１．５時間以下であることがより好ましい。焼結時の雰囲気は、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気または真空（０．５Ｐａ以下程度）とすることが好ましい。
【００６１】
これにより焼結体を得た後、必要に応じて機械加工を行うことにより、最終的な製品としてのサーメットを得ることができる。このような製造方法により得られるサーメットは、耐摩耗性および耐欠損性をバランスよく両立させることができる。ただし、上記の製造方法により得られる焼結体は、表面研磨などの機械加工は必ずしも要せず、焼結体の焼肌のまま最終製品（サーメット）とすることも可能である。
【００６２】
ここで第１粉末の組成およびその原子比は、従来公知の成分分析技術により求めることができる。たとえば、誘導プラズマ発光分光法、高周波燃焼法、熱伝導度法を用いることにより、それぞれ粉末中の組成（金属、炭素および窒素など）およびその含有量を同定することができる。
【００６３】
第１粉末の５０％累計個数粒径（以下、第１粉末のＤ５０とも記す）は、ハンドリングしやすさ、ならびに切削工具として適用する場合において硬度および靱性の両方を良好とする観点から、０．３μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。第１粉末のＤ５０を測定する方法は、芯部のＤ５０を測定する方法と同じであってもよいし、相違していてもよい。すなわち第１粉末のＤ５０は、芯部のＤ５０と同様にＳＥＭを用いて測定することができる。さらに、たとえばレーザー回折式粒度分布測定機（商品名：「マイクロトラックＭＴ３０００ＩＩ」、マイクロトラック・ベル株式会社製）を用い、粒子の屈折率を２．４として測定することができる。第１粉末のＤ５０は、複合炭窒化物の一次粒子のＤ５０を意味する。
【００６４】
［切削工具］
本実施形態に係る切削工具は、上記サーメットを含む。これにより耐摩耗性および耐欠損性がバランスよく両立した切削工具を提供することができる。切削工具は、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ、切削バイト、耐摩工具、摩擦撹拌接合用ツールなどとして好適に使用することができる。
【００６５】
切削工具が刃先交換型切削チップなどである場合、基材は、チップブレーカを有するものも、有さないものも含まれる。さらに被削材を切削する際に切削の中心部となる刃先稜線部は、その形状がシャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与したもの）、ネガランド（面取りをしたもの）、ホーニングとネガランドとを組み合わせたもののいずれのものも含まれる。
【００６６】
さらに本実施形態に係る切削工具は、上記サーメットからなる基材と、この基材を被覆する被膜とを含む。このような切削工具は、被膜をさらに含むことから、耐摩耗性とともに耐溶着性が向上する。被膜は、基材の全面に被覆されていてもよく、一部（たとえば切削性能に大きく寄与する領域である刃先稜線部）のみに被覆されていてもよい。さらに被膜の組成は、特に限定されるべきではなく、従来公知の被膜を任意に採用することができる。
【００６７】
サーメットからなる基材に被膜を被覆する方法は、従来公知の方法を用いることができる。たとえば、物理気相成長（ＰＶＤ）法、化学気相成長（ＣＶＤ）法により被覆することができる。特にＰＶＤ法としては、たとえば抵抗加熱蒸着法、電子線（ＥＢ）蒸着法、分子線成長（ＭＢＥ）法、イオンめっき法、イオンビーム堆積法、スパッタ法などを用いることができる。
【実施例】
【００６８】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００６９】
≪実施例１≫
＜試料１〜試料９および試料Ａ〜試料Ｂのサーメットの作製＞
（第１工程）
酸化物粉末として、市販のＴｉＯ２粉末（サイズ約０．５μｍ、株式会社高純度化学研究所製）および市販のＮｂ２Ｏ５粉末（サイズ約１μｍ、株式会社高純度化学研究所製）を準備した。さらに炭素源粉末として市販のグラファイト粉末（サイズ約５μｍ、株式会社高純度化学研究所製）を準備した。これらを表１の試料１〜試料９に示す複合炭窒化物の化学組成、ならびに試料Ａおよび試料Ｂに示す炭窒化物の化学組成となるような配合比でそれぞれ混合することにより、試料１〜試料９および試料Ａ〜試料Ｂに対応する酸化物混合粉末を得た（第１操作）。混合は、ボールミル法により行なった。【００７０】
次に、上記酸化物混合粉末を押出し造粒機（押出し穴径：φ２．５ｍｍ）を用いて造粒することにより、平均直径が２．４ｍｍで平均長さが１０ｍｍ程度の円柱形状の造粒体を得た（第２操作）。造粒体の平均直径および平均長さは、マイクロメータにより測定した。【００７１】
次に、上記造粒体を上述したロータリーキルンを用いて窒素雰囲気中、１８００℃で熱処理することにより複合炭窒化物または炭窒化物からなる粉末前駆体を得た（第３操作）。造粒体がロータリーキルン内の加熱区間を通過する通過時間は約３０分であった。【００７２】
最後に、上記粉末前駆体を公知の解砕機（転動ボールミル、粉砕メディアとしてφ４．５ｍｍの超硬ボールを使用）を用いて乾式解砕した（第４操作）。これにより表１に示す化学組成を有する試料１〜試料９の複合炭窒化物の粉末（第１粉末）ならびに試料Ａおよび試料Ｂの炭窒化物の粉末を得た。【００７３】
（第２工程）
上述の第１粉末８０体積％と、第２粉末としての市販のＷＣ粉末（商品名：「ＷＣ−２５」、日本新金属株式会社製）５体積％と、第３粉末としての市販のＣｏ粉末（サイズ約５μｍ、株式会社高純度化学研究所製）１５体積％とを混合することにより混合粉末を得た。この混合は、ボールミル法により４８時間行なった。【００７４】
（第３工程）
上記の混合粉末を樟脳とエタノールとを用いて造粒し、所定の成形型を用いてプレス成形（圧力＝１．０ｔ／ｃｍ2（約１００ＭＰａ）することにより、成形体を得た。【００７５】
（第４工程）
成形体を焼結炉に装入し、減圧窒素雰囲気下（０．１ｋＰａ）において焼結温度１５００℃かつ保持時間１時間の条件で焼結することにより焼結体を得、この焼結体を試料１〜試料９および試料Ａ〜試料Ｂのサーメットとした。【００７６】
上記サーメットに対し、その硬質相の組成について上述した方法によりＳＥＭに付帯されたＥＤＸを用いて分析した。その結果、上記サーメットにおける硬質相は、表１の試料１〜試料９および試料Ａ〜試料Ｂに示す化学組成の複合炭窒化物を、芯部が有していることを確認した。さらに上記硬質相は、芯部の複合炭窒化物の組成よりもＷの含有量が多い組成を有する周辺部を含み、かつ、この周辺部が芯部の少なくとも一部を被覆していることを確認した。試料１〜試料９および試料Ａ〜試料Ｂのサーメットにおける周辺部の組成も表１に示す。【００７７】
＜試料１〜試料９および試料Ａ〜試料Ｂの切削工具の作製＞
上記サーメットの表面である焼肌を番号♯４００のダイヤモンドホイール（番号（＃）は目の細かさを意味し、数字が大きくなるほど目が細かくなる）を用いて研削除去するなどの機械加工を施すことにより、その形状をＣＮＧＮ１２０４０８の工具形状とした。さらに上記の工具形状としたサーメットに対して刃先処理を施すことにより、試料１〜試料９および試料Ａ〜試料Ｂの切削工具を作製した。これらの切削工具に対し、次の切削試験に供した。【００７８】
＜切削試験＞
試料１〜試料９および試料Ａ〜試料Ｂの切削工具に対し、下記の条件で耐摩耗性試験および耐欠損性試験をそれぞれ行なった。これらの結果を表１に示す。切削工具（サーメット）の芯部に含まれる複合炭窒化物が所定の組成である場合に、上記耐摩耗性試験、耐欠損性試験の両方で良好な結果が得られると考えられる。【００７９】
（耐摩耗性試験）
被削材：ＳＣＭ４３５
周速  ：２３０ｍ／ｍｉｎ
送り  ：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：１．０ｍｍ
切削油：あり。【００８０】
耐摩耗性試験では、各試料における刃先の逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍ以上となるまでの切削時間（単位は、分）を寿命として判定した。この時間が長い程、耐摩耗性に優れると評価される。【００８１】
（耐欠損性試験）
被削材：ＳＣＭ４３５スロット溝付き
周速  ：３００ｍ／ｍｉｎ
送り  ：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：１．５ｍｍ
切削油：あり。【００８２】
耐欠損性試験では、各試料における刃先が欠損するまでに、刃先にスロット溝が衝突した回数を評価した。この回数が多い程、耐欠損性に優れると評価される。【００８３】
【表１】
2019220533.tif 000003
【００８４】
＜考察＞
表１によれば、実施例（試料１〜試料９）の切削工具は、比較例（試料Ａ、試料Ｂ）の切削工具に比べ、耐摩耗性および耐欠損性の両方の性能がバランスよく両立していることが分かる。【００８５】
≪実施例２≫
＜試料１１〜試料１９および試料１１１〜試料１１６のサーメットの作製＞
（第１工程）
酸化物粉末として、市販のＴｉＯ２粉末（サイズ約０．５μｍ、株式会社高純度化学研究所製）、市販のＮｂ２Ｏ５粉末（サイズ約１μｍ、株式会社高純度化学研究所製）および市販のＷＯ３粉末（純度３Ｎ、株式会社高純度化学研究所製）を準備した。さらに炭素源粉末として市販のグラファイト粉末（サイズ約５μｍ、株式会社高純度化学研究所製）を準備した。これらを表２の試料１１〜試料１９および試料１１１〜試料１１６に示す複合炭窒化物の化学組成となるような配合比でそれぞれ混合することにより、試料１１〜試料１９および試料１１１〜試料１１６に対応する酸化物混合粉末を得た（第１操作）。混合は、ボールミル法により行なった。【００８６】
次に、上記酸化物混合粉末を押出し造粒機（押出し穴径：φ２．５ｍｍ）を用いて造粒することにより、平均直径が２．４ｍｍで平均長さが１０ｍｍ程度の円柱形状の造粒体を得た（第２操作）。造粒体の平均直径および平均長さは、マイクロメータにより測定した。【００８７】
次に、上記造粒体を上述したロータリーキルンを用いて窒素雰囲気中、１８００℃で熱処理することにより複合炭窒化物からなる粉末前駆体を得た（第３操作）。造粒体がロータリーキルン内の加熱区間を通過する通過時間は約３０分であった。【００８８】
最後に、上記粉末前駆体を公知の解砕機（転動ボールミル、粉砕メディアとしてφ４．５ｍｍの超硬ボールを使用）を用いて乾式解砕した（第４操作）。これにより表２示す化学組成の複合炭窒化物を有する試料１１〜試料１９および試料１１１〜試料１１６の第１粉末を得た。【００８９】
第１粉末における複合炭窒化物の組成は、上述した方法を用いて同定した。複合炭窒化物中のＣ量およびＮ量は、上述した酸化物粉末とともに添加する炭素源粉末の添加量、熱処理の窒素雰囲気における窒素濃度を調整することにより制御することができる。【００９０】
（第２工程）
上述の第１粉末８６体積％と、第２粉末としての市販のＷＣ粉末（商品名：「ＷＣ−２５」、日本新金属株式会社製）２体積％と、第３粉末としての市販のＣｏ粉末（サイズ約５μｍ、株式会社高純度化学研究所製）６体積％および市販のＮｉ粉末（サイズ約０．４μｍ、東邦チタニウム株式会社製）６体積％とを混合することにより混合粉末を得た。この混合は、湿式ボールミル法により４８時間行なった。【００９１】
（第３工程）
上記の混合粉末を樟脳とエタノールとを用いて造粒し、所定の成形型を用いてプレス成形（圧力＝１．０ｔ／ｃｍ2（約１００ＭＰａ））することにより、成形体を得た。【００９２】
（第４工程）
成形体を焼結炉に装入し、減圧窒素雰囲気下（０．１ｋＰａ）において焼結温度１５００℃かつ保持時間１時間の条件で焼結することにより焼結体を得、この焼結体を試料１１〜試料１９および試料１１１〜試料１１６のサーメットとした。【００９３】
上記サーメットに対し、その硬質相の組成について上述した方法によりＳＥＭに付帯されたＥＤＸを用いて分析した。その結果、上記サーメットにおける硬質相は、表２の試料１１〜試料１９および試料１１１〜試料１１６に示す化学組成の複合炭窒化物を、芯部が有していることを確認した。さらに上記硬質相は、芯部の複合炭窒化物の組成よりもＷの含有量が多い組成を有する周辺部を含み、かつ、この周辺部が芯部の少なくとも一部を被覆していることを確認した。試料１１〜試料１９および試料１１１〜試料１１６のサーメットにおける周辺部の組成を表２に示す。さらに図２において試料１１のサーメットの断面を撮影したＳＥＭ像を示す。図２中、濃色（黒色）で示される領域が芯部であり、この芯部の少なくとも一部または全部を被覆し、かつ灰色で示される領域が周辺部である。この芯部および周辺部からなる領域により硬質相が形成される。さらに図２中、白色で示される領域は、金属結合相である。【００９４】
＜試料１１〜試料１９および試料１１１〜試料１１６の切削工具の作製＞
上記サーメットの表面である焼肌を番号♯４００のダイヤモンドホイール（番号（＃）は目の細かさを意味し、数字が大きくなるほど目が細かくなる）を用いて研削除去するなどの機械加工を施すことにより、その形状をＣＮＧＮ１２０４０８の工具形状とした。さらに上記の工具形状としたサーメットに対して刃先処理を施すことにより、試料１１〜試料１９および試料１１１〜試料１１６の切削工具を作製した。これらの切削工具に対し、次の切削試験に供した。【００９５】
＜切削試験＞
試料１１〜試料１９および試料１１１〜試料１１６の切削工具に対し、下記の条件で耐摩耗性試験および耐欠損性試験をそれぞれ行なった。これらの結果を表２に示す。切削工具（サーメット）の芯部に含まれる複合炭窒化物が所定の組成である場合に、上記耐摩耗性試験、耐欠損性試験の両方で良好な結果が得られると考えられる。【００９６】
（耐摩耗性試験）
被削材：ＳＣＭ４３５
周速  ：２５０ｍ／ｍｉｎ
送り  ：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：１．５ｍｍ
切削油：なし。【００９７】
耐摩耗性試験では、各試料における刃先の逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍ以上となるまでの切削時間（単位は、分）を寿命として判定した。この時間が長い程、耐摩耗性に優れると評価される。【００９８】
（耐欠損性試験）
被削材：ＳＣＭ４１５スロット溝付き
周速  ：６０ｍ／ｍｉｎ
送り  ：０．５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：２．０ｍｍ
切削油：なし。【００９９】
耐欠損性試験では、各試料における刃先が欠損するまでに、刃先にスロット溝が衝突した回数を評価した。この回数が多い程、耐欠損性に優れると評価される。表２の「耐欠損性」の欄における「初期に欠損」の表記は、試験開始直後に欠損したことにより、上記の回数が計測できなかったことを意味する。【０１００】
【表２】
2019220533.tif 000004
【０１０１】
＜考察＞
表２によれば、実施例（試料１１〜試料１９）の切削工具は、比較例（試料１１１〜試料１１６）の切削工具に比べ、耐摩耗性および耐欠損性の両方の性能がバランスよく両立していることが分かる。【０１０２】
≪実施例３≫
＜試料２１〜試料２７のサーメットの作製＞
試料２１〜試料２７のサーメットの作製に関し、まず実施例１と同じ酸化物粉末および炭素源粉末を用いて第１工程を行なうことにより、複合炭窒化物の組成がＴｉ0.85Ｎｂ0.15Ｃ0.5Ｎ0.5である第１粉末を得た。この第１粉末と、第２粉末としての市販のＷＣ粉末（商品名：「ＷＣ−２５」、日本新金属株式会社製）と、第３粉末としての市販のＣｏ粉末（サイズ約５μｍ、株式会社高純度化学研究所製）および市販のＮｉ粉末（サイズ約０．４μｍ、東邦チタニウム株式会社製）とを表３に示す配合組成で配合し、これに対して湿式ボールミル法を用いて４８時間混合することにより混合粉末を得た（第２工程）。その後、実施例１と同じ第３工程および第４工程を経ることにより、試料２１〜試料２７のサーメットを作製した。【０１０３】
表３に示した配合組成の欄において「ＴｉＮｂＣＮ」とあるのはＴｉ0.85Ｎｂ0.15Ｃ0.5Ｎ0.5を意味し、たとえば「８２ＴｉＮｂＣＮ」とは、混合粉末中にＴｉ0.85Ｎｂ0.15Ｃ0.5Ｎ0.5が８２質量％含まれることを意味する。【０１０４】
上記サーメットに対し、上述した方法によりＳＥＭに付帯されたＥＤＸを用いてサーメット中のＷＣ相の含有率（体積％）を求めた。その結果を表３に示す。さらに上記サーメットの硬質相の組成についてもＳＥＭに付帯されたＥＤＸを用いて分析し、芯部がＴｉ0.85Ｎｂ0.15Ｃ0.5Ｎ0.5であることを確認した。さらに、上記硬質相は、Ｔｉ0.85Ｎｂ0.15Ｃ0.5Ｎ0.5よりもＷの含有量が多い組成を有する周辺部を含み、かつ、この周辺部が芯部の少なくとも一部を被覆していることを確認した。周辺部の複合炭窒化物の組成は、たとえば試料２１においてＴｉ0.82Ｎｂ0.14Ｗ0.04Ｃ0.52Ｎ0.48であった。【０１０５】
＜試料２１〜試料２７の切削工具の作製＞
上記サーメットに対し、焼結後の焼肌を番号♯４００のダイヤモンドホイール（番号（＃）は目の細かさを意味し、数字が大きくなるほど目が細かくなる）を用いて研削除去する等の機械加工を施すことにより、その形状をＳＮＧＮ１２０４０８の工具形状とした。さらに上記の工具形状としたサーメットに対して刃先処理を施すことにより、試料２１〜試料２７の切削工具を作製した。これらの切削工具に対し、次の切削試験に供した。【０１０６】
＜切削試験＞
試料２１〜試料２７の切削工具に対し、下記の条件で耐摩耗性試験および耐欠損性試験をそれぞれ行なった。これらの結果を表３に示す。切削工具におけるＷＣ相の含有率が１体積％以下である場合に、上記耐摩耗性試験、耐欠損性試験の両方でより良好な結果が得られると考えられる。【０１０７】
（耐摩耗性試験）
被削材：ＳＣＭ４３５
周速  ：２００ｍ／ｍｉｎ
送り  ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：１．０ｍｍ
切削油：あり。【０１０８】
耐摩耗性試験では、各試料における刃先の逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍ以上となるまでの切削時間（単位は、分）を寿命として判定した。この時間が長い程、耐摩耗性に優れると評価される。【０１０９】
（耐欠損性試験）
被削材：ＳＣＭ４１５スロット溝付き
周速  ：１００ｍ／ｍｉｎ
送り  ：０．５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：１．５ｍｍ
切削油：なし。【０１１０】
耐欠損性試験では、各試料における刃先が欠損するまでに、刃先にスロット溝が衝突した回数を評価した。この回数が多い程、耐欠損性に優れると評価される。【０１１１】
【表３】
2019220533.tif 000005
【０１１２】
＜考察＞
表３によれば、ＷＣ相の含有率が１体積％以下である試料２１〜試料２４の切削工具（サーメット）は、ＷＣ相の含有率が１体積％を超えた試料２６〜試料２７の切削工具（サーメット）よりも耐摩耗性および耐欠損性の両方で優れることが理解される。試料２５については、ＷＣが添加されておらず、芯部よりもＷの含有量が多い組成を有する周辺部が形成されなかったため、試料２１〜試料２４の切削工具よりも耐摩耗性および耐欠損性の両方で性能が劣った。試料２５は、周辺部を含んでいないため比較例である。【０１１３】
≪実施例４≫
＜試料３１〜試料３７の作製＞
試料３１〜試料３７のサーメットの作製に関し、まずその複合炭窒化物の化学組成において、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｖ、ＣｒおよびＭｏの総量に占める合計の含有量（原子％）が表４に示すとおりとなる不純物（Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ）が含まれるように、Ｖ２Ｏ５（純度３Ｎ、株式会社高純度化学研究所製）、Ｃｒ２Ｏ３（サイズ約３μｍ、株式会社高純度化学研究所製）、ＭｏＯ３（純度３Ｎ、株式会社高純度化学研究所製）を添加した第１粉末を準備した。それ以外については試料１１と同じとし、実施例２と同じ製造工程を経ることによって試料３１〜試料３７のサーメットをそれぞれ作製した。さらに、サーメットの形状はＣＮＧＮ１２０４０８とした。【０１１４】
次いで、試料３１〜試料３７のサーメットを基材とし、この基材を以下のＰＶＤ条件によりＴｉＡｌＮからなる被膜で被覆することにより試料３１〜試料３７の切削工具を作製した。【０１１５】
（ＰＶＤ条件）
ＡｌＴｉターゲット（ターゲット組成、Ａｌ：Ｔｉ＝５０：５０）
アーク電流：１００Ａ
バイアス電圧：−１００Ｖ
チャンバ内圧力：４．０Ｐａ
反応ガス：窒素。【０１１６】
試料３１〜試料３７の切削工具に対し、次の条件により切削試験（耐欠損性試験）を行なった。その結果を表４に示す。【０１１７】
（耐欠損性試験）
被削材：ＳＣＭ４１５スロット溝付き
周速  ：６０ｍ／ｍｉｎ
送り  ：０．６ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：２．０ｍｍ
切削油：なし。【０１１８】
この耐欠損性試験では、切削時間を１分とし、１分経過時点で欠損が確認されないものを良品と判定した。表４において、１分が経過するまでに欠損が目視で確認された試料については、その確認された時間（秒）を記載した。【０１１９】
【表４】
2019220533.tif 000006
【０１２０】
＜考察＞
表４によれば、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｖ、ＣｒおよびＭｏの総量に占めるＶ、ＣｒおよびＭｏの合計の含有量が２原子％未満である試料３１〜試料３３の切削工具は、試料３４〜試料３７の切削工具に比べ、耐欠損性により優れることが理解される。【０１２１】
≪実施例５≫
＜試料４１〜試料４６のサーメットの作製＞
（第１工程）
試料４１〜試料４６のサーメットの作製に関し、まず実施例１と同じ酸化物粉末および炭素源粉末を用いて第１操作を行なうことにより、試料１１と同じ組成を有する酸化物混合粉末を得た。さらに、実施例１と同じ第２操作を経た後、第３操作において減圧窒素雰囲気下（０．１ｋＰａ）において焼結温度２２００℃かつ保持時間１時間の条件により熱処理を行なうことにより粉末前駆体を得、続いて第４操作において粉末前駆体を解砕することにより、一次粒子の平均粒径（Ｄ５０）が３．８μｍの第１粉末を得た。この平均粒
＜試料４１〜試料４６のサーメットの作製＞
（第１工程）
試料４１〜試料４６のサーメットの作製に関し、まず実施例２と同じ酸化物粉末および炭素源粉末を用いて第１操作を行なうことにより、試料１１と同じ組成を有する酸化物混合粉末を得た。さらに、実施例２と同じ第２操作を経た後、第３操作において減圧窒素雰囲気下（０．１ｋＰａ）において焼結温度２２００℃かつ保持時間１時間の条件により熱処理を行なうことにより粉末前駆体を得、続いて第４操作において粉末前駆体を解砕することにより、一次粒子の平均粒径（Ｄ５０）が３．８μｍの第１粉末を得た。この平均粒径は、上述のレーザー回折式粒度分布測定機を用いて測定した。【０１２２】
さらに、上述した粒径を有する第１粉末に対してボールミルを用いた粉砕加工を施し、試料４１〜試料４６において、それぞれ芯部の粒径が表５に示す値となるように粉末粒度を調整した。【０１２３】
（第２工程〜第４工程）
上述の粒度を調整した第１粉末に対し、実施例２と同じ第２工程〜第４工程を経ることにより、試料４１〜試料４６のサーメットを作製した。【０１２４】
＜試料４１〜試料４６の切削工具の作製＞
試料４１〜試料４６のサーメットに対し、実施例２と同じ方法を用いて試料４１〜試料４６の切削工具を作製した。試料４１〜試料４６の切削工具に対し、実施例２と同じ条件の下で耐摩耗性試験および耐欠損性試験をそれぞれ行なった。これらの結果を表５に示す。なお、試料４２の切削工具と試料１１の切削工具とは、芯部の粒径が同一であって、かつその製造方法も同じであるので、下記の耐摩耗性試験および耐欠損性試験において同じ結果が得られた。【０１２５】
【表５】
2019220533.tif 000007
【０１２６】
＜考察＞
表５によれば、芯部の粒径が０．５〜３μｍである試料４１〜試料４４の切削工具は、試料４５〜試料４６の切削工具に比べ、耐摩耗性および耐欠損性がバランスよく両立していることが分かる。【０１２７】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。【０１２８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１２９】
１    硬質相
１１  芯部
１２  周辺部
２    金属結合相
【図１】
2019220533.tif 000008
【図２】
2019220533.tif 000009
【国際調査報告】
2019220533.tif 000010
2019220533.tif 000011