[发明专利]高温耐氧化性的无稀有金属硬质烧结体及其制造方法

说明书

本发明提供一种高温耐氧化性优异、在高温条件下的硬度高的硬质烧结体。硬质烧结体含有8.8～34.4mol％的结合相，剩余部分由硬质相和不可避免的杂质所构成。结合相含有以FeAl为主要成分的铁铝以及分散在铁铝中的粒径为1μm以下的氧化铝。硬质相由选自周期表的第四族金属、第五族金属和第六族金属的碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物以及这些物质的固溶体中的至少一种构成。该硬质烧结体是将含有由选自FeAl₂、Fe₂Al₅和FeAl₃中的至少一种构成的铁铝粉末的结合粒子粉末以及由选自周期表的第四族金属、第五族金属和第六族金属的碳化物、氮化物、碳氮化物和硼化物中的至少一种构成的硬质粒子粉末混合并粉碎后进行烧结而得到的。

技术领域

本发明涉及最适于不重磨刀片等切削工具、耐磨用工具、耐腐蚀性部件以及高温用构件等的硬质烧结材料。具体而言，涉及通过使微细的氧化铝均匀地分散在不含有稀有金属的金属结合相内来提高高温耐氧化性、硬度等的便宜的硬质烧结体及其制造方法。

背景技术

以往，作为切削工具、模具和耐热耐磨部件等要求耐磨性、强度和耐热性的材料，广泛采用使用钴、镍等对碳化钨粉末进行烧结而成的超硬合金(WC-Co合金等)。如果在大气中600℃以上的高温状态下使用该超硬合金，则氧化急速地进行，因此，该超硬合金必须在低于该温度的温度条件下使用。然而，由于加工技术的进步，逐渐需要在高温状态下进行切削加工、模具加工，因此，寻求一种能够在更高的温度条件下使用的硬质材料。

另一方面，由于作为碳化钨原料的钨矿山不均匀地分布在一部分地域，所以钨是担负国家风险的稀有金属。因此，采用使用钴、镍等对碳化钛粉末、碳氮化钛粉末进行烧结而成的金属陶瓷代替碳化钨。金属陶瓷的硬度比超硬合金高，耐氧化性优异。

然而，钴、镍也是由资源枯竭的担忧的稀有金属。另外，对于钴而言，其被指定为污染物释放与转移登记(Pollutant Release and Transfer Register，PRTR)法的第一种指定化学物质、劳动安全卫生法的特定化学物质的第二类物质，从成本、环境融合的观点出发，尽量不要使用。根据以上情况，希望开发一种稳定供给资源、不含有稀有金属的便宜的工具用材料。作为稀有金属的对策之一，已知具有由Fe和Al中的一种或两种构成的结合相的超硬合金代替钴(例如，专利文献1)。如果将硬质相中具有碳化钛(TiC)、碳氮化钛(TiCN)的金属陶瓷的结合相由钴、镍置换成铁铝等金属间化合物，则成为不含有稀有金属的硬质材料。

在使铁铝形成结合相的复合材料的制备方法中，将Fe、Al和硬质粒子混合，在烧结时存在使Fe和Al反应而生成FeAl的情况，但由于结晶粒难以微细化，所以难以提高抗弯强度(例如，专利文献1、2)。另外，在将通过燃烧合成等将Fe和Al预先合成并粉碎而成的FeAl粉末(プリアロイ)、硬质粒子与添加物一同混合粉碎后进行烧结而成的复合材料的制备方法(例如，专利文献3)中，通过延长混合粉碎时间提高复合材料的硬度。

然而，如果延长混合粉碎时间，则在结晶粒微细化进行的同时，混合粉末的氧化也在进行。其结果是，硬度等材料特性提高，但由于在烧结时已氧化了的FeAl混合粉末暴露在高温中，所以存在吸附在FeAl和混合粉末表面的氧通过下述化学反应式(1)所示的反应分离成Fe和Al₂O₃，耐氧化性降低的问题。

4FeAl+3O₂→4Fe+2Al₂O₃ (1)

另外，在由硬质粒子形成预制体，熔渗FeAl而成的复合材料的制备方法中，存在复合材料难以致密化、复合材料的硬度、抗弯强度降低的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第2611177号公报；

专利文献2：日本特表平10-511071号公报；