高温耐氧化性的无稀有金属硬质烧结体及其制造方法技术

本发明专利技术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FeAl

Non noble metal hard sintered body with high temperature oxidation resistance and manufacturing method thereof

The present invention provides a hard sintered body with excellent high-temperature oxidation resistance and high hardness at high temperature. The hard sintered body contains 8.8 ~ 34.4mol% bonded phase, and the remainder is composed of hard phase and unavoidable impurity. The binding phase contains iron and aluminum with FeAl as the main component, and alumina particles dispersed in iron and aluminum having a particle size of 1 m or less. The hard phase consists of at least one of a group of fourth metals selected from the periodic table, fifth groups of metals and sixth groups of metal carbides, nitrides, nitrides, boride, and solid solutions of these substances. The hard sintered body is to be comprised of selected FeAl

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高温耐氧化性的无稀有金属硬质烧结体及其制造方法
本专利技术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。
技术介绍
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(PollutantReleaseandTransferRegister，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；专利文献3：日本特表2002-501983号公报。
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术是鉴于上述情况而完成的，其课题在于，提供一种不使用稀有金属、具有能够作为工具使用的抗弯强度、高温耐氧化性优异、在高温条件下的硬度高且便宜的硬质烧结体及其制造方法。解决问题的技术方案为了实现上述课题，本专利技术由以下技术方案构成。本专利技术的硬质烧结体，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。本专利技术的硬质烧结体的制造方法具有：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，得到混合粉末的混合粉碎工序；以及对混合粉末进行烧结的烧结工序。本专利技术的切削用或耐磨用工具将本专利技术的硬质烧结体作为原料。专利技术效果根据本专利技术，能够得到高温耐氧化性优异、在高温条件下的硬度高的便宜的硬质烧结体。附图说明图1是实施例A3的硬质烧结体的高温氧化试验后的剖面观察和各元素的能量分散型X射线分光测定的分析结果。图2是实施例A3的硬质烧结体和比较例B2的硬质烧结体的X射线衍射图案。图3是通过扫描电子显微镜观察实施例A2的硬质烧结体的图像。图4是通过扫描电子显微镜观察实施例A3的硬质烧结体的图像。图5是通过扫描电子显微镜观察实施例A4的硬质烧结体的图像。图6是通过扫描电子显微镜观察实施例A5的硬质烧结体的图像。图7是通过扫描电子显微镜观察实施例A10的硬质烧结体的图像。图8是通过扫描电子显微镜观察比较例B2的硬质烧结体的图像。图9是表示实施例A1～A3、A10、A17和A20的硬质烧结体和比较例B1和B3的硬质烧结体的400～800℃高温硬度试验结果的图表。具体实施方式下面，一边参照表和附图一边基于实施方式和实施例对本专利技术的硬质烧结体、该硬质烧结体的制造方法以及以该硬质烧结体为原材料的工具进行详细地说明。需要说明的是，适当地省略重复说明。另外，在两个数值之间记作“～”来表示数值范围的情况下，设为这两个数值也被包含在数值范围中。本专利技术的实施方式的硬质烧结体由结合相、硬质相和不可避免的杂质所构成。优选硬质烧结体中的结合相的含量为2.4～53mol％。通过设为该含量，可得到取得抗弯强度、高温耐氧化性、硬度和断裂韧性的平衡的硬质烧结体。如果硬质烧结体中结合相的含量小于2.4mol％，则虽然硬度高，但抗弯强度和高温耐氧化性差。如果硬质烧结体中结合相的含量大于53mol％，则硬度差。结合相含有铁铝和氧化铝。铁铝以FeAl为主要成分。氧化铝的粒径为1μm以下，分散在该铁铝中。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。周期表的第四族金属为Ti、Zr、Hf，第五族元素为V、Nb、Ta，第六族元素为Cr、Mo、W。其中，优选硬质相由选自Ti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或碳化钨及其固溶体中的至少一种构成。根据本实施方式的硬质烧结体的组成，出于提高高温特性、硬度等的目的，在结合相中可以含有选自硼、硅、铬、铌和钼中的至少一种(以下，有时称为“添加物”)。通过使结合相含有添加物，提高烧结性，能够期待致密化、高温蠕变特性的提高、抗氧化特性的提高。优选硬质烧结体中添加物的含量大于0mol％且为25mol％以下。这是因为如果硬质烧结体中的添加物的含量过多，则成为抑制烧结的主要原因，硬质烧结体的各种特性降低。更优选硬质烧结体中的结合相的含量为8.8～34.4mol％。通过设为该含量，可得到高硬度且断裂韧性、抗弯强度和高温耐氧化性优异的硬质烧结体。如果硬质烧结体中的结合相的含量少，则虽然硬度高，但抗弯强度和高温耐氧化性差。如果硬质烧结体中的结合相的含量过多，则硬度差。而且，优选结合相中的氧化铝的含量为24.2～50.0mol％。这是因为如果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬质烧结体，其含有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，其中，所述结合相含有以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，所述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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.10 JP 2014-2085511.一种硬质烧结体，其含有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，其中，所述结合相含有以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，所述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。2.如权利要求1所述的硬质烧结体，其中，所述硬质相由选自Ti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。3.如权利要求1所述的硬质烧结体，其中，所述硬质相由碳化钨及其固溶体中的至少一种构成。4.如权利要求1～3中任一项所述的硬质烧结体，其中，所述结合相还含有选自硼、硅、铬、铌和钼中的至少一种。5.如权利要求1～4中任一项所述的硬质烧结体，其中，所述结合相中的所述氧化铝的含量为24.2～50.0mol％。6.如权利要求1～5中任一项所述的硬质烧结体，其中，所述结合相中的铁铝的铝的含量为24.6～57.7mol％。7.一种硬质烧结体的制造方法，其中，具有：混合粉碎工序，所述混合粉碎工序将含有由选自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，得到混合粉末；以及，烧结工序，所述烧结工序对所述混合粉末进行烧结。8.如权利要求7所述的硬质烧结体的制造方法，其中，所述硬质粒子粉末由选自Ti的碳化物、氮化物、碳氮化物和硼化物中的至少一种构成。9.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：下岛康嗣，古岛亮一，细川裕之，加藤清隆，松本章宏，
申请(专利权)人：国立研究开发法人产业技术综合研究所，
类型：发明
国别省市：日本,JP