挖掘刀片、挖掘工具及挖掘刀片的制造方法技术

本发明专利技术的挖掘刀片具有刀片主体，该刀片主体具备随着朝向前端侧而变细的前端部，在刀片主体的前端部的表面形成有硬质层，硬质层的最外层为具有70～95体积％的cBN粒子的cBN烧结体，观察最外层的截面组织时，宽度为1nm以上30nm以下且含有Al、B及N并且O含量相对于Al含量的比例为0.1以下的结合相存在于相邻的cBN粒子之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】挖掘刀片、挖掘工具及挖掘刀片的制造方法
本专利技术涉及一种安装于挖掘工具的前端部并进行挖掘的挖掘刀片、这种挖掘刀片安装于前端部的挖掘工具及挖掘刀片的制造方法。本申请主张基于2016年4月20日于日本申请的专利申请2016-084176号的优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
作为这种挖掘刀片，已知有一种为了实现冲击挖掘用钻头的长寿命化而在由硬质合金构成的刀片主体的基体前端部包覆有由比该刀片主体更硬质的多晶金刚石的烧结体构成的硬质层的挖掘刀片。例如，专利文献1中提出一种在具有圆柱状的后端部及呈半球状且外径随着朝向前端侧逐渐变小的前端部的刀片主体的上述前端部包覆有多层这种多晶金刚石烧结体的硬质层的挖掘刀片。并且，作为挖掘刀片，已知有一种接合于挖掘器的前端的挖掘刀片，其中，该挖掘器安装在露天开采和长壁式采掘中使用的滚筒式挖掘装置的转筒的外周。专利文献2中提出一种利用金刚石和/或立方晶氮化硼包覆刀片主体的大致圆锥状的前端部的挖掘刀片。专利文献3中提出一种包覆刀片主体的大致圆锥状的前端部的最外层选自多晶金刚石、多晶立方晶氮化硼、单晶金刚石及立方晶氮化硼复合材料。关于立方晶氮化硼烧结体，专利文献4中记载到，通过使用金属催化剂能够制造出高硬度的立方晶氮化硼烧结体。并且，专利文献5中提出一种为了提高强度及韧性而由具备含Al2O、AlB2、AlN、TiB2及TiN的结合相的立方晶氮化硼烧结体构成的切削工具。专利文献1：美国专利第4694918号说明书专利文献2：美国专利第6051079号说明书专利文献3：欧洲专利申请公开第2053198号说明书专利文献4：日本专利第5182582号公报专利文献5：日本特开平8-197307号公报然而，多晶金刚石烧结体与硬质合金相比耐磨性高，但韧性低，因此耐缺损性差，往往在超硬岩层的挖掘中引起突发性的硬质层崩刀和缺损。并且，金刚石烧结体因在Fe系或Ni系的矿山中相容性高而无法使用。此外，金刚石烧结体的耐热温度也达700℃左右，因此在暴露于比这个温度高的温度条件下无法使用金刚石烧结体。例如，在如干燥环境中进行的露天开采那样温度高达700℃以上的挖掘条件下，因金刚石进行石墨化而导致耐磨性下降。并且，立方晶氮化硼烧结体在Fe系或Ni系的矿山中亲和性低，但与金刚石相比硬度差。专利文献4中记载的立方晶氮化硼烧结体中，在如上述高达700℃以上的挖掘条件下，由于金属的结合相与立方晶氮化硼烧结体的热膨胀系数差而容易发生龟裂。此外，专利文献5中记载的立方晶氮化硼烧结体的硬度较低且耐磨性及耐缺损性不够充分，因此很难应用到挖掘工具中。并且，在这种立方晶氮化硼烧结体中，为了提高硬度而增加烧结体中所含有的立方晶氮化硼粒子的量时，立方晶氮化硼粒子彼此接触，致使与结合相未能充分反应的未烧结部分增加。因此，存在无法获得与立方晶氮化硼粒子的含量相应的硬度的问题。
技术实现思路
本专利技术是在这种背景下完成的，其目的在于提供一种具有与多晶金刚石烧结体匹敌的硬度，且在Fe系或Ni系的矿山或高温的挖掘条件下也能够使用的挖掘刀片，并且提供一种安装有这种挖掘刀片的挖掘工具及挖掘刀片的制造方法。为了解决上述课题以实现这种目的，本专利技术的挖掘刀片安装于挖掘工具的前端部以进行挖掘，该挖掘刀片的特征在于，具有刀片主体，该刀片主体具备：后端部，埋设于所述挖掘工具的工具主体；及前端部，随着朝向从该挖掘工具的表面突出的前端侧而变细，在所述刀片主体的前端部的表面形成有硬质层，所述硬质层具备最外层及夹装于所述最外层与所述刀片主体之间的中间层，所述最外层为具有70～95体积％的立方晶氮化硼粒子及结合相的立方晶氮化硼烧结体，观察所述最外层的截面组织时，宽度为1nm以上30nm以下且含有Al、B及N并且O含量相对于Al含量的比例(原子比)为0.1以下的结合相存在于相邻的立方晶氮化硼粒子之间。本专利技术的挖掘刀片中，优选所述最外层的维氏硬度为3700～4250。并且，优选所述立方晶氮化硼粒子的平均粒径为0.5～8.0μm。优选观察所述最外层的截面组织时，在相邻的立方晶氮化硼粒子之间存在宽度为1nm以上30nm以下且含有Al、B及N的结合相的立方晶氮化硼粒子数相对于立方晶氮化硼粒子总数的比例为0.4以上，宽度为1nm以上30nm以下且含有Al、B及N并且O含量相对于Al含量的比例(原子比)为0.1以下的结合相存在于相邻的立方晶氮化硼粒子之间的立方晶氮化硼粒子数相对于宽度为1nm以上30nm以下且含有Al、B及N的结合相存在于相邻的立方晶氮化硼粒子之间的立方晶氮化硼粒子数的比例为0.5以上。优选所述中间层含有30～70体积％的立方晶氮化硼粒子或金刚石粒子。并且，本专利技术的挖掘钻头的特征在于，上述挖掘刀片安装于工具主体的前端部。并且，本专利技术的挖掘刀片的制造方法制造如下挖掘刀片：具有刀片主体，该刀片主体具备埋设于挖掘工具的工具主体的后端部及随着朝向从该挖掘工具的表面突出的前端侧而变细的前端部，在所述刀片主体的前端部的表面形成有硬质层，所述硬质层具备最外层及夹装于所述最外层与所述刀片主体之间的中间层，该挖掘刀片的制造方法的特征在于，具备：对立方晶氮化硼粒子的表面进行预处理的工序；将所述最外层的结合相的原料粉末与进行预处理的所述立方晶氮化硼粒子进行混合而获得混合粉末的工序；及在压力5.0GPa以上且温度1500℃以上的条件下对所述混合粉末、所述中间层的原料粉末和所述刀片主体进行烧结的工序。本专利技术的挖掘刀片具有与多晶金刚石烧结体匹敌的硬度，在Fe系或Ni系的矿山或高温的挖掘条件下也能够使用该挖掘刀片。附图说明图1为表示本专利技术的挖掘刀片的一实施方式的剖视图。图2为表示将图1所示的实施方式的挖掘刀片安装在前端部的挖掘钻头的剖视图。图3为表示包覆挖掘刀片的前端部的最外层的截面中相邻的两个立方晶氮化硼粒子的界面的用STEM(扫描透射式电子显微镜)拍摄的HAADF(高角环形暗场)图像(80000倍)。图4为图3的视场下的B映射图像的二值图像。图5为图3的视场下的N映射图像的二值图像。图6为图3的视场下的Al映射图像的二值图像。图7为表示图4～6中B、N及Al相重的区域的图。图8为表示通过图像处理使图7中的B、N及Al相重的区域(岛)成近似椭圆的状态的图。图9为绘制由在图8中直线连接各椭圆的短轴的中点而成的折线构成的界面轮廓线的图。图10为在图7的B、N及Al相重的区域绘制界面轮廓线的图，并且是表示根据界面轮廓线得到的立方晶氮化硼粒子之间的结合相的宽度的局部放大图。图11为在图6绘制以界面轮廓线为中心的30nm宽度的测定区域的图。图12为在图3的视场下的O映射图像的二值图像绘制测定区域的图。图13为表示在相邻的立方晶氮化硼粒子之间存在宽度1nm以上30nm以下的结合相的立方晶氮化硼粒子数相对于立方晶氮化硼粒子总数的比例的测定方法的示意图。图14为表示立方晶氮化硼粒子的含量与维氏硬度Hv的关系的曲线图。具体实施方式图1为表示本专利技术的挖掘刀片的一实施方式的剖视图，图2为表示安装有该实施方式的挖掘刀片的本专利技术的挖掘工具的一实施方式的剖视图。本实施方式的挖掘刀片具有刀片主体1，该刀片主体1具备：基体2，由硬质合金等硬质材料构成；及硬质层3，包覆该基体2的至少前端部(图1中为上侧部分)的表面且硬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种挖掘刀片，其安装于挖掘工具的前端部以进行挖掘，该挖掘刀片的特征在于，具有刀片主体，该刀片主体具备：后端部，埋设于所述挖掘工具的工具主体；及前端部，随着朝向从该挖掘工具的表面突出的前端侧而变细，在所述刀片主体的前端部的表面形成有硬质层，所述硬质层具备最外层及夹装于所述最外层与所述刀片主体之间的中间层，所述最外层为具有70～95体积％的立方晶氮化硼粒子及结合相的立方晶氮化硼烧结体，观察所述最外层的截面组织时，宽度为1nm以上30nm以下且含有Al、B及N并且O含量相对于Al含量的比例为0.1以下的结合相存在于相邻的立方晶氮化硼粒子之间，其中，所述O含量相对于Al含量的比例为原子比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.20 JP 2016-0841761.一种挖掘刀片，其安装于挖掘工具的前端部以进行挖掘，该挖掘刀片的特征在于，具有刀片主体，该刀片主体具备：后端部，埋设于所述挖掘工具的工具主体；及前端部，随着朝向从该挖掘工具的表面突出的前端侧而变细，在所述刀片主体的前端部的表面形成有硬质层，所述硬质层具备最外层及夹装于所述最外层与所述刀片主体之间的中间层，所述最外层为具有70～95体积％的立方晶氮化硼粒子及结合相的立方晶氮化硼烧结体，观察所述最外层的截面组织时，宽度为1nm以上30nm以下且含有Al、B及N并且O含量相对于Al含量的比例为0.1以下的结合相存在于相邻的立方晶氮化硼粒子之间，其中，所述O含量相对于Al含量的比例为原子比。2.根据权利要求1所述的挖掘刀片，其中，所述最外层的维氏硬度为3700～4250。3.根据权利要求1或2所述的挖掘刀片，其中，所述立方晶氮化硼粒子的平均粒径为0.5～8.0μm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的挖掘刀片，其中，观察所述最外层的截面组织时，在相邻的立方晶氮化硼粒子之间存在宽度为1nm以上30nm以下且含有Al、B及N的结合相的立方晶氮化硼粒子数相对于立方晶氮化硼粒子总数的比例为0.4以上，宽度...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦多约·阿罕默迪·埃科，矢野雅大，松尾俊彦，赤星祐树，竹内悠一郎，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP