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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-18
(45)【発行日】2024-11-26
(54)【発明の名称】超硬合金および切削工具
(51)【国際特許分類】
C22C 29/08 20060101AFI20241119BHJP
B23B 27/14 20060101ALI20241119BHJP
B23B 51/00 20060101ALI20241119BHJP
B23C 5/16 20060101ALI20241119BHJP
C22C 1/051 20230101ALN20241119BHJP
【ＦＩ】
C22C29/08
B23B27/14 B
B23B51/00 M
B23C5/16
C22C1/051 G
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2023577963
(86)(22)【出願日】2023-07-28
(86)【国際出願番号】 JP2023027733
【審査請求日】2024-07-30
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000002130
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】木村 好博
(72)【発明者】
【氏名】城戸 保樹
(72)【発明者】
【氏名】パサート アノンサック
【審査官】國方 康伸
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１９／１１６６１４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０２２－１０９４８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０６８５１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第７３１１８２６（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開２０００－３３６４５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２２／１７２７２９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－０２０５４０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ １／０４－ １／０５９
Ｃ２２Ｃ ２９／００－２９／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の炭化タングステン粒子と、結合相と、を備える超硬合金であって、前記超硬合金は、前記炭化タングステン粒子および前記結合相を合計で８０体積％以上含み、
前記超硬合金は、前記結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含み、
前記超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を含み、
前記超硬合金は、前記第１元素を合計で０．０１原子％以上２０原子％以下含み、
前記結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、
互いに隣接する前記結合相から前記炭化タングステン粒子に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いてライン分析を行って得られた結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離、かつ、Ｙ軸が規格化された強度である座標系に示した第１グラフにおいて、
原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、前記ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、前記第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、
前記第１元素のそれぞれにおいて、前記最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５超であり、
前記強度ＩＢは、前記最大ピーク強度ＩＡの距離Ｐ１から、前記原点と反対側への距離が０．２ｎｍである距離Ｐ２における前記第１元素の強度である、超硬合金。
【請求項2】
前記超硬合金は、前記結合相を１８体積％以下含む、請求項１に記載の超硬合金。【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の超硬合金からなる刃先を備える、切削工具。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、超硬合金および切削工具に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、炭化タングステン（ＷＣ）粒子と、コバルト等を主成分とする結合相とを備える超硬合金が、切削工具の素材に利用されている（特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１６－０９８３９３号公報
【文献】特開２０２１－１１００１０号公報
【発明の概要】
【0004】
本開示の超硬合金は、
複数の炭化タングステン粒子と、結合相と、を備える超硬合金であって、
前記超硬合金は、前記炭化タングステン粒子および前記結合相を合計で８０体積％以上含み、
前記超硬合金は、前記結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含み、
前記超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を含み、
前記超硬合金は、前記第１元素を合計で０．０１原子％以上２０原子％以下含み、
前記結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、
互いに隣接する前記結合相から前記炭化タングステン粒子に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いてライン分析を行って得られた結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離、かつ、Ｙ軸が規格化された強度である座標系に示した第１グラフにおいて、
原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、前記ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、前記第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、
前記第１元素のそれぞれにおいて、前記最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５超であり、
前記強度ＩＢは、前記最大ピーク強度ＩＡの距離Ｐ１から、前記原点と反対側への距離が０．２ｎｍである距離Ｐ２における前記第１元素の強度である、超硬合金である。
複数の炭化タングステン粒子と、結合相と、を備える超硬合金であって、
前記超硬合金は、前記炭化タングステン粒子および前記結合相を合計で８０体積％以上含み、
前記超硬合金は、前記結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含み、
前記超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を含み、
前記超硬合金は、前記第１元素を合計で０．０１原子％以上２０原子％以下含み、
前記結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、
互いに隣接する前記結合相から前記炭化タングステン粒子に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いてライン分析を行って得られた結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離、かつ、Ｙ軸が規格化された強度である座標系に示した第１グラフにおいて、
原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、前記ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、前記第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、
前記第１元素のそれぞれにおいて、前記最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５超であり、
前記強度ＩＢは、前記最大ピーク強度ＩＡの距離Ｐ１から、前記原点と反対側への距離が０．２ｎｍである距離Ｐ２における前記第１元素の強度である、超硬合金である。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【発明を実施するための形態】
【0006】
［本開示が解決しようとする課題］
近年、コスト削減の観点から、各種切削加工において、工具寿命の向上が求められている。高硬度材の切削加工に用いられる切削工具においても、工具寿命の向上が求められている。
近年、コスト削減の観点から、各種切削加工において、工具寿命の向上が求められている。高硬度材の切削加工に用いられる切削工具においても、工具寿命の向上が求められている。
【0007】
そこで、本開示は、工具材料として用いた場合に、特に高硬度材の切削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することのできる超硬合金、ならびに、長い工具寿命を有する切削工具を提供することを目的とする。
【0008】
［本開示の効果］
本開示によれば、切削工具の材料として用いられた場合に、特に高硬度材の切削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することのできる超硬合金、および、長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
本開示によれば、切削工具の材料として用いられた場合に、特に高硬度材の切削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することのできる超硬合金、および、長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
【0009】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の超硬合金は、
複数の炭化タングステン粒子と、結合相と、を備える超硬合金であって、
前記超硬合金は、前記炭化タングステン粒子および前記結合相を合計で８０体積％以上含み、
前記超硬合金は、前記結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含み、
前記超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を含み、
前記超硬合金は、前記第１元素を合計で０．０１原子％以上２０原子％以下含み、
前記結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、
互いに隣接する前記結合相から前記炭化タングステン粒子に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いてライン分析を行って得られた結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離、かつ、Ｙ軸が規格化された強度である座標系に示した第１グラフにおいて、
原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、前記ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、前記第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、
前記第１元素のそれぞれにおいて、前記最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５超であり、
前記強度ＩＢは、前記最大ピーク強度ＩＡの距離Ｐ１から、前記原点と反対側への距離が０．２ｎｍである距離Ｐ２における前記第１元素の強度である、超硬合金である。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の超硬合金は、
複数の炭化タングステン粒子と、結合相と、を備える超硬合金であって、
前記超硬合金は、前記炭化タングステン粒子および前記結合相を合計で８０体積％以上含み、
前記超硬合金は、前記結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含み、
前記超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を含み、
前記超硬合金は、前記第１元素を合計で０．０１原子％以上２０原子％以下含み、
前記結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、
互いに隣接する前記結合相から前記炭化タングステン粒子に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いてライン分析を行って得られた結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離、かつ、Ｙ軸が規格化された強度である座標系に示した第１グラフにおいて、
原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、前記ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、前記第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、
前記第１元素のそれぞれにおいて、前記最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５超であり、
前記強度ＩＢは、前記最大ピーク強度ＩＡの距離Ｐ１から、前記原点と反対側への距離が０．２ｎｍである距離Ｐ２における前記第１元素の強度である、超硬合金である。
【0010】
本開示によれば、切削工具の材料として用いられた場合に、特に高硬度材の切削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することのできる超硬合金、および、長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
【0011】
（２）上記（１）において、前記超硬合金は、前記結合相を１８体積％以下含んでもよい。これによると、工具寿命がさらに向上する。
【0012】
（３）本開示の切削工具は、上記（１）または（２）に記載の超硬合金からなる刃先を備える切削工具である。
【0013】
本開示の切削工具は、長い工具寿命を有することができる。
【0014】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の超硬合金および切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
本開示の超硬合金および切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
【0015】
本開示において「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。
【0016】
本開示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べきではない。
【0017】
本開示において、数値範囲の下限及び上限として、それぞれ１つ以上の数値が記載されている場合は、下限に記載されている任意の１つの数値と、上限に記載されている任意の１つの数値との組み合わせも開示されているものとする。例えば、下限として、ａ１以上、ｂ１以上、ｃ１以上が記載され、上限としてａ２以下、ｂ２以下、ｃ２以下が記載されている場合は、ａ１以上ａ２以下、ａ１以上ｂ２以下、ａ１以上ｃ２以下、ｂ１以上ａ２以下、ｂ１以上ｂ２以下、ｂ１以上ｃ２以下、ｃ１以上ａ２以下、ｃ１以上ｂ２以下、ｃ１以上ｃ２以下が開示されているものとする。
【0018】
［実施形態１：超硬合金］
本開示の一実施形態（以下、「実施形態１」とも記す。）に係る超硬合金は、
複数の炭化タングステン粒子と、結合相と、を備える超硬合金であって、
該超硬合金は、該炭化タングステン粒子および該結合相を合計で８０体積％以上含み、
該超硬合金は、該結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含み、
該超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を含み、
該超硬合金は、該第１元素を合計で０．０１原子％以上２０原子％以下含み、
該結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、
互いに隣接する該結合相から該炭化タングステン粒子に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いてライン分析を行って得られた結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離、かつ、Ｙ軸が規格化された強度である座標系に示した第１グラフにおいて、
原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、該ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、該第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、
該第１元素のそれぞれにおいて、該最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５超であり、
該強度ＩＢは、該最大ピーク強度ＩＡの距離Ｐ１から、該原点と反対側への距離が０．２ｎｍである距離Ｐ２における該第１元素の強度である、超硬合金である。
本開示の一実施形態（以下、「実施形態１」とも記す。）に係る超硬合金は、
複数の炭化タングステン粒子と、結合相と、を備える超硬合金であって、
該超硬合金は、該炭化タングステン粒子および該結合相を合計で８０体積％以上含み、
該超硬合金は、該結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含み、
該超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を含み、
該超硬合金は、該第１元素を合計で０．０１原子％以上２０原子％以下含み、
該結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、
互いに隣接する該結合相から該炭化タングステン粒子に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いてライン分析を行って得られた結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離、かつ、Ｙ軸が規格化された強度である座標系に示した第１グラフにおいて、
原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、該ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、該第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、
該第１元素のそれぞれにおいて、該最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５超であり、
該強度ＩＢは、該最大ピーク強度ＩＡの距離Ｐ１から、該原点と反対側への距離が０．２ｎｍである距離Ｐ２における該第１元素の強度である、超硬合金である。
【0019】
実施形態１の超硬合金は、工具材料として用いた場合に、特に高硬度材の切削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することのできる超硬合金、ならびに、長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。この理由は明らかではないが、以下の通りと推察される。
【0020】
実施形態１の超硬合金は、複数の炭化タングステン粒子（以下、「ＷＣ粒子」とも記す。）と、結合相と、を備え、超硬合金のＷＣ粒子および結合相の合計含有率は８０体積％以上である。これによると、超硬合金は高い硬度および強度を有し、該超硬合金を用いた切削工具は、優れた耐摩耗性および耐欠損性を有することができる。
【0021】
実施形態１の超硬合金は、結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含み、結合相はコバルトを５０質量％以上含む。これによると、超硬合金は高い硬度および強度を有し、超硬合金を用いた切削工具は、優れた耐摩耗性および耐欠損性を有することができる。
【0022】
実施形態１の超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を合計で０．０１原子％以上２０原子％以下含む。実施形態１の超硬合金に対してライン分析を行って得られた第１グラフにおいて、原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在する。これは、炭化タングステン粒子の表層部分に、第１元素の最大濃度領域が存在することを示す。さらに、最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５超である。これは、第１元素が炭化タングステン粒子の内部深くまで侵入していることを示す。
【0023】
実施形態１の超硬合金では、第１元素が炭化タングステン粒子の内部深くまで侵入しているため、第１元素の存在は炭化タングステン粒子の物性に影響を及ぼし、炭化タングステン粒子の硬度が高くなると推察される。このため、実施形態１の超硬合金は、耐摩耗性が向上し、実施形態１の超硬合金を切削工具の材料として用いた場合、切削時に摩耗に起因する損傷の発生が抑制される。
【0024】
＜超硬合金の組成＞
図１に示されるように、実施形態１の超硬合金３は、複数の炭化タングステン粒子１（以下、「ＷＣ粒子」とも記す。）と、結合相２と、を備え、超硬合金３のＷＣ粒子および結合相の合計含有率は８０体積％以上である。該超硬合金のＷＣ粒子および結合相の合計含有率の下限は、８２体積％以上でもよく、８４体積％以上でもよく、８５体積％以上でもよく、８６体積％以上でもよい。該超硬合金のＷＣ粒子および結合相の合計含有率の上限は、１００体積％以下でもよい。該超硬合金のＷＣ粒子および結合相の合計含有率の上限は、製造上の観点から、９９体積％以下でもよく、９８体積％以下でもよい。該超硬合金のＷＣ粒子および結合相の合計含有率は、８０体積％以上１００体積％以下でもよく、８２体積％以上１００体積％以下でもよく、８４体積％以上１００体積％以下でもよい。
図１に示されるように、実施形態１の超硬合金３は、複数の炭化タングステン粒子１（以下、「ＷＣ粒子」とも記す。）と、結合相２と、を備え、超硬合金３のＷＣ粒子および結合相の合計含有率は８０体積％以上である。該超硬合金のＷＣ粒子および結合相の合計含有率の下限は、８２体積％以上でもよく、８４体積％以上でもよく、８５体積％以上でもよく、８６体積％以上でもよい。該超硬合金のＷＣ粒子および結合相の合計含有率の上限は、１００体積％以下でもよい。該超硬合金のＷＣ粒子および結合相の合計含有率の上限は、製造上の観点から、９９体積％以下でもよく、９８体積％以下でもよい。該超硬合金のＷＣ粒子および結合相の合計含有率は、８０体積％以上１００体積％以下でもよく、８２体積％以上１００体積％以下でもよく、８４体積％以上１００体積％以下でもよい。
【0025】
実施形態１の超硬合金は、複数の炭化タングステン粒子と、結合相とからなることができる。本実施形態の超硬合金は、炭化タングステン粒子および結合相に加えて、他の相を含むことができる。他の相としては、例えば、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＯ２、ＴａＣ、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＣ、ＺｒＯ２、ＣｅＣ２、ＣｅＯ２、ＹＣ、Ｙ２Ｏ３、Ｂ４ＣおよびＢ２Ｏ３からなる群より選ばれる少なくとも１種からなる相が挙げられる。
【0026】
実施形態１の超硬合金は、炭化タングステン粒子と、結合相と、他の相とからなることができる。超硬合金の他の相の含有率は、本開示の効果を損なわない範囲において許容される。例えば、超硬合金の他の相の含有率は、０体積％以上２０体積％以下でもよく、０体積％以上１８体積％以下でもよく、０体積％以上１６体積％以下でもよい。この場合、超硬合金のＷＣ粒子および結合相の合計含有率は、８０体積％以上１００体積％未満でもよく、８２体積％以上１００体積％未満でもよく、８４体積％以上１００体積％未満でもよい。
【0027】
実施形態１の超硬合金は、不純物を含むことができる。該不純物としては、例えば、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、硫黄（Ｓ）、が挙げられる。超硬合金の不純物の含有率は、本開示の効果を損なわない範囲において許容される。例えば、超硬合金の不純物の含有率は、０質量％以上０．１質量％未満が好ましい。超硬合金の不純物の含有率は、ＩＣＰ発光分析（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（測定装置：島津製作所「ＩＣＰＳ－８１００」（商標））により測定される。
【0028】
実施形態１の超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率の下限は、６０体積％以上でもよく、６５体積％以上でもよく、６６体積％以上でもよく、６８体積％以上でもよい。該超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率の上限は、９９．９体積％以下でもよく、９９．８体積％以下でもよく、９９体積％以下でもよく、９８体積％以下でもよく、９６体積％以下でもよく、９４体積％以下でもよい。該超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率は、６０体積％以上９９．９体積％以下でもよく、６５体積％以上９９．８体積％以下でもよく、６６体積％以上９９体積％以下でもよく、６８体積％以上９８体積％以下でもよい。
【0029】
実施形態１の超硬合金は、結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含む。該超硬合金の結合相の含有率の下限は、靱性向上の観点から、０．１体積％以上であり、１体積％以上でもよく、２体積％以上でもよく、３体積％以上でもよく、５体積％以上でもよく、８体積％以上でもよい。該超硬合金の結合相の含有率の上限は、硬度向上の観点から、２０体積％以下であり、１９体積％以下でもよく、１８体積％以下でもよく、１７体積％以下でもよく、１６体積％以下でもよく、１５体積％以下でもよい。該超硬合金の結合相の含有率は、０．１体積％以上１８体積％以下でもよく、１体積％以上１８体積％以下でもよく、３体積％以上１７体積％以下でもよく、５体積％以上１６体積％以下でもよく、８体積％以上１５体積％以下でもよい。超硬合金の結合相の含有率が１８体積％以下であると、超硬合金の硬度が更に向上し、耐摩耗性が更に向上するため、超硬合金を材料として用いた切削工具の工具寿命が更に向上する。
【0030】
超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率（体積％）および超硬合金の結合相の含有率（体積％）の測定方法は以下の通りである。
【0031】
（Ａ１）超硬合金の任意の位置を切り出して断面を露出させる。該断面をクロスセクションポリッシャ（日本電子社製）により鏡面加工する。
【0032】
（Ｂ１）超硬合金の鏡面加工面に対して、走査電子顕微鏡－エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ－ＥＤＸ）を用いて分析を行い（装置：Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ社製 Ｇｅｍｉｎｉ４５０（商標））、超硬合金に含まれる元素を特定する。
【0033】
（Ｃ１）超硬合金の鏡面加工面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影して反射電子像を得る。撮影画像の撮影領域は、超硬合金の断面の中央部、すなわち、超硬合金の表面近傍などバルク部分とは明らかに性状が異なる部分を含まない位置（撮像領域がすべて超硬合金のバルク部分となる位置）に設定する。観察倍率は５０００倍である。測定条件は、加速電圧３ｋＶ、電流値２ｎＡ、ワーキングディスタンス（ＷＤ）５ｍｍである。
【0034】
（Ｄ１）上記（Ｃ１）の撮影領域に対して、ＳＥＭ付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＳＥＭ－ＥＤＸ）を用いて分析を行い、該撮影領域における上記（Ｂ１）で特定された元素の分布を特定し、元素マッピング像を得る。
【0035】
（Ｅ１）上記（Ｃ１）で得られた反射電子像をコンピュータに取り込み、画像解析ソフトウェア（ＯｐｅｎＣＶ、ＳｃｉＰｙ）を用いて二値化処理を行う。二値化処理後の画像において、炭化タングステン粒子は白色で示され、結合相は灰色～黒色で示される。なお、二値化の閾値はコントラストにより変化するため、画像ごとに設定する。
【0036】
（Ｆ１）上記（Ｄ１）で得られた元素マッピング像と上記（Ｅ１）で得られた二値化処理後の画像とを重ねることにより、該二値化処理後の画像上で炭化タングステン粒子および結合相のそれぞれの存在領域を特定する。具体的には、二値化処理後の画像において白色で示され、元素マッピング像においてタングステン（Ｗ）および炭素（Ｃ）の存在する領域が、炭化タングステン粒子の存在領域に該当する。二値化処理後の画像において灰色～黒色で示され、元素マッピング像においてコバルト（Ｃｏ）の存在する領域が、結合相の存在領域に該当する。
【0037】
（Ｇ１）上記二値化処理後の画像中に、２４．９μｍ×１８．８μｍの矩形の１つの測定視野を設定する。上記画像解析ソフトウェアを用いて、該測定視野全体の面積を分母として炭化タングステン粒子および結合相のそれぞれの面積百分率を測定する。
【0038】
（Ｈ１）上記（Ｇ１）の測定を、５つの互いに重複しない異なる測定視野において行う。本明細書において、５つの測定視野における炭化タングステン粒子の面積百分率の平均が、超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率（体積％）に相当し、５つの測定視野における結合相の面積百分率の平均が、超硬合金の結合相の含有率（体積％）に相当する。
【0039】
超硬合金がＷＣ粒子および結合相に加えて、他の相を含む場合は、超硬合金の他の相の含有率は、超硬合金全体（１００体積％）から、上記の手順で測定された炭化タングステン粒子の含有率（体積％）および結合相の含有率（体積％）を減ずることにより得ることができる。
【0040】
出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、超硬合金の断面の切り出し箇所、上記（Ｃ１）に記載される撮影領域、上記（Ｇ１）に記載される測定視野を任意に設定し、上記の手順に従い、超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率および結合相の含有率の測定を複数回行っても、測定結果のばらつきは少なく、超硬合金の断面の切り出し箇所、撮影領域、測定視野を任意に設定しても恣意的にはならないことが確認された。
【0041】
＜炭化タングステン粒子＞
実施形態１において、炭化タングステン粒子は、炭化タングステンと、第１元素とを含む。本開示において、炭化タングステン粒子が第１元素を含むことは、超硬合金に対してライン分析を行って得られた第１グラフにおいて、原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在することを確認することにより示される。
実施形態１において、炭化タングステン粒子は、炭化タングステンと、第１元素とを含む。本開示において、炭化タングステン粒子が第１元素を含むことは、超硬合金に対してライン分析を行って得られた第１グラフにおいて、原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在することを確認することにより示される。
【0042】
本開示の効果を損なわない限りにおいて、炭化タングステン粒子は、炭素、タングステンおよび第１元素以外の不純物元素を含むことができる。炭化タングステン粒子の不純物の含有率（不純物を構成する元素が２種類以上の場合は、それらの合計濃度。）は、０．１質量％未満である。炭化タングステン粒子の不純物元素の含有率は、ＩＣＰ発光分析により測定される。
【0043】
実施形態１において、炭化タングステン粒子の平均粒径は特に制限されない。炭化タングステン粒子の平均粒径は、例えば、０．１μｍ以上３．５μｍ以下とすることができる。実施形態１の超硬合金は、炭化タングステン粒子の平均粒径によらず、長い工具寿命を有することができることが確認されている。
【0044】
＜結合相＞
実施形態１において、結合相は、コバルトを５０質量％以上含む。これによって、超硬合金に優れた靱性を付与することができる。結合相のコバルト含有率の下限は、５５質量％以上でもよく、６０質量％以上でもよく、６５質量％以上でもよい。結合相のコバルト含有率の上限は１００質量％以下でもよく、１００質量％未満でもよく、９９質量％以下でもよく、９８質量％以下でもよく、９５質量％以下でもよく、９０質量％以下でもよい。結合相のコバルト含有率は、５０質量％以上１００質量％未満でもよく、６０質量％以上９９質量％以下でもよく、６５質量％以上９８質量％以下でもよく、６５質量％以上９５質量％以下でもよく、６５質量％以上９０質量％以下でもよい。
実施形態１において、結合相は、コバルトを５０質量％以上含む。これによって、超硬合金に優れた靱性を付与することができる。結合相のコバルト含有率の下限は、５５質量％以上でもよく、６０質量％以上でもよく、６５質量％以上でもよい。結合相のコバルト含有率の上限は１００質量％以下でもよく、１００質量％未満でもよく、９９質量％以下でもよく、９８質量％以下でもよく、９５質量％以下でもよく、９０質量％以下でもよい。結合相のコバルト含有率は、５０質量％以上１００質量％未満でもよく、６０質量％以上９９質量％以下でもよく、６５質量％以上９８質量％以下でもよく、６５質量％以上９５質量％以下でもよく、６５質量％以上９０質量％以下でもよい。
【0045】
結合相のコバルトの含有率の測定方法は、以下の通りである。上記の超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率および結合相の含有率の測定方法の（Ａ１）～（Ｆ１）と同様の方法で、二値化処理後の画像上で結合相の存在領域を特定する。結合相の存在領域に対して、ＳＥＭ－ＥＤＸを用いて分析を行い、結合相のコバルト含有率を測定する。
【0046】
出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、超硬合金の断面の切り出し箇所、上記（Ｃ１）に記載される撮影領域を任意に設定して、上記の手順に従い、結合相のコバルトの含有率の測定を複数回行っても、測定結果のばらつきは少なく、超硬合金の断面の切り出し箇所および撮影領域を任意に設定しても恣意的にはならないことが確認された。
【0047】
実施形態１において、結合相は、コバルトに加えて、硼素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）およびニオブ（Ｎｂ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの第２元素を含むことができる。該結合相は、コバルトと、第２元素と、不可避不純物と、からなることができる。該不可避不純物としては、例えば、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、硫黄（Ｓ）などが挙げられる。結合相の不可避不純物の含有率は０．１質量％未満である。結合相の不純物元素の含有率は、ＩＣＰ発光分析により測定される。
【0048】
＜第１元素＞
実施形態１の超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を含む。超硬合金の第１元素の合計含有率は、０．０１原子％以上２０原子％以下である。ここで、第１元素の合計含有率とは、超硬合金が１種類の第１元素を含む場合は、１種類の第１元素の含有率を意味し、超硬合金が２種類以上の第１元素を含む場合は、超硬合金に含まれるすべての第１元素の合計含有率を意味する。
実施形態１の超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を含む。超硬合金の第１元素の合計含有率は、０．０１原子％以上２０原子％以下である。ここで、第１元素の合計含有率とは、超硬合金が１種類の第１元素を含む場合は、１種類の第１元素の含有率を意味し、超硬合金が２種類以上の第１元素を含む場合は、超硬合金に含まれるすべての第１元素の合計含有率を意味する。
【0049】
超硬合金の第１元素の合計含有率の下限は、硬度向上の観点から、０．０１原子％以上であり、０．０７原子％以上でもよく、０．０９原子％以上でもよく、０．１０原子％以上でもよく、０．５０原子％以上でもよく、１．０原子％以上でもよく、３．０原子％以上でもよく、５．０原子％以上でもよく、７．０原子％以上でもよい。超硬合金の第１元素の含有率の上限は、超硬合金の基礎物性低下抑制の観点から、２０．０原子％以下であり、１７．０原子％以下でもよく、１５．０原子％以下でもよく、１４．０原子％以下でもよく、１０．０原子％以下でもよい。超硬合金の第１元素の合計含有率は、０．０７原子％以上１７．０原子％以下でもよく、０．０９原子％以上１５．０原子％以下でもよく、０．１０原子％以上１５．０原子％以下でもよく、０．５０原子％以上１５．０原子％以下でもよく、１．０原子％以上１４．０原子％以下でもよく、３．０原子％以上１４．０原子％以下でもよく、５．０原子％以上１０．０原子％以下でもよく、７．０原子％以上１０．０原子％以下でもよい。
【0050】
超硬合金に含まれる第１元素の種類および超硬合金に含まれる第１元素の含有率は、ＩＣＰ発光分析により特定される。
【0051】
＜ライン分析＞
実施形態１の超硬合金において、互いに隣接する結合相から炭化タングステン粒子に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いてライン分析を行って得られた結果について、図２を用いて説明する。図２は、実施形態１の超硬合金に対して、超硬合金に含まれる元素であるタングステン、コバルトおよび第１元素（図２では、チタン）についてライン分析を行って得られた結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離［ｎｍ］、かつ、Ｙ軸が規格化された強度（規格化強度）［ａ．ｕ．］である座標系に示した第１グラフの一例である。図２の第１グラフに示される超硬合金では、結合相はコバルトである。第１グラフにおいて、原点ＯはＸ軸の距離が０ｎｍであり、ライン分析結果において、コバルトが最大強度を示す位置に該当する。規格化された強度とは、各元素の強度を、ライン分析が行われた領域内で最も大きい強度を１００として、相対的に示した強度である。
実施形態１の超硬合金において、互いに隣接する結合相から炭化タングステン粒子に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いてライン分析を行って得られた結果について、図２を用いて説明する。図２は、実施形態１の超硬合金に対して、超硬合金に含まれる元素であるタングステン、コバルトおよび第１元素（図２では、チタン）についてライン分析を行って得られた結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離［ｎｍ］、かつ、Ｙ軸が規格化された強度（規格化強度）［ａ．ｕ．］である座標系に示した第１グラフの一例である。図２の第１グラフに示される超硬合金では、結合相はコバルトである。第１グラフにおいて、原点ＯはＸ軸の距離が０ｎｍであり、ライン分析結果において、コバルトが最大強度を示す位置に該当する。規格化された強度とは、各元素の強度を、ライン分析が行われた領域内で最も大きい強度を１００として、相対的に示した強度である。
【0052】
図２に示されるように、第１グラフの原点Ｏに最も近いタングステンのピークＷ１と、ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、第１元素の最大ピークＭが存在する。他のピークＷ２は、ピークＷ１よりも原点Ｏから離れた位置に存在する。すなわち、ピークＷ１の最大ピーク強度Ｉｗ１での距離Ｐｗ１と、ピークＷ２の最大ピーク強度Ｉｗ２での距離Ｐｗ２と、最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡでの距離Ｐ１とは、Ｐｗ１＜Ｐ１＜Ｐｗ２の関係を示す。本開示において、第１グラフにおける各元素のピークのピーク強度とは、各元素のピークの規格化された強度を意味する。
【0053】
最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５超である。強度ＩＢは、最大ピーク強度の距離Ｐ１から、原点と反対側への距離が０．２ｎｍである距離Ｐ２における第１元素の強度である。図２では、第１元素が１種類の元素（チタン）であるため、ピークＭは一つである。第１元素が２種類以上の元素を含む場合、第１元素の最大ピークは元素の種類と同一の数で存在し、全てのピークがピークＷ１とＷ２との間に存在し、それぞれのピークにおいて、割合ＩＢ／ＩＡが０．５超である。
【0054】
割合ＩＢ／ＩＡの下限は、０．５超であり、０．５１以上でもよく、０．５４以上でもよく、０．５５以上でもよく、０．５９以上でもよく、０．６０以上でもよく、０．６５以上でもよく、０．７０以上でもよい。割合ＩＢ／ＩＡの上限は、０．９５以下でもよく、０．９２以下でもよく、０．９０以下でもよく、０．８７以下でもよく、０．８５以下でもよく、０．８０以下でもよい。割合ＩＢ／ＩＡは、０．５１以上０．９５以下でもよく、０．５４以上０．９２以下でもよく、０．５５以上０．９０以下でもよく、０．５９以上０．８７以下でもよく、０．６０以上０．８５以下でもよく、０．６５以上０．８０以下でもよく、０．７０以上０．８０以下でもよい。
【0055】
本開示において、超硬合金のライン分析および分析結果に基づく第１グラフの取得は、以下の手順で行われる。超硬合金をアルゴンイオンスライサー（日本電子社製の「クライオイオンスライサーＩＢ－０９０６０ＢＣＩＳ」（商標））を用いて、加速電圧６ｋＶ、仕上げ２ｋＶの条件で、３０～１００ｎｍの厚みに薄片化して測定用試料を作製する。次いで、該測定用試料をＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）（日本電子社製の「ＪＥＭ－ＡＲＭ３００Ｆ２」（商標））を用いて、加速電圧２００Ｖの条件で、２０万倍で観察することにより、第１画像を得る（図示なし）。
【0056】
第１画像において、炭化タングステン粒子は白色領域として観察され、結合相は黒色領域として観察される。第１画像において、炭化タングステン粒子と結合相との界面を任意に選択する。
【0057】
次に、選択された界面が、画像の中央付近を通るように位置決めを行い、視野サイズが１０ｎｍ×１０ｎｍとなるように観察倍率を調整して観察することにより、第２画像を得る（図示なし）。第２画像において、界面の伸長する伸長方向を確認する。伸長方向に垂直な方向、かつ、結合相内に設けられた位置Ｘ１から、該結合相に隣接する炭化タングステン粒子内に設けられた位置Ｘ２に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＴＥＭ－ＥＤＸ）を用いてライン分析を実施し、タングステン、コバルトおよび第１元素の分布を測定する。ここで、界面の伸長方向に対して垂直な方向とは、伸長方向の接線に対して９０°±５°の角度で交差する直線に沿う方向を意味する。結合相内の位置Ｘ１は、第１グラフにおいて、ピークＭの距離Ｐ１から、原点側への距離が０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下となる位置であって、コバルトのピークを確認できる位置に設定される。炭化タングステン粒子内の位置Ｘ２は、第１グラフにおいて、ピークＭの距離Ｐ１から、原点の反対側への距離が２ｎｍ以上５ｎｍ以下となる位置に設定される。ＥＤＸ実施時の条件は、加速電圧２００ｋＶ、カメラ長１０ｃｍ、画素数１２８×１２８ｐｉｘｅｌ、デュエルタイム０．０２～３ｓ／ｐｉｘｅｌである。
【0058】
タングステン、コバルトおよび第１元素のそれぞれの測定結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離、かつ、Ｙ軸が規格化された強度である座標系に示すことにより、第１グラフを得る。
【0059】
超硬合金において、互いに重複しない５視野の第１画像を任意に取得し、それぞれの第１画像に基づき上述の分析を実施して、５つの第１グラフを得る。４つ以上の第１グラフにおいて、「ピークＷ１と、ピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、かつ、割合ＩＢ／ＩＡが０．５超」の場合、該超硬合金の第１グラフにおいて、「ピークＷ１と、ピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、かつ、割合ＩＢ／ＩＡが０．５超である」と判断される。この判断基準を得るために、本発明者らは複数の超硬合金のそれぞれにおいて、複数のライン分析を行った。その結果、超硬合金のうち、８０％以上の第１グラフにおいて「ピークＷ１と、ピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、かつ、割合ＩＢ／ＩＡが０．５超」が示された場合、該超硬合金は本開示の効果を示すことを確認した。超硬合金の製造方法を考慮すると、ＷＣ粒子と結合相との界面領域におけるタングステンおよび第１元素の存在形態は、同一の超硬合金内ではほぼ同様になるものと推察される。
【0060】
＜超硬合金の製造方法＞
本実施形態の超硬合金は、原料粉末の準備工程、混合工程、成型工程、焼結工程、冷却工程およびＨＩＰ工程を前記の順で行うことにより製造することができる。以下、各工程について説明する。
本実施形態の超硬合金は、原料粉末の準備工程、混合工程、成型工程、焼結工程、冷却工程およびＨＩＰ工程を前記の順で行うことにより製造することができる。以下、各工程について説明する。
【0061】
＜準備工程＞
準備工程は、超硬合金素材を構成する材料の原料粉末を準備する工程である。原料粉末としては、炭化タングステン粉末（以下、「ＷＣ粉末」とも記す）、コバルト（Ｃｏ）粉末、第１元素含有粉末が挙げられる。第１元素含有粉末としては、ＴｉＣＮ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＣｅＣ２粉末、Ｙ２Ｏ３粉末、Ｂ４Ｃ粉末が挙げられる。これらの原料粉末に加えて、ニッケル（Ｎｉ）粉末などを準備することができる。これらの原料粉末は、市販のものを用いることができる。これらの原料粉末の平均粒径は特に制限されず、例えば、０．１～３．０μｍとすることができる。原料粉末の平均粒径とは、ＦＳＳＳ（Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｕｂ－Ｓｉｅｖｅ Ｓｉｚｅｒ）法により測定される平均粒径を意味する。該平均粒径は、Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製の「Ｓｕｂ－Ｓｉｅｖｅ Ｓｉｚｅｒ モデル９５」（商標）を用いて測定される。
準備工程は、超硬合金素材を構成する材料の原料粉末を準備する工程である。原料粉末としては、炭化タングステン粉末（以下、「ＷＣ粉末」とも記す）、コバルト（Ｃｏ）粉末、第１元素含有粉末が挙げられる。第１元素含有粉末としては、ＴｉＣＮ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＣｅＣ２粉末、Ｙ２Ｏ３粉末、Ｂ４Ｃ粉末が挙げられる。これらの原料粉末に加えて、ニッケル（Ｎｉ）粉末などを準備することができる。これらの原料粉末は、市販のものを用いることができる。これらの原料粉末の平均粒径は特に制限されず、例えば、０．１～３．０μｍとすることができる。原料粉末の平均粒径とは、ＦＳＳＳ（Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｕｂ－Ｓｉｅｖｅ Ｓｉｚｅｒ）法により測定される平均粒径を意味する。該平均粒径は、Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製の「Ｓｕｂ－Ｓｉｅｖｅ Ｓｉｚｅｒ モデル９５」（商標）を用いて測定される。
【0062】
＜混合工程＞
混合工程は、準備工程で準備した各原料粉末を所定の割合で混合する工程である。混合工程により、各原料粉末が混合された混合粉末が得られる。各原料粉末の混合割合は、狙いとする超硬合金の組成に応じて適宜調整する。
混合工程は、準備工程で準備した各原料粉末を所定の割合で混合する工程である。混合工程により、各原料粉末が混合された混合粉末が得られる。各原料粉末の混合割合は、狙いとする超硬合金の組成に応じて適宜調整する。
【0063】
各原料粉末の混合は、ボールミルを用いることができる。混合条件は、例えば、メディア径６ｍｍ、回転数２００ｒｐｍ、混合時間２０時間とすることができる。
【0064】
混合工程の後、必要に応じて混合粉末を造粒してもよい。混合粉末を造粒することで、後述する成形工程の際にダイまたは金型へ混合粉末を充填し易い。造粒には、公知の造粒方法が適用でき、例えば、スプレードライヤー等の市販の造粒機を用いることができる。
【0065】
＜成形工程＞
成形工程は、混合工程で得られた混合粉末を切削工具用の形状に成形して、成形体を得る工程である。成形工程における成形方法および成形条件は、一般的な方法および条件を採用すればよく、特に制限されない。
成形工程は、混合工程で得られた混合粉末を切削工具用の形状に成形して、成形体を得る工程である。成形工程における成形方法および成形条件は、一般的な方法および条件を採用すればよく、特に制限されない。
【0066】
＜焼結工程＞
焼結工程において、成形工程で得られた成形体を焼結して、超硬合金を得る。本開示の超硬合金の製造方法においては、まず、Ａｒガス中で圧力５ＭＰａ、温度１４５０℃で４００分保持し（以下、「第１焼結工程」とも記す。）、その後、Ａｒガス中で圧力５ＭＰａ、温度１３５０℃で３００分保持（以下、「第２焼結工程」とも記す。）して、成形体を焼結させて超硬合金中間体を得る。
焼結工程において、成形工程で得られた成形体を焼結して、超硬合金を得る。本開示の超硬合金の製造方法においては、まず、Ａｒガス中で圧力５ＭＰａ、温度１４５０℃で４００分保持し（以下、「第１焼結工程」とも記す。）、その後、Ａｒガス中で圧力５ＭＰａ、温度１３５０℃で３００分保持（以下、「第２焼結工程」とも記す。）して、成形体を焼結させて超硬合金中間体を得る。
【0067】
＜冷却工程＞
冷却工程は、焼結工程後の超硬合金中間体を冷却する工程である。例えばＡｒガス中で上記超硬合金中間体を圧力１００～４００ＭＰａＧの条件下で急冷することができる。
冷却工程は、焼結工程後の超硬合金中間体を冷却する工程である。例えばＡｒガス中で上記超硬合金中間体を圧力１００～４００ＭＰａＧの条件下で急冷することができる。
【0068】
＜ＨＩＰ工程＞
冷却後の超硬合金中間体に対して、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）装置で、１００ＭＰａの圧力を１２０分間負荷する。これにより、超硬合金を得ることができる。
冷却後の超硬合金中間体に対して、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）装置で、１００ＭＰａの圧力を１２０分間負荷する。これにより、超硬合金を得ることができる。
【0069】
＜本実施形態の超硬合金の製造方法の特徴＞
本実施形態において、混合工程は、ボールミルを用いて、回転数２００ｒｐｍ、２０時間行われ、焼結工程は、まず、圧力５ＭＰａ、温度１４５０℃で４００分保持し（第１焼結工程）、その後、圧力５ＭＰａ、温度１３５０℃で３００分保持する（第２焼結工程）という二段階で行われ、ＨＩＰ処理を１００ＭＰａで１２０分行う。これにより、得られた超硬合金の第１グラフは、「ピークＷ１と、ピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、かつ、割合ＩＢ／ＩＡが０．５超」を示すものになると推察される。このような混合条件および焼結条件により、本開示の超硬合金を実現できることは、本発明者らが鋭意検討の結果、新たに見いだしたものである。なお、本実施形態で用いられる混合条件および焼結条件は、生産効率が低下するため、当業者が採用するものではなかった。
本実施形態において、混合工程は、ボールミルを用いて、回転数２００ｒｐｍ、２０時間行われ、焼結工程は、まず、圧力５ＭＰａ、温度１４５０℃で４００分保持し（第１焼結工程）、その後、圧力５ＭＰａ、温度１３５０℃で３００分保持する（第２焼結工程）という二段階で行われ、ＨＩＰ処理を１００ＭＰａで１２０分行う。これにより、得られた超硬合金の第１グラフは、「ピークＷ１と、ピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、かつ、割合ＩＢ／ＩＡが０．５超」を示すものになると推察される。このような混合条件および焼結条件により、本開示の超硬合金を実現できることは、本発明者らが鋭意検討の結果、新たに見いだしたものである。なお、本実施形態で用いられる混合条件および焼結条件は、生産効率が低下するため、当業者が採用するものではなかった。
【0070】
従来の一般的な超硬合金の製造方法において、回転数１００ｒｐｍで混合時間は１０時間程度であり、焼結工程は、所定の温度に昇温後、所定時間維持するという一段階で行われていた。従来の超硬合金の製造方法で得られた超硬合金では、ＷＣ粒子と結合相との界面領域において、第１元素はランダムに配置されており、第１グラフにおいて、ピークＷ１と、ピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在しない。
【0071】
［実施形態２：切削工具］
本実施形態の切削工具は、実施形態１の超硬合金からなる刃先を含む。本開示において、刃先とは、切削に関与する部分を意味する。より具体的には、刃先とは、刃先稜線と、該刃先稜線から超硬合金側への距離が０．５ｎｍまたは２ｍｍである仮想の面と、に囲まれる領域を意味する。
本実施形態の切削工具は、実施形態１の超硬合金からなる刃先を含む。本開示において、刃先とは、切削に関与する部分を意味する。より具体的には、刃先とは、刃先稜線と、該刃先稜線から超硬合金側への距離が０．５ｎｍまたは２ｍｍである仮想の面と、に囲まれる領域を意味する。
【0072】
切削工具としては、例えば、切削バイト、ドリル、エンドミル、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、歯切り工具、リーマまたはタップ等を例示できる。特に、図３に示されるように、本実施形態の切削工具１０は、プリント回路基板加工用の小径ドリルの場合に、優れた効果を発揮することができる。図３に示される切削工具１０の刃先１１は、実施形態１の超硬合金からなる。
【0073】
本実施形態の超硬合金は、これらの工具の全体を構成していてもよいし、一部を構成するものであってもよい。ここで「一部を構成する」とは、任意の基材の所定位置に本実施形態の超硬合金をロウ付けして刃先部とする態様等を示している。
【0074】
本実施形態の切削工具は、超硬合金からなる基材の表面の少なくとも一部を被覆する硬質膜を更に備えてもよい。硬質膜としては、例えば、ダイヤモンドライクカーボンやダイヤモンドを用いることができる。
【0075】
本実施形態の切削工具は、実施形態１の超硬合金を所望の形状に成形して得ることができる。
【実施例】
【0076】
本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。
【0077】
［超硬合金の作製］
以下の手順で各試料の超硬合金を作製した。
以下の手順で各試料の超硬合金を作製した。
【0078】
ＷＣ粉末（平均粒径０．５μｍ）、Ｃｏ粉末（平均粒径１．０μｍ）、ＴｉＣＮ粉末（平均粒径０．１μｍ）、ＴａＣ粉末（平均粒径０．３μｍ）、ＮｂＣ粉末（平均粒径０．３μｍ）、ＺｒＣ粉末（平均粒径０．５μｍ）、ＣｅＣ２粉末（平均粒径０．５μｍ）、Ｙ２Ｏ３粉末（平均粒径０．５μｍ）、Ｂ４Ｃ粉末（平均粒径０．５μｍ）を、表１～表３の「原料粉末」欄に記載の割合で準備した。
【0079】
【表1】
【0080】
【表2】
【0081】
【表3】
【0082】
原料粉末をビーズミルで混合して混合粉末を得た。混合条件（メディア径、回転数、充填率、時間）は、以下の通りである。「充填率」とは、ビーズ充填率を意味する。
≪試料１～試料４８≫
メディア径６ｍｍ、回転数２００ｒｐｍ、充填率４０％、混合時間２０時間。
≪試料４９～試料７６≫
メディア径６ｍｍ、回転数１００ｒｐｍ、充填率４０％、混合時間１０時間。
≪試料１～試料４８≫
メディア径６ｍｍ、回転数２００ｒｐｍ、充填率４０％、混合時間２０時間。
≪試料４９～試料７６≫
メディア径６ｍｍ、回転数１００ｒｐｍ、充填率４０％、混合時間１０時間。
【0083】
次に、混合粉末をプレス成形することにより、切削チップ形状の成形体を作製した。次に、成形体を焼結し、超硬合金中間体を得た。各試料の焼結条件は、以下の通りである。
≪試料１～試料４８≫
第１焼結工程：Ａｒガス中で圧力５ＭＰａ、温度１４５０℃で４００分保持。
第２焼結工程：Ａｒガス中で圧力５ＭＰａ、温度１３５０℃で３００分保持。
≪試料４９～試料７６≫
第１焼結工程：Ａｒガス中で圧力０．１ＭＰａ、温度１４５０℃で６０分保持。
第２焼結工程：なし。
≪試料１～試料４８≫
第１焼結工程：Ａｒガス中で圧力５ＭＰａ、温度１４５０℃で４００分保持。
第２焼結工程：Ａｒガス中で圧力５ＭＰａ、温度１３５０℃で３００分保持。
≪試料４９～試料７６≫
第１焼結工程：Ａｒガス中で圧力０．１ＭＰａ、温度１４５０℃で６０分保持。
第２焼結工程：なし。
【0084】
「第１焼結工程」とは、焼結開始直後に行われる焼結工程である。「第２焼結工程」とは、第１焼結工程後に行われる二段階目の焼結工程である。第２焼結工程の「なし」との記載は、第２焼結工程を行わなかったことを示す。次に、超硬合金中間体をＡｒガス中で圧力２００ＭＰａＧの条件下で急冷した。冷却後の超硬合金中間体に対して、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）装置で、ＨＩＰ処理を行い、各試料の超硬合金を得た。ＨＩＰ処理の条件は、以下の通りである。
≪試料１～試料４８≫
１００ＭＰａの圧力を１２０分間負荷した。
≪試料４９～試料７６≫
１０ＭＰａの圧力を６０分間負荷した。
≪試料１～試料４８≫
１００ＭＰａの圧力を１２０分間負荷した。
≪試料４９～試料７６≫
１０ＭＰａの圧力を６０分間負荷した。
【0085】
［切削工具の作製］
得られた超硬合金を加工し、刃先交換型切削工具（形状：エンドミル）を作製した。
得られた超硬合金を加工し、刃先交換型切削工具（形状：エンドミル）を作製した。
【0086】
［超硬合金の評価］
＜超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率（体積％）および結合相の含有率（体積％）＞
各試料の超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率（体積％）および結合相の含有率（体積％）を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載の通りである。結果を表４～表６の「超硬合金」の「ＷＣ粒子含有率」および「結合相含有率」欄に示す。更に、超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率および結合相の含有率の合計を表４～表６の「超硬合金」の「ＷＣ粒子＋結合相含有率」欄に示す。表４～表６において、「ＷＣ粒子＋結合相含有率」欄が１００体積％未満の超硬合金は、第１元素を含む化合物の析出物や固溶体（例えば、ＴｉＣＮやＴａＣ）などを含むことが確認された。
＜超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率（体積％）および結合相の含有率（体積％）＞
各試料の超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率（体積％）および結合相の含有率（体積％）を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載の通りである。結果を表４～表６の「超硬合金」の「ＷＣ粒子含有率」および「結合相含有率」欄に示す。更に、超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率および結合相の含有率の合計を表４～表６の「超硬合金」の「ＷＣ粒子＋結合相含有率」欄に示す。表４～表６において、「ＷＣ粒子＋結合相含有率」欄が１００体積％未満の超硬合金は、第１元素を含む化合物の析出物や固溶体（例えば、ＴｉＣＮやＴａＣ）などを含むことが確認された。
【0087】
＜結合相中のコバルト含有率＞
各試料の超硬合金において、結合相中のコバルト含有率を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載の通りである。結果を表４～表６の「超硬合金」の「結合相中のＣｏ含有率」欄に示す。
各試料の超硬合金において、結合相中のコバルト含有率を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載の通りである。結果を表４～表６の「超硬合金」の「結合相中のＣｏ含有率」欄に示す。
【0088】
＜超硬合金の第１元素の合計含有率＞
各試料の超硬合金において、超硬合金の第１元素の種類および合計含有率を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載の通りである。結果を表７～表９の「超硬合金」の「第１元素種類」および「第１元素合計含有率」欄に示す。
各試料の超硬合金において、超硬合金の第１元素の種類および合計含有率を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載の通りである。結果を表７～表９の「超硬合金」の「第１元素種類」および「第１元素合計含有率」欄に示す。
【0089】
＜ライン分析＞
各試料の超硬合金において、実施形態１に示されるライン分析を行い、第１グラフを得た。各試料の第１グラフにおいて、原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在するか否かを確認した。結果を表７～表９の「超硬合金」の「最大ピークＭ」欄に示す。「有」とは、最大ピークＭが存在することを示し、「無」とは、最大ピークＭが存在しないことを示す。最大ピークＭが複数存在する場合は、全ての最大ピークがＷ１とＷ２との間に存在する場合「有」と示す。
各試料の超硬合金において、実施形態１に示されるライン分析を行い、第１グラフを得た。各試料の第１グラフにおいて、原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在するか否かを確認した。結果を表７～表９の「超硬合金」の「最大ピークＭ」欄に示す。「有」とは、最大ピークＭが存在することを示し、「無」とは、最大ピークＭが存在しないことを示す。最大ピークＭが複数存在する場合は、全ての最大ピークがＷ１とＷ２との間に存在する場合「有」と示す。
【0090】
「最大ピークＭ」が存在する試料において、最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡを測定した。ここで強度ＩＢは、最大ピーク強度の距離Ｐ１から、第１グラフの原点と反対側への距離が０．２ｎｍである距離Ｐ２における第１元素の規格化された強度である。結果を表７～表９の「超硬合金」の「ＩＢ／ＩＡ」欄に示す。
【0091】
【表4】
【0092】
【表5】
【0093】
【表6】
【0094】
【表7】
【0095】
【表8】
【0096】
【表9】
【0097】
＜切削試験＞
各試料の切削工具を用いて以下の条件でエンドミル加工を行い、切削距離０．０１ｍ毎に、逃げ面の摩耗量を測定した。摩耗量が０．１ｍｍに到達した時点の切削距離を工具寿命とする。結果を表７～表９の「切削試験」欄に示す。切削距離が長いほど、工具寿命が長いことを示す。
各試料の切削工具を用いて以下の条件でエンドミル加工を行い、切削距離０．０１ｍ毎に、逃げ面の摩耗量を測定した。摩耗量が０．１ｍｍに到達した時点の切削距離を工具寿命とする。結果を表７～表９の「切削試験」欄に示す。切削距離が長いほど、工具寿命が長いことを示す。
【0098】
≪切削条件≫
被削材：ＳＫＤ１１
加工：側面加工
切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ
１刃当たりの送り量ｆｚ：０．１ｍｍ／ｔ
軸方向の切込み深さａｐ：０．２ｍｍ
半径方向の切込み深さａｅ：０．１ｍｍ
切削液：水溶性切削油
上記の切削条件は、高硬度材の切削加工に該当する。
被削材：ＳＫＤ１１
加工：側面加工
切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ
１刃当たりの送り量ｆｚ：０．１ｍｍ／ｔ
軸方向の切込み深さａｐ：０．２ｍｍ
半径方向の切込み深さａｅ：０．１ｍｍ
切削液：水溶性切削油
上記の切削条件は、高硬度材の切削加工に該当する。
【0099】
＜考察＞
試料１～試料４８の超硬合金および切削工具は、実施例に該当する。試料４９～試料７６の超硬合金および切削工具は、比較例に該当する。試料１～試料４８（実施例）の切削工具は、試料４９～試料７６（比較例）の切削工具に比べて、高硬度材の切削加工において、長い工具寿命を示すことが確認された。これは、試料１～試料４８（実施例）の超硬合金は、ピークＭを有し、かつ、割合ＩＢ／ＩＡは、０．５超であるため、耐摩耗性が向上したためと推察される。
試料１～試料４８の超硬合金および切削工具は、実施例に該当する。試料４９～試料７６の超硬合金および切削工具は、比較例に該当する。試料１～試料４８（実施例）の切削工具は、試料４９～試料７６（比較例）の切削工具に比べて、高硬度材の切削加工において、長い工具寿命を示すことが確認された。これは、試料１～試料４８（実施例）の超硬合金は、ピークＭを有し、かつ、割合ＩＢ／ＩＡは、０．５超であるため、耐摩耗性が向上したためと推察される。
【0100】
以上のように本開示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たり、様々に変形することも当初から予定している。
【0101】
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】
【0102】
１ 炭化タングステン粒子、２ 結合相、３ 超硬合金、１０ 切削工具、１１ 刃先。
【要約】
複数の炭化タングステン粒子と、結合相と、を備える超硬合金であって、前記超硬合金は、前記炭化タングステン粒子および前記結合相を合計で８０体積％以上含み、前記超硬合金は、前記結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含み、前記超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を含み、前記超硬合金は、前記第１元素を合計で０．０１原子％以上２０原子％以下含み、前記結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、互いに隣接する前記結合相から前記炭化タングステン粒子に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いてライン分析を行って得られた結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離、かつ、Ｙ軸が規格化された強度である座標系に示した第１グラフにおいて、原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、前記ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、前記第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、前記第１元素のそれぞれにおいて、前記最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５超であり、前記強度ＩＢは、前記最大ピーク強度ＩＡの距離Ｐ１から、前記原点と反対側への距離が０．２ｎｍである距離Ｐ２における前記第１元素の強度である、超硬合金である。
【図1】
【図2】
【図3】