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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】2025-08-22
(45)【発行日】2025-09-01
(54)【発明の名称】切削工具
(51)【国際特許分類】
C22C 29/08 20060101AFI20250825BHJP
B23B 27/14 20060101ALI20250825BHJP
B23C 5/16 20060101ALI20250825BHJP
B23B 27/20 20060101ALN20250825BHJP
C22C 1/051 20230101ALN20250825BHJP
【ＦＩ】
C22C29/08
B23B27/14 A
B23B27/14 B
B23C5/16
B23B27/20
C22C1/051 G
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2024534738
(86)(22)【出願日】2024-01-30
(86)【国際出願番号】 JP2024002894
【審査請求日】2025-01-31
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】503212652
【氏名又は名称】住友電工ハードメタル株式会社
(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】城戸 保樹
(72)【発明者】
【氏名】木村 好博
(72)【発明者】
【氏名】米田 敦洋
(72)【発明者】
【氏名】田中 佑樹
(72)【発明者】
【氏名】津田 圭一
【審査官】坂本 薫昭
(56)【参考文献】
【文献】特許第７２８３６３６（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２００４－２３２０００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０８８９１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０９００９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１１１３７８８５７（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２２Ｆ １／００，３／１０，３／１５
Ｂ２３Ｂ ２７／１４，２７／２０
Ｂ２３Ｃ ５／１６
Ｃ２２Ｃ １／０５１，２９／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
超硬合金からなる基材と、前記基材上に設けられた被膜と、を備える切削工具であって、
前記超硬合金は、第１硬質相と、複数の第２硬質相と、結合相とからなり、
前記第１硬質相は、複数の炭化タングステン粒子からなり、
前記炭化タングステン粒子の粒径のＤ１０は、０．４０μｍ以上であり、
前記炭化タングステン粒子の粒径のＤ９０は、２．００μｍ以下であり、
前記第２硬質相は、ＴａＮｂＣ、ＴａＮｂＮ、ＴａＮｂＣＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮｂＣ、ＴｉＮｂＮ、および、ＴｉＮｂＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１化合物からなり、
前記超硬合金は、前記第２硬質相を０．３０体積％以上１．６０体積％以下含み、
前記超硬合金の断面において、前記第２硬質相の面積の中央値は、０．９０μｍ２以上１．２０μｍ２以下であり、
前記第２硬質相の面積の変動係数は、０．５０以上１．２０以下であり、
前記結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、
前記超硬合金は、前記結合相を８．０体積％以上１２．０体積％以下含む、切削工具。
【請求項2】
前記超硬合金は、クロムを０．０８質量％以上０．５質量％以下含む、請求項１に記載の切削工具。
【請求項3】
前記結合相は、鉄およびニッケルの一方または両方を含む、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
【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）を主成分とする第一硬質相と、タングステンを含む複数種の金属元素と、炭素、窒素、酸素および硼素から選択される一種以上の元素と、を含む化合物を主成分とする第二硬質相と、鉄族元素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には、このような超硬合金からなる基材上にＴｉＡｌＮ膜などの硬質膜を形成した切削工具が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０１７／１９１７４４号
【発明の概要】
【0004】
本開示の超硬合金は、第１硬質相と、複数の第２硬質相と、結合相とからなる超硬合金であって、
前記第１硬質相は、複数の炭化タングステン粒子からなり、
前記炭化タングステン粒子の粒径のＤ１０は、０．４０μｍ以上であり、
前記炭化タングステン粒子の粒径のＤ９０は、２．００μｍ以下であり、
前記第２硬質相は、ＴａＮｂＣ、ＴａＮｂＮ、ＴａＮｂＣＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮｂＣ、ＴｉＮｂＮ、および、ＴｉＮｂＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１化合物からなり、
前記超硬合金は、前記第２硬質相を０．３０体積％以上１．６０体積％以下含み、
前記超硬合金の断面において、前記第２硬質相の面積の中央値は、０．９０μｍ２以上１．２０μｍ２以下であり、
前記第２硬質相の面積の変動係数は、０．５０以上１．２０以下であり、
前記結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、
前記超硬合金は、前記結合相を８．０体積％以上１２．０体積％以下含む、超硬合金である。
前記第１硬質相は、複数の炭化タングステン粒子からなり、
前記炭化タングステン粒子の粒径のＤ１０は、０．４０μｍ以上であり、
前記炭化タングステン粒子の粒径のＤ９０は、２．００μｍ以下であり、
前記第２硬質相は、ＴａＮｂＣ、ＴａＮｂＮ、ＴａＮｂＣＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮｂＣ、ＴｉＮｂＮ、および、ＴｉＮｂＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１化合物からなり、
前記超硬合金は、前記第２硬質相を０．３０体積％以上１．６０体積％以下含み、
前記超硬合金の断面において、前記第２硬質相の面積の中央値は、０．９０μｍ２以上１．２０μｍ２以下であり、
前記第２硬質相の面積の変動係数は、０．５０以上１．２０以下であり、
前記結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、
前記超硬合金は、前記結合相を８．０体積％以上１２．０体積％以下含む、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、切削加工において被削材の難削化が進んでいる。例えば、超硬合金からなる基材上に被膜の形成された切削工具を用いて、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ）を加工すると、長時間の使用に伴い、切れ味が低下し、被削材の面品位が悪化し、安定した工具性能を得にくい傾向があった。
近年、切削加工において被削材の難削化が進んでいる。例えば、超硬合金からなる基材上に被膜の形成された切削工具を用いて、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ）を加工すると、長時間の使用に伴い、切れ味が低下し、被削材の面品位が悪化し、安定した工具性能を得にくい傾向があった。
【0007】
そこで、本開示は、切削工具の材料として用いた場合に、ＣＦＲＰの加工においても、切削工具の長寿命化を可能とする超硬合金およびそれを備え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た場合に、ＣＦＲＰの加工においても、切削工具の長寿命化を可能とする超硬合金およびそれを備える切削工具を提供することが可能である。
本開示によれば、切削工具の材料として用いた場合に、ＣＦＲＰの加工においても、切削工具の長寿命化を可能とする超硬合金およびそれを備える切削工具を提供することが可能である。
【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、第１硬質相と、複数の第２硬質相と、結合相とからなる超硬合金であって、
前記第１硬質相は、複数の炭化タングステン粒子からなり、
前記炭化タングステン粒子の粒径のＤ１０は、０．４０μｍ以上であり、
前記炭化タングステン粒子の粒径のＤ９０は、２．００μｍ以下であり、
前記第２硬質相は、ＴａＮｂＣ、ＴａＮｂＮ、ＴａＮｂＣＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮｂＣ、ＴｉＮｂＮ、および、ＴｉＮｂＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１化合物からなり、
前記超硬合金は、前記第２硬質相を０．３０体積％以上１．６０体積％以下含み、
前記超硬合金の断面において、前記第２硬質相の面積の中央値は、０．９０μｍ２以上１．２０μｍ２以下であり、
前記第２硬質相の面積の変動係数は、０．５０以上１．２０以下であり、
前記結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、
前記超硬合金は、前記結合相を８．０体積％以上１２．０体積％以下含む、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、第１硬質相と、複数の第２硬質相と、結合相とからなる超硬合金であって、
前記第１硬質相は、複数の炭化タングステン粒子からなり、
前記炭化タングステン粒子の粒径のＤ１０は、０．４０μｍ以上であり、
前記炭化タングステン粒子の粒径のＤ９０は、２．００μｍ以下であり、
前記第２硬質相は、ＴａＮｂＣ、ＴａＮｂＮ、ＴａＮｂＣＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮｂＣ、ＴｉＮｂＮ、および、ＴｉＮｂＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１化合物からなり、
前記超硬合金は、前記第２硬質相を０．３０体積％以上１．６０体積％以下含み、
前記超硬合金の断面において、前記第２硬質相の面積の中央値は、０．９０μｍ２以上１．２０μｍ２以下であり、
前記第２硬質相の面積の変動係数は、０．５０以上１．２０以下であり、
前記結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、
前記超硬合金は、前記結合相を８．０体積％以上１２．０体積％以下含む、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た場合に、ＣＦＲＰの加工においても、切削工具の長寿命化を可能とする超硬合金を提供することが可能である。
【0011】
（２）上記（１）において、前記超硬合金は、クロムを０．０８質量％以上０．５質量％以下含んでもよい。
【0012】
クロムは、超硬合金の製造の際に、粒成長抑制剤として用いられる炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）に由来する。超硬合金がクロムを上記の範囲で含むと、超硬合金の硬度が向上し、超硬合金を用いた切削工具の寿命が更に向上する。
【0013】
（３）上記（１）または（２）において、前記結合相は、鉄およびニッケルの一方または両方を含んでもよい。
【0014】
これによると、超硬合金の靭性が向上し、超硬合金を用いた切削工具の寿命が更に向上する。
【0015】
（４）本開示の切削工具は、上記（１）から（３）のいずれかに記載の超硬合金からなる基材と、前記基材上に設けられた被膜と、を備える切削工具である。
【0016】
本開示によれば、ＣＦＲＰの加工においても、長い寿命を有する切削工具を提供することが可能である。
【0017】
［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。
【0018】
本開示において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、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。
【0019】
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。
【0020】
本開示において、数値範囲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。
【0021】
［実施形態１：超硬合金］
図１に示されるように、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４は、第１硬質相１と、複数の第２硬質相２と、結合相３とからなる超硬合金４であって、
第１硬質相１は、複数の炭化タングステン粒子からなり、
炭化タングステン粒子の粒径のＤ１０は、０．４０μｍ以上であり、
炭化タングステン粒子の粒径のＤ９０は、２．００μｍ以下であり、
第２硬質相２は、ＴａＮｂＣ、ＴａＮｂＮ、ＴａＮｂＣＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮｂＣ、ＴｉＮｂＮ、および、ＴｉＮｂＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１化合物からなり、
超硬合金４は、第２硬質相２を０．３０体積％以上１．６０体積％以下含み、
超硬合金４の断面において、前記第２硬質相２の面積の中央値は、０．９０μｍ２以上１．２０μｍ２以下であり、
第２硬質相２の面積の変動係数は、０．５０以上１．２０以下であり、
結合相３は、コバルトを５０質量％以上含み、
超硬合金４は、結合相３を８．０体積％以上１２．０体積％以下含む、超硬合金である。
図１に示されるように、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４は、第１硬質相１と、複数の第２硬質相２と、結合相３とからなる超硬合金４であって、
第１硬質相１は、複数の炭化タングステン粒子からなり、
炭化タングステン粒子の粒径のＤ１０は、０．４０μｍ以上であり、
炭化タングステン粒子の粒径のＤ９０は、２．００μｍ以下であり、
第２硬質相２は、ＴａＮｂＣ、ＴａＮｂＮ、ＴａＮｂＣＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮｂＣ、ＴｉＮｂＮ、および、ＴｉＮｂＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１化合物からなり、
超硬合金４は、第２硬質相２を０．３０体積％以上１．６０体積％以下含み、
超硬合金４の断面において、前記第２硬質相２の面積の中央値は、０．９０μｍ２以上１．２０μｍ２以下であり、
第２硬質相２の面積の変動係数は、０．５０以上１．２０以下であり、
結合相３は、コバルトを５０質量％以上含み、
超硬合金４は、結合相３を８．０体積％以上１２．０体積％以下含む、超硬合金である。
【0022】
実施形態１の超硬合金は、切削工具の材料として用いた場合に、ＣＦＲＰの加工においても、切削工具の長寿命化を可能とする。この理由は明らかではないが、以下の通りと推察される。
【0023】
超硬合金をＣＦＲＰの加工に用いる場合、一般的に、超硬合金からなる基材上に被膜を形成した切削工具が用いられる。安定した工具性能を得るためには、被膜の安定性（優れた耐剥離性、および、被膜組織の均一性）が肝要である。被膜の安定性は、基材の内部組織によって変化する。超硬合金の断面において、第２硬質相の面積の中央値が０．９０μｍ２以上１．２０μｍ２以下であり、第２硬質相の面積の変動係数が０．５０以上１．２０以下であると、基材と被膜との密着性が向上する。よって、実施形態１の超硬合金を切削工具の材料として用いた切削工具は、ＣＦＲＰの加工においても、長い工具寿命を有することができる。
【0024】
＜超硬合金の組成＞
実施形態１の超硬合金は、第１硬質相と、複数の第２硬質相と、結合相とからなる。超硬合金は、本開示の効果を損なわない限りにおいて、不純物を含むこともできる。すなわち、超硬合金は、第１硬質相と、複数の第２硬質相と、結合相と、不純物とからなることができる。不純物としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、珪素（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）が挙げられる。超硬合金の不純物の含有率（不純物が２種類以上の場合は、これらの含有率の合計）は、０質量％以上０．１質量％未満でもよい。超硬合金の不純物の含有率は、ＩＣＰ発光分析（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により測定される。測定装置は、島津製作所「ＩＣＰＳ－８１００」（商標）を用いることができる。
実施形態１の超硬合金は、第１硬質相と、複数の第２硬質相と、結合相とからなる。超硬合金は、本開示の効果を損なわない限りにおいて、不純物を含むこともできる。すなわち、超硬合金は、第１硬質相と、複数の第２硬質相と、結合相と、不純物とからなることができる。不純物としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、珪素（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）が挙げられる。超硬合金の不純物の含有率（不純物が２種類以上の場合は、これらの含有率の合計）は、０質量％以上０．１質量％未満でもよい。超硬合金の不純物の含有率は、ＩＣＰ発光分析（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により測定される。測定装置は、島津製作所「ＩＣＰＳ－８１００」（商標）を用いることができる。
【0025】
実施形態１の超硬合金の第２硬質相の含有率は、０．３０体積％以上１．６０体積％以下である。これによると、超硬合金の耐溶着性、耐熱性および耐摩耗性が向上する。超硬合金の第２硬質相の含有率は、０．４０体積％以上１．５０体積％以下でもよく、または、０．５０体積％以上１．４０体積％以下でもよい。
【0026】
実施形態１の超硬合金の結合相の含有率は、８．０体積％以上１２．０体積％以下である。これによると、超硬合金の強度が向上する。超硬合金の結合相の含有率は、８．１体積％以上１１．９体積％以下でもよく、または、８．２体積％以上１１．８体積％以下でもよい。
【0027】
実施形態１の超硬合金の第１硬質相の含有率は、超硬合金全体の体積１００体積％から、第２硬質相および結合相の体積を減じた値である。
【0028】
超硬合金の第１硬質相の含有率、第２硬質相の含有率および結合相の含有率の測定方法は以下の通りである。
（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。
（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。
【0029】
（Ｂ１）超硬合金の加工面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（株式会社日立ハイテクノロジーズ製「Ｓ－３４００Ｎ」（商標））で撮影して反射電子像を得る。反射電子像を６枚準備する。６枚の反射電子像の撮影領域はそれぞれ異なる。撮影箇所は任意に設定することができる。条件は、観察倍率５０００倍、加速電圧１０ｋＶとする。
【0030】
（Ｃ１）上記（Ｂ１）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）を用いて元素分析を行い、元素マッピング像を得る。
【0031】
（Ｄ１）上記（Ｂ１）で得られた６枚の反射電子像を画像解析ソフトウェア（ＩｍａｇｅＪ、ｖｅｒｓｉｏｎ １．５１ｊ８：https://imagej.nih.gov/ij/）でコンピュータに取り込み、二値化処理を行い、６枚の二値化処理後の画像を得る。二値化処理は、画像を取り込んだのちに、コンピュータ画面上の「Ｍａｋｅ Ｂｉｎａｒｙ」との表示を押すことにより、画像解析ソフトウェアに予め設定された条件で実行される。二値化処理後の画像において、第１硬質相からなる第１領域と、第２硬質相および第３硬質相からなる第２領域とは、色の濃淡で識別できる。例えば、二値化処理後の画像において、第１硬質相は黒色領域で示され、第２硬質相および第３硬質相は白色領域で示される。
【0032】
（Ｅ１）上記（Ｃ１）で得られた元素マッピング像と上記（Ｄ１）で得られた二値化処理後の画像とを重ねることにより、二値化処理後の画像上で第１硬質相、第２硬質相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黒色で示され、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、第１硬質相の存在領域に該当する。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チタン（Ｔｉ）またはタンタル（Ｔａ）の存在する領域が、第２硬質相の存在領域に該当する。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コバルトの存在する領域が、結合相の存在領域に該当する。
【0033】
（Ｆ１）６枚の二値化処理後の各画像中に、２５．３μｍ×１７．６μｍ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、６つの測定視野のそれぞれにおいて、測定視野全体の面積を分母として第１硬質相、第２硬質相および結合相のそれぞれの面積百分率（面積％）を測定する。本開示において、６つの測定視野の第１硬質相の面積百分率（面積％）の平均、６つの測定視野の第２硬質相の面積百分率（面積％）の平均、６つの測定視野の結合相の面積百分率（面積％）の平均が、それぞれ超硬合金の第１硬質相の含有率（体積％）、第２硬質相の含有率（体積％）および結合相の含有率（体積％）に相当する。
【0034】
同一の試料において測定する限りにおいては、上記測定を測定視野の選択個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認されている。
【0035】
＜第１硬質相＞
≪組成≫
実施形態１の超硬合金において、第１硬質相は複数の炭化タングステン粒子（以下「ＷＣ粒子」とも記す。）からなる。炭化タングステン粒子には、「純粋なＷＣ粒子（不純物元素が一切含有されないＷＣ、不純物元素の含有量が検出限界未満であるＷＣも含む。）」だけではなく、「本開示の効果を損なわない限りにおいて、内部に不純物を含むＷＣ粒子」も含まれる。不純物は、例えば、鉄（Ｆｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、硫黄（Ｓ）が挙げられる。
≪組成≫
実施形態１の超硬合金において、第１硬質相は複数の炭化タングステン粒子（以下「ＷＣ粒子」とも記す。）からなる。炭化タングステン粒子には、「純粋なＷＣ粒子（不純物元素が一切含有されないＷＣ、不純物元素の含有量が検出限界未満であるＷＣも含む。）」だけではなく、「本開示の効果を損なわない限りにおいて、内部に不純物を含むＷＣ粒子」も含まれる。不純物は、例えば、鉄（Ｆｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、硫黄（Ｓ）が挙げられる。
【0036】
≪炭化タングステン粒子の粒径≫
炭化タングステン粒子の粒径のＤ１０は、０．４０μｍ以上であり、炭化タングステン粒子の粒径のＤ９０は、２．００μｍ以下である。これによると、超硬合金は高い硬度を有し、該超硬合金を含む切削工具の耐摩耗性が向上する。
炭化タングステン粒子の粒径のＤ１０は、０．４０μｍ以上であり、炭化タングステン粒子の粒径のＤ９０は、２．００μｍ以下である。これによると、超硬合金は高い硬度を有し、該超硬合金を含む切削工具の耐摩耗性が向上する。
【0037】
炭化タングステン粒子のＤ１０は、０．４２μｍ以上でもよく、または、０．４４μｍ以上でもよい。炭化タングステン粒子の粒径のＤ９０は、１．９８μｍ以下でもよく、または、１．９６μｍ以下でもよい。
【0038】
本開示において、炭化タングステン粒子のＤ１０およびＤ９０は、それぞれ、超硬合金の断面における炭化タングステン粒子の等面積円相当径（Ｈｅｙｗｏｏｄ径）のＤ１０（個数基準の頻度の累積が１０％となる円相当径）およびＤ９０（個数基準の頻度の累積が９０％となる円相当径）を意味する。
【0039】
本開示において、炭化タングステン粒子のＤ１０およびＤ９０の測定方法は以下の通りである。
（Ａ２）超硬合金の第１硬質相等の含有率の測定方法と同一の方法で６枚の二値化処理後の画像を得る。更に、ノイズを除去するため、コンピュータ画面上の「Ｄｅｓｐｅｃｋｌｅ」との表示を１回押した後、「Ｗａｔｅｒｓｈｅｄ」との表示を押すことで、二値化処理後の画像上で第１硬質相（タングステン粒子）の粒界も画像解析ソフトウェアに予め設定された条件で判別される。コンピュータ画面上の「Ａｎａｌｙｚｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ」を押すことにより、面積が０．００２μｍ２以上の炭化タングステン粒子の等面積円相当径を測定する。
（Ａ２）超硬合金の第１硬質相等の含有率の測定方法と同一の方法で６枚の二値化処理後の画像を得る。更に、ノイズを除去するため、コンピュータ画面上の「Ｄｅｓｐｅｃｋｌｅ」との表示を１回押した後、「Ｗａｔｅｒｓｈｅｄ」との表示を押すことで、二値化処理後の画像上で第１硬質相（タングステン粒子）の粒界も画像解析ソフトウェアに予め設定された条件で判別される。コンピュータ画面上の「Ａｎａｌｙｚｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ」を押すことにより、面積が０．００２μｍ２以上の炭化タングステン粒子の等面積円相当径を測定する。
【0040】
（Ｂ２）６枚の二値化処理後の各画像中に、２５．３μｍ×１７．６μｍ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、６つの測定視野中の面積が０．００２μｍ２以上の全ての炭化タングステン粒子に基づき、炭化タングステン粒子の等面積円相当径のＤ１０およびＤ９０を測定する。本開示において、上記で測定されたＤ１０およびＤ９０が、炭化タングステン粒子のＤ１０およびＤ９０に該当する。
【0041】
二値化処理における閾値の設定は手動調整も可能であるが、本測定方法では手動調整は採用しない。本測定方法では上記の通り、「Ｍａｋｅ Ｂｉｎａｒｙ」との表示を押すことにより二値化処理が実行される。面積が０．００２μｍ２以上の炭化タングステン粒子の等面積円相当径を測定する理由は、本発明者らが測定したところ、面積が０．００２μｍ２未満の粒子は、画像解析において誤って炭化タングステン粒子として検出されたノイズに該当する場合が多いことが確認されたたためである。
【0042】
同一の試料において測定する限りにおいては、上記測定を測定視野の選択個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認されている。
【0043】
＜第２硬質相＞
≪組成≫
実施形態１において、第２硬質相はＴａＮｂＣ、ＴａＮｂＮ、ＴａＮｂＣＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮｂＣ、ＴｉＮｂＮ、および、ＴｉＮｂＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１化合物からなる。これによると、超硬合金の耐溶着性、耐熱性および耐摩耗性が向上する。本開示において、ＴａＮｂＣ、ＴａＮｂＮ、ＴａＮｂＣＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮｂＣ、ＴｉＮｂＮ、および、ＴｉＮｂＣＮのそれぞれは、Ｔａ、ＮｂおよびＴｉの原子数の合計と、ＣおよびＮの原子数の合計との比が１：１の場合に限定されず、本開示の効果を損なわない限りにおいて、従来公知の比を含むことができる。
≪組成≫
実施形態１において、第２硬質相はＴａＮｂＣ、ＴａＮｂＮ、ＴａＮｂＣＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮｂＣ、ＴｉＮｂＮ、および、ＴｉＮｂＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１化合物からなる。これによると、超硬合金の耐溶着性、耐熱性および耐摩耗性が向上する。本開示において、ＴａＮｂＣ、ＴａＮｂＮ、ＴａＮｂＣＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮｂＣ、ＴｉＮｂＮ、および、ＴｉＮｂＣＮのそれぞれは、Ｔａ、ＮｂおよびＴｉの原子数の合計と、ＣおよびＮの原子数の合計との比が１：１の場合に限定されず、本開示の効果を損なわない限りにおいて、従来公知の比を含むことができる。
【0044】
第２硬質相は、ＴａＮｂＣ、ＴａＮｂＣＮ、ＴｉＣＮ、および、ＴｉＮｂＣＮからなる群より選ばれる１種の第１化合物からなってもよい。
【0045】
第２硬質相は、本開示の効果を損なわない範囲でタングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）などの金属元素を含んでいてもよい。第２硬質相中のＷ、ＣｒおよびＣｏの合計含有率は、０質量％以上０．１質量％未満でもよい。第２硬質相中のＷ、ＣｒおよびＣｏの含有率は、ＩＣＰ発光分析により測定される。
【0046】
第２硬質相の組成の測定方法は以下の通りである。
（Ａ３）超硬合金の任意の位置をイオンスライサ（装置：日本電子社製 ＩＢ０９０６０ＣＩＳ（商標））を用いて薄片化し、厚さ３０～１００ｎｍのサンプルを作製する。イオンスライサの加速電圧は、薄片化加工では６ｋＶ、仕上加工では２ｋＶである。
（Ａ３）超硬合金の任意の位置をイオンスライサ（装置：日本電子社製 ＩＢ０９０６０ＣＩＳ（商標））を用いて薄片化し、厚さ３０～１００ｎｍのサンプルを作製する。イオンスライサの加速電圧は、薄片化加工では６ｋＶ、仕上加工では２ｋＶである。
【0047】
（Ｂ３）上記サンプルを走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）（日本電子社製のＪＦＭ－ＡＲＭ３００Ｆ（商標））にて５００００倍で観察することによってＳＴＥＭ－ＨＡＡＤＦ（ＨＡＡＤＦ：ｈｉｇｈ－ａｎｇｌｅ ａｎｎｕｌａｒ ｄａｒｋ ｆｉｅｌｄ）像を得る。ＳＴＥＭ－ＨＡＡＤＦ像の撮影領域は、サンプルの中央部、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。測定条件は、加速電圧２００ｋＶである。
【0048】
（Ｃ３）次に、ＳＴＥＭ－ＨＡＡＤＦ像に対してＳＴＥＭに付属するＥＤＸにより、元素マッピング分析を実行し、元素マッピング像を得る。元素マッピング像においてタンタル（Ｔａ）またはチタン（Ｔｉ）と、炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）の一方または両方との存在する領域を第２硬質相と特定し、第２硬質相の組成を特定する。
【0049】
同一の試料において測定する限りにおいては、上記測定を測定視野の選択個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認されている。
【0050】
≪第２硬質相の面積の中央値および面積の変動係数≫
実施形態１の超硬合金は複数の第２硬質相を含む。各第２硬質相は、一つの第１化合物粒子、または、複数の第１化合物粒子の集合体からなる。第２硬質相が複数の第１化合物粒子の集合体からなる場合、複数の第１化合物粒子は、１種の第１化合物粒子からなってもよいし、２種以上の第１化合物粒子からなってもよい。
実施形態１の超硬合金は複数の第２硬質相を含む。各第２硬質相は、一つの第１化合物粒子、または、複数の第１化合物粒子の集合体からなる。第２硬質相が複数の第１化合物粒子の集合体からなる場合、複数の第１化合物粒子は、１種の第１化合物粒子からなってもよいし、２種以上の第１化合物粒子からなってもよい。
【0051】
実施形態１の超硬合金の断面において、第２硬質相の面積の中央値は、０．９０μｍ２以上１．２０μｍ２以下であり、第２硬質相の面積の変動係数は、０．５０以上１．２０以下である。第２硬質相の面積の中央値は、１．００μｍ２以上１．１０μｍ２以下でもよく、または、１．０３μｍ２以上１．０８μｍ２以下でもよい。第２硬質相の面積の変動係数は、０．５５以上１．０５以下でもよく、０．６０以上１．００以下でもよい。
【0052】
本開示において、第２硬質相の面積の中央値は、第２硬質相の面積の個数基準の頻度の累積が５０％となる面積を意味する。本開示において、第２硬質相の面積の変動係数は、第２硬質相の面積の標準偏差を、第２硬質相の面積の平均値で除した値（標準偏差／平均値）である。第２硬質相の面積の平均値とは、第２硬質相の面積の算術平均を意味する。
【0053】
本開示において、超硬合金の断面における第２硬質相の面積の中央値および第２硬質相の面積の変動係数の測定方法は以下の通りである。
（Ａ４）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により研磨する。超硬合金の研磨面をＳＥＭで撮影して反射電子像を得る。条件は、観察倍率１０００倍、加速電圧１０ｋＶとする。
（Ａ４）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により研磨する。超硬合金の研磨面をＳＥＭで撮影して反射電子像を得る。条件は、観察倍率１０００倍、加速電圧１０ｋＶとする。
【0054】
（Ｂ４）上記（Ａ４）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）を用いて元素分析を行い、元素マッピング像を得る。反射電子像と元素マッピング像とを重ねることにより、反射電子像上で第２硬質相を特定する。
【0055】
（Ｃ４）第２硬質相が特定された反射電子像を画像解析ソフトウェア（マウンテック社製「Ｍａｃ－Ｖｉｅｗ Ｖｅｒｓｉｏｎ．５」（商標））でコンピュータに取り込み、以下の条件で各第２硬質相の面積を測定する。
・取得モード：色差
・検出許容量：３２、検出確度：０．５
・走査：密度１０×１回
・ハイカット：有効［１１０］
・ローカット：反転［１５０］
・取得モード：色差
・検出許容量：３２、検出確度：０．５
・走査：密度１０×１回
・ハイカット：有効［１１０］
・ローカット：反転［１５０］
【0056】
（Ｄ４）第２硬質相が３０個以上確認できる視野を３視野特定する。３視野中の全ての第２硬質相に基づき、第２硬質相の面積の中央値および第２硬質相の面積の変動係数を測定する。本開示において、上記で測定された第２硬質相の面積の中央値および第２硬質相の面積の変動係数が、超硬合金の断面における第２硬質相の面積の中央値および第２硬質相の面積の変動係数に該当する。
【0057】
同一の試料において測定する限りにおいては、上記測定を測定視野の選択個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認されている。
【0058】
＜結合相＞
≪組成≫
実施形態１の超硬合金において、結合相はコバルトを５０質量％以上含む。これにより、超硬合金は優れた靱性を有することができる。結合相のコバルト含有率は、５０質量％以上１００質量％以下でもよく、６０質量％以上９０質量％以下でもよく、または、７０質量％以上８０質量％以下でもよい。
≪組成≫
実施形態１の超硬合金において、結合相はコバルトを５０質量％以上含む。これにより、超硬合金は優れた靱性を有することができる。結合相のコバルト含有率は、５０質量％以上１００質量％以下でもよく、６０質量％以上９０質量％以下でもよく、または、７０質量％以上８０質量％以下でもよい。
【0059】
結合相のコバルト含有率の測定方法は、以下の通りである。上記の超硬合金の第１硬質相等の含有率の測定方法の（Ａ１）～（Ｅ１）と同一の方法で、元素マッピング像において、結合相の存在領域を特定する。元素マッピング像の画像中に、２４．９μｍ×１８．８μｍの矩形の１つの測定視野を設定する。測定視野中の結合相の存在領域において、コバルト含有率を測定する。本開示において、６つの測定視野における結合相の存在領域におけるコバルト含有率の平均が、結合相のコバルト含有率に該当する。
【0060】
同一の試料において測定する限りにおいては、上記測定を測定視野の選択個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認されている。
【0061】
結合相は、本開示の効果を損なわない範囲において、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）等を含むことができる。結合相は、コバルトと、ニッケルおよび鉄の一方または両方を含んでもよい。結合相は、コバルトと、ニッケルおよび鉄の一方または両方とからなってもよい。
【0062】
＜クロム＞
実施形態１の超硬合金は、クロムを０．０８質量％以上０．５質量％以下含んでもよい。超硬合金のクロムの含有率は、０．１０質量％以上０．４８質量％以下でもよく、または、０．１２質量％以上０．４６質量％以下でもよい。超硬合金のクロム含有率は、ＩＣＰ発光分析により測定される。
実施形態１の超硬合金は、クロムを０．０８質量％以上０．５質量％以下含んでもよい。超硬合金のクロムの含有率は、０．１０質量％以上０．４８質量％以下でもよく、または、０．１２質量％以上０．４６質量％以下でもよい。超硬合金のクロム含有率は、ＩＣＰ発光分析により測定される。
【0063】
＜製造方法＞
実施形態１の超硬合金は、例えば、準備工程、混合工程、成形工程、焼結工程および冷却工程を経て作製することができる。
実施形態１の超硬合金は、例えば、準備工程、混合工程、成形工程、焼結工程および冷却工程を経て作製することができる。
【0064】
＜準備工程＞
準備工程では、原料粉末を準備する。原料粉末としては、ＷＣ粉末、ＴａＮｂＣ粉末、ＴａＮｂＮ粉末、ＴａＮｂＣＮ粉末、ＴｉＣＮ粉末、ＴｉＮｂＣ粉末、ＴｉＮｂＮ粉末、ＴｉＮｂＣＮ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｔａ２Ｏ５粉末、ＴｉＯ２粉末、Ｃｏ粉末、Ｎｉ粉末、Ｆｅ粉末等が挙げられる。これらの原料粉末は、狙いとする超硬合金の組成に基づき、適宜選択される。粒成長抑制剤として、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末を準備してもよい。
準備工程では、原料粉末を準備する。原料粉末としては、ＷＣ粉末、ＴａＮｂＣ粉末、ＴａＮｂＮ粉末、ＴａＮｂＣＮ粉末、ＴｉＣＮ粉末、ＴｉＮｂＣ粉末、ＴｉＮｂＮ粉末、ＴｉＮｂＣＮ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｔａ２Ｏ５粉末、ＴｉＯ２粉末、Ｃｏ粉末、Ｎｉ粉末、Ｆｅ粉末等が挙げられる。これらの原料粉末は、狙いとする超硬合金の組成に基づき、適宜選択される。粒成長抑制剤として、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末を準備してもよい。
【0065】
炭化タングステン（ＷＣ）粉末の平均粒径は、１．０μｍ以上１．８μｍ以下である。
【0066】
ＴａＮｂＣ粉末、ＴａＮｂＮ粉末、ＴａＮｂＣＮ粉末、ＴｉＣＮ粉末、ＴｉＮｂＣ粉末、ＴｉＮｂＮ粉末、ＴｉＮｂＣＮ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｔａ２Ｏ５粉末、および、ＴｉＯ２粉末の平均粒径は、１μｍ以上２μｍ以下である。これらの粉末は、第２硬質相の原料粉末である。
【0067】
Ｃｏ粉末、Ｎｉ粉末、および、Ｆｅ粉末の平均粒径は、０．１μｍ以上５μｍ以下でもよい。
【0068】
上記の原料粉末の平均粒径は、フィッシャー法による平均粒径である。
【0069】
＜混合工程＞
混合工程では、原料粉末を所定の割合で混合して混合粉末を得る。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。混合にはボールミルを用いる。混合条件は、ボール径６ｍｍ、回転数１００ｒｐｍ、混合時間１２～４８時間である。
混合工程では、原料粉末を所定の割合で混合して混合粉末を得る。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。混合にはボールミルを用いる。混合条件は、ボール径６ｍｍ、回転数１００ｒｐｍ、混合時間１２～４８時間である。
【0070】
＜成形工程＞
成形工程では、混合粉末を所望の形状に成形して、成形体を得る。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、特に問わない。
成形工程では、混合粉末を所望の形状に成形して、成形体を得る。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、特に問わない。
【0071】
＜焼結工程＞
焼結工程では、まず、成形体を１３６５～１４００℃まで加熱して、２４０分間保持する。１０００℃以上での昇温速度は５℃／分とする。ここでの圧力は、真空でもよいし、Ｎ２条件下（流量２Ｌ／分、分圧５ｋＰａ）でもよい。次に、－０．８～－１．２℃／分の降温速度で１２００℃まで冷却して、超硬合金中間体を得る。
焼結工程では、まず、成形体を１３６５～１４００℃まで加熱して、２４０分間保持する。１０００℃以上での昇温速度は５℃／分とする。ここでの圧力は、真空でもよいし、Ｎ２条件下（流量２Ｌ／分、分圧５ｋＰａ）でもよい。次に、－０．８～－１．２℃／分の降温速度で１２００℃まで冷却して、超硬合金中間体を得る。
【0072】
次に、超硬合金中間体に対してＨＩＰ処理（ＨＩＰ：Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）を行う。具体的には、超硬合金中間体に対して、Ａｒガスを圧力媒体として、温度１３２０℃かつ圧力１０ＭＰａを６０分間加える。その後、徐冷して実施形態１の超硬合金を得る。徐冷時の降温速度は、一般的な条件を採用すればよく、特に制限されない。
【0073】
＜実施形態１の超硬合金の製造方法の特徴＞
実施形態１の超硬合金の製造方法において、上記の混合条件を採用することにより、ＷＣ粒子および第２硬質相の原料粉末の過剰な粉砕が抑制され、粒径を制御できる。更に、１３６５～１４００℃での保持時間は２４０分であり、一般的な保持時間よりも長く、降温速度が－０．８～－１．２℃／分であり、一般的な降温速度よりも小さい。上記の条件によって、第２硬質相の成長が促進され、超硬合金の断面において、第２硬質相の面積の中央値が０．９０μｍ２以上１．２０μｍ２以下であり、第２硬質相の面積の変動係数が０．５０以上１．２０以下である実施形態１の超硬合金を製造することができる。これは、本発明者らが鋭意検討の結果、見いだしたものである。
実施形態１の超硬合金の製造方法において、上記の混合条件を採用することにより、ＷＣ粒子および第２硬質相の原料粉末の過剰な粉砕が抑制され、粒径を制御できる。更に、１３６５～１４００℃での保持時間は２４０分であり、一般的な保持時間よりも長く、降温速度が－０．８～－１．２℃／分であり、一般的な降温速度よりも小さい。上記の条件によって、第２硬質相の成長が促進され、超硬合金の断面において、第２硬質相の面積の中央値が０．９０μｍ２以上１．２０μｍ２以下であり、第２硬質相の面積の変動係数が０．５０以上１．２０以下である実施形態１の超硬合金を製造することができる。これは、本発明者らが鋭意検討の結果、見いだしたものである。
【0074】
［実施形態２：切削工具］
本開示の一実施形態（以下「実施形態２」とも記す。）の切削工具について、図２を用いて説明する。図２に示されるように、実施形態２の切削工具１０は、実施形態１の超硬合金からなる基材５と、基材５上に設けられた被膜６と、を備える。実施形態２の切削工具は、ＣＦＲＰの加工においても、長い工具寿命を有することができる。この理由は明らかではないが、以下の通りと推察される。
本開示の一実施形態（以下「実施形態２」とも記す。）の切削工具について、図２を用いて説明する。図２に示されるように、実施形態２の切削工具１０は、実施形態１の超硬合金からなる基材５と、基材５上に設けられた被膜６と、を備える。実施形態２の切削工具は、ＣＦＲＰの加工においても、長い工具寿命を有することができる。この理由は明らかではないが、以下の通りと推察される。
【0075】
実施形態２の切削工具では、実施形態１の超硬合金からなる基材上に、被膜が設けられている。安定した工具性能を得るためには、被膜の安定性（優れた耐剥離性、および、被膜組織の均一性）が肝要である。被膜の安定性は、基材の内部組織によって変化する。実施形態１の超硬合金の断面において、第２硬質相の面積の中央値は０．９０μｍ２以上１．２０μｍ２以下であり、第２硬質相の面積の変動係数が０．５０以上１．２０以下である。これによると、基材と被膜との密着性が向上し、実施形態２の切削工具は、ＣＦＲＰの加工においても、長い工具寿命を有することができる。
【0076】
切削工具の種類は、特に限定されない。切削工具としては、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。図３に示されるように、実施形態２の切削工具１０は、特にエンドミルの場合に、優れた効果を発揮することができる。図２に示される切削工具１０の基材５は、実施形態１の超硬合金からなる。
【0077】
被膜は、基材の表面の全部を覆うように配置されていてもよいし、一部を覆うように配置されていてもよい。被膜が基材の一部を覆うように配置されている場合は、基材の少なくとも切削に関与する部分の表面を覆うように配置されていることが好ましい。本開示において、基材の切削に関与する部分とは、基材において、刃先稜線からの距離が０．５ｍｍ以内の領域を意味する。
【0078】
被膜の組成は、周期表４，５，６族の金属元素、アルミニウム（Ａｌ）、及び珪素（Ｓｉ）からなる群より選ばれる１種以上の元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群より選ばれる１種以上の元素とからなる化合物でもよい。例えば、ＴｉＣＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＡｌＣｒＮ等が挙げられる。また、被膜の組成は、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドでもよい。ダイヤモンドは、単結晶ダイヤモンドでも多結晶ダイヤモンドでもよい。
【0079】
被膜は、単層でも多層でもよい。被膜の厚さは、１μｍ以上２０μｍ以下でもよく、または、５μｍ以上１５μｍ以下でもよい。
【0080】
実施形態２の切削工具は、例えば、以下の方法で作製される。まず、実施形態１からなる基材を準備する。基材の表面に対して、酸およびアルカリでエッチング処理を行う。
【0081】
エッチング処理後の基材上に、被膜を形成して、実施形態２の切削工具を得る。被膜は、化学的蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や物理的蒸着（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の気相法により形成することができる。
【0082】
被膜がＣＶＤ法により形成されていると、基材との密着性に優れる被膜が得られ易い。ＣＶＤ法としては、例えば、熱フィラメントＣＶＤ法等が挙げられる。熱フィラメントＣＶＤ法の成膜条件は、例えば、ダイヤモンドからなる被膜を形成する場合、温度６５０～８００℃、圧力５００Ｐａ、使用ガスとその流量比Ｈ２／ＣＨ４＝１００／１～５でもよい。
【0083】
被膜がＰＶＤ法により形成されていると、圧縮残留応力が付与され、その靱性を高め易い。
【0084】
［付記１］
本開示の切削工具は、実施形態１の超硬合金からなる基材と、前記基材上に設けられた被膜と、を備え、
前記被膜は、ダイヤモンドからなる、切削工具。
本開示の切削工具は、実施形態１の超硬合金からなる基材と、前記基材上に設けられた被膜と、を備え、
前記被膜は、ダイヤモンドからなる、切削工具。
【実施例】
【0085】
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。
【0086】
［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。
＜準備工程＞
原料粉末として、ＷＣ粉末、ＴａＮｂＣ粉末（平均粒径：１μｍ）、ＴｉＣＮ粉末（平均粒径：１μｍ）、ＮｂＣ粉末（平均粒径：１μｍ）、Ｔａ２Ｏ５粉末（平均粒径：１μｍ）、ＴｉＯ２粉末（平均粒径：１μｍ）、Ｃｒ３Ｃ２粉末（平均粒径：１μｍ）、Ｃｏ粉末（平均粒径：１μｍ）、Ｎｉ粉末（平均粒径：１μｍ）、Ｆｅ粉末（平均粒径：１μｍ）を準備した。ＷＣ粉末は、アライドマテリアル社製のＷＣ０８（平均粒径：０．８μｍ）、ＷＣ１０（平均粒径：１．０μｍ）、ＷＣ１２（平均粒径：１．２μｍ）、ＷＣ１５（平均粒径：１．５μｍ）、ＷＣ２０（平均粒径：２．０μｍ）をそれぞれカッコ内の平均粒径となるように準備した。ＴａＮｂＣ粉末は、Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製の「ＴａＮｂＣ ６７／３３」を、平均粒径１μｍとなるように準備した。
以下の手順で、各試料の超硬合金を作製した。
＜準備工程＞
原料粉末として、ＷＣ粉末、ＴａＮｂＣ粉末（平均粒径：１μｍ）、ＴｉＣＮ粉末（平均粒径：１μｍ）、ＮｂＣ粉末（平均粒径：１μｍ）、Ｔａ２Ｏ５粉末（平均粒径：１μｍ）、ＴｉＯ２粉末（平均粒径：１μｍ）、Ｃｒ３Ｃ２粉末（平均粒径：１μｍ）、Ｃｏ粉末（平均粒径：１μｍ）、Ｎｉ粉末（平均粒径：１μｍ）、Ｆｅ粉末（平均粒径：１μｍ）を準備した。ＷＣ粉末は、アライドマテリアル社製のＷＣ０８（平均粒径：０．８μｍ）、ＷＣ１０（平均粒径：１．０μｍ）、ＷＣ１２（平均粒径：１．２μｍ）、ＷＣ１５（平均粒径：１．５μｍ）、ＷＣ２０（平均粒径：２．０μｍ）をそれぞれカッコ内の平均粒径となるように準備した。ＴａＮｂＣ粉末は、Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製の「ＴａＮｂＣ ６７／３３」を、平均粒径１μｍとなるように準備した。
【0087】
＜混合工程＞
原料粉末を、表１に記載の割合で、ボールミルまたはアトライターで混合して混合粉末を得た。「ボールミル」での混合条件は、ボール径６ｍｍ、回転数１００ｒｐｍ、混合時間２４時間とした。「アトライター」での混合条件は、回転数２５０ｒｐｍ、混合時間１時間とした。
原料粉末を、表１に記載の割合で、ボールミルまたはアトライターで混合して混合粉末を得た。「ボールミル」での混合条件は、ボール径６ｍｍ、回転数１００ｒｐｍ、混合時間２４時間とした。「アトライター」での混合条件は、回転数２５０ｒｐｍ、混合時間１時間とした。
【0088】
【表1】
【0089】
＜成形工程＞
混合粉末をプレスすることにより、丸棒形状の成形体を得た。
混合粉末をプレスすることにより、丸棒形状の成形体を得た。
【0090】
＜焼結工程＞
成形体を、表２の「焼結」の「保持」欄に記載の温度まで加熱し、該温度で「保持」欄に記載の時間保持した。１０００℃以上での昇温速度は「１０００℃以上の昇温速度」欄に記載の通りである。保持の際の圧力は、真空（ｖａｃ）またはＮ２条件下（流量２Ｌ／分、分圧５ｋＰａ、表において「Ｎ２（２Ｌ－５ｋＰａ）」と示す。）とした。
成形体を、表２の「焼結」の「保持」欄に記載の温度まで加熱し、該温度で「保持」欄に記載の時間保持した。１０００℃以上での昇温速度は「１０００℃以上の昇温速度」欄に記載の通りである。保持の際の圧力は、真空（ｖａｃ）またはＮ２条件下（流量２Ｌ／分、分圧５ｋＰａ、表において「Ｎ２（２Ｌ－５ｋＰａ）」と示す。）とした。
【0091】
次に、表２の「降温速度」欄に記載の降温速度で１２００℃まで冷却して、超硬合金中間体を得た。
【0092】
次に、超硬合金中間体に対してＨＩＰ処理を行った。具体的には、超硬合金中間体に対して、Ａｒガスを圧力媒体として、温度１３２０℃かつ圧力１０ＭＰａを６０分間加えた。その後、徐冷して、各試料の超硬合金を得た。
【0093】
【表2】
【0094】
［超硬合金の評価］
＜超硬合金の第２硬質相の含有率および結合相の含有率＞
各試料の超硬合金の第２硬質相の含有率および結合相の含有率を測定した。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３の「超硬合金」の「第２硬質相」の「含有率」欄および「結合相」の「含有率」欄に示す。なお、全ての試料において、第２硬質相および結合相以外は、第１硬質相であった。
＜超硬合金の第２硬質相の含有率および結合相の含有率＞
各試料の超硬合金の第２硬質相の含有率および結合相の含有率を測定した。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３の「超硬合金」の「第２硬質相」の「含有率」欄および「結合相」の「含有率」欄に示す。なお、全ての試料において、第２硬質相および結合相以外は、第１硬質相であった。
【0095】
＜炭化タングステン粒子の粒径のＤ１０およびＤ９０＞
各試料の超硬合金において、炭化タングステン粒子の粒径のＤ１０およびＤ９０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３の「超硬合金」の「第１硬質相」の「Ｄ１０」および「Ｄ９０」欄に示す。
各試料の超硬合金において、炭化タングステン粒子の粒径のＤ１０およびＤ９０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３の「超硬合金」の「第１硬質相」の「Ｄ１０」および「Ｄ９０」欄に示す。
【0096】
＜第２硬質相の組成＞
各試料の超硬合金において、第２硬質相の組成を測定した。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３の「超硬合金」の「第２硬質相」の「組成」欄に示す。
各試料の超硬合金において、第２硬質相の組成を測定した。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３の「超硬合金」の「第２硬質相」の「組成」欄に示す。
【0097】
＜第２硬質相の面積の中央値および変動係数＞
各試料の超硬合金の断面において、第２硬質相の面積の中央値および第２硬質相の面積の変動係数を測定した。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３の「超硬合金」の「第２硬質相」の「Ｄ５０」および「変動係数」欄に示す。
各試料の超硬合金の断面において、第２硬質相の面積の中央値および第２硬質相の面積の変動係数を測定した。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３の「超硬合金」の「第２硬質相」の「Ｄ５０」および「変動係数」欄に示す。
【0098】
＜結合相の組成＞
各試料の超硬合金において、結合相の組成および結合相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３の「超硬合金」の「結合相」の「組成」および「Ｃｏ含有率」欄に示す。
各試料の超硬合金において、結合相の組成および結合相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３の「超硬合金」の「結合相」の「組成」および「Ｃｏ含有率」欄に示す。
【0099】
＜超硬合金のクロム含有率＞
各試料の超硬合金のクロム含有率を測定した。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３の「超硬合金」の「Ｃｒ含有率」欄に示す。
各試料の超硬合金のクロム含有率を測定した。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３の「超硬合金」の「Ｃｒ含有率」欄に示す。
【0100】
【表3】
【0101】
［切削工具の作製］
各試料の超硬合金からなる丸棒を加工し、エンドミル形状（型番：ＳＳＤＣ４１００）の基材を作製した。基材の表面に対して、酸およびアルカリでエッチング処理を行った。
各試料の超硬合金からなる丸棒を加工し、エンドミル形状（型番：ＳＳＤＣ４１００）の基材を作製した。基材の表面に対して、酸およびアルカリでエッチング処理を行った。
【0102】
エッチング後の基材上に熱フィラメントＣＶＤ法により、厚さ８μｍの多結晶ダイヤモンドからなる被膜を形成して、各試料の切削工具（エンドミル）を得た。熱フィラメントＣＶＤ法での成膜条件は、７００℃、５００Ｐａ、使用ガスとその流量比Ｈ２／ＣＨ４＝１００／１であった。
【0103】
各試料のエンドミルを用いてＣＦＲＰの側面加工を行った。加工条件は、切削速度Ｖｃ２５０ｍ／ｍｉｎ、テーブル送りＦ８００ｍｍ／ｍｉｎ、切込み量（軸方向）ａｐ６ｍｍ、切込み量（半径方向）ａｅ１ｍｍ、ドライ加工とした。バリ発生までの切削長を測定した。切削長が長いほど、工具寿命が長いと判断される。結果を表３の「切削試験」の「切削長」欄に示す。
【0104】
［考察］
試料１～試料２０の超硬合金および切削工具は、実施例に該当する。試料２１～試料３１の超硬合金および切削工具は、比較例に該当する。実施例の切削工具は、比較例の切削工具に比べて、工具寿命が長いことが確認された。実施例の切削工具は、ＣＦＲＰ加工に用いた場合において、長時間の安定加工が可能であることが確認された。実施例の切削工具は、基材と被膜との密着力が高いため、膜剥離に伴う抵抗の増加を抑制でき、長時間にわたりバリの発生を抑制できたと推察される。
試料１～試料２０の超硬合金および切削工具は、実施例に該当する。試料２１～試料３１の超硬合金および切削工具は、比較例に該当する。実施例の切削工具は、比較例の切削工具に比べて、工具寿命が長いことが確認された。実施例の切削工具は、ＣＦＲＰ加工に用いた場合において、長時間の安定加工が可能であることが確認された。実施例の切削工具は、基材と被膜との密着力が高いため、膜剥離に伴う抵抗の増加を抑制でき、長時間にわたりバリの発生を抑制できたと推察される。
【0105】
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、様々に変形したりすることも当初から予定している。
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。
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】
【0106】
１ 第１硬質相、２ 第２硬質相、３ 結合相、４ 超硬合金、５ 基材、６ 被膜、１０ 切削工具。
【要約】
第１硬質相と、複数の第２硬質相と、結合相とからなる超硬合金であって、前記第１硬質相は、複数の炭化タングステン粒子からなり、前記炭化タングステン粒子の粒径のＤ１０は、０．４０μｍ以上であり、前記炭化タングステン粒子の粒径のＤ９０は、２．００μｍ以下であり、前記第２硬質相は、ＴａＮｂＣ、ＴａＮｂＮ、ＴａＮｂＣＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮｂＣ、ＴｉＮｂＮ、および、ＴｉＮｂＣＮからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１化合物からなり、前記超硬合金は、前記第２硬質相を０．３０体積％以上１．６０体積％以下含み、前記超硬合金の断面において、前記第２硬質相の面積の中央値は、０．９０μｍ２以上１．２０μｍ２以下であり、前記第２硬質相の面積の変動係数は、０．５０以上１．２０以下であり、前記結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、前記超硬合金は、前記結合相を８．０体積％以上１２．０体積％以下含む、超硬合金である。
【図1】
【図2】
【図3】