銀ろう材
【課題】超硬合金部材を接合する際に用いる場合においても秀れた接合強度を発揮できる極めて実用性に秀れた銀ろう材の提供。
【解決手段】
銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）及びコバルト（Ｃｏ）を主成分とする銀ろう材であって、前記各成分の含有量を、Ａｇ：４８．０〜５４．０質量％、Ｃｕ：１９．０〜２３．０質量％、Ｚｎ：１３．０〜３０．０質量％、Ｃｏ：０．１〜２．３質量％とする。
【解決手段】
銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）及びコバルト（Ｃｏ）を主成分とする銀ろう材であって、前記各成分の含有量を、Ａｇ：４８．０〜５４．０質量％、Ｃｕ：１９．０〜２３．０質量％、Ｚｎ：１３．０〜３０．０質量％、Ｃｏ：０．１〜２．３質量％とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば超硬合金部材と他部材とのろう付接合（ろう接）に用いられる銀ろう材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超硬合金は、一般に炭化タングステン（ＷＣ）粉末を結合材であるコバルト（Ｃｏ）を用いて焼結した複合材料であり、高硬度で耐摩耗性に優れ、切削工具などに広く使用されているが、タングステン等の希少金属を主成分としているため、非常に高価である。
【０００３】
このため、例えばドリル等の切削工具においては、シャンク部を再利用することによって、超硬合金使用量の節減が行われている。例えば、使用済み工具の摩耗した刃部のみを除去し、残った超硬合金製のシャンク部に新しい刃部をろう付して工具として再利用する等である。
【０００４】
ところで、従来、このような刃部とシャンク部とのろう付には、例えば特許文献１に開示されるような銀（Ａｇ）ろう材が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１２１２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者等は、種々の検討の結果、従来の銀ろう材による超硬合金のろう付時には、超硬合金中の結合材であるＣｏがろう層部（ろう材）に拡散することにより、接合界面近傍の超硬合金中のＣｏが欠乏して、破断が起きやすくなることを見出した。
【０００７】
即ち、ろう付継手のろう層部がある程度の強度を有する場合には、超硬合金内（のＣｏが欠乏したＣｏ欠乏領域）で破断が起き、このＣｏ欠乏領域の大きさが継手の強度に大きく影響することを見出した。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決したものであり、超硬合金部材を接合する際に用いる場合においても秀れた接合強度を発揮できる極めて実用性に秀れた銀ろう材を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【００１０】
銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）及びコバルト（Ｃｏ）を主成分とする銀ろう材であって、前記各成分の含有量が、Ａｇ：４８．０〜５４．０質量％、Ｃｕ：１９．０〜２３．０質量％、Ｚｎ：１３．０〜３０．０質量％、Ｃｏ：０．１〜２．３質量％であることを特徴とする銀ろう材に係るものである。
【００１１】
また、請求項１記載の銀ろう材において、Ｃｏを高濃度に含有するＣｏリッチ相を有し、このＣｏリッチ相の硬さが２８０ＨＶ以上であることを特徴とする銀ろう材に係るものである。
【００１２】
また、請求項１，２いずれか１項に記載の銀ろう材において、この銀ろう材は、炭化タングステン（ＷＣ）とＣｏとを主成分とする超硬合金部材と他部材とを接合する際に用いられるものであることを特徴とする銀ろう材に係るものである。
【００１３】
また、請求項３記載の銀ろう材において、前記超硬合金部材同士を接合する際に用いられるものであることを特徴とする銀ろう材に係るものである。
【００１４】
また、請求項３，４いずれか１項に記載の銀ろう材において、この銀ろう材は、前記超硬合金部材と接合した際、前記超硬合金部材の銀ろう材との接合界面に形成されるＣｏ欠乏領域の幅が１μｍ以下となるものであることを特徴とする銀ろう材に係るものである。
【００１５】
また、請求項１〜５いずれか１項に記載の銀ろう材において、スズ（Ｓｎ）を１０．０〜１２．０質量％含むことを特徴とする銀ろう材に係るものである。
【００１６】
また、請求項１〜５いずれか１項に記載の銀ろう材において、ニッケル（Ｎｉ）を２．１〜２．２質量％含むことを特徴とする銀ろう材に係るものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は上述のように構成したから、超硬合金部材を接合する際に用いる場合においても秀れた接合強度を発揮できる極めて実用性に秀れた銀ろう材となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】使用したろう材の化学組成及び液相線を示す表である。
【図２】ろう付装置の概略説明図である。
【図３】接合界面近傍の超硬合金中のＣｏ欠乏の様子を示すＳＥＭ写真である。
【図４】従来の銀ろう材を使用した継手の曲げ強さを示すグラフである。
【図５】曲げ試験後の破面の様子を示す写真である。
【図６】ＢＡｇ０へのＣｏの添加量と曲げ強さとの関係を示すグラフである。
【図７】曲げ試験後の破面の様子を示す写真である。
【図８】接合界面近傍の超硬合金中のＣｏ欠乏の様子を示すＳＥＭ写真である。
【図９】ろう層部の組織を示すＳＥＭ写真である。
【図１０】ろう層部各相の化学組成とビッカース硬さを示す表である。
【図１１】ＢＡｇ０−２Ｃｏによる継手のろう層部組織を示すＳＥＭ写真である。
【図１２】ＢＡｇ０−２Ｃｏによる継手の破断経路を示すＳＥＭ写真である。
【図１３】ＢＡｇ−２４−０ＮｉへのＣｏの添加量と曲げ強さとの関係を示すグラフである。
【図１４】曲げ試験後の破面の様子を示す写真である。
【図１５】接合界面近傍の超硬合金中のＣｏ欠乏の様子を示すＳＥＭ写真である。
【図１６】ろう層部の組織を示すＳＥＭ写真である。
【図１７】ろう層部各相の化学組成とビッカース硬さを示す表である。
【図１８】ＢＡｇ−２４−０Ｎｉ−２Ｃｏによる継手のろう層部組織を示すＳＥＭ写真である。
【図１９】ＢＡｇ−２４へのＣｏの添加量と曲げ強さとの関係を示すグラフである。
【図２０】曲げ試験後の破面の様子を示す写真である。
【図２１】接合界面近傍の超硬合金中のＣｏ欠乏の様子を示すＳＥＭ写真である。
【図２２】ろう層部の組織を示すＳＥＭ写真である。
【図２３】ろう層部各相の化学組成を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００２０】
予め銀ろう材にＣｏが含有されているため、例えば、（Ｃｏを結合材とする）超硬合金部材をろう付する際、超硬合金部材の銀ろう材との接合界面近傍における銀ろう材へのＣｏの拡散が防止されることになる。従って、超硬合金部材の銀ろう材との接合界面近傍のＣｏ欠乏領域の幅を可及的に狭くすることが可能となり、前記超硬合金部材に対しても、それだけ破断し難く接合強度に秀れたろう付を行えるものとなる。
【実施例】
【００２１】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００２２】
本実施例は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｏを主成分とする銀ろう材であって、前記各成分の含有量が、Ａｇ：４８．０〜５４．０質量％、Ｃｕ：１９．０〜２３．０質量％、Ｚｎ：１３．０〜３０．０質量％、Ｃｏ：０．１〜２．３質量％に設定されているものである。
【００２３】
本実施例における各成分の含有量等の数値限定の範囲は後述する実験例に基づいて導き出されるものであり、まず、本実施例の概略を説明する。
【００２４】
本実施例は、例えば、ＷＣとＣｏを主成分とする超硬合金部材同士とをろう付する際に用いられるものである。尚、超硬合金部材と超硬合金部材以外の部材とをろう付する際に用いても良いし、超硬合金部材以外の部材同士をろう付する際に用いても良い。
【００２５】
また、本実施例は、Ｃｏを高濃度に含有するＣｏリッチ相を有し、このＣｏリッチ相の硬さが２８０ＨＶ以上となるように、更に好ましくは３００ＨＶ以上となるようにＣｏの含有量が設定されている。２８０ＨＶ以上の硬度がない場合、Ｃｏを含有せしめることによる接合強度向上効果が十分に発揮されないためである。
【００２６】
また、本実施例は、銀ろう材と前記超硬合金部材とを接合した際、前記超硬合金部材の銀ろう材との接合界面に形成されるＣｏ欠乏領域の幅が１μｍ以下となるようにＣｏの含有量が設定されている。１μｍを超えるＣｏ欠乏領域が存在するとＣｏを含有せしめることによる接合強度向上効果が十分に発揮されないためである。尚、Ｃｏ欠乏領域とは、超硬合金部材においてＣｏ量が他領域より少ない領域のことであり、本実施例では接合界面に対し直交する方向の長さをＣｏ欠乏領域の幅としている。このＣｏ欠乏領域の幅は例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に搭載されたエネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）を用いた元素の面分析によって確認することができる。例えば、図３，８，１５では夫々の写真の左側に超硬合金部材、右側にろう層部が配置されるように接合界面近傍を観察したものであり、写真中の左右に横断する線はＣｏ量を表しており、夫々の写真中で線が上にあるほどＣｏ量が多いことを示すためこの線によりＣｏ欠乏領域の幅を求める。具体的には、一辺がＷＣ粒径の４０倍以上の領域で面分析により超硬合金部材のＣｏ量を測定し、それを平均化した線を接合界面に対し直交する方向で表した時に、接合界面に向かい平均化した線が下がり始める（Ｃｏ量が減少し始める）所から、接合界面までの領域をＣｏ欠乏領域としてその幅を求める。
【００２７】
また、上記構成に、スズ（Ｓｎ）を１０．０〜１２．０質量％添加したり、ニッケル（Ｎｉ）を２．１〜２．２質量％添加しても良い。この場合にも、良好な銀ろう材を得ることが可能である。
【００２８】
尚、融点（液相線）が７００℃以下となるように各成分の含有量を設定すると、ろう付時の加熱温度をそれだけ低くすることが可能となり、ろう付工程における作業性の向上と省エネルギー化が可能となる。
【００２９】
本実施例は上述のように構成したから、予め銀ろう材にＣｏが含有されることで、Ｃｏを結合材とする超硬合金部材をろう付する際、超硬合金部材の銀ろう材との接合界面近傍における銀ろう材へのＣｏの拡散が防止されることになる。従って、超硬合金部材の銀ろう材との接合界面近傍のＣｏ欠乏領域の幅を可及的に狭くすることが可能となり、前記超硬合金部材に対しても、それだけ破断し難く接合強度に秀れたろう付を行えるものとなる。
【００３０】
よって、本実施例は、超硬合金部材を接合する際に用いる場合でも秀れた接合強度を発揮できる極めて実用性に秀れたものとなる。
【００３１】
以下、本実施例の効果を裏付ける実験例について詳述する。
【００３２】
供試材には、直径６ｍｍの超硬合金（ＷＣ−９．２ｍａｓｓ％Ｃｏ−０．８ｍａｓｓ％Ｃｒ−０．４ｍａｓｓ％Ｖ，抗折力：約３９９０ＭＰａ）丸棒を用いた。なお、含有量を示す単位である「質量％」と「ｍａｓｓ％」とは同じ意味であり、本明細書においてはこれらを併用している。ＷＣの平均粒径は約０．２μｍである。接合用試験片の長さは５０ｍｍであり、接合端面をダイヤモンドペーストによって鏡面に仕上げた（平均表面粗さ：Ｒａ≒０．０５μｍ）後、アセトン中で超音波洗浄して接合に供した。
【００３３】
用いたろう材は、超硬合金のろう付に用いられているＢＡｇ−２４，ＢＡｇ−２４の組成のうちＮｉを除いた銀ろう材（ＢＡｇ−２４−０Ｎｉ）、及び、本発明者等が開発した特許第４０９３３２２号に係る銀ろう材（ＢＡｇ０）と、それぞれにＣｏを添加した銀ろう材（本実施例）である。用いた銀ろう材の化学組成と液相線を図１に示す。Ｃｏの添加量は図１中最左欄の「−０．１Ｃｏ」，「−１Ｃｏ」等と表示される通りである（いずれも単位はｍａｓｓ％）。液相線は示差熱分析法（ＤＴＡ）によって測定した。なお、特開昭６３−３１７２９０号公報には、Ｃｏを添加した銀ろう材が記載されているが、用途やＣｏを添加する目的が異なっている。また、超硬合金用の銀ろう材には、Ｚｎが含有されていないと超硬合金に対して銀ろうが濡れずに接合が困難であるため、特開昭６３−３１７２９０号公報に記載の銀ろう材は超硬合金のろう付には適用できない。
【００３４】
接合に用いたろう付装置の概略を図２（ａ）に示す。ろう付は大気中で行い、加熱は高周波誘導加熱によって行った。垂直に配置した二本の接合試験片（超硬合金部材）の接合面に市販のフラックスを塗布し、質量約０．０５ｇの薄片状のろうを挿入した後、加熱速度１０℃／ｓで所定の温度（この温度を接合温度と呼ぶ）まで加熱した。接合温度に３０ｓ間保持した後、空冷した。接合温度は、使用するろうにより、６５０℃または７５０℃とした。試験片の温度は、接合端面から約１ｍｍ離れた箇所に取り付けたＲ熱電対で測定した。なお、図２（ｂ）に示すように，上側試験片の接合面に直径０．１ｍｍのタングステン線を挿入してクリアランスを０．１ｍｍに保持した。接合中は、超硬合金丸棒（接合試験片）の軸方向に約９０Ｎの荷重を加えた。
【００３５】
ろう付された接合体は、中央部を直径４ｍｍで平行部長さ５ｍｍに加工後、三点曲げ試験（支点間距離：２５ｍｍ，試験速度：０．１ｍｍ／ｍｉｎ）を行い、曲げ強さを測定した。この曲げ強さを継手の接合強さとした。また、ろう層部（ろう付した状態のろう材）の組織や破断経路を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察し、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）によって元素分析等を行った。ろう層部組織の硬さ試験は、ダイナミック超微小硬度計を用いて行い、試験時間１０ｓでビッカース硬さを求めた。
【００３６】
次に実験結果について説明する。
【００３７】
図３に従来から超硬合金のろう付に使用されているＢＡｇ−２４と、これからＮｉを除いたＢＡｇ−２４−０Ｎｉと、ＢＡｇ０を使用してろう付した継手の接合界面近傍の超硬合金中Ｃｏ欠乏の様子を示す。接合温度は、ＢＡｇ−２４，ＢＡｇ−２４−０Ｎｉを使用した場合は７５０℃で、ＢＡｇ０を使用した場合は６５０℃である。従来から超硬合金用のろう付に使用されているＢＡｇ−２４による継手のＣｏ欠乏領域の幅は比較的広くなっているのがわかる。これは、ろう成分中にＣｏと全率で固溶するＮｉが含まれている影響で、超硬合金中のＣｏがろう層部に拡散しやすくなっていることが原因と考えられる。また、接合温度が低い場合にＣｏ欠乏領域が狭くなっているが、これは接合温度が低いため、Ｃｏがろう層中に拡散しにくかったためと考えられる。
【００３８】
それぞれの銀ろうを使用してろう付された継手の曲げ強さを図４に示す。ＢＡｇ−２４とＢＡｇ−２４−０Ｎｉを比較すると、超硬合金中Ｃｏ欠乏領域が狭かったＢＡｇ−２４−０Ｎｉの方が曲げ強さが高かった。しかし、Ｃｏ欠乏領域が最も狭かったＢＡｇ０による継手の曲げ強さは、一番低い値を示した。
【００３９】
次に、それぞれの銀ろうによる継手の曲げ試験後の破面の様子を図５に示すが、ＢＡｇ−２４とＢＡｇ−２４−０Ｎｉを使用した継手の破断は、図５（ａ），（ｂ）に示すようにほとんどが超硬合金内での破断であった。また、図５（ｃ）に示すように、ＢＡｇ０による継手の破断は主にろう層内で起きていた。このことから、ＢＡｇ−２４よりＢＡｇ−２４−０Ｎｉによる継手の曲げ強さが高くなったのは、超硬合金中Ｃｏ欠乏領域が狭いことにより、超硬合金内での破断が起きにくかったことが原因と考えられる。また、ＢＡｇ０による継手の曲げ強さが低かった原因は、ろう層部が弱かったためと考えられる。
【００４０】
次に、ＢＡｇ０へのＣｏ添加の影響について調べた。上述したようにＢＡｇ０による継手の破断はろう層部で起きているため、曲げ強さの向上のためにはろう層部の強化が必要である。また、超硬合金中Ｃｏ欠乏領域についても、接合温度が低いために狭くなってはいるものの、ろう層部の強化によりこの欠乏領域が問題になることも十分に考えられる。そこで、あらかじめ銀ろう中にＣｏを添加することで、超硬合金からのＣｏの拡散を抑えると同時に、Ｃｏの固溶強化によるろう層部の強化を期待した。図６にＢＡｇ０とこれにＣｏを添加した銀ろうによる継手の曲げ強さを示す。Ｃｏを微量添加することにより、それによる継手の曲げ強さが向上し、添加量０．５ｍａｓｓ％で最大の曲げ強さを示した。また、さらに添加量を増加させた場合、それによる継手の曲げ強さは低下する傾向を示した。曲げ試験後の破面の様子を図７に示すが、Ｃｏを０．５ｍａｓｓ％添加した銀ろうを使用した場合には、破断が一部超硬合金内で発生していた。このことから、Ｃｏの添加によりろう層部が破断しにくくなったことが予想される。また、Ｃｏを２ｍａｓｓ％添加した銀ろうを使用した場合には、ろう層部での破断がほとんどであり、過度にＣｏを添加することで、ろう層部が弱くなっていることが予想される。
【００４１】
図８にＢＡｇ０とＢＡｇ０−０．５Ｃｏを使用してろう付した継手の接合界面近傍の超硬合金中Ｃｏ欠乏の様子を示す。Ｃｏを０．５ｍａｓｓ％添加したことで、超硬合金中のＣｏ欠乏領域が縮小したことがわかる。このことから、Ｃｏを添加することで、それによる継手は超硬合金での破断が起きにくくなることが考えられる。次に、ＢＡｇ０とＢＡｇ０−０．５Ｃｏを使用してろう付した継手のろう層部組織を図９に示す。通常の銀ろうの凝固組織は、α−Ｃｕ相（Ｚｎと少しのＡｇを含む銅固溶体）の初晶，α１−Ａｇ相（Ｚｎと少しのＣｕを含む銀固溶体）及びこれらの共晶が主体であると言われていて、本実験例においてもこれと同様の組織となっていると考えられる。すなわち、Ｗで示す相は銀固溶体相、Ｄで示す相は銅固溶体相、Ｅで示す部分はＷとＤの共晶組織と考えられ、いずれのろう層部にもこれらの組織が見られた。また、Ｃｏを添加した銀ろうを使用した場合にはＢで示すＣｏリッチ相が見られた。Ｃｏリッチ相の定義については後述する。
【００４２】
各相の化学組成とビッカース硬さを図１０に示す。なお、Ｃｏリッチ相は非常に小さく硬さ測定が困難だったため、後述するＢＡｇ０−２Ｃｏを使用した継手のろう層部に形成されたほぼ同組成の相の硬さをこの相の硬さとしている。銀固溶体相、銅固溶体相ともに、含有するＣｏ量が増加し、それに伴い、硬さも上昇しているのがわかる。以上のことから、ＢＡｇ０−０．５Ｃｏを使用した継手の曲げ強さの向上は、接合界面近傍の超硬合金中Ｃｏ欠乏領域の縮小と、ろう層部の固溶強化によるものと考えられる。
【００４３】
ＢＡｇ０−２Ｃｏを使用した継手のろう層部の組織を図１１に示す。ろう層部に形成される相はＢＡｇ０−０．５Ｃｏによる継手と同じであったが、Ｂで示すＣｏリッチ相が多く、粗大になっていた。また、この相のビッカース硬さは３９０ＨＶと硬くなっていた。この硬さはＣｏリッチ相の平均硬さであるが、硬さは低いものでも３００ＨＶ以上であった。図１２にＢＡｇ０−２Ｃｏによる継手の破断経路を示すが、破断は硬いＣｏリッチ相の周囲で起きていた。このことから、Ｃｏの添加量を増加させた場合に曲げ強さが低下したのは、Ｃｏリッチ相の増加と粗大化が原因であると考えられる。
【００４４】
次に、ＢＡｇ−２４−０ＮｉへのＣｏ添加の影響について調べた。
【００４５】
ＢＡｇ−２４−０ＮｉとこれにＣｏを添加した銀ろうを使用してろう付した継手の曲げ強さを図１３に示す。Ｃｏを微量添加することにより、それによる継手の曲げ強さが向上し、添加量０．５％で最大の曲げ強さを示した。また、添加量を増加させた場合、それによる継手の曲げ強さは低下する傾向を示した。これは、ＢＡｇ０にＣｏを添加した場合と同様の結果であった。曲げ試験後の破面の様子を図１４に示すが、ＢＡｇ−２４−０ＮｉとＢＡｇ−２４−０Ｎｉ−０．５Ｃｏを使用した継手の破断は、そのほとんどが超硬合金での破断であった。また、ＢＡｇ−２４−０Ｎｉ−２Ｃｏを使用した継手の場合は、ろう層部での破断が多く見られた。
【００４６】
ＢＡｇ−２４−０Ｎｉ、ＢＡｇ−２４−０Ｎｉ−０．５Ｃｏ、ＢＡｇ−２４−０Ｎｉ−２Ｃｏを使用してろう付した継手の接合界面近傍の超硬合金中Ｃｏ欠乏の様子を図１５に示す。Ｃｏ添加によりＣｏ欠乏領域が縮小しているのがわかる。また、Ｃｏ添加量が０．５ｍａｓｓ％と２．０ｍａｓｓ％ではほとんど違いは見られなかった。このことから、前述のＢＡｇ０にＣｏを添加した場合と同様に、Ｃｏを添加することで超硬合金での破断が起きにくくなっていると考えられる。
【００４７】
ＢＡｇ−２４−０ＮｉとＢＡｇ−２４−０Ｎｉ−０．５Ｃｏを使用してろう付した継手のろう層部の組織を図１６に示す。図９に示したＢＡｇ０による継手のろう層部に形成される組織とは大きく異なるものの、現れる相は同じと考えられ、銀固溶体と銅固溶体とこれらの共晶組織、そして、Ｃｏを添加した場合には黒く見えるＣｏリッチ相が見られた。また、各相の化学組成とビッカース硬さを図１７に示す。なお、上述のＢＡｇ０の場合と同様にＣｏリッチ相は非常に小さく硬さ測定が困難だったため、後述するＢＡｇ−２４−０Ｎｉ−２Ｃｏを使用した継手のろう層部に形成されたほぼ同組成の相の硬さをこの相の硬さとしている。上述のＢＡｇ０にＣｏを添加した場合と同様に、Ｃｏを添加することで各相に固溶されるＣｏ量が増加し、それに伴い硬さも上昇した。このことから、ＢＡｇ−２４−０ＮｉにＣｏを添加することで、それによる曲げ強さが向上した原因は、接合界面近傍の超硬合金中Ｃｏ欠乏領域の縮小とＣｏの固溶強化により、超硬合金とろう層部が破断しにくくなったためと考えられる。ＢＡｇ−２４−０Ｎｉ−２Ｃｏによる継手のろう層部組織を図１８に示す。黒く見えるＣｏリッチ相が多く粗大になっている。Ｃｏ添加量を増加すると、それによる継手の曲げ強さが低下した原因は、ＢＡｇ０にＣｏを添加した場合と同様に、この硬く粗大なＣｏリッチ相により、ろう層部が破断しやすくなったためと考えられる。
【００４８】
次に、ＢＡｇ−２４へのＣｏ添加の影響について調べた。
【００４９】
ＢＡｇ−２４とこれにＣｏを添加した銀ろうを使用してろう付した継手の曲げ強さを図１９に示す。上述したＢＡｇ−２４−０Ｎｉの場合と同様に、Ｃｏを添加することでそれによる継手の曲げ強さが向上したが、ＢＡｇ−２４−０ＮｉにＣｏを添加した銀ろうによる継手の曲げ強さに比べると低い値を示した。また、Ｃｏ添加量を増加させても曲げ強さの明らかな低下は見られなかった。図２０に曲げ試験後の破面の様子を示すが、ＢＡｇ−２４とＢＡｇ−２４−０．５Ｃｏによる継手の破断は、そのほとんどが超硬合金内で起きていた。また、Ｃｏ添加量が増加すると、それによる継手の破断はろう層内での破断が多くなった。図２１にＢＡｇ−２４とＢＡｇ−２４−０．５ＣｏとＢＡｇ−２４−２Ｃｏによる継手の接合界面近傍の超硬合金中Ｃｏ欠乏の様子を示す。ＢＡｇ０またはＢＡｇ−２４−０ＮｉにＣｏを添加した場合は、夫々図８と図１５に示すように、その添加量が０．５ｍａｓｓ％でＣｏの欠乏はほとんど見られなくなっていたが（Ｃｏ欠乏領域の幅が０．５μｍ未満）、ＢＡｇ−２４にＣｏを０．５ｍａｓｓ％添加した場合は、それによる継手の接合界面近傍の超硬合金Ｃｏ欠乏領域は、まだ広かった。これは、銀ろうに含まれるＮｉとＣｏは全率で固溶する元素であるため、微量のＣｏ添加では超硬合金からろう層部への拡散が起こっていることが考えられる。Ｃｏを２ｍａｓｓ％添加した場合には、接合界面近傍のＣｏ欠乏領域はほとんど見られなくなっていた。次に、ＢＡｇ−２４、ＢＡｇ−２４−０．５Ｃｏ、ＢＡｇ−２４−２Ｃｏによる継手の接合部組織を図２２に示す。それぞれの接合部に銀固溶体と銅固溶体と思われる相が見られた。また、Ｃｏを添加した銀ろうを使用した継手のろう層部には黒く見えるＣｏリッチ相が見られた。各相の化学組成を図２３に示すが、このＣｏリッチ相はＢＡｇ０やＢＡｇ−２４−０ＮｉにＣｏを添加した場合とは違い、含有するＣｏの割合が少なく、Ｎｉが若干多く含まれていた。Ｃｏ含有量には多少のばらつきがあったが、一番少ないもので約５８ａｔ％であった。この結果より、Ｃｏリッチ相はＣｏを５５ａｔ％以上含有する相と定義した。また、添加量が多くなるにつれ、Ｃｏ濃度が高くなっていた。このことから、Ｃｏ添加量が多くなるとろう層部での破断が起きやすくなり、ろう層部での破断が多くなったと考えられる。しかし、ＮｉはＣｏを全率で固溶する元素であるために、ろう成分中にＮｉを含んでいる場合は、Ｎｉを含んでいない場合に比べて、Ｃｏリッチ相のＣｏ濃度が低く、また粗大化も起こりにくいために接合強度の明らかな低下が見られなかったと考えられる。しかし、さらにＣｏ添加量を増加させた場合には徐々に接合強度が低下することが予測される。
【００５０】
以上から、ＢＡｇ−２４、ＢＡｇ−２４−０Ｎｉ、ＢＡｇ０のいずれに対しても、適量のＣｏを添加することで、超硬合金部材同士をろう付した際、曲げ強さ（接合強度）を向上させることが可能であることを確認できた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば超硬合金部材と他部材とのろう付接合（ろう接）に用いられる銀ろう材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超硬合金は、一般に炭化タングステン（ＷＣ）粉末を結合材であるコバルト（Ｃｏ）を用いて焼結した複合材料であり、高硬度で耐摩耗性に優れ、切削工具などに広く使用されているが、タングステン等の希少金属を主成分としているため、非常に高価である。
【０００３】
このため、例えばドリル等の切削工具においては、シャンク部を再利用することによって、超硬合金使用量の節減が行われている。例えば、使用済み工具の摩耗した刃部のみを除去し、残った超硬合金製のシャンク部に新しい刃部をろう付して工具として再利用する等である。
【０００４】
ところで、従来、このような刃部とシャンク部とのろう付には、例えば特許文献１に開示されるような銀（Ａｇ）ろう材が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１２１２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者等は、種々の検討の結果、従来の銀ろう材による超硬合金のろう付時には、超硬合金中の結合材であるＣｏがろう層部（ろう材）に拡散することにより、接合界面近傍の超硬合金中のＣｏが欠乏して、破断が起きやすくなることを見出した。
【０００７】
即ち、ろう付継手のろう層部がある程度の強度を有する場合には、超硬合金内（のＣｏが欠乏したＣｏ欠乏領域）で破断が起き、このＣｏ欠乏領域の大きさが継手の強度に大きく影響することを見出した。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決したものであり、超硬合金部材を接合する際に用いる場合においても秀れた接合強度を発揮できる極めて実用性に秀れた銀ろう材を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【００１０】
銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）及びコバルト（Ｃｏ）を主成分とする銀ろう材であって、前記各成分の含有量が、Ａｇ：４８．０〜５４．０質量％、Ｃｕ：１９．０〜２３．０質量％、Ｚｎ：１３．０〜３０．０質量％、Ｃｏ：０．１〜２．３質量％であることを特徴とする銀ろう材に係るものである。
【００１１】
また、請求項１記載の銀ろう材において、Ｃｏを高濃度に含有するＣｏリッチ相を有し、このＣｏリッチ相の硬さが２８０ＨＶ以上であることを特徴とする銀ろう材に係るものである。
【００１２】
また、請求項１，２いずれか１項に記載の銀ろう材において、この銀ろう材は、炭化タングステン（ＷＣ）とＣｏとを主成分とする超硬合金部材と他部材とを接合する際に用いられるものであることを特徴とする銀ろう材に係るものである。
【００１３】
また、請求項３記載の銀ろう材において、前記超硬合金部材同士を接合する際に用いられるものであることを特徴とする銀ろう材に係るものである。
【００１４】
また、請求項３，４いずれか１項に記載の銀ろう材において、この銀ろう材は、前記超硬合金部材と接合した際、前記超硬合金部材の銀ろう材との接合界面に形成されるＣｏ欠乏領域の幅が１μｍ以下となるものであることを特徴とする銀ろう材に係るものである。
【００１５】
また、請求項１〜５いずれか１項に記載の銀ろう材において、スズ（Ｓｎ）を１０．０〜１２．０質量％含むことを特徴とする銀ろう材に係るものである。
【００１６】
また、請求項１〜５いずれか１項に記載の銀ろう材において、ニッケル（Ｎｉ）を２．１〜２．２質量％含むことを特徴とする銀ろう材に係るものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は上述のように構成したから、超硬合金部材を接合する際に用いる場合においても秀れた接合強度を発揮できる極めて実用性に秀れた銀ろう材となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】使用したろう材の化学組成及び液相線を示す表である。
【図２】ろう付装置の概略説明図である。
【図３】接合界面近傍の超硬合金中のＣｏ欠乏の様子を示すＳＥＭ写真である。
【図４】従来の銀ろう材を使用した継手の曲げ強さを示すグラフである。
【図５】曲げ試験後の破面の様子を示す写真である。
【図６】ＢＡｇ０へのＣｏの添加量と曲げ強さとの関係を示すグラフである。
【図７】曲げ試験後の破面の様子を示す写真である。
【図８】接合界面近傍の超硬合金中のＣｏ欠乏の様子を示すＳＥＭ写真である。
【図９】ろう層部の組織を示すＳＥＭ写真である。
【図１０】ろう層部各相の化学組成とビッカース硬さを示す表である。
【図１１】ＢＡｇ０−２Ｃｏによる継手のろう層部組織を示すＳＥＭ写真である。
【図１２】ＢＡｇ０−２Ｃｏによる継手の破断経路を示すＳＥＭ写真である。
【図１３】ＢＡｇ−２４−０ＮｉへのＣｏの添加量と曲げ強さとの関係を示すグラフである。
【図１４】曲げ試験後の破面の様子を示す写真である。
【図１５】接合界面近傍の超硬合金中のＣｏ欠乏の様子を示すＳＥＭ写真である。
【図１６】ろう層部の組織を示すＳＥＭ写真である。
【図１７】ろう層部各相の化学組成とビッカース硬さを示す表である。
【図１８】ＢＡｇ−２４−０Ｎｉ−２Ｃｏによる継手のろう層部組織を示すＳＥＭ写真である。
【図１９】ＢＡｇ−２４へのＣｏの添加量と曲げ強さとの関係を示すグラフである。
【図２０】曲げ試験後の破面の様子を示す写真である。
【図２１】接合界面近傍の超硬合金中のＣｏ欠乏の様子を示すＳＥＭ写真である。
【図２２】ろう層部の組織を示すＳＥＭ写真である。
【図２３】ろう層部各相の化学組成を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００２０】
予め銀ろう材にＣｏが含有されているため、例えば、（Ｃｏを結合材とする）超硬合金部材をろう付する際、超硬合金部材の銀ろう材との接合界面近傍における銀ろう材へのＣｏの拡散が防止されることになる。従って、超硬合金部材の銀ろう材との接合界面近傍のＣｏ欠乏領域の幅を可及的に狭くすることが可能となり、前記超硬合金部材に対しても、それだけ破断し難く接合強度に秀れたろう付を行えるものとなる。
【実施例】
【００２１】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００２２】
本実施例は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｏを主成分とする銀ろう材であって、前記各成分の含有量が、Ａｇ：４８．０〜５４．０質量％、Ｃｕ：１９．０〜２３．０質量％、Ｚｎ：１３．０〜３０．０質量％、Ｃｏ：０．１〜２．３質量％に設定されているものである。
【００２３】
本実施例における各成分の含有量等の数値限定の範囲は後述する実験例に基づいて導き出されるものであり、まず、本実施例の概略を説明する。
【００２４】
本実施例は、例えば、ＷＣとＣｏを主成分とする超硬合金部材同士とをろう付する際に用いられるものである。尚、超硬合金部材と超硬合金部材以外の部材とをろう付する際に用いても良いし、超硬合金部材以外の部材同士をろう付する際に用いても良い。
【００２５】
また、本実施例は、Ｃｏを高濃度に含有するＣｏリッチ相を有し、このＣｏリッチ相の硬さが２８０ＨＶ以上となるように、更に好ましくは３００ＨＶ以上となるようにＣｏの含有量が設定されている。２８０ＨＶ以上の硬度がない場合、Ｃｏを含有せしめることによる接合強度向上効果が十分に発揮されないためである。
【００２６】
また、本実施例は、銀ろう材と前記超硬合金部材とを接合した際、前記超硬合金部材の銀ろう材との接合界面に形成されるＣｏ欠乏領域の幅が１μｍ以下となるようにＣｏの含有量が設定されている。１μｍを超えるＣｏ欠乏領域が存在するとＣｏを含有せしめることによる接合強度向上効果が十分に発揮されないためである。尚、Ｃｏ欠乏領域とは、超硬合金部材においてＣｏ量が他領域より少ない領域のことであり、本実施例では接合界面に対し直交する方向の長さをＣｏ欠乏領域の幅としている。このＣｏ欠乏領域の幅は例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に搭載されたエネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）を用いた元素の面分析によって確認することができる。例えば、図３，８，１５では夫々の写真の左側に超硬合金部材、右側にろう層部が配置されるように接合界面近傍を観察したものであり、写真中の左右に横断する線はＣｏ量を表しており、夫々の写真中で線が上にあるほどＣｏ量が多いことを示すためこの線によりＣｏ欠乏領域の幅を求める。具体的には、一辺がＷＣ粒径の４０倍以上の領域で面分析により超硬合金部材のＣｏ量を測定し、それを平均化した線を接合界面に対し直交する方向で表した時に、接合界面に向かい平均化した線が下がり始める（Ｃｏ量が減少し始める）所から、接合界面までの領域をＣｏ欠乏領域としてその幅を求める。
【００２７】
また、上記構成に、スズ（Ｓｎ）を１０．０〜１２．０質量％添加したり、ニッケル（Ｎｉ）を２．１〜２．２質量％添加しても良い。この場合にも、良好な銀ろう材を得ることが可能である。
【００２８】
尚、融点（液相線）が７００℃以下となるように各成分の含有量を設定すると、ろう付時の加熱温度をそれだけ低くすることが可能となり、ろう付工程における作業性の向上と省エネルギー化が可能となる。
【００２９】
本実施例は上述のように構成したから、予め銀ろう材にＣｏが含有されることで、Ｃｏを結合材とする超硬合金部材をろう付する際、超硬合金部材の銀ろう材との接合界面近傍における銀ろう材へのＣｏの拡散が防止されることになる。従って、超硬合金部材の銀ろう材との接合界面近傍のＣｏ欠乏領域の幅を可及的に狭くすることが可能となり、前記超硬合金部材に対しても、それだけ破断し難く接合強度に秀れたろう付を行えるものとなる。
【００３０】
よって、本実施例は、超硬合金部材を接合する際に用いる場合でも秀れた接合強度を発揮できる極めて実用性に秀れたものとなる。
【００３１】
以下、本実施例の効果を裏付ける実験例について詳述する。
【００３２】
供試材には、直径６ｍｍの超硬合金（ＷＣ−９．２ｍａｓｓ％Ｃｏ−０．８ｍａｓｓ％Ｃｒ−０．４ｍａｓｓ％Ｖ，抗折力：約３９９０ＭＰａ）丸棒を用いた。なお、含有量を示す単位である「質量％」と「ｍａｓｓ％」とは同じ意味であり、本明細書においてはこれらを併用している。ＷＣの平均粒径は約０．２μｍである。接合用試験片の長さは５０ｍｍであり、接合端面をダイヤモンドペーストによって鏡面に仕上げた（平均表面粗さ：Ｒａ≒０．０５μｍ）後、アセトン中で超音波洗浄して接合に供した。
【００３３】
用いたろう材は、超硬合金のろう付に用いられているＢＡｇ−２４，ＢＡｇ−２４の組成のうちＮｉを除いた銀ろう材（ＢＡｇ−２４−０Ｎｉ）、及び、本発明者等が開発した特許第４０９３３２２号に係る銀ろう材（ＢＡｇ０）と、それぞれにＣｏを添加した銀ろう材（本実施例）である。用いた銀ろう材の化学組成と液相線を図１に示す。Ｃｏの添加量は図１中最左欄の「−０．１Ｃｏ」，「−１Ｃｏ」等と表示される通りである（いずれも単位はｍａｓｓ％）。液相線は示差熱分析法（ＤＴＡ）によって測定した。なお、特開昭６３−３１７２９０号公報には、Ｃｏを添加した銀ろう材が記載されているが、用途やＣｏを添加する目的が異なっている。また、超硬合金用の銀ろう材には、Ｚｎが含有されていないと超硬合金に対して銀ろうが濡れずに接合が困難であるため、特開昭６３−３１７２９０号公報に記載の銀ろう材は超硬合金のろう付には適用できない。
【００３４】
接合に用いたろう付装置の概略を図２（ａ）に示す。ろう付は大気中で行い、加熱は高周波誘導加熱によって行った。垂直に配置した二本の接合試験片（超硬合金部材）の接合面に市販のフラックスを塗布し、質量約０．０５ｇの薄片状のろうを挿入した後、加熱速度１０℃／ｓで所定の温度（この温度を接合温度と呼ぶ）まで加熱した。接合温度に３０ｓ間保持した後、空冷した。接合温度は、使用するろうにより、６５０℃または７５０℃とした。試験片の温度は、接合端面から約１ｍｍ離れた箇所に取り付けたＲ熱電対で測定した。なお、図２（ｂ）に示すように，上側試験片の接合面に直径０．１ｍｍのタングステン線を挿入してクリアランスを０．１ｍｍに保持した。接合中は、超硬合金丸棒（接合試験片）の軸方向に約９０Ｎの荷重を加えた。
【００３５】
ろう付された接合体は、中央部を直径４ｍｍで平行部長さ５ｍｍに加工後、三点曲げ試験（支点間距離：２５ｍｍ，試験速度：０．１ｍｍ／ｍｉｎ）を行い、曲げ強さを測定した。この曲げ強さを継手の接合強さとした。また、ろう層部（ろう付した状態のろう材）の組織や破断経路を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察し、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）によって元素分析等を行った。ろう層部組織の硬さ試験は、ダイナミック超微小硬度計を用いて行い、試験時間１０ｓでビッカース硬さを求めた。
【００３６】
次に実験結果について説明する。
【００３７】
図３に従来から超硬合金のろう付に使用されているＢＡｇ−２４と、これからＮｉを除いたＢＡｇ−２４−０Ｎｉと、ＢＡｇ０を使用してろう付した継手の接合界面近傍の超硬合金中Ｃｏ欠乏の様子を示す。接合温度は、ＢＡｇ−２４，ＢＡｇ−２４−０Ｎｉを使用した場合は７５０℃で、ＢＡｇ０を使用した場合は６５０℃である。従来から超硬合金用のろう付に使用されているＢＡｇ−２４による継手のＣｏ欠乏領域の幅は比較的広くなっているのがわかる。これは、ろう成分中にＣｏと全率で固溶するＮｉが含まれている影響で、超硬合金中のＣｏがろう層部に拡散しやすくなっていることが原因と考えられる。また、接合温度が低い場合にＣｏ欠乏領域が狭くなっているが、これは接合温度が低いため、Ｃｏがろう層中に拡散しにくかったためと考えられる。
【００３８】
それぞれの銀ろうを使用してろう付された継手の曲げ強さを図４に示す。ＢＡｇ−２４とＢＡｇ−２４−０Ｎｉを比較すると、超硬合金中Ｃｏ欠乏領域が狭かったＢＡｇ−２４−０Ｎｉの方が曲げ強さが高かった。しかし、Ｃｏ欠乏領域が最も狭かったＢＡｇ０による継手の曲げ強さは、一番低い値を示した。
【００３９】
次に、それぞれの銀ろうによる継手の曲げ試験後の破面の様子を図５に示すが、ＢＡｇ−２４とＢＡｇ−２４−０Ｎｉを使用した継手の破断は、図５（ａ），（ｂ）に示すようにほとんどが超硬合金内での破断であった。また、図５（ｃ）に示すように、ＢＡｇ０による継手の破断は主にろう層内で起きていた。このことから、ＢＡｇ−２４よりＢＡｇ−２４−０Ｎｉによる継手の曲げ強さが高くなったのは、超硬合金中Ｃｏ欠乏領域が狭いことにより、超硬合金内での破断が起きにくかったことが原因と考えられる。また、ＢＡｇ０による継手の曲げ強さが低かった原因は、ろう層部が弱かったためと考えられる。
【００４０】
次に、ＢＡｇ０へのＣｏ添加の影響について調べた。上述したようにＢＡｇ０による継手の破断はろう層部で起きているため、曲げ強さの向上のためにはろう層部の強化が必要である。また、超硬合金中Ｃｏ欠乏領域についても、接合温度が低いために狭くなってはいるものの、ろう層部の強化によりこの欠乏領域が問題になることも十分に考えられる。そこで、あらかじめ銀ろう中にＣｏを添加することで、超硬合金からのＣｏの拡散を抑えると同時に、Ｃｏの固溶強化によるろう層部の強化を期待した。図６にＢＡｇ０とこれにＣｏを添加した銀ろうによる継手の曲げ強さを示す。Ｃｏを微量添加することにより、それによる継手の曲げ強さが向上し、添加量０．５ｍａｓｓ％で最大の曲げ強さを示した。また、さらに添加量を増加させた場合、それによる継手の曲げ強さは低下する傾向を示した。曲げ試験後の破面の様子を図７に示すが、Ｃｏを０．５ｍａｓｓ％添加した銀ろうを使用した場合には、破断が一部超硬合金内で発生していた。このことから、Ｃｏの添加によりろう層部が破断しにくくなったことが予想される。また、Ｃｏを２ｍａｓｓ％添加した銀ろうを使用した場合には、ろう層部での破断がほとんどであり、過度にＣｏを添加することで、ろう層部が弱くなっていることが予想される。
【００４１】
図８にＢＡｇ０とＢＡｇ０−０．５Ｃｏを使用してろう付した継手の接合界面近傍の超硬合金中Ｃｏ欠乏の様子を示す。Ｃｏを０．５ｍａｓｓ％添加したことで、超硬合金中のＣｏ欠乏領域が縮小したことがわかる。このことから、Ｃｏを添加することで、それによる継手は超硬合金での破断が起きにくくなることが考えられる。次に、ＢＡｇ０とＢＡｇ０−０．５Ｃｏを使用してろう付した継手のろう層部組織を図９に示す。通常の銀ろうの凝固組織は、α−Ｃｕ相（Ｚｎと少しのＡｇを含む銅固溶体）の初晶，α１−Ａｇ相（Ｚｎと少しのＣｕを含む銀固溶体）及びこれらの共晶が主体であると言われていて、本実験例においてもこれと同様の組織となっていると考えられる。すなわち、Ｗで示す相は銀固溶体相、Ｄで示す相は銅固溶体相、Ｅで示す部分はＷとＤの共晶組織と考えられ、いずれのろう層部にもこれらの組織が見られた。また、Ｃｏを添加した銀ろうを使用した場合にはＢで示すＣｏリッチ相が見られた。Ｃｏリッチ相の定義については後述する。
【００４２】
各相の化学組成とビッカース硬さを図１０に示す。なお、Ｃｏリッチ相は非常に小さく硬さ測定が困難だったため、後述するＢＡｇ０−２Ｃｏを使用した継手のろう層部に形成されたほぼ同組成の相の硬さをこの相の硬さとしている。銀固溶体相、銅固溶体相ともに、含有するＣｏ量が増加し、それに伴い、硬さも上昇しているのがわかる。以上のことから、ＢＡｇ０−０．５Ｃｏを使用した継手の曲げ強さの向上は、接合界面近傍の超硬合金中Ｃｏ欠乏領域の縮小と、ろう層部の固溶強化によるものと考えられる。
【００４３】
ＢＡｇ０−２Ｃｏを使用した継手のろう層部の組織を図１１に示す。ろう層部に形成される相はＢＡｇ０−０．５Ｃｏによる継手と同じであったが、Ｂで示すＣｏリッチ相が多く、粗大になっていた。また、この相のビッカース硬さは３９０ＨＶと硬くなっていた。この硬さはＣｏリッチ相の平均硬さであるが、硬さは低いものでも３００ＨＶ以上であった。図１２にＢＡｇ０−２Ｃｏによる継手の破断経路を示すが、破断は硬いＣｏリッチ相の周囲で起きていた。このことから、Ｃｏの添加量を増加させた場合に曲げ強さが低下したのは、Ｃｏリッチ相の増加と粗大化が原因であると考えられる。
【００４４】
次に、ＢＡｇ−２４−０ＮｉへのＣｏ添加の影響について調べた。
【００４５】
ＢＡｇ−２４−０ＮｉとこれにＣｏを添加した銀ろうを使用してろう付した継手の曲げ強さを図１３に示す。Ｃｏを微量添加することにより、それによる継手の曲げ強さが向上し、添加量０．５％で最大の曲げ強さを示した。また、添加量を増加させた場合、それによる継手の曲げ強さは低下する傾向を示した。これは、ＢＡｇ０にＣｏを添加した場合と同様の結果であった。曲げ試験後の破面の様子を図１４に示すが、ＢＡｇ−２４−０ＮｉとＢＡｇ−２４−０Ｎｉ−０．５Ｃｏを使用した継手の破断は、そのほとんどが超硬合金での破断であった。また、ＢＡｇ−２４−０Ｎｉ−２Ｃｏを使用した継手の場合は、ろう層部での破断が多く見られた。
【００４６】
ＢＡｇ−２４−０Ｎｉ、ＢＡｇ−２４−０Ｎｉ−０．５Ｃｏ、ＢＡｇ−２４−０Ｎｉ−２Ｃｏを使用してろう付した継手の接合界面近傍の超硬合金中Ｃｏ欠乏の様子を図１５に示す。Ｃｏ添加によりＣｏ欠乏領域が縮小しているのがわかる。また、Ｃｏ添加量が０．５ｍａｓｓ％と２．０ｍａｓｓ％ではほとんど違いは見られなかった。このことから、前述のＢＡｇ０にＣｏを添加した場合と同様に、Ｃｏを添加することで超硬合金での破断が起きにくくなっていると考えられる。
【００４７】
ＢＡｇ−２４−０ＮｉとＢＡｇ−２４−０Ｎｉ−０．５Ｃｏを使用してろう付した継手のろう層部の組織を図１６に示す。図９に示したＢＡｇ０による継手のろう層部に形成される組織とは大きく異なるものの、現れる相は同じと考えられ、銀固溶体と銅固溶体とこれらの共晶組織、そして、Ｃｏを添加した場合には黒く見えるＣｏリッチ相が見られた。また、各相の化学組成とビッカース硬さを図１７に示す。なお、上述のＢＡｇ０の場合と同様にＣｏリッチ相は非常に小さく硬さ測定が困難だったため、後述するＢＡｇ−２４−０Ｎｉ−２Ｃｏを使用した継手のろう層部に形成されたほぼ同組成の相の硬さをこの相の硬さとしている。上述のＢＡｇ０にＣｏを添加した場合と同様に、Ｃｏを添加することで各相に固溶されるＣｏ量が増加し、それに伴い硬さも上昇した。このことから、ＢＡｇ−２４−０ＮｉにＣｏを添加することで、それによる曲げ強さが向上した原因は、接合界面近傍の超硬合金中Ｃｏ欠乏領域の縮小とＣｏの固溶強化により、超硬合金とろう層部が破断しにくくなったためと考えられる。ＢＡｇ−２４−０Ｎｉ−２Ｃｏによる継手のろう層部組織を図１８に示す。黒く見えるＣｏリッチ相が多く粗大になっている。Ｃｏ添加量を増加すると、それによる継手の曲げ強さが低下した原因は、ＢＡｇ０にＣｏを添加した場合と同様に、この硬く粗大なＣｏリッチ相により、ろう層部が破断しやすくなったためと考えられる。
【００４８】
次に、ＢＡｇ−２４へのＣｏ添加の影響について調べた。
【００４９】
ＢＡｇ−２４とこれにＣｏを添加した銀ろうを使用してろう付した継手の曲げ強さを図１９に示す。上述したＢＡｇ−２４−０Ｎｉの場合と同様に、Ｃｏを添加することでそれによる継手の曲げ強さが向上したが、ＢＡｇ−２４−０ＮｉにＣｏを添加した銀ろうによる継手の曲げ強さに比べると低い値を示した。また、Ｃｏ添加量を増加させても曲げ強さの明らかな低下は見られなかった。図２０に曲げ試験後の破面の様子を示すが、ＢＡｇ−２４とＢＡｇ−２４−０．５Ｃｏによる継手の破断は、そのほとんどが超硬合金内で起きていた。また、Ｃｏ添加量が増加すると、それによる継手の破断はろう層内での破断が多くなった。図２１にＢＡｇ−２４とＢＡｇ−２４−０．５ＣｏとＢＡｇ−２４−２Ｃｏによる継手の接合界面近傍の超硬合金中Ｃｏ欠乏の様子を示す。ＢＡｇ０またはＢＡｇ−２４−０ＮｉにＣｏを添加した場合は、夫々図８と図１５に示すように、その添加量が０．５ｍａｓｓ％でＣｏの欠乏はほとんど見られなくなっていたが（Ｃｏ欠乏領域の幅が０．５μｍ未満）、ＢＡｇ−２４にＣｏを０．５ｍａｓｓ％添加した場合は、それによる継手の接合界面近傍の超硬合金Ｃｏ欠乏領域は、まだ広かった。これは、銀ろうに含まれるＮｉとＣｏは全率で固溶する元素であるため、微量のＣｏ添加では超硬合金からろう層部への拡散が起こっていることが考えられる。Ｃｏを２ｍａｓｓ％添加した場合には、接合界面近傍のＣｏ欠乏領域はほとんど見られなくなっていた。次に、ＢＡｇ−２４、ＢＡｇ−２４−０．５Ｃｏ、ＢＡｇ−２４−２Ｃｏによる継手の接合部組織を図２２に示す。それぞれの接合部に銀固溶体と銅固溶体と思われる相が見られた。また、Ｃｏを添加した銀ろうを使用した継手のろう層部には黒く見えるＣｏリッチ相が見られた。各相の化学組成を図２３に示すが、このＣｏリッチ相はＢＡｇ０やＢＡｇ−２４−０ＮｉにＣｏを添加した場合とは違い、含有するＣｏの割合が少なく、Ｎｉが若干多く含まれていた。Ｃｏ含有量には多少のばらつきがあったが、一番少ないもので約５８ａｔ％であった。この結果より、Ｃｏリッチ相はＣｏを５５ａｔ％以上含有する相と定義した。また、添加量が多くなるにつれ、Ｃｏ濃度が高くなっていた。このことから、Ｃｏ添加量が多くなるとろう層部での破断が起きやすくなり、ろう層部での破断が多くなったと考えられる。しかし、ＮｉはＣｏを全率で固溶する元素であるために、ろう成分中にＮｉを含んでいる場合は、Ｎｉを含んでいない場合に比べて、Ｃｏリッチ相のＣｏ濃度が低く、また粗大化も起こりにくいために接合強度の明らかな低下が見られなかったと考えられる。しかし、さらにＣｏ添加量を増加させた場合には徐々に接合強度が低下することが予測される。
【００５０】
以上から、ＢＡｇ−２４、ＢＡｇ−２４−０Ｎｉ、ＢＡｇ０のいずれに対しても、適量のＣｏを添加することで、超硬合金部材同士をろう付した際、曲げ強さ（接合強度）を向上させることが可能であることを確認できた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）及びコバルト（Ｃｏ）を主成分とする銀ろう材であって、前記各成分の含有量が、Ａｇ：４８．０〜５４．０質量％、Ｃｕ：１９．０〜２３．０質量％、Ｚｎ：１３．０〜３０．０質量％、Ｃｏ：０．１〜２．３質量％であることを特徴とする銀ろう材。
【請求項２】
請求項１記載の銀ろう材において、Ｃｏを高濃度に含有するＣｏリッチ相を有し、このＣｏリッチ相の硬さが２８０ＨＶ以上であることを特徴とする銀ろう材。
【請求項３】
請求項１，２いずれか１項に記載の銀ろう材において、この銀ろう材は、炭化タングステン（ＷＣ）とＣｏとを主成分とする超硬合金部材と他部材とを接合する際に用いられるものであることを特徴とする銀ろう材。
【請求項４】
請求項３記載の銀ろう材において、前記超硬合金部材同士を接合する際に用いられるものであることを特徴とする銀ろう材。
【請求項５】
請求項３，４いずれか１項に記載の銀ろう材において、この銀ろう材は、前記超硬合金部材と接合した際、前記超硬合金部材の銀ろう材との接合界面に形成されるＣｏ欠乏領域の幅が１μｍ以下となるものであることを特徴とする銀ろう材。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項に記載の銀ろう材において、スズ（Ｓｎ）を１０．０〜１２．０質量％含むことを特徴とする銀ろう材。
【請求項７】
請求項１〜５いずれか１項に記載の銀ろう材において、ニッケル（Ｎｉ）を２．１〜２．２質量％含むことを特徴とする銀ろう材。
【請求項１】
銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）及びコバルト（Ｃｏ）を主成分とする銀ろう材であって、前記各成分の含有量が、Ａｇ：４８．０〜５４．０質量％、Ｃｕ：１９．０〜２３．０質量％、Ｚｎ：１３．０〜３０．０質量％、Ｃｏ：０．１〜２．３質量％であることを特徴とする銀ろう材。
【請求項２】
請求項１記載の銀ろう材において、Ｃｏを高濃度に含有するＣｏリッチ相を有し、このＣｏリッチ相の硬さが２８０ＨＶ以上であることを特徴とする銀ろう材。
【請求項３】
請求項１，２いずれか１項に記載の銀ろう材において、この銀ろう材は、炭化タングステン（ＷＣ）とＣｏとを主成分とする超硬合金部材と他部材とを接合する際に用いられるものであることを特徴とする銀ろう材。
【請求項４】
請求項３記載の銀ろう材において、前記超硬合金部材同士を接合する際に用いられるものであることを特徴とする銀ろう材。
【請求項５】
請求項３，４いずれか１項に記載の銀ろう材において、この銀ろう材は、前記超硬合金部材と接合した際、前記超硬合金部材の銀ろう材との接合界面に形成されるＣｏ欠乏領域の幅が１μｍ以下となるものであることを特徴とする銀ろう材。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項に記載の銀ろう材において、スズ（Ｓｎ）を１０．０〜１２．０質量％含むことを特徴とする銀ろう材。
【請求項７】
請求項１〜５いずれか１項に記載の銀ろう材において、ニッケル（Ｎｉ）を２．１〜２．２質量％含むことを特徴とする銀ろう材。
【図１】
【図１０】
【図１７】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図１０】
【図１７】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１３−２７９１６（Ｐ２０１３−２７９１６Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６７３６７（Ｐ２０１１−１６７３６７）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００１１５１２０）ユニオンツール株式会社 (44)
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００１１５１２０）ユニオンツール株式会社 (44)
[ Back to top ]