難削（なんさく）材を容易に切削できる新しいサーメットを開発―硬度は超硬合金の約2倍、摩耗量は1/3未満：産業技術総合研究所
(2020年9月14日発表)
（国）産業技術総合研究所は9月14日、難削材を容易に切削(せっさく)できる新しいサーメットを開発したと発表した。市販の超硬合金よりも約2倍硬く、従来の切削工具に比べて切削時の摩耗量は3分の1未満と少ない。難削材の切削工具をはじめ、高温で硬度が求められる様々な部品への応用が期待されるという。
サーメットはセラミックス粒子と少量の金属バインダーを混ぜて焼き固めた複合材料。硬度、靭性に優れ、切削工具などに長年用いられているが、従来型のサーメットは強化機構が限られ、高温での硬度が不充分なため、刃先温度が特に高温になる難削材の切削加工には適さなかった。
航空機のエンジンや大型火力発電機のタービン翼などに用いられる超合金は切削加工時に工具の刃先温度が1,000℃近くまで上昇する。このため、切削工具材には高温での硬度や化学的安定性が求められ、現在はダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ハイス、超硬合金、あるいはサーメットが用いられているが、それぞれに短所があり、いずれも難削材の高速での切削加工は困難だった。
研究グループはこの問題の解決に取り組み、難削材の高速切削に耐える新しいサーメットを開発した。
開発したのは、粒径が1μm(マイクロメートル、1µmは100万分の1m )以下の炭窒化チタン（Ti(C,N)）とタングステン（W）粉末を混合し、加圧焼結したサーメット。粉末を混合・加圧焼結するだけで、最小厚さ数十nm(ナノメートル、1nmは10億分の1m)の超微細な網目構造を持ち、整合結合を含むサーメットができることを見出した。
整合結合は結晶粒子間の結合方式の一つで、この結合が形成されると、融点近くまで強化機構として機能する。ただ、2種類の粒子の結晶構造がよく似ていて、しかも格子定数がほとんど同じでないと整合結合にはならない。今回作製したサーメットはこの条件を満たしていた。この整合結合や網目構造によって新サーメットは強化されたと考えられるという。
性能を測定したところ、硬度は、従来の超硬合金K10より最大で2倍近く大きかった。難削材であるインコネル718合金やスーパーステンレス鋼S32750をドライ切削したところ、従来の超硬合金製の工具と比べて、摩耗量は1/3未満であった。
研究グループは今後、混合する粒子の粒径や成分などに改良を加え、より多くの種類の難削材を切削加工できるようにしたいとしている。
