Nobujiro Tsuchiya, Osamu Terada and Hisashi Suzuki : Some Properties Titanium Carbide Layer Coated on WC-Co Alloy by CVD. The microstructure, hardness and adhesive strength titanium carbide (TiC) layer coated on WC-10mass%Co alloy were studied as a function carbon content alloy The W and C atoms in substrate were apt to diffuse into TiC layer during CVD, as carbon content substrate increased. This resulted in formation network structure TiC-WC solid solution (Ĉ-phase) inside layer near interface, and also in formation thin cobalt layer and micro-pores inside substrate near interface. It was clearly shown that hardness and adhesive strength TiC layer were varied according to carbon content ( Received December 19,1988 )
3.実 CVD法 に よ ってWC-Co合 はC量 を 変 化 させ た10%Co合 膜 の性 質 135 験結 果 Photo.1(a c)に 料 の 界 面 部 近 傍 に お け る断 面 組 織 を 示 した が,こ 金 上 に 被 覆 したTiC皮 れ ら組織 は 過 去 の 結 果 金 母 材 上 に 普 通 のCVD条 上 段 は 研 摩 状 態 の 組 織,下 件 でTiCを 被 覆 し た試 段 は 食 刻 後 の 組 織 を示 す と一 致 し,母 材 が 低 炭 素 で ある程界面 部 に η相 が 生じ易 くな る ま た 研 磨 状 態 の 組 織 に 注 目 す る と 界 面 部 に は い ず れ も ミク ロポ ア を 生 じて お り,そ の 量 は 高 炭 素 合 金 ほ どや や 多 い Photo.2(a c)は,photo.1の 研 磨 状 態 の 組 織 に対 応 す るSEM組 織 であ る これ に よ る と,ど の 炭 素 量 の 合 金 に も,界 面 よ り皮 膜 側 に 白 い コ ン トラ ス トを 示 す 網 目 状 の 組 織 が 見 ら れ る そし て 高 炭 素 合 金 程 網 目 状 組 織 は 明 瞭 と な り,網 目状 組 織 を生 じ る領 域 の 厚 さが 大 とな る 一 方,写 で は 明 瞭 で な い が,界 面 直 下 の 母材 側 に は 低 炭 素 合 金 で は η相,高 真 炭 素 合 金 で はCo層 を 生 じ るこ と が 確 か め られ た Fig.1は 皮 膜 の ミ ク ロ 硬 さ と 臨 界 荷 重 に 及 ぼ す 母 材 炭 素 量 の 影 響 を 示 す こ こ で 臨 界 荷 重 とは 皮 膜 を ロ ッ ク ウ エ ル 硬 度 計 用 ダ イヤ モ ン ド圧 子 で ひ っ か い て 剥 離 さ せ るの に 要 す る最 小 の 荷 重 で あ り, Photo.l (a `c) Microstructures layer near and substrate, Photo.2 (a `c) SEM inside 1989 N3ŒŽ near structure layer, interface affected Carbon structures Network content by hetween with a in (61) white case carbon substrate, interface. titanium content shown Refer contrast high coated to is carbon in figure. photo.l(non-etched). observed clearly
Fig.1 Effects carbon content subatrate on micro-hardness and relative adhesive strength layer. Critical load shows relative adhesive strength by scratch test. Photo.3 Effects CVD time on SEM structure. near interface. Carbon content substrate is 6.12%. Prolonged CVD time results in a growth net work structure. Fig.2 Effects CO time on micro-hardness and adhesive strength laver. (62)
CVD法 に よ ってWC-Co合 金 上 に 被 覆 したTiC皮 膜 の性 質 137 破 面組 織 を示 す 母 材 のC量 に よ らず 界 面 近 傍 の 網 目 状 組 織 領 域 で はTiC粒 0.3μmと が,界 度 が0 2 著 し く微 粒 で あ る 面 か ら膜 表 面 に 向 か っ て 粗 粒 化 が 認 め ら れ,粗 粒 化 の 程 度 は母 材 が 低 炭 素 の 場 合 程 大 き い これ は母 材 が 低 炭 素 の 場 合 程,CVD過 材 か らTiC膜 程 で,母 へ のCの 拡散 量 Photo.4 が 少 くな り,皮 膜 が よ り低 炭 素 に な る た め と思 わ れ た 高 炭 素 のTiCは,CVD過 低 炭 素 のTiCよ affected surface by carbon content near interface Refer to photo.1(a.c). 程で りも 粒 成 長 が 抑 え られ る と 考 え られ るか らで あ る(低 炭 素 のTiC基 炭 素 サ ー メ ッ トよ り もTiC粒 が 成 長 す る) そ れ に よ って ま ず 高 硬 度 と な る 高C量 An example fracture 故 に 母 材 が 高C量 で あ る程TiC皮 サ ー メ ッ トは 高 膜 は 高C量 ま た組 織 の 微 粒 化 に よ って も 高硬 度 とな る す なわち母材 が で あ る と,こ の よ う な二 要 因 に よ って 硬 質 の 皮 膜 が得 られ る と考 え られ る が 中 高 炭 素合 金 に お い て 優 れ た こ と に つ いて は,次 の よ うに 考 え られ た と な り, 皮膜の密 着性 低炭素 合金 では界面 部 に生 じ る η相 が 低 強 度 の ため に η相 領 域 を通 して せ ん 断 破 壊 が生 じ易 くな り,他 方 高 炭 素 合 金 で は界 面 部 にCo層 や ミク ロ ボ ア が 発 生(既 述)し て,同 様 な破 壊 が 生 じ易 くな るた め と思 わ れ た こ の よ う に考 え る と,中 炭 素 合 金 よ りも や や 高炭 素 の 合 金 で 密 着 強 さが 優 れ る こ と が う ま く説 明 で き る 次 に 皮 膜 の 硬 さ,密 着 強 さ に 及 ぼ すCVD時 べ れ ば,皮 膜 の 硬 さに つ い て は,CVD条 間 の 影 響(Photo.3,Fig.2)を 件 と の 関 係 で そ のC量 に つ い て は 界 面 部 の 母 材 側 に η相,co層 考 える 結論 的に述 と 粒 度 を考 慮 し,他 方 皮 膜 の 密 着 性 や ポ ア が 存 在 しな い よ うな 条 件 で 優 れ る と考 え る と,本 結 果 は 理 解 で き る と思 わ れ た 次 い で,網 目状組 織に に よ る と β相(tic-wc固 ふ れ る.網目 溶 体)の 発 生 に 関 係 す る ラ ス トを示 す(Photo.2,Photo.3)こ 分 析 の 結 果 はPhoto.5の 結 合 相 を 介 し てTiC皮 そ し て粒 界状 に見 え る網 目 部 分 は 白 い コ ン ト とか ら,こ の 部 分 はWで 富 化 さ れ て い る と 思 わ れ るが,EPMA 通 りで,確 膜(TiCの 状 組 織は界面部 の 皮 膜 側に生じ る もの で,以 前 の 結 果 か にWで 富 化 さ れ て い る 多 結 晶 体)中 よ り網 目状 組 織 が 生 じた と考 え られ た に拡 散 し,TiC粒 す な わ ちCVD過 高C母 材 の 場 合 の 方 が 網 目 状 組 織 が 明 瞭 と な り,粒 界 部 の 厚 さ が 大 と な っ たの は 高C母 材 の 方 がWが 拡 散 し易 か っ た こ と を示 す 場 合程,Wの 程 で 母材 中 のWが 子 の 粒界 部 が β相 に な った こ と に 母 材 のC量 が低炭 素の 拡 散 量 が 抑 え ら れ る の は 界 面 部 に 安 定 化 合 物 の η相 が 生 じ易 い こ と に よ ろ う の 結 果 に よ る と高C母 材 の 場 合,界 面 部 にCo層 とボ ア を生 じた(皮 膜 の 密 着 強 さ が低 下)の 材 側 か らWとCが 認)た め,界 皮 膜 中 へ 容 易に 拡 散 す る(TiとCoの 面 部 の 母 材 側 でCo濃 度 が増 加 1989年3月 (63) は,母 拡 散 量 は い ず れ も僅 か で あ る こ と をEPMAで 確 す る と共 に 一 種 の カ ー ケ ン ダ ル ポ イ ドを 生 じ た と考 え ら れ た 上記 ため
Photo.5 Result EPMA analysis on W on networke structure. Photo.6 Network structure obtained after annealing at 1100 Ž for lh. Refer to photo.2 (a,c).