JPH03260069A - 高い付着強度を有する人工ダイヤモンド被覆硬質焼結工具部材 - Google Patents

高い付着強度を有する人工ダイヤモンド被覆硬質焼結工具部材

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JPH03260069A
JPH03260069A JP2057764A JP5776490A JPH03260069A JP H03260069 A JPH03260069 A JP H03260069A JP 2057764 A JP2057764 A JP 2057764A JP 5776490 A JP5776490 A JP 5776490A JP H03260069 A JPH03260069 A JP H03260069A
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菊池 則文
Yuzo Osawa
大沢 雄三
Yoshitaka Tamao
玉生 良孝
Toshiyuki Eto
江藤 俊之
Hironori Yoshimura
吉村 寛範
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、人工ダイヤモンド被覆層の基体表面に対す
る付着強度が著しく高い人工ダイヤモンド被覆硬質焼結
工具部材に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に、各種材料からなる基体表面に、人工ダイヤモン
ド被覆層を析出形成する代表的方法として、例えば、 0〉 特開昭58−91100号公報に記載される熱電
子放射材を利用する方法、 (2〉  特開昭58−13511号公報に記載される
高周波によるプラズマ放電を利用する方法、(3)特開
昭58−110494号公報に記載されるマイクロ波に
よるプラズマ放電を利用する方法、などが知られている
。
上記(1)方法は、第1図に概略断面図で示されるよう
に、石英製縦型反応容器1内の上方位置に開口する反応
混合ガス導入管2によって流入された、炭化水素と水素
を主成分とする反応混合ガスを、その下方位置に配置さ
れた、熱電子放射材としての例えば金属タングステン製
フィラメント3、並びに台板4上に支持された基体5に
向けて流し、この間反応容器1内の雰囲気圧力を2〜3
0トルに保持すると共に、フィラメント3を1500〜
2500℃に加熱して、反応混合ガスの加熱活性化と、
所定間隔をおいて下方配置された基体の加熱をはかり、
基体表面温度を600〜1000℃とし、この状態で所
定時間の反応を行なわしめることにより前記基体5の表
面に人工ダイヤモンド被覆層を析出形成する方法である
。
また、上記〈2〉方法は、同じく第2図に概略断面図で
示されるように、石英製横型反応容器1内の中央部に基
体5を置き、この反応容器1の一方側に設けた反応混合
ガス導入管2から炭化水素と水素を主成分とする反応混
合ガスを流入させ、方反応容器1の他方側から排気し、
この間、反応容器1内の雰囲気圧力を3〜25トルに保
持すると共に、反応容器1の中央部外周に設けた高周波
コイル6に、例えば周波数: 13.5f3MHz、出
カニ500Wの条件を付加して反応容器1内の基体5の
周囲にプラズマ放電を誘起させ、このプラズマ放電によ
って反応混合ガスの加熱活性化と基体表面温度の上昇を
はかり、基体表面温度を600〜1000℃とした状態
で所定時間の反応を行なわしめることにより基体表面に
人工ダイヤモンド被覆層を形成する方法である。
さらに、上記(3)方法は、同様に第3図に概略断面図
で示されるように、石英製縦型反応容器1内の中央位置
に基体5を置き、この反応容器1の上部に設けた反応混
合ガス導入管2から、炭化水素と水素を主成分とする反
応混合ガスを流入させ、一方反応容器1の下部から排気
し、この間反応容器内の雰囲気圧力を15〜50トルに
保持しながら、反応容器1の中央部外周に設けた導波管
7を通して供給された、例えば2450MHzのマイク
ロ波をプラズマ調整用プランジャ8によって調整して、
反応容器1内の基体5の周囲にプラズマ放電を発生させ
、このプラズマ放電によって反応混合ガスの加熱活性化
と基体表面温度の上昇をはかり、基体表面温度を600
〜1000℃とした状態で所定時間の反応を行なわしめ
ることにより基体表面に人工ダイヤモンド被覆層を形成
する方法である。
これらの方法で基体表面に形成された人工ダイヤモンド
被覆層は、1〜10mの平均層厚、並びに0.1〜3即
の平均粒径をもつものである。
また、各種の切削工具部材や耐摩耗工員部材の表面に上
記の方法を用いて人工ダイヤモンド被覆層を形成するに
際して、その付着強度を向上させるために、特開昭59
−166402号公報や特開昭58−126972号公
報などに記載される通り、中間層として、化学蒸着法や
物理蒸着法を用いて形成した、例えば窒化チタンなどの
金属炭化物層や、非晶質カーボン層を介在させる方法も
提案されている。
〔発明が解決せんとする課題〕
一方、近年の各種機械装置の高速化および高性能化、さ
らに省力化に伴ない、これに用いられる切削工具部材や
、金型およびダイスなどの耐摩耗工具部などにも一段と
すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮することが要求さ
れているが、上記の(1)〜(3〉の方法で形成された
人工ダイヤモンド被覆層は勿論のこと、同じく上記の中
間層を介して形成された人工ダイヤモンド被覆層は基体
表面に対する付着強度が十分でないために、これらの要
求に満足して対応することができないのが現状である。
〔課題を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、基体表
面に対する人工ダイヤモンド被覆層の付着強度の向上を
はかるべく研究を行なった結果、基本工具部材の材質を
炭化タングステン(以ド、WCで示す)基超硬合金およ
び炭窒化チタン(以下、T1CNで示す)基サーメット
に限定した上で、これの表面に、上記の(1)〜(3)
の方法を用い、中間層として平均層厚二0.01〜1μ
m1並びに平均粒径: 0.005〜0 、07tu*
の細粒の人工ダイヤモンド被覆層を形成し、ついで同じ
く平均層厚:1〜10x、並びに平均粒径:0,1〜3
−の通常の人工ダイヤモンド層を形成すると、前記中間
人工ダイヤモンド被覆層の前記基体表面および通常の表
面ダイヤモンド被覆層に対する付着強度は著しく高く、
この結果苛酷な条件下での実用に際しても人工ダイヤモ
ンド被覆層に剥離などの発生がなくなり、長期に亘って
すぐれた耐摩耗性を発揮するようになるという研究結果
を得たのである。
この発明は、上記研究結果にもとづいてなされたもので
あって、 WCC超超硬合金たはT1CN基サーメットからなる硬
質焼結合金基体の表面に、 0.01〜1usの平均層厚を有し、かつ平均粒径て0
.005〜0.07m5の細粒で構成された中間大王ダ
イヤモンド層を介して、 1〜10usの平均層厚を有し、かつ平均粒径で0.1
〜3−の通常粒で構成された表面人工ダイヤモンド層を
被覆してなる高い付着強度を有する人工ダイヤモンド被
覆硬質焼結合金部材に特徴を有するものである。
なお、この発明の人工ダイヤモンド被覆硬質焼結部材に
おいて、上記の中間人工ダイヤモンド層は、上記の(1
)〜(3)の方法を用いて上記の通常粒の表面人工ダイ
ヤモンド層を形成する場合に比して、相対的に雰囲気圧
力を低くする一方、反応混合ガス中の炭化水素の割合お
よび基体表面温度を高くした条件で形成することができ
る。
つぎに、この発明の人工ダイヤモンド被覆硬質焼結工具
部材において、中間および表面人工ダイヤモンド層の平
均層厚および平均粒径を上記の通りに限定した理由を説
明する。
(a)  中間人工ダイヤモンド層 (i)平均層厚 その層厚が0.01.cs未満では所望の強固な付着強
度を確保することができず、一方その層厚が1μmを越
えると、細粒であるがために、主として基体との熱膨張
率の差によって発生する熱応力の結晶粒界での蓄積が大
きくなり、これが原因で層破壊し易くなることから、そ
の平均層厚を0.Ol〜1坤と定めた。
(if)平均粒径 その粒径が0.005m未満になると、結晶粒界のない
非晶質になり易くなり、層目体の強度が著しく低下する
ようになるばかりでなく、付着強度も低下するようにな
り、一方その粒径が0.07血を越えても、特に基体表
面に対する付着強度が低下するようになることから、そ
の平均粒径を0.005〜0.07−と定めた。
(b)  表面人工ダイヤモンド層 (1)平均層厚 その層厚が1μm未満では所望の耐摩耗性を確保するこ
とができず、一方その層厚が10μsを越えると被覆層
に欠けやチッピングが発生し易くなることから、その平
均層厚を1〜IO−と定めた。
〈11〉平均粒径 その粒径が0.1m未満になると、耐摩耗性が低下する
ようになり、一方その粒径が3tInを越えると、中間
人工ダイヤモンド層との付着強度が低下するようになる
ことから、その平均粒径を0.1〜3−と定めた。
〔実 施 例〕
つぎに、この発明の人工ダイヤモンド披l!!i硬質焼
結工具部材を実施例により具体的に説明する。
硬質焼結工具基体として、それぞれ第1表に示される組
成、並びにClS−5PP422の形状をもったスロー
アウェイチップを用意し、これの表面に平均粒径:lO
ρのダイ□ヤモンド粉を用いて傷つけ処理を施した状態
で、これを上記の(1)〜(3)方法の実施装置である
熱電子放射材の装置、高周波プラズマ放電の装置、およ
びマイクロ波プラズマ放電の装置に装入し、第1表に示
される条件(反応混合ガスはいずれもcH4とH2より
なる)で中間および表面人工ダイヤモンド層を形成する
ことにより同じく第1表に示される平均層厚および平均
粒径の人工ダイヤモンド被覆硬質焼結工具部材としての
本発明ダイヤモンド被覆切削チップ1〜7および比較ダ
イヤモンド被覆切削チップ1〜6をそれぞれ製造した。
なお、比較ダイヤモンド被覆切削チップ1〜6は、中間
人工ダイヤモンド層の形成がないか、あってもこれと表
面人工ダイヤモンド層の平均層厚および平均粒径のうち
の少なくともいずれかの条件力この発明の範囲から外れ
たものである。
ついで、この結果得られた各種のダイヤモンド被覆切削
チップについて、 被削材: AD−12%Si合金、 切削速度: l000m/sjn。
送  リ=0.l■■/刃、 切込み:1關、 の条件でAl1合金の湿式フライス切削試験を行ない、
使用寿命に至るまでの切削時間を測定した。
これらの測定結果を第1表に示した。
〔発明の効果〕
第1表に示される結果から、本発明ダイヤモンド被覆切
削チップ1〜7は、いずれも人工ダイヤモンド層の基体
表面に対する付着強度がきわめて高いので、これが剥離
することなく著しく長い使用寿命を示すのに対して、比
較ダイヤモンド被覆切削チップ1〜6は、いずれも比較
的短時間でダイヤモンド層に剥離が発生し、使用寿命に
至ることが明らかである。
上述のように、この発明の人工ダイヤモンド被覆硬質焼
結工具部材は、これを構成する人工ダイヤモンド層の基
体表面に対する付着強度が著しく高いので、苛酷な条件
下での実用に対しても剥離することがなく、したがって
、これを例えば切削工具部材や耐摩耗工具部材などとし
て適用した場合、すぐれた性能を長期に互って発揮する
など工業上有用な特性を有するのである。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図および第3図は人工ダイヤモンド層の形
成装置を示す概略断面図である。 1・・・反応容器、   2・・・反応混合ガス導入管
、3・・・熱電子放射材としてのフィラメント、4・・
・台 板、    5・・・基 体。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン
    基サーメットからなる硬質焼結T具基体の表面に、 0.01〜1μmの平均層厚を有し、かつ平均粒径で0
    .005〜0.07μmの細粒で構成された中間人工ダ
    イヤモンド層を介して、 1〜10μmの平均層厚を有し、かつ平均粒径で0.1
    〜3μmの通常粒で構成された表面人工ダイヤモンド層
    を被覆してなる高い付着強度を有する人工ダイヤモンド
    被覆硬質焼結工具部材。
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