【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
この発明は、ダイヤモンド基焼結材料で製造さ
れた切削工具や耐摩耗工具の表面を、その使用中
に欠損が発生しないように平滑化する方法に関す
るものである。
従来、一般に、硬質分散相として50容量％以上
のダイヤモンドを含有し、さらに必要に応じて同
じく分散相として元素周期律の4a、5a、および
6a族の金属、並びにAl、Si、およびＢの炭化物、
窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化
物、および炭窒酸化物のうちの１種または２種以
上を１〜30容量％含有し、一方３〜30容量％を占
める結合相が鉄族金属のうちの１種または２種以
上からなるダイヤモンド基焼結材料は、耐摩耗性
および耐溶着性にすぐれていることから、特に被
削材がERP（繊維強化プラスチツク）や、炭化タ
ングステン基超硬合金およびセラミツクの予備焼
結体、さらにAl合金などである場合の切削工具
の製造に、また線引きダイスや製糸機のガイドピ
ンなどの耐摩耗工具の製造に用いられていること
はよく知られるところである。
しかし、上記のダイヤモンド基焼結材料製工具
においては、超高圧焼結後の表面仕上げは、硬質
のためにダイヤモンド砥石によらなければならな
いが、これによつて仕上げ面を平滑にすることは
不可能であり、したがつて、焼結ままの状態で実
用に供しているのが現状であるが、焼結ままのダ
イヤモンド基焼結材料製工具の表面を微視的に見
れば、その表面は凹凸を呈し、さらに場合によつ
ては細かい割れが発生していることもある。この
ような表面状態で実用に供すると、表面上の凹凸
あるいは細かい割れが大きな割れ発生の起点とし
て働き、工具自体が欠損に及ぶ場合があるなど安
定性に欠けるという問題点があつた。
そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、従来ダイヤモンド基焼結材料製工具のもつ問
題点を解決すべく研究を行なつた結果、焼結まま
のダイヤモンド基焼結材料製工具素材の表面に、
気相合成法によりダイヤモンド被覆層を形成する
と、前記工具素材の表面上に存在する凹凸や細か
い割れが前記ダイヤモンド被覆層によつて覆わ
れ、かつ前記ダイヤモンド被覆層は気相合成法に
より形成されるので、その表面はきわめて平滑に
なつていることから、表面上の凹凸や細かい割れ
が原因の欠損発生がなくなり、しかもダイヤモン
ド被覆層自体が耐摩耗性および耐溶着性にすぐれ
ていると共に、基体たるダイヤモンド基焼結材料
製工具素材の表面に強固に付着することから、こ
れを切削工具や耐摩耗工具として用いた場合、苛
酷な条件下においてもすぐれた性能を長期に亘つ
て発揮するという知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、焼結ままのダイヤモンド基焼結材料
製工具素材の表面に、平均層厚：0.2〜20μmのダ
イヤモンド被覆層を気相合成法により形成して、
表面平滑化をはかる方法に特徴を有するものであ
る。
なお、この発明の方法において、ダイヤモンド
被覆層の平均層厚を0.2〜20μmとしたのは、その
平均層厚が0.2μm未満では所望の改善効果が得ら
れず、一方20μmを越えた平均層厚にすると、被
覆層形成時にダイヤモンド粒子に粒成長が起るよ
うになつて被覆層自体が脆化し、割れが発生しや
すくなるという理由によるものである。
また、上記ダイヤモンド被覆層は、通常の気相
合成装置を用い、焼結ままのダイヤモンド基焼結
材料製工具素材を反応炉に装入し、前記工具素材
と、Ｗ，Ta，Mo、あるいは黒鉛からなるフイラ
メントとの間隔を0.5〜３cmに保持した状態で、
CH4／H2の割合を0.001／0.05の範囲内に調整し
た混合反応ガスを反応炉内に流しながら、雰囲気
圧力：ダイヤフラム真空計で0.1〜10torr、工具
素材の表面温度：500〜1200℃、およびフイラメ
ント温度：1800〜2500℃の条件で気相合成反応を
行なわしめることにより形成することができる。
つぎに、この発明の方法を実施例により具体的
に説明する。
実施例
それぞれ第１表に示される成分組成を有し、か
つ平面：12.7mm×12.7mm、長さ：4.8mmの寸法をも
つた各種の焼結ままのダイヤモンド基焼結材料製
工具素材を用意し、これらの工具素材を直径：70
mmφの石英製反応管内にそれぞれ装入し、第１表
に示される条件にて気相合成反応を行なわしめ
て、同じく第１表に示される平均層厚を有するダ
イヤモンド被覆層を、上記各種の工具素材の表面
にそれぞれ形成することによつて本発明法１〜８
を実施し、表面被覆ダイヤモンド基焼結材料製
The present invention relates to a method for smoothing the surface of a cutting tool or wear-resistant tool made of a diamond-based sintered material to prevent chipping during use. Conventionally, the hard dispersed phase generally contains 50% by volume or more of diamond, and if necessary, diamonds 4a, 5a, and 5a of the periodic system of the elements are also included as the dispersed phase.
Group 6a metals and carbides of Al, Si, and B,
A binder phase containing 1 to 30% by volume of one or more of nitrides, oxides, carbonitrides, carbonates, nitrides, and carbonitrides, while the binder phase accounts for 3 to 30% by volume. Diamond-based sintered materials made of one or more of the iron group metals have excellent wear resistance and welding resistance, so they are particularly suitable for work materials such as ERP (fiber-reinforced plastics) and carbonized materials. It is used to manufacture pre-sintered bodies of tungsten-based cemented carbide and ceramics, as well as cutting tools made of aluminum alloys, as well as wear-resistant tools such as wire drawing dies and guide pins for silk reeling machines. It is a well-known place. However, in the tools made of the above diamond-based sintered materials, the surface finish after ultra-high pressure sintering must be done using a diamond grindstone due to its hardness, but it is difficult to smooth the finished surface with this tool. However, if you look microscopically at the surface of an as-sintered diamond-based sintered material tool, you can see that the surface is It exhibits unevenness and may even have small cracks in some cases. When put into practical use with such a surface condition, there was a problem in that the unevenness or small cracks on the surface acted as a starting point for large cracks, resulting in a lack of stability, such as the tool itself being damaged. Therefore, from the above-mentioned viewpoint, the present inventors conducted research to solve the problems of conventional diamond-based sintered material tools. on the surface of
When the diamond coating layer is formed by the vapor phase synthesis method, the unevenness and fine cracks existing on the surface of the tool material are covered by the diamond coating layer, and the diamond coating layer is formed by the vapor phase synthesis method. The diamond coating layer itself has excellent abrasion and welding resistance, and the diamond coating layer itself has excellent wear resistance and welding resistance. Since it firmly adheres to the surface of tool materials made of diamond-based sintered materials, we have found that when used as cutting tools or wear-resistant tools, it exhibits excellent performance over a long period of time even under harsh conditions. I got it. This invention was made based on the above knowledge, and consists of forming a diamond coating layer with an average layer thickness of 0.2 to 20 μm on the surface of an as-sintered diamond-based sintered material tool material by vapor phase synthesis. do,
It is characterized by the method of smoothing the surface. In addition, in the method of this invention, the average layer thickness of the diamond coating layer is set to 0.2 to 20 μm because if the average layer thickness is less than 0.2 μm, the desired improvement effect cannot be obtained, whereas if the average layer thickness exceeds 20 μm, This is because, when the coating layer is formed, grain growth occurs in the diamond particles, which causes the coating layer itself to become brittle, making it more likely to crack. The diamond coating layer can be formed by charging the as-sintered tool material made of diamond-based sintered material into a reaction furnace using a normal vapor phase synthesis apparatus, and then combining the tool material with W, Ta, Mo, or graphite. While maintaining the distance between the filament and the filament at 0.5 to 3 cm,
While flowing a mixed reaction gas with a CH 4 /H 2 ratio adjusted within the range of 0.001/0.05 into the reactor, the atmospheric pressure: 0.1 to 10 torr using a diaphragm vacuum gauge, the surface temperature of the tool material: 500 to 1200℃, It can be formed by carrying out a gas phase synthesis reaction at a filament temperature of 1800 to 2500°C. Next, the method of the present invention will be specifically explained using examples. Example Various as-sintered diamond-based sintered material tool materials were prepared, each having the composition shown in Table 1 and having dimensions of 12.7 mm x 12.7 mm in plane and 4.8 mm in length. and these tool materials diameter: 70
Each tool was charged into a quartz reaction tube of mmφ and subjected to a vapor phase synthesis reaction under the conditions shown in Table 1 to form a diamond coating layer having an average layer thickness also shown in Table 1. Methods 1 to 8 of the present invention are formed by forming each on the surface of the material.
Made of surface-coated diamond-based sintered material
【表】【table】
【表】
工具を製造した。
ついで、この結果得られた各種の表面被覆ダイ
ヤモンド基焼結材料製工具（以下ダイヤモンド被
覆工具という）、並びに比較の目的で、ダイヤモ
ンド被覆層の形成を行なう前の焼結ままのダイヤ
モンド基焼結材料製工具素材（以下工具素材とい
う）について、表面粗さおよび表面ビッカース硬
さ（荷重：50ｇ）を測定すると共に、
被削材：900℃にて仮焼結したSiC予備焼結体
にして、直径：50mmφ×長さ：150mmの丸棒、
切削速度：40m／min、
送 り：0.05mm／rev、
切込み ：0.5mm、
切削時間：5min、
の条件での連続切削試験、および
被削材：900℃にて仮焼結したSiC予備焼結体
にして、直径：50mmφ×長さ：150mmの寸法を有
し、かつ円周にそつて10mm間隔で、幅：２mm×深
さ：10mmの溝を長さ方向に設けた丸棒、
切削速度：40m／min、
送 り：0.05mm／rev、
切込み ：0.5mm、
切削時間：5min、
の条件での断続切削試験を行ない、前者の連続切
削試験では切刃の逃げ面摩耗幅を測定し、また後
の断続切削試験では切刃の表面状況を観察した。
これらの結果を第１表に合せて示した。
第１表に示される結果から、本発明法１〜８に
よつて製造されたダイヤモンド被覆工具は、その
表面に形成されたダイヤモンド被覆層によつて、
いずれも平滑化した表面を有し、かつビツカース
硬さで8000以上の著しく高い表面硬さを有するよ
うになるので、表面が相対的に粗く、かつダイヤ
モンド被覆層の形成がない工具素材に比して、す
ぐれた耐欠損性および耐摩耗性を示すことが明ら
かである。
上述のように、この発明の方法によれば、ダイ
ヤモンド被覆層の形成によつてダイヤモンド焼結
材料製工具の表面を簡単に平滑化することがで
き、しかも前記ダイヤモンド被覆層自体が耐摩耗
性および耐溶着性にすぐれ、かつ付着性にもすぐ
れていることから、この結果の表面被覆ダイヤモ
ンド基焼結材料製工具を、切削工具や耐摩耗工具
として適用した場合、苛酷な条件下においても欠
損発生が皆無の状態で、すぐれた耐摩耗性を著し
く長期に亘つて発揮するようになるなど工業上有
用な効果がもたらされるのである。[Table] Tools were manufactured. Next, various surface-coated diamond-based sintered material tools obtained as a result (hereinafter referred to as diamond-coated tools), and for comparison purposes, as-sintered diamond-based sintered materials before forming a diamond coating layer. The surface roughness and surface Vickers hardness (load: 50 g) of the tool material (hereinafter referred to as tool material) were measured. Continuous cutting test under the following conditions: 50mmφ x length: 150mm round bar, cutting speed: 40m/min, feed: 0.05mm/rev, depth of cut: 0.5mm, cutting time: 5min, and work material: 900 A SiC pre-sintered body pre-sintered at ℃ has dimensions of diameter: 50 mmφ x length: 150 mm, and grooves of width: 2 mm x depth: 10 mm are formed at 10 mm intervals along the circumference. An interrupted cutting test was conducted using a round bar set in the length direction, cutting speed: 40 m/min, feed: 0.05 mm/rev, depth of cut: 0.5 mm, cutting time: 5 min, and in the former continuous cutting test, The flank wear width of the cutting edge was measured, and the surface condition of the cutting edge was observed in the subsequent interrupted cutting test. These results are also shown in Table 1. From the results shown in Table 1, it can be seen that the diamond-coated tools manufactured by methods 1 to 8 of the present invention, due to the diamond coating layer formed on the surface,
Both have a smooth surface and a significantly high surface hardness of over 8000 on the Bitkers hardness, compared to tool materials with relatively rough surfaces and no diamond coating layer. It is clear that the material exhibits excellent fracture resistance and wear resistance. As described above, according to the method of the present invention, the surface of a tool made of diamond sintered material can be easily smoothed by forming a diamond coating layer, and the diamond coating layer itself has wear resistance and Because it has excellent welding resistance and adhesion, when the resulting surface-coated diamond-based sintered material tool is used as a cutting tool or wear-resistant tool, it will not break even under severe conditions. Industrially useful effects are brought about, such as excellent wear resistance for a long period of time, even in the absence of any oxidation.