JPH0499278A - ダイヤモンド被覆工具部材 - Google Patents
ダイヤモンド被覆工具部材Info
- Publication number
- JPH0499278A JPH0499278A JP21147790A JP21147790A JPH0499278A JP H0499278 A JPH0499278 A JP H0499278A JP 21147790 A JP21147790 A JP 21147790A JP 21147790 A JP21147790 A JP 21147790A JP H0499278 A JPH0499278 A JP H0499278A
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- JP
- Japan
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- diamond
- coating layer
- carbon
- layer
- diamond coating
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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。
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〕
本発明は、ダイヤモンド被覆工具部材に関し、詳しくは
Ａｌ −Ｓ＋金合金はじめとする各種の軽合金を高速に
て長時間切削可能とするダイヤモンド被覆工具部材に関
するものである。
Ａｌ −Ｓ＋金合金はじめとする各種の軽合金を高速に
て長時間切削可能とするダイヤモンド被覆工具部材に関
するものである。
表面被覆工具として、基材の表面にＰＶＤ法やＣＶＤ法
によりＴｉ、 Ｈｒ 、Ｚｒの炭化物、窒化物、炭窒化
物、及びＭの酸化物の単層もしくは複層を形成させた被
覆工具が広く実用に供されている。
によりＴｉ、 Ｈｒ 、Ｚｒの炭化物、窒化物、炭窒化
物、及びＭの酸化物の単層もしくは複層を形成させた被
覆工具が広く実用に供されている。
一方、ダイヤモンドは極めて硬度か高く、かつ化学的に
安定しているため、ＮやＣｕや実用に供されている軽金
属の殆どと反応しない。そのため、ダイヤモンＩ・を用
いて、このような金属を高速にて切削すると、被削材の
仕上げ面が極めて良好に仕上がるため、単結晶、焼結ダ
イヤモンドあるいはダイヤモンド被覆工具も切削工具と
して広く実用に供されている。
安定しているため、ＮやＣｕや実用に供されている軽金
属の殆どと反応しない。そのため、ダイヤモンＩ・を用
いて、このような金属を高速にて切削すると、被削材の
仕上げ面が極めて良好に仕上がるため、単結晶、焼結ダ
イヤモンドあるいはダイヤモンド被覆工具も切削工具と
して広く実用に供されている。
ところが、ダイヤモンド被覆工具の多くは、基材とダイ
ヤモンド被覆層との密着強度が不足しているため、ダイ
ヤモンド被覆層が剥離することにより寿命にいたる場合
が多い。この原因として、以下のことが考えられる。
ヤモンド被覆層との密着強度が不足しているため、ダイ
ヤモンド被覆層が剥離することにより寿命にいたる場合
が多い。この原因として、以下のことが考えられる。
■） ダイヤモンドは極めて安定な物質であり、あらゆ
る物質と化合物をつくらない。このため、ダイヤモンド
被覆層と基材は分子間引力にて接合されていると考えら
れる。分子間引力は、化学的な化合物を形成することに
より接合されている被覆層に比べて、基材との密着強度
は低い。
る物質と化合物をつくらない。このため、ダイヤモンド
被覆層と基材は分子間引力にて接合されていると考えら
れる。分子間引力は、化学的な化合物を形成することに
より接合されている被覆層に比べて、基材との密着強度
は低い。
２） ダイヤモンドは脆性体であり、物理的衝撃を受け
た場合、変形することなく破損する。このため、ダイヤ
モンド被覆硬質切削工具において、切削時、歪を受けた
場合、ダイヤモンド被覆層は歪を和らげることなく基材
に伝える。これによって基材は変形するが、ダイヤモン
ド被覆層は変形しない。このため、基材とダイヤモンド
被覆層との界面に大きなせん断応力がかかり、ダイヤモ
ンド被覆層は剥離を起こしやすい状態にある。
た場合、変形することなく破損する。このため、ダイヤ
モンド被覆硬質切削工具において、切削時、歪を受けた
場合、ダイヤモンド被覆層は歪を和らげることなく基材
に伝える。これによって基材は変形するが、ダイヤモン
ド被覆層は変形しない。このため、基材とダイヤモンド
被覆層との界面に大きなせん断応力がかかり、ダイヤモ
ンド被覆層は剥離を起こしやすい状態にある。
ところで被覆切削工具は、基材との高い密着強度と、充
分な層厚が必要とされている。しかし、前述の理由によ
り、いまだ基材との充分な密着強度を持ったダイヤモン
ド被覆層は得られていないのが現状である。
分な層厚が必要とされている。しかし、前述の理由によ
り、いまだ基材との充分な密着強度を持ったダイヤモン
ド被覆層は得られていないのが現状である。
本発明は、このような現状に鑑み、充分な密着強度を有
するとともに、被覆層厚も満足できる厚さであるダイヤ
モンド被覆工具部材を提供することを目的とするもので
ある。
するとともに、被覆層厚も満足できる厚さであるダイヤ
モンド被覆工具部材を提供することを目的とするもので
ある。
上記の目的を達成するために、優れた耐剥離性を持った
ダイヤモンド被覆層及び基材を研究開発する上で、本発
明者らはダイヤモンド被覆層の構造を改良することに着
目し、検討を重ねた結果、膜構造として、ダイヤモンド
と同じ成分である炭素成分を不定形炭素の型で含んだダ
イヤモンド被覆層と、ダイヤモンド被覆層の各１層を少
なくとも有してなる２層以上の複層からなるダイヤモン
ド稜覆層を形成した場合、ダイヤモンド被覆層単層から
なるものに比べて、被覆層の耐剥離性が大幅に向上する
ことがわかり、本発明に到達できた。
ダイヤモンド被覆層及び基材を研究開発する上で、本発
明者らはダイヤモンド被覆層の構造を改良することに着
目し、検討を重ねた結果、膜構造として、ダイヤモンド
と同じ成分である炭素成分を不定形炭素の型で含んだダ
イヤモンド被覆層と、ダイヤモンド被覆層の各１層を少
なくとも有してなる２層以上の複層からなるダイヤモン
ド稜覆層を形成した場合、ダイヤモンド被覆層単層から
なるものに比べて、被覆層の耐剥離性が大幅に向上する
ことがわかり、本発明に到達できた。
すなわち、 本発明は硬質材料からなる工具の一部又は
全部に、ダイヤモンド以外の炭素成分を含むダイヤモン
ド被覆層、ダイヤモンド以外の炭素成分を含まないダイ
ヤモンド被覆層の少なくとも各１層以上を有する複層か
らなるダイヤモンド被覆層を０．５μｍ〜２００μｍの
層厚で形成されてなるダイヤモンド被覆工具部材を提供
する。
全部に、ダイヤモンド以外の炭素成分を含むダイヤモン
ド被覆層、ダイヤモンド以外の炭素成分を含まないダイ
ヤモンド被覆層の少なくとも各１層以上を有する複層か
らなるダイヤモンド被覆層を０．５μｍ〜２００μｍの
層厚で形成されてなるダイヤモンド被覆工具部材を提供
する。
本発明にいうダイヤモンド以外の炭素成分とは不定形炭
素であり、この非ダイヤモンド炭素成分を含むダイヤモ
ンド層として特に好ましいものは、ラマン分光法にて１
３３３ ｃｍ−’のピークが不定形炭素のピークにかき
消されることなく確認できる範囲のものである。
素であり、この非ダイヤモンド炭素成分を含むダイヤモ
ンド層として特に好ましいものは、ラマン分光法にて１
３３３ ｃｍ−’のピークが不定形炭素のピークにかき
消されることなく確認できる範囲のものである。
ダイヤモンド被覆層単層であるものに比べて、非ダイヤ
モンド炭素成分を含んだダイヤモンド被覆層（非ダイヤ
モンド炭素含有被覆層と略す）と、ダイヤモンド被覆層
の各１層を少なくとも有してなる２層以上の複層からな
るダイヤモンド被覆層を形成した場合、被覆層の耐剥離
性が大幅に向上する理由は、非ダイヤモンド炭素含有被
覆層は、ダイヤモンドのみからなる被覆層に比べて靭性
を持つため、被覆層全体に受ける衝撃を緩和する働きが
あるからである。
モンド炭素成分を含んだダイヤモンド被覆層（非ダイヤ
モンド炭素含有被覆層と略す）と、ダイヤモンド被覆層
の各１層を少なくとも有してなる２層以上の複層からな
るダイヤモンド被覆層を形成した場合、被覆層の耐剥離
性が大幅に向上する理由は、非ダイヤモンド炭素含有被
覆層は、ダイヤモンドのみからなる被覆層に比べて靭性
を持つため、被覆層全体に受ける衝撃を緩和する働きが
あるからである。
被覆層の耐摩耗性だけを考えるなら、純度の高いダイヤ
モンド被覆層を形成することが効果的である。しかし、
これに、前述した非ダイヤモンド炭素含有被覆層を組み
合わせることにより、耐剥離性、耐摩耗性ともに兼ね備
えた被覆層が形成されるのである。
モンド被覆層を形成することが効果的である。しかし、
これに、前述した非ダイヤモンド炭素含有被覆層を組み
合わせることにより、耐剥離性、耐摩耗性ともに兼ね備
えた被覆層が形成されるのである。
なお、層厚に関しては、０．５μｍ以下では被覆層によ
る 耐摩耗性の向上が認められず、また、２００μｍ以
上の被覆層を形成した場合でも、もはや大きな耐摩耗性
の向上が認められず工具としては不経済であるため、０
５μｍ〜２００μｍとすることが適切である。
る 耐摩耗性の向上が認められず、また、２００μｍ以
上の被覆層を形成した場合でも、もはや大きな耐摩耗性
の向上が認められず工具としては不経済であるため、０
５μｍ〜２００μｍとすることが適切である。
非ダイヤモンド炭素含有被覆層とダイヤモンド被覆層の
積層の仕方は特に限定されず、基材に接する層がどちら
のものであってもよいし、又、最外層もいずれであって
もよい。両方の層を少な（とも１層ずつ有する２層以上
の複層構造とすることが肝要である。
積層の仕方は特に限定されず、基材に接する層がどちら
のものであってもよいし、又、最外層もいずれであって
もよい。両方の層を少な（とも１層ずつ有する２層以上
の複層構造とすることが肝要である。
ＶＤ法、ＥＡ−ＣＶＤ法、誘電磁場マイクロ波ＣＶＤ法
、ＲＦ熟熱プラズマＣＶＤ法ＤＣプラズマＣＶＤ法、Ｄ
ＣプラズマジェットＣＶＤ法、マイクロ波プラズマジェ
ットＣＶＤ法、燃焼法等種々の方法を採用できる。
、ＲＦ熟熱プラズマＣＶＤ法ＤＣプラズマＣＶＤ法、Ｄ
ＣプラズマジェットＣＶＤ法、マイクロ波プラズマジェ
ットＣＶＤ法、燃焼法等種々の方法を採用できる。
本発明の硬質材料としては、例えば超硬合金をはじめと
する鉄系以外の金属またはその炭化物、窒化物、炭窒化
物やそれらの合金、もしくは５ｉＣ５ＳｉｓＮ＊等を主
成分とするセラミック等が挙げられる。
する鉄系以外の金属またはその炭化物、窒化物、炭窒化
物やそれらの合金、もしくは５ｉＣ５ＳｉｓＮ＊等を主
成分とするセラミック等が挙げられる。
本発明の被覆工具を製造する具体的方法等は下記の実施
例で詳細に説明する。
例で詳細に説明する。
以下、本発明のダイヤモンド被覆工具部材を実施例によ
り具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるとこ
ろはない。
り具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるとこ
ろはない。
実施例１
基板母材として、組成はＩＳＯＫＩＯ超硬合金（具体的
にはＷＣ−８重量％ＣＯ）、形状はＪＩＳ−５ＰＧ４２
２の超硬合金製切削チップを用意した。
にはＷＣ−８重量％ＣＯ）、形状はＪＩＳ−５ＰＧ４２
２の超硬合金製切削チップを用意した。
このチップの表面を、−船釣におこなわれている表面処
理として、２００番のレジンボンドダイヤモンド砥石に
て荒研磨した恢、３０〜４０μｍのダイヤモンド砥粒を
こすりつけて仕上げ研磨した。これらの切削チップを２
．４５ＧＨ２のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて
、９５０℃に加熱し、全圧を８０Ｔｏｒｒとした水素お
よびメタンの混合プラズマ中にて各種ダイヤモンド被覆
層を形成した。
理として、２００番のレジンボンドダイヤモンド砥石に
て荒研磨した恢、３０〜４０μｍのダイヤモンド砥粒を
こすりつけて仕上げ研磨した。これらの切削チップを２
．４５ＧＨ２のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて
、９５０℃に加熱し、全圧を８０Ｔｏｒｒとした水素お
よびメタンの混合プラズマ中にて各種ダイヤモンド被覆
層を形成した。
本実施例において、基材の表面に析出した被覆層は、ラ
マン分光分析法によって、ダイヤモンド、又はダイヤモ
ンド以外の炭素成分を含んだダイヤモンドであることを
確認した。本実施例装置において、各種メタン濃度混合
ガスを用いて、種々の膜を形成し、その被覆層成分およ
び成膜速度を調べた結果、炭素濃度が２％以下の領域で
は被覆層成分は、はぼダイヤモンド単層となり、３％を
越えると被覆層中にダイヤモンド以外の炭素成分が含ま
れ、メタン濃度が増加するにつれ、被覆層中のダイヤモ
ンド以外の炭素成分が増加することがわかった。また、
成膜速度に関しては、被覆層形成後のチップを切断して
測定することにより確認した。
マン分光分析法によって、ダイヤモンド、又はダイヤモ
ンド以外の炭素成分を含んだダイヤモンドであることを
確認した。本実施例装置において、各種メタン濃度混合
ガスを用いて、種々の膜を形成し、その被覆層成分およ
び成膜速度を調べた結果、炭素濃度が２％以下の領域で
は被覆層成分は、はぼダイヤモンド単層となり、３％を
越えると被覆層中にダイヤモンド以外の炭素成分が含ま
れ、メタン濃度が増加するにつれ、被覆層中のダイヤモ
ンド以外の炭素成分が増加することがわかった。また、
成膜速度に関しては、被覆層形成後のチップを切断して
測定することにより確認した。
本発明実施例において、被覆層を形成する途中の段階で
、プラズマ中のメタン濃度を変化させることにより、被
覆層の構造を種々に変化させた。
、プラズマ中のメタン濃度を変化させることにより、被
覆層の構造を種々に変化させた。
以上に述べた方法により、切削チップの表面に０．５〜
２００μｍのダイヤモンド被覆層、およびダイヤモンド
以外の炭素成分を含んだダイヤモンド被覆層を形成する
ことにより本発明ダイヤモンド被覆切削チップｋｌ−Ｎ
α６を作製した。
２００μｍのダイヤモンド被覆層、およびダイヤモンド
以外の炭素成分を含んだダイヤモンド被覆層を形成する
ことにより本発明ダイヤモンド被覆切削チップｋｌ−Ｎ
α６を作製した。
また、比較のために、同一組成、同一形状の比較デツプ
Ｎα７と、このチップに同じ表面処理を施し、同じ装置
を用いてダイヤモンド被覆層単層を形成した比較チップ
Ｎα８と、ダイヤモンド以外の炭素成分を含んだダイヤ
モンド被覆層を形成した比較チップＮα９を用意した。
Ｎα７と、このチップに同じ表面処理を施し、同じ装置
を用いてダイヤモンド被覆層単層を形成した比較チップ
Ｎα８と、ダイヤモンド以外の炭素成分を含んだダイヤ
モンド被覆層を形成した比較チップＮα９を用意した。
これらも併せて表１に示した。
以上で得られた各被覆チップを用いて、被削材 ：
Ｍ−２５重量％８１合金切削速度： ３００ｍ／ｍｊ
ｎ 送り ： ０．１ ｍｍ／ｒｅｖ切り込み：
０．２ａ＋ｍ の条件にて断続切削を行い、２分後および１０分後の逃
げ面摩耗量、切り刃の摩耗状態、被削材の溶着状態を観
察した。これらの試験結果を表２に示した。
Ｍ−２５重量％８１合金切削速度： ３００ｍ／ｍｊ
ｎ 送り ： ０．１ ｍｍ／ｒｅｖ切り込み：
０．２ａ＋ｍ の条件にて断続切削を行い、２分後および１０分後の逃
げ面摩耗量、切り刃の摩耗状態、被削材の溶着状態を観
察した。これらの試験結果を表２に示した。
表２に示した結果より、本発明のダイヤモンド被覆チッ
プＮα１〜ＮＱ６においては、いずれも従来の切削チッ
プＮα７〜Ｎα９に比べると、良好な耐剥離性および耐
摩耗性を持つことが明らかである。
プＮα１〜ＮＱ６においては、いずれも従来の切削チッ
プＮα７〜Ｎα９に比べると、良好な耐剥離性および耐
摩耗性を持つことが明らかである。
また、Ｎα２．Ｎａ５とＮα８を比べた場合、及びＮａ
ｌとＮα９を比べた場合、内及び／又は外層に非ダイヤ
モンド炭素含有被覆層もしくはダイヤモンド被覆層を設
けた場合、工具の性能が大きく向上していることがわか
る。
ｌとＮα９を比べた場合、内及び／又は外層に非ダイヤ
モンド炭素含有被覆層もしくはダイヤモンド被覆層を設
けた場合、工具の性能が大きく向上していることがわか
る。
さらにＮα３とＮα８とを比べた場合、同じ被覆層厚で
はあるが、２層構造とした方が工具の性能が良好である
こともわかる。
はあるが、２層構造とした方が工具の性能が良好である
こともわかる。
以上説明したように、本発明のダイヤモンド以外の炭素
成分を含む被覆層のダイヤモンド被覆層との複層構造と
することにより、靭性を根性することで、本発明の被覆
チップは耐剥離性が向上し、且つ耐摩耗性も充分な優れ
た被覆切削工具であり、実用上非常に有効である。
成分を含む被覆層のダイヤモンド被覆層との複層構造と
することにより、靭性を根性することで、本発明の被覆
チップは耐剥離性が向上し、且つ耐摩耗性も充分な優れ
た被覆切削工具であり、実用上非常に有効である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 硬質材料からなる工具の一部又は全部に、 ダイヤモンド以外の炭素成分を含むダイヤモンド被覆層
、ダイヤモンド以外の炭素成分を含まないダイヤモンド
被覆層の少なくとも各１層以上を有する複層からなるダ
イヤモンド被覆層を０．５μｍ〜２００μｍの層厚で形
成されてなるダイヤモンド被覆工具部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21147790A JPH0499278A (ja) | 1990-08-13 | 1990-08-13 | ダイヤモンド被覆工具部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21147790A JPH0499278A (ja) | 1990-08-13 | 1990-08-13 | ダイヤモンド被覆工具部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0499278A true JPH0499278A (ja) | 1992-03-31 |
Family
ID=16606599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21147790A Pending JPH0499278A (ja) | 1990-08-13 | 1990-08-13 | ダイヤモンド被覆工具部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0499278A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5747120A (en) * | 1996-03-29 | 1998-05-05 | Regents Of The University Of California | Laser ablated hard coating for microtools |
| JP2002540970A (ja) * | 1999-03-31 | 2002-12-03 | セメコン−セラミック メタル コーティングス−ドクトル−インジェネア アントニウス レイエンデッカー ゲーエムベーハー | ダイヤモンド・コーティングした工具およびその製造方法 |
-
1990
- 1990-08-13 JP JP21147790A patent/JPH0499278A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5747120A (en) * | 1996-03-29 | 1998-05-05 | Regents Of The University Of California | Laser ablated hard coating for microtools |
| JP2002540970A (ja) * | 1999-03-31 | 2002-12-03 | セメコン−セラミック メタル コーティングス−ドクトル−インジェネア アントニウス レイエンデッカー ゲーエムベーハー | ダイヤモンド・コーティングした工具およびその製造方法 |
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