JPH0578845A - 高密着性ダイヤモンド被覆焼結合金 - Google Patents

高密着性ダイヤモンド被覆焼結合金

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JPH0578845A
JPH0578845A JP26848491A JP26848491A JPH0578845A JP H0578845 A JPH0578845 A JP H0578845A JP 26848491 A JP26848491 A JP 26848491A JP 26848491 A JP26848491 A JP 26848491A JP H0578845 A JPH0578845 A JP H0578845A
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広明 栗田
Masaru Yagi
優 八木
Masaki Kobayashi
正樹 小林
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 焼結合金の基材表面にダイヤモンド及び/又
はダイヤモンド状カーボンの良質な被膜を形成させると
共に、被膜と基材との密着性を高めて、耐剥離性に優れ
るようにしたダイヤモンド被覆焼結合金を提供する。 【構成】 硬質相と結合相とでなる焼結合金の基材表面
にダイヤモンド及び/又はダイヤモンド状カーボンの被
膜を形成させたダイヤモンド被覆焼結合金において、該
結合相に金属間化合物が含有されている高密着性ダイヤ
モンド被覆焼結合金。 【効果】 従来の被覆焼結合金に比べて、ダイヤモンド
及び/又はダイヤモンド状カーボンからなる良質な被膜
が形成されやすく、かつ被膜と基材との密着性が高めら
れ、被膜の耐剥離性が顕著に優れているという効果があ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、旋削工具,フライス工
具,ドリル,エンドミル等からの切削工具、又はスリッ
ター,ワイヤカッター,ガイド等の耐摩耗工具として適
する高密着性ダイヤモンド被覆焼結合金及びその製造方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】超硬合金に代表される焼結合金の基材表
面にダイヤモンド及び/又はダイヤモンド状カーボンの
被膜を形成したダイヤモンド被覆焼結合金を切削工具に
応用しようという試みがなされている。
【0003】ダイヤモンド被覆焼結合金を切削工具とし
て用いる場合、最大の問題点は、基材と被膜との密着性
である。
【0004】焼結合金の基材とダイヤモンド被膜との密
着性について注目し、切削工具に適するダイヤモンド被
覆焼結合金としての提案が多数なされており、その代表
的なものに、特開昭58−126972号公報及び特開
昭63−53269号公報がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】特開昭58−1269
72号公報には、超硬合金の基材に隣接する内層が周期
律表の第4a,5a,6a族金属の炭化物,窒化物,ホ
ウ化物,酸化物及びこれらの化合物,混合物並びにAl
23,AlN,B4 ,Si34,SiO2,SiCから
選ばれた1種以上よりなり、外層がダイヤモンドよりな
るダイヤモンド被覆超硬合金が開示されている。具体的
には、同公報の発明は、NiやCoを含む超硬合金の基
材に直接ダイヤモンド被膜を被覆すると、グラファイト
が析出しやすく基材と被膜との密着性の低下が顕著にな
るという問題に対し、基材と被膜との間に化学蒸着法
(CVD法)又は物理蒸着法(PVD法)でもってWC
やW2 の内層を介在させることにより解決しようとし
たものである。
【0006】しかしながら、同公報に開示の内層とダイ
ヤモンド被膜との密着性は、切削工具として実用化でき
る程度に達しておらず、しかも製造工程の中に内層の形
成工程を別に設ける必要があるという工程の煩雑化、及
び内層の形成工程時のカーボン量の制御がダイヤモンド
被膜の材質と、基材と被膜の密着性に影響を及ぼすとい
う品質管理上の問題がある。
【0007】特開昭63−53269号公報には、1〜
4wt%のCoと残りが炭化タングステンからなる超硬
合金の表面をエッチング処理し、超硬合金の表面にエッ
チング層を介在させて、ダイヤモンド被膜を形成してな
るダイヤモンド被覆超硬合金が開示されている。
【0008】同公報の発明は、超硬合金の表面部のCo
を酸液で除去してエッチング層とし、エッチング層の表
面にダイヤモンド被膜を形成するのであるが、酸液でC
oが除去された後の空隙部分には、再びダイヤモンド被
膜形成時に超硬合金内部のCoが滲み出して埋められる
ために、局所的にダイヤモンドが粒成長しやすくなるこ
と及びダイヤモンド被膜とエッチング層との界面にグラ
ファイトが発生しやすくなるために被膜と超硬合金との
密着性が低いという問題がある。
【0009】本発明は、上述のような問題点を解決した
もので、具体的には、金属間化合物の含有した基材でも
って、ダイヤモンド被膜形成時におけるグラファイト発
生を抑制し、良質なダイヤモンド被膜を形成すると共
に、基材とダイヤモンド被膜との密着性を高めることが
できたダイヤモンド被覆焼結合金の提供を目的とするも
のである。
【0010】
【問題を解決するための手段】本発明者らは、超硬合金
の基材表面にダイヤモンドの被膜を形成する場合、基材
表面に析出するグラファイトを抑制する方法及び基材と
被膜との密着性を高めることについて検討していた所、
基材中に結合層として含有している鉄族金属がダイヤモ
ンドの被膜形成時にグラファイトを析出させる作用をす
るのに対し、金属間化合物の含有した結合相、特に結合
相中の鉄族金属により形成される金属間化合物の含有し
た結合相の場合、ダイヤモンドの被膜形成時においてグ
ラファイトの析出が抑制されること、及び基材とダイヤ
モンド被膜との密着性が顕著に向上するという知見を得
た。
【0011】本発明は、上述の知見に基づいて完成する
に至ったものである。
【0012】本発明の高密着性ダイヤモンド被覆焼結合
金は、周期律表の第4a,5a,6a族金属の炭化物,
窒化物及びこれらの相互固溶体の中の1種以上の硬質相
80〜99体積%と、残りがCo及び/又はNiを主成
分とする結合相でなる焼結合金の基材表面にダイヤモン
ド及び/又はダイヤモンド状カーボンの被膜を形成して
なるダイヤモンド被覆焼結合金であって、該結合相に金
属間化合物が含有されていることを特徴とするものであ
る。
【0013】本発明の被覆焼結合金における基材を構成
している硬質相は、具体的には、例えばWCのみからな
る場合、WCを主成分とし、他にTiC,ZrC,Hf
C,TaC,NbC,VC,Mo2C,Cr32
(W,Ti)C,(W,Ta)C,(W,Ta,Ti)
C,(W,Ta,Nb,Ti)C,TiN,Ti(N,
C)及びこれらの相互固溶体を含んでいる場合、Ti
C,又はTi(C,N)を主成分とし、他にWC,Zr
C,HfC,TaC,NbC,VC,Mo2C,Cr3
2,TiN,ZrN及びこれらの相互固溶体を含んでい
る場合を挙げることができる。この硬質相が基材全体に
対して80体積%未満になると、相対的に結合相が20
体積%を超えて多くなり、その結果基材の硬さ低下が著
しく、被膜がなくなった時点における基材の耐摩耗性が
極端に劣化し、逆に硬質相が基材全体に対して99体積
%を超えて多くなると、相対的に結合相が1体積%未満
となり、その結果基材の強度低下が著しく、欠損し易
く、被膜の効果を充分に発揮させるのが困難になる。
【0014】本発明の被覆焼結合金における基材を構成
している結合相は、主成分であるCo及び/又はNiに
金属間化合物が含有されているもので、具体的には、例
えばCo及び/又はNiと金属間化合物とからなる場
合、Co及び/又はNiを主成分とし、他にTi,Z
r,Hf,W,Mo,Cr,Feと金属間化合物とから
なる場合であって、金属間化合物としては、NiS
2,CoSi2,TiSi2,MoSi2,WSi2,F
3Al,NiAl,Ni3Al,Ni3Nb,CoA
l,Co2Al5,Co3Ti,Zr3Al,Ni3(A
l,W),Ni3Si,Ni2(Al,Ti),TiA
l,TiAl3,Nb3Al,V3Siを挙げることがで
きる。この金属間化合物は、Co及び/又はNiと、A
l及び/又はSiからなる、例えばNiSi2,CoS
2,NiAl,Ni3Al,CoAl,Co2Al5,N
3(Al,W),Ni3Si,Ni2(Al,Ti),
でなる場合が被膜の形成を促進する効果が高いことから
特に好ましく、結合相に対して金属間化合物が体積比で
50%以上、 含有していることが好ましく、さらに被膜の耐剥離性及
び被膜の形成促進効果から80%以上含有していること
が特に好ましい。
【0015】本発明の被覆焼結合金を構成している被膜
は、ラマン分光分析においてダイヤモンドの結晶構造を
示す約1333cm-1にピークを示すダイヤモンドの
膜、又はこのダイヤモンドと他に非晶質カーボンやガラ
ス状カーボン等を含有している場合、もしくはダイヤモ
ンドに近い性質を示すといわれているダイヤモンド状カ
ーボンからなる場合がある。この被膜の厚さは、用途及
び形状により選定する必要があり、特に耐衝撃性よりも
耐すきとり摩耗性を重要視する用途には、例えば3〜1
0μm厚さが好ましく、切削工具には、0.5〜7μm
厚さが好ましく、切削工具の中でもフライス用切削工具
のように耐衝撃性を重要視する用途、又はドリル,エン
ドミル等の切削工具やスリッター,切断刃,裁断刃等の
耐摩耗工具のように鋭角な切刃を有する形状には、例え
ば0.5〜3μm厚さと、被膜を薄くする構成にするこ
とが好ましいことである。
【0016】本発明の被覆焼結合金を作製するには、従
来から行なわれている粉末冶金法を応用して基材を作製
した後、基材表面のきず付処理や洗浄処理等の前処理を
行なってから、従来から行なわれている気相合成による
ダイヤモンド被膜処理を施すことにより得ることができ
る。
【0017】
【作用】本発明の高密着性ダイヤモンド被覆焼結合金
は、基材を構成している結合相に含有している金属間化
合物が被膜形成初期におけるグラファイトの発生を抑制
する作用をしていること、被膜形成の促進作用をしてい
ること、高温における基材の強度,硬さを高める作用を
していること、及び被膜形成後は被膜と基材との密着性
を高める作用をしているものである。
【0018】
【実施例1】市販されている平均粒径1.5μmのWC
粉末,平均粒径1.0μmのW及びNi粉末,平均粒径
0.2μmのAl粉末を用いて表1に示す組成に配合し
た。次いで、アセトン溶媒のボールミル中にて24時
間、配合粉末を混合粉砕し、乾燥及び1重量%のパラフ
ィン添加を行なった後、1 t/cm2の圧力で成形して
粉末圧粉体を得た。これらの粉末圧粉体を5〜8×10
-2Torrの真空中、1650℃、1時間保持にて焼結
し、本発明品1〜4及び比較品3,4に用いる焼結合金
の基材を得た。
【0019】比較品1,2に用いる焼結合金の基材は、
1450℃で焼結した以外は上述と同様にして得た。
【0020】これらの基材中の金属間化合物は、X線回
折,SEM,XMAでもって確認し、その結果を表2に
併記した。
【0021】これらの基材の表面を研摩及び洗浄処理し
た後、マイクロ波ブラズマCVD法により、9 9vol
%−1vol%CH4ガス雰囲気、200SCCMガス
流量、50Torr圧力、4時間保持、930〜950
℃基材温度の条件でもって約5μm厚さによるようにダ
イヤモンド被膜を形成した。
【0022】こうして得た被覆焼結合金の被膜の状態を
観察した所、比較品1及び2は、被膜形成用反応炉から
取り出したときにすでに一部又は全面に亘り被膜が剥離
していたのに対し、本発明品1〜4及び比較品3,4の
被膜は剥離が生じていなかった。次に、本発明品1〜4
及び比較品3,4の被膜表面からロックウェル圧子圧入
法による被膜剥離試験を行なった所、本発明品1〜4
は、圧痕近辺への被膜剥離が生じてなかったのに対し、
比較品3,4は、圧痕近辺での被膜剥離が生じていた。
【0023】
【表1】
【0024】
【実施例2】実施例1で用いたWC,Al粉末と平均粒
径3.0μmのCo粉末を用いて、表2に示す組成に配
合し、その他は実施例1と同様に行なって本発明品5〜
14を得た。
【0025】こうして得た本発明品5〜14の被膜表面
に30kg荷重によるロックウェル圧子圧入法による被
膜剥離試験を行ない、ロックウェル圧子による圧痕領域
とこの圧痕領域近辺に生じている被膜剥離変形領域とを
金属顕微鏡写真より求めて、平均被膜剥離変形領域と平
均圧痕領域の比 として求めて、表2に併記した。
【0026】
【表2】
【0027】
【発明の効果】本発明の高密着性ダイヤモンドド被覆焼
結合金は、従来のダイヤモンドド被覆焼結合金又は本発
明を外れたダイヤモンド被覆焼結合金に比べて良質なダ
イヤモンド被膜が形成されやすいこと、及び被膜と基材
との密着性が高められ、被膜の耐剥離性が顕著に向上す
るという効果がある。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周期律表の第4a,5a,6a族金属の
    炭化物,窒化物及びこれらの相互固溶体の中の1種以上
    の硬質相80〜99体積%と、残りがCo及び/又はN
    iを主成分とする結合相でなる焼結合金の基材表面にダ
    イヤモンド及び/又はダイヤモンド状カーボンの被膜を
    形成してなるダイヤモンド被覆焼結合金において、該結
    合相に金属間化合物が含有されていることを特徴とする
    高密着性ダイヤモンド被覆焼結合金。
  2. 【請求項2】 上記金属間化合物がCo及び/又はNi
    と、Al及び/又はSiからなり、かつ上記結合相に対
    する該金属間化合物が体積比で50%以上含有している
    ことを特徴とする請求項第1項記載の高密着性ダイヤモ
    ンド被覆焼結合金。
  3. 【請求項3】 上記硬質相が炭化タングステンを主成分
    とするものからなることを特徴とする請求項1又は2記
    載の高密着性ダイヤモンド被覆焼結合金。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10150413B4 (de) * 2000-12-11 2017-05-11 Osg Corp. Diamantbeschichteter Körper, Verwendung des diamantbeschichtteten Körpers und Verfahren zu dessen Herstellung

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