JPH07148623A - ダイヤモンドのコーティング方法およびダイヤモンドコーティング工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基体との密着性の高いダイヤモンド膜のコー
ティング方法およびこれを用いた寿命の長い切削工具を
提供することを目的とする。 【構成】 周規律表の第ＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ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
の分散相と、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒの中の１種以上を
結合相とする超硬合金基体の表面に、ダイヤモンド粒で
傷付ける。そして、該基体の表層部に結合相元素と硼素
元素との金属間化合物を含有させる。該金属間化合物の
形成は、該基体を、Ｂ₄Ｃ，ボロン供給調整剤（例え
ば、ＳｉＣ）と、硼化物形成促進剤（例えば、弗化物）
と、の混合粉末に、埋めて加熱することによって行う。
この後、気相法によりダイヤモンド膜をコーティングす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンド膜のコー
ティング方法およびこれを用いて製造したダイヤモンド
コーティング工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドは、高硬度で、かつ、周期
律表のＩＢ、IIＢ、IIIＢ族金属及びこれらの合金等の
軟質金属と殆ど反応しないという特性を有しているの
で、高圧法で製造される粉末ダイヤモンドは上記の軟質
金属を高速で切削する工具として広く実用に供されてい
る。

【０００３】ところで、近年、炭化水素、酸素、窒素な
どを含む有機化合物ガスに水素ガスを混合し、これをプ
ラズマ等の励起状態にして、金属等の基体の表面にダイ
ヤモンドを析出させる技術が開発された（以下”気相合
成法”という）。この技術を用いて工具基体の表面にダ
イヤモンドを被覆したダイヤモンドコーティング工具
は、従来の高価なダイヤモンドの単結晶や焼結体を用い
た工具に代わる安価なダイヤモンド工具としてその実用
化が期待されている。

【０００４】この気相合成法を利用して、ダイヤモンド
コーティング工具を作製しようとする試みは数多く行わ
れている。ダイヤモンドを被覆する基体としては、 （１）超硬合金（特開昭６１−２４２９９６号公報） （２）セラミックス（特開昭５７−９５８８１号公報） （３）サーメット（特開昭６１−５２３６３号公報）等
が用いられる。

【０００５】これらのコーティング面の処理技術として
は、ダイヤモンド砥粒や砥石で研磨したり（特開昭６０
−８６０９６号公報）、超音波を利用してダイヤモンド
砥粒を振動させたり（特開昭６２−６７１７４号公報）
して、基体表面に傷を付けることが行われている。

【０００６】超硬合金、サーメット等を基体とした場合
には、それぞれの基体の硬質分散相の結合相である鉄族
等の金属（例えば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ）上に無定
形炭素が析出し、結晶性のダイヤモンドを析出させるこ
とが困難である。そのため、基体表層の鉄族等の元素を
酸等でエッチング除去（特開昭６３−１００１８２号公
報）することが行われている。

【０００７】また、基体が超硬合金の場合にはＣｏ含有
量の少ないダイヤモンドコーティング専用の母材が用い
られたり（特開昭６２−５７８０４号公報）、基体とダ
イヤモンド層の間に中間層を設けたり（特開昭５８−１
２６９７２号公報）することが行われている。

【０００８】超硬合金基体にダイヤモンドをコーティン
グし、これを切削工具として用いる場合の最大の問題
は、基体とダイヤモンド皮膜との密着性である。この問
題についても以下のような様々な提案がなされている。

【０００９】特開平５ー６５６４６号には、基体の表面
から内部に向かって１００μｍ以下の表面層における結
合相に金属間化合物を含有させた後、ダイヤモンド及び
／またはダイヤモンド状カーボンの被膜を形成して、ダ
イヤモンドコーティング切削工具を製造する技術が開示
されている。基体表層部における結合相に金属間化合物
を含有させるのは、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して、ダイヤモンドの核発
生を密にし、基体とダイヤモンド被膜との密着性を高め
るためである。この場合の、具体的な製造方法として次
に述べる製法（Ａ），（Ｂ）の二つが提示されている。

【００１０】製法（Ａ） ＷＣーＣｏ系の超硬合金基体表面にスパッター法により
Ａｌを被覆する。この後、真空中、１４００℃の条件で
加熱し、基体表層部にＣｏＡｌの金属間化合物相を含有
させ、その表面にマイクロ波プラズマＣＶＤ法によりダ
イヤモンド膜を被覆する。

【００１１】製法（Ｂ） 金属間化合物の粉末（あるいは、金属間化合物の前駆体
を含有した粉末）と、超硬合金基体を構成する硬質相形
成粉末と、硬質相形成粉末を結合する粉末と、から成る
圧粉体を焼結する。この焼結時に、拡散によって、基体
表層部に金属間化合物を含有させる。次いで、気相法で
ダイヤモンド被膜を形成する。

【００１２】また、特開平２ー１０１１６７号には、マ
イクロ波プラズマＣＶＤ法を用いる技術について開示さ
れている。つまり、ＷＣーＣｏ系超硬合金基体を反応室
内に設置し、反応室内の圧力４０Ｔｏｒｒ、基体温度９
００℃の条件下で、且つ揮発性硼素化合物存在下で、マ
イクロ波プラズマＣＶＤ法により２０分処理して被ダイ
ヤモンド膜形成面にＣｏと硼素の金属間化合物を形成す
る。この後、その表面にマイクロ波プラズマＣＶＤ法に
よりダイヤモンド膜を被覆するというものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来技術
（特開昭６３−１００１８２号）は、表面層から結合層
である鉄族等の元素を除去してしまうために、界面層が
脆くなり、基体とダイヤモンドコーティング膜との接着
強度が十分でないために、Ａｌ−Ｓｉ合金等の軽合金を
切削すると切削途中でダイヤモンド膜が剥離してしまう
という欠点がある。従って工具寿命が短く、広範な実用
には供せられないと云う問題があった。

【００１４】さらに、特開平５−６５６４６号の製法
（Ａ）は、基体形状が複雑であったり、三次元曲面であ
ったりした場合、Ａｌの被覆厚みを均一に被覆すること
が出来ない。このため、基体表面から内部に向かって均
一深さに金属間化合物層を含有させることができず、基
体表面の強度及び硬度が位置により異なってしまうとい
う欠点がある。その結果、内部歪が生じ易く、ダイヤモ
ンド膜が剥離しやすいという問題点があった。また、本
製造法は基体表層部に金属間化合物を含有させるための
前工程において高価なスパッター装置を用いている。さ
らに、Ａｌを被覆する工程、金属間化合物を形成するた
めの加熱処理をする工程、そしてダイヤモンド膜を被覆
する工程が必要で、製造工程が長く、製造コストが高く
なるという問題点があった。

【００１５】特開平５−６５６４６号の製法（Ｂ）で
は、基体表面から内部に向かってμｍ単位の精度で金属
間化合物を含有させることが極めて困難であるため、基
体表層部ではその位置によって機械的性質及び物理的性
質が異なってしまう。そのため、内部歪が生じやすく、
ダイヤモンド被膜が剥離し易いという問題点があった。

【００１６】特開平２−１０１１６７号では、反応圧力
が４０Ｔｏｒｒと小さく且つ処理時間が２０分と短いた
め、基体表層部に生成するＣｏと硼素の金属間化合物は
僅かで、基体表層部には結合相の金属Ｃｏが多量に残留
する。このため、ダイヤモンド被膜形成初期におけるグ
ラファイトの発生を抑制できず、基体とダイヤモンド被
膜との密着性を十分に高めることができなかった。その
ため、工具寿命が短く、広範な実用には供せられないと
云う問題があった。例えば、ＡｌーＳｉ合金等の軽合金
を高速切削すると、切削途中で基体表層部からダイヤモ
ンド膜が剥離してしまうこともあった。また、設備費の
高いＣＶＤ装置を用いるため、製造コストが高くなると
いう問題点があった。

【００１７】本発明の目的は、基体との密着性を高めた
ダイヤモンドのコーティング方法を提供することにあ
る。

【００１８】本発明の目的は、超硬合金基体とダイヤモ
ンド被膜との密着性を高め、ＡｌーＳｉ合金等の軽合金
を高速で切削でき、かつ、長寿命のダイヤモンドコーテ
ィング切削工具およびその製造法を提供することにあ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、超硬合金
の基体の表層部における結合相に、結合相元素を含んで
なる金属間化合物を形成する方法について種々検討し
た。本発明は、その結果としてなされたものである。

【００２０】本発明の概要を図１を用いて説明する。

【００２１】結合相と分散相とからなる基体１（図１
（ａ）参照）の表面から、その内側に向かって金属間化
合物４を形成させる（図１（ｂ）参照）。そして、その
後、ダイヤモンド膜３を気相合成法によって形成させ
る。

【００２２】以下、詳細に説明する。

【００２３】本発明のダイヤモンドコーティング切削工
具の超硬合金の基体には、周規律表の第ＩＶａ、Ｖａ、
ＶＩａ族金属の炭化物，窒化物、これらの相互固溶体か
らなる群のうちの少なくとも１種以上を含んだ分散相
と、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒからなる群のうちの少なく
とも１種以上を含んだ結合相と、からなるものを使用す
る。

【００２４】結合相元素（Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ）と
金属間化合物を作る元素としては、周期律表のIII、I
V、Ｖ、ＶＩ族の元素、例えばＩｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｖ、
Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ，Ｂ等が上げられる。

【００２５】上記結合相元素と硼素元素との金属間化合
物には、ＣｏＩｎ₂、ＣｏＩｎ、Ｃｏ₃Ｉｎ₂、ＣｏＳ
ｂ₃、ＣｏＳｂ₂、ＣｏＳｂ、ＣｏＳｎ、ＣｏＶ、ＣｏＶ
₃、Ｃｏ₃Ｖ、Ｃｏ₃Ｗ、Ｃｏ₇Ｗ₆、Ｃｏ₂Ｔａ、Ｎｉ₈Ｔ
ａ、Ｎｉ₃Ｔａ、Ｎｉ₂Ｔａ、ＮｉＴａ、ＮｉＴａ、Ｎｉ
Ｖ₃、Ｎｉ₂Ｖ、Ｎｉ₃Ｖ、Ｎｉ₄Ｗ、ＮｉＺｒ、ＮｉＺｒ
₂、ＦｅＷ、ＦｅＺｒ₂、ＣｒＳｂ、Ｃｒ₂Ｔａ、ＺｒＣ
ｒ₂，ＣｏＢ，Ｃｏ₂Ｂ，Ｃｏ₃Ｂ，ＣｏＢ₂，ＮｉＢ，Ｎ
ｉ₂Ｂ，Ｎｉ₃Ｂ，Ｎｉ₄Ｂ₃，ＣｒＢ，Ｃｒ₂Ｂ，Ｃｒ₅Ｂ
₃，ＣｒＢ，Ｃｒ₃Ｂ₄，ＣｒＢ₂，Ｆｅ₂Ｂ，ＦｅＢ等が
上げられる。この中でも特に、ＣｏＢ，Ｃｏ₂Ｂ，Ｃｏ₃
Ｂ，ＣｏＢ₂，ＮｉＢ，Ｎｉ₂Ｂ，Ｎｉ₃Ｂ，Ｎｉ₄Ｂ₃，
ＣｒＢ，Ｃｒ₂Ｂ，Ｃｒ₅Ｂ₃，ＣｒＢ，Ｃｒ₃Ｂ₄，Ｃｒ
Ｂ₂，Ｆｅ₂Ｂ，ＦｅＢが，耐熱性、耐摩耗性、さらに
は、生成可能なダイヤモンド膜の均一性等の点からみて
好ましい。なお、図１においては、基体１の表面の全面
に金属間化合物４が形成されているかのごとく描いてい
る。しかし、極微少領域ごとに厳密にみた場合には、金
属間化合物は、結合相元素が存在する部分にのみ形成さ
れる。

【００２６】形成する金属間化合物の融点または分解温
度は、工具としての使用目的からみた場合、できるだけ
高い方が好ましい。これは、例えば、ＡｌーＳｉ等の軽
合金を高速切削する場合には、切削抵抗が大きく多量の
発熱を伴うため、ダイヤモンドコーティング切削工具の
温度も相当上昇するからである。融点等が該加工時の温
度よりも低いと、上記金属間化合物が分解または融解し
てダイヤモンド膜が剥離してしまうために、工具寿命が
短くなる。なお、参考のため、結合相元素、分散相元
素、各種金属間化合物等の融点を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】形成する金属間化合物の硬度は、結合相元
素（本発明においては、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ）の硬
度と同じかあるいは高いことが望ましい。より具体的に
数値で言えば、例えば、ビッカース硬度１０００〜３０
００ＨＶであってもよい。これは、切削が、ワークとダ
イヤモンドコーティング切削工具との間に強い圧縮応力
が働いた状態で進行するからである。該圧縮応力は、例
えば、ＡｌーＳｉなどの硬い軽合金を切削する場合に特
に強くなる。金属間化合物の硬度が、Ｃｏ等よりも低い
と、上記結合相の金属間化合物に歪が生じ、ダイヤモン
ド膜が剥離してしまうために、工具寿命が短くなる。な
お、参考のため、結合相元素、分散相元素、各種金属間
化合物等の硬度を表２、表３に示す。また、表３には、
本発明を適用して硼素を含んだ金属間化合物をその表層
に形成した基体（ＷＣ＋Ｃｏ）と、該金属間化合物を設
けていない基体（ＷＣ＋Ｃｏ）との硬度も示した。

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】深さ方向についての上記金属間化合物の分
布は、いわゆる傾斜組成になっていることが望ましい。
基体の内部と表面層との間での強度及び硬度の差が大き
いため、傾斜組成にしなければ、内部歪が生じる。その
結果、ダイヤモンド被膜の密着性を高めることが出来て
も、切削作業をしている過程で、ダイヤモンド膜が金属
間化合物を含有している基体表層部より剥離してしまい
やすくなる。

【００３２】金属間化合物層の厚さがあまりに薄くて
は、ダイヤモンド被膜形成初期におけるグラファイトの
析出抑制効果が小さく、基体と被膜との密着性を高める
ことが出来ない。一方、厚すぎては、切削作業をしてい
る過程の発熱で、基体の内部と表面層との間に大きな熱
歪が生じ、金属間化合物を含有している基体表層部が剥
離してしまいやすくなる。また、層を厚くするには製造
において長時間を必要とし、ダイヤモンドコーティング
切削工具を安価に製造することが出来ない。これらの観
点からみた場合、金属間化合物相の厚さが１ｍｍを越え
るのは好ましくないと思われる。

【００３３】次に、金属間化合物を基体表層部に含有さ
せる本発明の方法を４つ説明する。ここでは、硼素を例
にとって説明を行う。

【００３４】［方法１］基体を、金属硼素（あるいは、
硼素化合物）と、ボロン供給調整剤と、硼化物形成促進
剤との混合粉末に埋めて、７００〜１４００℃で加熱す
る。この場合に使用する硼素化合物としては、Ｂ₄Ｃ，
フェロボロンが好ましい。なお、硼素化合物は、１種類
である必要はなく、複数種類の硼素化合物が含まれてい
てもよい。また、金属硼素と、硼素化合物との両方が含
まれていてもよい。ボロン供給調整剤としては、融点が
高く、かつ、反応に関与しない材料（例えば、炭化珪
素、酸化アルミニウム）がよい。ボロン供給調整剤は、
硼素の拡散速度を調整（この場合、抑制）するためのも
のである。硼化物形成促進剤としては、塩化物（例え
ば、ＮａＣｌ、ＫＣｌ，ＮＨ₄Ｃｌ）、炭酸塩（例え
ば、Ｎａ₂ＣＯ₃）、弗化物（例えば、ＢａＦ₂，ＢＦ，
ＮａＢＦ，ＫＢＦ₄，（ＮＨ₄）ＢＦ₄）等が上げられ
る。

【００３５】［方法２］金属間化合物製造の他の方法と
しては、少なくとも１種類の硼素化合物と、硼化物形成
促進剤との混合融液に浸漬する方法でもよい。この場合
に使用する硼素化合物としては、Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇・１０Ｈ₂
Ｏ，Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇，Ｂ₂Ｏ₃，ＨＢＯ₂，Ｂ₄Ｃ，ＮａＢＦ
等が上げられる。また、金属硼素と、硼素化合物との両
方が含まれていてもよい。この場合の、硼化物形成促進
剤としては、塩化物（例えば、ＮａＣｌ，ＢａＣ
ｌ₂）、炭酸塩（例えば、Ｎａ₂ＣＯ₃）、弗化物（例え
ば、ＢａＦ₂，ＢＦ，ＮａＢＦ，ＫＢＦ₄，（ＮＨ₄）Ｂ
Ｆ₄）等が上げられる。なお、この方法２においても、
上記混合融液に上記方法１と同様の観点からボロン供給
調整剤を含めてもよい。

【００３６】以上述べた方法１、方法２によって、基体
の表層部に、結合相元素と硼素元素との金属間化合物を
含有させた超硬合金を作成することが出来る。

【００３７】金属間化合物についての上述した傾斜組成
等は、使用する材料、薬品等に応じて、混合比率、処理
時間、処理温度等を適宜選択することによって実現でき
る。

【００３８】他のＩＩＩ，ＩＶ，Ｖ族元素との金属間化
合物についても、基本的には上記［方法１］、［方法
２］によって形成することができる。但し、硼化物形成
促進剤に代わって、適宜当該元素に適した形成促進剤を
使用することは当然である。元素によっては、このよう
な促進剤を使用することなく、単に当該元素の融液に浸
す（あるいは、粉末に埋めて加熱する）だけでもよい。

【００３９】［方法３］基体表面に、ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖ
族元素イオンを注入することによっても金属間化合物を
形成することができる。この場合、よく知られているよ
うに、注入されたイオンは、基体表面において最も多く
存在するのではなく、注入時のエネルギーに応じて決ま
るある一定深さの位置において最もその存在量が高くな
る。これは、本発明の目的にとっては好ましいことであ
る。元素を基体内部に注入するときは、注入時のエネル
ギーを大きくし、かつ、注入時間を短くする。逆に、基
体表面に注入するときには、注入時のエネルギーを小さ
くし、かつ、注入時間を長くする。これにより注入元素
の濃度を、傾斜させることができる。この注入した元素
が結合相元素と十分に反応できるように、イオン注入
後、さらに、非酸化性雰囲気下で熱処理することがより
好ましい。

【００４０】［方法４］ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖ族元素をＰＶ
Ｄ法で基体表面に蒸着させた後、非酸化性雰囲気下で熱
処理することによっても形成できる。

【００４１】次に、ダイヤモンド膜の形成方法について
説明する。

【００４２】ダイヤモンド膜（またはダイヤモンド状
膜）は気相法によって、すなわち、メタン等の炭化水素
と水素との混合ガスを、プラズマ（または熱フィラメン
ト、光励起反応など）で分解することにより形成するこ
とができる。混合ガスのプラズマ形成は、マイクロ波、
高周波等の電磁波エネルギー、または、直流電源を利用
することが出来る。

【００４３】金属間化合物を形成する前の段階で、基体
の表面にダイヤモンド砥粒等による擦禍痕を形成してお
けば、ダイヤモンドが析出しやすい。使用するダイヤモ
ンド砥粒は、＃１００〜＃１,２００の粗さがよい。ま
た、工具として適切な靭性を得るためには、基体は、結
合相元素（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ）を１〜２０％含ん
でいるのがよい。

【００４４】

【作用】分散相を構成する炭化物等（例えば、ＷＣ等）
の上には、ダイヤモンドの核発生密度が高く、ダイヤモ
ンドが容易に析出する。しかし、上記結合相元素（Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ）上には、ダイヤモンドの核発生
密度が低いため、ダイヤモンド膜形成初期においては、
グラファイトが析出し易く、ダイヤモンドは析出し難
い。そのため、前述の炭化物等を含んだ分散相と、Ｃ
ｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ元素等を含んだ結合相とからなる
基体の表面に、そのまま、ダイヤモンド膜をコーティン
グしても、密着性の高いダイヤモンド膜を得ることはで
きない。気相合成法ではダイヤモンドの核がかなり成長
した後、合体して初めて膜が形成されるので、核発生密
度が粗の部分（上述の結合相元素の部分）では、膜形成
後においても基体と膜との間に空隙が残存してしまう。

【００４５】そのため、基体表面に前記元素（Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｆｅ，Ｃｒ）を含む場合には、本発明を適用して基
体表面層に、ダイヤモンドが容易に析出する上述の金属
間化合物を形成することにより、該基体に密着性の高い
ダイヤモンド膜をコーティングすることができる。

【００４６】また、このような密着性の高いダイヤモン
ドをコーティングすることによって、寿命の長い切削工
具を作製できる。

【００４７】

【実施例】以下、本発明を具体的に説明する。

【００４８】［実施例１］ＷＣーＣｏ超硬合金基体（Ｃ
ｏ：６重量％）をスローアウェイチップに加工した後、
切り刃面を＃１，２００のダイヤモンド砥粒でこすって
擦禍痕を形成した。

【００４９】次に、Ｂ₄Ｃ，ＫＢＦ₄（弗化ボロンカリウ
ム）およびＳｉＣの混合粉体中に前記基体を埋めて、９
００℃で２時間の加熱処理し、その後室温まで冷却し
た。これにより、基体表層部にＣｏＢの金属間化合物を
含有させた。

【００５０】このようにして金属間化合物を形成した基
体を分析した結果を図２、図３、図４に示す。図２は、
薄膜Ｘ線回折パターンである。該分析結果から、金属間
化合物（ＣｏＢ）が形成されていることがわかる。図３
は、表面からの深さ方向についての硼素の分布を調べた
結果である。この図から、基体の表面から基体内部へ約
２５μｍまでの表層部には、硼素（金属間化合物Ｃｏ
Ｂ）が傾斜組成をとって存在していることが明らかとな
った。図４は、表面からの深さと硬度との関係を調べた
結果である。

【００５１】次に、上述した手順で作成した基体を、内
径５０ｍｍφ、長さ７００ｍｍの石英ガラス製プラズマ
反応容器の基体支持台上に設置し、反応容器上部より水
素９８Ｖｏｌ％とメタン２Ｖｏｌ％の混合ガスを供給し
ながら、基体部にマイクロ波（２．４５ＧＨｚ、１．０
ＫＷ）を印加してプラズマを発生させて、基体上に約５
μｍ厚さのダイヤモンド膜を形成した。ダイヤモンド膜
の形成条件は、基体温度：９００℃、反応容器内圧力：
２０Ｔｏｒｒ、反応時間：６時間である。

【００５２】ダイヤモンド膜の同定は薄膜Ｘ線回折とラ
マンスペクトルにより行った。

【００５３】製造したダイヤモンドコーティング切削工
具の切削性能を評価するために、幅１００ｍｍ、長さ５
００ｍｍのＡｌ−１２％Ｓｉ合金を用いてフライス切削
試験を実施した。試験条件は、切削速度：７００（ｍ／
ｍｉｎ）、送り：０．２（ｍｍ／刃）、切り込み：１．
５（ｍｍ）である。また、比較のため、金属間化合物を
形成させていないことを除き該実施例と同一の条件で作
成した工具についても、同じ切削性能試験を行った。

【００５４】試験の結果、本発明を適用した工具では、
被削材を３０パス切削後においてもダイヤモンド膜の剥
離が生じず、逃げ面摩耗幅も０．０５ｍｍ以下に押さえ
られており、初期の切削性能を保持していた。

【００５５】これに対して本発明を適用しなかった工具
では、被削材を３０パス切削する以前にダイヤモンド膜
の剥離が生じ、剥離した部分では摩耗が急激に進行して
工具寿命に至った。

【００５６】［実施例２］ＷＣーＣｏ超硬合金基体をス
ローアウェイチップに加工した後、切り刃面を＃２０
０，＃１０００のレジンボンド砥石で研削傷を付けた。
これを、実施例１と同様に、硼化処理混合粉体中に埋め
て加熱処理し、基体表層部にＣｏＢの金属間化合物を含
有させた。さらに、この基体表面に、実施例１と同一条
件で、ダイヤモンド膜を形成させた。そして、実施例１
と、同様の試験方法で切削性能を評価した。その結果
は、実施例１と同様、工具寿命をが大幅に伸びていた。

【００５７】［実施例３］実施例１と同様にＷＣーＣｏ
超硬合金基体をスローアウェイチップに加工した後、切
り刃面に傷をつけた。この基体を９００℃のＢ₄ＣとＮ
ａＣｌとＮａＢＦとの混合融液に６時間浸漬した後、室
温まで冷却した。表面に付着した硼化物処理剤を除去
し、基体表層部にＣｏＢの金属間化合物を含有させた。
この基体表面に実施例１と同一条件でダイヤモンド膜を
形成させ、実施例１と同様の試験方法で切削性能を評価
した。その結果は実施例１と同様に工具寿命を延長する
ことが出来た。

【００５８】［実施例４］実施例１と同様にＷＣーＣｏ
超硬合金基体をスローアウェイチップに加工した後、切
り刃面に傷をつけた。

【００５９】次にガス打ち込みイオン源にＢＦ₃を用
い、イオン打ち込み圧力７.５×１０~⁶Ｔｏｒｒ、イオ
ン打ち込みエネルギー１００〜１０ＫｅＶ、イオン打ち
込み量５×１０¹⁸個／ｃｍ²の条件で上記超硬合金基体
表面に硼素イオンを注入した。この後、真空中、７００
℃の条件で２時間加熱処理することにより、基体表面層
にＣｏＢの金属間化合物を含有させた。この基体表面に
実施例１と同一条件でダイヤモンド膜を形成させ、切削
性能を評価した。その結果は実施例１と同様に工具寿命
を延長することが出来た。

【００６０】［実施例５］ＷＣ−Ｃｏ超硬合金基体（Ｃ
ｏ：６重量％）をスローアウェイチップに加工した後、
切り刃面を＃１，２００のダイヤモンド砥粒で研磨し、
擦禍痕が形成した。

【００６１】この基体をＡｒガス雰囲気下で７００℃に
保持したＳｎの融液中に１０時間浸漬し、室温まで冷却
した。表面に付着したＳｎを除去し、基体表面層にＷＣ
とＣｏＳｎ系金属間化合物相を形成した。

【００６２】これを内径５０ｍｍφ、長さ７００ｍｍの
石英ガラス製プラズマ反応容器の基体支持台上に設置
し、反応容器上部より水素９８Ｖｏｌ％＋メタン２Ｖｏ
ｌ％の混合ガスを供給しながら基体部にマイクロ波
（２．４５ＧＨｚ、１．０ｋＷ）を印加してプラズマを
発生させ、この基体上に約８μｍ厚さのダイヤモンド膜
を形成した。ダイヤモンド膜の形成条件は、基体温度：
９００℃、反応容器内圧力：２０Ｔｏｒｒ、反応時間：
１０時間である。

【００６３】ダイヤモンド膜の同定は薄膜Ｘ線回折とラ
マンスペクトルにより行った。製造したダイヤモンドコ
ーティング工具の切削性能を評価するために、幅１００
ｍｍ、長さ５００ｍｍのＡｌ−１２％Ｓｉ合金を被切削
材として、切削速度：７００（ｍ／ｍｉｎ）、送り：
０．２（ｍｍ／刃）、切り込み：１．５（ｍｍ）の条件
で、フライス切削試験を実施した。

【００６４】比較のためにＷＣ−Ｃｏ超硬合金（Ｃｏ：
６ｗｔ％）をスローアウェイチップに加工した後、同一
の条件でダイヤモンド膜を形成させ、同一の条件で切削
性能試験を実施した。

【００６５】本発明によるダイヤモンドコーティング工
具の場合、被削材を３０パス切削後においてもダイヤモ
ンド膜の剥離が生じず、逃げ面摩耗幅も０．０２ｍｍ以
下に押さえられており、初期の切削性能を保持してい
た。これより、ＷＣ−Ｃｏ超硬合金製スローアウェイチ
ップの表面層の結合相であるＣｏをＣｏとＳｎの金属間
化合物とした後、ダイヤモンドをコーティングすること
によって、著しく工具寿命が延長された。

【００６６】これに対して、Ｃｏを金属間化合物としな
いでダイヤモンドコートしたスローアウェイチップの場
合は被削材を３０パス切削する以前にダイヤモンド膜の
剥離が生じ、剥離した部分では摩耗が急激に進行して工
具寿命に至った。

【００６７】［実施例６］実施例５と同様にＷＣ−Ｃｏ
超硬合金基体をスローアウェイチップに加工した後、切
り刃面に傷をつけた。次にガス打込みイオン源にＳｎＣ
ｌ₄を用い、イオン打ち込み圧力７．５×１０~⁶Ｔｏｒ
ｒ、イオン打込み量５×１０¹⁸個／ｃｍ²の条件で、イ
オン打込みエネルギーを１００ｋｅＶから１０ｋｅＶに
連続的に小さくしながら上記超硬合金基体にＳｎイオン
を注入した。その後、Ａｒガス雰囲気熱処理炉で７００
℃に５時間加熱処理し室温まで冷却した後、基体表面層
をＷＣ相とＣｏＳｎ相とした。この基体表面に実施例１
と同一条件でダイヤモンド膜を形成させ、切削性能を評
価した。その結果は実施例１と同様に工具寿命を延長す
ることが出来た。

【００６８】［実施例７］実施例５と同様にＷＣ−Ｃｏ
超硬合金基体をスローアウェイチップに加工した後、切
り刃面に傷をつけた。次に通常の薄膜形成装置で前記基
体表面に金属Ｖを蒸着させた後、Ａｒガス雰囲気熱処理
炉で、９００℃に５時間加熱処理し、実施例１と同様に
基体表面層をＷＣ相とＣｏ₃Ｖ金属間化合物相とした。
この基体表面に実施例１と同一条件でダイヤモンド膜を
形成させ、切削性能を評価した。その結果は実施例１と
同様に工具寿命を延長することが出来た。

【００６９】

【発明の効果】本発明によればダイヤモンド膜と基体と
の密着強度を著しく向上させたダイヤモンド膜をコーテ
ィングすることができる。従って、本発明を適用したダ
イヤモンドコーティング切削工具は、ＡｌーＳｉ合金な
どの軽合金を高速で切削することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のダイヤモンドコーティング工具の製造
工程を示す模式図である。

【図２】硼化処理を行った後における、薄膜Ｘ線回折パ
ターンである。

【図３】硼素の分布状態の測定結果である。

【図４】硼化処理した基体断面の硬度分布である。

【符号の説明】

１…基体（例えば、ＷＣーＣｏ） ２…界面 ３…ダイヤモンド膜 ４…基体表層における金属間化合物含有層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ３０Ｂ 29/04 Ａ 8216−4Ｇ (72)発明者 島 順彦 東京都江東区東陽４丁目１番13号 東陽セ ントラルビル４階 日立ツール株式会社内 (72)発明者 江藤 恵 東京都江東区東陽４丁目１番13号 東陽セ ントラルビル４階 日立ツール株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基体の表面にダイヤモンドをコーティング
   する方法において、 上記基体は、周規律表の第ＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族金属
   の炭化物，窒化物およびこれらの相互固溶体からなる群
   のうちの少なくとも１種を含んだ分散相と、Ｃｏ，Ｎ
   ｉ，Ｆｅ，Ｃｒからなる群のうちの少なくとも１種を含
   んだ結合相とを含んで構成されるものであり（以下、結
   合相に含まれる元素を”結合相元素”という）、 ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖ，ＶＩ族元素のうち、上記結合相元素
   と金属間化合物をつくる元素を含んだ融液に上記基体を
   浸漬することによって、上記基体の表層部に上記結合相
   元素を含んで構成される金属間化合物を形成し、 その後、上記基体の表面に気相合成法によりダイヤモン
   ド膜をコーティングすること、 を特徴とするダイヤモンドのコーティング方法。
2. 【請求項２】基体の表面にダイヤモンドをコーティング
   する方法において、 上記基体は、周規律表の第ＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族金属
   の炭化物，窒化物およびこれらの相互固溶体からなる群
   のうちの少なくとも１種を含んだ分散相と、Ｃｏ，Ｎ
   ｉ，Ｆｅ，Ｃｒからなる群のうちの少なくとも１種を含
   んだ結合相とを含んで構成されるものであり（以下、結
   合相に含まれる元素を”結合相元素”という）、 ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖ，ＶＩ族元素のうち、上記結合相元素
   と金属間化合物をつくる元素を含んだ粉末に上記基体を
   埋めて加熱することによって、上記基体の表層部に上記
   結合相元素を含んで構成される金属間化合物を形成し、 その後、上記基体の表面に気相合成法によりダイヤモン
   ド膜をコーティングすること、 を特徴とするダイヤモンドコーティング方法。
3. 【請求項３】上記結合相元素と金属間化合物を作る元素
   は、硼素であり、 上記粉末に埋めて加熱する際の処理温度は、７００〜１
   ４００℃であること、 を特徴とする請求項３記載のダイヤモンドのコーティン
   グ方法。
4. 【請求項４】上記粉末または融液は、上記金属間化合物
   の形成を促進する硼化物形成促進剤をさらに含むもので
   あること、 を特徴とする請求項１または３記載のダイヤモンドコー
   ティング方法。
5. 【請求項５】上記硼化物形成促進剤は、 塩化物と、炭酸塩と、弗化物と、からなる群のうちの、
   少なくとも一つを含むものであること、 を特徴とする請求項４記載のダイヤモンドコーティング
   方法。
6. 【請求項６】基体の表面にダイヤモンドをコーティング
   する方法において、 上記基体は、周規律表の第ＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族金属
   の炭化物，窒化物およびこれらの相互固溶体からなる群
   のうちの少なくとも１種を含んだ分散相と、Ｃｏ，Ｎ
   ｉ，Ｆｅ，Ｃｒからなる群のうちの少なくとも１種を含
   んだ結合相とを含んで構成されるものであり（以下、結
   合相に含まれる元素を”結合相元素”という）、 ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖ，ＶＩ族元素のうち、上記結合相元素
   と金属間化合物をつくる元素を、上記基体表面に注入
   し、さらに、該基体を非酸化性雰囲気下で熱処理するこ
   とによって、上記基体の表層部に上記結合相元素を含ん
   で構成される金属間化合物を形成し、 その後、上記基体の表面に気相合成法によりダイヤモン
   ド膜をコーティングすること、 を特徴とするダイヤモンドのコーティング方法。
7. 【請求項７】基体の表面にダイヤモンドをコーティング
   する方法において、 上記基体は、周規律表の第ＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族金属
   の炭化物，窒化物およびこれらの相互固溶体からなる群
   のうちの少なくとも１種を含んだ分散相と、Ｃｏ，Ｎ
   ｉ，Ｆｅ，Ｃｒからなる群のうちの少なくとも１種を含
   んだ結合相とを含んで構成されるものであり（以下、結
   合相に含まれる元素を”結合相元素”という）、 ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖ，ＶＩ族元素のうち、上記結合相元素
   と金属間化合物をつくる元素を、ＰＶＤ法で上記基体表
   面に蒸着させ、さらに、非酸化雰囲気下で熱処理するこ
   とによって、上記基体の表層部に上記結合相元素を含ん
   で構成される金属間化合物を形成し、 その後、上記基体の表面に気相合成法によりダイヤモン
   ド膜をコーティングすること、 を特徴とするダイヤモンドのコーティング方法。
8. 【請求項８】上記金属間化合物は、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，
   Ｖ，Ｚｒ，Ｗ，Ｔａ，Ｂからなる群のうち少なくとも一
   つを含むこと、 を特徴とする請求項１，３，６または７記載のダイヤモ
   ンドのコーティング方法。
9. 【請求項９】表面にダイヤモンドをコーティングされた
   ダイヤモンドコーティング工具において、 第ＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族金属の炭化物，窒化物および
   これらの相互固溶体からなる群のうちの少なくとも１種
   を含んだ分散相、および、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒから
   なる群のうちの少なくとも１種を含んだ結合相、を含ん
   で構成される基体と（以下、結合相に含まれる元素を”
   結合相元素”という）、 上記基体の表面に形成されたダイヤモンド膜と、を有
   し、 上記基体は、表面から内側に向かって形成された、上記
   結合相元素を含んだ金属間化合物の存在する層を有する
   こと、 を特徴とするダイヤモンドコーティング工具。
10. 【請求項１０】上記金属間化合物は、 ＣｏＢ，Ｃｏ₂Ｂ，Ｃｏ₃Ｂ，ＣｏＢ₂，ＮｉＢ，Ｎｉ
    ₂Ｂ，Ｎｉ₃Ｂ，Ｎｉ₄Ｂ₃，ＣｒＢ，Ｃｒ₂Ｂ，Ｃｒ
    ₅Ｂ₃，ＣｒＢ，Ｃｒ₃Ｂ₄，ＣｒＢ₂，Ｆｅ₂Ｂ，ＦｅＢ，
    ＣｏＩｎ₂，ＣｏＩｎ，Ｃｏ₃Ｉｎ₂，ＣｏＳｂ₃，ＣｏＳ
    ｂ₂，ＣｏＳｂ，ＣｏＳｎ，ＣｏＶ，ＣｏＶ₃，Ｃｏ
    ₃Ｖ，Ｃｏ₃Ｗ，Ｃｏ₇Ｗ₆，Ｃｏ₂Ｔａ，Ｎｉ₈Ｔａ，Ｎｉ
    ₃Ｔａ，Ｎｉ₂Ｔａ，ＮｉＴａ，ＮｉＶ₃，Ｎｉ₂Ｖ，Ｎｉ
    ₃Ｖ，Ｎｉ₄Ｗ，ＮｉＺｒ，ＮｉＺｒ₂，ＦｅＷ，ＦｅＺ
    ｒ₂，ＣｒＳｂ，Ｃｒ₂Ｔａ，ＺｒＣｒ₂，からなる群の
    うちの少なくとも一つを含むこと、 を特徴とするダイヤモンドコーティング工具。
11. 【請求項１１】上記金属間化合物の硬度は、当該基体の
    上記結合相に含まれている元素の硬度よりも高いこと、 を特徴とする請求項９記載のダイヤモンドコーティング
    工具。