JPH09504261A - 被覆体とこの被覆体を製造する方法およびその使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ダイヤモンドで被覆された多相体の接着、靭性、せん断強度を含む耐摩耗性を向上させるため、基体とダイヤモンド被膜の間の中間相に富化元素が特別に含められている。

Description

【発明の詳細な説明】 被覆体とこの被覆体を製造する方法およびその使用 本発明は、多相材料からなる基体と１つ以上のダイヤモンド皮膜とを包含する 、少なくとも一部被覆された被覆体に関するものである。さらに、本発明は上記 の被覆体を製造する方法と使用に関するものである。 添付資料Ａは説明の一部である。 定義 １．多相材料からなる基体 多相材料とは、同じ化合物に属することも、異なる化合物に属することもある 複数の相で構成された材料である。異なる化合物の場合において、これらの化合 物は元素を共有していることも、共有していないこともある。したがって、たと えば硬化鋼、サーメット、特に超硬合金がこれに含まれる。 ２．相間区域 多相材料からなる基体にダイヤモンド皮膜を取り付けると、基体材料からダイ ヤモンド皮膜材料に段階的に移行するのではなく、いわゆる「相間区域」を介し て移行する。この相間区域は、幅が数μｍまたはそれ以下のこともあり、基体材 料とダイヤモンド皮膜の両方を含んでいるが、その割合は被覆体表面に向かって 垂直方向に変化する。この場合、相間区域における材料組成は、基体の材料組成 にも、ダイヤモンドの材料組成にも対応していない。 ３．中間皮膜 相間区域と異なり、基体材料もダイヤモンド皮膜材料も含んでい ない皮膜を意味する。 ４．メタロイド メタロイドとは次の元素を意味する。非金属および半金属、特にＢ、Ｓｉ、Ｇ ｅ、ＳおよびＰ。 現在、ダイヤモンド皮膜を多相材料からなる基体に析出させて固着する方法は わずかしか知られていない。 これに伴う問題については、たとえばＪ．Ｄ．デ・ステファニ著「工具と生産 」（１９８３年７月、２７ページ以下）を参照されたい。 ダイヤモンド皮膜の付着を改善するために、ダイヤモンド被覆を行う前に、特 定の材料からなる閉じた単相中間皮膜、すなわち少なくとも若干の原子層を基体 の表面に取り付けることが試みられた。たとえば、ＥＰ−Ａ−０１６６７０８明 細書は、ダイヤモンド皮膜の付着性を高めるために、ダイヤモンド皮膜を取り付 ける前に、付着を媒介する中間皮膜を組み入れることを提案している。この場合 、定義により中間皮膜に求められるように、基体およびダイヤモンド皮膜の材料 と異なる材料を選ぶ。中間皮膜材料として、周期表ＩＶｂからＶＩｂ族の金属、 好ましくはＴｉ、または上記金属のいすれか１つの炭化物、窒化物、炭窒化物、 酸炭化物、酸化物またはホウ化物または貴金属を用いる。 さらに、ＥＰ−Ａ−０３８４０１１明細書を参照されたい。 中間皮膜を取り付けることは、良好な付着を達成するために有効であることが 分かった。しかし、良好な耐摩耗性のためには、良好な付着だけでなく、高い靭 性や高いせん断強さなど、その他の性質も要求される。通常はダイヤモンド皮膜 も基体も、これらの機械的要求に適合するように最適化されている。しかし、中 間皮膜を取り付けると、この点に関する最適化の問題ははるかに複雑となる。 金属中間皮膜を設けると、たとえばせん断抵抗が著しく小さい区域が生じるの で、このように被覆した基体を工具、特に切削工具として、荷重が大きい分野、 たとえば切り刃に使用した場合、荷重がかかると急速に皮膜損が発生する。メタ ロイド中間皮膜を設ける場合も、事情は似ている。 特開平５−６５６４６号明細書により、基体材料とダイヤモンド皮膜との間に 、金属間化合物からなる厚さ１００μｍ以下の巨視的中間皮膜を設けることが知 られている。中間皮膜は、基体中の表面皮膜として形成するか、または基体表面 に形成できる。このような中間皮膜によって、やはりダイヤモンド皮膜の付着が 改善される。 さらに、特開昭６２−６１１０９号明細書もしくは同６２−６１１０８号明細 書により、プロセスガスに少量のＡｌＣｌ₃またはＴｉＣｌ₄を添加することによ って、ダイヤモンド皮膜の核生成が基体の粗さや純度などの表面性質に左右され ないようにすることが知られている。それによって、上記の添加物なしには生成 しないようなダイヤモンド皮膜を基体上に作る。上記の公報は、そこで解決すべ き種々の性質をもった基体表面における核生成問題に関して、当然にも単相基体 と多相基体のダイヤモンド被覆を均等に扱い、耐摩耗性を高めることをめざして いない。耐摩耗性は、たとえばダイヤモンド被覆したケイ素体ではほとんど重要 性はない。なぜならば、上述の意味で、単相材料としてのケイ素は、摩耗特性の 点で本来最適化された基体材料と呼ぶことはほとんどできないからである。 さらに、たとえばＥＰ−０５１９５８７明細書により、ダイヤモンド被覆の前 に基体表面を腐食することが知られている。その短所は、特に基体表面の脆化と 、腐食プロセスがコントロールしにくい点である。さらに、たとえばＵＳ−４８ ４３０３９明細書により、コバルト含量が非常に多い基体において、ダイヤモン ド被覆前に基 体表面をコバルト貧化することが知られている。 本発明の課題は、摩耗特性、すなわち特に付着性、せん断強さおよび靭性の組 み合わせを著しく改善した、冒頭に記載した種類の被覆体を提供することである 。 上記の課題を解決するために冒頭に記載した被覆体は、富化なしで同様にダイ ヤモンド被覆した同じ基体における同じ元素の濃度よりも高い濃度で、相間区域 に元素富化を組み入れたことを特徴とする。上記の元素が基体材料の元素でもダ イヤモンド皮膜の元素でもない場合は、本発明に従って組み入れた元素濃度は、 定義に従えば、同様にダイヤモンド被覆した基体におけるよりも高い。富化元素 がすでに基体材料中かダイヤモンド被覆材料中にある場合は、いかなる富化措置 も行わずに同様にダイヤモンド被覆した同じ基体における当該元素の濃度推移と の比較によって、本発明に従って組み入れる富化が生じる。 上記に対応して、相間区域の少なくとも１つの箇所で、同じ基体に同様にダイ ヤモンド被覆するが特別元素富化を施さない場合の元素濃度よりも高い濃度で、 相間区域に元素富化を組み入れることによって、多相材料からなる上記のダイヤ モンド被覆体の摩耗特性、すなわち特に付着性、せん断強さおよび靭性の組み合 わせが決定的に改善されることが分かった。 公知の方式と異なり、基体とダイヤモンド皮膜との間に中間皮膜を設けず、相 間区域を限定的に変化させるので、付着性だけでなく、耐摩耗性に決定的に影響 するせん断強さや靭性にも肯定的な影響を与えるか、少なくとも否定的な影響は 与えないと推測できる。 好適な構成形態において、ダイヤモンド皮膜の厚さは、５０μｍ以下、好まし くは２ないし３０μｍ（いずれの限界値も含む）に選択される。 さらに、別の構成形態では本発明に従う被覆体は、ダイヤモンド皮膜の核生成 密度が元素富化の影響を受けずに、元素富化なしで上述のようにダイヤモンド被 覆した同じ基体におけるのとほぼ等しいことを特徴とする。 さらに、相間区域の厚さが、数μｍ、好ましくは１５μｍ以下であり、さらに 好ましくは１０μｍ以下であることが好都合である。 元素富化の濃度推移は、相間区域の大部分で少なくとも概ね一定であることが でき、基体材料中におけるこの元素の割合が少なくない場合には、基体内でも有 する濃度に保つことができ、あるいは、特に基体中におけるこの元素の割合が少 ない場合には、最初に上昇した後、相間区域の大部分で概ね一定に保つことがで きる。しかし、相間区域において元素富化濃度の最大箇所を少なくとも１つ有す ることが得策である。 さらに、請求項６の文言に従い、元素富化が、富化を行わない同じ基体の同様 のダイヤモンド被覆における同一の元素の濃度よりも０．０１原子％（ａｔ％） 、好ましくは０．０５原子％、特に好ましくは０．５原子％、特に１原子％高い 濃度を少なくとも１つ有する場合に、本発明で追求する作用、すなわち多相材料 からなるダイヤモンド被覆体の耐摩耗性の上昇が特に良好に達成されることが分 かった。 相間区域における元素濃度が、元素富化なしで同様にダイヤモンド被覆した同 じ基体の相間区域における元素濃度よりも、上限としてせいぜい５０原子％、し かし好ましくは２ないし２０原子％（いずれの限界値も含む）高いことによって 、最適化された摩耗特性も達成される。 今日まで、富化元素として、特に金属Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｕ、中でも特にＡｌが有 効であり、またはメタロイドＢ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｐ が有効であり、それぞれ富化元素の１つの成分として、あるいは単独の富化元素 として有効であることが分かっている。 さらに、基体が本質的な成分として、１つ以上の炭化物とコバルトを均一に分 布した混合物として包含していることが好都合である。また、相間区域における 本発明の元素富化と組み合わせて、さらに基体の表面近傍区域でコバルト貧化し 、好ましくはこの区域の基体側に続くコバルト富化区域と組み合わせることが好 都合である。 元素富化は、少なくとも一部はダイヤモンド析出と同時に行う。 そうすることによって、同じ被覆炉で、元素富化はダイヤモンド析出の直前に 開始でき、プロセスを中断することなく連続底にダイヤモンド析出に移行できる か、あるいはダイヤモンド析出は元素富化と同時に行われる。 元素富化をダイヤモンド析出の直前と開始時のみ、または開始時のみ行うこと が好都合である。 ここで、基本的にダイヤモンド析出のすべての公知の方法を使用できる。その 一例が、「ＣＶＤダイヤモンド合成技術の発展」（Ｓ．マツモト、５０−５８ペ ージ；ダイヤモンドとダイヤモンド状薄膜に関する第１回国際シンポジウム会議 録、会報８９−１２巻；電気化学学会、１９８９年、Ｊ．Ｐ．ディスミューケス 編集）に記載されている。 特に、元素富化を気相、好ましくは有機金属気相または有機メタロイド気相か ら行うことによって、元素富化もしくは相間区域の形成を比較的簡単にコントロ ールできる。しかし、原理的に、元素富化には公知の真空蒸着法、たとえはＣＶ Ｄ法、ＰＶＤ法またはＰＥＣＶＤ法（プラズマ強化化学蒸着法）が適している。 元素富化をＰＶＤ法、好ましくは蒸着、たとえば電子線蒸着を用いるか、また は固体とのプラズマ化学反応によって実現し、この場 合に好ましくは固体として、少なくとも１つの元素がプラズマ化学反応によって プロセス雰囲気中に気相で遊離するセラミックを用いることが好都合である。 つまり、富化元素を組み入れるのに、ＰＶＤ法と並んで、プラズマ化学反応法 も非常に適しているのである。プラズマ化学反応は、たとえば有機金属気体また は有機メタロイド気体の分解によって、しかしまた通常のダイヤモンド被覆法に おいて存在する反応性の原子状水素とセラミック固体との反応によって行うこと ができる。 さらに、本発明の方法の構成形態の特徴は、材料が１つ以上の炭化物とコバル トを包含する基体を使用することである。別の構成形態では、元素富化を組み入 れたダイヤモンド被覆の前に基体表面区域を好ましくは焼結または化学的腐食プ ロセスでコバルト貧化する。基体表面のコバルト貧化は、上述のように、冶金学 的焼結法によって実現できる。この場合、基体における貧化区域の深さは５ない し５０μｍの範囲、好ましくは１０ないし２０μｍの範囲にある。この場合、コ バルト貧化区域は基体にではなく、相間区域に存在している。 特別好適な実施例において、基体は厚さ５ないし５０μｍ（いずれの限界値も 含む）、好ましくは１０ないし２０μｍのコバルト希釈区域を有し、この希釈区 域の基体側に続く、厚さ５０ないし５００μｍ、好ましくは５０ないし１５０μ ｍ（すべての限界値を含む）のコバルト富化区域と組み合わせる。富化区域では 、当初の変化していない基体材料の結合材相におけるよりコバルト含量が高い。 コバルト貧化を化学的腐食法によって実現する際に、貧化区域は、好ましくは １０μｍよりも薄く、特に好ましくは５μｍよりも薄い。この場合も相間区域は ないものと見なされる。 さらに、特に適したダイヤモンド析出法について、ＥＰ−Ａ−０ ４７８９０９明細書の参照を求めることができる。これは資料Ａとして、この説 明の一部をなしている。 相間区域の元素富化は、少なくとも一部はダイヤモンド被覆の間に富化元素を 蒸着させて、元素に対する蒸着源、たとえば電子線蒸着装置の蒸着出力を制御回 路において調節素子として調節するか、または制御素子として用いることによっ て、プロセス雰囲気中の濃度をオープンループまたはクローズドループで調整す る。 本発明の製造方法の別の構成形態では、少なくとも一部はダイヤモンド被覆の 間に、固体とのプラズマ化学反応によって富化元素をプロセス雰囲気に組み入れ 、プラズマ放電および/または被覆雰囲気の気体組成を調節することによって、 雰囲気中の濃度をオープンループ制御またはクローズドループ調整で操作する。 被覆雰囲気における富化元素の濃度は発光分光器によって、プロセス雰囲気中の 元素濃度を操作する制御回路における測定された実際値として、または濃度のオ ープンループ制御に対する比較値として測定できる。 本発明の被覆体は、特に工具、とりわけ切削工具として、たとえば旋盤、フラ イス削りまたは穴ぐりに適している。特にこれらの被覆体は、非鉄金属、たとえ ばアルミニウム合金または非鉄合金の加工、および非金属、たとえばプラスチッ ク、木材または複合材料の加工に適している。本発明の被覆体は、耐摩耗性が高 い、特に削摩しにくい部材として非常に適している。 同様に、本発明の方法は、特に摩耗しにくい物体の製造に適している。 請求項に記載した本発明の本質的な特徴に関連した説明に加えて、以下に、本 発明を図面と実施例に基づいて詳細に説明する。 図１は、相間区域の概念を説明するための基体、相間区域およびダイヤモンド 皮膜の説明図である。 図２ａは、本発明に従い相間区域でアルミニウム富化した、市販の多相基体で 、ＥＰＭＡ（電子試料微量分析）によって測定した、相間区域における富化元素 のアルミニウムと、基体元素もしくはダイヤモンド元素のコバルト、タングステ ンおよび炭素との定性的な濃度推移を示す図である。 図２ｂは、コバルト貧化区域とコバルト富化区域を設け、相間区域でアルミニ ウムを富化して本発明のダイヤモンド被覆を行った、市販の基体における、図２ ａと同様の測定結果を示す図である。 図３は、図２ａと図２ｂに従うＥＰＭＡ測定における光線幅の説明図である。 図４ａは、図２ａの測定の基礎でもある、本発明に従って被覆し相間区域にア ルミニウム元素富化を設けた基体で、ＥＰＭＡによって測定した、ダイヤモンド 皮膜、相間区域および基体の研磨断面における定性的なアルミニウム富化分布を 示す図である。 図４ｂは、図４ａに従う基体、相間区域およびダイヤモンド皮膜の研磨断面を ２０００倍に拡大した走査電子顕微鏡撮影である。 図５は、１０時間の合計被覆時間のうち最初の３時間におけるプロセス雰囲気 中の相対的アルミニウム蒸気濃度の継時的変化を示す図である。曲線は、アルミ ニウム曲線の相対的発光強度と、基準信号として水素曲線を表している。 図６は、本発明の材料とそうでない材料の耐摩耗性を測定して比較するために 行ったテストの説明図である。 図１に、ダイヤモンド被覆した多相基体における状況を図式的に示す。これら の状況は、本発明に従う元素富化と、従来の被覆にいずれにおいても存在する。 基体区域では、基体材料ＭＧＫは、基体内部から外側のｘ方向に進むにつれてほ とんど変化しない。このことは、図１ではｄＭＧＫ／ｄｘ≒０で表されている。 同様に、ダイ ヤモンド皮膜区域では、材料組成は上記の方向に進むにつれてほとんど変化せず 、図１ではｄＭＤＳ／ｄｘ≒０で表されている。 それらの間の相間区域では、材料組成は基本的に基体の材料組成から絶えずダ イヤモンド皮膜の材料組成に移行している。したがって、図１に示すように、相 間区域では、上記の方向に進むにつれて、ｄＭＧＫ／ｄｘ≠０およびｄＭＧＳ／ ｄｘ≠０である。この場合、これらの条件を、相間区域のすべての箇所ｘで満た す必要はない。２つの条件のいずれか１つを満たしていれば十分である。図１に 括弧で示されているように、一般に、相間区域の内部では、基体材料ＭＧＫもし くは少なくともこの材料の本質的な成分の１つの割合は、ｘ方向に進むにつれて 減少し、相間区域内部でダイヤモンド皮膜ＭＤＳの含量は、上記の方向に進むに つれて増加する。 したがって、一般に、また図１に破線で示すように、まだ基体材料がまさって いる基体側相間区域と、すでにダイヤモンド皮膜材料がまさっているダイヤモン ド皮膜側相間区域が生じる。 この説明の一部として資料Ａとして添付したＥＰ−Ａ−４７８９０９明細書に 開示されている方法と設備を用いて、本質的に炭化タングステンとコバルトから なる超硬合金スローアウェイチップにダイヤモンド被覆して、相間区域に本発明 の元素富化を設けた。その際、富化元素としてアルミニウムを用いた。 元素富化の組み入れは、たとえば反応炉内のプロセス雰囲気において原子状水 素とセラミック固体を反応させて行うことができる。そうすることによって、富 化元素は気相に移行し、ダイヤモンド析出プロセスと平行して相間区域に組み入 れることができる。このために、元素は特にダイヤモンド被覆プロセスの開始段 階の直前および／または間にプロセス雰囲気中に遊離させる。 反応炉内で上記のセラミック固体の腐食反応を用いる代わりに、 富化元素を組み入れるために他のすべてのＰＶＤ法、たとえば熱蒸着、電子線蒸 着、アーク蒸着または陰極スパッタリングも同様に良好に用いることができる。 しかし、それぞれの富化元素の気相化合物、たとえば有機金属化合物または有機 メタロイド化合物とのプラズマ化学反応によっても、富化元素を組み入れること ができる。 気相における富化元素濃度の発光分光器による測定は、少なくとも一部はダイ ヤモンド皮膜の形成と同時に、気相における富化元素濃度をコントロールするの に特に適していることが分かった。この場合、測定結果は上記濃度の制御回路に おける測定された実際値として用いる。また、使用する方法に応じて実現される 、プロセス雰囲気中に富化元素が遊離する量は、調節値として用いる。しかしこ の場合、瞬間的な富化濃度の発光分光器による測定を、目標グラフに従う上記濃 度のオープンループ操作に制御操作値として用いることが全く可能である。 図５に、調整技術または制御によって操作された、富化元素、たとえばアルミ ニウムの富化元素の濃度推移を、水素濃度と比較して継時的に示す。ここから、 ここに例示する本発明に従う元素富化では、合計１０時間のダイヤモンド被覆時 間のうち、元素富化は概ね最初の１時間で行われることが分かる。 資料Ａに記載されているダイヤモンド析出法を用い、次のプロセスパラメータ を守って種々の基体をダイヤモンド被覆した。 合計圧力 １００Ｐａ 放電の合計電流 ７００Ａ 気体混合 Ａｒ／Ｈ２／ＣＨ４＝１：１：０．００５ 基体温度 ８１０℃ 以下の表に、種々の基体、場合によってはそれらの前処理、本発明の元素富化 の成功または不成功、およびその結果生じた摩耗特性 をまとめる。 基体はスローアウェイチップである。実験番号ＤｉＤ７３、１６３、１６９お よびＥＩＤ９２ａ）−９２ｃ）に従って被覆したスローアウェイチップと、本発 明の元素富化を用いずに公知のダイヤモンド被覆法で被覆したスローアウェイチ ップＥＩＤ６６およびＤＩＤ５３を使って、同じフライス削り試験を行った。 図６に、工具の摩耗特性を規定するのに非常に適したフライス削り試験の状況 を、フライスヘッド６８と被削物７０で示す。このフライス削り試験に用いるパ ラメータは、次のとおりである。 被削物７０の材料 Ａｌ−４％ＣＵ、０．８％Ｓｉ 被削物の形状 直径２００ｍｍの円筒 切削速度 １５００ｍ／分 切削深度 １ｍｍ 送り速度 ０．１〜０．５ｍｍ／分 それぞれ１つのスローアウェイチップを固定する。 上掲の表で「摩耗特性」の欄に記載した数は、円筒の１回での完全な正面フラ イス削りのパス回数を表している。良好なスローアウェイチップでは、１７０回 の作業後に試験を中断した。フライス削り試験のより正確な記述については、 「ＣＶＤダイヤモンド被覆切削工具」（Ｉ．ライネック、Ｓ．ゼーダーベルク、 Ｍ．Ｅ．スイェーストランド、ＶＤＩ生産技術学会、切削技術における新開発、 ５５−７０ページ、デュッセルドルフ、１９９３年９月２２−２４日）の参照を 求める。 パス回数で表した摩耗特性試験の結果は、上掲の表から明らかである。ＥＩＤ ６６およびＥＩＤ５３に従い、上述した本発明の元素富化を用いないと、０もし くは１０回のパスの後で早くもダイヤモンド皮膜の剥離が生じたが、本発明に従 って被覆したスローアウェイチップは試験を中断するまで１７０回のパスに耐え ることができた。このことは、腐食（ＥＩＤ１６９）または焼結（ＥＩＤ１６３ ）によってコバルト貧化した表面を有する基体だけでなく、前処理していない（ ＥＩＤ９２ａ、ｂ）、またはサンドブラスト処理した（ＥＩＤ９２ｃ）基体表面 にも該当する。 図２ａには、たとえば実験ＥＩＤ９２ａ、９２ｂのように、コバルト貧化なし で本発明に従い元素富化を行った市販の超合金基体、ＥＰＭＡによって測定した 定性的アルミニウム富化を示す。図２ｂは、たとえばＤＩＤ７３、１６３、１６ ９のように、コバルト貧化し、さらにコバルト富化区域を有する基体における同 様のアルミニウム富化を示す。いずれも場合も、相間区域にアルミニウム濃度の 最大値が見られる。相間区域外、つまり基体およびダイヤモンド皮膜の内部に向 かうそれ以降の富化元素の濃度推移は、本発明に従う高い耐摩耗性を達成するた めに本質的ではないことを、ここでも強調しなければならない。 図３は、図２に従う測定の手順の説明図である。１はダイヤモンド皮膜、２は 相間区域、３は基体を表す。矩形は分析面を表し、ｙ方向における幅ｗ２５０μ ｍの分析光線をＸ方向に走査する。 図４ａは、たとえば図２ｂに従う濃度分布を有するダイヤモンド皮膜、相間区 域および基体で研磨断面を用いてＥＰＭＡによって測定したアルミニウム分布を 示す図である。相間区域における富化元素、すなわちアルミニウムの富化が、は っきり認められる。 図４ｂは、基体、相間区域およびダイヤモンド皮膜の研磨断面の、付属した走 査電子顕微鏡による画像を示す。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１２月１５日 【補正内容】 請求の範囲 １．多相材料からなる基体と、直接その上に１つ以上のダイヤモンド皮膜とを 含んでなり、基体とダイヤモンド皮膜との移行区域では、基体内部から外方に進 むにつれて基体材料の含量が実質的に減少し、ダイヤモンド皮膜材料の含量が実 質的に増加している、少なくとも一部被覆された基体において、 前記移行区域ではすでに基体材料中に含まれている元素が、移行区域の大部分 で基体材料中のこの元素の含量と少なくとも等しい含量で存在することを特徴と する被覆体。 ２．多相材料からなる基体と、直接その上に１つ以上のダイヤモンド皮膜とを 包含し、基体とダイヤモンド皮膜との移行区域では、基体内部から外方に進むに つれて基体材料の含量が実質的に減少し、ダイヤモンド皮膜材料の含量が実質的 に増加している、少なくとも一部被覆された基体において、 前記移行区域内部で移行区域材料の１つの元素の含量が１つの最大箇所を有す ることを特徴とする被覆体。 ３．ダイヤモンド皮膜の厚さは、５０μｍ以下であり、好ましくは２ないし３ ０μｍ（いずれの限界値も含む）であることを特徴とする請求項１または２に記 載の被覆体。 ４．移行区域の厚さは、数μｍ、好ましくは１５μｍ以下であり、特に好まし くは１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載 の被覆体。 ５．前記元素が、金属Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｕの少なくとも１つ、特にＡｌを包含し 、もしくはそのような金属によって形成されており、あるいはメタロイドＢ、Ｓ ｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｐの少なくとも１つを含み、もしくはそのような金属によって構 成されていることを特徴と する請求項１から４のいずれか１項に記載の被覆体。 ６．基体が、本質的な成分として１つ以上の炭化物とコバルトを均一に分布し た混合物として含み、好ましくは基体の表面近傍区域でコバルト貧化されており 、さらに好ましくはこの貧化区域の基体側に続く区域でコバルト富化されている ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の被覆体。 ７．移行区域にＡｌＣｏｘＣｙ化合物が存在し、好ましくは優勢な割合で存在 していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の被覆体。 ８．少なくともダイヤモンド被覆の開始時に、直接基体の上に、すなわち基体 内部から外方に進むにつれて基体材料の含量が実質的に減少し、ダイヤモンド皮 膜材料の含量が実質的に増加している、基体とダイヤモンド皮膜との移行区域に 、もう１つの元素を組み入れることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項 に記載の被覆体を製造する方法において、 ダイヤモンド被覆材料を取り付けるときに、すでに基体材料中に存在している 元素をもう１つの元素として組み入れることを特徴とする方法。 ９．少なくともダイヤモンド被覆の開始時に、直接基体の上に、すなわち基体 内部から外方に進むにつれて基体材料の含量が実質的に減少し、ダイヤモンド皮 膜材料の含量が実質的に増加している、基体とダイヤモンド皮膜との移行区域に 、もう１つの元素を組み入れることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項 に記載の被覆体を製造する方法において、 この元素を、その含量の最大箇所が移行区域にあるように組み入れることを特 徴とする方法。 10．前記元素をダイヤモンド析出の直前と開始時のみ、またはダ イヤモンド析出の開始時のみ組み入れることを特徴とする請求項８または９に記 載の方法。 11．前記元素を気相から組み入れ、好ましくは有機金属気体または有機メタロ イド気体を用いることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の方 法。 12．前記元素をＰＶＤ法により、好ましくは蒸着、たとえば電子線蒸着によっ て組み入れるか、または固体とのプラズマ化学反応によって組み入れ、この場合 に好ましくは固体としてセラミックを用い、このセラミックから前記元素がプラ ズマ化学反応によってプロセス雰囲気中に気相で遊離することを特徴とする請求 項８から１１のいずれか１項に記載の方法。 13．基体材料として１つ以上の炭化物とコバルトを使用し、ダイヤモンド被覆 の前に基体表面区域を、好ましくは焼結または化学的腐食プロセスでコバルト貧 化して、好ましくはこのコバルト貧化区域の基体側に続くコバルト富化区域を実 現することを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載の方法。 14．少なくとも一部はダイヤモンド被覆の間に前記元素を蒸着させて、プロセ ス雰囲気におけるその濃度を、この元素に対する蒸着源の蒸着出力の調節によっ て制御または調整することを特徴とする請求項８から１３のいずれか１項に記載 の方法。 15．少なくとも一部はダイヤモンド被覆の間に、固体とのプラズマ化学反応に よって富化元素をプロセス雰囲気に組み入れて、プロセス雰囲気中におけるその 濃度をプラズマ放電の出力の調節および／または被覆雰囲気の気体組成によって 制御または調節を行うことを特徴とする請求項８から１４のいずれか１項に記載 の方法。 16．被覆雰囲気中の富化元素の含量を発光分光器によって、プロセス雰囲気に おける元素濃度を操作する制御回路における実際値の 測定として、または濃度制御に対する比較値として測定することを特徴とする請 求項１４または１５に記載の方法。 17．前記元素の含量を移行区域の大部分で概ね一定に保つことを特徴とする請 求項８から１６のいずれか１項に記載の方法。 18．前記元素を、この元素を組み入れずに生成する移行区域におけるよりも０ ．０１原子％、好ましくは０．０５原子％、特に好ましくは１原子％高い含量で 移行区域に組み入れることを特徴とする請求項８から１７のいずれか１項に記載 の方法。 19．前記元素を、この元素を組み入れずに生成する移行区域におけるよりも、 せいぜい５０原子％、好ましくは２ないし２０原子％（いずれの限界値も含む） 高い含量で移行区域に組み入れることを特徴とする請求項８から１８のいずれか １項に記載の方法。 20．請求項１から７のいずれか１項に記載の被覆体を、摩耗しにくい部材また は工具、特に切削工具として使用。 21．請求項８から１９のいずれか１項に記載の方法を、摩耗しにくい物体、特 に工具体の製造に使用。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ， ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ ，ＵＳ，ＶＮ (72)発明者 ベーグマン，エリッヒ スイス国，ツェーハー―8887 メルス，ア ム プラツ ５ (72)発明者 ペドラッツィーニ，マウロ リヒテンシュタイン国，エフエル―9492 エシェン，カプフシュトラーセ 378 (72)発明者 レイネック，イングリット スウェーデン国，エス―141 72 ヒュデ ィンゲ，リプベーゲン ３ (72)発明者 スイェーストラント，マッツ イー. スウェーデン国，エス―164 78 キスタ, イマトラガタン 328

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．多相材料からなる基体と１つ以上のダイヤモンド皮膜とを含んでなる、少 なくとも一部被覆された基体において、元素富化なしで同様にダイヤモンド被覆 した同じ基体における同一の元素の濃度よりも高い濃度で、元素富化を基体とダ イヤモンド皮膜との相間区域に組み入れたことを特徴とする被覆体。 ２．ダイヤモンド皮膜の厚さが、５０μｍ以下、好ましくは２ないし３０μｍ （いずれの限界値も含む）であることを特徴とする請求項１に記載の被覆体。 ３．ダイヤモンド皮膜の密度が、元素富化なしで同様にダイヤモンド被覆した 前記基体におけるダイヤモンド皮膜の密度とほぼ等しいことを特徴とする請求項 １または２に記載の被覆体。 ４．相間区域の厚さが、数μｍ、好ましくは１５μｍ以下であり、特に好まし くは１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載 の被覆体。 ５．元素富化の濃度推移が、相間区域の大部分で少なくとも概ね一定であり、 または相間区域で少なくとも１つの最大箇所を有することを特徴とする請求項１ から４のいずれか１項に記載の被覆体。 ６．元素富化が、富化を行わない基体の同じダイヤモンド被覆における同一の 元素の濃度よりも０．０１原子％、好ましくは０．０５原子％、特に好ましくは ０．５原子％、特に１原子％高い濃度を少なくとも１つ有することを特徴とする 請求項１から５のいずれか１項に記載の被覆体。 ７．相間区域における元素濃度が、元素富化なしで同様にダイヤモンド被覆し た基体の相間区域における元素濃度よりも、せいぜい ５０原子％、好ましくは２ないし２０原子％（いずれの限界値も含む）高いこと を特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の被覆体。 ８．富化元素が、金属Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｕの少なくとも１つ、特にＡｌを含み、 もしくはそのような金属によって構成されており、あるいはメタロイドＢ、Ｓｉ 、Ｇｅ、Ｓ、Ｐの少なくとも１つを包含し、もしくはそのような金属によって構 成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の被覆体。 ９．基体が、本質的な成分として１つ以上の炭化物とコバルトを均一に分布し た混合物として包含しており、好ましくは基体の表面近傍区域でコバルト貧化さ れており、さらに好ましくはこの貧化区域の基体側に続く区域でコバルト富化さ れていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の被覆体。 10．相間区域にＡｌＣｏｘＣｙ化合物が存在し、好ましくは優勢な割合で存在 していることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の被覆体。 11．元素富化を、少なくとも一部はダイヤモンド析出と同時に行うことを特徴 とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の被覆体を製造する方法。 12．元素富化をダイヤモンド析出の直前と開始時のみか、またはダイヤモンド 析出の開始時のみ行うことを特徴とする請求項１１に記載の方法。 13．元素富化を気相から行って、好ましくは有機金属気体または有機メタロイ ド気体を用いることを特徴とする請求項１１または１２に記載の方法。 14．元素富化をＰＶＤ法により、好ましくは蒸着、たとえば電子線蒸着を用い て実現するか、または固体とのプラズマ化学反応によ って実現し、この場合に好ましくは固体としてセラミックを用い、このセラミッ クから少なくとも１つの元素がプラズマ化学反応によってプロセス雰囲気中に気 相で遊離することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の方法 。 15．基体材料として１つ以上の炭化物とコバルトを使用し、ダイヤモンド被覆 の前に基体表面区域を好ましくは焼結または化学的腐食プロセスでコバルト貧化 して、好ましくはこのコバルト貧化区域の基体側に続くコバルト富化区域を実現 することを特徴とする請求項１１から１４のいずれか１項に記載の方法。 16．少なくとも一部はダイヤモンド被覆の間に富化元素を蒸着させて、プロセ ス雰囲気におけるその濃度を、この元素に対する蒸着源の蒸着出力の調節によっ て制御または調整することを特徴とする請求項１１から１５のいずれか１項に記 載の方法。 17．少なくとも一部はダイヤモンド被覆の間に、固体とのプラズマ化学反応に よって富化元素をプロセス雰囲気に組み入れて、プロセス雰囲気におけるその濃 度をプラズマ放電の出力の調節および／または被覆雰囲気の気体組成によって制 御または調節することを特徴とする請求項１１から１６のいずれか１項に記載の 方法。 18．被覆雰囲気中の富化元素の濃度を発光分光器によって、プロセス雰囲気に おける元素濃度を操作する制御回路における実際値の測定として、または濃度制 御に対する比較値として測定することを特徴とする請求項１６または１７に記載 の方法。 19．請求項１から１０のいずれか１項に記載の被覆体を、摩耗しにくい部材ま たは工具、特に切削工具として使用。 20．請求項１１から１８のいずれか１項に記載の方法を、摩耗しにくい物体、 特に工具体の製造に使用。