JPH11216602A - 人工ダイヤモンド被覆層がすぐれた密着性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents

人工ダイヤモンド被覆層がすぐれた密着性を有する表面被覆超硬合金製切削工具

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JPH11216602A
JPH11216602A JP3370098A JP3370098A JPH11216602A JP H11216602 A JPH11216602 A JP H11216602A JP 3370098 A JP3370098 A JP 3370098A JP 3370098 A JP3370098 A JP 3370098A JP H11216602 A JPH11216602 A JP H11216602A
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JP
Japan
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coating layer
cemented carbide
diamond coating
substrate
tungsten carbide
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Application number
JP3370098A
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English (en)
Inventor
Hiromichi Yoshikawa
博道 吉川
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 人工ダイヤモンド被覆層がすぐれた密着性を
有する表面被覆超硬合金製切削工具を提供する。 【解決手段】 基体が、結合相形成成分としてCo:1
〜10重量%を含有し、残りが分散相形成成分としての
炭化タングステンと不可避不純物からなる内部組成を有
する炭化タングステン基超硬合金で構成され、かつ表面
研削後、炭化タングステン粒の粗大化熱処理および脱C
o処理された基体の表面に、人工ダイヤモンド被覆層ま
たは人工ダイヤモンド状炭素被覆層を5〜200μmの
平均層厚で形成してなる表面被覆超硬合金製切削工具に
おいて、上記人工ダイヤモンド被覆層または人工ダイヤ
モンド状炭素被覆層形成前の上記基体表面に露出する粗
大化炭化タングステン粒の脱炭面における(001)結
晶面と(100)結晶面との交わる稜線部に、電解エッ
チングによる凹凸面を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、炭化タングステ
ン基超硬合金で構成された基体(以下、超硬基体と云
う)の表面に気相合成法により形成された人工ダイヤモ
ンド被覆層または人工ダイヤモンド状炭素被覆層(以
下、これらを総称してダイヤ被覆層と云う)がすぐれた
密着性を有する表面被覆超硬合金製切削工具(以下、被
覆超硬工具と云う)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に、結合相形成成分としてC
oおよび/またはNi:3〜20重量%、必要に応じて
分散相形成成分として周期律表の4a、5a、および6
a族金属の炭化物および窒化物、並びにこれらの2種以
上の固溶体(ただし、炭化タングステンは除く)のうち
の1種または2種以上:3〜30重量%、を含有し、残
りが分散相形成成分としての炭化タングステン(以下、
WCで示す)と不可避不純物からなる内部組成を有する
超硬基体の表面に、(a)例えばダイヤモンド砥石を用
いて、寸法出しのための表面研削処理、(b)例えばA
r雰囲気中、1300〜1500℃の範囲内の所定温度
に所定時間保持の条件で上記基体表面に露出するWC粒
を粗大化するための熱処理、(c)例えば3%硝酸水溶
液中に浸漬して、基体表面部のCoを除去するための脱
Co処理、以上(a)〜(c)の処理を施した状態で、
例えば特開昭58−91100号公報などに記載される
熱電子放射法や、特開昭58−110494号公報など
に記載されるマイクロ波法、さらに特開昭58−135
117号公報などに記載される高周波プラズマ法などの
気相合成法を用いてダイヤ被覆層を5〜50μmの平均
層厚で形成してなる被覆超硬工具が知られており、また
この被覆超硬工具が、例えば純AlやAl−Si合金な
どのAl合金、さらにCu合金などの非鉄金属材料、お
よび炭素材などの非金属材料の連続切削や断続切削に用
いられていることも良く知られるところである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削装置
のFA化はめざましく、かつ切削加工の省力化に対する
要求も強く、これに伴い、被覆超硬工具おけるダイヤ被
覆層は厚膜化し、切削加工は高速化する傾向にあるが、
上記の従来被覆超硬工具においては、これを高速切削に
用いたり、通常の切削条件でもダイヤ被覆層が平均層厚
で50μmを越えて厚膜化した場合、超硬基体表面に対
するダイヤ被覆層の密着性が不十分であるために、前記
ダイヤ被覆層に剥離が発生し易く、比較的短時間で使用
寿命に至るのが現状である。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、ダイヤ被覆層の超硬基体表面に
対する密着性向上を図るべく研究を行った結果、超硬基
体の内部組成を、結合相形成成分としてCo:1〜10
重量%を含有し、残りが分散相形成成分としてのWCと
不可避不純物からなる組成に特定し、かつ上記の(a)
〜(c)の処理を施した超硬基体表面に、さらに、
(d)例えばマイクロ波プラズマ発生装置を用い、水素
プラズマ雰囲気中に所定時間保持して、超硬基体表面に
露出する粗大化WC粒の表面部を脱炭面とした状態で、
(e)例えば5%水酸化カリウム水溶液などのアルカリ
溶液中で電解エッチング処理、を施すと、図1の走査型
電子顕微鏡による表面組織写真(倍率:15000倍)
に示される通り、粗大化WC粒の(001)結晶面と
(100)結晶面との交わる稜線部に、電解エッチング
による凹凸面が形成(図示の場合は鋸刃状凹凸面)され
るようになり.このように超硬基体表面に露出する粗大
化WC粒の表面部に電解エッチングによる凹凸面が形成
された超硬基体表面に、通常の気相合成法によりダイヤ
被覆層を形成すると、この結果の被覆超硬工具は、前記
ダイヤ被覆層が前記超硬基体の表面に著しく強固に付着
するようになることから、これを高速切削に用いても、
さらに前記ダイヤ被覆層の厚さを平均層厚で50μmを
越えて厚膜化してもダイヤ被覆層に剥離の発生なく、す
ぐれた切削性能を長期に亘って発揮するという研究結果
を得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、結合相形成成分としてCo:1
〜10重量%を含有し、残りが分散相形成成分としての
WCと不可避不純物からなる内部組成を有し、かつ表面
研削後、WC粒の粗大化熱処理および脱Co処理された
超硬基体の表面に、ダイヤ被覆層を5〜200μmの平
均層厚で形成してなる被覆超硬工具において、上記ダイ
ヤ被覆層形成前の上記基体表面に露出する粗大化WC粒
の脱炭面における(001)結晶面と(100)結晶面
との交わる稜線部に、電解エッチングによる凹凸面を形
成してなる、ダイヤ被覆層がすぐれた密着性を有する被
覆超硬工具に特徴を有するものである。
【0006】なお、この発明の被覆超硬工具において、
超硬基体のCo含有量を1〜10重量%としたのは、そ
の含有量が1重量%未満では、焼結性が低下し、所望の
強度を確保することができず、一方その含有量が10重
量%をこえると、脱Co処理後の超硬基体表面部におけ
る粗大化WC粒自体の超硬基体表面に対する密着性が低
下し、これがダイヤ被覆層剥離の原因となるという理由
にもとずくものでものであり、またダイヤ被覆層の平均
層厚を5〜200μmとしたのは、その平均層厚が5μ
m未満では、所望の耐摩耗性を確保することができず、
一方その平均層厚が200μmを越えると、ダイヤ被覆
層自体に欠けやチッピングが発生し易くなるという理由
によるものである。
【0007】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬工具
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、平
均粒径:1.3μmのWC粉末、および同1.5μmの
Co粉末を用意し、これら原料粉末を、超硬基体A用と
して、重量%で(以下、%は重量%を示す)、WC−1
%Co、超硬基体B用としてWC−5.5%Co、さら
に超硬基体C用としてWC−10%Coからなる配合組
成にそれぞれ配合し、ボールミルで72時間湿式混合
し、乾燥した後、1.5ton/cm2 の圧力で圧粉体
にプレス成形し、これら圧粉体を真空中、1420℃に
1時間保持の条件で焼結して超硬基体A〜Cをそれぞれ
製造し、ついで、これら超硬基体A〜Cに、(a)ダイ
ヤモンド砥石を用いて、ISO規格SPGN12040
8のチップ形状をもち、切刃稜線部に施されたホーニン
グがR:0.05mmの寸法出しのための研削処理(以
下、表面処理aと云う)、(b)Ar雰囲気中、140
0℃に1時間保持の表面部WC粒の粗大化熱処理(以
下、表面処理bと云う)、(c)3%硝酸水溶液中に5
分間浸漬による基体表面部の脱Co処理(以下、表面処
理cと云う)、(d)マイクロ波プラズマ発生装置を用
い、水素プラズマ雰囲気中、出力:6kw、雰囲気圧
力:50torr、基体表面温度:900℃、保持時
間:1時間の条件で、超硬基体表面に露出する粗大化W
C粒の表面部脱炭処理(以下、表面処理dと云う)、
(e)5%水酸化カリウム水溶液中、電圧:3v、保持
時間:5分の条件で、粗大化WC粒の(001)結晶面
と(100)結晶面との交わる稜線部に、凹凸面を形成
する電解エッチング処理(以下、表面処理eと云う)、
以上表面処理a〜eを表1に示される通り施し、この時
点で超硬基体表面を走査型電子顕微鏡を用いて組織観察
したところ、いずれも基本的に図1に示される組織を示
し、ついで、気相合成法の1種であるマイクロ波プラズ
マ法を用い、雰囲気圧力:15torr、超硬基体表面
温度:800℃、反応ガス組成:CH4 /H2 =1.5
/100(容量比)の条件で表1に示される平均層厚の
ダイヤ被覆層を形成することにより本発明被覆超硬工具
1〜12をそれぞれ製造した。 また、比較の目的で、
表1に示される通り、上記の表面処理a〜eのうちの表
面処理dおよびeを行わない以外は同一の条件で従来被
覆超硬工具1〜12をそれぞれ製造した。
【0008】この結果得られたダイヤ被覆層が通常の厚
さを有する本発明被覆超硬工具1〜6および従来被覆超
硬工具1〜6については、 被削材:Al−13%Si合金の丸棒、 切削速度:1200m/min、 切込み:0.5mm、 送り:0.1mm/rev、 切削時間:30分、 の条件での高Si含有Al合金の乾式高速連続切削試験
を行い、また、ダイヤ被覆層を厚膜化した本発明被覆超
硬工具7〜12および従来被覆超硬工具7〜12につい
ては、 被削材:Al−13%Si合金の丸棒、 切削速度:600m/min、 切込み:0.5mm、 送り:0.1mm/rev、 切削時間:60分、 の条件での高Si含有Al合金の乾式連続切削試験を行
い、いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定し
た。これらの測定結果を表2に示した。
【0009】
【表1】
【0010】
【表2】
【0011】
【発明の効果】表2に示される結果から、本発明被覆超
硬工具1〜12は、いずれも超硬基体表面部における粗
大化WC粒の(001)結晶面と(100)結晶面との
交わる稜線部に形成された凹凸面によって超硬基体表面
に対するダイヤ被覆層の密着性が著しく向上したものに
なっているので、高速切削を行っても、さらにダイヤ被
覆層の厚さを平均層厚で50μmを越えて厚膜化した状
態で切削を行っても前記ダイヤ被覆層に剥離の発生な
く、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するのに対し
て、粗大化WC粒に凹凸面の形成がない従来被覆超硬工
具1〜12においては、ダイヤ被覆層の密着性が十分で
ないために、いずれの場合にも剥離が発生し、比較的短
時間で使用寿命に至ることが明らかである。上述のよう
に、この発明の被覆超硬工具は、高速切削に用いた場合
にも、さらにダイヤ被覆層を平均層厚で50μmを越え
て厚膜化した状態で用いた場合にも、これを構成するダ
イヤ被覆層に剥離の発生なく、すぐれた切削性能を発揮
するので、切削装置のFA化および切削加工の省力化に
も十分満足に対応することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の被覆超硬工具を構成する超硬基体の
表面におけるダイヤ被覆層形成直前の走査型電子顕微鏡
による組織写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C30B 29/04 C30B 29/04 A

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体が、結合相形成成分としてCo:1
    〜10重量%を含有し、残りが分散相形成成分としての
    炭化タングステンと不可避不純物からなる内部組成を有
    する炭化タングステン基超硬合金で構成され、かつ表面
    研削後、炭化タングステン粒の粗大化熱処理および脱C
    o処理された基体の表面に、人工ダイヤモンド被覆層ま
    たは人工ダイヤモンド状炭素被覆層を5〜200μmの
    平均層厚で形成してなる表面被覆超硬合金製切削工具に
    おいて、 上記人工ダイヤモンド被覆層または人工ダイヤモンド状
    炭素被覆層形成前の上記基体表面に露出する粗大化炭化
    タングステン粒の脱炭面における(001)結晶面と
    (100)結晶面との交わる稜線部に、電解エッチング
    による凹凸面を形成したことを特徴とする人工ダイヤモ
    ンド被覆層がすぐれた密着性を有する表面被覆超硬合金
    製切削工具。
JP3370098A 1998-01-30 1998-01-30 人工ダイヤモンド被覆層がすぐれた密着性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 Pending JPH11216602A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1175949A1 (en) * 2000-07-24 2002-01-30 Toshiba Tungaloy Co., Ltd. Coated cemented carbide
WO2007140931A1 (de) * 2006-06-02 2007-12-13 Cemecon Ag Beschichteter körper und verfahren zu seiner herstellung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1175949A1 (en) * 2000-07-24 2002-01-30 Toshiba Tungaloy Co., Ltd. Coated cemented carbide
WO2007140931A1 (de) * 2006-06-02 2007-12-13 Cemecon Ag Beschichteter körper und verfahren zu seiner herstellung
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