JPS6257802A - 硬質炭素被覆部品 - Google Patents
硬質炭素被覆部品Info
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- JPS6257802A JPS6257802A JP19481885A JP19481885A JPS6257802A JP S6257802 A JPS6257802 A JP S6257802A JP 19481885 A JP19481885 A JP 19481885A JP 19481885 A JP19481885 A JP 19481885A JP S6257802 A JPS6257802 A JP S6257802A
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Landscapes
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (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】
Ｃ産業上の利用分野〕
本発明は硬質炭素被覆部品に関し、詳しくは低圧の気相
からダイヤモンドを基材表面に析出されたダイヤモンド
被覆部品において、ダイヤモンド被＆膜と基材との接着
強度が改善された新規な硬質炭素被覆部品に関するもの
である。
からダイヤモンドを基材表面に析出されたダイヤモンド
被覆部品において、ダイヤモンド被＆膜と基材との接着
強度が改善された新規な硬質炭素被覆部品に関するもの
である。
ダイヤモンドは地上で最も硬度か高く、化学的にも極め
て不活性で、熱伝導率が高く、熱膨張係数も小さい等の
切削工具材料として理想的な特性を有することから、切
削工具として広く実用に供されている。従来の天然ダイ
ヤニ具には９開性や格子欠陥を有するために靭性上の不
安があったが、焼結ダイヤニ具はこの点を解決したもの
として、最近ではＡ／金合金に用いる切削工具における
主ｆｆｔを占めるまでに到った。しかしながら焼結ダイ
ヤニ具は、その製造にあたシ超高圧、高温ｔ−要するた
め製造コストが非常に高くつくという欠点がある。
て不活性で、熱伝導率が高く、熱膨張係数も小さい等の
切削工具材料として理想的な特性を有することから、切
削工具として広く実用に供されている。従来の天然ダイ
ヤニ具には９開性や格子欠陥を有するために靭性上の不
安があったが、焼結ダイヤニ具はこの点を解決したもの
として、最近ではＡ／金合金に用いる切削工具における
主ｆｆｔを占めるまでに到った。しかしながら焼結ダイ
ヤニ具は、その製造にあたシ超高圧、高温ｔ−要するた
め製造コストが非常に高くつくという欠点がある。
ところで近時、低圧の気相の炭化水素をプラズマ等を用
いて分解し、基材表面にダイヤモンド等の硬質炭Ｘを析
出させて被検する技術が開発されている。この方法に従
い工具を作成するならば、超高圧、高温を要せず、ダイ
ヤモンド工具全極めて安価に提供し得る可能性が有ると
考えられる。
いて分解し、基材表面にダイヤモンド等の硬質炭Ｘを析
出させて被検する技術が開発されている。この方法に従
い工具を作成するならば、超高圧、高温を要せず、ダイ
ヤモンド工具全極めて安価に提供し得る可能性が有ると
考えられる。
しかしながら、実際に上記の方法で低圧・気相から各種
基材表面に硬質炭素を被株してみたところ、切削工具と
して実用に耐えるものけ殆んど得られなかった。その理
由は、硬質炭素被覆膜と基材との接着強度が不足してお
シ、このために切削初期に硬質炭素被覆膜が剥離してし
まうからである。
基材表面に硬質炭素を被株してみたところ、切削工具と
して実用に耐えるものけ殆んど得られなかった。その理
由は、硬質炭素被覆膜と基材との接着強度が不足してお
シ、このために切削初期に硬質炭素被覆膜が剥離してし
まうからである。
そこで硬質炭素抜Φ膜と基材との接着強度の向上を図る
ため、種々の検討がなされてき六。
ため、種々の検討がなされてき六。
特に、硬質炭素被覆膜と基材との間に各種の中間層を介
在させることが検討され、特にＮｂ 、 Ｔａ 。
在させることが検討され、特にＮｂ 、 Ｔａ 。
Ｍｏ、Ｗ等の金属を中間層として用いれば極めて有効と
の提案がなされている。この提案に従い、本発明者らが
実際に、基材である超硬合金と硬質炭素被覆膜の中間に
Ｎｂを１μｍ厚さに介在させた工Ｊ１作成し、切削試験
を行ってみたが、その効果は殆んど認められなかった。
の提案がなされている。この提案に従い、本発明者らが
実際に、基材である超硬合金と硬質炭素被覆膜の中間に
Ｎｂを１μｍ厚さに介在させた工Ｊ１作成し、切削試験
を行ってみたが、その効果は殆んど認められなかった。
この事実は、硬質炭素及び超硬合金に比べ、Ｎｂが非常
に軟質であることから、切削時にＮｂか塑性変形してし
まい、この変形に対し硬質炭素被覆膜が追随できないた
め、結果的には、やはり剥離してしまつ念ものと考えら
れる。
に軟質であることから、切削時にＮｂか塑性変形してし
まい、この変形に対し硬質炭素被覆膜が追随できないた
め、結果的には、やはり剥離してしまつ念ものと考えら
れる。
以上のような現状に鑑みて、本発明は基材表面と硬質炭
素抜ａＦ膜の間の接着強度を向上せしめる中間層を有す
る新規な硬質炭素被覆部品を提案せんとするもので、こ
れにより安価な低圧、気相からの硬質炭素被覆による工
具材料の製造実用化を可能とするものである。
素抜ａＦ膜の間の接着強度を向上せしめる中間層を有す
る新規な硬質炭素被覆部品を提案せんとするもので、こ
れにより安価な低圧、気相からの硬質炭素被覆による工
具材料の製造実用化を可能とするものである。
本発明は気相より硬質炭素薄膜を基材表面に析出させて
被覆した硬質炭素被僅部品において、該硬質炭素薄膜と
基材との中間Ｖｃｗ２Ｃを主成分とするＷとＣとの化合
物薄膜が厚さ０．１μｍ以上存在することを特徴とする
硬質炭素被覆部品であり、これにより硬質炭素抜〜膜の
接着強度を改善し、実用しうる硬質炭素被覆部品を低コ
ストにて提供できるものでおる。
被覆した硬質炭素被僅部品において、該硬質炭素薄膜と
基材との中間Ｖｃｗ２Ｃを主成分とするＷとＣとの化合
物薄膜が厚さ０．１μｍ以上存在することを特徴とする
硬質炭素被覆部品であり、これにより硬質炭素抜〜膜の
接着強度を改善し、実用しうる硬質炭素被覆部品を低コ
ストにて提供できるものでおる。
まず本発明に到った経緯から説明する。
Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、 Ｗ等の金属を、基材と硬質炭素被
膜の中間に介在させると接着強度が向上するのは、これ
らの金属がいずれも炭化物生成金属であることから、硬
質炭素と金属の界面に炭素の拡散による金属炭化物層を
形成するためと考えられる。従って、Ｗのかわりに十分
な硬度を有するＷａを用いてみても、接着強度の向上は
殆んど認められなかった。
膜の中間に介在させると接着強度が向上するのは、これ
らの金属がいずれも炭化物生成金属であることから、硬
質炭素と金属の界面に炭素の拡散による金属炭化物層を
形成するためと考えられる。従って、Ｗのかわりに十分
な硬度を有するＷａを用いてみても、接着強度の向上は
殆んど認められなかった。
本発明者らは、Ｗ２ＣがＷ−Ｃに比肩できる硬度を有し
、かつ硬質炭素膜をＷ２Ｃの上に被覆すると、硬質炭素
とＷ２Ｃの界面にはｗｅなる拡散中間層を形成するので
、接着強度の向上が期待し得るのではないかと考えつい
九。
、かつ硬質炭素膜をＷ２Ｃの上に被覆すると、硬質炭素
とＷ２Ｃの界面にはｗｅなる拡散中間層を形成するので
、接着強度の向上が期待し得るのではないかと考えつい
九。
この考え方に基き、実際に超硬合金基材表面に、化学Ｋ
Ｎ法にてＷ２Ｃを２μｍ厚さに被覆したのち、マイクロ
波プラズマＣＶＤ法にて硬質炭素を２μ厚さに抜機した
ものを試作し、切削試験を行ったところ、期待どおシに
大きな効果が得られた。
Ｎ法にてＷ２Ｃを２μｍ厚さに被覆したのち、マイクロ
波プラズマＣＶＤ法にて硬質炭素を２μ厚さに抜機した
ものを試作し、切削試験を行ったところ、期待どおシに
大きな効果が得られた。
本発明において、基材として用いる材料に特に制限はな
いが、超硬合金、セラミックス焼結体等が好ましい。
いが、超硬合金、セラミックス焼結体等が好ましい。
本発明において、中間層としては、Ｗ２Ｃを主成分とす
るＷとＣとの化合物薄膜を用い、これはＷ２Ｃ単相のも
の以外に、例えばＷ２Ｃ＋Ｗ。
るＷとＣとの化合物薄膜を用い、これはＷ２Ｃ単相のも
の以外に、例えばＷ２Ｃ＋Ｗ。
Ｗ２Ｃ＋ｗ ｃ ＋ Ｗ等の複相の物質であっても、そ
の効果に差はないことは言うまでもない。また、該中間
層の厚さとしては０．１μｍ以上５μ以下が好ましく、
０．１μｍ以下では効果が認められなかった。また５μ
以上では特に効果に差が認められなかった。
の効果に差はないことは言うまでもない。また、該中間
層の厚さとしては０．１μｍ以上５μ以下が好ましく、
０．１μｍ以下では効果が認められなかった。また５μ
以上では特に効果に差が認められなかった。
本発明において上記の中間層を基材表面に形成する方法
としては、例えばＷＦ６． ＣＨ４，Ｈ２混合気流中に
て、５００〜ｔｏｏｏＣに加熱保持した基材表面にＷ２
Ｃを析出被覆するいわゆる化学蒸着法（ＣＶＤ法）が一
般である。又、１２Ｃをターゲットとしたアルゴン＋ア
セチレン雰囲気中でのスパッタリング法などによっても
形成が可能である。
としては、例えばＷＦ６． ＣＨ４，Ｈ２混合気流中に
て、５００〜ｔｏｏｏＣに加熱保持した基材表面にＷ２
Ｃを析出被覆するいわゆる化学蒸着法（ＣＶＤ法）が一
般である。又、１２Ｃをターゲットとしたアルゴン＋ア
セチレン雰囲気中でのスパッタリング法などによっても
形成が可能である。
本発明において上記中間層に接して硬質炭素被覆を形成
するには、水素と炭化水素好ましくはメタン混合気流中
に、外部よりμ波（３００Ｍム以上の高周波、一般には
２．４５Ｇ＆）、ＲＦ （３００Ｍ Ｈｚ以下の高周波
、一般には１３．５６ＭＩＬｚ、 ２７．１２ＭＨｚ
）電界を加え、該混合気流をプラズマ化せ１〜め５００
Ｃ〜１２００ＵＫ加熱した基相表面土に硬質炭素を被覆
するプラズマＣＶＤ法が一般である。又、メタン＋アル
ゴン混合ガスをイオン源にてイオン化したのち、炭素イ
オンを高電圧（ＩＫＶ以上）をもちいて、高真空中（ｔ
Ｐａ以下）Ｋイオンビームとしてひき出し、高真空容
器中に保持した基板にこのイオンビームを照射すること
によって基板上に硬質炭素を被覆するイオンビーム蒸着
法（ＩＢＤ法）なども良く知られている。
するには、水素と炭化水素好ましくはメタン混合気流中
に、外部よりμ波（３００Ｍム以上の高周波、一般には
２．４５Ｇ＆）、ＲＦ （３００Ｍ Ｈｚ以下の高周波
、一般には１３．５６ＭＩＬｚ、 ２７．１２ＭＨｚ
）電界を加え、該混合気流をプラズマ化せ１〜め５００
Ｃ〜１２００ＵＫ加熱した基相表面土に硬質炭素を被覆
するプラズマＣＶＤ法が一般である。又、メタン＋アル
ゴン混合ガスをイオン源にてイオン化したのち、炭素イ
オンを高電圧（ＩＫＶ以上）をもちいて、高真空中（ｔ
Ｐａ以下）Ｋイオンビームとしてひき出し、高真空容
器中に保持した基板にこのイオンビームを照射すること
によって基板上に硬質炭素を被覆するイオンビーム蒸着
法（ＩＢＤ法）なども良く知られている。
以下実施例により本発明を具体的に説明し、その効果を
示す。
示す。
実施例１
市販の超硬合金基材〔住友電気工業（ａ−）製、材質Ｈ
１、型番５Ｋ（１，Ｎ ４２１ 、：ｌを、ＣＶＤ反応
装置内に保持して、温度６５０ＤＫ加熱し、ＷＦ６．０
Ｍ４． Ｈ２混合気流を４０ Ｔｏｒｒ Ｉｃて２時間
流した後、この試料を取シ出し調べたところ、その表面
にＷ２Ｃが約２μｍ被覆されていた。この試料をマイク
ロ波プラズマＣＶＤ装置内に保持して、Ｉ（２とＣＨ４
の混合気流を４０ Ｔｏｒｒにて２時間流した。得られ
た試料について、Ｘ−線回折ｉ＊にて調べ念ところ、そ
の表面にダイヤモンドが固定されていることが確認でき
た。以上で得られた試料をＡ（本発明品）とｌ、、Ｗ２
Ｃの中間層を形成させない外はＡと同様にしてダイヤモ
ンド層のみを２μｍ厚形成したものをＢ（比較品）、Ｗ
２ＣのかわシにＷを中間層とした外はＡと同様にしたも
のを０（比較品）とし、試料Ａ、Ｂ、ＯＫつき以下の条
件にて切削試験を行った。
１、型番５Ｋ（１，Ｎ ４２１ 、：ｌを、ＣＶＤ反応
装置内に保持して、温度６５０ＤＫ加熱し、ＷＦ６．０
Ｍ４． Ｈ２混合気流を４０ Ｔｏｒｒ Ｉｃて２時間
流した後、この試料を取シ出し調べたところ、その表面
にＷ２Ｃが約２μｍ被覆されていた。この試料をマイク
ロ波プラズマＣＶＤ装置内に保持して、Ｉ（２とＣＨ４
の混合気流を４０ Ｔｏｒｒにて２時間流した。得られ
た試料について、Ｘ−線回折ｉ＊にて調べ念ところ、そ
の表面にダイヤモンドが固定されていることが確認でき
た。以上で得られた試料をＡ（本発明品）とｌ、、Ｗ２
Ｃの中間層を形成させない外はＡと同様にしてダイヤモ
ンド層のみを２μｍ厚形成したものをＢ（比較品）、Ｗ
２ＣのかわシにＷを中間層とした外はＡと同様にしたも
のを０（比較品）とし、試料Ａ、Ｂ、ＯＫつき以下の条
件にて切削試験を行った。
試験条件：被剛材 ＡＱ４Ｃ
切削速度 １０００１／ｗｉｎ
送 Ｆ） ０．１ ０１１１ ／ ｒｅｖ
切勺込み ０．５ ｘｘ その結果、Ａは１００分間切削してフランク摩耗が０．
０８鰭であったのに比べ、ＢとＣは１０分間切削してフ
ランク摩耗がそれぞれＯｊ２鵡、０．１’＄０１であっ
た。
切勺込み ０．５ ｘｘ その結果、Ａは１００分間切削してフランク摩耗が０．
０８鰭であったのに比べ、ＢとＣは１０分間切削してフ
ランク摩耗がそれぞれＯｊ２鵡、０．１’＄０１であっ
た。
実施例２
市販の超硬合金基材〔住友電気工業（株）Ｍ、材質Ｈ１
、型番５ＤａＮａ ２２ ）について、ＤＣバイアスＲ
Ｆマグネトロンスパッタ装置を用い、Ｗをターゲットと
しＣ２Ｈ２雰囲気中にて、被覆を行った。該試料を取り
出して調べたところ、基材表面にＷとＷ２Ｃの混合物が
１μｍ厚さに抜機されていた。この試料をイオンビーム
蒸着装置中に保持し、Ｃのイオンビームを照射して硬質
炭素（アモルファス状態）を１μｍ厚さに核種した。
、型番５ＤａＮａ ２２ ）について、ＤＣバイアスＲ
Ｆマグネトロンスパッタ装置を用い、Ｗをターゲットと
しＣ２Ｈ２雰囲気中にて、被覆を行った。該試料を取り
出して調べたところ、基材表面にＷとＷ２Ｃの混合物が
１μｍ厚さに抜機されていた。この試料をイオンビーム
蒸着装置中に保持し、Ｃのイオンビームを照射して硬質
炭素（アモルファス状態）を１μｍ厚さに核種した。
以上により得られた試料Ｄ（本発明品）と、比較のため
に未被援の基材のみの試料Ｅ（比較品）及び焼結ダイヤ
ニ具を試料Ｆ（比較品）について、以下の条件で切削試
験を行った。
に未被援の基材のみの試料Ｅ（比較品）及び焼結ダイヤ
ニ具を試料Ｆ（比較品）について、以下の条件で切削試
験を行った。
試験条件：ｗｔ削材 Ａ Ｃ４Ｃｊ（］Ｑｍ Ｘ
１００ｆＩＩ角切削速度 ８００ ｍｌ ｍｉｎ 送 リ ０．０ ５ｍｍ／ を
切り込み ０．５龍 カッター ＡＰＧ４０８０Ｂ 本発明の試料りは１００分間切削してフランク摩耗が０
．０８加であったが、試料Ｅと試料りは１００分間切削
してフランク摩耗がそれぞれ０−２２１１ＩＩとｏ、ｏ
４０であった。本発明品は焼結ダイヤニ具に近い強度を
有していることが判明した。
１００ｆＩＩ角切削速度 ８００ ｍｌ ｍｉｎ 送 リ ０．０ ５ｍｍ／ を
切り込み ０．５龍 カッター ＡＰＧ４０８０Ｂ 本発明の試料りは１００分間切削してフランク摩耗が０
．０８加であったが、試料Ｅと試料りは１００分間切削
してフランク摩耗がそれぞれ０−２２１１ＩＩとｏ、ｏ
４０であった。本発明品は焼結ダイヤニ具に近い強度を
有していることが判明した。
以上の説明および実施例から明らかなように本発明の硬
質炭素被覆部品は基材表面と硬質炭素被覆膜を中間層に
より強固に接着したもので、高価な焼結ダイヤニ具に近
い強度の工Ａｋ、より安価な低圧・気相からの硬質炭素
被覆により製造することを実現できるものである。
質炭素被覆部品は基材表面と硬質炭素被覆膜を中間層に
より強固に接着したもので、高価な焼結ダイヤニ具に近
い強度の工Ａｋ、より安価な低圧・気相からの硬質炭素
被覆により製造することを実現できるものである。
Claims (1)
- 気相より硬質炭素薄膜を基材表面に析出させて被覆した
硬質炭素被覆部品において、該硬質炭素薄膜と基材との
中間にＷ＿２Ｃを主成分とするＷとＣとの化合物薄膜が
厚さ０．１μｍ以上存在することを特徴とする硬質炭素
被覆部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60194818A JPH0794081B2 (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | 硬質炭素被覆部品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60194818A JPH0794081B2 (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | 硬質炭素被覆部品 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6257802A true JPS6257802A (ja) | 1987-03-13 |
| JPH0794081B2 JPH0794081B2 (ja) | 1995-10-11 |
Family
ID=16330766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60194818A Expired - Fee Related JPH0794081B2 (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | 硬質炭素被覆部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794081B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019181741A1 (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 住友電気工業株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| WO2019181742A1 (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 住友電気工業株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| WO2019181740A1 (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 住友電気工業株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| WO2022130706A1 (ja) * | 2020-12-16 | 2022-06-23 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60207703A (ja) * | 1984-03-30 | 1985-10-19 | Mitsubishi Metal Corp | 人工ダイヤモンド被覆工具部材 |
-
1985
- 1985-09-05 JP JP60194818A patent/JPH0794081B2/ja not_active Expired - Fee Related
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