CN114599478A - 金刚石包覆工具和金刚石包覆工具的制造方法 - Google Patents

金刚石包覆工具和金刚石包覆工具的制造方法 Download PDF

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原田高志
吉田稔
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Abstract

一种金刚石包覆工具，具备由基材和设置在所述基材上的金刚石层构成的刃部，所述刃部沿着其延伸方向的长度为L，在所述刃部中，在从一个端部沿着沿所述延伸方向的方向相互间隔L/10的距离地排列的共计11点的各地点，在测定所述金刚石层的厚度的情况下，所有地点中所述厚度全部相同，或者所述厚度的最小值dmin与所述厚度的最大值dmax之比即dmin/dmax为0.7以上且小于1。

Description

金刚石包覆工具和金刚石包覆工具的制造方法
技术领域
本公开涉及金刚石包覆工具以及金刚石包覆工具的制造方法。本申请要求基于2019年11月8日申请的日本专利申请即日本特愿2019-203330号的优先权。该日本专利申请中记载的全部内容通过参照而援引于本说明书中。
背景技术
金刚石的硬度非常高，其平滑面具有极低的摩擦系数。因此，以往，天然单晶金刚石和人工金刚石粉末被应用于工具用途。进一步地，在1980年代确立了基于化学气相合成(CVD)法的金刚石薄膜的形成技术后，开发了对三维状的基材成膜了金刚石的切削工具、耐磨工具。
在日本特开平11-347805(专利文献1)中公开了在超硬合金的基材的表面包覆了金刚石的硬质膜的金刚石包覆工具构件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-347805号公报
发明内容
本公开的金刚石包覆工具，是具备由基材和设置在所述基材上的金刚石层构成的刃部的金刚石包覆工具，其中，
所述刃部沿着其延伸方向的长度为L，
在所述刃部中，在从一个端部沿着沿所述延伸方向的方向相互间隔L/10的距离地排列的共计11点的各地点，在测定所述金刚石层的厚度的情况下，所有地点中所述厚度全部相同，或者所述厚度的最小值dmin与所述厚度的最大值dmax之比即dmin/dmax为0.7以上且小于1。
本公开的金刚石包覆工具的制造方法是上述的金刚石包覆工具的制造方法，所述制造方法具备：
准备基材的工序；以及
利用热丝CVD法在所述基材上形成金刚石层而得到金刚石包覆工具的工序，
所述热丝CVD法是将所述基材之中存在切削刃的刃部中的温度分布控制在5％以内而进行的。
附图说明
图1是对实施方式1-1的金刚石包覆工具的构成例进行说明的图。
图2是图1、图3和图4的金刚石包覆工具在X-X线上的剖视图。
图3是对实施方式1-2的金刚石包覆工具(锥形切刀)的构成例进行说明的图。
图4是对实施方式1-3的金刚石包覆工具(钻头)的构成例进行说明的图。
图5是图4的第1刃部35A的放大图。
图6是图4的第2刃部35B的放大图。
图7是表示第1地点处的拉曼光谱的一例的图。
图8是表示第2地点处的拉曼光谱的一例的图。
图9是表示第1地点处的C1s光谱的一例的图。
图10是表示第2地点处的C1s光谱的一例的图。
图11是表示以往的热丝CVD装置的一例的主视图。
图12是图11的热丝CVD装置的俯视图。
图13是表示基于以往的热丝CVD法进行成膜时的基材的表面温度分布的图。
图14是表示实施方式2中使用的热丝CVD装置的一例的图。
图15是表示基于实施方式2的热丝CVD法进行成膜时的基材的表面温度分布的图。
具体实施方式
【本公开要解决的问题】
在金刚石包覆工具中，若基材上的金刚石层的厚度和结晶性存在偏差，则在同一工具内金刚石层的磨损和剥离的发生也会产生偏差，具有使工具寿命变短的倾向。因此，需要金刚石层的厚度和结晶性均匀且具有较长的工具寿命的金刚石包覆工具。
本公开的目的在于提供具有较长的工具寿命的金刚石包覆工具。
【本公开的效果】
根据本公开，金刚石包覆工具能够具有较长的工具寿命。
【本公开的实施方式的说明】
首先，列举本公开的实施方式来进行说明。
(1)本公开的金刚石包覆工具是具备由基材和设置在所述基材上的金刚石层构成的刃部的金刚石包覆工具，
所述刃部沿着其延伸方向的长度为L，
在所述刃部中，在从一个端部沿着沿所述延伸方向的方向相互间隔L/10的距离地排列的共计11点的各地点，在测定所述金刚石层的厚度的情况下，所有地点中所述厚度全部相同，或者所述厚度的最小值dmin与所述厚度的最大值dmax之比即dmin/dmax为0.7以上且小于1。
根据本公开，金刚石包覆工具能够具有较长的工具寿命。
(2)优选地，所述dmin/dmax为0.85以上且小于1。由此，金刚石包覆工具的工具寿命进一步提高。
(3)优选地，在所述厚度为最小值dmin的第1地点和所述厚度为最大值dmax的第2地点处，在测定所述金刚石层的拉曼位移从900cm-1到2000cm-1的范围的拉曼光谱的情况下，
Imin与Imax之比Imin/Imax为0.7以上且1以下，所述Imin为所述第1地点处的金刚石的峰面积强度Idmin与光谱整体的面积强度Ismin之比Idmin/Ismin，所述Imax为所述第2地点处的金刚石的峰面积强度Idmax与光谱整体的面积强度Ismax之比Idmax/Ismax。
由此，金刚石包覆工具的工具寿命进一步提高。
(4)优选地，在所述厚度为最小值dmin的第1地点和所述厚度为最大值dmax的第2地点处，在利用X射线光电子能谱法测定所述金刚石层的C1s光谱的情况下，
Ixmin与Ixmax之比Ixmin/Ixmax为0.7以上且1以下，所述Ixmin为所述第1地点处的sp3碳的峰面积强度I3min与sp2碳的峰面积强度I2min之比I3min/I2min，所述Ixmax为所述第2地点处的sp3碳的峰面积强度I3max与sp2碳的峰面积强度I2max之比I3max/I2max。
由此，金刚石包覆工具的工具寿命进一步提高。
(5)优选地，在所述厚度为最小值dmin的第1地点和所述厚度为最大值dmax的第2地点处，在利用电子背散射衍射法测定所述金刚石层的平均粒径的情况下，
所述第1地点处的平均粒径Dmin与所述第2地点处的平均粒径Dmax之比即Dmin/Dmax为0.7以上且1以下。
由此，金刚石包覆工具的工具寿命进一步提高。
(6)优选地，在所述厚度为最小值dmin的第1地点和所述厚度为最大值dmax的第2地点处，在使用激光显微镜测定所述金刚石层的表面粗糙度Ra的情况下，
所述第1地点处的表面粗糙度Rmin与所述第2地点处的表面粗糙度Rmax之比即Rmin/Rmax为0.7以上且1以下。
由此，金刚石包覆工具的工具寿命进一步提高。
(7)本公开的金刚石包覆工具的制造方法是上述记载的金刚石包覆工具的制造方法，所述制造方法具备：
准备基材的工序；以及
利用热丝CVD法在所述基材上形成金刚石层而得到金刚石包覆工具的工序，
所述热丝CVD法是将所述基材之中存在切削刃的刃部中的温度分布控制在5％以内而进行的。
根据本公开，能够得到金刚石层的厚度均匀且具有较长的工具寿命的金刚石包覆工具。
【本公开的实施方式的详细内容】
以下，参照附图对本公开的金刚石包覆切削工具的具体例进行说明。在本公开的附图中，相同的附图标记表示相同部分或相当部分。另外，为了使附图明了化和简化，长度、宽度、厚度、深度等尺寸关系可以被适当地变更，不一定表示实际的尺寸关系。
在本说明书中，“A～B”这一形式的表述是指范围的上限和下限(即A以上且B以下)，在A中没有单位的记载而仅在B中记载有单位的情况下，A的单位与B的单位相同。
【实施方式1：金刚石包覆工具】
图1是表示金刚石包覆工具为立铣刀时的构成例的图。图2是图1的金刚石包覆工具在X-X线上的剖视图。
如图1和图2所示，金刚石包覆工具10是具备由基材1和设置在基材1上的金刚石层2构成的刃部5的金刚石包覆工具，刃部5沿着其延伸方向的长度为L，在刃部5中，在从一个端部沿着沿延伸方向的方向相互间隔L/10的距离地排列的共计11点的各地点，在测定金刚石层的厚度的情况下，所有地点中厚度全部相同，或者厚度的最小值dmin与厚度的最大值dmax之比即dmin/dmax为0.7以上且小于1。
本公开的金刚石包覆工具由于金刚石层的厚度均匀，因此金刚石层的磨损和剥离的发生不会存在偏差，能够具有较长的工具寿命。
以下，使用图1～图6对本公开的金刚石包覆工具的具体例进行说明。需要说明的是，图1示出金刚石包覆工具为立铣刀的情况，图3示出金刚石包覆工具为锥形切刀的情况，图4～图6示出金刚石包覆工具为钻头的情况，但金刚石包覆工具的种类并不限定于此。作为本公开的金刚石包覆工具，可列举例如：车刀(bite)、切刀(cutter)、钻头(drill)、立铣刀(end mill)等切削工具；和冲模、弯曲冲模、拉深冲模、接合工具等耐磨工具。
【实施方式1-1：立铣刀】
在实施方式1-1中，对金刚石包覆工具为立铣刀的情况进行说明。如图1所示，作为金刚石包覆工具10的立铣刀具备主体3和与该主体3连接的柄4。在主体3之中，形成有包含底刃6和外周刃7的切削刃的刃部3在X-X截面中如图2所示那样具备基材1和设置在该基材1上的金刚石层2。
在图1中，刃部5沿着工具的旋转轴O延伸。因此，在实施方式1-1中，刃部5沿着其延伸方向的长度L是指刃部5沿着工具的旋转轴O的长度。
＜基材＞
作为基材，可以无特别限定地使用以往公知的基材。可列举例如超硬合金(例如包括WC基超硬合金、除WC外还包含Co的超硬合金、或者进一步添加了Ti、Ta、Nb等的碳氮化物等的超硬合金)、金属陶瓷(以TiC、TiN、TiCN等作为主成分的金属陶瓷)、高速钢、工具钢、陶瓷(碳化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝和它们的混合体等)、立方晶型氮化硼烧结体等作为这样的基材的例子。
在这些基材中，特别优选选择WC基超硬合金、金属陶瓷(特别是TiCN基金属陶瓷)。这是由于：这些基材特别是在高温下的硬度与强度的平衡优异，具有作为金刚石包覆切削工具的基材而言优异的特性。
＜金刚石层＞
金刚石层可以使用利用以往公知的化学气相合成法(CVD：chemical vapordeposition)制作的金刚石层。其中，优选为利用热丝CVD法形成的金刚石层。
(厚度)
在刃部5中，在从一个端部(在图1中为前端T侧的端部)沿着沿延伸方向(轴O)的方向相互间隔L/10的距离地排列的共计11点的各地点(在图1中为P0～P10所示的各地点)，在测定金刚石层的厚度的情况下，所有地点中厚度全部相同，或者厚度的最小值dmin与厚度的最大值dmax之比即dmin/dmax为0.7以上且小于1。由此，金刚石包覆工具的金刚石层的厚度均匀，能够具有较长的工具寿命。
上述的dmin/dmax优选为0.85以上且小于1，进一步优选为0.95以上且小于1。
在本说明书中，金刚石层的厚度可利用下述(1-1)～(1-2)的步骤进行测定。
(1-1)对刃部5沿着旋转轴O的长度L进行测定。接着，在刃部的一个端部(例如工具的前端部，在图1中为前端T侧的端部)和距离该端部的距离为(L/10)×n的长度(此处，n为0以上且10以下的整数。)的各地点(包含两端部的合计11个地点，在图1中为P0～P10的11个点)中，用线放电加工机将金刚石包覆工具沿与旋转轴O垂直的方向进行切割而露出截面。
(1-2)在各地点的截面中，通过使用SEM(扫描型电子显微镜，日本电子公司制“JEM-2100F/Cs”(商标))进行观察，从而测定金刚石层的厚度。具体而言，将截面样品的观察倍率设为5000倍，将观察视野面积设为100μm2，在该观察视野内测定3个部位的厚度，将该3个部位的平均值设为该观察视野的厚度。在5个观察视野中进行测定，将该5个观察视野的厚度的平均值设为金刚石层的厚度。
关于金刚石层的厚度的最小值dmin，例如，可以将下限设为3μm、4μm、5μm，可以将上限设为28μm、29μm、30μm。
关于金刚石层的厚度的最大值dmax，例如，可以将下限设为3μm、4μm、5μm，可以将上限设为28μm、29μm、30μm。
(拉曼光谱)
在金刚石层的厚度为最小值dmin的第1地点和金刚石层的厚度为最大值dmax的第2地点中，在测定金刚石层的拉曼位移从900cm-1到2000cm-1的范围的拉曼光谱的情况下，Imin与Imax之比Imin/Imax优选为0.7以上且1以下，所述Imin为第1地点处的金刚石的峰面积强度Idmin与光谱整体的面积强度Ismin之比Idmin/Ismin，所述Imax为第2地点处的金刚石的峰面积强度Idmax与光谱整体的面积强度Ismax之比Idmax/Ismax。
由此，金刚石包覆工具的工具寿命进一步提高。其理由虽然不明确，但可认为其原因在于：若Imin/Imax的值为0.7以上，则金刚石的结晶性在金刚石层的整个区域上均匀，金刚石层的耐磨损性和耐剥离性也在刃部中变得均匀。
上述的Imin/Imax更优选为0.85以上且1以下，进一步优选为0.9以上且1以下。
在本说明书中，上述的Imin/Imax可利用下述(2-1)～(2-6)的步骤进行计算。
(2-1)基于上述的金刚石层的厚度的测定结果，确定金刚石层的厚度为最小值dmin的第1地点和金刚石层的厚度为最大值dmax的第2地点。在第1地点和第2地点中，用线放电加工机将金刚石包覆工具沿与旋转轴O垂直的方向进行切割而露出截面。使用平均粒径为3μm的金刚石浆料，对各截面进行镜面研磨。
(2-2)在各地点的截面中，在金刚石层内设定50μm×50μm的矩形的测定视野(以下也称作“拉曼分光用测定视野”。)。
(2-3)针对各拉曼分光用测定视野，利用依据JIS-K0137(2010)的激光拉曼测定法，得到拉曼位移从900cm-1到2000cm-1的范围的拉曼光谱。拉曼分光装置使用Nanophoton公司制的“Ramantouch”(商标)。将第1地点和第2地点处的拉曼光谱的一例分别示于图7和图8中。在图7和图8中，Id所示的光谱表示来源于金刚石的光谱，Is所示的光谱表示图7和图8各自所示的全部光谱的合计。
(2-4)针对第1地点的拉曼光谱，使用图像处理软件(Nanophoton公司制的“Ramanimager”(商标))，算出作为金刚石的峰面积强度Idmin与光谱整体的面积强度Ismin之比Idmin/Ismin的Imin。第1地点处的测定在任意3个部位的测定视野中进行，将该3个部位的平均值设为“第1地点处的Imin”。
(2-5)针对第2地点的拉曼光谱，使用图像处理软件(Nanophoton公司制的“Ramanimager”(商标))，算出作为金刚石的峰面积强度Idmax与光谱整体的面积强度Ismax之比Idmax/Ismax的Imax。第2地点处的测定在任意3个部位的测定视野中进行，将该3个部位的平均值设为“第2地点处的Imax”。
(2-6)基于上述“第1地点处的Imin”和上述“第2地点处的Imax”，算出Imin/Imax。
关于第1地点处的Imin，例如，可以将下限设为0.25、0.35、0.40，可以将上限设为0.70、0.80、0.90。
关于第2地点处的Imax，例如，可以将下限设为0.25、0.35、0.40，可以将上限设为0.70、0.80、0.90。
(C1s光谱)
在厚度为最小值dmin的第1地点和厚度为最大值dmax的第2地点中利用X射线光电子能谱法(XPS：X-ray Photoelectron Spectroscopy)测定金刚石层的C1s光谱的情况下，Ixmin与Ixmax之比Ixmin/Ixmax优选为0.7以上且1以下，所述Ixmin为第1地点处的sp3碳的峰面积强度I3min与sp2碳的峰面积强度I2min之比I3min/I2min，所述Ixmax为第2地点处的sp3碳的峰面积强度I3max与sp2碳的峰面积强度I2max之比I3max/I2max。
由此，金刚石包覆工具的工具寿命进一步提高。其理由虽然不明确，但可认为其原因在于：若Ixmin/Ixmax的值为0.7以上，则金刚石的结晶性在金刚石层的整个区域上均匀，金刚石层的耐磨损性也在刃部中变得均匀。
上述的Ixmin/Ixmax更优选为0.7以上且1以下，进一步优选为0.85以上且1以下。
在本说明书中，上述的Ixmin/Ixmax可利用下述(3-1)～(3-6)的步骤进行计算。
(3-1)基于上述的金刚石层的厚度的测定结果，确定金刚石层的厚度为最小值dmin的第1地点和金刚石层的厚度为最大值dmax的第2地点。在第1地点和第2地点中，用线放电加工机将金刚石包覆工具沿与旋转轴O垂直的方向进行切割而露出截面。使用平均粒径为3μm的金刚石浆料，对各截面进行镜面研磨。
(3-2)在各地点的截面中，在金刚石层内设定50μm×50μm的矩形的测定视野(以下也称作“XPS用测定视野”。)。
(3-3)针对各XPS用测定视野，利用X射线光电子能谱法，得到C1s光谱。X射线光电子分光装置使用ULVAC PHI公司制的“QuanteraSXM”(商标)。将第1地点和第2地点处的C1s光谱的一例分别示于图9和图10中。
(3-4)针对第1地点的C1s光谱，使用图像处理软件(ULVAC PHI公司制的“PHIMultiPak”(商标))，算出作为sp3碳的峰面积强度I3min与sp2碳的峰面积强度I2min之比I3min/I2min的Ixmin。第1地点处的测定在任意3个部位的测定视野中进行，将该3个部位的平均值设为“第1地点处的Ixmin”。
(3-5)针对第2地点的C1s光谱，使用图像处理软件(ULVAC PHI公司制的“PHIMultiPak”(商标))，算出作为sp3碳的峰面积强度I3max与sp2碳的峰面积强度I2max之比I3max/I2max的Ixmax。第2地点处的测定在任意3个部位的测定视野中进行，将该3个部位的平均值设为“第2地点处的Ixmax”。
(3-6)基于上述“第1地点处的Ixmin”和上述“第2地点处的Ixmax”，算出Ixmin/Ixmax。
关于第1地点处的Ixmin，例如，可以将下限设为0.40、0.45、0.50，可以将上限设为0.70、0.80、0.90。
关于第2地点处的Ixmax，例如，可以将下限设为0.40、0.45、0.50，可以将上限设为0.70、0.80、0.90。
(平均粒径)
在厚度为最小值dmin的第1地点和厚度为最大值dmax的第2地点中利用电子背散射衍射法(EBSD：Electron Backscatter Diffraction Pattern)测定平均粒径的情况下，第1地点处的平均粒径Dmin与第2地点处的平均粒径Dmax之比即Dmin/Dmax优选为0.7以上且1以下。
由此，金刚石包覆工具的工具寿命进一步提高。其理由虽然不明确，但可认为其原因在于：若Dmin/Dmax为0.7以上，则金刚石的平均粒径在金刚石层的整个区域上均匀，金刚石层的耐磨损性和耐缺损性也在刃部中变得均匀。
上述的Dmin/Dmax更优选为0.7以上且1以下，进一步优选为0.85以上且1以下。
在本说明书中，“平均粒径”是指在体积基准的粒度分布(体积分布)中的中值粒径(d50)。
上述Dmin/Dmax可利用下述(4-1)～(4-5)的步骤进行计算。
(4-1)基于上述的金刚石层的厚度的测定结果，确定金刚石层中厚度为最小值dmin的第1地点和厚度为最大值dmax的第2地点。在第1地点和第2地点中，用线放电加工机将金刚石包覆工具沿与旋转轴O垂直的方向进行切割而露出截面。使用平均粒径为3μm的金刚石浆料，对各截面进行镜面研磨。
(4-2)在各地点的截面中，在金刚石层内设定2μm×2μm的矩形的测定视野(以下也称为“EBSD用测定视野”。)。该测定视野设定在一边距离金刚石层表面的距离为2μm、且整个区域距离金刚石层表面的距离为2μm以上的位置。
(4-3)在第1地点的EBSD用测定视野中，利用电子背散射衍射法，对测定视野中所含的全部金刚石的粒径进行测定，算出中值粒径(d50)。电子背散射衍射装置使用ZEISS公司制的“SUPRA35VP”(商标)。第1地点处的测定在任意3个部位的测定视野中进行，将该3个部位的平均值设为“第1地点处的Dmin”。
(4-4)在第2地点的EBSD用测定视野中，利用电子背散射衍射法，对测定视野中所含的全部金刚石的粒径进行测定，算出中值粒径(d50)。第2地点处的测定在任意3个部位的测定视野中进行，将该3个部位的平均值设为“第2地点处的Dmax”。
(4-5)基于上述“第1地点处的Dmin”和“第2地点处的Dmax”，算出Dmin/Dmax。
关于第1地点处的Dmin，例如，可以将下限设为50nm、75nm、100nm，可以将上限设为800nm、900nm、1000nm。
关于第2地点处的Dmin，例如，可以将下限设为50nm、75nm、100nm，可以将上限设为800nm、900nm、1000nm。
(表面粗糙度Ra)
在厚度为最小值dmin的第1地点和厚度为最大值dmax的第2地点中，在使用激光显微镜测定金刚石层的表面粗糙度Ra的情况下，第1地点处的表面粗糙度Rmin与第2地点处的表面粗糙度Rmax之比即Rmin/Rmax优选为0.7以上且1以下。
由此，金刚石包覆工具的工具寿命进一步提高。其理由虽然不明确，但可认为其原因在于：若Rmin/Rmax为0.7以上，则金刚石的表面粗糙度在金刚石层的整个区域上均匀，金刚石层的耐磨损性也在刃部中变得均匀。
上述的Rmin/Rmax更优选为0.7以上且1以下，进一步优选为0.85以上且1以下。
在本说明书中，“表面粗糙度Ra”是指JIS B 0601中规定的算术平均粗糙度Ra，其被定义为如下的值：从粗糙度曲线沿其平均线的方向仅抽取基准长度，将从该抽取部分的平均线到测定曲线的距离(偏差的绝对值)合计并平均所得的值。
上述Rmin/Rmax可利用下述(5-1)～(5-4)的步骤进行计算。
(5-1)基于上述的金刚石层的厚度的测定结果，确定金刚石层中厚度为最小值dmin的第1地点和厚度为最大值dmax的第2地点。
(5-2)在金刚石层的表面中，以包含第1地点的方式设定50μm见方的测定视野。在该测定视野中，使用激光显微镜(Lasertech公司制“OPTELICS HYBRID”(商标))，测定表面粗糙度。将该表面粗糙度设为“第1地点的表面粗糙度Rmin”。
(5-3)在金刚石层的表面中，以包含第2地点的方式设定50μm见方的测定视野。在该测定视野中，使用激光显微镜(Lasertech公司制“OPTELICS HYBRID”(商标))，测定表面粗糙度。将该表面粗糙度设为“第2地点的表面粗糙度Rmax”。
(5-4)基于上述“第1地点的表面粗糙度Rmin”和上述“第2地点的表面粗糙度Rmax”，算出Rmin/Rmax。
关于第1地点的表面粗糙度Rmin，例如，可以将下限设为0.05、0.06、0.07，可以将上限设为0.21、0.25、0.30。
关于第2地点的表面粗糙度Rmin，例如，可以将下限设为0.05、0.06、0.07，可以将上限设为0.21、0.25、0.30。
【实施方式1-2：锥形切刀】
在实施方式1-2中，对金刚石包覆工具为锥形切刀的情况进行说明。如图3所示，作为金刚石包覆工具210的锥形切刀具备主体23和与该主体23连接的柄24。在主体23之中，形成有由外周刃27构成的切削刃的刃部25在X-X线截面中如图2所示那样具备基材1和设置在该基材1上的金刚石层2。
在图3中，刃部25沿着工具的旋转轴O延伸。因此，在实施方式1-2中，刃部25沿着其延伸方向的长度L是指刃部25沿着工具的旋转轴O的长度。
在图3中，主体23的整体属于刃部25，但也可以是主体23的一部分为刃部。
刃部中的dmin/dmax、Imin/Imax、Ixmin/Ixmax、Dmax/Dmin、Rmin/Rmax和它们的测定方法可以与实施方式1-1相同，因此不再重复其说明。
【实施方式1-3：钻头】
在实施方式1-3中，对金刚石包覆工具为钻头的情况进行说明。图4是对实施方式1-3的金刚石包覆工具的构成例进行说明的图。图5是图4的第1刃部35A的放大图。图6是图4的第2刃部35B的放大图。
如图4～图6所示，作为金刚石包覆工具310的钻头具备主体33和与该主体33连接的柄34。主体33包含形成有在前端部形成的切削刃8A的第1刃部35A和形成有在柄34侧形成的切削刃8B的第2刃部35B。切削刃8B在开孔时进行孔入口的倒角。
刃部35A和刃部35B在X-X线截面中如图2所示那样具备基材1和设置在该基材1上的金刚石层2。
在图4中，刃部35A和刃部35B沿着工具的旋转轴O延伸。因此，在实施方式1-3中，刃部35A和刃部35B沿着其延伸方向的长度L是指刃部35A和刃部35B沿着工具的旋转轴O的长度。
刃部35A和刃部35B中的dmin/dmax、Imin/Imax、Ixmin/Ixmax、Dmax/Dmin、Rmin/Rmax和它们的测定方法可以与实施方式1-1相同，因此不再重复其说明。
【实施方式2：金刚石包覆工具的制造方法】
本公开的金刚石包覆工具的制造方法是实施方式1的金刚石包覆工具的制造方法，所述制造方法具备准备基材的工序(以下也称为“基材准备工序”。)和利用热丝CVD法在基材上形成金刚石层而得到金刚石包覆工具的工序(以下也称为“热丝CVD工序”。)，热丝CVD法是将所述基材之中存在切削刃的刃部中的温度分布控制在5％以内而进行的。
(基材准备工序)
首先，准备基材。基材与实施方式1-1记载的基材相同，因此不再重复其说明。
(热丝CVD工序)
接着，利用热丝CVD法在基材上形成金刚石层而得到金刚石包覆工具。关于热丝CVD法，例如，通过一边向真空炉内供给甲烷和氢，一边进行加热，从而在基材上形成金刚石层。热丝CVD法是将基材之中存在切削刃的刃部中的温度分布控制在5％以内而进行的。
此处，存在切削刃的刃部中的温度分布在5％以内是指：在利用辐射温度计测定刃部区域的两端的表面温度的情况下，其温度差值为切削刃前端部的温度的5％以内。
为了加深对本公开中所使用的热丝CVD法的理解，使用图11～图13对以往的热丝CVD法进行说明。图11是表示以往的热丝CVD装置的一例的主视图。
图12是图11的热丝CVD装置的俯视图。图13是表示基于以往的热丝CVD法进行成膜时的基材的表面温度分布的图。
如图11和图12所示，以往的热丝CVD装置20在真空炉201内具备灯丝21和用于搭载基材的搭载台22。在以往的热丝CVD装置20中，认为只要基材1之中相当于切削刃的部分(以下也记作“刃部区域”。)55进入热丝的加热范围即可。因此，相当于柄等的非成膜区域56配置于灯丝的加热范围外。
在该情况下，如图13所示，基材的前端部(在图13中为上端部)由于没有散热场所而成为最高温度。另一方面，温度随着朝向未被加热的柄侧而降低，并且，热量从基材1向搭载台22侧流出(在图11中为向下的箭头方向)，结果在刃部区域55内产生温度分布。基于该见解，本发明人发现：将柄配置于加热范围外会招致柄侧的工具刃的温度降低，成为产生膜厚分布的原因。
为此，本发明人进行了深入研究，结果发现：如图14所示，在热丝CVD装置220中，将基材1整体设为灯丝21的加热范围，并且在柄等非成膜区域56与搭载台之间设置绝热材料23，使绝热性提高，抑制热量从基材1向搭载台22侧流出(在图14中为向下的箭头方向)，由此，可以将刃部区域中的温度分布控制在5％以内，可以使刃部中的金刚石层的膜厚均匀。
在该情况下，如图15所示，基材的前端部和柄侧的温度分布变小，膜厚变得均匀。
使存在切削刃的刃部中的温度分布在5％以内的方法并不限定于上述方法。针对基材的灯丝的根数、灯丝与基材的距离、炉内的基材的位置等可基于基材的形状、材料种类等进行适当变更。
实施例
利用实施例对本实施方式进行更具体地说明。但是，本实施方式并不受这些实施例限定。
【试样1】
作为基材，准备了材质为超硬合金的图1所示形状的立铣刀(φ10mm)。立铣刀的刃部的长度L为30mm。
接着，在基材的表面涂布金刚石粉末，进行了引晶处理。引晶处理通过如下方式进行，将平均粒径5μm的金刚石粉末涂抹于基材表面后，将基材在乙醇中进行清洗，再使其干燥。接着，将进行了上述引晶处理的基材设置于图14所示的热丝CVD装置。
试样1的金刚石层在下述的条件下进行了成膜。以使工具表面温度达到平均800℃的方式控制了灯丝电流。将甲烷和氢，以使甲烷浓度达到1％的方式控制流量并供给至炉内。成膜时的压力设为500mPa。在成膜时，基材之中存在切削刃的刃部中的温度分布在5％以内。由此，得到在基材上形成有金刚石层的试样1的金刚石包覆工具。
【试样2～试样4】
关于试样2～试样4的基材，准备与试样1相同的基材，利用与试样1相同的方法进行了引晶处理。使用与试样1相同的热丝CVD装置在基材上成膜金刚石层，得到金刚石包覆工具。
试样2的金刚石层在下述的条件下进行了成膜。以使工具表面温度达到平均780℃的方式控制了灯丝电流。将甲烷和氢，以使甲烷浓度达到1％的方式控制流量并供给至炉内。成膜时的压力设为500mPa。在成膜时，基材之中存在切削刃的刃部中的温度分布在5％以内。由此，得到在基材上形成有金刚石层的试样2的金刚石包覆工具。
试样3的金刚石层在下述的条件下进行了成膜。以使工具表面温度达到平均780℃的方式控制了灯丝电流。将甲烷和氢，以使甲烷浓度达到3％的方式控制流量并供给至炉内。成膜时的压力设为500mPa。在成膜时，基材之中存在切削刃的刃部中的温度分布在5％以内。由此，得到在基材上形成有金刚石层的试样3的金刚石包覆工具。
试样3-1的金刚石层在下述的条件下进行了成膜。以使工具表面温度达到平均760℃的方式控制了灯丝电流。将甲烷和氢，以使甲烷浓度达到3％的方式控制流量并供给至炉内。成膜时的压力设为500mPa。在成膜时，基材之中存在切削刃的刃部中的温度分布在5％以内。由此，得到在基材上形成有金刚石层的试样3-1的金刚石包覆工具。
试样3-2的金刚石层在下述的条件下进行了成膜。以使工具表面温度达到平均800℃的方式控制了灯丝电流。将甲烷和氢，以使甲烷浓度达到4％的方式控制流量并供给至炉内。成膜时的压力设为500mPa。在成膜时，基材之中存在切削刃的刃部中的温度分布在5％以内。由此，得到在基材上形成有金刚石层的试样3-1的金刚石包覆工具。
试样4的金刚石层在下述的条件下进行了成膜。以使工具表面温度达到平均800℃的方式控制了灯丝电流。将甲烷和氢，以使甲烷浓度达到3％的方式控制流量并供给至炉内。成膜时的压力设为500mPa。在成膜时，基材之中存在切削刃的刃部中的温度分布在5％以内。由此，得到在基材上形成有金刚石层的试样4的金刚石包覆工具。
【试样5～试样8】
关于试样5～试样8的基材，准备与试样1相同的基材，利用与试样1相同的方法进行了引晶处理。利用不考虑温度分布控制的方法，使用热丝CVD装置在基材上成膜金刚石层，得到金刚石包覆工具。
试样5的金刚石层在下述的条件下进行了成膜。以使工具表面温度达到平均780℃的方式控制了灯丝电流。将甲烷和氢，以使甲烷浓度达到3％的方式控制流量并供给至炉内。成膜时的压力设为500mPa。在成膜时，基材之中存在切削刃的刃部中的温度分布超过5％。由此，得到试样5的金刚石包覆工具。
试样6的金刚石层在下述的条件下进行了成膜。以使工具表面温度达到平均800℃的方式控制了灯丝电流。将甲烷和氢，以使甲烷浓度达到3％的方式控制流量并供给至炉内。成膜时的压力设为500mPa。在成膜时，基材之中存在切削刃的刃部中的温度分布超过5％。由此，得到试样6的金刚石包覆工具。
试样7的金刚石层在下述的条件下进行了成膜。以使工具表面温度达到平均800℃的方式控制了灯丝电流。将甲烷和氢，以使甲烷浓度达到1％的方式控制流量并供给至炉内。成膜时的压力设为500mPa。在成膜时，基材之中存在切削刃的刃部中的温度分布超过5％。由此，得到试样7的金刚石包覆工具。
试样8的金刚石层在下述的条件下进行了成膜。以使工具表面温度达到平均780℃的方式控制了灯丝电流。将甲烷和氢，以使甲烷浓度达到1％的方式控制流量并供给至炉内。成膜时的压力设为500mPa。在成膜时，基材之中存在切削刃的刃部中的温度分布超过5％。由此，得到试样8的金刚石包覆工具。
＜评价＞
(dmin/dmax、dmin/dmax、Imin/Imax、Ixmin/Ixmax、Dmax/Dmin、Rmin/Rmax)
针对试样1～试样8的金刚石包覆工具，测定了dmin/dmax、dmin/dmax、Imin/Imax、Ixmin/Ixmax、Dmax/Dmin、Rmin/Rmax。具体的测定方法记载于实施方式1中，因此不再重复其说明。将结果示于表1中。
(切削试验)
使用试样1～试样8的金刚石包覆工具，在下述的条件下进行了切削试验。
被切削件：碳纤维增强树脂
切削速度：270m/min.
转速：8600rpm
进给速度：860m/min.
切口：10mm
在上述的切削试验中，测定了直至金刚石层剥离为止的距离(剥离距离)。金刚石层的剥离通过基于光学显微镜的观察来确认。剥离距离越长，意味着工具寿命越长。将结果示于表1中。
Figure BDA0003610957810000171
＜考察＞
试样1～试样4的金刚石包覆工具的制造方法属于实施例。试样1～试样4的金刚石包覆工具属于实施例。确认到试样1～试样4的金刚石包覆工具的剥离距离长，工具寿命长。
试样5～试样8的金刚石包覆工具的制造方法属于比较例。试样5～试样8的金刚石包覆工具属于比较例。与试样1～试样4相比，试样5～试样8的金刚石包覆工具的剥离距离较短。
以上，对本公开的实施方式和实施例进行了说明，但是从开始就预计到将上述的各实施方式和实施例的构成适当组合或进行各种变形。
应认为此次所公开的实施方式和实施例是在所有方面上的例示而并不用于限制本发明。本发明的范围不是由上述的实施方式和实施例所示，而是由权利要求书所示，意图包含与权利要求书等同的含义和范围内的全部变更。
附图标记说明
1基材；2金刚石层；3、23、33主体；4、24、34柄；5、25、35A、35B刃部；6底刃；7、27外周刃；8、8A、8B切削刃；10、210、310、410金刚石包覆工具；20、220热丝CVD装置；21灯丝；55刃部区域；56非成膜区域；201真空炉。

Claims (7)

1.一种金刚石包覆工具，是具备由基材和设置在所述基材上的金刚石层构成的刃部的金刚石包覆工具，其中，
所述刃部沿着其延伸方向的长度为L，
在所述刃部中，在从一个端部沿着沿所述延伸方向的方向相互间隔L/10的距离地排列的共计11点的各地点，在测定所述金刚石层的厚度的情况下，所有地点中所述厚度全部相同，或者所述厚度的最小值dmin与所述厚度的最大值dmax之比即dmin/dmax为0.7以上且小于1。
2.根据权利要求1所述的金刚石包覆工具，其中，所述dmin/dmax为0.85以上且小于1。
3.根据权利要求1或2所述的金刚石包覆工具，其中，在所述厚度为最小值dmin的第1地点和所述厚度为最大值dmax的第2地点中，在测定所述金刚石层的拉曼位移从900cm-1到2000cm-1的范围的拉曼光谱的情况下，
Imin与Imax之比Imin/Imax为0.7以上且1以下，所述Imin为所述第1地点处的金刚石的峰面积强度Idmin与光谱整体的面积强度Ismin之比Idmin/Ismin，所述Imax为所述第2地点处的金刚石的峰面积强度Idmax与光谱整体的面积强度Ismax之比Idmax/Ismax。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的金刚石包覆工具，其中，在所述厚度为最小值dmin的第1地点和所述厚度为最大值dmax的第2地点中，在利用X射线光电子能谱法测定所述金刚石层的C1s光谱的情况下，
Ixmin与Ixmax之比Ixmin/Ixmax为0.7以上且1以下，所述Ixmin为所述第1地点处的sp3碳的峰面积强度I3min与sp2碳的峰面积强度I2min之比I3min/I2min，所述Ixmax为所述第2地点处的sp3碳的峰面积强度I3max与sp2碳的峰面积强度I2max之比I3max/I2max。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的金刚石包覆工具，其中，在所述厚度为最小值dmin的第1地点和所述厚度为最大值dmax的第2地点中，在利用电子背散射衍射法测定所述金刚石层的平均粒径的情况下，
所述第1地点处的平均粒径Dmin与所述第2地点处的平均粒径Dmax之比即Dmin/Dmax为0.7以上且1以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的金刚石包覆工具，其中，在所述厚度为最小值dmin的第1地点和所述厚度为最大值dmax的第2地点中，在使用激光显微镜测定所述金刚石层的表面粗糙度Ra的情况下，
所述第1地点处的表面粗糙度Rmin与所述第2地点处的表面粗糙度Rmax之比即Rmin/Rmax为0.7以上且1以下。
7.一种金刚石包覆工具的制造方法，是权利要求1～6中任一项所述的金刚石包覆工具的制造方法，其中，所述制造方法具备：
准备基材的工序；和
利用热丝CVD法在所述基材上形成金刚石层而得到金刚石包覆工具的工序，
所述热丝CVD法是将所述基材之中存在切削刃的刃部中的温度分布控制在5％以内而进行的。
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