DE112016001931T5

DE112016001931T5 - Beschichtetes Element

Info

Publication number: DE112016001931T5
Application number: DE112016001931.9T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Waki; Tan KA
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-04-27
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2018-02-15
Also published as: US20180209040A1; JP6533286B2; CN107532296B; KR20170129827A; JPWO2016175088A1; KR102053677B1; CN107532296A; WO2016175088A1; US10640868B2

Abstract

Ein beschichtetes Element weist ein Basismaterial und eine Diamantschicht auf, welche sich auf dem Basismaterial befindet. Wenn ein Verhältnis (SP3/SP2), welches aus einem SP3-Peak, der von Diamantkristallen abgeleitet ist, welche mittels einer Raman-Spektroskopie messbar sind, und einem SP2-Peak erhaltbar ist, der von einer Graphitphase abgeleitet ist, als ein SP3-Verhältnis bezeichnet ist, ist ein SP3-Verhältnis an einem ersten Messpunkt bei einer Dicke bis zu 1 µm, welche sich von einer Schnittstelle des Basismaterials mit der Diamantschicht in Richtung zur Diamantschicht erstreckt, größer als ein SP3-Verhältnis an einem zweiten Messpunkt, welcher in einer Dickenrichtung der Diamantschicht inmitten derselben liegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein beschichtetes Element, aufweisend eine Diamantschicht, welche auf einer Oberfläche eines Basismaterials abgelagert bzw. abgeschieden (im Weiteren kurz: abgelagert) ist.
BEZOGENE TECHNIK
Beschichtete Elemente, wie beispielsweise Schneidwerkzeuge, sind bekannt, bei welchen eine Beschichtungsschicht, welche aus Diamant gebildet ist, auf einer Oberfläche eines Basismaterials abgelagert ist. Beispielsweise offenbart Patentdokument 1 ein Ablagern einer Diamantbeschichtung, welche hauptsächlich aus einer SP3-Bindung oder einer Mischung aus einer SP2-Bindung und einer SP3-Bindung gebildet ist, unter Verwendung eines Aerosolablagerungsverfahrens. Patentdokument 2 offenbart eine harte Kohlenstoffdünnschicht, welche eine geneigte Struktur hat, wobei ein SP2/SP3-Bindungsverhältnis von Kohlenstoffatomen, welche eine Dünnschicht bilden, von einer Basisseite zu eine Oberflächenseite hin abnimmt.
DOKUMENTE DER BEZOGENEN TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2008-19464
Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 11-100294

KURZBESCHREIBUNG
Das beschichtete Element, welches die Diamantschicht aufweist, erfordert eine Verbesserung der Adhäsion an dem Basismaterial und eine Verbesserung einer Bruchwiderstandsfähigkeit der Diamantschicht.
In einer Ausführungsform weist ein beschichtetes Element ein Basismaterial und eine Diamantschicht auf, welche sich auf dem Basismaterial befindet. Wenn ein Verhältnis (SP3/SP2), welches aus einem SP3-Peak, der von Diamantkristallen abgeleitet ist, welche mittels einer Raman-Spektroskopie der Diamantschicht messbar sind, und einem SP2-Peak erhaltbar ist, der von einer Graphitphase abgeleitet ist, als ein SP3-Verhältnis bezeichnet ist, ist ein SP3-Verhältnis an einem ersten Messpunkt bei einer Dicke bis zu 1 µm, welche sich von einer Schnittstelle des Basismaterials und der Diamantschicht in Richtung zur Diamantschicht erstreckt, größer als ein SP3-Verhältnis an einem zweiten Messpunkt, welcher in einer Dickenrichtung der Diamantschicht inmitten bzw. in einem Mittenbereich derselben liegt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines beschichteten Elements gemäß der vorliegenden Ausführungsform,
2 ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme, welche eine Nachbarschaft einer Schnittstelle eines Basismaterials mit einer Diamantschicht beim beschichteten Element der 1 zeigt,
3 sind Raman-Spektroskopie-Datenpunkte P und Q des beschichteten Elements der 1,
4 ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme, welche in Richtung hin zur Diamantschicht betrachtet ist, die mit einer Dicke von 0,5 µm beim beschichteten Element der 2 abgelagert ist,
5 ist eine schematisch-perspektivische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Schneideinsatzes, welcher eine Ausführungsform des beschichteten Elements der vorliegenden Ausführungsform ist,
6 ist eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Bohrers, welcher eine weitere Ausführungsform des beschichteten Elements der vorliegenden Ausführungsform ist,
7 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Ablagerungsvorgangs der Diamantschicht beim beschichteten Element der vorliegenden Ausführungsform, und
8 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Anordnung von Heizvorrichtungen in der 7 beschreibt.
Erläuterung der Erfindung
Wie es in einem schematischen Diagramm eines Querschnitts in 1 gezeigt ist, weist ein beschichtetes Element 1 der vorliegenden Ausführungsform ein Basismaterial 2 und eine Beschichtungsschicht 3 auf, welche sich auf einer Oberfläche des Basismaterials 2 befindet. Die Beschichtungsschicht 3 weist eine Diamantschicht 4 auf, welche sich auf dem Basismaterial 2 befindet. Obwohl die Beschichtungsschicht 3 eine andere bzw. weitere Schicht als die Diamantschicht 4 aufweisen kann, zeigt die 1 so eine Ausführungsform, in welcher die Beschichtungsschicht 3 nur aus der Diamantschicht 3 gebildet ist.
2 ist ein Beispiel einer Bruchoberfläche beim beschichteten Element 1 der 1 und ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme (SEM), welche vergrößert eine Nachbarschaft einer Schnittstelle des Basismaterials 2 und der Diamantschicht 4 zeigt. In der 2 ist das Basismaterial 2 aus Hartmetall gebildet, und Wolframcarbidkristalle 8 sind sichtbar.
Bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn ein Verhältnis (SP3/SP2), welches aus einem SP3-Peak, der von Diamantkristallen abgeleitet ist, die durch eine Raman-Spektroskopie der Diamantschicht 4 messbar sind, und einem SP2-Peak erhaltbar ist, der von einer Graphitphase abgeleitet ist, als ein SP3-Verhältnis bezeichnet ist, ist ein SP3-Verhältnis an einem ersten Messpunkt bei einer Dicke bis zu 1 µm, welche sich ausgehend von der Schnittstelle des Basismaterials 2 und der Diamantschicht 4 in Richtung zur Diamantschicht 4 erstreckt, größer als ein SP3-Verhältnis an einem zweiten Messpunkt, welcher in einer Dickenrichtung der Diamantschicht 4 inmitten derselben liegt. In der 1 ist der erste Messpunkt als Punkt „P“ bezeichnet und ist der zweite Messpunkt als Punkt „Q“ bezeichnet. Ausgehend vom Blickpunkt einer Messstelle ist ein SP3-Verhältnis (S₁) an dem Punkt P viel größer als ein SP3-Verhältnis (S₂) an dem Punkt Q. Deshalb hat die Diamantschicht 4 am ersten Messpunkt, welcher sich in der Schnittstelle der Diamantschicht 4 und des Basismaterials 2 befindet, eine große Härte und hoch-automorphe Eigenschaften, und es ist deshalb weniger wahrscheinlich, dass die Diamantschicht 4 bricht. Folglich ist es weniger wahrscheinlich, dass die Diamantschicht 4 vom Basismaterial 2 separiert wird, wodurch eine Adhäsion bzw. ein Anhaften zwischen dem Basismaterial 2 und der Diamantschicht 4 verbessert ist. Das SP3-Verhältnis am Punkt Q, welcher in der Dickenrichtung der Diamantschicht 4 inmitten derselben liegt, ist geringer als ein SP3-Verhältnis am ersten Messpunkt (Punkt P). Deshalb ist die Steifigkeit bzw. Festigkeit der Diamantschicht 4 nicht zu groß, wohingegen eine Zähigkeit der Diamantschicht 4 verbessert sein kann, was zu einer gesteigerten Bruchwiderstandsfähigkeit der Diamantschicht 4 führt.
In der vorliegenden Ausführungsform hat ein Messbereich in der Raman-Spektroskopie einen Durchmesser von 1 µm. Der Punkt P, welcher in der 1 als ein Punkt angezeigt ist, ist in der 2 als ein umkreister Bereich angezeigt. Die 3 zeigt Raman-Spektroskopie-Peaks an den Punkten P und Q. Als die Raman-Spektroskopie-Peaks werden ein SP3-Peak in der Nähe von 1333 cm^–1, der vom Diamant abgeleitet ist, und ein SP2-Peak in der Nähe von 1400–1600 cm^–1beobachtet, der vom Graphit abgeleitet ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Peakintensität als ein größter Wert eines jeden der Peaks gemessen. Ein Verhältnis der Peakintensität des SP3-Peaks zu einer Summe der zwei Peakintensitäten wird als ein SP3-Peakintensitätsverhältnis bezeichnet. Die 3 zeigt einen Vergleich von SP2-Peaks I_P und I_Q durch Ausrichten der SP3-Peaks an den Punkten P und Q an einem identischen Wert I_S.
In der vorliegenden Ausführungsform ist 2 µm oder mehr eine Dicke der Diamantschicht 4. Wenn zum Beispiel 2 µm die Dicke der Diamantschicht 4 ist, werden ein Halbbereich an der Oberflächenseite des Messbereichs am Punkt P und ein Halbbereich an der Seite des Basismaterials 2 des Messbereichs am Punkt Q überlappend gemessen. Deshalb, sogar, wenn die Messbereiche partiell miteinander überlappen, ist es möglich, einen relativen Vergleich zwischen den SP3-Verhältnissen am ersten Messpunkt P und am zweiten Messpunkt Q auszuführen. Wenn 3–20 µm die Dicke der Diamantschicht 4 ist, hat die Diamantschicht 4 eine große Abnutzungswiderstandsfähigkeit und eine große Bruchwiderstandsfähigkeit. Eine noch geeignetere Dicke der Diamantschicht 4 ist 8–15 µm.
Wenn 1,1–1,8 das SP3-Verhältnis (S₁) am ersten Messpunkt P der Diamantschicht 4 ist und 1,0–1,5 das SP3-Verhältnis (S₂) am zweiten Messpunkt Q der Diamantschicht 4 ist, ist die Adhäsion der Diamantschicht 4 am Basismaterial 2 verbessert und ist die Bruchwiderstandsfähigkeit der Diamantschicht 4 verbessert.
In der 2 ist ein Bereich umkreist, welcher die Position des Punkts P anzeigt. Eine Grenze eines Bereichs, welcher den Punkt P aufweist und in welchem Wolframcarbidkristalle 8 erkennbar sind, und der Diamantschicht 4, die sich auf dem Bereich befindet, ist eine Schnittstelle, und ein Bereich, welcher näher an der Diamantschicht 4 liegt als die Schnittstelle und weiß erscheint, ist ein Schnittstellenbereich bzw. Grenzschichtbereich (im Weiteren kurz: Grenzschichtbereich) 10. Ein Vergleich hinsichtlich Partikeldurchmesser in einer Dickenrichtung der Diamantkristalle 6 wird angestellt, welche die Diamantschicht 4 in einer Bruchoberfläche des Basismaterials 2 und der Diamantschicht 4 bilden, so wie es in 2 gezeigt ist. Der Vergleich zeigt, dass die Adhäsion zwischen dem Basismaterial 2 und der Diamantschicht 4 verbessert ist, wenn ein maximaler Diamantkristall 6a, welcher einen maximalen Partikeldurchmesser hat, in dem Schnittstellenbereich 10 existiert. Die Diamantschicht 4 weist einen Zwischenbereich 12 auf dem Schnittstellenbereich 10 auf. Der Zwischenbereich 12 weist den zweiten Messpunkt Q auf.
Der Schnittstellenbereich 10 liegt entlang der Schnittstelle der Diamantschicht 4 und des Basismaterials 2 vor. Wie es in der 2 gezeigt ist, liegt in den Diamantkristallen 6, welche die Diamantschicht 4 bilden, ein großer Diamantkristall ausgehend von der Grenze zwischen der Diamantschicht 4 und dem Basismaterial 2 in der Dickenrichtung der Diamantschicht 4 vor, und der maximale Diamantkristall 6a liegt an einer Seite des Schnittstellenbereichs 10 vor, welcher sich nahe dem Zwischenbereich 12 befindet. Der maximale Diamantkristall 6a der Diamantkristalle 6 erscheint in der 2 weiß. Die Diamantkristalle 6, welche sich näher an der Oberfläche befinden als der maximale Diamantkristall 6a, werden als feiner Diamantkristall 6b bezeichnet. Eine Schnittstelle des maximalen Diamantkristalls 6a und des feinen Diamantkristalls 6b ist eine Grenze zwischen dem Schnittstellenbereich 10 und dem Zwischenbereich 12.
Der Schnittstellenbereich 10 liegt mit einer Dicke von 0,3–2 µm ausgehend von der Schnittstelle mit dem Basismaterial 2 vor. Mit anderen Worten, wenn der Schnittstellenbereich 10 dünner als 1 µm ist, ist an einer Seite des ersten Messpunkts P, welche vom Basismaterial 2 weiter entfernt ist, eine Diamantkristallstruktur aus dem Zwischenbereich 12 gemacht. Wenn 1 µm der Schnittstellenbereich 10 ist, liegt der erste Messpunkt P im gleichen Bereich wie der Schnittstellenbereich 10. Wenn der Schnittstellenbereich 10 dicker als 1 µm ist, ist die Gesamtheit des ersten Messpunkts P im Schnittstellenbereich 10 enthalten und wird ein Teil der Seite, welche weiter vom Basismaterial 2 entfernt ist als der erste Messpunkt P, der Schnittstellenbereich 10. Wenn 0,3–2 µm die Dicke des Schnittstellenbereichs 10 ist, hat die Diamantschicht 4 eine große Abnutzungswiderstandsfähigkeit und eine starke Adhäsion am Basismaterial 2. Wenn 0,5–1,0 µm die Dicke des Schnittstellenbereichs 10 ist, hat die Diamantschicht 4 eine größere Abnutzungswiderstandsfähigkeit und eine stärkere Adhäsion am Basismaterial 2.
Der Schnittstellenbereich 10 weist neben dem maximalen Diamantkristall 6a den Diamantkristall 6, welcher kleiner ist als der maximale Diamantkristall 6a, und den feinen Diamantkristall 6b auf, welcher in einer Zick-Zack-Art entlang einer idiomorphen Oberfläche des Diamantkristalls 6 gebrochen ist und an welcher feine Unregelmäßigkeiten feststellbar sind. Die 4 zeigt eine SEM-Aufnahme einer Diamantschicht, welche mit einer Dicke von 0,5 µm unter den gleichen Bedingungen wie Ablagerungsbedingungen in einer Ausgangsphase für die Diamantschicht 4 in der 2 abgelagert ist. Wie es aus einem Vergleich zwischen den 2 und 4 deutlich wird, ist ein Partikeldurchmesser der Diamantkristalle 6 kleiner, wenn dies auf einer Bruchoberfläche betrachtet wird. Dies ist so, da der Diamantkristall 6 eine tetraedische Struktur hat, und in der 4 wächst der tetraedische große Diamantkristall 6 in einem komplexen Agglomerationskorn mit einer großen Anzahl von feinen Diamantkristallen 6b, welche an der Oberfläche des tetraedischen Diamantkristalls 6 befestigt sind.
Die Adhäsion zwischen Basismaterial 2 und dem Diamant 4 ist verbessert, wenn 0,15–0,5 µm ein Partikeldurchmesser Dd des maximalen Diamantkristalls 6a in der Bruchoberfläche in der 2 ist. Wie es in der 2 gezeigt ist, wenn ein mittlerer Partikeldurchmesser dW der Wolframcarbidkristalle 8, welche das Hartmetall des Basismaterials 2 bilden, 0,3–1,5 µm ist und 0,18–0,4 ein Verhältnis (Dd/dW) des Partikeldurchmessers Dd des maximalen Diamantkristalls 6a und der mittlere Partikeldurchmesser dW des Wolframcarbidkristalls 8 ist, ist es wahrscheinlich, dass Wachstumsrichtungen der Diamantschicht einfach ausgerichtet sind, was zu einer verbesserten Abnutzungswiderstandsfähigkeit und Bruchwiderstandsfähigkeit der Diamantschicht 4 führt.
Als der Partikeldurchmesser Dd des maximalen Diamantkristalls 6a ist eine Kontur eines jeden Diamantkristalls 6 in der Aufnahme der Bruchoberfläche in der 2 identifiziert und wird eine Fläche des maximalen Diamantkristalls 6a, welcher die größte Fläche hat, in einen Kreis umgewandelt. Der Partikeldurchmesser Dd ist als ein Durchmesser des Kreises messbar.
Als der mittlere Partikeldurchmesser dW des Wolframcarbidkristalls 8 ist eine Kontur eines jeden Wolframcarbidkristalls 8 in der Aufnahme der Bruchoberfläche in der 2 identifiziert und wird ein Durchschnittswert von Flächen der Wolframcarbidkristalle 8 in einen Kreis umgewandelt. Der mittlere Partikeldurchmesser dW ist als ein Durchmesser des Kreises messbar. Wenn diese Messung ausgeführt wird, wird die Messung an den Wolframcarbidkristallen 8 ausgeführt, welche in der Aufnahme identifizierbar sind, wobei ein Wolframcarbidkristall 8, von welchem nur ein Teil in dem betrachteten Bereich erkennbar ist, und ein Wolframcarbidkristall 8 ausgeschlossen sind, von welchem zumindest ein Teil einer Oberfläche mit der Beschichtungsschicht 3 beschichtet ist. Insbesondere wird die Messung in der Aufnahme der Bruchoberfläche ausgeführt, in dessen Aufnahmebereich zehn oder mehr Wolframcarbidkristalle 8 als Messobjekt dienen.
Wie es in der SEM-Aufnahme der Bruchoberfläche in der 2 gezeigt ist, wenn der maximale Diamantkristall 6a einen größeren Durchmesser in der Dickenrichtung der Diamantschicht 4 hat und ein Aspekt- bzw. Seitenverhältnis 1,8 oder mehr ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Separieren des Basismaterials und der Diamantschicht 4 auftritt, was es möglich macht, die Bruchwiderstandsfähigkeit der Diamantschicht 4 zu verbessern.
Neben dem Hartmetall sind ein Hartmaterial, wie beispielsweise Cermet, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, und kubisches Bornitrid sowie Metalle, wie beispielsweise rostfreier Stahl und Schnellarbeitsstahl, als das Basismaterial 2 geeignet nutzbar. Von diesen hat das Hartmetall eine überlegene Abnutzungswiderstandsfähigkeit und ist eine Bruchwiderstandsfähigkeit optimal.
Obwohl es in der vorliegenden Ausführungsform nicht gezeigt ist, ist ein mittlerer Partikeldurchmesser d₂ der Diamantkristalle 6 im Zwischenbereich 12 vorzugsweise in einem Bereich von 0,8–3 µm in einer polierten Oberfläche, welche das Basismaterial 2 und die Diamantschicht 4 beim beschichteten Element 1 aufweist. Ein Verfahren des Messens des mittleren Partikeldurchmessers der Diamantkristalle 6 ist eines, bei welchem eine Kontur eines jeden der Diamantkristalle 6 identifiziert wird durch Anzeigen einer Orientierung der Diamantkristalle 6 unter Verwendung einer Farbkartographie durch ein Elektronenrückstreubeugungsverfahren (EBSD). Ein weiteres Verfahren des Messens des mittleren Partikeldurchmessers der Diamantkristalle 6 ist eine Betrachtung der Diamantkristalle 6 mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM). Als der mittlere Partikeldurchmesser d₂ der Diamantkristalle 6 des Zwischenbereichs 12 in der polierten Oberfläche des beschichteten Elements 1 wird ein Durchschnittswert von Flächen der Diamantkristalle 6 in einen Kreis umgewandelt und ist der mittlere Partikeldurchmesser d₂ als ein Durchmesser des Kreises messbar. Wenn diese Messung ausgeführt wird, wird die Messung an den Diamantkristallen 6 ausgeführt, welche in der Aufnahme identifizierbar sind, wobei ein Diamantkristall 6, von welchem sich ein Teil über die Aufnahme hinaus erstreckt, und ein Diamantkristall 6 ausgeschlossen sind, von welchem zumindest ein Teil der Oberfläche mit der Beschichtungsschicht 3 beschichtet ist.
Wenn ein Vergleich hinsichtlich des Partikeldurchmessers der Diamantkristalle 6 in der Dickenrichtung der Diamantschicht 4 in der polierten Oberfläche ausgeführt wird, ist 1,0–1,2 ein Verhältnis (d₂/d₁) des mittleren Partikeldurchmessers d₁ der Diamantkristalle im Schnittstellenbereich 10 und der mittlere Partikeldurchmesser d₂ der Diamantkristalle im Zwischenbereich.
Wenn eine Hauptkristallphase 8, welche das Basismaterial 2 bildet, das sich an der Schnittstelle befindet (der Wolframcarbidkristall ist die Hauptkristallphase in der vorliegenden Ausführungsform und trägt deshalb das gleiche Bezugszeichen 8), eine Aussparung 9 an einer Oberfläche gegenüber der Diamantschicht 4 in der Aufnahme eines polierten Querschnitts des beschichteten Elements 1 hat, ist es einfach eine große Anzahl von Kernen der Diamantkristalle 6 zu erzeugen, welche zu einem Zeitpunkt gebildet werden, wenn das Ablagern der Diamantschicht 4 gestartet wird. Darüber hinaus, da die Herstellungsdichte der Diamantkristalle 6 verbessert ist, ist eine dichte Diamantschicht 4 formbar, was zu einer verbesserten Adhäsion der Diamantschicht 4 führt. Eine Tiefe der Aussparung 9 der Hauptkristallphase 8 ist beispielsweise 0,005–0,1 µm. Die Aussparung 9 ist durch ein alkalisches Ätzverfahren formbar, was später beschrieben ist. Von einer Betrachtung des Querschnitts, welcher die Schnittstelle des Basismaterials 2 mit der Diamantschicht 4 aufweist, ist die Tiefe der Aussparung 9 in der Hauptkristallphase 8 messbar durch Verfolgen der Oberfläche der Hauptkristallphase 8 im Basismaterial 2, welches zur Diamantschicht 4 gegenüber liegt, und durch Berechnen, ausgehend von einer Ortskurve davon, einer maximalen Höhe Rz gemäß ISO4287 (JISB0601).
In den 1 und 2 enthält das Basismaterial 2, welches das Hartmetall enthält, weiter Kobalt. Das Basismaterial 2 hat einen basismaterialseitigen Schnittstellenbereich bzw. Grenzschichtbereich (im Weitern kurz: Schnittstellenbereich) 15, welcher sich ausgehend von der Schnittstelle mit 0,5–5 µm erstreckt. Der basismaterialseitige Schnittstellenbereich 15 ist ein Bereich des Basismaterials 2, dessen Kobaltgehalt geringer ist als der Kobaltgehalt an einer Position 500 µm entfernt von der Schnittstelle. Wenn die Diamantschicht 4 auf der Oberfläche des Basismaterials 2 abgelagert wird, trägt die Anwesenheit des Kobalts in der Oberfläche des Basismaterials 2 zum Unterdrücken des Bildens von Diamantkristallen bei, wodurch es einfach ist, Graphit zu erzeugen. In der vorliegenden Ausführungsform, durch Erlauben der Anwesenheit des basismaterialseitigen Schnittstellenbereichs 15 mit einem niedrigen Kobaltgehalt, ist es unwahrscheinlich, dass Kobalt in der Oberfläche des Basismaterials 2 vorliegt, und ist es unwahrscheinlich, dass Kobalt im Schnittstellenbereich 10 der Diamantschicht 4 erzeugt wird. Jedoch ist eine Stärke bzw. Festigkeit des basismaterialseitigen Schnittstellenbereichs durch Eliminieren des Kobalts im basismaterialseitigen Schnittstellenbereich 15 gesenkt. In der vorliegenden Ausführungsform liegt das Kobalt, welches im basismaterialseitigen Schnittstellenbereich 15 vorliegt, in einer granularen Gestalt vor, wie es durch das Bezugszeichen 17 in der 1 gezeigt ist. Deshalb ist es einer vorbestimmten Menge Kobalt gestattet, im basismaterialseitigen Schnittstellenbereich 15 vorzuliegen, wohingegen es keinem Kobalt gestattet ist, in der Oberfläche des Basismaterials 2 vorzuliegen. Folglich ist es weniger wahrscheinlich, dass die Stärke bzw. Festigkeit des basismaterialseitigen Schnittstellenbereichs 15 gesenkt wird, und ist es weniger wahrscheinlich, dass sich die Diamantschicht 4 zusammen mit dem basismaterialseitigen Schnittstellenbereich 15 separiert.
In der vorliegenden Ausführungsform sind granulare Kobaltpartikel 17, die in einer granularen Gestalt vorliegen, solche, welche zwischen den Hauptkristallphasen 8 vorliegenden, und bezeichnen solche, welche in einem Zustand vorliegen, der es erlaubt, dass ein Spalt oder der Diamantkristall 6 dazwischen vorliegt. Ein großer Spalt liegt im basismaterialseitigen Schnittstellenbereich 15 nach dem alkalischen Ätzen vor. Das Kobalt diffundiert vom Inneren des Basismaterials 2 in den basismaterialseitigen Schnittstellenbereich 15 während des Ablagerns. Bei dieser Gelegenheit bildet das diffundierte Kobalt aufgrund einer Oberflächenspannung eine Masse und liegt als die granularen Kobaltpartikel 17 vor, aber erreicht nicht die Oberfläche des Basismaterials 2.
Darüber hinaus ist eine Schnittstellenrauheit zwischen dem Basismaterial 2 und der Diamantschicht 4 in der vorliegenden Ausführungsform 0,12–0,8 µm. Wenn 0,12 µm oder mehr die Schnittstellenrauheit zwischen dem Basismaterial 2 und der Diamantschicht 4 ist, nämlich eine Oberflächenrauheit des Basismaterials 2, ist eine Kerndichte zu Beginn des Ablagerns für die Diamantschicht 4 groß, was zu einer verbesserten Adhäsion zwischen dem Basismaterial 2 und der Diamantschicht 4 führt. Wenn 0,8 µm oder weniger die Schnittstellenrauheit zwischen dem Basismaterial 2 und der Diamantschicht 4 ist, nämlich die Oberflächenrauheit des Basismaterials 2, ist das Kobalt in der Oberfläche des Basismaterials 2 vollständig in einem Ätzvorgang zum Entfernen des Kobalts im basismaterialseitigen Schnittstellenbereich 15 im Basismaterial 2 entfernbar. Dies ermöglicht es, die Adhäsion zwischen dem Basismaterial 2 und der Diamantschicht 4 zu verbessern. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Schnittstellenrauheit zwischen dem Basismaterial 2 und der Diamantschicht 4 messbar durch Verfolgen der Schnittstelle des Basismaterials 2 mit der Diamantschicht 4 ausgehend von einer Beobachtung eines Querschnitts, welcher die Schnittstelle aufweist, und durch Berechnen, ausgehend von einer Ortskurve davon, einer arithmetischen Mittenrauheit Ry gemäß ISO4287 (JISB0601). Die arithmetische Mittenrauheit Ry ist als die Schnittstellenrauheit messbar.
Alternativ kann die Diamantschicht 4 aus zwei Bereichen des Schnittstellenbereichs 10 und des Zwischenbereichs 12 gemacht sein. Weiter alternativ kann eine Oberfläche des Zwischenbereichs 12 einen Oberflächenbereich 14 aufweisen, welcher nanokristalline Diamantkristalle aufweist. Die nanokristallinen Diamantkristalle sind unter der Ablagerungsbedingung des Steigerns einer Flussrate von Methangas erhaltbar, welches während der Ablagerung verwendet wird. Ein SP3-Verhältnis an einem dritten Messpunkt R in einem Bereich einer Dicke von 1 µm ausgehend von der Oberfläche der Diamantschicht 4, welche den Oberflächenbereich 14 aufweist, in Richtung zum Basismaterial 2, ist geringer als das SP3-Verhältnis am zweiten Messpunkt Q. Die Anwesenheit oder Abwesenheit der nanokristallinen Diamantkristalle ist überprüfbar durch Überprüfen, ob ein Peak der nanokristallinen Diamanten in der Nähe von 1140 cm^–1erfassbar ist, neben dem SP3-Peak in einer Tabelle, welche durch eine Raman-Spektroskopie erhaltbar ist.
Der Zwischenbereich 12 und der Oberflächenbereich 14 sind nicht auf solche beschränkt, welche in zwei Bereiche unterteilt sind, die eine Grenze dazwischen haben, oder alternativ als solche, bei welchen der Peak des nanokristallinen Diamanten graduell ansteigt. Auf gleiche Art können der Schnittstellenbereich 10 und der Zwischenbereich 12 solche sein, welche in zwei Bereiche unterteilt sind, die eine Grenze dazwischen haben, oder alternativ als solche, bei welchen der SP3-Peak graduell abnimmt. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Position, an welcher der Peak des nanokristallinen Diamanten erfassbar ist, als der Oberflächenbereich 14 ermittelt und wird eine Position an einer Seite der Diamantschicht 4 nahe dem Basismaterial 2, welche ein größeres SP3-Verhältnis als das SP3-Peakverhältnis am zweiten Messpunkt hat, als der Schnittstellenbereich 10 ermittelt.
Eine Dicke des Oberflächenbereichs 14 ist überprüfbar durch Betrachten eines Querschnitts der Diamantschicht 4 mit einem Mikroskop. Wenn es schwierig ist, die Schnittstelle von individuellen Schichten bei der Mikroskopbetrachtung zu unterscheiden, werden Konturen von individuellen Partikeln durch Anzeigen der Orientierung der Diamantkristalle im Querschnitt unter Verwendung von Farbkartographie durch ein Elektronenrückstreubeugungsverfahren (EBSD) überprüft. Bei dieser Gelegenheit, da die Diamantkristalle in dem Oberflächenbereich 14 einen kleineren mittleren Partikeldurchmesser als die Diamantkristalle im Zwischenbereich 12 haben, ist die Grenze zwischen dem Oberflächenbereich 14 und dem Zwischenbereich 12 überprüfbar. Sogar wenn Diamantkristalle, welche im Oberflächenbereich 14 enthalten sind, aus den nanokristallinen Diamantkristallen gemacht sind, deren Partikeldurchmesser unter der Auflösung einer EBSD-Analysevorrichtung liegen, sind die nanokristallinen Diamantkristalle als eine neutrale Farbe sichtbar. Es ist deshalb möglich, als die Schnittstelle die Grenze zwischen einem Farbbereich des Zwischenbereichs 12 und einem Neutralfarbereich des Oberflächenbereichs 14 zu ermitteln.
Wenn eine Dicke des Oberflächenbereichs 14, welcher die nanokristallinen Diamantkristalle enthält, in der vorliegenden Ausführungsform 0,1–2 µm ist, hat die Diamantschicht 4 eine glatte Oberfläche, um eine Gleitfähigkeit der Diamantschicht 4 zu verbessern.
In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Eigenspannung am ersten Messpunkt P eine Druckspannung und ist eine Eigenspannung am zweiten Messpunkt Q eine Zugspannung. Dies trägt zum Verbessern der Adhäsion zwischen der Diamantschicht 4 und dem Basismaterial 2 bei, und ebenfalls beim Unterdrücken, dass die Diamantschicht 4 aufgrund einer Selbstzerstörung zerbricht, sogar wenn die Diamantschicht 4 verdickt wird. Wenn die Diamantschicht 4 den Oberflächenbereich 14 aufweist, ist eine Eigenspannung am dritten Messpunkt R eine Druckspannung, was zu einer verbesserten Abnutzungswiderstandsfähigkeit der Oberfläche der Diamantschicht 4 führt. Die Eigenspannung an einem jeden der Punkte P, Q und R, welche in der 1 gezeigt sind, ist überprüfbar durch Überprüfen einer Wellenzahl an einer Peakspitze des SP3-Peaks, welcher von den Diamantkristallen in einem Raman-Spektroskopieverfahren ableitbar ist, welches oben beschrieben ist. Mit anderen Worten kann ein Ermitteln ausgeführt werden, dass die Beschichtungsschicht 3 einer Zugspannung ausgesetzt ist, wenn die Wellenzahl an der Peakspitze des SP3-Peaks, welcher von den Diamantkristallen abgeleitet wird, kleiner ist als 1333 cm^–1, und dass die Beschichtungsschicht 3 einer Druckspannung ausgesetzt ist, wenn die Wellenzahl an der Peakspitze des SP3-Peaks, welcher von den Diamantkristallen abgeleitet ist, größer ist als 1333 cm^–1.
Die 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Schneideinsatzes, welcher eine erste Ausführungsform des beschichteten Elements der vorliegenden Ausführungsform ist. Der Schneideinsatz 20 weist eine Spanfläche an einer Hauptfläche, eine Flankenfläche 23 an einer Seitenfläche und eine Schneidkante 24 entlang von zumindest einem Teil einer Kamm-Schnittlinie der Spanfläche 22 und der Flankenfläche 23 auf. Der Schneideinsatz 20 weist ebenfalls an einem mittleren Teil der Spanfläche 22 ein Durchgangsloch 27 auf, welches eingerichtet ist, um eine Schraube aufzunehmen. Die Konfiguration in der 5 ist nachfolgend beschrieben, zusammen mit der Konfiguration des beschichteten Elements 1, welches in der 1 gezeigt. Der Schneideinsatz 20 weist das Basismaterial 2 auf und weist zumindest auf/an der Schneidkante 24 die Beschichtungsschicht 3 auf, welche die Diamantschicht 4 aufweist, die sich auf dem Basismaterial 2 befindet. Alternativ, wenn der Schneideinsatz 20 ebenfalls die Beschichtungsschicht 3 auf/an der Spanfläche 22 und auf/an der Flankenfläche 23 aufweist, ist die Abnutzungswiderstandsfähigkeit der Spanfläche 22 und der Flankenfläche 23 verbesserbar.
Ebenfalls ist beim Schneideinsatz 20, welcher die erste Ausführungsform des beschichteten Elements der vorliegenden Ausführungsform ist, ein SP3-Verhältnis (S₁) an dem ersten Messpunkt P der Diamantschicht 4 auf der Schneidkante 24 größer als ein SP3-Verhältnis (S₂) an dem zweiten Messpunkt Q der Diamantschicht 4 auf der Schneidkante 24. Dies führt zu einer verbesserten Adhäsion der Diamantschicht 4 und einer verbesserten Abnutzungswiderstandsfähigkeit des Schneideinsatzes 20. Dies führt ebenfalls zu einer verbesserten Bruchwiderstandsfähigkeit der Diamantschicht 4.
Die 6 ist eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Bohrers, welcher eine zweite Ausführungsform des beschichteten Elements der vorliegenden Ausführungsform ist. Der Bohrer 30 in der 6 hat eine Stabgestalt, welche eine Rotationsachse O aufweist, und weist eine Schneidkante 32, welche an einer ersten Endseite X angeordnet ist, und eine Spanausgabenut 34 auf (nachfolgend einfach als Nut bezeichnet), welche sich entlang der Schneidkante 32 erstreckt und nach hinten wendelmäßig geformt ist (in Richtung zu einem hinteren Ende Y). Ein Schaftteil 33 ist an der zweiten Endseite Y des Bohrers 30 angeordnet. Der Schaftteil 33 ist durch eine Maschinenvorrichtung gehalten (nicht gezeigt), und der Bohrer 30 ist an der Maschinenvorrichtung befestigt. Der wie hierin verwendete Begriff „erstes Ende X“ in der zweiten Ausführungsform bezeichnet die Seite der Schneidkante 32 des stabförmigen Bohrers 30 (Schneidwerkzeug) an der Rotationsachse O, und der Begriff „zweites Ende Y“ bezeichnet die Seite des Schaftteils 33.
Die Konfiguration in der 6 ist nachfolgend beschrieben, zusammen mit der Konfiguration des beschichteten Elements 1, welches in der 1 gezeigt ist. Gemäß der zweiten Ausführungsform weist der Bohrer 30 das Basismaterial 2 auf, und eine Beschichtungsschicht 3 befindet sich auf der Oberfläche des Basismaterials 2. Die Beschichtungsschicht 3 befindet sich ausgehend vom ersten Ende X zu einem Ort in der Nähe eines Anschlussendes der Nut 34 im Bohrer 30, und das Basismaterial 2 ist hinter dem Anschlussende exponiert.
Ein außenumfangsseitiger Teil des Bohrers 30 kann einem Poliervorgang unterzogen werden, wie beispielsweise einer Bürstbehandlung und einer Strahlbehandlung, um die Oberfläche der Beschichtungsschicht 3 zu glätten. Sogar falls dies ausgeführt wird, wird die Oberfläche der Nut 34 kaum poliert und wird die Oberfläche der Beschichtungsschicht 3 kaum geglättet.
Bei der zweiten Ausführungsform ist eine Dicke (nicht gezeigt) der Beschichtungsschicht 3 auf der Schneidkante 32, welche sich an der ersten Endseite X befindet, größer als eine Dicke der Beschichtungsschicht 3 an einem hinteren Teil Z an einer Position 10 mm entfernt von einem vorderen Ende des Bohrers 30 in Richtung zur zweiten Endseite Y. Folglich ist es für die Beschichtungsschicht 3 weniger wahrscheinlich, an der Schneidkante 32 abgetragen zu werden, und ist es einfach, eine Glattheit der Beschichtungsschicht 3 in der Nut 34 beizubehalten. Ein Verhältnis (t_z/t_x) einer Schichtdicke t_x (nicht gezeigt) der Beschichtungsschicht 3 auf der Schneidkante 32 und einer Schichtdicke t_z (nicht gezeigt) der Beschichtungsschicht 3 im hinteren Teil Z an der Position 10 mm entfernt von dem vorderen Ende des Bohrers 30 liegt bevorzugt in einem Bereich von 0,5–0,9, insbesondere in einem Bereich von 0,6–0,9. Die Schichtdicke t_z liegt bevorzugt in einem Bereich von 5–12 µm.
In der zweiten Ausführungsform ist ein SP3-Verhältnis (S_2e) am zweiten Messpunkt Q der Diamantschicht 4 auf der Schneidkante 32 größer als ein SP3-Verhältnis (S_2g) am zweiten Messpunkt Q der Diamantschicht 4 in der Nut 34. Da Graphit eine bessere Gleitfähigkeit als Diamant hat, ist es möglich, einen Schneidwiderstand der Beschichtungsschicht 3 in der Nut 34 zu minimieren, insoweit die obige Konfiguration erfüllt wird. Da das Graphit keinem Kornwachstum unterliegt, hat die Beschichtungsschicht 3 eine geringere Oberflächenrauheit und eine glattere Oberfläche mit einem steigenden Gehalt von Graphit, wodurch weiter der Schneidwiderstand der Beschichtungsschicht 3 in der Nut 34 reduziert wird. Darüber hinaus, da das Graphit eine geringere Härte als der Diamant hat, ist die Härte der Beschichtungsschicht 3 in der Nut 34 gesenkt und wird die Oberfläche der Beschichtungsschicht 3 glatter in eine Ausgangsphase eines Schneidvorgangs, wodurch der Schneidwiderstand der Beschichtungsschicht 3 an der Seite der Rotationsachse O weiter reduziert wird, welche ein zentraler Teil der Schneidkante 32 ist. Andererseits ist ein Gehalt von Diamant in einer Größenordnung von Mikrometer in der Beschichtungsschicht 3 an einem Außenrandteil der Schneidkante 32 groß, sodass die Härte der Beschichtungsschicht 3 verbessert ist und die Abnutzungswiderstandsfähigkeit der Beschichtungsschicht 3 verbessert ist.
Ein SP3-Verhältnis (S_1e) am ersten Messpunkt P der Diamantschicht 4 auf der Schneidkante 32 ist größer als ein SP3-Verhältnis (S_1g) am ersten Messpunkt P der Diamantschicht 4 in der Nut 34. Das heißt, da das SP3-Verhältnis am ersten Messpunkt P in der Nut 34 gering ist, ist ein Gehaltsverhältnis des Graphits groß und ist es wahrscheinlich, dass die Beschichtungsschicht 3 separiert wird. Die Diamantschicht 4, welche große Unregelmäßigkeiten hat, wird in der Nut 34 entfernt, sodass es nicht wahrscheinlich ist, dass der Schneidwiderstand aufgrund des Hindurchtretens von Spänen ansteigt.
Die Dicke der Beschichtungsschicht 3 in der Nut 34 ist geringer als die Dicke der Beschichtungsschicht 3 auf der Schneidkante 32. Dies trägt zum Optimieren einer Oberflächenrauheit der Beschichtungsschicht 3 auf der Schneidkante 32 und in der Nut 34 vor dem Schneidvorgang bei, sodass es weniger wahrscheinlich ist, dass ein exzessiver Schneidwiderstand in einer Ausgangsphase des Schneidprozesses auftritt. Alternativ kann die Oberfläche der Nut 34 nicht mit der Beschichtungsschicht 3 bereitgestellt sein und kann das Basismaterial 2 an der Oberfläche der Nut 34 in der zweiten Ausführungsform exponiert sein.
Bei der zweiten Ausführungsform ist 0,6–0,9 ein Verhältnis (t_g/t_x) einer Schichtdicke t_x (nicht gezeigt) der Beschichtungsschicht 3 auf der Schneidkante 32 und einer Schichtdicke t_g der Beschichtungsschicht 3 in der Nut 34. Hiermit ist es weniger wahrscheinlich, dass die Beschichtungsschicht 3 an der Schneidkante 32 abgetragen wird, und ist die Glattheit der Beschichtungsschicht 3 in der Nut 34 beibehaltbar.
Die Dicke der Beschichtungsschicht 3 auf der Schneidkante 32 bezeichnet eine Dicke der Beschichtungsschicht 3, welche an einer Zwischenposition an der Schneidkante 32 an einer Seitenfläche gemessen wird, wie es in der 6 gezeigt ist. Wenn die Nut 34 mit der Beschichtungsschicht 3 beschichtet ist, bezeichnet die Dicke der Beschichtungsschicht 3 in der Nut 34 eine Dicke der Beschichtungsschicht 3 an einem am tiefsten gelegenen Abschnitt in der Nut 34 in einem Querschnitt vertikal zur Rotationsachse O. Der am tiefsten gelegene Abschnitt in der Nut 34 bezeichnet eine Position in der Oberfläche des Basismaterials 1 mit der kürzesten Distanz zur Rotationsaxe O. Ein Kreis, welcher durch die Position in der kürzesten Distanz um die Rotationsachse O hindurch tritt, nämlich ein Durchmesser eines maximalen Kreises, welcher innerhalb des Bohrers 30 zeichenbar ist, ist eine Kerndicke.
Von den beschichteten Elementen der vorliegenden Ausführungsform wurde der stabförmige Bohrer 30, welcher die Rotationsachse O hat, in der zweiten Ausführungsform beschrieben, ohne jedoch darauf festgelegt zu sein, wobei es möglich ist, dies auf andere Schneidwerkzeuge anzuwenden, wie beispielsweise Schaftfräser und Reibahlen bzw. Senker, ebenso wie auf gegenüber Abnutzung widerstandsfähige Elemente, wie beispielsweise Gleitelemente und Metallformen.
(Herstellungsverfahren)
Ein Verfahren zur Herstellung des Bohrers, welcher die zuvor beschriebene zweite Ausführungsform ist, ist nachfolgend beschrieben.
Als erstes wird ein Basismaterial vorbereitet. Wenn beispielsweise ein beschichtetes Werkzeug ein Einsatz ist, wird ein Sinterkörper hergestellt durch Sintern, gefolgt von einem Poliervorgang, falls dies gewünscht ist, wodurch ein einsatzförmiges Basismaterial hergestellt wird. Wenn das beschichtete Werkzeug ein Bohrer ist, wird eine Oberfläche einer zylindrischen Hartlegierung einem Schleifvorgang und dann einem Schärfungsvorgang unterzogen, wodurch ein bohrerförmiges Basismaterial hergestellt wird. Falls es gewünscht ist, wird eine Schneidkante des Basismaterials einem Poliervorgang unterzogen.
Nachfolgend wird die Oberfläche des Basismaterials einem Ätzvorgang unterzogen, was eine saure Behandlung bzw. Säurenbehandlung und eine alkalische Behandlung bzw. Laugenhandlung einschließt. Wenn die alkalische Behandlung ausgeführt wird, wird eine Oberfläche einer Hauptkristallphase, welche an der Oberfläche des Basismaterials exponiert ist, unregelmäßig durch Ausführen der alkalischen Behandlung innerhalb eines Ultraschall-Reinigungsbehälters. Das Basismaterial wird nach dem Unterziehen des Ätzens mit Wasser oder dergleichen gewaschen und dann getrocknet.
Wenn die alkalische Behandlung ausgeführt wird, wird die Oberfläche der Hauptkristallphase, welche an der Oberfläche des Basismaterials 2 exponiert ist, unregelmäßig durch Schütten einer alkalischen Lösung, welche eine wässrige alkalische Lösung und abrasive Diamantkörner aufweist, in den Ultraschall-Reinigungsbehälter, gefolgt durch das Anwenden des Ultraschalls. Das Basismaterial 2 wird nach dem Unterziehen des Ätzens mit Wasser oder dergleichen gewaschen und dann getrocknet. Bei dieser Gelegenheit ist der Zustand des SP3-Verhältnisses der Diamantschicht einstellbar und ist der Partikeldurchmesser der Diamantkristalle in der Bruchoberfläche steuerbar durch Steuern von beispielsweise der Leistung des Ultraschalls, welcher während des Ultraschallreinigens angewendet wird, und des Partikeldurchmessers der abrasiven Diamantkörner und der Zeitdauer der alkalischen Behandlung.
Nachfolgend wird die Diamantschicht 4 auf der Oberfläche des Basismaterials 2 abgelagert. Als ein Verfahren zum Ablagern der Diamantschicht 4 ist ein CVD-Verfahren, welches ein thermisches Filamentverfahren verwendet, geeignet verwendbar. Ein Beispiel des Ablagerungsverfahrens ist nachfolgend mit Bezug auf die 7 beschrieben. Eine Ablagerungsvorrichtung 40, welche in der 7 gezeigt ist, weist eine Kammer 41 auf, und eine Probenplattform 43, welche eingerichtet ist, um Proben darauf aufzunehmen (die Basismaterialien 2 nach dem Unterziehen des Ätzens), ist in der Kammer 41 angeordnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das stabförmige Basismaterial 2 in einem Aufrechtzustand angebracht, sodass das vordere Ende davon aufwärts weist. Ein geschärfter Teil (ein Teil, welcher die Schneidkante und die Spanausgabenut aufweist) des Basismaterials 2 ist in der 7 ausgelassen.
Heizvorrichtungen 44, wie beispielsweise Heizfäden, sind um die Basismaterialien 2 herum angeordnet. Die Heizvorrichtungen 44 sind jeweilig mit einer Leistungsquelle 45 gekuppelt, welche außerhalb der Kammer 41 angeordnet ist. Mit der vorliegenden Ausführungsform können Temperaturen der stabförmigen Basismaterialien 2, welche auf der Probenplattform 43 angebracht sind, auf 850–930°C gesteuert werden unter Verwendung einer Mehrzahl der Heizvorrichtungen 44, während ihre Anordnung und ein Stromwert, welcher einer jeden der Heizvorrichtungen 44 zugeführt wird, eingestellt werden. Die Heizvorrichtungen 44 sind durch eine Abstützung 48 abgestützt.
Die zwei Heizvorrichtungen 44 sind in einer Longitudinalrichtung der Basismaterialien 2 in der 7 angeordnet. Wie es in der 8 gezeigt ist, welche eine Querschnittsansicht ist, die die Anordnung der Heizvorrichtungen 44 in der 7 zeigt, sind die Heizvorrichtungen 44 angeordnet, um die Basismaterialien 2 dazwischen angeordnet zu haben. Das heißt, die vier Heizvorrichtungen 44 sind um die Basismaterialien 2 herum angeordnet.
Die Kammer 41 ist mit einem Gaszuführungseinlass 46 und einem Gasauslass 47 bereitgestellt. Die Diamantschicht 4 kann in einem Vakuumzustand abgelagert werden durch Zuführen von Wasserstoffgas und Methangas durch den Gaszuführungseinlass 46 in die Kammer 41, um über das Basismaterial 2 gesprüht zu werden.
Als Ablagerungsbedingungen zum Ablagern der Diamantschicht 4, welche den Schnittstellenbereich 10 wie oben beschrieben aufweist, sind die folgenden drei Ablagerungsbedingungen anwendbar. Unter der ersten Ablagerungsbedingung sind die zwei Heizvorrichtungen 44 (44a und 44b), welche sich mit verschiedenen Distanzen zu den Basismaterialien 2 befinden, wie es in der 8 gezeigt ist, als ein Paar von Heizvorrichtungen 44 angeordnet. Ihre jeweilige Anordnung und ein jeweiliger Stromwert, welcher auf eine jede der Heizvorrichtungen 44 angewendet wird, muss gesteuert werden. Die Stromwerte der zwei Heizvorrichtungen 44 mit verschiedenen Distanzen zu den Basismaterialien 2 unterscheiden sich zwischen einer Ausgangsphase des Ablagerns und einer Mittel- und Spätphase des Ablagerns. Insbesondere wird das Ablagern ausgeführt durch Aktivieren der Heizvorrichtung 44a, welche sich näher an den Basismaterialien befindet, um Wärme in der Ausgangsphase des Ablagerns zu erzeugen. Dann wird das Heizen durch die Heizvorrichtung 44a, welche sich näher an den Basismaterialien befindet, gestoppt, und wird die Diamantschicht abgelagert durch Aktivieren der Heizvorrichtung 44b weiter entfernt von den Basismaterialien, um Wärme in der Mittel- und Spätphase des Ablagerns zu erzeugen. Dies ermöglicht es, das SP3-Verhältnis der Diamantschicht 4, welche auf der Oberfläche der Basismaterialien 2 abgelagert wird, zu ändern.
Unter der zweiten Ablagerungsbedingung in der vorliegenden Ausführungsform wird das Ablagern ausgeführt durch Steigern einer Ablagerungstemperatur in der Ausgangsphase des Ablagerns der Diamantschicht bezogen auf eine Ablagerungstemperatur in der Mittelphase des Ablagerns. Unter der dritten Ablagerungsbedingung in der vorliegenden Ausführungsform wird das Ablagern ausgeführt durch Steuern, sodass ein Mischungsverhältnis (Volumen-%) von Methan in der Ausgangsphase des Ablagerns geringer ist als ein Mischungsverhältnis von Methan in der Mittel- und Spätphase des Ablagerns.
Unter einer jeden der ersten Ablagerungsbedingung, der zweiten Ablagerungsbedingung und der dritten Ablagerungsbedingung sind eine Menge des Erzeugens eines Methylradikals, welches während des Ablagerns erzeugt wird, und einer Wahrscheinlichkeit, dass das Methylradikal das Basismaterial erreicht, steuerbar. Das SP3-Verhältnis am ersten Messpunkt P der Diamantschicht kann größer gemacht werden als das SP3-Verhältnis am zweiten Messpunkt Q der Diamantschicht. Alternativ können die erste Ablagerungsbedingung, die zweite Ablagerungsbedingung und die dritte Ablagerungsbedingung miteinander kombiniert werden.
Beispiel 1
Eine Menge von 7,0 Gew.-% von metallischem Kobaltpulver (Co), eine Menge von 0,8 Gew.-% von Chromcarbidpulver (Cr₃C₂) und dem Rest, was ein Wolframcarbidpulver (WC) ist, das einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,5 µm hat, wurden zusammengegeben und miteinander vermischt. Die Mischung wurde in einer Zylindergestalt geformt und gesintert. Diese wurde einem Schleifvorgang und einem Schärfungsvorgang unterzogen, wodurch ein Basismaterial hergestellt wird, welches eine Schaftfräsergestalt hat (Schaftfräserdurchmesser von 6 mm, eine Kerndicke von 3 mm, eine Schneidkantenlänge von 10 mm und zwei Nuten).
Nachfolgend wird das Basismaterial einem Ätzvorgang unterzogen durch nacheinander Eintauchen des Basismaterials in eine saure Lösung (für 15 Minuten in Chlorwasserstoffsäure) und in eine alkalische Lösung (für 5–30 Sekunden in ein Murakami-Mittel). Einige der Proben wurden einer Behandlung mit einer Leistung von 100 W in einem Ultraschallreiniger für 30 Minuten unterzogen, wenn das alkalische Ätzen ausgeführt wird. Nachfolgend wurde ein Schaftfräser-Basismaterial hergestellt durch Waschen der Oberfläche mit destilliertem Wasser.
Das Basismaterial wurde dann in die in der 7 gezeigte Ablagerungsvorrichtung eingegeben und wurde eine Diamantschicht auf einer Oberfläche des Basismaterials durch ein thermisches Filamentverfahren (CVD-Verfahren) abgelagert. In der Ablagerungsvorrichtung wurden Wolframfilamente mit einer Dicke von 0,4 mmØ in einer Reaktionskammer angeordnet, welche einen Durchmesser von 25 cmØ und eine Höhe von 20 cm hat. Insbesondere wurden zwei Filamente mit verschiedenen Distanzen von den Basismaterialien als ein Paar von Filamenten angeordnet. Insgesamt sechs Filamente wurden angeordnet, nämlich ein Paar an einer vorderen Endseite und zwei Paare an einer Seitenfläche, um die Basismaterialien dazwischen zu haben. Ablagerungstemperaturen in dem Schnittstellenbereich, dem Zwischenbereich und einem Oberflächenbereich sind in der Tabelle 1 angegeben. Die schaftfräserförmigen Basismaterialien wurden in einen Aufrechtzustand gebracht, sodass deren zugehörigen vorderen Enden aufwärts weisen. Dann wurde in einem Vakuum eine Diamantschicht abgelagert durch Beladen mit einer Reaktionsgaszusammensetzung: Methan (4 Vol.-%) und Wasserstoff (Rest) von einem Zuführungseinlass in einen Reaktionsofen. Bei Probe Nr. 1 war ein Methangehaltverhältnis in der Ausgangsphase des Ablagerns als 2 Vol.-% festgelegt.
Die abgelagerte Diamantschicht wurde an einer Zwischenposition einer Schneidkantenlänge ausgehend vom vorderen Ende zu einem Basisende des Schaftfräsers geschnitten, und eine Raman-Spektroskopie wurde am ersten Messpunkt P, am zweiten Messpunkt Q und am dritten Messpunkt R in einem Querschnitt davon ausgeführt. Dann wurde ein SP3-Verhältnis (SP3-Stärke/(SP3-Stärke + SP2-Stärke)) berechnet ausgehend von einem Stärkenverhältnis einer SP3-Peakstärke eines SP3-Peaks und einer SP2-Peakstärke eines SP2-Peaks. Weiter wurde die Diamantschicht, welche auf der Oberfläche des Schaftfräsers abgelagert wird, einer SEM-Untersuchung unterzogen und wurde ein mittlerer Partikeldurchmesser von Diamantkristallen auf der Schneidkante mittels eines Luzex-Bildanalyseverfahrens ermittelt.
Weiter wurde eine Bruchoberfläche der Diamantschicht einer SEM-Untersuchung unterzogen, um eine Dicke des Schnittstellenbereichs und eine Dicke des Zwischenbereichs zu messen. Von der SEM-Untersuchung wurde die Schnittstelle zwischen dem Basismaterial und der Diamantschicht verfolgt und wurde eine Maximalhöhe Ry ausgehend von einer Ortskurve davon gemäß JISB0601 berechnet. Das Ergebnis wurde als eine Schnittstellenrauheit verwendet. Von einer EPMA-Analyse wurde eine Untersuchung angestellt, ob der basismaterialseitige Schnittstellenbereich in der Oberfläche des Basismaterials des Schaftfräsers vorliegt. Eine Dicke eines Bereichs, dessen Kobaltgehalt um 5 Gew.-% oder mehr als ein Kobaltgehalt bei einer Tiefe von 500 µm ausgehend von der Oberfläche des Basismaterials abgenommen hat, wurde abgeschätzt. Wenn der basismaterialseitige Schnittstellenbereich vorliegt, wurde das Vorliegen des Kobalts überprüft durch eine TEM-Analyse und wurde die Anwesenheit oder Abwesenheit von granularem Kobalt, welches in einer Granulatgestalt vorliegt, überprüft. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 3 gezeigt.

Eine Schnittleistung wurde abgeschätzt durch Ausführen eines Schnitttests unter Verwendung der erhaltenen Schaftfräser unter den folgenden Schnittbedingungen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt.
Schnittverfahren: Nuterstellung
Arbeitsmaterial: CFRP
Schnittgeschwindigkeit (Zustellung): 120 mm/min
Zustellerrate: 0,075 mm/Schneidkante
Schnitttiefe: 8 mm in der Tiefe bei Ø 6 mm Bohrdurchmesser
Schnittzustand: in Trockenbedingung
Abschätzverfahren: Schnittlänge und der Zustand des Schaftfräsers, wenn es unmöglich wurde, zu bearbeiten (als Schnittzustand in der Tabelle angezeigt), wurden überprüft. [Tabelle 1]

Probe Nr.	Alkalisches Ultraschallätzen¹⁾	Basismaterial			Ablagerungstemperatur			Schnittstellenrauheit (µm)
Probe Nr.	Alkalisches Ultraschallätzen¹⁾	Basismaterial seitiger Schnittstellenbereich (µm)	Granulares Co	Aussparung der Kristalle	Schnitt stellen bereich	Zwischenbereich	Oberflächenbreich	Schnittstellenrauheit (µm)
I-1	Ja	3,0	Liegt vor	Liegt vor	900	860	760	0,25
I-2	Ja	2,5	Liegt vor	Liegt vor	900	860	760	0,31
I-3	Ja	3,5	Liegt vor	Liegt vor	900	860	700	0,35
I-4	Ja	1,0	Liegt vor	Liegt vor	900	900	720	0,41
I-5	Nein	1,5	Liegt vor	Liegt nicht vo	900	860	760	0,20
I-6	Ja	4,0	Liegt nicht vor	Liegt vor	850	820	650	0,79
I-7	Ja	2,0	Liegt vor	Liegt vor	900	860	-	0,47
I-8	Ja	5,0	Liegt nicht vor	Liegt vor	840	840	760	0,88
I-9	Nein	4,5	Liegt nicht vor	Liegt nicht vor	860	860	700	0,35
I-10	Nein	2,5	Liegt vor	Liegt nicht vor	900	900	700	0,35

¹⁾ Alkalisches Ätzen wurde in einer Ultraschallreinigungsvorrichtung mit einer Leistung von 100 W für 30 Minuten ausgeführt [Tabelle 2]

[Tabelle 3]

Probe Nr.	Dicke (µm)			Schnittleistung
Probe Nr.	Schnittstellenbereich	Zwischenbereich	Oberflächenbereich	Schnittlänge (m)	Schnittzustand
I-1	1,0	8,9	1,0	520	Gleichförmige Abnutzung
I-2	0,8	8,9	0,8	500	Gleichförmige Abnutzung
I-3	1,2	8,2	1,6	490	Gleichförmige Abnutzung
I-4	0,6	11,2	1,3	460	Gleichförmige Abnutzung
I-5	1,5	8,9	0,7	450	Abplatzen
I-6	2,0	7,1	2,2	440	Gleichförmige Abnutzung
I-7	0,4	8,7	-	420	Mehrfache Verschweißungen
I-8	2,5	4,8	3,0	400	Gleichförmige Abnutzung
I-9	-	9,2	1,2	250	Abschälen
I-10	-	10,2	1,3	280	Bruch

Die Tabellen 1 bis 3 zeigen die folgenden Ergebnisse. Die Bruchwiderstandsfähigkeit der Diamantschicht war verschlechtert und ein Bruch trat an der Schneidkante in den Proben Nr. I-9 und I-10 auf, bei welchen das SP3-Verhältnis am ersten Messpunkt P und das SP3-Verhältnis am zweiten Messpunkt Q in der Diamantschicht gleich waren.
Im Gegensatz dazu waren bei den Proben Nr. I-1 bis I-8 die Schnittlängen groß, welche innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen. Insbesondere waren die Bearbeitungslängen bei den Proben Nr. I-1 bis I-5 groß, bei welchen ein Verhältnis (d2/d1) 1,0–1,2 war.
Die Schnittlängen bei den Proben Nr. I-1 bis I-4 waren groß, bei welchen eine Eigenspannung am ersten Messpunkt P der Diamantschicht eine Druckspannung war und eine Eigenspannung am zweiten Messpunkt Q eine Zugspannung war. Die Diamantschicht hatte eine große Adhäsion, kein Abplatzen wurde an der Schneidkante beobachtet, wenn das Schneiden beendet wurde, und ein stabiles Schneiden wurde in den Proben Nr. I-1 bis I-4 und I-6 bis I-8 erzielt, bei welchen die Hauptkristallphase, welche sich an der Schnittstelle der Hauptkristallphase befindet, die das Basismaterial bilden, eine Aussparung an einer Oberfläche entgegengesetzt zur Diamantschicht hatte. Die Diamantschicht hatte eine gute Adhäsion und kein abnormales Abplatzen wurde an der Schneidkante beobachtet, wenn das Schneiden beendet wurde, bei den Proben Nr. I-1 bis I-4 und I-6 bis I-8, bei welchen die Schnittstellenrauheit zwischen dem Basismaterial und der Diamantschicht 0,01–0,5 µm war, wobei der basismaterialseitige Schnittstellenbereich vorliegt, dessen Kobaltgehalt bei einer Tiefe von 0,5–5 µm ausgehend von der Oberfläche des Basismaterials 5 geringer war als ein Kobaltgehalt bei eine Tiefe von 500 µm ausgehend von der Oberfläche des Basismaterials, und wobei das Kobalt in dem basismaterialseitigen Schnittstellenbereich in einer granularen Gestalt vorlag.
Die Bearbeitungslängen bei den Proben Nr. 1 bis 7 war groß, bei welchen in der Diamantschicht eine Dicke t₁ des Schnittstellenbereichs 0,1–2 µm und ein Verhältnis (t₂/t₁) der Dicke t₁ des Schnittstellenbereichs und eine Dicke t₂ des Zwischenbereichs 2–50 war. Eine große Anzahl von Verschweißungen wurde bei der Schneidkante nicht beobachtet, wenn das Schneiden beendet wurde, bei den Proben Nr. I-1 bis I-6 und I-8, bei welchen das SP3-Verhältnis am dritten Messpunkt R an der Oberflächenseite der Diamantschicht geringer war als das SP3-Verhältnis am zweiten Messpunkt Q, nämlich eine dritte Diamantschicht mit einem niedrigen SP3-Verhältnis vorhanden war.
Beispiel 2
Zu Wolframcarbidpulver (WC), welches einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,5 µm hat, wurde eine Menge von 10 Gew.-% metallischem Kobaltpulver (Co), eine Menge von 0,2 Gew.-% von Titancarbidpulver (TiC) und eine Menge von 0,8 Gew.-% von Chromcarbidpulver (Cr₃C₂) hinzu gegeben und miteinander vermischt. Die Mischung wurde in einer Zylindergestalt geformt und gesintert. Nachfolgend wurde diese in eine Bohrergestalt gebracht durch Unterziehen einer Schleifbearbeitung und eines Schärfungsvorgangs, wobei die saure Behandlung und die alkalische Behandlung unter den gleichen Bedingungen wie beim Beispiel 1 ausgeführt wurden. Nachfolgend wurde die Oberfläche des Basismaterials mit destilliertem Wasser gewaschen, um ein Bohrer-Basismaterial herzustellen (ein Durchmesser von 6 mm, eine Schneidkantenlänge von 10 mm, eine Kerndicke von 3 mm und zwei Nuten). Wenn die alkalische Behandlung ausgeführt wurde, wurde eine wässrige alkalische Lösung in einem Behälter für eine Ultraschallreinigungsvorrichtung vorbereitet, welche abrasive Diamantkörner aufweist, welche einen mittleren Partikeldurchmesser von 5 µm haben, und wurde das Bohrer-Basismaterial darin eingetaucht und unter den Bedingungen für das Ultraschallreinigen unter Verwendung von Leistung und Zeitdauer, welche in der Tabelle 1 angegeben sind, behandelt. Die Schnittstellenrauheit des Basismaterials wurde gesteuert durch Ändern der Schleifbearbeitungsbedingung und Ätzbearbeitungsbedingung.
Eine Diamantschicht wurde auf der Oberfläche des Basismaterials durch die gleiche Ablagerungsvorrichtung wie bei Beispiel 1 abgelagert. Das Bohrer-Basismaterial wurde auf 900 °C erwärmt und Gase wurden in einem Vakuum während des Ablagerns beladen, insbesondere eine Reaktionsgaszusammensetzung für 5 Minuten in der Ausgangsphase: Wasserstoff (97 Vol.-%) und Methan (1 Vol.-%), eine Reaktionsgaszusammensetzung in der mittleren Phase: Wasserstoff (97 Vol.-%) und Methan (3 Vol.-%), und eine Reaktionsgaszusammensetzung in der späten Phase für zehn Minuten: Wasserstoff (97 Vol.-%) und Methan (5 Vol.-%). An der abgelagerten Beschichtungsschicht wurden Messungen an einer Endseite und an einer mittleren Position des Basismaterials der Diamantschicht ausgeführt durch eine Raman-Spektroskopie, und die SP3-Verhältnisse (S_1e, S_1g, Sse, S_2g) wurden abgeschätzt.
An einer Bruchoberfläche des Bohrers wurde die Beschichtungsschicht einer SEM-Untersuchung unterzogen und wurden ein Partikeldurchmesser Dd eines maximalen Diamantkristalls, ein mittlerer Partikeldurchmesser dW von Diamantcarbidkristallen und deren Verhältnis (Dd/dW) mittels eines Luzex-Bildanalyseverfahrens erhalten. Nachfolgend wurde ein Querschnitt der Beschichtungsschicht, welche sich am vorderen Ende des Bohrers befindet, und von einer, welche sich an einer Position 10 mm hinter dem vorderen Ende befindet, einer SEM-Untersuchung unterzogen, und wurde eine Dicke der Beschichtungsschicht gemessen. Von der SEM-Untersuchung wurde die Schnittstelle zwischen dem Basismaterial und der Diamantschicht verfolgt und wurde eine maximale Höhe Ry ausgehend von einer Ortskurve davon gemäß JISB0601 berechnet. Das Ergebnis wurde als eine Schnittstellenrauheit verwendet. Der basismaterialseitige Schnittstellenbereich war 3,0 µm durch gleiches Überprüfen wie beim Beispiel 1.
Die Dicken des Schnittstellenbereichs, des Zwischenbereichs und des Oberflächenbereichs wurden in der gleichen Art wie in Beispiel 1 gemessen. Wenn der basismaterialseitige Schnittstellenbereich im Basismaterial vorlag, wurde ein Vorkommen des Kobalts in dem basismaterialseitigen Schnittstellenbereich durch eine TEM-Analyse überprüft und wurde die Anwesenheit oder Abwesenheit von granularem Kobaltpartikeln überprüft. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 4 und 5 gezeigt.

Eine Schnittleistung wurde abgeschätzt durch Ausführen eines Schnitttests unter Verwendung der erhaltenen Bohrer unter den folgenden Schnittbedingungen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt.
Schnittverfahren: Bohren (Durchgangsloch)
Arbeitsmaterial: CFRP
Schnittgeschwindigkeit (Zustellung): 100 mm/min
Zustellerrate: 0,075 mm/Schneidkante
Schnitttiefe: 8 mm in der Tiefe bei Ø 6 mm Bohrdurchmesser
Schnittzustand: Trockenbedingung
Abschätzverfahren: Nach dem Bohren von 1500 Löcher wurden eine Abnutzungsbreite des vorderen Endes der Schneidkante (angezeigt als Abnutzungsbreite in der Tabelle) und eine Bearbeitungslänge gemessen, welche einen Grat verursacht, und wurde der Zustand des Bohrers überprüft, wenn es unmöglich wurde, zu bohren. [Tabelle 4]

[Tabelle 5]

Probe Nr.	Dicke (µm)					Schnittleistung
Probe Nr.	t_x	t_z	t_g	t_z/t_x	t_g/t_x	Schnittlänge (m)	Schnittzustand
II-1	12,1	9,1	8,2	0,72	0,68	520	Gleichförmige Abnutzung
II-2	10,0	8,5	7,5	0,85	0,75	500	Gleichförmige Abnutzung
II-3	9,7	6,1	7,1	0,63	0,73	490	Gleichförmige Abnutzung
II-4	9,2	7,8	6,7	0,85	0,73	460	Gleichförmige Abnutzung
II-5	8,5	7,5	6,2	0,88	0,73	450	Gleichförmige Abnutzung
II-6	14,1	8,0	10,8	0,57	0,77	440	Gleichförmige Abnutzung
II-7	11,0	10,7	10,5	0,97	0,95	420	Abplatzen
II-8	7,9	7,9	7,6	1,00	0,96	400	Gesteigerte Abnutzung
II-9	8,3	8,3	8,3	1,00	1,00	250	Abschälen
II-10	8,5	8,5	8,5	1,00	1,00	280	Bruch
II-11	9,1	9,1	9,1	1,00	1,00	300	Abschälen

Die Tabellen 4 und 5 zeigen die folgenden Ergebnisse. Die Schnittlängen bei den Proben Nr. II-9 bis II-11 waren gering, bei welchen das SP3-Verhältnis S_1e am ersten Messpunkt P der Diamantschicht auf der Schneidkante das gleiche war wie das SP3-Verhältnis S_2e am zweiten Messpunkt Q.
Im Gegensatz dazu war bei den Proben Nr. II-1 bis II-8 die Schnittlängen groß, bei welchen das S_1e größer war als das S_2e. Insbesondere war eine Abnutzungswiderstandsfähigkeit bei den Proben Nr. II-1 bis II-7 groß, bei welchen das S_1e 1,1–1,8 und das S_2e 1,0–1,5 war. Die Schnittlängen bei den Proben Nr. II-1 bis II-6 waren groß, bei welchen die Rauheit an der Schnittstelle mit der Diamantschicht 0,12–0,8 µm war.
Bezugszeichenliste

1: beschichtetes Element
2: Basismaterial
3: Beschichtungsschicht
4: Diamantschicht
6: Diamantkristalle
6a: maximaler Diamantkristall
6b: feine Diamantkristalle
8: Hauptkristallphase
10: Schnittstellenbereich bzw. Grenzschichtbereich
12: Zwischenbereich
14: Oberflächenbereich
15: basismaterialseitiger Schnittstellenbereich bzw. Grenzschichtbereich
17: granulare Kobaltpartikel

Claims

Ein beschichtetes Element, aufweisend: ein Basismaterial, und eine Diamantschicht, welche sich auf dem Basismaterial befindet, wobei, wenn ein Verhältnis (SP3/SP2), welches aus einem SP3-Peak, der von Diamantkristallen abgeleitet ist, welche mittels einer Raman-Spektroskopie messbar sind, und einem SP2-Peak erhaltbar ist, der von einer Graphitphase abgeleitet ist, als ein SP3-Verhältnis bezeichnet ist, ein SP3-Verhältnis an einem ersten Messpunkt bei einer Dicke bis zu 1 µm, welche sich von einer Schnittstelle des Basismaterials mit der Diamantschicht in Richtung zur Diamantschicht erstreckt, größer ist als ein SP3-Verhältnis an einem zweiten Messpunkt, welcher in einer Dickenrichtung der Diamantschicht inmitten derselben liegt.
Das beschichtete Element gemäß Anspruch 1, wobei das SP3-Verhältnis am ersten Messpunkt der Diamantschicht 1,1–1,8 ist und das SP3-Verhältnis am zweiten Messpunkt der Diamantschicht 1,0–1,5 ist.
Das beschichtete Element gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Eigenspannung am ersten Messpunkt eine Druckspannung ist und eine Eigenspannung am zweiten Messpunkt eine Zugspannung ist.
Das beschichtete Element gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, weiter aufweisend: einen Schnittstellenbereich einen Schnittstellenbereich, welcher den ersten Messpunkt aufweist, wobei der Schnittstellenbereich einen maximalen Diamantkristall aufweist, welcher einen größten Partikeldurchmesser hat, wenn ein Vergleich hinsichtlich Partikeldurchmesser der Diamantkristalle in einer Dickenrichtung der Diamantschicht in einer Bruchoberfläche, welche das Basismaterial und die Diamantschicht aufweist, angestellt wird.
Das beschichtete Element gemäß Anspruch 4, wobei der Schnittstellenbereich mit einer Dicke von 0,3–2 µm vorliegt.
Das beschichtete Element gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der maximale Diamantkristall in einer Bruchoberfläche der Diamantschicht einen größeren Durchmesser in der Dickenrichtung der Diamantschicht hat und der maximale Diamantkristall ein Aspektverhältnis von 1,8 oder mehr hat.
Das beschichtete Element gemäß irgendeinem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Partikeldurchmesser des maximalen Diamantkristalls in einer Bruchoberfläche der Diamantschicht 0,15–0,5 µm ist.
Das beschichtete Element gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Dicke der Diamantschicht 3–20 µm ist.
Das beschichtete Element gemäß irgendeinem der Ansprüche 4 bis 8, wobei, wenn ein Vergleich hinsichtlich Partikeldurchmesser der Diamantkristalle in einer Dickenrichtung der Diamantschicht in einer polierten Oberfläche, welche das Basismaterial und die Diamantschicht aufweist, angestellt wird, ein Verhältnis (d₂/d₁) eines mittleren Partikeldurchmessers d₁ der Diamantkristalle in dem Schnittstellenbereich und eines mittleren Partikeldurchmessers d₂ der Diamantkristalle in einem Zwischenbereich, welcher sich auf dem Schnittstellenbereich befindet und den zweiten Messpunkt aufweist, 1,0–1,2 ist.
Das beschichtete Element gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei in einer polierten Oberfläche, welche das Basismaterial und die Diamantschicht aufweist, eine Hauptkristallphase, welche das Basismaterial bildet, das sich in der Schnittstelle befindet, eine Aussparung an einer Oberfläche aufweist, welche der Diamantschicht gegenüber liegt.
Das beschichtete Element gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Basismaterial Kobalt enthält, ein basismaterialseitiger Schnittstellenbereich, welcher sich ausgehend von der Schnittstelle mit 0,5–5 µm erstreckt, einen geringeren Gehalt des Kobalts hat als an einer Position 500 µm von der Schnittstelle entfernt, und das Kobalt in einer granularen Form im basismaterialseitigen Schnittstellenbereich vorliegt.
Das beschichtete Element gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Schnittstellenrauheit in der Schnittstelle 0,12–0,8 µm ist.
Das beschichtete Element gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein SP3-Verhältnis an einem dritten Messpunkt bei einer Dicke von bis zu 1 µm, welche sich ausgehend von einer Oberfläche der Diamantschicht erstreckt, geringer ist als das SP3-Verhältnis am zweiten Messpunkt in der Diamantschicht.
Das beschichtete Element gemäß Anspruch 13, wobei, wenn ein Vergleich hinsichtlich Partikeldurchmesser von Diamantkristallen in einer Dickenrichtung der Diamantschicht, in einem polierten Querschnitt, welcher das Basismaterial und die Diamantschicht aufweist, angestellt wird, ein Oberflächenbereich vorliegt, der den dritten Messpunkt aufweist, der Oberflächenbereich kleinere Diamantkristalle als am zweiten Messpunkt aufweist und eine Dicke des Oberflächenbereichs 0,1–2 µm ist.