JP2000064046A - 付着性ｃｖｄダイヤモンドコ―ティングを伴う複合材料物品及びその製造方法 - Google Patents
付着性ｃｖｄダイヤモンドコ―ティングを伴う複合材料物品及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ダイヤモンドコーティングされた複合材料物
品、特に化学気相堆積（ＣＶＤ）によってダイヤモンド
コーティングされた焼結炭化物合金で作られた切削工
具、及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 炭化タングステン基礎物質基材（１０）
をＣＶＤダイヤモンドフィルム（１６）でコーティング
する方法であって、コバルトへの加炭及び表面からのコ
バルトのガス補助気化並びにそれらと同時に起こる炭化
タングステン表面粒子の再結晶化によって、改良された
付着性のためにこれらの粒子の化学量論組成を変えるこ
とを含む方法、並びに比較的微細なＷＣ粒度を持ちそし
て付着性のＣＶＤダイヤモンドコーティングされたＷＣ
−Ｃｏ切削工具とする。
品、特に化学気相堆積（ＣＶＤ）によってダイヤモンド
コーティングされた焼結炭化物合金で作られた切削工
具、及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 炭化タングステン基礎物質基材（１０）
をＣＶＤダイヤモンドフィルム（１６）でコーティング
する方法であって、コバルトへの加炭及び表面からのコ
バルトのガス補助気化並びにそれらと同時に起こる炭化
タングステン表面粒子の再結晶化によって、改良された
付着性のためにこれらの粒子の化学量論組成を変えるこ
とを含む方法、並びに比較的微細なＷＣ粒度を持ちそし
て付着性のＣＶＤダイヤモンドコーティングされたＷＣ
−Ｃｏ切削工具とする。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤモンドコー
ティングされた複合材料物品、特に化学気相成長（ＣＶ
Ｄ）によってダイヤモンドコーティングされた焼結炭化
物合金（ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅ）で作られ
た切削工具に関する。
ティングされた複合材料物品、特に化学気相成長（ＣＶ
Ｄ）によってダイヤモンドコーティングされた焼結炭化
物合金（ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅ）で作られ
た切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドのいくつかの性質、例えば
その硬さ及び熱伝導性は、過度の摩耗によって寿命が制
限される物品、例えば切削工具に適用するコーティング
又は薄膜として使用するのに非常に望ましい。しかしな
がら、ダイヤモンドは脆性物質なので、モノリシックの
様式では他の従来の切削工具物質、例えば炭化タングス
テン又はＰＤＣ（多結晶ダイヤモンド圧粉体）の靱性が
ない。靱性は瞬間的な又は高い衝撃の力がもたらされる
ことがある環境、例えば断続的な切削での切削工具物質
の性能に特に重要である。薄膜又はコーティングとして
のダイヤモンドの使用は、薄膜の耐摩耗性の利点を利用
し、一方では基礎となる基材の基礎物質のバルクの性質
（靱性）の利点を利用する。しかしながら、これらの利
点をうまく利用するために、ダイヤモンドフィルムの基
礎となる基材への付着強度は、薄膜と基材が”複合材
料”の系として機能することを可能にしなければならな
い。非常に大きな残留応力をもたらすフィルムと基材の
熱膨張の不一致のために、いくらかの基礎物質ではこれ
は特に難題であることがある。加えて、いくらかの基礎
物質の化学組成は、フィルムと基材の間の強い結合の形
成を害し又は妨げることがある。これらの効果を無視す
ると、非常に弱い結合がもたらされることがあり、また
結果として使用の間に、基材の基礎物質からのフィルム
又はコーティングの剥離をもたらすことがある。
その硬さ及び熱伝導性は、過度の摩耗によって寿命が制
限される物品、例えば切削工具に適用するコーティング
又は薄膜として使用するのに非常に望ましい。しかしな
がら、ダイヤモンドは脆性物質なので、モノリシックの
様式では他の従来の切削工具物質、例えば炭化タングス
テン又はＰＤＣ（多結晶ダイヤモンド圧粉体）の靱性が
ない。靱性は瞬間的な又は高い衝撃の力がもたらされる
ことがある環境、例えば断続的な切削での切削工具物質
の性能に特に重要である。薄膜又はコーティングとして
のダイヤモンドの使用は、薄膜の耐摩耗性の利点を利用
し、一方では基礎となる基材の基礎物質のバルクの性質
（靱性）の利点を利用する。しかしながら、これらの利
点をうまく利用するために、ダイヤモンドフィルムの基
礎となる基材への付着強度は、薄膜と基材が”複合材
料”の系として機能することを可能にしなければならな
い。非常に大きな残留応力をもたらすフィルムと基材の
熱膨張の不一致のために、いくらかの基礎物質ではこれ
は特に難題であることがある。加えて、いくらかの基礎
物質の化学組成は、フィルムと基材の間の強い結合の形
成を害し又は妨げることがある。これらの効果を無視す
ると、非常に弱い結合がもたらされることがあり、また
結果として使用の間に、基材の基礎物質からのフィルム
又はコーティングの剥離をもたらすことがある。
【０００３】様々な種類の平らな切削工具及び回転式の
切削工具のための最も重要な基礎物質の１つは、焼結炭
化物合金、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）セラミッ
ク粒子をコバルト（Ｃｏ）バインダーのマトリックス中
で焼結したものである。この種の物質の有用性は、金属
の延性相（Ｃｏバインダー）とそれによって焼結又は結
合した硬い研磨作用相（ＷＣ粒子）との組み合わせに基
づいている。金属バインダー相は一方で焼結炭化物合金
に靱性を与えるが、この成分はＣＶＤダイヤモンドフィ
ルムとの付着を達成することを困難にする主な原因であ
る。ＣＶＤダイヤモンド合成の典型的な条件下では、一
般にコバルトであるが鉄又はニッケルでもよい焼結炭化
物合金のバインダー相は、気相ＣＶＤダイヤモンド成長
種と相互作用をして、そしてダイヤモンドの代わりに又
はダイヤモンドに加えてグラファイト状物質の形成を触
媒することがある。基材上にグラファイトの相が形成さ
れることは結果として、フィルムと基材との間の不十分
な付着をもたらす。加えて、ダイヤモンドフィルムの化
学気相成長の間に、バインダー相はダイヤモンドと基材
の界面を溶解させることがあり、それによってフィルム
と基材との界面の接触面積が減少して機械的な結合を弱
める。最後に、ダイヤモンドフィルムと基材の熱膨張率
の不一致は、成長の後のダイヤモンドフィルムに大きい
残留応力を典型的にもたらし、それは界面の完全性を更
に妨げる。
切削工具のための最も重要な基礎物質の１つは、焼結炭
化物合金、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）セラミッ
ク粒子をコバルト（Ｃｏ）バインダーのマトリックス中
で焼結したものである。この種の物質の有用性は、金属
の延性相（Ｃｏバインダー）とそれによって焼結又は結
合した硬い研磨作用相（ＷＣ粒子）との組み合わせに基
づいている。金属バインダー相は一方で焼結炭化物合金
に靱性を与えるが、この成分はＣＶＤダイヤモンドフィ
ルムとの付着を達成することを困難にする主な原因であ
る。ＣＶＤダイヤモンド合成の典型的な条件下では、一
般にコバルトであるが鉄又はニッケルでもよい焼結炭化
物合金のバインダー相は、気相ＣＶＤダイヤモンド成長
種と相互作用をして、そしてダイヤモンドの代わりに又
はダイヤモンドに加えてグラファイト状物質の形成を触
媒することがある。基材上にグラファイトの相が形成さ
れることは結果として、フィルムと基材との間の不十分
な付着をもたらす。加えて、ダイヤモンドフィルムの化
学気相成長の間に、バインダー相はダイヤモンドと基材
の界面を溶解させることがあり、それによってフィルム
と基材との界面の接触面積が減少して機械的な結合を弱
める。最後に、ダイヤモンドフィルムと基材の熱膨張率
の不一致は、成長の後のダイヤモンドフィルムに大きい
残留応力を典型的にもたらし、それは界面の完全性を更
に妨げる。
【０００４】ダイヤモンドフィルムのＷＣ−Ｃｏ物質へ
の付着を改良する初期の試みから、研究者はいくつかの
技術を使用してＷＣ−Ｃｏ物質の表面からコバルトを除
去するようになった。キクチらの米国特許第４７３１２
９６号明細書は、コバルト濃度が１〜４重量％のＷＣ−
Ｃｏを基礎物質とする基材中へ０．１〜１．０μｍに至
るまで延びるコバルト濃度が減少した「エッチング層」
の形成を論じている。この方法は、グラファイトの優先
的な堆積なくしてダイヤモンドフィルムの核形成及び成
長を促進する。しかしながら、バインダー相の化学的な
除去に基づく方法は、ダイヤモンドコーティングをされ
た物品の有益性に影響を与えることがあるいくつかの欠
点を持つ。自由表面粒子の一般的な寸法よりも深い深さ
までのバインダー相の除去は、ＷＣ−Ｃｏ物品の表面で
の脆化した層の形成をもたらす。加えられる応力、例え
ば成長の後でダイヤモンドフィルムにかかる残留応力又
は物品の使用の間に受ける応力が存在する場合に、ＷＣ
粒子の結合の減損による又はこの脆化した領域でのクラ
ックの広がりによる界面の破損は剥離をもたらす。他方
で、自由表面のＷＣ粒子の一般的な寸法よりも浅い深さ
までのバインダー相の除去は、通常、界面を通る拡散へ
の物理的なバリヤーを作らない限りは、ダイヤモンドと
バインダー相の相互作用をもたらす。更に、これらの取
り組みは、金属切削の研磨用途に必要とされる界面破壊
靱性を提供するのに必要な、機械的に靱性の界面クラッ
ク偏向（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）機構を作る手段を持た
ない。
の付着を改良する初期の試みから、研究者はいくつかの
技術を使用してＷＣ−Ｃｏ物質の表面からコバルトを除
去するようになった。キクチらの米国特許第４７３１２
９６号明細書は、コバルト濃度が１〜４重量％のＷＣ−
Ｃｏを基礎物質とする基材中へ０．１〜１．０μｍに至
るまで延びるコバルト濃度が減少した「エッチング層」
の形成を論じている。この方法は、グラファイトの優先
的な堆積なくしてダイヤモンドフィルムの核形成及び成
長を促進する。しかしながら、バインダー相の化学的な
除去に基づく方法は、ダイヤモンドコーティングをされ
た物品の有益性に影響を与えることがあるいくつかの欠
点を持つ。自由表面粒子の一般的な寸法よりも深い深さ
までのバインダー相の除去は、ＷＣ−Ｃｏ物品の表面で
の脆化した層の形成をもたらす。加えられる応力、例え
ば成長の後でダイヤモンドフィルムにかかる残留応力又
は物品の使用の間に受ける応力が存在する場合に、ＷＣ
粒子の結合の減損による又はこの脆化した領域でのクラ
ックの広がりによる界面の破損は剥離をもたらす。他方
で、自由表面のＷＣ粒子の一般的な寸法よりも浅い深さ
までのバインダー相の除去は、通常、界面を通る拡散へ
の物理的なバリヤーを作らない限りは、ダイヤモンドと
バインダー相の相互作用をもたらす。更に、これらの取
り組みは、金属切削の研磨用途に必要とされる界面破壊
靱性を提供するのに必要な、機械的に靱性の界面クラッ
ク偏向（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）機構を作る手段を持た
ない。
【０００５】ダイヤモンド／バインダーの相互作用に対
する物理的なバリヤー又はいわゆる「拡散バリヤー」
は、バリヤー相とダイヤモンドフィルムの間の相互作用
を妨げて付着を改良できることが認識されている。その
ような層の適当な選択は、ダイヤモンドフィルムの熱膨
張率と基礎となる基材の熱膨張率の中間の熱膨張率を持
つ中間層物質を選択することによって、ダイヤモンドフ
ィルムと基礎となる基材の間の残留応力を減少させるこ
ともできる。しかしながら、この中間層のアプローチ
は、複雑で高価であり、そして他の技術が達成する界面
の靱性を増加させないので好ましくはない。
する物理的なバリヤー又はいわゆる「拡散バリヤー」
は、バリヤー相とダイヤモンドフィルムの間の相互作用
を妨げて付着を改良できることが認識されている。その
ような層の適当な選択は、ダイヤモンドフィルムの熱膨
張率と基礎となる基材の熱膨張率の中間の熱膨張率を持
つ中間層物質を選択することによって、ダイヤモンドフ
ィルムと基礎となる基材の間の残留応力を減少させるこ
ともできる。しかしながら、この中間層のアプローチ
は、複雑で高価であり、そして他の技術が達成する界面
の靱性を増加させないので好ましくはない。
【０００６】Ｆｅｉｓｔｒｉｔｚｅｒらに発行された米
国特許第５４１５６７４号明細書は、表面ＷＣ粒子を気
化させそして再結晶化させる技術を開示している。この
方法は、表面の下（ｓｕｂ−ｓｕｒｆａｃｅ）のバイン
ダー減少領域を作る方法のかなりの改良である。しかし
ながらこの方法は、低い温度で行うので、自由表面ＷＣ
粒子の素早い粒子成長を行えない。上述のような研磨条
件下でのダイヤモンドフィルムの付着に必要な、自由表
面の化学組成又はＷＣ−Ｃｏの自由表面の構造的な特徴
の重要な詳細に関しては論じていない。
国特許第５４１５６７４号明細書は、表面ＷＣ粒子を気
化させそして再結晶化させる技術を開示している。この
方法は、表面の下（ｓｕｂ−ｓｕｒｆａｃｅ）のバイン
ダー減少領域を作る方法のかなりの改良である。しかし
ながらこの方法は、低い温度で行うので、自由表面ＷＣ
粒子の素早い粒子成長を行えない。上述のような研磨条
件下でのダイヤモンドフィルムの付着に必要な、自由表
面の化学組成又はＷＣ−Ｃｏの自由表面の構造的な特徴
の重要な詳細に関しては論じていない。
【０００７】サイジョウらに発行された米国特許第５１
００７０３号明細書は、５００〜１２００℃の温度の酸
素と水素を含む脱炭性ガスを使用して、４重量％又はそ
れ未満のバインダー相を持つＷＣ−Ｃｏを処理する方法
を開示している。自由表面ＷＣ粒子の脱炭（ｄｅｃａｒ
ｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）は、ＣＶＤダイヤモンド成長の
間の再加炭（ｒｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）を促進
し、従ってダイヤモンドフィルムと基材の化学結合を促
進すると言え、この特許明細書で開示される方法は、Ｗ
Ｃ粒子がバルクのＷＣ粒子よりも小さい自由表面をもた
らす。従ってこの方法は、研磨作用の大きい用途で不可
欠な、クラック偏向又は界面靱性機構を含まない。
００７０３号明細書は、５００〜１２００℃の温度の酸
素と水素を含む脱炭性ガスを使用して、４重量％又はそ
れ未満のバインダー相を持つＷＣ−Ｃｏを処理する方法
を開示している。自由表面ＷＣ粒子の脱炭（ｄｅｃａｒ
ｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）は、ＣＶＤダイヤモンド成長の
間の再加炭（ｒｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）を促進
し、従ってダイヤモンドフィルムと基材の化学結合を促
進すると言え、この特許明細書で開示される方法は、Ｗ
Ｃ粒子がバルクのＷＣ粒子よりも小さい自由表面をもた
らす。従ってこの方法は、研磨作用の大きい用途で不可
欠な、クラック偏向又は界面靱性機構を含まない。
【０００８】Ｇｒａｂらに発行された米国特許第５６４
８１１９号明細書は、「機械的な付着要素」を改良する
粗くされた基材の作成を開示している。粗さは、表面に
配置されたＷＣ粒子の粒子成長をもたらす第２の再焼結
プロセスを物品に行うことによって提供する。しかしな
がら、ここで説明されるような表面での適切な粒子成長
のために必要とされる時間と温度は、バインダー相組成
物のかなりの減少に加えて、バルク物質のいくらかの粒
子成長ももたらす。この種の物質のいくつかの機械的性
質は、バインダー相の含有率に比例する。従って、この
方法の実施に起因するバインダー含有率のこの減少は、
重要な特性、例えば破壊靱性及び横破断強さの低下をも
たらすことがある。
８１１９号明細書は、「機械的な付着要素」を改良する
粗くされた基材の作成を開示している。粗さは、表面に
配置されたＷＣ粒子の粒子成長をもたらす第２の再焼結
プロセスを物品に行うことによって提供する。しかしな
がら、ここで説明されるような表面での適切な粒子成長
のために必要とされる時間と温度は、バインダー相組成
物のかなりの減少に加えて、バルク物質のいくらかの粒
子成長ももたらす。この種の物質のいくつかの機械的性
質は、バインダー相の含有率に比例する。従って、この
方法の実施に起因するバインダー含有率のこの減少は、
重要な特性、例えば破壊靱性及び横破断強さの低下をも
たらすことがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】強力に付着したダイヤ
モンドフィルムで焼結炭化物合金の物質をコーティング
する方法であって、基材バルクの特性を低下させない
で、結合の機械的及び化学的要素の両方を最適化する方
法が必要とされている。
モンドフィルムで焼結炭化物合金の物質をコーティング
する方法であって、基材バルクの特性を低下させない
で、結合の機械的及び化学的要素の両方を最適化する方
法が必要とされている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の発明者らは、バ
インダーの一部を表面及び表面粒子の一部分の周りから
取り除いてそれらの表面を露出させると、これらＷＣ粒
子の粒子成長が、物品のバルク内で起こる粒子成長の機
構とは異なる機構によって起こるという意外な知見を得
た。これらの条件下では、表面粒子の粒子成長は、同じ
温度における物品内部の粒子の成長の２倍程度の速さで
進む。従って、初めに表面のバインダーのいくらかを除
去し、そしてその後、粒子成長条件を確立することによ
って、近接するバルク物質に有害な効果を実質的に少し
も与えないような短い時間で、表面粒子の成長を達成す
ることができる。
インダーの一部を表面及び表面粒子の一部分の周りから
取り除いてそれらの表面を露出させると、これらＷＣ粒
子の粒子成長が、物品のバルク内で起こる粒子成長の機
構とは異なる機構によって起こるという意外な知見を得
た。これらの条件下では、表面粒子の粒子成長は、同じ
温度における物品内部の粒子の成長の２倍程度の速さで
進む。従って、初めに表面のバインダーのいくらかを除
去し、そしてその後、粒子成長条件を確立することによ
って、近接するバルク物質に有害な効果を実質的に少し
も与えないような短い時間で、表面粒子の成長を達成す
ることができる。
【００１１】本発明の新しい方法によれば、１０００℃
よりも低いある温度でバインダー相の一部を除去するた
めに、焼結炭化物合金物品を初めに何らかの化学的、電
気化学的、又は他の手段によって処理する。そのような
手段の例は、稀釈ＨＮＯ3 でのエッチングによる。バイ
ンダー相の除去は、約１〜４μｍの深さ及び物品の全バ
インダー相含有量の０．００５％〜０．０４％に制限す
るべきである。その後、物品を高温でガス雰囲気中にお
いて表面処理し、表面領域の露出した粒子の自由表面か
らいくらかの追加のバインダーを除去し、一方で同時
に、露出した表面粒子の間に残っているバインダーの表
面深さ領域（ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｐｔｈｒｅｇｉｏ
ｎ）に加炭する。バインダーの除去と同時に、ＷＣ粒子
の大きさが成長し、それらの自由表面領域が化学量論組
成の変化を受け、炭素がいくらか減少した状態になる。
ダイヤモンド成長条件にさらすと、炭素が減少したこれ
らの粒子の自由表面領域が初めに再加炭され、そしてそ
のようにする間に、堆積したダイヤモンドとの強い化学
結合が形成される。本発明の方法によれば、粒子寸法が
比較的小く表面粗さが小さいＷＣにＣＶＤダイヤモンド
を付着させることが可能になり、したがって、望ましい
ことがある比較的なめらかな表面仕上げが得られる。さ
らに、得られるコーティングされた物品は、ダイヤモン
ドの剥離を妨げるために界面のクラックの偏向を最大化
するダイヤモンド／基材界面の本質的な構造の特徴も持
つ。
よりも低いある温度でバインダー相の一部を除去するた
めに、焼結炭化物合金物品を初めに何らかの化学的、電
気化学的、又は他の手段によって処理する。そのような
手段の例は、稀釈ＨＮＯ3 でのエッチングによる。バイ
ンダー相の除去は、約１〜４μｍの深さ及び物品の全バ
インダー相含有量の０．００５％〜０．０４％に制限す
るべきである。その後、物品を高温でガス雰囲気中にお
いて表面処理し、表面領域の露出した粒子の自由表面か
らいくらかの追加のバインダーを除去し、一方で同時
に、露出した表面粒子の間に残っているバインダーの表
面深さ領域（ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｐｔｈｒｅｇｉｏ
ｎ）に加炭する。バインダーの除去と同時に、ＷＣ粒子
の大きさが成長し、それらの自由表面領域が化学量論組
成の変化を受け、炭素がいくらか減少した状態になる。
ダイヤモンド成長条件にさらすと、炭素が減少したこれ
らの粒子の自由表面領域が初めに再加炭され、そしてそ
のようにする間に、堆積したダイヤモンドとの強い化学
結合が形成される。本発明の方法によれば、粒子寸法が
比較的小く表面粗さが小さいＷＣにＣＶＤダイヤモンド
を付着させることが可能になり、したがって、望ましい
ことがある比較的なめらかな表面仕上げが得られる。さ
らに、得られるコーティングされた物品は、ダイヤモン
ドの剥離を妨げるために界面のクラックの偏向を最大化
するダイヤモンド／基材界面の本質的な構造の特徴も持
つ。
【００１２】即ち本発明の方法は、金属バインダー物質
中に埋め込まれた硬質セラミック粒子を含む複合材料物
品の表面を調製する方法であって、（ａ）１，０００℃
を超えない物品温度で行うコーティングしようとする表
面のいくらかのバインダーの除去、（ｂ）コーティング
しようとする表面に露出されている粒子の自由表面から
のガス補助気化による追加のバインダー物質の除去、
（ｃ）この追加のバインダー物質の除去と同時に行う自
由表面の粒子の成長及び熱脱炭の誘発、を含む方法であ
る。また、本発明によれば（ａ）のいくらかのバインダ
ーの除去は、湿式の化学的方法、例えば電気化学的方
法、又は、１，０００℃を超えない物品温度で行う熱的
方法で行うことができ、この熱的方法は約０．５〜２．
０時間にわたって物品を高温に保つことを含むことがで
きる。また本発明によれば、（ｂ）の気化は、元素の水
素雰囲気中で、好ましくは水素の圧力を約１Ｔｏｒｒ
（０．１３３３２ｋＰａ）〜約１００Ｔｏｒｒ（１３．
３３２ｋＰａ）にして、物品の表面をプラズマ処理する
ことによって行うことができ、このプラズマ処理はプラ
ズマジェット装置、例えばｄ．ｃ．アークジェットで行
ってもよい。本発明の１つの態様では、プラズマ処理
は、物品温度を９００℃〜１６００℃、好ましくは１３
５０℃〜１４５０℃にして、０．３〜０．７時間、好ま
しくは約０．５時間にわったって行うことができる。ま
た本発明によれば、プラズマ処理で使用した装置と同じ
装置で、物品をダイヤモンドによってコーティングして
もよい。更に本発明によれば、処理の前に物品の縁をホ
ーニング処理すること及び／又は縁を面取りすることが
できる
中に埋め込まれた硬質セラミック粒子を含む複合材料物
品の表面を調製する方法であって、（ａ）１，０００℃
を超えない物品温度で行うコーティングしようとする表
面のいくらかのバインダーの除去、（ｂ）コーティング
しようとする表面に露出されている粒子の自由表面から
のガス補助気化による追加のバインダー物質の除去、
（ｃ）この追加のバインダー物質の除去と同時に行う自
由表面の粒子の成長及び熱脱炭の誘発、を含む方法であ
る。また、本発明によれば（ａ）のいくらかのバインダ
ーの除去は、湿式の化学的方法、例えば電気化学的方
法、又は、１，０００℃を超えない物品温度で行う熱的
方法で行うことができ、この熱的方法は約０．５〜２．
０時間にわたって物品を高温に保つことを含むことがで
きる。また本発明によれば、（ｂ）の気化は、元素の水
素雰囲気中で、好ましくは水素の圧力を約１Ｔｏｒｒ
（０．１３３３２ｋＰａ）〜約１００Ｔｏｒｒ（１３．
３３２ｋＰａ）にして、物品の表面をプラズマ処理する
ことによって行うことができ、このプラズマ処理はプラ
ズマジェット装置、例えばｄ．ｃ．アークジェットで行
ってもよい。本発明の１つの態様では、プラズマ処理
は、物品温度を９００℃〜１６００℃、好ましくは１３
５０℃〜１４５０℃にして、０．３〜０．７時間、好ま
しくは約０．５時間にわったって行うことができる。ま
た本発明によれば、プラズマ処理で使用した装置と同じ
装置で、物品をダイヤモンドによってコーティングして
もよい。更に本発明によれば、処理の前に物品の縁をホ
ーニング処理すること及び／又は縁を面取りすることが
できる
【００１３】
【発明の実施の形態】以下で説明する本発明の方法は、
先に開示された方法（米国特許第５６３５２５６号及び
同５６７４６２０号明細書）の改良と見なされる。先に
開示された方法の欠点は、１〜２重量％のバインダー相
の減少を含む。ＷＣ−Ｃｏ物質のバインダー相含有率は
基材の機械的特性に強く影響するので、バインダー相含
有率の均一な減少は重要な機械的特性を低下させかねな
い。加えて、たとえ自由表面のＷＣ相の粒度の増加はバ
ルクのそれと比べて数倍の速度で起こるとしても、自由
表面のコバルトを十分に気化させそして自由表面のＷＣ
粒子を成長させるのに必要な処理時間の進行に従って、
いくらかのバルク粒子の成長が観察された。バルク内の
粒子の成長は破壊靱性を低下させることもあるので、バ
ルク粒子の成長を最小化することが望ましい。最後に、
先に開示された方法（米国特許第５６３５２５６号明細
書）では、自由表面又はその近くの小さい粒子の隙間に
バインダー相がまだ存在する。自由表面から見ると、所
望の範囲の表面処理のためには、これらの小さい粒子は
少ない。にもかかわらず、これらの小さい粒子の隙間の
バインダー相は、付着強度を減少させることになるバイ
ンダー相とフィルムの間のいくらかの相互作用をもたら
しかねない。
先に開示された方法（米国特許第５６３５２５６号及び
同５６７４６２０号明細書）の改良と見なされる。先に
開示された方法の欠点は、１〜２重量％のバインダー相
の減少を含む。ＷＣ−Ｃｏ物質のバインダー相含有率は
基材の機械的特性に強く影響するので、バインダー相含
有率の均一な減少は重要な機械的特性を低下させかねな
い。加えて、たとえ自由表面のＷＣ相の粒度の増加はバ
ルクのそれと比べて数倍の速度で起こるとしても、自由
表面のコバルトを十分に気化させそして自由表面のＷＣ
粒子を成長させるのに必要な処理時間の進行に従って、
いくらかのバルク粒子の成長が観察された。バルク内の
粒子の成長は破壊靱性を低下させることもあるので、バ
ルク粒子の成長を最小化することが望ましい。最後に、
先に開示された方法（米国特許第５６３５２５６号明細
書）では、自由表面又はその近くの小さい粒子の隙間に
バインダー相がまだ存在する。自由表面から見ると、所
望の範囲の表面処理のためには、これらの小さい粒子は
少ない。にもかかわらず、これらの小さい粒子の隙間の
バインダー相は、付着強度を減少させることになるバイ
ンダー相とフィルムの間のいくらかの相互作用をもたら
しかねない。
【００１４】ＷＣ−Ｃｏ物質中での自由表面粒子成長の
熱力学的研究では、自由表面の粒子成長の速度は以下の
式で表されるようなものであり、バルクのＷＣ相の粒子
成長速度よりも数倍大きいことが分かった。 （Ｄ2 −Ｄ0 2）／ｔ＝Ｋ （ここでＤは粒子の平均直径、Ｄ0 はＷＣ粒子の初期直
径、Ｋは成長速度定数、そしてｔは時間である）この速
度はいわゆる粒子成長定数Ｋによって定量的に説明する
ことができ、そしてＫはバルクでよりも自由表面で数倍
大きいことが分かった。ＷＣ粒子が十分に自由表面に露
出されるレベルにバインダー相含有率が減少するまで、
Ｋfree-surface（自由表面）はＫbulk（バルク）と同様
なままであることが更に観察された。ＷＣ粒子が十分に
自由表面に露出されると、Ｋfree-s urfaceは図２に示す
ように素早く増加する。ある処理温度範囲と一定の処理
期間で行った同様な実験は、同様な結果をもたらした。
この自由表面の成長速度の増加は、図３に示されるよう
に、自由表面のバインダー相が液体状態のとき（Ｔ≧１
４９３℃）に、このバインダー相が素早い気化によって
除去される点に対応する。
熱力学的研究では、自由表面の粒子成長の速度は以下の
式で表されるようなものであり、バルクのＷＣ相の粒子
成長速度よりも数倍大きいことが分かった。 （Ｄ2 −Ｄ0 2）／ｔ＝Ｋ （ここでＤは粒子の平均直径、Ｄ0 はＷＣ粒子の初期直
径、Ｋは成長速度定数、そしてｔは時間である）この速
度はいわゆる粒子成長定数Ｋによって定量的に説明する
ことができ、そしてＫはバルクでよりも自由表面で数倍
大きいことが分かった。ＷＣ粒子が十分に自由表面に露
出されるレベルにバインダー相含有率が減少するまで、
Ｋfree-surface（自由表面）はＫbulk（バルク）と同様
なままであることが更に観察された。ＷＣ粒子が十分に
自由表面に露出されると、Ｋfree-s urfaceは図２に示す
ように素早く増加する。ある処理温度範囲と一定の処理
期間で行った同様な実験は、同様な結果をもたらした。
この自由表面の成長速度の増加は、図３に示されるよう
に、自由表面のバインダー相が液体状態のとき（Ｔ≧１
４９３℃）に、このバインダー相が素早い気化によって
除去される点に対応する。
【００１５】先に開示された方法を超える本発明の方法
の利点は、以下の１〜４である。 １．従来技術の方法によって一般に起こるバインダー相
の減少が１．００％以上２．５％以下であるのに対し
て、本発明の方法では０．００５％以上０．０４％以下
に制限される。 ２．ＷＣ相の自由表面粒度がより均一な分布になり、自
由表面近くにおいてより小さいＷＣ粒子の隙間にバイン
ダー相が存在する可能性を減少させる。 ３．高温処理時間の減少が、以下の（ａ）及び（ｂ）の
可能性を減少させる。 （ａ）部品の歪み、及び （ｂ）望ましくないバルクのＷＣ相の粒子成長。 ４．処理できる組成範囲を、バインダー相含有率がより
高い組成まで増大させる。
の利点は、以下の１〜４である。 １．従来技術の方法によって一般に起こるバインダー相
の減少が１．００％以上２．５％以下であるのに対し
て、本発明の方法では０．００５％以上０．０４％以下
に制限される。 ２．ＷＣ相の自由表面粒度がより均一な分布になり、自
由表面近くにおいてより小さいＷＣ粒子の隙間にバイン
ダー相が存在する可能性を減少させる。 ３．高温処理時間の減少が、以下の（ａ）及び（ｂ）の
可能性を減少させる。 （ａ）部品の歪み、及び （ｂ）望ましくないバルクのＷＣ相の粒子成長。 ４．処理できる組成範囲を、バインダー相含有率がより
高い組成まで増大させる。
【００１６】本発明の方法によって、基材／ダイヤモン
ド界面の化学組成は、有害なバインダー相−ダイヤモン
ドの反応を最小化するよう制御される。このバインダー
相−ダイヤモンドの反応は、ダイヤモンドフィルムの基
材への化学結合を減少させかねず、また、ダイヤモンド
フィルムからグラファイトへの有害な相転移も誘発しか
ねない。ＷＣ相の相組成は、ダイヤモンドフィルムと基
材の直接の化学結合の密度を最大化するよう制御され
る。化学的な攻撃によってＷＣ粒子を脱炭する化学エッ
チング法と違って、この脱炭は、基材又は界面の機械的
特性を犠牲にしないで達成される。
ド界面の化学組成は、有害なバインダー相−ダイヤモン
ドの反応を最小化するよう制御される。このバインダー
相−ダイヤモンドの反応は、ダイヤモンドフィルムの基
材への化学結合を減少させかねず、また、ダイヤモンド
フィルムからグラファイトへの有害な相転移も誘発しか
ねない。ＷＣ相の相組成は、ダイヤモンドフィルムと基
材の直接の化学結合の密度を最大化するよう制御され
る。化学的な攻撃によってＷＣ粒子を脱炭する化学エッ
チング法と違って、この脱炭は、基材又は界面の機械的
特性を犠牲にしないで達成される。
【００１７】本発明による方法は、界面の微細構造組成
を制御することを可能にして、界面の空隙によるクラッ
ク核形成部位を最少化し、且つ界面クラック伝達に抵抗
する靱性用のクラック偏向機構を提供する。この特徴は
本質的に、界面で核を形成することがあるクラックを捕
捉又は偏向させて、そしてこれらのクラックの伝達を妨
げ、それによってダイヤモンドの剥離を抑制する。クラ
ック偏向機構は、表面への著しい損傷、例えば研磨又は
ブラスチングに起因する損傷なしで発生する。更に、本
発明の方法は基材のために比較的小さいＷＣの粒度を持
つ基礎物質を使用することを可能にし、それによっては
るかになめらかなダイヤモンドコーティング表面を得
る。これはダイヤモンドコーティングの表面状態が、基
礎となる基材の表面状態を反映する傾向があるためであ
る。
を制御することを可能にして、界面の空隙によるクラッ
ク核形成部位を最少化し、且つ界面クラック伝達に抵抗
する靱性用のクラック偏向機構を提供する。この特徴は
本質的に、界面で核を形成することがあるクラックを捕
捉又は偏向させて、そしてこれらのクラックの伝達を妨
げ、それによってダイヤモンドの剥離を抑制する。クラ
ック偏向機構は、表面への著しい損傷、例えば研磨又は
ブラスチングに起因する損傷なしで発生する。更に、本
発明の方法は基材のために比較的小さいＷＣの粒度を持
つ基礎物質を使用することを可能にし、それによっては
るかになめらかなダイヤモンドコーティング表面を得
る。これはダイヤモンドコーティングの表面状態が、基
礎となる基材の表面状態を反映する傾向があるためであ
る。
【００１８】本発明の方法の一般的な特徴
本発明によれば、１０重量％までのＣｏを伴う商業的に
入手できるＷＣ−Ｃｏをバルク領域１２に含み、約０．
２５μｍ〜１．０μｍの範囲の平均粒度を持ち、そして
断片の断面が図１に示されている物品１０を焼結させ
て、焼結炭化物合金物品を作る。その後、この物品をチ
ップフォーミング、又は他の複雑な表面の特徴を含むこ
とがある最終的な所望の形状に研磨する。その後、コー
ティングする物品の表面を、例えば稀釈硝酸（ＨＮ
Ｏ3 ）によって、約１〜４μｍの深さまでエッチングし
て、表面からのバインダー相の減少が、約０，００５％
〜約０．０４％であるようにする。エッチングは他の手
段、例えば電気化学的方法で行ってもよい。その後、同
時に（ａ）自由表面のバインダー相の気化、（ｂ）自由
表面におけるＷＣ粒子の成長の誘発、及び（ｃ）ＷＣの
脆性イータ（η）相（Ｍ6Ｃ、Ｍ12Ｃ）の形成を伴ずに
自由表面のＷＣ粒子を炭素が不足した比率にする化学量
論組成の変化、を行うために物品を活性な水素、炭化水
素、又は不活性ガスの存在下で高温の処理にかける。そ
のように製造された自由表面は微細構造的に粗くされて
おりそしてコバルトを含まず、且つこのＷＣ相は脱炭さ
れている（バルクＷＣ粒子と比較して）。この方法の重
要な特徴は、バルク１２内のＷＣ粒子がこの方法によっ
て本質的に変化しないことである。その後、バインダー
相の拡散を表面深さ領域１４から界面までに制限する温
度と時間の条件下で、５〜５０μｍの厚さのダイヤモン
ドフィルム１６によって基材をコーティングする。
入手できるＷＣ−Ｃｏをバルク領域１２に含み、約０．
２５μｍ〜１．０μｍの範囲の平均粒度を持ち、そして
断片の断面が図１に示されている物品１０を焼結させ
て、焼結炭化物合金物品を作る。その後、この物品をチ
ップフォーミング、又は他の複雑な表面の特徴を含むこ
とがある最終的な所望の形状に研磨する。その後、コー
ティングする物品の表面を、例えば稀釈硝酸（ＨＮ
Ｏ3 ）によって、約１〜４μｍの深さまでエッチングし
て、表面からのバインダー相の減少が、約０，００５％
〜約０．０４％であるようにする。エッチングは他の手
段、例えば電気化学的方法で行ってもよい。その後、同
時に（ａ）自由表面のバインダー相の気化、（ｂ）自由
表面におけるＷＣ粒子の成長の誘発、及び（ｃ）ＷＣの
脆性イータ（η）相（Ｍ6Ｃ、Ｍ12Ｃ）の形成を伴ずに
自由表面のＷＣ粒子を炭素が不足した比率にする化学量
論組成の変化、を行うために物品を活性な水素、炭化水
素、又は不活性ガスの存在下で高温の処理にかける。そ
のように製造された自由表面は微細構造的に粗くされて
おりそしてコバルトを含まず、且つこのＷＣ相は脱炭さ
れている（バルクＷＣ粒子と比較して）。この方法の重
要な特徴は、バルク１２内のＷＣ粒子がこの方法によっ
て本質的に変化しないことである。その後、バインダー
相の拡散を表面深さ領域１４から界面までに制限する温
度と時間の条件下で、５〜５０μｍの厚さのダイヤモン
ドフィルム１６によって基材をコーティングする。
【００１９】処理の初期の段階で自由表面のＷＣ粒子
は、一般的なオストワルト熟成及び再結晶化を受ける。
これに続いて、ＷとＣ原子の連続的な物質移動はＷＣ相
の粒子成長をもたらす。しかしながら、自由表面での条
件が表面ＷＣ粒子の素早い粒子成長を持続させる一方
で、バルク物質内の粒子ははるかに遅い速度で成長す
る。このために、微細粒子ＷＣ−Ｃｏ物質の重要な機械
的な利点は、バルク物質内で保持される。連続的な処理
では、自由表面の個々のＷＣ粒子の化学量論組成は、個
々の粒子に化学量論組成の勾配が存在する様式で変化す
る。これらの条件下での連続的な処理又は焼きなまし
は、自由表面のＷＣ粒子の炭素濃度を本質的に減少させ
ることによって、炭素が不足したＷＣ−Ｃｏ相である脆
性のイータ層の形成を最終的に導く。本発明の気化粒子
成長熱脱炭プロセスは、処理条件の範囲で時間及び温度
を適当に変化させることによって達成することができ
る。粒子成長の過程で、いくらかのコバルトは表面に向
かって移動し、露出されている炭化タングステン粒子の
間を満たす。これは、基材と基材に堆積したダイヤモン
ドフィルムとの間に空隙が作られることを防ぐ。
は、一般的なオストワルト熟成及び再結晶化を受ける。
これに続いて、ＷとＣ原子の連続的な物質移動はＷＣ相
の粒子成長をもたらす。しかしながら、自由表面での条
件が表面ＷＣ粒子の素早い粒子成長を持続させる一方
で、バルク物質内の粒子ははるかに遅い速度で成長す
る。このために、微細粒子ＷＣ−Ｃｏ物質の重要な機械
的な利点は、バルク物質内で保持される。連続的な処理
では、自由表面の個々のＷＣ粒子の化学量論組成は、個
々の粒子に化学量論組成の勾配が存在する様式で変化す
る。これらの条件下での連続的な処理又は焼きなまし
は、自由表面のＷＣ粒子の炭素濃度を本質的に減少させ
ることによって、炭素が不足したＷＣ−Ｃｏ相である脆
性のイータ層の形成を最終的に導く。本発明の気化粒子
成長熱脱炭プロセスは、処理条件の範囲で時間及び温度
を適当に変化させることによって達成することができ
る。粒子成長の過程で、いくらかのコバルトは表面に向
かって移動し、露出されている炭化タングステン粒子の
間を満たす。これは、基材と基材に堆積したダイヤモン
ドフィルムとの間に空隙が作られることを防ぐ。
【００２０】本発明は、基材の自由表面にコバルトのバ
インダー相が本質的にないようにし、これは解析技術、
例えばエネルギー分散分光計（ＥＤＳ）によって確認さ
れる。自由表面からのバインダー相の除去は、（ａ）コ
バルト原子のＷＣ粒子内へのいくらかの拡散、及び
（ｂ）処理ガスによるバインダー相の気化又は同伴（ｅ
ｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ）、の２つの機構で起こる。ＷＣ
−Ｃｏ物質の温度を上昇させることは、気体−液体−固
体の平衡を変化させて、工具により高い金属バインダー
相の分圧をもたらす。不活性ガス、例えば窒素又はアル
ゴンを使用することによってこの蒸気を同伴すること
は、表面のより多くのコバルトを気化させることを可能
にする。気化速度がバルクから表面への拡散速度よりも
大きい場合、自由表面には本質的にバインダー相がなく
なる。この方法を行う温度は、ガス組成とガス速度の関
数である。例えば解離した水素ガスを使用する場合、気
化は、純粋なＣｏの標準融点の温度である１４９５℃よ
りも低い温度で起こる。しかしながら窒素を使用する
と、素早い粒子成長と気化は、その融点の温度又はそれ
よりも高い温度で起こる。バインダー相の融点よりも高
い温度では、成長プロセスは素早くおこる。しかしなが
ら、処理の間の比較的柔らかい物品の状態で重力が誘発
する任意の物品の変形を最小化するために、融点の温度
よりも低い温度が好ましかろう。
インダー相が本質的にないようにし、これは解析技術、
例えばエネルギー分散分光計（ＥＤＳ）によって確認さ
れる。自由表面からのバインダー相の除去は、（ａ）コ
バルト原子のＷＣ粒子内へのいくらかの拡散、及び
（ｂ）処理ガスによるバインダー相の気化又は同伴（ｅ
ｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ）、の２つの機構で起こる。ＷＣ
−Ｃｏ物質の温度を上昇させることは、気体−液体−固
体の平衡を変化させて、工具により高い金属バインダー
相の分圧をもたらす。不活性ガス、例えば窒素又はアル
ゴンを使用することによってこの蒸気を同伴すること
は、表面のより多くのコバルトを気化させることを可能
にする。気化速度がバルクから表面への拡散速度よりも
大きい場合、自由表面には本質的にバインダー相がなく
なる。この方法を行う温度は、ガス組成とガス速度の関
数である。例えば解離した水素ガスを使用する場合、気
化は、純粋なＣｏの標準融点の温度である１４９５℃よ
りも低い温度で起こる。しかしながら窒素を使用する
と、素早い粒子成長と気化は、その融点の温度又はそれ
よりも高い温度で起こる。バインダー相の融点よりも高
い温度では、成長プロセスは素早くおこる。しかしなが
ら、処理の間の比較的柔らかい物品の状態で重力が誘発
する任意の物品の変形を最小化するために、融点の温度
よりも低い温度が好ましかろう。
【００２１】上述のような表面微細構造及び化学組成の
進展に続いて、表面をダイヤモンドフィルムでコーティ
ングする。ＣＶＤダイヤモンド核形成の初期段階又は誘
導期間の間に、炭素源のガスは自由表面ＷＣ粒子を再加
炭し、それによって界面におけるダイヤモンドフィルム
とＷＣ粒子の間の直接の化学結合を促進する。それによ
ってダイヤモンドの成長は、バインダー相のバルクから
界面への拡散を抑制する条件下で達成する。
進展に続いて、表面をダイヤモンドフィルムでコーティ
ングする。ＣＶＤダイヤモンド核形成の初期段階又は誘
導期間の間に、炭素源のガスは自由表面ＷＣ粒子を再加
炭し、それによって界面におけるダイヤモンドフィルム
とＷＣ粒子の間の直接の化学結合を促進する。それによ
ってダイヤモンドの成長は、バインダー相のバルクから
界面への拡散を抑制する条件下で達成する。
【００２２】例１
Ｃｏバインダーが６重量％、平均粒度が０．５〜１．０
μｍであり、そして研削自由表面を持つ商業的に入手す
ることができるＷＣ−Ｃｏ切削工具スローアウェイチッ
プのコーティングしようとする表面を約１〜４μｍの深
さまで、例えば稀釈硝酸（ＨＮＯ3 ）で、エッチング
し、表面からのバインダー相の減少が約０，００５％〜
約０．０４％になるようにした。エッチングは他の手
段、例えば電気化学的な方法で行ってもよい。その後、
このスローアウェイチップを商業的に入手できる真空焼
結グラファイト炉に配置した。試料はグラファイトとＳ
ｉＣの粒子のベットに配置した。グラファイトは、Ｓｉ
Ｃ粒子の層を覆うグラファイトペイントの形であった。
グラファイトは、イータ相物質の形成を抑制するために
存在している。ＳｉＣ粒子は、スローアウェイチップと
支持のための炉の備品との間に遮断層（バリヤー）を作
り、そのような備品へのスローアウェイチップの溶融を
妨げる。約４５分間にわたって０．３０Ｔｏｒｒ（４
０．００Ｐａ）の圧力下で窒素を流しながら、１５６０
℃の温度に試料を加熱し、そして室温まで冷却した。厳
密な時間、温度、及びバインダー相の炭素濃度を制御し
て、バインダー相の気化、及びＷＣ相の成長と脱炭を促
進した。これらのパラメーターは、バッチサイズと処理
する部材の形状寸法の関数であり、当業者は容易に確認
することができる。処理の後で、ＥＤＳ（エネルギー分
散分光計）、ＸＲＤ（Ｘ線回析）、及びＳＥＭ（走査型
電子顕微鏡）による特徴付けを、ＷＣ−Ｃｏ物品の自由
表面に行った。ＥＤＳは、表面にＷが存在してＣｏが存
在しないことを明らかにした。ＸＲＤは、ＣｏとＷＣが
イータ相物質を作っていないことを明らかにした。ＳＥ
Ｍは、柱状面の伸張によるＷＣ相における自由表面の粒
子成長を示した。この部品をその後３０μｍの厚さのダ
イヤモンドフィルムでコーティングして、そして送り込
み速度２５００ｆｅｅｔ／ｍｉｎ（７６２ｍ／ｍｉ
ｎ）、切り込み送り０．００５ｉｎｃｈ／ｒｅｖ（０．
１２７ｍｍ／ｒｅｖ）、及び切削深さ０．０２５インチ
（０．６３５ｍｍ）でＲｅｙｎｏｌｄのＡ３９０アルミ
ニウム素材を加工することによって試験した。工具寿命
は、ＰＤＣを先端に取り付けた切削工具スローアウェイ
チップに同様な試験を行った工具寿命の約５０％であっ
た。工具は、ダイヤモンドフィルムの剥離によってでは
なく過剰な摩耗によって破損した。
μｍであり、そして研削自由表面を持つ商業的に入手す
ることができるＷＣ−Ｃｏ切削工具スローアウェイチッ
プのコーティングしようとする表面を約１〜４μｍの深
さまで、例えば稀釈硝酸（ＨＮＯ3 ）で、エッチング
し、表面からのバインダー相の減少が約０，００５％〜
約０．０４％になるようにした。エッチングは他の手
段、例えば電気化学的な方法で行ってもよい。その後、
このスローアウェイチップを商業的に入手できる真空焼
結グラファイト炉に配置した。試料はグラファイトとＳ
ｉＣの粒子のベットに配置した。グラファイトは、Ｓｉ
Ｃ粒子の層を覆うグラファイトペイントの形であった。
グラファイトは、イータ相物質の形成を抑制するために
存在している。ＳｉＣ粒子は、スローアウェイチップと
支持のための炉の備品との間に遮断層（バリヤー）を作
り、そのような備品へのスローアウェイチップの溶融を
妨げる。約４５分間にわたって０．３０Ｔｏｒｒ（４
０．００Ｐａ）の圧力下で窒素を流しながら、１５６０
℃の温度に試料を加熱し、そして室温まで冷却した。厳
密な時間、温度、及びバインダー相の炭素濃度を制御し
て、バインダー相の気化、及びＷＣ相の成長と脱炭を促
進した。これらのパラメーターは、バッチサイズと処理
する部材の形状寸法の関数であり、当業者は容易に確認
することができる。処理の後で、ＥＤＳ（エネルギー分
散分光計）、ＸＲＤ（Ｘ線回析）、及びＳＥＭ（走査型
電子顕微鏡）による特徴付けを、ＷＣ−Ｃｏ物品の自由
表面に行った。ＥＤＳは、表面にＷが存在してＣｏが存
在しないことを明らかにした。ＸＲＤは、ＣｏとＷＣが
イータ相物質を作っていないことを明らかにした。ＳＥ
Ｍは、柱状面の伸張によるＷＣ相における自由表面の粒
子成長を示した。この部品をその後３０μｍの厚さのダ
イヤモンドフィルムでコーティングして、そして送り込
み速度２５００ｆｅｅｔ／ｍｉｎ（７６２ｍ／ｍｉ
ｎ）、切り込み送り０．００５ｉｎｃｈ／ｒｅｖ（０．
１２７ｍｍ／ｒｅｖ）、及び切削深さ０．０２５インチ
（０．６３５ｍｍ）でＲｅｙｎｏｌｄのＡ３９０アルミ
ニウム素材を加工することによって試験した。工具寿命
は、ＰＤＣを先端に取り付けた切削工具スローアウェイ
チップに同様な試験を行った工具寿命の約５０％であっ
た。工具は、ダイヤモンドフィルムの剥離によってでは
なく過剰な摩耗によって破損した。
【００２３】例２
Ｃｏが６重量％、平均粒度が０．５μｍ〜１．０μｍで
あり、そして研削自由表面を持つ商業的に入手すること
ができるＷＣ−Ｃｏ切削工具スローアウェイチップのコ
ーティングしようとする表面を約１〜４μｍの深さま
で、例えば稀釈硝酸（ＨＮＯ3 ）で、エッチングし、表
面からのバインダー相の減少が約０，００５％〜約０．
０４％になるようにした。エッチングは他の手段、例え
ば電気化学的方法で行ってもよい。その後、試料をｄｃ
アークジェットＣＶＤダイヤモンド堆積装置に配置し
た。本発明と同じ譲渡人に譲渡された１９９５年６月７
日に提出され共に継続中のＪ．Ｏｌｓｏｎの米国特許出
願第０８／４７３１９８号明細書「ＳＰＩＮＮＩＮＧ
ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＨＯＬＤＥＲ ＦＯＲ ＣＵＴＴ
ＩＮＧ ＴＯＯＬ ＩＮＳＥＲＴＳ ＦＯＲ ＩＭＰＲ
ＯＶＥＤ ＡＲＣ−ＪＥＴ ＤＩＡＭＯＮＤ ＤＥＰＯ
ＳＩＴＩＯＮ」で説明されるような堆積の間の温度と処
理条件の正確な制御を可能にするホルダーに試料を配置
した。解離した水素の存在下に、試料を約５Ｔｏｒｒ
（０．６６６６ｋＰａ）の圧力で１２００℃〜１３５０
℃の温度に加熱した。ＷＣ−Ｃｏ切削工具スローアウェ
イチップの表面を、約０．５時間の間これらの条件に維
持し、この間に、５分間隔で低濃度（約０．１０％）の
メタンガスを断続的に循環させた。気化させるバインダ
ー相の拡散輸送（ゲッタリング）は、処理するスローア
ウェイチップに近接した低温放熱器の存在によって制御
した。上述のように、自由表面はＥＤＳ、ＸＲＤ、及び
ＳＥＭによって特徴付けを行った。ＥＤＳは、表面にＷ
が存在してＣｏが存在しないことを明らかにした。ＸＲ
Ｄは、ＣｏとＷＣがイータ相を作っていないことを明ら
かにした。ＳＥＭは、柱状面の伸張によるＷＣ相におけ
る自由表面の粒子成長を示した。イータ相物質の形成を
抑制するために必要とされる気相炭素は、例えばホルダ
ーのポケットにグラファイトを配置することによって、
固体供給源として提供することもできる。
あり、そして研削自由表面を持つ商業的に入手すること
ができるＷＣ−Ｃｏ切削工具スローアウェイチップのコ
ーティングしようとする表面を約１〜４μｍの深さま
で、例えば稀釈硝酸（ＨＮＯ3 ）で、エッチングし、表
面からのバインダー相の減少が約０，００５％〜約０．
０４％になるようにした。エッチングは他の手段、例え
ば電気化学的方法で行ってもよい。その後、試料をｄｃ
アークジェットＣＶＤダイヤモンド堆積装置に配置し
た。本発明と同じ譲渡人に譲渡された１９９５年６月７
日に提出され共に継続中のＪ．Ｏｌｓｏｎの米国特許出
願第０８／４７３１９８号明細書「ＳＰＩＮＮＩＮＧ
ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＨＯＬＤＥＲ ＦＯＲ ＣＵＴＴ
ＩＮＧ ＴＯＯＬ ＩＮＳＥＲＴＳ ＦＯＲ ＩＭＰＲ
ＯＶＥＤ ＡＲＣ−ＪＥＴ ＤＩＡＭＯＮＤ ＤＥＰＯ
ＳＩＴＩＯＮ」で説明されるような堆積の間の温度と処
理条件の正確な制御を可能にするホルダーに試料を配置
した。解離した水素の存在下に、試料を約５Ｔｏｒｒ
（０．６６６６ｋＰａ）の圧力で１２００℃〜１３５０
℃の温度に加熱した。ＷＣ−Ｃｏ切削工具スローアウェ
イチップの表面を、約０．５時間の間これらの条件に維
持し、この間に、５分間隔で低濃度（約０．１０％）の
メタンガスを断続的に循環させた。気化させるバインダ
ー相の拡散輸送（ゲッタリング）は、処理するスローア
ウェイチップに近接した低温放熱器の存在によって制御
した。上述のように、自由表面はＥＤＳ、ＸＲＤ、及び
ＳＥＭによって特徴付けを行った。ＥＤＳは、表面にＷ
が存在してＣｏが存在しないことを明らかにした。ＸＲ
Ｄは、ＣｏとＷＣがイータ相を作っていないことを明ら
かにした。ＳＥＭは、柱状面の伸張によるＷＣ相におけ
る自由表面の粒子成長を示した。イータ相物質の形成を
抑制するために必要とされる気相炭素は、例えばホルダ
ーのポケットにグラファイトを配置することによって、
固体供給源として提供することもできる。
【図１】図１は、本発明の１つの態様によるＣＶＤダイ
ヤモンドコーティングされた基礎物質基材の断片のおお
よその横断面図である。
ヤモンドコーティングされた基礎物質基材の断片のおお
よその横断面図である。
【図２】図２は、表面粒度と比較したバルク粒度の処理
時間に対するグラフである。
時間に対するグラフである。
【図３】図３は、表面粒度と比較したバルク粒度の処理
温度に対するグラフである。
温度に対するグラフである。
１０…物品
１２…バルク
１４…表面深さ領域
１６…ダイヤモンドフィルム
Claims (14)
- 【請求項１】 金属バインダー物質中に埋め込まれた硬
質セラミック粒子を含む複合材料物品の表面を調製する
方法であって、以下の（ａ）〜（ｃ）を含む方法。 （ａ）コーティングしようとする表面のバインダーの一
部を１，０００℃を超えない物品温度で除去すること。 （ｂ）ガスに支援される気化により、コーティングしよ
うとする表面に露出されている粒子の自由表面から追加
のバインダー物質を除去すること。 （ｃ）前記追加のバインダー物質の除去と同時に自由表
面での粒子の成長及び熱脱炭を誘発すること。 - 【請求項２】 前記バインダーの一部の除去を、湿式の
化学的方法によって行う請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記化学的方法が電気化学的方法である
請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記バインダーの一部の除去が、１，０
００℃を超えない物品温度で行う熱的方法によるもので
ある請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記熱的方法が、０．５〜２．０時間に
わたって物品を高温に保つことを含む請求項４に記載の
方法。 - 【請求項６】 元素の水素雰囲気中で物品の表面をプラ
ズマ処理にかけることによって、前記気化を行う請求項
１〜５のうちのいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項７】 前記水素が１Ｔｏｒｒ（０．１３３３２
ｋＰａ）〜１００Ｔｏｒｒ（１３．３３２ｋＰａ）の圧
力である請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 前記プラズマ処理をプラズマジェット装
置で行う請求項６又は７に記載の方法。 - 【請求項９】 前記プラズマ処理を０．３〜０．７時間
にわたって行い、物品温度を９００℃〜１６００℃の温
度に保つ請求項６〜８のうちのいずれか１項に記載の方
法。 - 【請求項１０】 前記プラズマジェット装置が、ｄ．
ｃ．アークジェットである請求項８又は９に記載の方
法。 - 【請求項１１】 前記プラズマ処理で使用した装置と同
じ装置で、物品をダイヤモンドフィルムによってコーテ
ィングすることを含む請求項６〜１０のうちのいずれか
１項に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記プラズマ処理を０．３〜０．７時
間にわたって行い、物品温度を１３５０℃〜１４５０℃
の温度に保つ請求項６〜１１のうちのいずれか１項に記
載の方法。 - 【請求項１３】 処理の前に物品の縁をホーニング処理
する請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載の方
法。 - 【請求項１４】 処理の前に物品の縁を面取りする請求
項１〜１３のうちのいずれか１項に記載の方法。
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