JP2002530537A - ダイヤモンド被覆切削工具と製造方法 - Google Patents

ダイヤモンド被覆切削工具と製造方法

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JP2002530537A JP2000584121A JP2000584121A JP2002530537A JP 2002530537 A JP2002530537 A JP 2002530537A JP 2000584121 A JP2000584121 A JP 2000584121A JP 2000584121 A JP2000584121 A JP 2000584121A JP 2002530537 A JP2002530537 A JP 2002530537A
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Abstract

(57)【要約】 タングステン、炭素およびコバルトから成る基体(20)を有する被覆本体であって、その基体が表面(22,24)を形成する被覆本体。イータ相が基体の表面(22,24)に存在する。繊維状炭化タングステン粒子が、基体(20)の表面(22,24)に存在する。基体(20)の表面(22,24)は、約12マイクロインチよりも大きい表面荒さRaを有する。被覆層(34)が基体(20)の表面(22,24)上にある。被覆本体を製造するプロセスであって、タングステン、カーバイドおよびコバルトから成る基体(20)を形成する段階において、基体(20)は上にイータ相を備える少なくとも1つの表面(22,24)を有する段階と、イータ相の少なくとも一部分を繊維状炭化タングステン粒子へ変換するに足る期間、少なくとも部分真空下で約1250°C乃至約2000°Cの温度で変換熱処理を、表面(22,24)上にイータ相を備える基体(20)が受ける段階において、繊維状炭化タングステン粒子が表面(22,24)に存在し、それにより基体表面(22,24)が12マイクロインチよりも大きい表面荒さRaを示す段階と、および被膜(34)を基体(20)の表面(22,24)へ被覆する段階と、から構成されるプロセス。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 技術分野 本発明は、強力に接着したダイアモンド被覆をその上に有するコバルト接合炭
化タングステン基体を有する切削工具に関する。
【0002】 背景技術 従来から、ロウ付けされた多結晶ダイアモンド(PCD)付刃切削差込み工具
、および化学的蒸着(CVD)ダイアモンド被覆を有する切削差込み工具が、一
定の用途において材料の削り取りに使用されている。これらの材料の削り取り用
途用の被加工材料には、快削アルミニウム合金、高珪素アルミニウム、非鉄材料
(例えば銅、青銅および黄銅)、セラミック材料、繊維強化材料、黒鉛積層材料
、ナイロン、アクリル樹脂、フェノール樹脂材料、金属マトリックス複合材料(
例えばアルミニウムマトリックス中の炭化珪素、またはアルミナ)、プラスチッ
ク、ゴムおよび木材が含まれていた。これらのPCD切削差込み工具は、容認で
きるように機能したが、それぞれの切削差込み工具について切れ刃が1つだけで
あるという固有の欠点を有した。これは、Grabなどへ付与された米国特許第
5,585,176号(本特許出願の譲受者であるペンシルバニア州Latro
beにあるKennametal Inc.へ譲渡された)に示されるように、
多切れ刃を有するCVDダイアモンド被覆切削差込み工具と対照的であった。こ
れらの初期のCVDダイアモンド被覆切削差込み工具は容認できるように機能し
たが、ダイアモンド被覆切削差込み工具を製造する他のプロセスを開発するニー
ズ、および所期通り機能する不可欠な特性を有する、これらの他のプロセスによ
り製造されるダイアモンド被覆切削差込み工具を開発するニーズが依然としてあ
る。これらの特性には、時期尚早なフレ−キングを避けるように被覆が基体へ強
力に接着されること、被覆の厚さは、妥当な工具寿命を提供するに足るように厚
いこと、および切れ刃の先鋭度は、容認できる被加工物表面仕上げ(すなわち容
認できる表面荒さ)を実現できるに足るように鋭いことが含まれる。
【0003】 発明の開示 本発明の一形態において、本発明は、タングステン、炭素およびコバルトから
成る基体を有する被覆本体である。基体は表面を形成する。イータ相が基体の表
面に存在する。繊維状炭化タングステン粒子が基体の表面に存在する。基体の表
面は、約12マイクロインチよりも大きい表面荒さRaを有する。被覆層が基体
の表面上にある。
【0004】 本発明の他の形態において、本発明は、その上にイータ相を備える少なくとも
1つの表面を有し、かつタングステン、炭素およびコバルトから成る基体を形成
する段階と、イータ相の少なくとも一部分を繊維状炭化タングステン粒子へ変換
するに足る期間、少なくとも部分真空下で約1250°C乃至約2000°Cの
温度で変換処理を、表面上にイータ相を備える基体が受ける段階において、それ
により繊維状炭化タングステン粒子は、基体表面が、それにより12マイクロイ
ンチよりも大きい表面荒さRaを示すように表面に存在する段階と、および 被膜を基体の表面へ被覆する段階と、から構成される被覆本体を製造するプロ
セスである。
【0005】 本発明のさらに他の形態において、本発明は、タングステン、炭素およびコバ
ルトから成る基体を形成する段階において、基体は少なくとも1つに表面を形成
し、また基体は、炭化タングステン粒子の成長を生じるように粗面化熱処理を受
けているので、基体の表面は少なくとも12マイクロインチの表面荒さRaを有
し、また粗面化熱処理により、基体の表面におけるコバルトの濃度が減少する、
段階と、基体の表面にイータ相を形成するように粗面化熱処理を受けた基体の表
面を酸化する段階と、イータ相の少なくとも一部分を繊維状炭化タングステン粒
子へ変換するに足る期間、少なくとも部分真空下で約1250°C乃至約200
0°Cの温度で変換熱処理を、表面上にイータ相を備える基体が受ける段階にお
いて、繊維状炭化タングステン粒子が表面に存在し、それにより、基体表面は、
12マイクロインチよりも大きい表面荒さRaを示す段階と、および被膜を基体
の表面へ被覆する段階と、から構成される被覆本体を製造するプロセスである。
【0006】 発明を実施するための最良の形態 図面を参照すると、図1は、一般に10で表示される、本発明の切削差込み工
具の特定の実施例を示す。切削差込み工具10は、すくい面12と逃げ面14を
有し、それらの面が交差して切れ刃16を形成する。切削差込み工具10は、底
面18をさらに有する。
【0007】 図2を参照すると、切削差込み工具10は、基体すくい面22と基体逃げ面2
4を備える基体20を有する。基体20は、外部領域30と内部領域32も有す
る。外部領域30は、基体20の表面(22と24)を形成する。外部領域30
は、基体の表面(22と24)から、約1マイクロメートル乃至約50マイクロ
メートルの深さだけ、内側へ延びることができる。基体20の基体すくい面22
と基体逃げ面24上にダイアモンド被覆34がある。ダイアモンド被覆34は、
約4マイクロメートル乃至約50マイクロメートルにできる厚さを有する。
【0008】 代表的な基体材料は、例えばタンタル、チタン、ニオブ、クロム、ハフニウム
およびバナジウムのような他の元素の若干の添加の可能性を有する炭化タングス
テンコバルト合金である。これらの他の元素は、典型的には、それらの単純な炭
化物および/または炭化タングステンとの固溶体の形態である。コバルト含有量
は、約0.2重量パーセント乃至約20重量パーセントの範囲にできる。2つの
好ましい基体材料は、ここに記載される表1において組成物No.1および配合
物No.2とここで名付けられる品種から構成される。
【表1】 表1を参照すると、組成が重量パーセントで、硬度がロックウエル(Ra)で
、保磁力がエールステッドで、比重が立方センチメートル当たりグラムで、また
炭化タングステン粒子がマイクロメートル(μm)で示される。組成それぞれの
残りは、タングステンと炭素であり、タングステンと炭素の大部分は炭化タング
ステンの形態である。
【0009】 本発明の属性を実証するために、試験と分析用の実施例が準備された。実施例
の処理に関して、圧粉体を調製するために典型的な粉末冶金技法が使用された。
具体的には粉末成分は、ボールミルで粉砕され、ついで引き続く熱処理のために
、部分的に密度の高い所謂圧粉体に圧縮(例えばピル圧縮)された。圧粉体は、
引き続いて焼結され、成形された差込工具として使用されるか、または所定のサ
イズまで研削される。本特許出願に記載される例において、十分に焼結し研削さ
れた切削差込み工具(SPG422型式)が熱処理されたが、成形された切削差
込み工具を同様な仕方で熱処理できることを理解すべきである。
【0010】 ここに表2は、熱処理のそれぞれを構成する段階を記載し、そこにおいて「T
」は°Cでの温度を表し、「P」はトールでの圧力を表し、および「t」は時間
単位での期間を表す。具体的にはプロセスNo.1とプロセスNo.2はそれぞ
れ3つの段階から成り、またプロセスNo.3は4つの段階から成る。概して言
えば、これらのプロセスのそれぞれにおいて、イータ相の形成は、切削差込み工
具基体が約800°Cの温度に達するときに生じると信じられるので、イータ相
は、基体の低温酸化において生じると言うことができる。イータ相とは、炭素の
不足による二重カーバイド相を意味する。金属ハンドブック、第2巻、第10版
(1990年)、頁951〜977のSanthanamなどの「超硬合金」の
頁951〜952を参照のこと。イータ相は、粉末冶金学(1992年)、第3
5巻、第3号、頁203〜210に記載され、Co−W−C系についての図2a
と2bを含む、「超硬合金と鋼の生成と開発のツールとしての状態図」という題
目のUhrenius,B.による論文により示される。Santhanamな
ど、およびUhreniusの論文が、ここに参照として組み込まれる。イータ
相は、W3Co3C、W6Co6C、W2Co4CおよびW3Co9Cを含む。ついで、
表面にイータ相を備える切削差込み工具基体が1250°C乃至2000°Cの
範囲の温度に達すると、イータ相は、繊維状炭化タングステン粒子へ変換する。
イータ相の変換により存在するコバルトは、基体から蒸発するのが最も可能性が
あるが、一部のコバルトがタングステンと炭素と結合してイータ相を形成する可
能性もある。イータ相と繊維状炭化タングステン粒子との間の容積の相違により
、イータ相の繊維状炭化タングステン粒子への変換は、ダイアモンド被覆の基体
への接着を容易にする基体表面荒さを実現する。
【表2】
【0011】 上述の3つのプロセスそれぞれが、イータ相の形成と、引き続くイータ相の繊
維状炭化タングステン粒子への変換とを実現するが、出願者は、本発明が、そこ
において表面に既にイータ相を有する基体は、イータ相を繊維状炭化タングステ
ン粒子へ変換するように真空で約1250°C乃至約2000°Cの範囲の温度
で熱処理され(例えば真空で焼結され)、イータ相の変換からのコバルトが、基体
の表面から蒸発する可能性が最もあるプロセス(および結果として得られる生成
物)を含むのを意図する。そのようなプロセスの一例は、基体上にイータ相を形
成するように約1000°Cで水素と二酸化炭素の雰囲気を受けた基体から成る
。そのようなプロセスの他の例は、Grabなどに付与された米国特許第5,5
85,176号の開示に従って処理され、ついで表面酸化されて、表面にイータ
相を生成する基体から成る。そのようなプロセスのさらに他の例は、800°C
を超えて加熱されると表面にイータ相を形成するように表面で脱炭される基体か
ら成る。
【0012】 表3は、切削試験を受けた実施例No.1乃至6のそれぞれについての組成物
と処理手順を記載する。
【表3】
【0013】 実施例No.1乃至6の全ては、ダイアモンド被膜で被覆された。実施例No
.1と2に関しての処理は、約775°C乃至850°Cの基体温度で、かつ1
0トールの全ガス圧で、1%メタンと99%水素の混合物内においてCVD(化
学的蒸着)熱フィラメント技法に従ってなされた。DCプラズマジェットまたは
マイクロ波プラズマのような他の技法も、ダイアモンド被覆の蒸着にとり適切な
技法である。被覆プロセスにおいて、被覆処理中の基体の温度が約700°C乃
至875°Cに維持されるのが好ましく、また750°C乃至850°Cに維持
されるのがさらに好ましい。実施例No.3乃至6に関して基体は、約700°
C乃至約1000°Cの範囲の基体温度で典型的に実施されるアークジェットプ
ロセスにより被覆された。
【0014】 ここに表4は、ダイアモンド被覆を有する従来の切削差込み工具と比較した、
本発明の実施例(すなわち実施例No.1乃至6)の切削試験結果を記載する。
切削条件に関して、切削差込み工具は、15°のリード角を有するSPG422
形式の切削差込み工具であり、その速度は毎分2500表面フィート(sfm)
[毎分762表面メートル]であり、その送り量は毎回転0.005インチ(ip
r)[毎回転0.127ミリメートル]であり、切削深さは0.025インチ[0
.635ミリメートル]であり、また切削差込み工具と被加工物は冷却剤に浸漬
された。被加工物材料は、公称17重量%の珪素を有するA390と名付けられ
るアルミニウム珪素合金品種であった。
【0015】 従来の切削差込み工具は、名称従来品1乃至4により示される。第1の従来の
切削差込み工具(すなわち従来品1)は、KD100の名称で米国ペンシルバニ
ア州、LatrobeのKennametal Inc.により販売される市販
のPCD切削差込み工具であった。第2、第3および第4の従来の切削差込み工
具、すなわち従来品2乃至4は、KCD25の名称でKennametal I
nc.により販売される市販のダイアモンド被覆切削差込み工具であり、実施例
No.1と2と同一のダイアモンド被覆熱処理で調製された。Kennamet
alのKCD25切削差込み工具は、ダイアモンド被覆工具と磨耗部品という名
称で、Grabなどに付与された米国特許第5,585,176号(ここに参照
として組み込まれる)の開示に従って製造された。
【表4】 表4において被覆された切削差込み工具の表面荒さRaはマイクロインチ(μイ
ンチ)で示され、切削差込み工具上に蒸着されるダイアモンド被覆の重さはミリ
グラム(mg)で示され、またダイアモンド被覆の平均厚さはマイクロメートル
(μm)で示される。工具寿命は、0.010インチの最大逃げ磨耗を生じるに
要する時間量を表す。切削後の被加工物についての表面荒さの範囲は、マイクロ
インチで示される。表4のコメントにおいて、名称「AW」は摩損により磨耗し
たダイアモンド被覆を意味し、また名称「SE」は、ダイアモンド被覆を通して
磨耗して、基体を露出するに要する時間量(分単位)を指す。
【0016】 表4に記載される結果を参照すると、表面にイータ相を有するダイアモンド被
覆切削差込み工具の全てが、磨耗により破損したが、20倍の光学顕微鏡を通し
てフレーキングは検出されなかった。表面にイータ相を有するダイアモンド被覆
切削差込み工具の磨耗率は、厚さと性能との間の既知の相関関係に従い、そこに
おいてこの相関関係は、Kennametal金属切削試験所におけるA390
アルミニウムについての金属切削試験による本発明者の経験の結果である。30
μm以上のダイアモンド被覆厚さを有する実施例No.1と2は、Kennam
etalのKCD25切削差込み工具と同等の耐摩耗性を有した。また、実施例
No.1と2は、KennametalのKD100PCD切削差込み工具の少
なくとも80%の耐摩耗性をも有した。実施例No.3乃至6は、ダイアモンド
被覆厚さと性能との間の既知の相関関係に従う摩損を有した。これに関しては、
実施例No.3乃至6のダイアモンド被覆の平均厚さは、14μm乃至20μm
の範囲であった。これらの厚さは、約33μm乃至約48μmの範囲である従来
の切削差込み工具の平均厚さ未満であった。
【0017】 一枚歯フライカッターによるフライス削り試験が、3500sfm[毎分10
66.8表面メートル]、0.004ipt[歯当たり0.0102センチメート
ル]、および0.040インチ[0.1016センチメートル]DOCで差込み工
具を使用して実施された。被加工物材料は、11%珪素を含有する383.2ア
ルミニウム珪素合金、および17%珪素を含有するA390アルミニウム珪素合
金であった。切削差込み工具の一部の特性および試験結果が、下記の表5に記載
される。
【表5】 表5において、被覆された切削差込み工具の表面荒さRaはマイクロインチ(μ
インチ)で示され、切削差込み工具上に蒸着されるダイアモンド被覆の重さはミ
リグラム(mg)で示され、またダイアモンド被覆の平均厚さはマイクロメート
ルで示される。工具寿命は、0.010インチの最大逃げ磨耗を生じるに要する
時間量を表す。切削後の被加工物についての表面荒さの範囲は、マイクロインチ
で示される。383.2アルミニウム珪素合金のフライス削りの結果に関して、
磨耗パターンが383.2アルミニウム珪素合金に生じるには長時間を要するの
で、被覆のフレーキングがあるかを確かめるために、3セットの4パスが実施さ
れた。A390のフライス削りの結果に関して、A390アルミニウム珪素合金
における破損判定規準は、被覆の激しいフレーキングであるか、または0.01
0インチの磨耗部位生成に要するパス数であった。表5において名称「NT」は
未試験を意味し、名称「NM」は未測定を意味し、名称「NF」は無フレーキン
グを意味し、また名称「FL」はフレーキングを意味する。
【0018】 383.2アルミニウム珪素合金のフライス削りにおいて、実施例No.5と
6だけが鱗状に剥離した。実施例No.6は、米国特許第5,585,176号
、第9欄、第40乃至42行に従い、かつKennametal金属切削試験所
におけるA390アルミニウムと383.2アルミニウムについての断続切削試
験での本発明者の経験とに従うフライス削りと激しい断続切削の場合に、低過ぎ
た表面荒さにより鱗状に剥離した。実施例No.5が局部的なフレーキングを示
したが、このフレーキングは、A390アルミニウム珪素合金のフライス削りで
切削差込み工具を試験するのを妨げなかった。A390アルミニウム珪素合金の
フライス削りにおいて、30μm以上の被覆厚さと40マイクロインチRaに同
等またはより大きい表面荒さを有するKennametalダイアモンド被覆差
込み工具だけが、KennametalのKCD25切削差込み工具と同等また
はより良好な性能を発揮した。この性能は、米国特許第5,585,176号、
第9欄と第10欄に記載されるA390アルミニウム珪素合金のフライス削りに
ついての既知の相関関係と、かつKennametal金属切削試験所における
A390アルミニウムと383.2アルミニウムについての断続切削試験での本
発明者の経験についての既知の相関関係とに一致する。
【0019】 下記の表6は、図3乃至29それぞれの特徴を記載する。
【表6】
【0020】 ここで図3乃至9の全体を参照すると、図3乃至9に提示されるXRD分析は
、プロセスNo.1乃至3のいずれかに従う熱処理後でかつダイアモンド被膜の
被覆前に、イータ相が基体(2.3乃至2.9重量%のコバルトを有する組成物
No.1の)の表面に存在することを示す。イータ相は、ダイアモンド被膜の被
覆後にも存在した。ダイアモンド被膜の被覆後のイータ相の存在は、ダイアモン
ド被膜の被覆はイータ相を分解しなかったことを示す。ダイアモンド被膜の被覆
後のイータ相の存在は、イータ相内のコバルトがダイアモンドと反応しなかった
ことも示す。当業者に知られているようにコバルトのダイアモンドとの反応は、
望ましくない事象である。図3乃至9に記載される結果は、ここで詳細に検討さ
れる。
【0021】 図3により、プロセスNo.2(表2参照)に従って処理された組成物No.
1(表1参照)のダイアモンド被覆切削差込み工具の上面にイータ相が存在した
ことが明らかである。この切削差込み工具は、表4の実施例No.2と同様であ
った。
【0022】 図4により、プロセスNo.2に従って処理された組成物No.1の基体への
ダイアモンド被膜のアークジェット被覆後に、イータ相が基体の表面に依然存在
したことが明らかである。図4のこの切削差込み工具は、表4の実施例No.4
と同様であった。図5により、イータ相が基体表面上に存在したという点で、図
4の切削差込み工具の表面とこの切削差込み工具上の表面の基本的条件が同一で
あることが明らかである。図5により示される実施例は、ダイアモンド被膜の基
体へのアークジェット被覆後のプロセスNo.3に従って処理された配合物No
.1の切削差込み工具である。図5のこの切削差込み工具は、表4の実施例No
.6と同様である。
【0023】 図6により、プロセスNo.2に従って処理された組成物No.1の基体へのダ
イアモンド被膜の被覆前に、イータ相が表面に存在したことが明らかである。基
体がプロセスNo.2に従って処理された組成物No.1のものであったダイア
モンド被膜切削差込み工具は、図3(熱フィラメント技法)および図4(アーク
ジェット技法)の対象である。図3と4は、ダイアモンド被覆技術それぞれにつ
いて、イータ相が基体の表面に存在したことを示す。かくしてダイアモンド被膜
の被覆(熱フィラメント技法またはアークジェット技法を経ての)により表面上
のイータ相が分解しなかったことが明らかである。ダイアモンド被膜の被覆後の
イータ相の存在により、イータ相内のコバルトが、熱フィラメント技法またはア
ークジェット技法により被覆されたダイアモンドと反応しなかったことも明らか
である。
【0024】 図7は、プロセスNo.1に従って処理された組成物No.1の未被覆基体の
表面にイータ相が存在したことを示す。図8により、プロセスNo.1に従って
処理された基体への熱フィラメント技法によるダイアモンド被膜の被覆後に、組
成物No.1の実施例の上面上にイータ相が存在したことが明らかである。図8
のダイアモンド被覆切削差込み工具は、表4の実施例No.1と同様である。X
RDスペクトルの低速走査により、イータ相ピークの強さが強調される。図9に
より、プロセスNo.1に従って処理された基体へのアークジェット技法による
ダイアモンド被膜の被覆後に、組成物No.1の実施例の上面上にイータ相が存
在したことが明らかである。図9のダイアモンド被覆切削差込み工具は、表4の
実施例No.3と同様である。図7乃至9に記載される結果を比較すると、熱フ
ィラメント技法またはアークジェット技法によるダイアモンド被膜の被覆は、イ
ータ相を分解しなかったことが分かる。図7乃至9のそのような比較により、イ
ータ相内のコバルトはダイアモンドと反応しなかったことも分かる。
【0025】 図10は、Grabなどへ付与された米国特許第5,585,176号に従っ
て調製されたダイアモンド被覆切削差込み工具のXRDスペクトルを示す。この
切削差込み工具は、表4の従来品No.2と同様である。
【0026】 幾つかの未被覆切削差込み工具基体のSEM分析とEDS分析の結果は、図1
1乃至29において記載される。図11乃至29により示される結果の詳細な検
討を以下に述べる。
【0027】 図11乃至13は、走査電子鏡検法(SEM)を経て撮られた種々の倍率での
顕微鏡写真である。これらの顕微鏡写真(図11乃至13)は、プロセスNo.
2に従って処理された組成物No.2の基体縁部の表面を示す。これらの顕微鏡
写真は、切削差込み工具の縁部に沿うイータ相の存在を示す。図12と13は、
基体縁部の表面における繊維状炭化タングステン粒子の存在を示す。これらの繊
維状炭化タングステン粒子は、イータ相の炭化タングステン粒子への部分的変換
と、および熱処理中(すなわち焼結中)にイータ相の変換から存在したコバルト
の蒸発との結果である。そのような繊維状炭化タングステン粒子の成長は、イー
タ相と繊維状炭化タングステン粒子との間の容積の相違により不規則な表面を形
成する。不規則表面の存在により、基体の表面荒さが大きくなる。縁部に沿う側
面計測定により、図11乃至13の切削差込み工具について、45マイクロイン
チの表面荒さRaが示された。
【0028】 図14は、図11乃至13に示される切削差込み工具基体(組成物No.2/
プロセスNo.2)の縁部の表面のEDS分析結果を示す。コバルトが炭化タン
グステン粒子の隙間に存在することは、コバルト接合炭化タングステンにおいて
典型的である。しかしながら図14におけるEDS分析により、差込み工具の縁
部における表面はコバルト接合炭化タングステンに例外的であったことが明らか
である。イータ相検出のための標準実験室手法である、Murakamiの試薬
を使用した、この切削差込み工具の縁部と隅部位の引き続く分析は、Murak
amiの試薬におけるイータ相の急速なエッチングにより、それらの部位にイー
タ相があることが分かった。切削差込み工具の縁部と隅部におけるイータ相の存
在により、これらの部位上でのX線ビームの焦点合わせが妨げられ、かつX線回
折技法を通してのイータ相の種類の識別が妨げられたことが明らかである。
【0029】 図15は、縁部が図11乃至13に示される切削差込み工具(組成物No.2
/プロセスNo.2)の中央部のSEM顕微鏡写真を示す。図16は、図15に
示される同一の中央部位の表面のEDS分析である。図15の顕微鏡写真と図1
6のEDS走査により、イータ相が切削差込み工具基体の中央部に存在しなかっ
たことが明らかである。その表面上のSEMによる引き続く走査により、イータ
相が切削差込み工具の縁部と隅部だけに存在したこと、およびイータ相が切削差
込み工具の中央部に欠如したことが確認された。図15に示される切削差込み工
具(組成物No.2/プロセスNo.2)の中央部は、Grabなどへ付与され
た米国特許第5,585,176号に従って調製された実施例のものと同様な顕
微鏡写真を示す。
【0030】 図11乃至16に示されるものと同様な切削差込み工具基体(組成物No.2
/プロセスNo.2)へのダイアモンド被覆の良好な接着特性を参照すると、(
イータ相が存在しなくても)表面荒さにより切削差込み工具の中央部においてダ
イアモンド被覆の良好な接着がある。というのは、中央部における表面が、表面
荒さによるダイアモンド被覆の接着を記載したGrabなどへ付与された米国特
許第5,585,176号に開示されるものと同様であるからである。受入れ可
能な表面荒さを示した繊維状炭化タングステン粒子の存在により切削差込み工具
基体の縁部と隅部においてダイアモンド被覆の良好な接着がある。かくして切削
差込み工具基体の中央部、および縁部と隅部へのダイアモンド被覆の良好な接着
があることが分る。
【0031】 図17は、差込み工具(組成物No.1/プロセスNo.2)の縁部表面の5
000倍でのSEM顕微鏡写真を示す。図18は、図17に示されるものと同一
の実施例部位であるが、1000倍でのEDSスペクトルを示す。図18のED
Sスペクトルは、コバルトによる大きいピークを示す。図19は、図17に示さ
れる同一部位の7300倍のSEM顕微鏡写真を示す。図19において矢印Aに
対応する囲みは、図20に示されるスポットEDS分析の領域(すなわち囲みに
より決定される部位)を示し、矢印Bに対応する囲みは、図21に示されるスポ
ットEDS分析の領域(すなわち囲みにより決定される部位)を示す。図17と
19は、イータ相である微細組織と繊維状炭化タングステン粒子である微細組織
を示す。上述のように繊維状炭化タングステン粒子は、イータ相の炭化タングス
テンへの部分的変換とコバルトの蒸発との結果であり、そのコバルトは、イータ
相の変換から、および1250°C乃至2000°Cの温度範囲で、かつ真空で
の焼結中に基体表面から生じた。同様な微細組織(すなわちイータ相と繊維状炭
化タングステン粒子)が、図17に示される差込み工具の中央部に観察された。
【0032】 図22は、図17に示される切削差込み工具の中央部表面の5000倍でのS
EM顕微鏡写真である。図23は、図22に示される表面部位(すなわち中央部
)のEDSスペクトルである。図22と23に記載されるSEMとEDSの結果
を、図6に示される同一の切削差込み工具のXRD結果と組合せると、表面構造
は、イータ相から主に構成され、繊維状炭化タングステン粒子が上述のようにイ
ータ相から成長するのが分る。繊維状炭化タングステン粒子の成長により、表面
荒さが大きくなり(増加し)、そのことにより、ダイアモンド被覆の切削差込み
工具基体への接着が向上する。
【0033】 図11乃至16の切削差込み工具の表面と図17乃至23の切削差込み工具の
表面との間に微細組織での相違があることが明らかである。この相違は、図17
乃至23の切削差込み工具基体の中央部表面におけるイータ相と繊維状炭化タン
グステン粒子との存在と対照的に、図11乃至16の切削差込み工具基体の中央
部表面におけるイータ相と繊維状炭化タングステン粒子との欠如にある。両方の
切削差込み工具基体は、隅部と縁部の表面にイータ相と繊維状炭化タングステン
粒子を有した。
【0034】 出願者は、図11乃至16の切削差込み工具と図17乃至23の切削差込み工
具との間の微細組織での相違を説明する理由が存在すると信じる。これらの理由
は、切削差込み工具基体のコバルト含有量の相違と、および中央部に隣接した切
削差込み工具基体と、その縁部と隅部に隣接する切削差込み工具基体の質量の相
違とに関連する。
【0035】 図11乃至16の切削差込み工具基体は、図17乃至23の切削差込み工具基
体のコバルト含有量(すなわち2.3乃至2.9重量%)よりも、大きいコバル
ト含有量(すなわち5.7乃至6.3重量%)を有した。図11乃至16のコバ
ルト含有量の大きい切削差込み工具基体の場合、イータ相の存在による炭素不足
を是正するために熱処理中に移行に利用できる、より多くの炭素が存在した。図
17乃至23のコバルト含有量の小さい切削差込み工具基体の場合、イータ相の
存在による炭素不足を是正するために利用できる炭素は、存在したとしても僅か
であった。かくしてコバルト含有量の大きい切削差込み工具基体においては、イ
ータ相を是正する傾向があったが、コバルト含有量の小さい切削差込み工具基体
においては、そのような傾向が、あったにしても僅かであった。切削差込み工具
基体の中央部表面に隣接する材料の質量は、切削差込み工具基体の縁部(および
隅部)に隣接するものよりも多かった。かくして炭素の移行は、それが生じる限
り、切削差込み工具基体の中央部表面に隣接する方が、切削差込み工具基体の縁
部におけるよりも強力であった。
【0036】 これらの理由により、コバルト含有量の大きい切削差込み工具基体の中央部に
おける炭素の強力な移行は、イータ相の是正を生じ、そのために中央部表面にお
けるイータ相の欠如をもたらしたことが明らかである。イータ相の欠如は、勿論
、イータ相の変換による繊維状炭化タングステン粒子の欠如を生じるであろう。
【0037】 縁部における炭素の強力でない移行のために、コバルト含有量の大きい切削差
込み工具基体の隅部と縁部の表面は、そこに存在するイータ相の部分的変換によ
りイータ相と繊維状炭化タングステン粒子を有した。コバルト含有量の小さい切
削差込み工具基体におけるイータ相を是正する炭素の欠如は、中央部表面および
縁部と隅部の表面において、イータ相の部分的変換により、イータ相と繊維状炭
化タングステン粒子が生じた。
【0038】 図24と25は、プロセスNo.1に従って処理された組成物No.1の基体
の縁部表面において撮られた種々の倍率でのSEM顕微鏡写真を示す。図26は
、図24と25に示される基体の部位と同一部位の表面のEDSスペクトルを示
す。EDSスペクトルにはコバルトが観察されなかった。
【0039】 図27と28は、図24と25に示される同一基体の中央部表面の種々の倍率
でのSEM顕微鏡写真を示す。図29は、図27と28に示される同一部位(す
なわち中央部)の表面であるが、200倍でのEDSスペクトルを示す。再度、
EDSスペクトルにはコバルトが観察されなかった。これは、XRDスペクトル
が図7に示され、かつM6Cイータ相が存在したことを示す同一の基体である。
【0040】 図24と25を、図11と12および図17と19とを比較すると、コバルト
蒸発に沿って繊維状炭化タングステン粒子に部分的に変換されたイータ相が存在
した点で非常に類似している微細組織が示される。これらの図(図24、25、
11、12、17および19)は、1310°Cの低い温度[プロセスNo.2
および図11,12,17と19]と比べて、1450°Cの高い温度[プロセス
NO.1および図24と25]で処理された切削差込み工具基体において、より
多くのイータ相が繊維状炭化タングステン粒子に変換されたことを示す。
【0041】 同様に、図27と28を図22と比較すると、1310°Cの低い温度と比べ
て、1450°Cの高い温度(図27と28)を受けた基体の中央部において、
より多くのイータ相が繊維状炭化タングステン粒子に変換された点で同様な結果
が示される。より高い温度によるイータ相の繊維状炭化タングステン粒子への変
換の増加により、ダイアモンド被覆の有効な接着ができるように、優れた表面荒
さを有する基体が形成された。さらに基体表面は、コバルトの蒸発により、およ
び/またはイータ相としてタングステンと炭素とのコバルトの結合により遊離コ
バルトが欠如した。遊離コバルトが無かったので、ダイアモンド被覆と反応する
コバルトが無かった。ダイアモンドとコバルトとのそのような反応は、ダイアモ
ンド膜の接着不良を生じることが知られている。
【0042】 組成物No.1の実施例がプロセスNo.1に従って処理されたときで、ただ
し温度T3とT4が1450°Cの代わりに1500°Cであったとき、切削差
込み工具基体の上端面でとられたXRDパターンは、WC、W2CおよびM6C形
式のイータ相が存在したことを示した。そのような実施例(組成物No.1/1
500°Cに等しいT3とT4におけるプロセスNo.1)のSEMとEDSの
分析結果は、基体が、ダイアモンド被覆の有効な接着を提供するのに適切な表面
荒さを生じる繊維状炭化タングステン粒子とイータ相を有した点で、図24乃至
29に示されるものと同様であった。
【0043】 本発明の他の例は、組成物No.1でガラス繊維ルータを製造することを含ん
だ。基体は、表面にイータ相を形成するように酸化され、ついで1510°Cで
3時間焼結され、さらについでアークジェット技法によりダイアモンドが被覆さ
れた。図30は、ダイアモンド被膜の被覆前のガラス繊維ルータの刃先部表面の
顕微鏡写真を示す。
【0044】 図31は、図30のガラス繊維ルータの刃先部表面のEDS分析結果を示す。
イータ相と繊維状炭化タングステン粒子が基体表面に存在したことが明らかであ
る。図32は、ダイアモンド被膜の被覆前のガラス繊維ルータの中央部表面の顕
微鏡写真を示す。
【0045】 図33は、中央部表面のEDS分析結果を示す。繊維状炭化タングステン粒子
成長を有するイータ相が基体表面に存在することが明らかである。
【0046】 ガラス繊維ルータは、航空機に使用されるカーボングラファイトパネルを機械
加工して試験され、航空機におけるパネルの一般形状は、複雑なコンポウンド曲
線を有する自動車用の非常に大きいウインドシールドの形状と同様であった。そ
の機械加工作業は、正確に寸法が決められた部品を生成するために、材料の余分
な荒削り縁部を除去することを必要とした。具体的にはその除去は、余分な材料
が床に落下するまで部品の全周を横移動するように、3/8インチ(0.952
cm)径のガラス繊維ルータを3/16インチ(0.476cm)厚さのパネル
に通すことにより実施された。次の段階は、最終のサイズと仕上に達するように
周辺上で仕上パスをするためにガラス繊維ルータを0.050インチ(1.27
cm)内側へ送ることを必要とした。それぞれのパスの長さは、12フィート(
3.94メートル)であった。荒削りは、毎分7000回転(rpm)と毎分6
0インチ(ipm)[毎分152.4センチメートル]で実施された。仕上げ削り
は、7000rpmと80ipm(203.2cm毎分)で実施された。
【0047】 従来、先行部品を仕上削りするのに既に使用された未被覆ガラス繊維ルータが
、後続部品を荒削りするのに使用された。ついで新しいガラス繊維ルータが、荒
削りされた部品を仕上げ削りするのに使用された。被覆ガラス繊維ルータは、部
品を荒削りすることと仕上げ削りすることができた。
【0048】 かくして、本発明はダイアモンド被覆切削差込み工具を提供でき、そこにおい
てダイアモンド被覆は、基体表面へ強力に接着し、ダイアモンド被覆は、十分な
工具寿命を提供するに足る厚さで適用でき、また被加工物の表面荒さは十分に平
滑であることが明らかになる。
【0049】 ここに明示される特許および他の書類は、参照としてここに組み込まれる。
【0050】 本発明の他の実施例は、ここに開示される本発明の明細書または実施例を検討
することにより、技術に有能な者にとり明らかである。明細書と実施例はもっぱ
ら説明上のものとみなそうとするものであり、本発明の真の範囲と精神が上述の
請求項により示される。
【0051】 産業上の利用可能性 本発明を、金属切削用途用のダイアモンド被覆割送り自在の金属切削用に関し
て詳細に説明してきたが、金属切削用の切削差込み工具に限定されない。本発明
は、丸工具(例えば、ドリル、エンドミル、タップ、リーマ、穴ぐり工具、ルー
タ、ネジ切りミルおよび丸のこ)、および割送り自在でない他の切削差込み工具
に適用できる。本発明に従う切削差込み工具は、快削アルミニウム合金、高珪素
アルミニウム、非鉄材料(例えば銅、青銅および黄銅)、セラミック材料、繊維
強化材料、黒鉛積層材料、ナイロン、アクリル樹脂、フェノール樹脂材料、金属
マトリックス複合材料(例えばアルミニウムマトリックスにおける炭化珪素、ま
たはアルミナ)、プラスチック、ゴムおよび木材のような被加工物からの材料の
除去にも適切である。本発明は、磨耗部品(例えば電子用途用のTABボンダー
、ダイスおよびパンチ)としての用途と、ならびに土壌と岩石を対象とする、鉱
山工具、建設工具および穿孔工具に使用される超硬合金刃先の用途とも有するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
下記は、本特許出願の一部を形成する図面の簡単な説明である。
【図1】 本発明の被覆切削差込み工具の等角図である。
【図2】 図1の切削差込み工具の断面図である。
【図3】 表1の組成物No.1のダイアモンド被覆切削差込み工具の上端面の
X線回折(XRD)パターンであり、その組成物が、表2のプロセスNo.2に
従って処理され、また表4の実施例No.2のようであるように熱フィラメント
技法によりダイアモンド被覆されたものであり、その図において、イータ相(C
33C)、ダイアモンド、炭化タングステン(WC)および固溶体カーバイド
(SSC)の存在が、対応するピーク[M6C]により確認される。
【図4】 表1の組成物No.1のダイアモンド被覆切削差込み工具の上端すく
い面のX線回折(XRD)パターンであり、その組成物が、表2のプロセスNo
.2に従って処理され、また表4の実施例No.4のようであるようにアークジ
ェット技法を通してダイアモンド被覆されたものであり、その図において、イー
タ相(Co33C)[M6C]、炭化タングステン、固溶体カーバイド(SSC)
およびダイアモンドの存在が、それらの対応するピークにより確認される。
【図5】 表1の組成物No.1のダイアモンド被覆切削差込み工具の上端すく
い面のX線回折(XRD)パターンであり、その組成物が、表2のプロセスNo
.3に従って処理され、また表4の実施例No.6のようであるようにアークジ
ェット技法を通してダイアモンド被覆されたものであり、その図において、イー
タ相(Co33C)[M6C]、炭化タングステン、固溶体カーバイド(SSC)
およびダイアモンドの存在が、それらの対応するピークにより確認される。
【図6】 表1の組成物No.1のコバルト接合炭化タングステンの未被覆基体
のすくい面のX線回折パターンであり、その組成物が、表2のプロセスNo.2
に従って処理されたものであり、その図において、イータ相(Co33C)、固
溶体カーバイド(SSC)および炭化タングステンの存在が、それらの対応する
ピークにより確認される。
【図7】 表1の組成物No.1のコバルト接合炭化タングステンの未被覆基体
のX線回折パターンであり、その組成物が、表2のプロセスNo.1に従って処
理されたものであり、その図において、イータ相(Co33C)[M6C]、炭化
タングステン、固溶体カーバイド(SSC)、および黒鉛の痕跡、の存在が、そ
れらの対応するピークにより確認される。
【図8】 表1の組成物No.1のダイアモンド被覆切削差込み工具のX線回折
パターンであり、その組成物が、表2のプロセスNo.1に従って処理され、ま
た表4の実施例No.1のようであるように熱フィラメント技法を通してダイア
モンド被覆されたものであり、その図において、イータ相(Co33C)[M6
]、炭化タングステン、固溶体カーバイド(SSC)およびダイアモンドの存在
が、それらの対応するピークにより確認される。
【図9】 表1の組成物No.1のダイアモンド被覆切削差込み工具のX線回折
パターンであり、その組成物が、表2のプロセスNo.1に従って処理され、ま
た表4の実施例No.3のようであるようにアークジェット技法を通してダイア
モンド被覆されたものであり、その図において、イータ相(Co33C)[M6
]、炭化タングステン、黒鉛の痕跡、およびダイアモンドの存在が、それらの対
応するピークにより確認される。
【図10】 表4の従来品No.2のようであるダイアモンド被覆切削差込み工
具のX線回折パターンであり、その図において、固溶体カーバイド(SSC)、
炭化タングステンおよびダイアモンドによるピークが観察されるが、イータ相の
欠如が確認される。
【図11】 走査電子顕微鏡(SEM)による顕微鏡写真であり、表2のプロセ
スNo.2に従って処理された表1の組成物No.2の切削差込み工具の未被覆
基体縁部の1000倍での二次的電子画像(SEI)を詳細に示す。
【図12】 走査電子顕微鏡(SEM)による顕微鏡写真であり、図11の切削
差込み工具の未被覆基体縁部の5000倍での二次的電子画像(SEI)を詳細
に示す。
【図13】 走査電子顕微鏡(SEM)による顕微鏡写真であり、図11の切削
差込み工具の未被覆基体縁部の10,000倍での二次的電子画像(SEI)を
詳細に示す。
【図14】 図11の切削差込み工具の縁部表面の1000倍領域におけるSE
Mエネルギー分散性ライン走査(EDS)分析の結果を表示するグラフであり、
そのグラフにおいて示されるピークはタングステン(W),コバルト(Co)お
よび炭素(C)を表す。
【図15】 走査電子顕微鏡(SEM)による顕微鏡写真であり、図11の切削
差込み工具の未被覆基体中央部の10,000倍での二次的電子画像(SEI)
を詳細に示す。
【図16】 図11の切削差込み工具の中央部表面の1000倍領域におけるS
EMエネルギー分散性ライン走査(EDS)分析の結果を表示するグラフであり
、そのグラフにおいて示されるピークはタングステン(W)およびチタン(Ti
)を表す。
【図17】 走査電子顕微鏡(SEM)による顕微鏡写真であり、プロセスNo
.2(表2)に従って処理された組成物No.1(表1)の切削差込み工具の未
被覆基体縁部の5000倍での二次的電子画像(SEI)を詳細に示す。
【図18】 図17の切削差込み工具の縁部表面の1000倍領域におけるSE
Mエネルギー分散性ライン走査(EDS)分析の結果を表示するグラフであり、
そのグラフにおいて示されるピークはタングステン(W)およびコバルト(Co
)を表す。
【図19】 走査電子顕微鏡(SEM)による顕微鏡写真であり、図17の切削
差込み工具の縁部の7300倍での二次的電子画像(SEI)を詳細に示し、そ
こにおいて矢印Aで表示される囲みは、図20に記載されるスポットEDS分析
の位置を示し、また矢印Bで表示される囲みは、図21に記載されるスポットE
DS分析の位置を示す。
【図20】 矢印Aで表示される囲みにより包含される部位のSEMエネルギー
分散性ライン走査(EDS)分析の結果を表示するグラフであり、そのグラフに
おいて示されるピークはタングステン(W)、コバルト(Co)および炭素(C
)を表す。
【図21】 矢印Bで表示される囲みにより包含される部位のSEMエネルギー
分散性ライン走査(EDS)分析の結果を表示するグラフであり、そのグラフに
おいて示されるピークはタングステン(W)、コバルト(Co)および炭素(C
)を表す。
【図22】 走査電子顕微鏡(SEM)による顕微鏡写真であり、図17に示さ
れる切削差込み工具の中央部表面の5000倍での二次的電子画像(SEI)を
詳細に示す。
【図23】 図22の切削差込み工具の中央部のSEMエネルギー分散性ライン
走査(EDS)分析の結果を表示するグラフであり、そのグラフにおいて示され
るピークはタングステン(W)およびコバルト(Co)を表す。
【図24】 走査電子顕微鏡(SEM)による顕微鏡写真であり、プロセスNo
.1(表2)に従って処理された組成物No.1(表1)の切削差込み工具の縁
部に近い表面の1000倍での二次的電子画像(SEI)を詳細に示す。
【図25】 走査電子顕微鏡(SEM)による顕微鏡写真であり、図24の切削
差込み工具の縁部に近い表面の5000倍での二次的電子画像(SEI)を詳細
に示す。
【図26】 図24の切削差込み工具の縁部表面の200倍領域でのSEMエネ
ルギー分散性ライン走査(EDS)分析の結果を表示するグラフであり、そのグ
ラフにおいて示されるピークはタングステン(W)および炭素(C)を表す。
【図27】 走査電子顕微鏡(SEM)による顕微鏡写真であり、図24の切削
差込み工具の中央部表面の1000倍での二次的電子画像(SEI)を詳細に示
す。
【図28】 走査電子顕微鏡(SEM)による顕微鏡写真であり、図24の切削
差込み工具の中央部表面の5000倍での二次的電子画像(SEI)を詳細に示
す。
【図29】 図27の切削差込み工具の中央部の200倍領域でのSEMエネル
ギー分散性ライン走査(EDS)分析の結果を表示するグラフであり、そのグラ
フにおいて示されるピークはタングステン(W)および炭素(C)を表す。
【図30】 走査電子顕微鏡(SEM)による顕微鏡写真であり、ガラス繊維ル
ータの刃先部表面の1000倍での二次的電子画像(SEI)を詳細に示す。
【図31】 図30のガラス繊維ルータの刃先部表面のSEMエネルギー分散性
ライン走査(EDS)分析の結果を表示するグラフであり、そのグラフにおいて
示されるピークはタングステン(W)、コバルト(Co)およびチタン(Ti)
を表す。
【図32】 走査電子顕微鏡(SEM)による顕微鏡写真であり、図30のガラ
ス繊維ルータの中央部表面の1000倍での二次的電子画像(SEI)を詳細に
示す。
【図33】 図30のガラス繊維ルータの中央部のSEMエネルギー分散性ライ
ン走査(EDS)分析の結果を表示するグラフであり、そのグラフにおいて示さ
れるピークはタングステン(W)、コバルト(Co)およびチタン(Ti)を表
す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 27/04 101 C22C 27/04 101 29/08 29/08 C23C 16/27 C23C 16/27 (72)発明者 インスペクター、 アーロン アメリカ合衆国 15217 ペンシルヴァニ ア州 ピッツバーグ ラリー ストリート 5515 Fターム(参考) 3C046 FF02 FF12 FF22 FF24 HH09 HH10 4K018 AD06 BA11 BA20 DA00 FA08 FA24 KA15 4K030 BA28 CA03 FA17 JA10 LA22 【要約の続き】 荒さRaを示す段階と、および被膜(34)を基体(2 0)の表面(22,24)へ被覆する段階と、から構成 されるプロセス。

Claims (36)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 タングステン、炭素およびコバルトから成る基体と、 基体は表面を形成し、 基体の表面に存在するイータ相と、 基体の表面に存在する繊維状炭化タングステン粒子と、 基体の表面は、約12マイクロインチよりも大きい表面荒さRaを有し、およ
    び 基体の表面上の被覆層と、 から構成される被覆本体。
  2. 【請求項2】 繊維状炭化タングステン粒子は、イータ相の繊維状炭化タン
    グステン粒子への少なくとも部分変換の結果である、請求項1の被覆本体。
  3. 【請求項3】 イータ相の含有量は、繊維状炭化タングステン粒子の含有量
    よりも多い、請求項1の被覆本体。
  4. 【請求項4】 基体は外部領域と内部領域を有し、また表面を形成する外部
    領域は、約1マイクロメートル乃至約35マイクロメートルの深さだけ基体の表
    面から内側へ延びる、請求項1の被覆本体。
  5. 【請求項5】 繊維状炭化タングステン粒子は不規則な表面を形成する、請
    求項1の被覆本体。
  6. 【請求項6】 繊維状炭化タングステン粒子は、炭化モノタングステン(W
    C)および炭化ジタングステン(W2C)のいずれか、または両方から成る、請
    求項1の被覆本体。
  7. 【請求項7】 被覆層はダイアモンドである、請求項1の被覆本体。
  8. 【請求項8】 ダイアモンド被覆層は、約4マイクロメートル乃至約50マ
    イクロメートルの範囲の厚さを有する、請求項7の被覆本体。
  9. 【請求項9】 被覆層はダイアモンドである、請求項1の被覆本体。
  10. 【請求項10】 イータ相および繊維状炭化タングステン粒子は、ダイアモ
    ンド被覆を形成する前に、基体の表面に存在する、請求項9の被覆本体。
  11. 【請求項11】 基体は、約0.4重量パーセントまでのタンタル、約0.
    1重量パーセントまでのチタン、約0.1重量パーセントまでのニオブ、約2.
    3重量パーセント乃至約2.9重量パーセントのコバルト、および残部タングス
    テンと炭素から構成される、請求項1の被覆本体。
  12. 【請求項12】 基体は、縁部表面と中央部表面を備え、またイータ相およ
    び繊維状炭化タングステン粒子は、縁部表面と中央部表面の両方に存在する、請
    求項11の被覆本体。
  13. 【請求項13】 基体は、約0.1重量パーセントまでのチタン、約0.1
    重量パーセントまでのニオブ、約0.1重量パーセントまでのタンタル、約0.
    3重量パーセント乃至0.5重量パーセントのクロム、約5.7重量パーセント
    乃至約6.3重量パーセントのコバルト、および残部タングステンと炭素からさ
    らに構成される、請求項1の被覆本体。
  14. 【請求項14】 基体は、縁部表面と中央部表面を備え、およびイータ相お
    よび繊維状炭化タングステン粒子は縁部表面に存在し、またイータ相および繊維
    状炭化タングステン粒子は中央部表面には欠如する、請求項13の被覆本体。
  15. 【請求項15】 コバルトは、基体の約0.2重量パーセント乃至約20重
    量パーセントから構成される、請求項1の被覆本体。
  16. 【請求項16】 基体の表面は、35マイクロインチよりも大きい表面荒さ
    Raを有する、請求項1の被覆本体。
  17. 【請求項17】 被覆本体を製造するプロセスであって、 タングステン、カーバイドおよびコバルトから成る基体を形成する段階におい
    て、基体は形成処理によりその上にイータ相を備える少なくとも1つの表面を有
    する段階と、 イータ相の少なくとも一部分を繊維状炭化タングステン粒子へ変換するに足る
    期間、少なくとも部分真空下で約1250°C乃至約2000°Cの温度で変換
    熱処理を、表面上にイータ相を備える基体が受ける段階において、繊維状炭化タ
    ングステン粒子が表面に存在し、それにより基体表面が、12マイクロインチよ
    りも大きい表面荒さRaを示す段階と、および 被膜を基体の表面へ被覆する段階と、から構成されるプロセス。
  18. 【請求項18】 形成処理は、基体の表面を脱炭し、ついで基体の表面にイ
    ータ相を形成するように、少なくとも700°Cの温度での熱処理を脱炭された
    基体の表面が受ける段階から構成される、請求項17のプロセス。
  19. 【請求項19】 形成処理は、基体の表面にイータ相を形成するように、基
    体が水素と二酸化炭素の雰囲気を受ける段階から構成される、請求項17のプロ
    セス。
  20. 【請求項20】 変換熱処理は、約1310°C乃至約1550°Cの温度
    で実施される、請求項17のプロセス。
  21. 【請求項21】 変換処理の期間は、約3時間乃至約5時間である、請求項
    20のプロセス。
  22. 【請求項22】 変換処理は、真空下で実施される、請求項17のプロセス
  23. 【請求項23】 繊維状炭化タングステン粒子は、炭化モノタングステン(
    WC)および炭化ジタングステン(W2C)のいずれか、または両方の形態を有
    する、請求項17のプロセス。
  24. 【請求項24】 被膜はダイアモンドである、請求項17のプロセス。
  25. 【請求項25】 基体は、ダイアモンド被膜の被覆中、約700°C乃至約
    1000°Cの温度にある、請求項24のプロセス。
  26. 【請求項26】 粉末混合物は、約0.4重量パーセントまでのタンタル、
    約0.1重量パーセントまでのチタン、約0.1重量パーセントまでのニオブか
    らさらに構成され、またコバルトは、混合物の約2.3重量パーセント乃至約2
    .9重量パーセントから構成される、請求項17のプロセス。
  27. 【請求項27】 粉末混合物は、約0.1重量パーセントまでのタンタル、
    約0.1重量パーセントまでのチタン、約0.1重量パーセントまでのニオブ、
    約0.3重量パーセント乃至約0.5重量パーセントのクロムからさらに構成さ
    れ、またコバルトは、混合物の約5.7重量パーセント乃至約6.3重量パーセ
    ントから構成される、請求項17のプロセス。
  28. 【請求項28】 変換処理中にイータ相から繊維状炭化タングステン粒子へ
    変換されたコバルトは、基体から蒸発する、請求項17のプロセス。
  29. 【請求項29】 変換処理中にイータ相から繊維状炭化タングステン粒子へ
    変換されたコバルトは、タングステンと炭素と結合してイータ相を形成する、請
    求項17のプロセス。
  30. 【請求項30】 被覆本体を製造するプロセスであって、 タングステン、炭素およびコバルトから成る基体を形成する段階において、基
    体は少なくとも1つに表面を形成し、また基体は、炭化タングステン粒子の成長
    を生じるように粗面化熱処理を受けているので、基体の表面は少なくとも12マ
    イクロインチの表面荒さRaを有し、また粗面化熱処理により、基体の表面にお
    けるコバルトの濃度が減少する、段階と、 基体の表面にイータ相を形成するように粗面化熱処理を受けた基体の表面を酸
    化する段階と、 イータ相の少なくとも一部分を繊維状炭化タングステン粒子へ変換するに足る
    期間、少なくとも部分真空下で約1250°C乃至約2000°Cの温度で変換
    熱処理を、表面上にイータ相を備える基体が受ける段階において、繊維状炭化タ
    ングステン粒子が表面に存在し、それにより基体表面が、12マイクロインチよ
    りも大きい表面荒さRaを示す段階と、および 被膜を基体の表面へ被覆する段階と、から構成されるプロセス。
  31. 【請求項31】 変換熱処理は、約1310°C乃至約1550°Cの温度
    で実施される、請求項30のプロセス。
  32. 【請求項32】 変換処理の期間は、約3時間乃至約5時間である、請求項
    30のプロセス。
  33. 【請求項33】 変換処理は、真空下で実施される、請求項30のプロセス
  34. 【請求項34】 繊維状炭化タングステン粒子は、炭化モノタングステン(
    WC)および炭化ジタングステン(W2C)のいずれか、または両方の形態を有
    する、請求項30のプロセス。
  35. 【請求項35】 被膜はダイアモンドである、請求項30のプロセス。
  36. 【請求項36】 基体は、ダイアモンド被膜の被覆中、約700°C乃至約
    1000°Cの温度にある、請求項35のプロセス。
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