JP2010017791A - ダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＦＲＰ、Ａｌ合金等の難削材の高速切削加工で、すぐれた耐摩耗性を発揮するダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具を提供する。
【解決手段】超硬合金からなる工具基体表面に、直接あるいはＴｉ化合物層からなる密着下地層を介して、組成式：Ｗ（Ｃ_１−ＸＮ_Ｘ）を満足する組成（但し、Ｘは原子比で０．００１≦Ｘ≦０．１）を有するＷＣＮ層からなる下部層を設け、この上に、粗粒多結晶ダイヤモンド皮膜及び微粒多結晶ダイヤモンド皮膜のいずれか単層または２層以上の複層からなるダイヤモンド皮膜層を設ける。
【選択図】なし

Description

この発明は、炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体表面に、ダイヤモンド皮膜を被覆したダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具に関し、特に、金属材料よりも比強度、比剛性の高いＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics．炭素繊維強化プラスチック）あるいは溶着性の高いＡｌ合金等の難削材の切削に際し、ダイヤモンド皮膜の密着性に優れ、シャープな切刃が維持されるとともにバリ発生が少なく、すぐれた耐摩耗性を長期の使用に亘って発揮するダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具（以下、ダイヤモンド被覆工具という）に関するものである。

従来、炭化タングステン基（ＷＣ基）超硬合金などの工具基体に、ダイヤモンド皮膜を被覆したダイヤモンド被覆工具が知られており、例えば、工具基体表面に、金属Ｗ（タングステン）を被覆した後、これを炭化させてＷＣからなる下地層を形成し、この下地層上に気相合成法でダイヤモンド皮膜を形成したダイヤモンド被覆工具（以下、従来被覆工具という）が知られており、この従来被覆工具では、工具基体に対するダイヤモンド皮膜の密着性が向上するとともに、Ａｌ合金の旋削加工ですぐれた切削性能を発揮することが知られている。
特開平６−５７４２８号公報

近年の切削加工装置のＦＡ化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴って、切削条件はますます高速化している。上記の従来被覆工具では、これを通常条件での切削加工に用いた場合には特段の問題は生じないが、例えばこれを、一般の金属材料に比して、比強度、比剛性が高いＣＦＲＰの高速切削あるいは軟質で溶着性の高いＡｌ合金等の高速切削に用いた場合には、ダイヤモンド皮膜の工具基体への密着性が十分であるとは言えず、また、ＣＦＲＰは炭素繊維とエポキシ系樹脂の複合材であるため工具摩耗が激しいばかりか欠損が生じやすく、さらに、Ａｌ合金は切削時の高熱発生により、溶着性の高い切粉の切刃への溶着により、シャープな切刃を維持することが困難となるばかりか、欠損が生じやすくなるという問題点があった。
したがって、ＣＦＲＰ、Ａｌ合金等の高速切削加工にダイヤモンド被覆工具を用いた場合、ダイヤモンド皮膜の密着性が十分でないためチッピング、欠損、剥離等が発生しやすく、工具寿命が短命化するばかりか、被削材のバリ発生のために仕上げ面精度が粗くなり、寸法精度も劣るという問題点があった。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、難削材であるＣＦＲＰあるいは溶着性の高いＡｌ合金等の高速切削加工において、特に、ダイヤモンド皮膜の密着性を改善し、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するダイヤモンド被覆工具を開発すべく鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た。

上記従来被覆工具は、ＷＣからなる下地層を、工具基体とダイヤモンド皮膜間に介在させることによって、ダイヤモンド皮膜の密着性の改善を図っているが、特に、工具基体がＷＣ基超硬合金であってその結合相成分としてＣｏを含有するような場合には、気相合成法によってダイヤモンド皮膜を成膜する際、工具基体中のＣｏ成分が拡散を生じ硬質ダイヤモンド膜の形成が不十分となり、その結果、従来被覆工具を厳しい切削条件下で使用した場合には、加工中にダイヤモンド皮膜の欠損、剥離等が生じやすく、満足できる皮膜密着性が確保されているとはいえなかった。

そこで、この発明では、従来被覆工具における下地層ＷＣにかえて、工具基体表面とダイヤモンド皮膜の間に、
組成式：Ｗ（Ｃ_１−ＸＮ_Ｘ）
で表した場合、０．００１≦Ｘ≦０．１（ただし、Ｘは原子比）を満足する組成を有する炭窒化タングステン（以下、ＷＣＮで示す）層からなる下部層を形成する（請求項１）ことによって、ダイヤモンドの気相合成時に、工具基体の結合相成分であるＣｏの拡散を防止することができ、その結果、ダイヤモンド皮膜の密着性向上を図り得ることを見出した。

また、工具基体表面と上記ＷＣＮからなる下部層との間に、チタンの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、ＴｉＮで示す）層及び炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層のうちから選ばれた１層または２層以上のＴｉ化合物層からなる密着性下地層をさらに介在形成する（請求項２）ことによって、前記同様、ダイヤモンド皮膜の密着性向上を図り得ることを見出した。

そして、工具基体表面に、ＷＣＮからなる下部層、あるいは、Ｔｉ化合物層からなる密着性下地層とＷＣＮからなる下部層を形成したダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具（ダイヤモンド被覆工具）は、難削材であるＣＦＲＰあるいは溶着性の高いＡｌ合金等の高速切削加工において、ダイヤモンド皮膜の密着性に優れ、チッピング、欠損、剥離等を生じることがないばかりでなく、バリの発生も少なく、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性を発揮するものである。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「（１） 炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金で構成された工具基体の表面に、
（ａ）下部層として、０．０２〜２μｍの平均層厚を有し、
組成式：Ｗ（Ｃ_１−ＸＮ_Ｘ）
で表した場合、０．００１≦Ｘ≦０．１（ただし、Ｘは原子比）を満足する組成を有する炭窒化タングステン（ＷＣＮ）層、
（ｂ）上部層として、５〜３０μｍの合計平均層厚を有し、平均粒子サイズ０．５μｍ以上の粗粒多結晶ダイヤモンド皮膜及び平均粒子サイズ０．１μｍ以下の微粒多結晶ダイヤモンド皮膜のいずれか単層または２層以上の複層からなるダイヤモンド皮膜層、
上記（ａ）、（ｂ）からなる被覆層を形成したダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具（ダイヤモンド被覆工具）。
（２） 炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金で構成された工具基体の表面と、前記下部層（ａ）との間に、０．１〜２μｍの合計平均層厚を有し、チタンの炭化物（ＴｉＣ）層、窒化物（ＴｉＮ）層及び炭窒化物（ＴｉＣＮ）層のうちから選ばれた１層または２層以上のＴｉ化合物層からなる密着性下地層を介在形成した前記（１）に記載のダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具（ダイヤモンド被覆工具）。」
に特徴を有するものである。

つぎに、この発明のダイヤモンド被覆工具の被覆層について、詳細に説明する。

（ａ）下部層
本発明のダイヤモンド被覆工具におけるＷＣＮ層からなる下部層は、ＷＣ基超硬合金からなる工具基体表面上に、通常の化学蒸着装置にて、例えば、
反応ガス組成：容量％で、ＷＦ_６：０．５〜３％、ＣＨ_３ＣＮ：０．５〜５％、
Ｎ_２：２〜１０％、Ｈ₂：４０〜５０％、Ａｒ：残り、
反応雰囲気温度：９８０〜１１００℃、
反応雰囲気圧力：５〜２０ｋＰａ、
の条件で蒸着することにより、
組成式：Ｗ（Ｃ_１−ＸＮ_Ｘ）
で表した場合、０．００１≦Ｘ≦０．１（ただし、Ｘは原子比）を満足する組成を有する炭窒化タングステン層（ＷＣＮ層）を形成することができ、そして、このＷＣＮ層は、ダイヤモンド皮膜の気相合成時に工具基体からのＣｏ成分の拡散を防止し、工具基体とダイヤモンド皮膜の双方に対して密着強度にすぐれることから、工具基体−ダイヤモンド皮膜間での密着性を向上させる。
ここで、ＷＣＮ層からなる下部層におけるＣとの合量に占めるＮの含有割合Ｘの値（原子比）が０．００１未満では、下部層におけるＣｏ拡散防止効果が低下し、ダイヤモンド皮膜の密着性改善を図ることができず、一方、Ｘの値が０．１を超えるとＷＣＮ層自体の靭性が低下するとともに、工具基体との熱膨張差が拡大し、密着強度低下するため、Ｎの含有割合Ｘの値（原子比）を０．００１〜０．１と定めた。
また、ＷＣＮ層からなる下部層の層厚について、その平均層厚が０．０２μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方前記作用は２μｍまでの平均層厚で十分であることから、その平均層厚を０．０２〜２μｍと定めた。

（ｂ）密着性下地層
請求項２に係る本発明のダイヤモンド被覆工具は、工具基体表面に形成したＴｉ化合物層（ＴｉＣ層、ＴｉＮ層及びＴｉＣＮ（粒状結晶、縦長成長結晶）層のうちから選ばれた１層または２層以上）からなる密着性下地層を介して、その上に、上記ＷＣＮ層を形成するものであるが、上記Ｔｉ化合物層からなる密着性下地層は、切削工具として必要とされる所定の硬さと強度を保持するほか、工具基体及び上記ＷＣＮ層のいずれに対してもすぐれた密着強度を有し、また、ダイヤモンド皮膜の気相合成時に、工具基体からのＣｏ成分の拡散防止にも寄与するため工具基体−ダイヤモンド皮膜間での密着性を一段と向上させる。
上記Ｔｉ化合物層からなる密着性下地層は、化学蒸着、物理蒸着等いずれの成膜方法によっても成膜することができるが、その平均層厚が０．１μｍ未満では、密着性向上効果が期待できず、一方、平均層厚が２μｍを超えると、Ｔｉ化合物層が急激に粗大（粒）化する傾向にあり、皮膜にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．１〜２μｍと定めた。

（ｃ）ダイヤモンド皮膜層
ダイヤモンド皮膜層は、そのすぐれた硬度により、基本的に、ダイヤモンド被覆工具の耐摩耗性を確保する層であり、粗粒多結晶ダイヤモンド皮膜及び微粒多結晶ダイヤモンド皮膜のいずれか単層または２層以上の複層から構成される。
粗粒多結晶ダイヤモンド皮膜は、例えば、
フィラメント温度 １９００〜２２００℃、
フィラメント−基板間隔 １０〜３０ｍｍ、
基体温度 ７００〜８５０℃、
雰囲気圧力 １．３３〜１３．３ｋＰａ、
反応ガス ＣＨ_４：１〜１０ｖｏｌ％，Ｈ_２：残、
という条件の気相合成法によって、平均粒子サイズが０．５μｍ以上の粗粒多結晶ダイヤモンド皮膜が形成される。
また、微粒多結晶ダイヤモンド皮膜は、例えば、
フィラメント温度 １９００〜２１００℃、
フィラメント−基板間隔 １０〜３０ｍｍ、
基体温度 ７００〜８００℃、
雰囲気圧力 １．３３〜１３．３ｋＰａ、
反応ガス ＣＨ_４：１１〜３０ｖｏｌ％，Ｈ_２：残、
という条件の気相合成法によって、平均粒子サイズが０．１μｍ以下の微粒多結晶ダイヤモンド皮膜が形成される。
なお、本発明でいう「平均粒子サイズ」とは、ダイヤモンド皮膜断面について透過型電子顕微鏡を用い倍率２万〜２０万倍の暗視野法による観察、写真撮影を行い、例えば図１に示すように、測定領域内にランダムに６本の線を引き、線と交わった結晶粒界の数（ｎ）を数え、上記ランダムに引いた線の全長（Ｌ）を上記結晶粒界の数（ｎ）で除した値（Ｌ／ｎ）を「平均粒子サイズ」と定義する。

本発明においては、ダイヤモンド皮膜層は、上記粗粒多結晶ダイヤモンド皮膜及び上記微粒多結晶ダイヤモンド皮膜のいずれか単層または２層以上の複層として構成するが、粗粒多結晶ダイヤモンド皮膜、微粒多結晶ダイヤモンド皮膜のいずれも、高硬度と高耐熱温度を有する。
また、粗粒多結晶ダイヤモンド皮膜は耐摩耗性に優れ、また、微粒多結晶ダイヤモンド皮膜は、コーティングしても切刃のシャープさが維持され、かつ、表面平坦性も良い（表面粗さが小）ため、溶着の発生が抑制され、溶着性の高い被削材の高速切削において優れた耐チッピング性を示す。
さらに、粗粒多結晶ダイヤモンド皮膜と微粒多結晶ダイヤモンド皮膜を２層以上の複層として積層した場合には、それぞれのダイヤモンド皮膜の有する上記作用に加え、切削加工時にダイヤモンド皮膜にクラック（亀裂）が発生した場合にも、皮膜中のクラック（亀裂）伸展が抑制され、その結果として、耐欠損性、耐チッピング性がより一層向上する。
したがって、粗粒多結晶ダイヤモンド皮膜及び微粒多結晶ダイヤモンド皮膜のいずれか単層または２層以上の複層として構成されたダイヤモンド皮膜層は、ＣＦＲＰ、Ａｌ合金等の高速切削加工においてすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する。

この発明のダイヤモンド被覆工具は、ＷＣ基超硬合金からなる工具基体表面に、上記ＷＣＮ層を介して（請求項１）、あるいは、密着性下地層と上記ＷＣＮ層を介して（請求項２）、粗粒多結晶ダイヤモンド皮膜及び微粒多結晶ダイヤモンド皮膜のいずれか単層または２層以上の複層からなるダイヤモンド皮膜層を設けていることから、工具基体に対するダイヤモンド皮膜の密着性に優れ、皮膜のチッピング、欠損、剥離等が生じることはない。
したがって、上記本発明のダイヤモンド被覆工具は、ＣＦＲＰ、Ａｌ合金等の難削材の高速切削加工に用いた場合でも、シャープな切刃を維持しバリの発生は少なく、また、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性を示し、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。

つぎに、この発明のダイヤモンド被覆工具を実施例により具体的に説明する。

原料粉末として、平均粒径：５．５μｍを有する中粗粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ_３Ｃ_２粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ［質量比で、ＴｉＣ／ＷＣ＝５０／５０］粉末、および同１．８μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結して、直径が１３ｍｍの工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の丸棒焼結体から、研削加工にて、切刃部の直径×長さが１０ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の２枚刃スクエア形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−８をそれぞれ製造した。

ついで、これらの工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−８の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した後、酸溶液によるエッチングおよび／またはアルカリ溶液によるエッチング処理を行い、さらに、ダイヤモンド粉末スラリー液を用いて超音波洗浄器で超音波処理を行なった。

その後、工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−３、Ａ−７〜Ａ−８の表面には、表２に示される条件で、表５に示される目標層厚になるように、ＷＣＮ層を化学蒸着で形成した後、表４に示される条件で、同じく表５に示される目標層厚になるようにダイヤモンド皮膜層を形成して、本発明ダイヤモンド被覆工具としての本発明ダイヤモンド被覆エンドミル（以下、本発明エンドミルという）１、３、５、７〜１０をそれぞれ製造した。

また、工具基体（エンドミル）Ａ−４〜Ａ−６の表面には、表３に示される条件で、表５に示される目標層厚になるようにＴｉ化合物層からなる密着性下地層を化学蒸着で予め形成した後、その上に、表２に示される条件で、表５に示される目標層厚になるように、ＷＣＮ層を化学蒸着で形成し、その後、表４に示される条件で、同じく表５に示される目標層厚になるようにダイヤモンド皮膜層を形成して、本発明ダイヤモンド被覆工具としての本発明ダイヤモンド被覆エンドミル（以下、本発明エンドミルという）２、４、６をそれぞれ製造した。

比較の目的で、上記の工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−８に、ＷＣＮ層を形成することに代えてＷＣ層を形成した以外は、本発明エンドミル１〜１０と同じ条件で（密着性下地層、）ダイヤモンド皮膜層を形成することにより、比較ダイヤモンド被覆工具としての比較ダイヤモンド被覆エンドミル（以下、比較エンドミルという）１〜１０をそれぞれ製造した。

上記比較エンドミル１〜１０におけるＷＣ層の形成は、特開平６−５７４２８号公報に示されるとおり、次の（イ）〜（ハ）によって行なった。
（イ）工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−８の表面に、直接あるいは密着性下地層を介して、１μｍまたは２μｍの厚さの金属Ｗをアークイオンプレーティングで形成し、
（ロ）ダイヤモンド粉末スラリー液を用いて超音波洗浄器で超音波処理を行なった後、
（ハ）マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって励起されたＣＨ_４：２ｖｏｌ％、Ｈ_２：残からなるメタン−水素混合ガス雰囲気中で、室温から８００〜９００℃までを４０〜６０分間で昇温し、金属Ｗを炭化して、ＷＣ層を形成した。

また、ダイヤモンド皮膜が、粗粒多結晶ダイヤモンド単層あるいは微粒多結晶ダイヤモンド単層からなる本発明エンドミル１、３、５および比較エンドミル１、３、５について、ダイヤモンド結晶粒の平均粒子サイズ（μｍ）を測定し、その値を表４に示した。
なお、本発明でいう上記「平均粒子サイズ」とは、既に述べたように、ダイヤモンド皮膜断面について透過型電子顕微鏡を用い倍率２万〜２０万倍の暗視野法による観察、写真撮影を行い、例えば図１に示すように、測定領域内にランダムに６本の線を引き、線と交わった結晶粒界の数（ｎ）を数え、上記ランダムに引いた線の全長（Ｌ）を上記結晶粒界の数（ｎ）で除した値（Ｌ／ｎ）をである。

つぎに、上記本発明エンドミル１〜１０および上記比較エンドミル１〜１０について、
（ａ）切削条件Ａ
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの、炭素繊維と熱硬化型エポキシ系樹脂が直交積層構造を持つ炭素繊維強化樹脂複合材（ＣＦＲＰ）の板材、
切削速度： ２５０ ｍ／ｍｉｎ．、
切断加工：（５ ｍｍ）、
テーブル送り： １６５０ ｍｍ／分、
エアーブロー、
の条件での上記ＣＦＲＰの乾式高速切断加工試験、
（ｂ）切削条件Ｂ
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの、ＪＩＳ・ＡＤＣ１２の板材、
切削速度： ４６０ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：径方向（ae）２．０ｍｍ，軸方向（ap）８ｍｍ、
テーブル送り： １５３０ ｍｍ／分、
エアーブロー、
の条件での上記Ａｌ合金の乾式高速側面切削加工試験、
をそれぞれ行い、切削長（ｍ）を測定した。
なお、比較エンドミル１〜１０については、チッピング、欠損、剥離発生、バリ発生等を原因として寿命に至るまで切削長（ｍ）を測定した。
これらの測定結果を表５、表６にそれぞれ示した。

上記の実施例１で製造した直径が１３ｍｍの丸棒焼結体を用い、この丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さが１０ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにいずれもねじれ角３０度のＷＣ基超硬合金製の工具基体（ドリル）Ｂ−１〜Ｂ−８をそれぞれ製造した。

ついで、これらの工具基体（ドリル）Ｂ−１〜Ｂ−８の切刃に、ホーニングを施し、上記実施例１と同様のコーティング前処理を施した後、上記実施例１と同一の条件で、工具基体（ドリル）Ｂ−１〜Ｂ−８の表面に、表７に示される（密着下地層、）ＷＣＮ層、ダイヤモンド皮膜層を形成した本発明ダイヤモンド被覆工具としての本発明ダイヤモンド被覆ドリル（以下、本発明ドリルという）１〜１０をそれぞれ製造した。

また、上記工具基体（ドリル）Ｂ−１〜Ｂ−８の切刃に、ホーニングを施し、上記実施例１と同様のコーティング前処理を施した後、上記実施例１の比較エンドミル１〜１０と同一の条件で、工具基体（ドリル）Ｂ−１〜Ｂ−８の表面に、表８に示される（密着下地層、）ＷＣ層、ダイヤモンド皮膜層を形成した比較ダイヤモンド被覆工具としての比較ダイヤモンド被覆ドリル（以下、比較ドリルという）１〜１０をそれぞれ製造した。

つぎに、上記本発明ドリル１〜１０および比較ドリル１〜１０について、
（ｃ）切削条件Ｃ
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：８ｍｍの、炭素繊維と熱硬化型エポキシ系樹脂が直交積層構造を持つ炭素繊維強化樹脂複合材（ＣＦＲＰ）の板材、
切削速度： １８０ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．０９ ｍｍ／ｒｅｖ、
貫通穴：（８ ｍｍ）、
エアーブロー、
の条件での上記ＣＦＲＰの乾式高速穴あけ切削加工試験、
（ｄ）切削条件Ｄ
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：１５ｍｍの、ＪＩＳ・ＡＤＣ１２の板材
切削速度： ２３０ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．１ ｍｍ／ｒｅｖ、
貫通穴：（１５ ｍｍ）、
エアーブロー、
の条件での上記Ａｌ合金の乾式高速穴あけ切削加工試験、
をそれぞれ行い、穴あけ加工数を測定した。
なお、比較エンドミル１〜１０については、チッピング、欠損、剥離発生、バリ発生等を原因として寿命に至るまで穴あけ加工数を測定した。
この測定結果を表７、表８にそれぞれ示した。

表５〜８に示される結果から、本発明ダイヤモンド被覆工具としての本発明エンドミル１〜１０、本発明ドリル１〜１０は、工具基体表面に（密着性下地層及び）ＷＣＮ層からなる下部層が形成され、その結果、ダイヤモンド皮膜が工具基体に対する強固な密着性を有することにより、金属材料よりも比強度、比剛性の高いＣＦＲＰあるいは溶着性の高いＡｌ合金等の難削材の高速切削に際し、バリ発生が少なく、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性を備え、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、ＷＣ層からなる下部層を有する比較エンドミル１〜１０、比較ドリル１〜１０においては、工具基体に対するダイヤモンド皮膜の密着性が十分でなく、さらに、被削材へのバリの発生、切刃部のチッピング、欠損、剥離等が生じ、耐摩耗性も劣り工具寿命が短命であった。

上述のように、この発明のダイヤモンド被覆工具は、通常条件での切削加工は勿論のこと、金属材料よりも比強度、比剛性の高いＣＦＲＰあるいは溶着性の高いＡｌ合金等の難削材の高速切削においても、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性を発揮するものであるから、切削加工装置のＦＡ化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。

多結晶ダイヤモンドの平均粒子サイズを求めるための概略説明図である。

Claims (2)

1. 炭化タングステン基超硬合金で構成された工具基体の表面に、
   （ａ）下部層として、０．０２〜２μｍの平均層厚を有し、
   組成式：Ｗ（Ｃ_１−ＸＮ_Ｘ）
   で表した場合、０．００１≦Ｘ≦０．１（ただし、Ｘは原子比）を満足する組成を有する炭窒化タングステン層、
   （ｂ）上部層として、５〜３０μｍの合計平均層厚を有し、平均粒子サイズ０．５μｍ以上の粗粒多結晶ダイヤモンド皮膜及び平均粒子サイズ０．１μｍ以下の微粒多結晶ダイヤモンド皮膜のいずれか単層または２層以上の複層からなるダイヤモンド皮膜層、
   上記（ａ）、（ｂ）からなる被覆層を形成したダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具。
2. 炭化タングステン基超硬合金で構成された工具基体の表面と、前記下部層（ａ）との間に、０．１〜２μｍの合計平均層厚を有し、チタンの炭化物層、窒化物層及び炭窒化物層のうちから選ばれた１層または２層以上のＴｉ化合物層からなる密着性下地層を介在形成した請求項１に記載のダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具。

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