JP2010520068A - 基材の加工方法 - Google Patents
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Abstract
Description
突然の破損(突発破損)
累積的な磨耗(進行性破損)
塑性変形(突発破損)
形状変化につながる塑性変形は、通常、高温でもその強度を維持するPCDのような超硬切削工具材料では特に特筆すべき要因ではない。進行性磨耗に起因する工具の破損は、工具の磨耗が進展することが特徴である。典型的な磨耗形態には、側面磨耗、クレータ磨耗、DOC(depth of cut(切削寸法))方向の逃げ面磨耗、及び、終端部の逃げ面磨耗が含まれる。側面磨耗部分の幅(VBBmax)は好適な工具磨耗の測定値であり、所定の値のVBBmaxが良好な工具寿命評価基準とみなされる(国際規格(ISO)3685、1993、Tool life testing with single point turning tools(単刃旋削工具を用いた工具寿命試験))。特定の用途において磨耗の特徴(磨耗跡)を発生させる磨耗形態は、一般に、切削工具のミクロ構造、加工条件及び切削端の幾何形状によって決まる。磨耗形態には、アブレシブ磨耗、微小破壊(チッピング、スポーリング及びクラッキング)による磨耗、付着磨耗(構成刃先の形成)、又は、トライボケミカル磨耗(拡散磨耗(diffusion wear)及び新たな化合物の形成)を含むことができる。通常、最適な工具材料、幾何形状及び加工パラメータを見つけるには相当な時間と手間を要する。
1)通常はタンタル又はニオブ又はモリブデンのカップである金属カップを、合成されたディスクの超硬研磨面及び側面から除去する。
2)好ましい特性を得るために超硬研磨テーブルの外側部分を大量に除去する。
3)上面を中仕上げする。
4)上面を研磨する(仕上げる)。通常、研磨されたPCD層は、90°、3μmの触針で測定してRa=0.01μmの粗さを有する。PCBNは通常研磨されない。
5)ディスクを複数のセグメントに切断する。ディスク及び切断されたセグメントは両方とも市場へと供給される。研磨材料が非常に硬い性質を有することから、これらのすべての処理ステップのなかで研磨がおそらく最も困難である。通常、性能を向上させるための用途では、研磨層の表面を高品質に仕上げる必要がある。
相当な量のダイヤモンド粒子を、結合相としてコバルトを含む超硬合金基材の表面に配置した。接合されていないこの塊体をモリブデン・カプセル内に配置して、このカプセルを従来型の高圧・高温装置の反応領域に配置した。カプセルの内容物を、約1400℃の温度及び約5GPaの圧力にさらした。この条件を、超硬合金基材に接合される表面と反対側の露出される表面とを有する多結晶ダイヤモンドの層を形成するのに十分な時間だけ維持した。多結晶ダイヤモンドの層はコバルトを含む第二相を有する。
相当な量のダイヤモンド粒子を、結合相としてコバルトを含む超硬合金基材の表面に配置した。ダイヤモンド粒子の直径は約6ミクロンの平均サイズを有しており(マルバーンマスターサイザー(Malvern Mastersizer)を利用して測定した)、粒子の大部分は約2ミクロンよりも大きく約22ミクロン未満であった。この接合されていない塊体を平均厚さが約250ミクロンであるニオブ・カプセル内に配置した。カプセル自体は、平均厚さが約150ミクロンであるチタン・カプセル内に配置されている。この二重にカプセル封入された反応塊を従来型の高圧・高温装置の反応領域に配置した。カプセルの内容物を、約1400℃の温度及び約5GPaの圧力にさらした。このような条件を、超硬合金基材に接合される表面と反対側の露出される表面とを有する多結晶ダイヤモンドの層を形成するのに十分な時間だけ維持した。石油産業及びガス産業における削岩用のPCDカッターを焼結するのに採用される場合、この圧力及び温度のサイクルは通常1回である。多結晶ダイヤモンドの層はコバルトを含む第二相を有していた。この実施例で使用されるダイヤモンド及び炭化物基材は、構成及び寸法の両方に関しては、石油研削ビット及びガス研削ビット用に適したPCDインサートの製造に通常使用される基材であった。カプセル封入された予備形成体(すなわち、高温及び高圧にされる前)の概略図を図2に示している。
1140rpmのスピンドル速度
2.5mmに設定された切削寸法
50%の中断(すなわち、粉砕動作に入ったり粉砕動作から出たりを繰り返して、時間の50%は粉砕動作を行うのに費やして時間の50%は粉砕動作を行わないようにする形で、カッターが工作物の半円領域を粉砕する。)
「破損までの距離」による性能指数は、軟質層の厚さの関数として単調増加し、150ミクロンの厚さの軟質層の場合における性能指数は軟質層全体が除去されたインサートのほぼ2倍であることが分かった。4つのインサートのそれぞれの場合における破損までの距離を、50mm単位に数字を丸めて表1に示す。
別の組のPCDカッター・インサートを作って実施例2と同様に試験を行った。ここでは、ダイヤモンド粒子の平均サイズが約12ミクロンであり、ほとんどの粒子のサイズが約2ミクロンよりも大きく約25ミクロン未満である点が異なる。砂岩粉砕試験の結果を表2に示す(破損までの距離は50mm単位に数字を丸めた)。
Claims (17)
- 基材を加工する方法において、該方法が、作業面を有する多結晶ダイヤモンド層と、金属を含有しており且つ界面に沿って前記多結晶ダイヤモンド層の前記作業面に接合されている軟質層とを有する工具部品を有する工具を使用して、断続加工、衝撃加工、又はそれらの組合せの処理により前記基材を加工する段階を含み、
前記界面に隣接する前記多結晶ダイヤモンド層の領域が、前記軟質層からの一部の金属を含有している、基材を加工する方法。 - 前記軟質層の前記金属が遷移金属である、請求項1に記載された基材を加工する方法。
- 前記軟質層の前記金属が、金属、金属炭化物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物、炭窒化物、又はそれらのうちの2つ以上の組合せとして存在する、請求項1又は請求項2に記載された基材を加工する方法。
- 前記軟質層が、
主に炭化物形態の金属と、
少量の金属形態の金属であって前記多結晶ダイヤモンドからの金属と
からなる、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載された基材を加工する方法。 - 前記金属が、モリブデン、ハフニウム、クロム、ニオブ、タンタル、チタン、及びタングステンから選択される、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載された基材を加工する方法。
- 前記軟質層が最大100ミクロンの厚さを有する、請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載された基材を加工する方法。
- 前記軟質層が前記作業面の一部分のみを被覆している、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載された基材を加工する方法。
- 前記軟質層が前記作業面の全体を被覆している、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載された基材を加工する方法。
- 前記作業面が、前記多結晶ダイヤモンド層の上面であり、側面と交差して交差部分が工具部品の切削端を形成している、請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載された基材を加工する方法。
- 前記軟質層が、前記切削端から前記作業面の少なくとも一部分にわたって延在している、請求項9に記載された基材を加工する方法。
- 前記軟質層が少なくとも50ミクロンの厚さを有する、請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載された基材を加工する方法。
- 前記軟質層の厚さが200ミクロン〜300ミクロンである、請求項1から請求項11までのいずれか一項に記載された基材を加工する方法。
- 前記多結晶ダイヤモンド層が基材に接合されている、請求項1から請求項12までのいずれか一項に記載された基材を加工する方法。
- 前記基材が超硬合金基材である、請求項13に記載された基材を加工する方法。
- 前記加工が、のこ引き、孔ぐり、切削、粉砕、旋削又は掘削である、請求項1から請求項14までのいずれか一項に記載された基材を加工する方法。
- 添付図面を参照しながら本明細書で説明した方法と実質的に同じである、請求項1に記載された基材を加工する方法。
- 実施例のいずれか1つを参照しながら本明細書で説明した方法と実質的に同じである、請求項1に記載された基材を加工する方法。
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