JP2011131347A

JP2011131347A - ダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具

Info

Publication number: JP2011131347A
Application number: JP2009294233A
Authority: JP
Inventors: Shinya Nakamura; 伸弥中村; Tetsumitsu Tominaga; 哲光冨永; Satoyuki Masuno; 智行益野
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2011-07-07

Abstract

【課題】工具基体表面に対し、すぐれた密着性を有し、ＣＦＲＰ、Ａｌ合金等の難削材の高速切削加工で、すぐれた耐剥離性、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、ＷＣ層からなる下地層とダイヤモンド層からなる上部層とを蒸着形成したダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具において、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、下地層、上部層の各結晶粒の（１１１）面の法線が基体表面の法線に対してなす傾斜角を測定し、傾斜角度数分布グラフを作成した場合、ＷＣ層については、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在し、かつ、該角度範囲内に存在する度数の合計が、度数全体の７０％以上の割合を占め、また、ダイヤモンド層については、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在し、かつ、該角度範囲内に存在する度数の合計が、度数全体の８０％以上の割合を占める。
【選択図】図１

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、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、特許文献１に示されるように、工具基体表面に、金属タングステンを被覆した後、これを炭化させた炭化タングステン（以下、従来ＷＣで示す）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１という）が知られており、この従来被覆工具１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。
また、特許文献２に示されるように、結晶面が（１１１）を主体とするダイヤモンド皮膜は耐摩耗性に優れるが、その反面、工具基体との密着性に劣ることから、これを改善するため、工具基体と、結晶面が（１１１）を主体とするダイヤモンド皮膜との間に、結晶面が（１００）あるいは（１１０）を主体とするダイヤモンド皮膜を介在形成したダイヤモンド被覆工具（以下、従来被覆工具２という）が知られており、この従来被覆工具２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合金の切削加工ですぐれた耐剥離性、耐摩耗性を発揮することが知られている。

特開平６−５７４２８号公報特開平５−５７５０８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１，２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１は、金属タングステンを被覆した後、これを炭化させた従来ＷＣ層からなる下地層を、工具基体とダイヤモンド層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たが、このダイヤモンド層として、上記従来被覆工具２で用いられている結晶面が（１１１）を主体とするダイヤモンド層を蒸着形成すると、耐摩耗性の改善がみられる。
しかし、これをＣＦＲＰ、Ａｌ合金等の高速切削に用いたような場合には、ダイヤモンド皮膜の密着性が依然として十分でないため、ダイヤモンド皮膜の剥離が生じるが、これは、ＷＣ層からなる下地層とダイヤモンド皮膜との密着性が十分でないことに原因があることを突き止めた。
そこで、ＷＣ層からなる下地層とダイヤモンド皮膜との密着性改善について、さらに研究を進めたところ、下地層として、（１１１）面の配向性が高いＷＣ層（以下、改質ＷＣ層という）を形成し、この上に、（１１１）面の配向性が高いダイヤモンド層を上部層として蒸着形成すると、上記改質ＷＣ層表面でのダイヤモンドの核生成が増加し、下地層直上のダイヤモンド膜が微細結晶化する。
その結果、切削加工時に上部層（ダイヤモンド層）作用する外部応力が均一化し、局部的な応力集中の発生を抑制できることから、工具基体に対する上部層（ダイヤモンド層）の密着性が一段と向上する。
したがって、上記下地層（（１１１）面の配向性が高い改質ＷＣ層）および上記上部層（（１１１）面の配向性が高いダイヤモンド層）を蒸着形成したダイヤモンド被覆工具は、一段と優れた密着性を備えるようになるため、ＣＦＲＰ、Ａｌ合金等の高速切削に用いた場合でも、ダイヤモンド層の剥離を生じることなく、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性を発揮することを見出したのである。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「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、炭化タングステン層からなる下地層とダイヤモンド層からなる上部層とを蒸着形成したダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具において、
（ａ）下地層は、０．２〜２μｍの平均層厚を有し、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面の測定範囲内に存在するＷＣ結晶粒個々に電子線を照射して、前記基体表面の法線に対して、前記ＷＣ結晶粒の結晶面である（１１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表した場合、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の７０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す炭化タングステン層、
（ｂ）上部層は、２．５〜３０μｍの平均層厚を有し、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面の測定範囲内に存在するダイヤモンド結晶粒個々に電子線を照射して、前記基体表面の法線に対して、前記ダイヤモンド結晶粒の結晶面である（１１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表した場合、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の８０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示すダイヤモンド層、
からなることを特徴とするダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具。」
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。

下地層：
本発明のダイヤモンド被覆工具における改質ＷＣ層からなる下地層は、ＷＣ基超硬合金からなる工具基体表面上に、通常のＰＶＤ装置（物理蒸着装置）にて、例えば、
バイアス電圧：２００〜５００Ｖ
雰囲気ガス：Ａｒ
雰囲気ガス流量：３００〜６００ｓｃｃｍ
の条件のＷＣスパッタリングで蒸着することにより、
（１１１）面の配向性が高い改質ＷＣ層を形成することができる。
そして、上記の（１１１）面の配向性が高い改質ＷＣ層は、工具基体に対して優れた密着性を有するものであった。
ただ、上記改質ＷＣ層の層厚は、その平均層厚が０．２μｍ未満では、ダイヤモンド層（上部層）の成膜に際し、ダイヤモンドの核生成を増加させ、改質ＷＣ層直上のダイヤモンド膜を微細結晶化する作用を十分に発揮することができず、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０．２〜２μｍと定めた。

上記ＰＶＤにより成膜した改質ＷＣ層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、前記基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成したところ、上記ＷＣ層では、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の７０％の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示した。
比較のために、従来被覆工具１におけるＷＣ層（即ち、金属タングステンを被覆した後、これを炭化させた従来ＷＣ層。）について、上記と同様にして傾斜角度数分布グラフを作成したところ、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークは存在せず、また、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計は、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の３０％未満という小さな割合を占めるに過ぎなかった。

上部層：
本発明のダイヤモンド被覆工具における上部層のダイヤモンドは、上記改質ＷＣ層上に、通常の熱フィラメント法により、例えば、
成膜圧力：２×１０^−２〜９×１０^−２Ｐａ、
Ｈ_２流量：２０００〜４０００ｍｌｎ、
ＣＨ_４流量：２０〜５０ｍｌｎ、
フィラメント電流値：１５０〜２００Ａ、
成膜温度：６００〜９００℃、
という条件で成膜することができる。
上記で得られたダイヤモンド層は、改質ＷＣ層直上に多数のダイヤモンド核が生成し、これらが成長することにより、改質ＷＣ層上には、微細結晶化したダイヤモンド膜が形成される。
そして、この微細結晶化したダイヤモンド層は、その層厚が２．５μｍ未満では長期の使用に亘っての耐摩耗性を確保することができないばかりか、厚膜化されていないために長寿命化を図ることもできず、一方、その層厚が３０μｍを超えると、ダイヤモンド皮膜の強度が低下するとともに、皮膜表面の平滑性も低下するため、切刃のチッピング、欠損等が発生しやすくなることから、ダイヤモンド層の層厚は、２．５〜３０μｍと定めた。

上部層を構成する上記ダイヤモンド層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、前記基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成したところ、上記ダイヤモンド層では、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の８０％の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示したことから、このダイヤモンド層は（１１１）面の配向性が高いことがわかる。

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、上記改質ＷＣ層（下地層）を介して（１１１）面配向性の高いダイヤモンド層を蒸着形成していることから、工具基体に対するダイヤモンド層の密着性が一段と優れ、皮膜の剥離チッピング、欠損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、すぐれた耐剥離性を示し、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。

本発明エンドミル１の改質ＷＣ層のＷＣ結晶粒の（１１１）面についての傾斜角度数分布グラフを示す。比較エンドミル１の従来ＷＣ層のＷＣ結晶粒の（１１１）面についての傾斜角度数分布グラフを示す。本発明エンドミル１のダイヤモンド層のダイヤモンド結晶粒の（１１１）面についての傾斜角度数分布グラフを示す。

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−８の表面には、
バイアス電圧：３００Ｖ、
雰囲気ガス：Ａｒ、
Ａｒガス流量：４００ｓｃｃｍ、
の条件下のＷＣスパッタリング法により、表２に示される目標層厚になるように、改質ＷＣ層を物理蒸着で形成した後、
成膜圧力：５×１０^−２Ｐａ、
Ｈ_２流量：３０００ｍｌｎ、
ＣＨ_４流量：４０ｍｌｎ、
フィラメント電流値：１８５Ａ、
成膜温度：７００℃、
の条件下で、同じく表２に示される目標層厚になるようにダイヤモンド層を形成して、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）１〜８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、特許文献１（特開平６−５７４２８号公報）に示される成膜法で下地層としての従来ＷＣ層を形成し、本発明エンドミル１〜８と同じ条件でダイヤモンド層を形成することにより、表３に示される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）１〜８をそれぞれ製造した。

上記比較エンドミル１〜８における従来ＷＣ層の成膜法は、以下の通り。
（イ）工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−８の表面に、直接、１〜２μｍの厚さの金属Ｗをアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）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法により、ガス雰囲気ＣＨ_４２ｖｏｌ％、Ｈ_２残分中で、室温から８００℃まで４０分かけて昇温することで、金属Ｗを炭化して、従来ＷＣ層を形成した。

つぎに、上記本発明エンドミル１〜８および上記比較エンドミル１〜８の改質ＷＣ層、従来ＷＣ層、ダイヤモンド層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、前記基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成した。

図１には、一例として、本発明エンドミル１の改質ＷＣ層のＷＣ結晶粒の（１１１）面についての傾斜角度数分布グラフを示すが、本発明エンドミル１〜８の改質ＷＣ層の（１１１）面の傾斜角度数分布グラフは、いずれもほぼ同様な傾斜角度数分布グラフを示し、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の７０％の割合を占めた。
図２には、一例として、比較エンドミル１の従来ＷＣ層のＷＣ結晶粒の（１１１）面についての傾斜角度数分布グラフを示すが、比較エンドミル１〜８の従来ＷＣ層の（１１１）面の傾斜角度数分布グラフは、いずれもほぼ同様な傾斜角度数分布グラフを示しし、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在せず、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の７０％未満である５〜２０％の割合を占めた。
図３に、一例として、本発明エンドミルのダイヤモンド層のダイヤモンド結晶粒の（１１１）面についての傾斜角度数分布グラフを示すが、本発明エンドミル１〜８および比較エンドミル１〜８のいずれもほぼ同様な傾斜角度数分布グラフを示し、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の８０％の割合を占めた。

表２、表３に、本発明エンドミル１〜８および上記比較エンドミル１〜８の改質ＷＣ層、従来ＷＣ層、ダイヤモンド層についてについて測定された最高ピークが存在する傾斜角区分、０〜１０度の範囲内に存在する度数割合を示す。

ついで、上記本発明エンドミル１〜８および上記比較エンドミル１〜８のダイヤモンド層については、ダイヤモンド結晶粒の平均粒子サイズ（μｍ）を測定した。
表２、表３にその値を示した。
なお、本発明でいう上記「平均粒子サイズ」とは、ダイヤモンド層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、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。
表２、表３から分かるように、本発明エンドミル１〜８のダイヤモンド層の平均粒子サイズは、０．５〜１．５μｍと微細であったが、比較エンドミル１〜８のダイヤモンド層の平均粒子サイズは、２．５〜３．５μｍと相対的に粗粒が形成されていた。

つぎに、上記本発明エンドミル１〜４および上記比較エンドミル１〜４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：２５０ｍ／ｍｉｎ．、
切断加工：（５ｍｍ）、
テーブル送り：１６５０ｍｍ／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を行った。
また、上記本発明エンドミル５〜８および上記比較エンドミル５〜８について、
（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：４６０ｍ／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：１５３０ｍｍ／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行った。
それぞれの試験で切削長（ｍ）を測定した。
なお、比較エンドミル１〜８については、剥離、チッピング、欠損の発生、あるいは、バリ発生等を原因とした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２、表３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４に示される改質ＷＣ層（下地層、）とダイヤモンド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）１〜８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１〜８と同一の条件で、工具基体（ドリル）Ｂ−１〜Ｂ−８の表面に、表５に示される従来ＷＣ層（下地層、）とダイヤモンド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）１〜８をそれぞれ製造した。

つぎに、上記本発明ドリル１〜４および比較ドリル１〜４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：１８０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．０９ｍｍ／ｒｅｖ、
貫通穴：（８ｍｍ）、
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を行った。
つぎに、上記本発明ドリル５〜８および比較ドリル５〜８について、
（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：２３０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、
貫通穴：（１５ｍｍ）、
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行った。
それぞれの試験で穴あけ加工数を測定した。
なお、比較エンドミル１〜８については、剥離、チッピング、欠損の発生、あるいは、バリ発生等を原因とした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４、表５にそれぞれ示した。

表２〜５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１〜８、本発明ドリル１〜８は、工具基体表面に（１１１）面配向性の高い改質ＷＣ層からなる下地層が形成され、上部層として（１１１）面配向性の高いダイヤモンド層が蒸着形成されていることにより、ダイヤモンド層の工具基体に対する密着性が一段と向上することにより、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、すぐれた耐剥離性、耐チッピング性、耐欠損性を備え、また、バリ等の発生も防止され、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、従来ＷＣ層からなる下地層を有する比較エンドミル１〜８、比較ドリル１〜８においては、工具基体に対するダイヤモンド層の密着性が十分でないため、切刃部に剥離、チッピング、欠損等が発生し、さらに、バリの発生等により、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、すぐれた耐剥離性、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。

Claims

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、炭化タングステン層からなる下地層とダイヤモンド層からなる上部層とを蒸着形成したダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具において、
（ａ）下地層は、０．２〜２μｍの平均層厚を有し、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面の測定範囲内に存在するＷＣ結晶粒個々に電子線を照射して、前記基体表面の法線に対して、前記ＷＣ結晶粒の結晶面である（１１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表した場合、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の７０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す炭化タングステン層、
（ｂ）上部層は、２．５〜３０μｍの平均層厚を有し、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面の測定範囲内に存在するダイヤモンド結晶粒個々に電子線を照射して、前記基体表面の法線に対して、前記ダイヤモンド結晶粒の結晶面である（１１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表した場合、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の８０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示すダイヤモンド層、
からなることを特徴とするダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具。