JP2019181574A

JP2019181574A - ダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具

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Publication number: JP2019181574A
Application number: JP2018070596A
Authority: JP
Inventors: 英彰高島; Hideaki Takashima
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2018-04-02
Filing date: 2018-04-02
Publication date: 2019-10-24

Abstract

【課題】ＣＦＲＰ／Ａｌ合金スタック材の高速穴あけ加工で長切削寿命ダイヤモンド被覆工具の提供【解決手段】ＷＣ工具基体表面に、平均層厚が６〜２２μｍの＜１００＞配向ダイヤモンド層、１５０〜３００ｎｍの分断層、１〜３μｍの＜１１０＞配向ダイヤモンド層が被覆され、＜１００＞配向ダイヤモンド層は、刃先先端を中心とした半径５０μｍの円内の縦断面の領域で、｛１００｝面の法線が工具基体の法線となす角度が０〜１５度の結晶粒の面積の和の占める割合が３０％以上、（Ｉｄ／Ｉｇ）が５以上、アスペクト比が５〜２０、前記分断層は結晶粒径が２０ｎｍ以下であり、前記＜１１０＞配向ダイヤモンド層は、前記領域で、｛１１０｝面の法線が工具基体の法線となす角度が０〜１５度の結晶粒の面積の和の占める割合が４０％以上、（Ｉｄ／Ｉｇ）が３以上、アスペクト比が５〜１０、皮膜表面の最大高低差Ｒｚが０．５μｍ以下であるダイヤモンド被覆切削工具【選択図】図１

Description

本発明は、特に、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）とＡｌ合金等からなる難削複合材（以下、「ＣＦＲＰ／Ａｌ合金スタック材」と称する）の高速切削加工において、優れた耐チッピング性および耐剥離性を発揮し、工具寿命を改善したダイヤモンド被覆炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金製切削工具に関する。

従来、ＷＣ基超硬合金（以下、「超硬合金」と称する）からなる工具基体に、ダイヤモンド膜を被覆した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」と称する）を用いてＡｌ合金またはＣＦＲＰ等を加工する際に、アブレッシブ摩耗を抑制するために、ダイヤモンド皮膜の面粗度を低減する提案がなされている。

例えば、特許文献１には、ダイヤモンド皮膜が、表面およびダイヤモンドの結晶成長方向と略直角な断面の結晶粒径が２μｍ以下となるように、核付着処理および結晶成長処理を繰り返して形成された微結晶の多層構造を成していることを特徴とするダイヤモンド被覆工具が記載されている。

また、例えば、特許文献２には、超硬工具基体の切れ刃部及び切れ刃部近傍にダイヤモンド被覆層を形成したダイヤモンドコーティング工具において、表面粗さＲ_ｚが３μｍ以下の基体上に、ダイヤモンドの｛１００｝面を主体とした平滑性に優れる面が得られる条件で成膜するプロセスと、ダイヤモンドの｛１１１｝面を主体とした耐溶着性に優れる面が得られる条件で成膜するプロセスとを、少なくとも前記切れ刃部において１０μｍ以上３０μｍ以下となる膜厚に達するまで交互に繰り返し行い、その工具表面粗さＲ_ｚを１μｍ以下にしたことを特徴とするダイヤモンド被覆工具が記載されている。

特許第３４７７１６２号公報特開２００６−１３０５７８号公報

近年の切削加工の技術分野における省力化および省エネ化、さらに低コスト化に対する要求は強く、これに伴い、切削加工は益々高速化の傾向にある。一方、従来のダイヤモンド被覆工具を、例えば、ＣＦＲＰ／Ａｌ合金スタック材の高速切削に用いる場合、鋭利な刃先が要求されるため、高い刃先強度が要求され、長期の使用にわたって、アブレッシブ摩耗を抑制し、かつ耐チッピング性および耐摩耗性を発揮することが十分とはいえず、高い加工精度を維持することが難しく、その結果、比較的短時間で使用寿命に至ることが多かった。

特許文献１に開示されているダイヤモンド皮膜は、結晶粒を小さくすることにより面粗度を低減しており、耐チッピング性の向上は期待できるものの、ダイヤモンド皮膜の結晶粒を小さくすることにより、ｓｐ^２結合に対するｓｐ^３結合比率が低下し、耐摩耗性が低下するおそれがあり、ＣＦＲＰ／Ａｌ合金スタック材の高速穴あけ加工等において十分な使用寿命を有するとはいえない。

特許文献２に記載されたダイヤモンド皮膜は、エンドミルのような断続的な衝撃負荷が刃先に作用する切削工具において、劈開性が強い｛１１１｝面を主体とした面を有しているため、刃先にチッピングが生じやすく、また、該面はダイヤモンド皮膜の自形の高低差が大きくＡｌ合金等の切削においては溶着の発生原因となりやすく、ＣＦＲＰ／Ａｌ合金スタック材の高速穴あけ加工等において十分な使用寿命を有するとはいえない。

そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、ダイヤモンド被覆工具において、ダイヤモンド皮膜の表面の面粗度を抑え、かつ高い耐摩耗性を有し、耐チッピング性と耐摩耗性に優れ、例えば、ＣＦＲＰ／Ａｌ合金スタック材の高速穴あけ加工においても切削寿命が長いダイヤモンド被覆工具を提供することである。

上述の従来のダイヤモンド被覆工具が有する課題を解決すべく、本発明者は鋭意、研究と実験を繰り返した。その結果、ＣＦＲＰ／Ａｌ合金スタック材の切削加工においては、アブレッシブ摩耗を抑えるだけでは不十分であってＡｌ合金等の溶着を抑える必要があることに着目したところ、Ａｌ合金の高速切削においてはダイヤモンド｛１００｝面は溶着を生じやすい傾向が確認されたため、皮膜の配向を検討した結果、ダイヤモンド皮膜の結晶粒を優先的に＜１１０＞配向とすることで、溶着を抑えられる特徴があることを発見した。さらに、＜１００＞配向持つダイヤモンド皮膜は、柱状成長し、ｓｐ^２結合に対するｓｐ^３結合比率を高め、皮膜の面粗度を抑え、かつ耐チッピング性に優れ耐摩耗性が高く破壊に対する靱性が高いことも発見した。そして、上層に＜１１０＞配向したダイヤモンド層、下層に＜１００＞配向したダイヤモンド層からなる積層したダイヤモンド皮膜は、耐溶着性、耐チッピング性および耐摩耗性に優れ、ＣＦＲＰ／Ａｌ合金スタック材の高速切削加工においても切削寿命が長いダイヤモンド被覆工具に適するという驚くべき新規な知見を得た。

本発明は、前記知見に基づいたものであり、以下の形態を含むものである。
「（１）炭化タングステン基超硬合金で構成された工具基体表面に平均膜厚が７．１５０〜２５．３００μｍのダイヤモンド皮膜が被覆されたダイヤモンド被覆工具であって、
前記ダイヤモンド皮膜は前記工具基体側表面から、順に、６．０００〜２２．０００μｍの平均層厚の＜１００＞配向したダイヤモンド層、１５０〜３００ｎｍの平均層厚の分断層、１．０００〜３．０００μｍの平均層厚の＜１１０＞配向したダイヤモンド層を含み、
前記＜１００＞配向したダイヤモンド層は、前記工具の刃先先端を中心とした半径５０μｍの円内の縦断面の領域において、電子線後方散乱回折による層厚方向の配向率の解析により｛１００｝面の法線が前記工具基体の法線となす傾斜角度を測定したとき、０〜１５度の範囲に入る結晶粒の面積の和の占める割合が３０％以上であり、かつ、波長５３２ｎｍの可視レーザーを用いたラマン分光による測定において、１３３２〜１３３７ｃｍ^−１に確認される前記ダイヤモンド皮膜のピーク強度（Ｉ_ｄ）と１５６０〜１６００ｃｍ^−１間にピークを有するグラファイトのピーク強度（Ｉ_ｇ）の比（Ｉ_ｄ／Ｉ_ｇ）が５以上、当該結晶粒の長径と短径とのアスペクト比が５〜２０であり、
前記分断層は結晶粒径が２０ｎｍ以下であり、
前記＜１１０＞配向したダイヤモンド層は、前記工具の刃先先端を中心とした半径５０μｍの円内の縦断面の領域において、電子線後方散乱回折による層厚方向の配向率の解析により｛１１０｝面の法線が前記工具基体の法線となす傾斜角度を測定したとき、０〜１５度の範囲に入る結晶粒の面積の和の占める割合が４０％以上であり、かつ、波長５３２ｎｍの可視レーザーを用いたラマン分光による測定において、１３３２〜１３３７ｃｍ^−１に確認される前記ダイヤモンド皮膜のピーク強度（Ｉ_ｄ）と１５６０〜１６００ｃｍ^−１間にピークを有するグラファイトのピーク強度（Ｉ_ｇ）の比（Ｉ_ｄ／Ｉ_ｇ）が３以上、当該結晶粒の長径と短径とのアスペクト比が５〜１０であって、皮膜表面の最大高低差Ｒ_ｚが０．５μｍ以下である、
ことを特徴とするダイヤモンド被覆切削工具。」

本発明のダイヤモンド被覆切削工具は、耐チッピング性に優れ、さらには、耐摩耗性も破壊に対する靱性も高く、ＣＦＲＰ／Ａｌ合金スタック材等の難削材の、例えば、ドリル等で高速穴あけ加工に用いる場合であっても、長期にわたって高い加工精度を維持する長寿命の切削工具であるという、優れた効果を発揮する。

刃先先端を中心とした半径５０μｍの円内の縦断面を示す模式図である。

次に、本発明のダイヤモンド被覆切削工具のダイヤモンド皮膜について、より詳細に説明する。

１．ダイヤモンド皮膜の平均膜厚：
本発明のダイヤモンド被覆切削工具におけるダイヤモンド皮膜の平均膜厚は７.１５０〜２５.３００μｍとする。この範囲とした理由は、７．１５０μｍ未満であると、耐摩耗性を重視するＣＦＲＰ／Ａｌ合金スタック材の切削において十分な寿命を得ることができず、２５.３００μｍを超えると、鋭利な刃先を得ることが難しくなって、ＣＦＲＰ／Ａｌ合金スタック材の切削においては被削材にバリや層間剥離を生じやすくなるためである。
また、下層となる＜１００＞配向したダイヤモンド層の平均層厚は、６．０００〜２２．０００μｍとする。その理由は、６．０００μｍ未満では十分な耐摩耗性を得ることができず、２２．０００μｍを超えると＜１１０＞配向したダイヤモンド層の皮膜表面の最大高低差Ｒ_ｚが０．５μｍ以下となることが困難となるためである。
さらに、分断層の平均層厚は、１５０〜３００ｎｍとする。その理由は、１５０ｎｍ未満であると、＜１００＞配向したダイヤモンド層と＜１１０＞配向したダイヤモンド層との結晶粒の分断が困難となり、表層のダイヤモンド層の結晶粒の＜１１０＞配向の割合が低下し、一方、分断層の平均層厚が３００ｎｍを超えると皮膜の耐摩耗性が低下するためである。
上層となる＜１１０＞配向したダイヤモンド層の平均層厚は、１．０００〜３．０００μｍとする。その理由は、１．０００μｍ未満では皮膜の結晶粒を＜１１０＞配向させることが難しく、３．０００μｍを超えると皮膜表面の最大高低差Ｒｚが０．５μｍ以下となることが困難となるためである。
ここで、ダイヤモンド皮膜の平均膜厚の測定は、工具基体に垂直な方向の断面（膜厚方向の断面である縦断面）をＣｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎａｌＰｏｌｉｓｈｅｒ（以下、ＣＰという）にて加工し、加工した断面を走査電子顕微鏡を用いて適切な倍率（例えば、倍率５０００倍）で膜厚を測定し、例えば、観察視野内の５点の膜厚を測定して平均して求める。

２．ダイヤモンド皮膜の膜構造：
本発明のダイヤモンド被覆切削工具におけるダイヤモンド皮膜は、＜１００＞配向した下層である単層と＜１１０＞配向した上層である単層を含む。ここで、単層とは、複数の結晶粒から構成される層であって、結晶粒が工具基体と水平な方向に分断されていない層をいう。
また、本発明のダイヤモンド被覆切削工具におけるダイヤモンド皮膜は、結晶粒が＜１００＞配向した単層と結晶粒が＜１１０＞配向した単層との間に、結晶粒の配向がランダム（無配向）である層を有する積層構造からなる。

３．ダイヤモンド皮膜の配向：
本発明のダイヤモンド被覆切削工具において、刃先を含む縦断面をＣＰにて加工し、工具の刃先先端を中心とした半径５０μｍの円内の縦断面の領域におけるダイヤモンド皮膜を構成する結晶粒に対して、＜１００＞配向させた層（単層）では｛１００｝面について、＜１１０＞配向させた層（単層）では｛１１０｝面について、この２面の法線が工具基体の法線に対してなす傾斜角度を、電子線後方散乱回折（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＥＢＳＤ）装置を用いてそれぞれ測定したとき、前記傾斜角度のうち０〜１５°の範囲にある結晶粒の面積の和が、前記領域にあるそれぞれの単層の結晶粒の全ての面積の和に対して、＜１００＞配向させた単層では３０％以上、＜１１０＞配向させた単層では４０％以上でなくてはならない。その理由は、＜１００＞配向させた単層では３０％未満であると、十分な耐摩耗性を得ることができず、＜１１０＞配向させた単層では４０％未満であると、溶着を生じやすく加工精度が低下してしまうためである。

４．ダイヤモンド皮膜の膜質：
本発明のダイヤモンド被覆切削工具のダイヤモンド皮膜において、前記領域の＜１００＞配向した単層と＜１１０＞配向した単層の断面を、波長５３２ｎｍの可視レーザーを用いたラマン分光による測定し、１３３２〜１３３７ｃｍ^−１に確認されるダイヤモンド皮膜のピーク強度（Ｉ_ｄ）と１５６０〜１６００ｃｍ^−１間にピークを有するグラファイトのピーク強度（Ｉ_ｇ）の比（Ｉ_ｄ／Ｉ_ｇ）が＜１００＞配向した単層が５以上好ましくは１０以上、＜１１０＞配向した単層が３以上であることが望ましい。その理由は、＜１００＞単層においては前記比が５未満であると十分な耐摩耗性が得られないためであり、＜１１０＞配向した単層においては前記比が３未満であると、溶着を抑えられないためである。

５．ダイヤモンド皮膜の結晶粒の形状：
本発明のダイヤモンド被覆切削工具において、＜１００＞配向した層と＜１１０＞配向した層を電界放出型走査電子顕微鏡を用いて断面方向より皮膜の組織を観察し、ダイヤモンドの結晶粒径を測定する。ダイヤモンド皮膜の結晶粒の形状は、以下に定義される平均アスペクト比を満足する柱状である。すなわち、平均アスペクト比は、＜１００＞配向した単層においては、ダイヤモンド皮膜の縦断面において膜厚方向の工具基体とこの単層の境界からこの単層の厚さまでの任意の線分（例えば、２０μｍ長の線分）を３箇所とり、それぞれの線分に含まれる結晶粒の数で該線分の長さを除した値の、平均値を長径とし、前記工具基体とこの単層の境界から膜厚方向に1μｍまでの領域において、前記各線分をそれぞれ横断する任意の５μｍの線分を１ずつ（合計３）とり、それぞれの線分に含まれる結晶粒径の数で５μｍを除した値の平均値を短径とし、長径を短径で除した値である。また、＜１１０＞配向した単層においては、ダイヤモンド皮膜の縦断面において、分断層とこの単層の境界からこの単層の厚さまでの任意の線分（例えば、２μｍ長の線分）を３箇所とり、それぞれの線分に含まれる結晶粒の数で当該線分の長さを除した値の平均値を長径とし、前記分断層とこの単層の境界からより膜厚方向に１μｍまでの領域において前記各線分をそれぞれ横断する任意の５μｍの線分を１ずつ（合計３）とり、それぞれの線分に含まれる結晶粒の数で５μｍを除した値の平均値を短径とし、長径を短径で除した値である。そしてその値は、＜１００＞配向した単層は５〜２０、＜１１０＞配向した単層は５〜１０であることが望ましい。その理由は、＜１００＞配向した単層のアスペクト比は５未満であると、ダイヤモンド皮膜の残留応力が増大し、マイクロチッピングを生じやすく、一方、２０を超えると、ダイヤモンド皮膜の耐摩耗性が低下して工具寿命が短くなるためである。＜１１０＞配向した単層のアスペクト比は５未満であると、ダイヤモンド皮膜の残留応力が増大し、マイクロチッピングを生じやすく、一方、１０を超えると、ダイヤモンド皮膜の耐摩耗性が低下して工具寿命が短くなるためである。
分断層の結晶粒径は２０ｎｍ未満を満たすナノダイヤモンドで構成される。ナノダイヤモンドの粒径は、集束イオンビーム（ＦｏｃｕｓｅｄＩｏｎＢｅａｍ：ＦＩＢ）装置にて試料を箔片状に加工し、イオンミリング装置にてさらに加工することで得られた測定試料を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察し、任意の線分（例えば１００ｎｍ）を当該線分に含まれるナノダイヤモンドの粒子数で除し、ナノダイヤモンドの粒径を測定した。

６．ダイヤモンド皮膜の最大高低差：
本発明のダイヤモンド被覆切削工具において、ダイヤモンド皮膜表面の最大高低差（Ｒｚ）は０．５μｍ以下が好ましい。その理由は、０．５μｍを超えると、切削加工時の切削抵抗が大きくなり、アブレッシブ摩耗が起こりやすくなり、耐チッピング性が低下するためである。
ここで、最大高低差（Ｒ_ｚ）は、刃先を含む縦断面をＣＰにて加工し、刃先先端を中心とした半径５０μｍの円内の縦断面の領域におけるダイヤモンド皮膜の最大高低差を、例えば、３箇所をＪＩＳＢ０６０１−１９９４にしたがって測定したものである。
本発明でいう刃先先端を中心とした半径５０μｍの円内の縦断面の領域とは、図１に示すように、すくい面と逃げ面とをそれぞれ直線で近似したときに、当該直線の交点から、それぞれ、すくい面側、逃げ面側に５０μｍ離れた領域内をいう。

７．製造方法（成膜条件）
本発明のダイヤモンド被覆切削工具におけるダイヤモンド皮膜は、熱フィラメント法に用いるＣＶＤ装置を用いて、例えば、以下のような成膜条件によって製作することができる。
（１）＜１００＞配向したダイヤモンド単層
フィラメント電流値：１５０〜２００Ａ
Ｈ_２ガスに対するＣＨ_４ガスの割合：２．５〜４．５体積％
基体温度：７５０〜８５０℃
反応圧力：８００〜１０００Ｐａ
成膜時間：３．０〜１３．０時間
成膜初期（成膜開始より５分間）に工具基体にフィラメントに対して直流の負バイアスを印加し、成膜開始後５分間およびその後３０分おきにバイアスを1分間印加する。バイアスの範囲は−１２０Ｖから−２００Ｖが望ましく、−１２０Ｖ未満はバイアスを印加する効果が小さく、−２００Ｖを越えると膜質が低下する。
（２）分断層
フィラメント電流値：１２０〜１５０Ａ
Ｈ_２ガスに対するＣＨ_４ガスの割合：３．５〜４．５体積％
基体温度：７５０〜８００℃
反応圧力：３００〜５００Ｐａ
成膜時間：０．２〜０．４時間
（３）＜１１０＞配向したダイヤモンド単層
フィラメント電流値：１４０〜１８０Ａ
Ｈ_２ガスに対するＣＨ_４ガスの割合：０．８〜１．５体積％
基体温度：７５０〜８００℃
反応圧力：５００〜８００Ｐａ
成膜時間：１．０〜３．０時間

次に、実施例について説明する。なお、実施例ではドリルを例に挙げて説明するが本発明に係るダイヤモンド被覆切削工具はこれに限られるものではない。

原料粉末として、いずれも１μｍ以下の平均粒径を有するＷＣ粉末、１〜３μｍの平均粒径を有するＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで９６時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、直径が１０ｍｍ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、直径７ｍｍのドリル形状の超硬合金製の工具基体Ａ、Ｂを製作した。

引き続いて、この超硬合金基体Ａ、Ｂの表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した後、酸溶液、アルカリ溶液、酸溶液の３段階によるエッチング処理を行った後、粒径１〜２μｍのダイヤモンド粉末を含むイソプロピルアルコール液中で１０分間の超音波処理を行なった。

その後、前記超硬合金基体Ａ、Ｂを熱フィラメント法に用いるＣＶＤ装置に装入し、所定の平均膜厚、平均粒径の結晶性ダイヤモンド層を成膜形成し本発明被覆工具１〜１４を製作した。成膜条件は、表２に示すとおりである。

このようにして得られたダイヤモンド皮膜について、ダイヤモンド皮膜の平均膜厚、工具の刃先先端を中心とした半径５０μｍの円内の縦断面の領域の下層の結晶粒の｛１００｝面の法線および上層の結晶粒の｛１１０｝面の法線が工具基体の法線に対してそれぞれなす傾斜角度をそれぞれＥＢＳＤ装置を用いて測定し、前記傾斜角度のうち、０〜１５°の範囲にある結晶粒の面積の和が前記領域にあるそれぞれの単層の結晶粒の全ての面積の和に対する割合（以下、＜１００＞および＜１１０＞配向率という）を求めた。さらに、波長５３２ｎｍの可視レーザーを用いたラマン分光による測定において、１３３２〜１３３７ｃｍ^−１に確認される前記ダイヤモンド皮膜のピーク強度（Ｉ_ｄ）と１５６０〜１６００ｃｍ^−１間にピークを有するグラファイトのピーク強度（Ｉ_ｇ）の比、前記領域にあるそれぞれの単層の結晶粒の長径の短径に対する平均アスペクト比、前記ダイヤモンド皮膜の表面の最大高低差（Ｒ_ｚ）をそれぞれ求めた。それぞれの値を表３に示す。

比較の目的で、前記超硬合金基体Ａ、Ｂを熱フィラメントＣＶＤ装置に装入し、ダイヤモンド膜を成膜し、比較被覆工具１〜１８を製作した。成膜条件は表２に示すとおりである。
そして、工具の刃先先端を中心とした半径５０μｍの円内の縦断面におけるダイヤモンド皮膜について、ダイヤモンド皮膜全体および各層の平均膜厚、下層の結晶粒の｛１００｝面の法線および上層の結晶粒の｛１１０｝面の法線が工具基体の法線に対してそれぞれなす傾斜角度をそれぞれＥＢＳＤ装置を用いて測定し、前記傾斜角度のうち、０〜１５°の範囲にある結晶粒の面積の和が前記領域にあるそれぞれの単層の結晶粒の全ての面積の和に対する割合を求めた。さらに、波長５３２ｎｍの可視レーザーを用いたラマン分光による測定において、１３３２〜１３３７ｃｍ^−１に確認される前記ダイヤモンド皮膜のピーク強度（Ｉ_ｄ）と１５６０〜１６００ｃｍ^−１間にピークを有するグラファイトのピーク強度（Ｉ_ｇ）の比、前記領域にあるそれぞれの単層の結晶粒の長径と短径の平均アスペクト比、前記ダイヤモンド皮膜の表面の最大高低差（Ｒ_ｚ）をそれぞれ求めた。それぞれの値を表４に示す。

続いて、前記本発明被覆工具１〜１４および比較被覆工具１〜１８について、下記条件で穴開け回数の評価試験を行い、工具寿命を調べた。
被削材：厚さ２７ｍｍ
ＣＦＲＰ（厚さ２０ｍｍ）とＡｌ合金（Ａ７０７５：厚さ７ｍｍ）からなる複合材
ＶＣ＝１００ｍ／分
ｆｒ＝０．２ｍｍ／ｒｅｖ貫通
＊工具寿命の判定方法：加工穴数５０毎に、ドリルの刃先とワークを観察し、刃先に基体の露出、欠損、チッピングが生じた時点でドリルの寿命とした。また、加工精度を保つ基準として、被削材の加工面にバリ発生しない、層間剥離が加工面から１ｍｍ以内に抑えられた加工状態を合格判定とした。
試験結果を表５に示す。

ここで、比較被覆工具９の「加工不良」とは、バリ・層間剥離が発生したため穴開け加工の初期に加工中止としたことを表している。

表５に示される結果から、本発明被覆工具１〜１４は、＜１００＞配向したダイヤモンド層は、＜１００＞配向率が３０％以上であり、かつ、Ｉ_ｄ／Ｉ_ｇが５以上、アスペクト比が５〜２０であって、分断層の結晶粒径が２０ｎｍ以下であり、＜１１０＞配向したダイヤモンド層は、＜１１０＞配向率が４０％以上であり、かつ、Ｉ_ｄ／Ｉ_ｇが３以上、アスペクト比が５〜１０であって、皮膜表面の最大高低差Ｒｚが０．５μｍ以下であるため、ＣＦＲＰ／Ａｌ合金スタック材の切削加工おいて耐チッピング性に優れ、さらには、耐摩耗性が高く破壊に対する靱性が高い。
これに対して、本発明の規定を満足しない比較被覆工具１〜１８においては、いずれも、欠損・チッピングが発生するばかりか、切削長が短い、または短時間で使用寿命に至っている。

前述のとおり、この発明のダイヤモンド被覆工具は、難削材であるＣＦＲＰ／Ａｌ合金スタック材の切削において、長期の使用にわたり優れた耐チッピング性、耐欠損性、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、ならびに切削加工の省力化および省エネ化、さらには、低コスト化に十分に満足できる対応ができるものである。

Claims

炭化タングステン基超硬合金で構成された工具基体表面に平均膜厚が７．１５０〜２５．３００μｍのダイヤモンド皮膜が被覆されたダイヤモンド被覆工具であって、
前記ダイヤモンド皮膜は前記工具基体側表面から、順に、６．０００〜２２．０００μｍの平均層厚の＜１００＞配向したダイヤモンド層、１５０〜３００ｎｍの平均層厚の分断層、１．０００〜３．０００μｍの平均層厚の＜１１０＞配向したダイヤモンド層を含み、
前記＜１００＞配向したダイヤモンド層は、前記工具の刃先先端を中心とした半径５０μｍの円内の縦断面の領域において、電子線後方散乱回折による層厚方向の配向率の解析により｛１００｝面の法線が前記工具基体の法線となす傾斜角度を測定したとき、０〜１５度の範囲に入る結晶粒の面積の和の占める割合が３０％以上であり、かつ、波長５３２ｎｍの可視レーザーを用いたラマン分光による測定において、１３３２〜１３３７ｃｍ^−１に確認される前記ダイヤモンド皮膜のピーク強度（Ｉ_ｄ）と１５６０〜１６００ｃｍ^−１間にピークを有するグラファイトのピーク強度（Ｉ_ｇ）の比（Ｉ_ｄ／Ｉ_ｇ）が５以上、当該結晶粒の長径と短径とのアスペクト比が５〜２０であり、
前記分断層は結晶粒径が２０ｎｍ以下であり、
前記＜１１０＞配向したダイヤモンド層は、前記工具の刃先先端を中心とした半径５０μｍの円内の縦断面の領域において、電子線後方散乱回折による層厚方向の配向率の解析により｛１１０｝面の法線が前記工具基体の法線となす傾斜角度を測定したとき、０〜１５度の範囲に入る結晶粒の面積の和の占める割合が４０％以上であり、かつ、波長５３２ｎｍの可視レーザーを用いたラマン分光による測定において、１３３２〜１３３７ｃｍ^−１に確認される前記ダイヤモンド皮膜のピーク強度（Ｉ_ｄ）と１５６０〜１６００ｃｍ^−１間にピークを有するグラファイトのピーク強度（Ｉ_ｇ）の比（Ｉ_ｄ／Ｉ_ｇ）が３以上、当該結晶粒の長径と短径とのアスペクト比が５〜１０であって、皮膜表面の最大高低差Ｒ_ｚが０．５μｍ以下である、
ことを特徴とするダイヤモンド被覆切削工具。