JP2658324B2 - ダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金製工具部材 - Google Patents

ダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金製工具部材

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JP2658324B2 JP63322764A JP32276488A JP2658324B2 JP 2658324 B2 JP2658324 B2 JP 2658324B2 JP 63322764 A JP63322764 A JP 63322764A JP 32276488 A JP32276488 A JP 32276488A JP 2658324 B2 JP2658324 B2 JP 2658324B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、炭化タングステン(以下WCで示す)基超
硬合金基体の表面に対するダイヤモンド被覆層の付着強
度が著しく高いダイヤモンド被覆WC基超硬合金製工具部
材に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に、結合相形成成分としてCo:1〜25%、 を含有し、さらに必要に応じて、 分散相形成成分としてWを除く元素周期律表の4a,5
a、および6a族金属の炭化物、並びにこれらのWCを含む
2種以上の固溶体(以下これらを総称して「金属炭化物
という)のうちの1種以上:0.5〜30%、を含有し、残り
が同じく分散相形成成分としてのWCと不可避不純物から
なる組成(以下重量%、以下%は重量%を示す)を有す
るWC基超硬合金基体の表面に、所定の寸法出しを行なう
ために研削し、ついで、例えば硝酸や硫酸などの希釈酸
性水溶液を用いてのエッチングによる基体表面Co除去処
理を施した状態で、通常の気相合成法にてダイヤモンド
被覆層を0.5〜10μmの平均層厚で形成してなるダイヤ
モンド被覆WC基超硬合金製工具部材が、例えばスローア
ウェイチップやエンドミル、さらに小径ドリルやドリル
などの切削工具部材として適用されていることは良く知
られるところである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記の従来ダイヤモンド被覆WC基超硬合金製
工具部材においては、WC基超硬合金基体表面に対するダ
イヤモンド被覆層の付着強度が低いために、例えばこれ
をAl−Si合金などの断続切削や、高送りおよび高切込み
などの重切削などに用いた場合に剥離が発生し易く、相
対的にきわめて短かい使用寿命しか示さないのが現状で
ある。
〔課題を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記
の従来ダイヤモンド被覆WC基超硬合金製工具部材に着目
し、これのダイヤモンド被覆層のWC基超硬合金基体表面
に対する付着強度を向上せしめるべく研究を行なった結
果、表面研削を行ない、かつ表面部のエッチングによる
Co除去処理を行なった後のWC基超硬合金基体において
は、これの表面に対するX線回折で、いずれの結晶面に
も1つのピークが波形しか現われないが、このWC基超硬
合金基体に、結合相形成成分としてのCoの含有量を5%
超〜25%に特定した上で、表面研削とCo除去処理の間
で、真空中、1000〜1500℃の範囲内の所定温度に所定時
間保持の熱処理を施してやると、これの表面に対するX
線回折で、第1図に示されるようにWCの(211)面に高
低差のある2つの連続ピーク波形が現われるようにな
り、この波形の変化は、研削時に基体表面に圧着あるい
はこれに圧入して剥離の起点となっていた研削層が加熱
時に結合相に固溶し、凝固時に析出して結晶化すること
による基体との一体化およびこれに伴なう基体表面の粗
面化、並びに研削時に発生した表面部内部歪の除去に原
因するものであると推定され、この状態のWC基超硬合金
基体の表面に、通常の気相合成法にてダイヤモンド被覆
層を形成すると、このダイヤモンド被覆層のWC基超硬合
金基体表面に対する付着強度は著しく高いものとなり、
したがってこの結果のダイヤモンド被覆WC基超硬合金製
工具部材は、これを上記の切削工具部材や、さらに各種
のダイスやプリンターヘッド、さらに、熱間加工用ガイ
ドローラや製管用シーミングロールなどの耐摩耗工具部
材として用いた場合に、すぐれた性能を著しく長期に亘
って発揮するようになるという知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであ
って、 結合相形成成分としてCo:5%超〜25%、 を含有し、さらに必要に応じて、 分散相形成成分として金属炭化物のうちの1種以上:
0.5〜30%、 を含有し、残りがWCと不可避不純物からなる組成を有す
るWC基超硬合金基体に、寸法出しのための研削を施し、
ついで真空中、1000〜1500℃の範囲内の所定温度に所定
時間保持の熱処理を施し、引続いて表面部のエッチング
によるCo除去処理を施すことによって、X線回折で、WC
の(211)面に高低差のある2つの連続ピーク波形が現
われるようにした基体表面に、通常の気相合成法にてダ
イヤモンド被覆層を0.5〜10μmの平均層厚で形成して
なる付着強度のきわめて高いダイヤモンド被覆WC基超硬
合金製工具部材に特徴を有するものである。
なお、この発明の工具部材において、基体のCo含有量
を5%超〜25%と限定したのは、その含有量が5%以下
では所望のすぐれた靭性および強度を確保することがで
きず、一方その含有量が25%を超えると、耐摩耗性の低
下が著しく、特に切削工具部材にあっては10%以下の含
有が望ましく、かかる理由によるものであり、また耐摩
耗性を向上させる目的で必要に応じて含有される金属炭
化物の含有量を0.5〜30%としたのは、その含有量が0.5
%未満では所望の耐摩耗性向上効果が得られず、一方そ
の含有量が30%を超えると靭性の低下が著しいという理
由によるものであり、さらにダイヤモンド被覆層の平均
層厚を0.5〜10μmとしたのは、その平均層厚が0.5μm
未満では所望の耐摩耗性を確保することができず、一方
その平均層厚が10μmを越えると、皮膜に欠けやチッピ
ングが発生し易くなるという理由によるものである。
また、この発明の工具部材の基体に対する熱処理の実
施に際して、その加熱温度を1000〜1500℃としたのは、
その温度が1000℃未満では、X線回折で明確な2つの連
続ピーク波形が現われず、この結果ダイヤモンド被覆層
に所望の高い付着強度を確保することができず、一方そ
の温度が1500℃を越えると、結晶粒が粗大化して強度が
低下するようになるという理由からであり、この場合保
持時間は、例えば切削用スローアウェイチップで30〜90
分で十分である。
〔実施例〕
つぎに、この発明の工具部材を実施例により具体的に
説明する。
原料粉末として、いずれも0.5〜10μmの範囲内の所
定の平均粒径を有するWC粉末、各種の金属炭化物粉末、
およびCo粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ第1
表に示される配合組成に配合し、ボールミルで72時間湿
式混合し、乾燥した後、1.5ton/cm2の圧力で圧粉体にプ
レス成形し、この圧粉体を、1×10-3torrの真空中、13
50〜1500℃の範囲内の所定温度に90分間保持の条件で焼
結して配合組成と実質的に同一の成分組成をもったWC基
超硬合金基体を製造し、この基体表面に上下面および外
周研削機を用いて研削加工を施して、その形状をCIS
(超硬工具協会)規格spp422のスローアウェイチップと
し、引続いてこのチップ基体に、1×10-3torrの真空
中、1000〜1500℃の範囲内の所定温度に30〜90分間保持
の条件で熱処理を施し、さらにこの熱処理後の表面を5
%硝酸水溶液 にてエッチングして表面部のCoを除去し、この状態のチ
ップ基体表面に対して、 管球:Cu、フィルター:Ni、 管電圧:40kV、管電流:40A、 時定数:5、レコーダー速度:40mm/2θ(度)、 レコーダーフルスケール:10000cps、 の条件でX線回折を施したところ、いずれのチップ基体
表面もWCの(211)面に第1図に示される高低差のある
2つの連続ピーク波形が現われ、この2つの連続ピーク
波形におけるそれぞれの高さ:l1およびl2を測定し、l1/
l2比を算出して第1表に示し、ついでこれを、金属W製
フィラメントを備えた直径:120mmの石英製管状反応容器
内に装入し、 雰囲気圧力:35torr、基体温度:700℃、 反応ガス:CH4/H2=0.05、 の条件で3〜6時間の範囲内の所定時間の気相合成反応
を行なって同じく第1表に示される平均層厚のダイヤモ
ンド被覆層を上記チップ基体表面に形成することにより
本発明ダイヤモンド被覆WC基超硬合金製切削チップ(以
下、本発明切削チップという)1〜10をそれぞれ製造し
た。
また、比較の目的で、第2表に示される通り上記WC基
超硬合金基体に対する研削後の熱処理を行わない以外
は、同一の条件で従来ダイヤモンド被覆WC基超硬合金製
切削チップ(以下、従来切削チップという)1〜10をそ
れぞれ製造したが、この場合の上記熱処理を施さないチ
ップ基体表面に対するX線回折では、いずれの結晶面も
通常の1つのピーク波形を示した。
つぎに、この結果得られた本発明切削チップ1〜10お
よび従来切削チップ1〜10について、 被削材:Al−12%Si合金の溝入り材、 切削速度:550m/min、 切込み:1.5mm、 送り:0.15mm/rev.、 切削時間:20分 の条件でのAl合金の乾式フライス断続切削試験、 並びに、 被削材:Al−18.5%Si合金の丸棒、 切削速度:150m/min、 切込み:1mm、 送り:0.4mm/rev.、 切削時間:5分 の条件でのAl合金の乾式高送り連続切削試験をそれぞれ
10個の切刃について行ない、切刃:10個の平均逃げ面摩
耗幅を測定すると共に、切刃におけるダイヤモンド被覆
層の剥離発生本数を測定した。これらの測定結果を第1,
2表に示した。
〔発明の効果〕
第1,2表に示される結果から、本発明切削チップ1〜1
0は、いずれもWC基超硬合金基体に対するダイヤモンド
被覆層の付着強度が著しく高いので、苛酷な条件下での
切削となるフライス断続切削や高送り切削で、ダイヤモ
ンド被覆層の剥離がほとんどなく、すぐれた耐摩耗性を
示すのに対して、従来チップ1〜10では、ダイヤモンド
被覆層の密着性が不十分なので、いずれの場合もダイヤ
モンド被覆層に剥離が発生し易く、摩耗も著しいことが
明らかである。
上述のように、この発明のダイヤモンド被覆WC基超硬
合金製工具部材は、ダイヤモンド被覆層のWC基超硬合金
基体に対する付着強度がきわめて高いので、切削工具や
耐摩耗性工具として、通常の条件は勿論のこと、特に断
続切削や重切削などの苛酷な条件での適用に際してもす
ぐれた耐摩耗性を示し、使用寿命の著しい延命化を可能
とするものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のダイヤモンド被覆WC基超硬合金製工
具部材のダイヤモンド被覆層形成前の基体表面に対する
X線回折で、WCの(211)面に現われる明確な高低差の
ある2つの連続ピーク波形を例示する図である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】結合相形成成分としてCo:5%超〜25%、 を含有し、残りが分散相形成成分としての炭化タングス
    テンと不可避不純物からなる組成(以上重量%)を有す
    る炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、気相合成
    法によるダイヤモンド被覆層を0.5〜10μmの平均層厚
    で形成してなるダイヤモンド被覆炭化タングステン基超
    硬合金製工具部材において、 上記ダイヤモンド被覆層形成前の基体が、研削および熱
    処理後のエッチングによるCo除去処理表面に対するX線
    回折で、高低差のある2つの連続ピーク波形が炭化タン
    グステンの(211)面に現われる基体であることを特徴
    とする付着強度の高いダイヤモンド被覆炭化タングステ
    ン基超硬合金製工具部材。
  2. 【請求項2】結合相形成成分としてCo:5%超〜25%、 を含有し、さらに、 分散相形成成分としてWを除く元素周期律表の4a,5a、
    および6a族金属の炭化物、並びにこれらの炭化タングス
    テンを含む2種以上の固溶体のうちの1種以上:0.5〜30
    %、 を含有し、残りが分散相形成成分としての炭化タングス
    テンと不可避不純物からなる組成(以上重量%)を有す
    る炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、気相合成
    法によるダイヤモンド被覆層を0.5〜10μmの平均層厚
    で形成してなるダイヤモンド被覆炭化タングステン基超
    硬合金製工具部材において、 上記ダイヤモンド被覆層形成前の基体が、研削および熱
    処理後のエッチングによるCo除去処理表面に対するX線
    回折で、高低差のある2つの連続ピーク波形が炭化タン
    グステンの(211)面に現われる基体であることを特徴
    とする付着強度の高いダイヤモンド被覆炭化タングステ
    ン基超硬合金製工具部材。
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