JP2803379B2 - 気相合成ダイヤモンド被覆切削工具の製造法 - Google Patents

気相合成ダイヤモンド被覆切削工具の製造法

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JP2803379B2 JP3060930A JP6093091A JP2803379B2 JP 2803379 B2 JP2803379 B2 JP 2803379B2 JP 3060930 A JP3060930 A JP 3060930A JP 6093091 A JP6093091 A JP 6093091A JP 2803379 B2 JP2803379 B2 JP 2803379B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、耐剥離性に優れた気
相合成ダイヤモンド被覆切削工具の製造法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年、Coを結合相形成成分として含有
し、残りが炭化タングステン(以下、WCと記す)およ
び不可避不純物からなるWC基超硬合金基体の表面に、
気相合成法によりダイヤモンド被覆層を形成したダイヤ
モンド被覆切削工具が提供されており、このダイヤモン
ド被覆切削工具は、主としてAlまたはAl合金の切削
に用いられている。このダイヤモンド被覆切削工具の表
面に形成されているダイヤモンド被覆層は、剥離しやす
いために工具寿命が短く、このダイヤモンド被覆切削工
具の工具寿命を延ばすためにはWC基超硬合金基体表面
に形成されるダイヤモンド被覆層の密着強度を向上させ
る工夫がいろいろとなされている。
【0003】例えば、Co:0.1〜1重量%含有の低
Co含有WC基超硬合金基体を熱間静水圧プレス(以
下、HIPという)により製造し、この低Co含有WC
基超硬合金基体の表面に気相合成法によりダイヤモンド
被覆層を形成する方法(特開平2−4934号公報参
照)などが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平2−493
4号公報記載の方法で製造されるダイヤモンド被覆切削
工具は、低Co含有WC基超硬合金基体の上に気相合成
ダイヤモンド被覆層が形成されるため、気相合成ダイヤ
モンド被覆層の超硬合金基体の表面に対する付着強度は
優れているが、WC基超硬合金基体のCo含有量が少な
いために基体の靭性が十分でなく、十分な工具寿命は得
られなかった。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
気相合成ダイヤモンド被覆層の超硬合金基体表面に対す
る付着強度およびWC基超硬合金基体の靭性がともに優
れ、連続および断続切削に際して工具寿命の長いダイヤ
モンド被覆切削工具を提供すべく研究を行った結果通常
のWC基超硬合金切削工具に通常のHIPまたはホット
プレスを施してWC基超硬合金基体を製造し、得られた
WC基超硬合金基体表面を研削することなくそのまま通
常の化学エッチングを施し、この化学エッチングしたW
C基超硬合金基体表面を更に微細硬質粒子が浮遊分散し
た沸騰温度直下の突沸可能な温度に加熱された溶液中で
超音波研摩し、ついで超音波研摩したWC基超硬合金基
体の表面に、気相合成法によりダイヤモンド被覆層を形
成して得られたダイヤモンド被覆切削工具は、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優
れ、かつ靭性も優れている、という知見を得たのであ
る。
【0006】この発明は、かかる知見にもとづいてなさ
れたものであって、通常のWC基超硬合金切削工具を、 (a)圧力:40〜3000気圧、液相出現温度以上1
500℃以下の温度範囲内でHIPするか、または (b)圧力:10〜200気圧、液相出現温度以上17
00℃以下の温度範囲内でホットプレスし、得られたW
C基超硬合金基体の表面研削することなくそのままを通
常の方法で化学エッチングし、この化学エッチングした
WC基超硬合金基体表面を更に微細硬質粒子が浮遊分散
した沸騰温度直下の突沸可能な温度に加熱された溶液中
で超音波研摩し、ついで超音波研摩したWC基超硬合金
基体の表面に、気相合成法によりダイヤモンド被覆層を
形成する気相合成ダイヤモンド被覆切削工具の製造法、
に特徴を有するものである。
【0007】この発明の製造法で用いる「通常のWC基
超硬合金切削工具」とは、周期律表の鉄族金属(Co,
Ni,Fe)のうち1種または2種以上からなる結合相
形成成分粉末:4〜20重量%配合し、さらに必要に応
じて、周期律表の4a,5aおよび6a族金属の炭化
物、窒化物および酸化物、並びにこれらの固溶体からな
る粉末のうち1種または2種以上:0.5〜30重量%
を配合し、残りがWC粉末および不可避不純物、となる
ように配合し、かかる配合組成の混合粉末をプレス成形
して圧粉体を製造し、この圧粉体を通常の条件にて焼結
し、上記配合組成と実質的に同一の成分組成からなる焼
結体を製造し、この焼結体を所定の形状に研削して製造
したものである。
【0008】このようにして製造された通常のWC基超
硬合金切削工具は、上記の条件でHIPまたはホットプ
レスしてWC基超硬合金基体とした後は、研削しないこ
とが必要である。HIPまたはホットプレスを施した後
に再び表面研削を施すと、WC基超硬合金基体の表面に
歪が残留し、密着性に優れた気相合成ダイヤモンド被覆
層が得られないからである。
【0009】HIPまたはホットプレスして得られたW
C基超硬合金基体は、5%硝酸水溶液中で通常の方法に
より化学エッチングし、表面から3〜15μmの深さの
Coを除去する。
【0010】上記化学エッチングしたWC基超硬合金基
体は、微細硬質粒子が浮遊分散した沸騰温度直下の高温
溶液中で超音波研摩され、その表面を活性化する。この
とき使用される微細硬質粒子は、例えば、平均粒径:1
0μmのダイヤモンド粒子が用いられ、超音波研摩液は
沸騰温度直下の温度に加熱された状態で超音波研摩され
る。上記沸騰温度直下の温度に加熱された超音波研摩液
を用いると、超音波研摩時に突沸が起り、超音波研摩効
果が大幅に向上する。上記超音波研摩液に界面活性剤を
添加すると洗浄能力はさらに向上し、再現性が増して工
業的には好ましい。
【0011】このようにして得られたWC基超硬合金基
体の表面に通常の低圧気相合成法によりダイヤモンド被
覆層が形成され、気相合成ダイヤモンド被覆切削工具が
製造される。
【0012】この発明の製造法により得られた気相合成
ダイヤモンド被覆切削工具は、ダイヤモンド被覆層がW
C基超硬合金基体と接合する表面から1μmの厚さにわ
たって結合相形成成分量が1重量%以下の結合相形成成
分不足層の上に形成されており、さらにこの結合相形成
成分不足層から内部に向かって結合相形成成分濃度が漸
増する結合相形成成分濃度勾配を有する厚さ4μm以下
の結合相形成成分濃度勾配層が形成されており、この結
合相形成成分不足層および結合相形成成分濃度勾配層を
介することによりWC基超硬合金基体表面に極めて付着
強度の優れたダイヤモンド被覆層が形成され、WC基超
硬合金基体自体の靭性も優れたものとなる。
【0013】
【実施例】
つぎに、この発明を実施例に基づいて具体的に説明す
る。
【0014】原料粉末としていずれも平均粒径:0.8
μmのWC粉末、Co粉末、TaC粉末および(Ti,
Ta)C粉末を用意した。
【0015】 実施例1 上記用意した原料粉末のうち、Co粉末およびWC粉末
を、Co粉末:6重量%、WC粉末:残部、 となるように配合し、この配合粉末をボールミルで72
時間湿式混合し、乾燥したのち、1.5ton /cm2 の圧
力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を通常の条件で
焼結し、上記配合組成とほぼ同一の成分組成をもつWC
基超硬合金焼結体をそれぞれ製造した。これら焼結体表
面を研削加工し、その形状をISO規格SPGN120
308(K種)のチップに形成し、このチップに100
0気圧、1350℃の条件でHIPを施したのち、その
まま5%HNO3 水溶液にて表面のCoを除去する化学
エッチングを行い、ついで、この化学エッチングしたチ
ップを、平均粒径:10μmのダイヤモンド微粉末が浮
遊分散している温度:65℃のアルキルスルホン酸入り
の超音波研摩液に浸漬し、1MHz の超音波をかけて表面
を活性化した。
【0016】このようにして得られたチップを、金属W
フィラメントを備えた石英製反応容器に装入し、 雰囲気圧力:30Torr、 基体温度:750℃、 反応ガス:メタンガス/水素ガス=1.0の混合ガス、 の条件で、5時間保持し、気相合成反応を行って平均層
厚:3μmを有するダイヤモンド被覆層を有する本発明
ダイヤモンド被覆チップを作製した。
【0017】 実施例2 実施例1で用意した基体表面を研削加工したISO規格
SPGN120308(K種)のチップに100気圧、
1450℃の条件でホットプレスし、以下、実施例1と
同一条件にて本発明ダイヤモンド被覆チップを作製し
た。
【0018】 実施例3 上記原料粉末のうちCo粉末、TaC粉末およびWC粉
末を、Co粉末:6重量%、TaC粉末:1重量%、W
C粉末:残部、となるように配合し、この配合粉末から
実施例1と同一の条件でWC基超硬合金焼結体を複数個
製造し、これら焼結体表面を研削加工し、その形状をI
SO規格SPGN120308(K種)のチップに形成
し、このチップに実施例1と同一条件でHIPを施した
のち、実施例1と同一条件で化学エッチング、超音波研
摩および気相合成ダイヤモンド被覆層の形成を行ない、
本発明ダイヤモンド被覆チップを作製した。
【0019】 実施例4 実施例3で作製したISO規格SPGN120308
(K種)のチップを、圧力:100気圧、温度:145
0℃の条件でホットプレスし、以下、実施例1と同一条
件にて本発明ダイヤモンド被覆チップを作製した。
【0020】 実施例5 上記用意した原料粉末のうち、Co粉末、Ni粉末、
(Ti,Ta)C粉末およびWC粉末を、 Co粉末:6重量%、Ni粉末:3重量%、(Ti,T
a)C粉末:3重量%、WC粉末:残部、 となるように配合して配合粉末とする以外は実施例1と
全く同一条件でISO規格SPGN120308(K
種)のチップを作製し、このチップから実施例1と同一
条件で本発明ダイヤモンド被覆チップを作製した。
【0021】 実施例6 実施例5で作製したISO規格SPGN120308
(K種)のチップを圧力:100気圧、温度:1450
℃の条件でホットプレスし、以下、実施例1と同一条件
にて本発明ダイヤモンド被覆チップを作製した。
【0022】 従来例 さらに、比較のために、通常の真空雰囲気中で焼結して
得られたWC基超硬合金焼結体にHIPを施し、ついで
表面を研削して得られたWC基超硬合金基体を化学エッ
チングして表面のCoを除去し、さらに平均粒径:10
μmのダイヤモンド微粉末が浮遊分散している通常のア
ルキルスルホン酸入り超音波研摩液に浸漬し、1MHz の
超音波をかけて表面を活性化したのち、気相合成法によ
りダイヤモンド被覆層を形成する方法により従来ダイヤ
モンド被覆チップを作製した。
【0023】このようにして作製された本発明ダイヤモ
ンド被覆チップおよび従来ダイヤモンド被覆チップを用
いて、 被削材:Al−12%Si、 切削速度V:1000m/min 、 切込みd:3.0mm、 送りSz:0.2mm/rev 、 の条件にて乾式連続切削試験を行い、さらに、 被削材:Al−12%Si、 切削速度V:1200m/min 、 切込みd:1.5mm、 送りSz:0.2mm/rev 、 の条件にて、フライス切削の断続切削試験を行い、チッ
プのダイヤモンド被覆層がマクロ的に剥離することなく
被削材の面精度が良好に切削できるまでの時間を測定
し、その測定結果を表1に示した。
【0024】
【表1】
【0025】
【発明の効果】表1に示された測定結果から、本発明の
実施例1〜6の製造法によるダイヤモンド被覆チップ
は、従来例のダイヤモンド被覆チップよりもダイヤモン
ド被覆層が剥離することなく被削材の面精度が良好に切
削できる時間が長い。しかし、従来例の製造法で製造さ
れたダイヤモンド被覆チップは、ダイヤモンド被覆層の
付着強度が低下し、使用寿命が短いことがわかる。
【0026】この発明の製造法によると、従来よりも長
寿命の気相合成ダイヤモンド被覆切削工具を提供するこ
とができ、切削工具の交換回数を減らすことができ、作
業効率を大幅に向上させることができるなどの優れた効
果を奏するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C23C 16/26 B22F 3/14 M (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23P 15/28 B22F 3/14 B22F 3/24 B23B 27/14 C22C 1/05 C23C 16/26

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 通常の炭化タングステン(以下、WCと
    記す)基超硬合金切削工具を、上記WC基超硬合金切削
    工具の結合相形成成分の液相出現温度以上1500℃以
    下の温度範囲内で熱間静水圧プレスしてWC基超硬合金
    基体を製造し、このWC基超硬合金基体の表面を研削す
    ることなくそのまま通常の方法で化学エッチングし、こ
    の化学エッチングしたWC基超硬合金基体表面を更に微
    細硬質粒子が浮遊分散した沸騰温度直下の突騰可能な温
    度に加熱された溶液中で超音波研摩し、ついで超音波研
    摩したWC基超硬合金基体の表面に、気相合成法により
    ダイヤモンド被覆層を形成する、ことを特徴とする気相
    合成ダイヤモンド被覆切削工具の製造法。
  2. 【請求項2】 上記WC基超硬合金切削工具を、結合相
    形成成分の液相出現温度以上1500℃以下の温度範囲
    内でホットプレスすることを特徴とする請求項1記載の
    気相合成ダイヤモンド被覆切削工具の製造法。
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