JP2844934B2 - 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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JP2844934B2 JP2418981A JP41898190A JP2844934B2 JP 2844934 B2 JP2844934 B2 JP 2844934B2 JP 2418981 A JP2418981 A JP 2418981A JP 41898190 A JP41898190 A JP 41898190A JP 2844934 B2 JP2844934 B2 JP 2844934B2
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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
する通常の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、特開平1−246361号公報で
は、通常の真空雰囲気中で焼結して得られたWC基超硬
合金焼結体の表面を研削したのち、さらに真空雰囲気中
で液相の発生する温度以上に加熱し、上記WC基超硬合
金焼結体表面の再結晶化を促進することにより気相合成
ダイヤモンド被覆層の付着強度を向上せしめる方法が提
案されている。得られたWC基超硬合金焼結体熱処理表
面は通常の方法で化学エッチングされ、表面のCoを除
去したのち、通常の気相合成法によりダイヤモンド被覆
層が形成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開平1
−246361号公報記載の製造方法で得られたダイヤ
モンド被覆切削工具のダイヤモンド被覆層は、依然とし
て剥離しやすく、特に断続切削に際して基体に欠損が発
生することもあり、なお一層工具寿命の長いダイヤモン
ド被覆切削工具が求められていた。
【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一層長いダ
イヤモンド被覆切削用工具の製造方法を提供すべく研究
を行った結果、原料粉末を配合し、混合し、プレス成形
して圧粉体を成形し、この圧粉体を通常の真空または低
圧不活性ガス中で一次焼結することにより焼結体を製造
し、この焼結体を所定の形状に研削することによりWC
基超硬合金切削工具を製造し、このWC基超硬合金切削
工具を液相出現温度以上1500℃の温度範囲内で二次
焼結してWC基超硬合金基体を製造し、二次焼結して得
られたWC基超硬合金基体を焼結処理面のまま通常の化
学エッチングし、この化学エッチングしたWC基超硬合
金基体表面を溶液中で超音波研磨し、ついで超音波研磨
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ダイヤモンド被覆切削工具
の製造方法において、上記WC基超硬合金切削工具を液
相出現温度以上1500℃の温度範囲内で二次焼結して
WC基超硬合金基体を製造するに際して、液相出現温度
以上1500℃の温度範囲内の焼結温度に保持して二次
焼結する際の雰囲気を、始めに1×10-3Torr未満の高
真空に保持したのち、続いて1〜760Torrの低圧また
は常圧不活性ガス雰囲気に切換えて保持し、ついで、炉
冷することにより得られたWC基超硬合金基体の表面
に、通常の気相合成法によりダイヤモンドを被覆する
と、被覆された気相合成ダイヤモンド被覆層の密着強度
は、従来よりも一層優れかつ基体自体の靭性も優れたも
のとなるという知見を得たのである。
【0006】この発明は、かかる知見に基づいて成され
たものであって、Co:4〜20重量%を含有し、さら
に必要に応じて、Wを除く周期律表の4a,5a,6a
族金属の炭化物、またはこれら炭化物とWCとの固溶
体:0.5〜30重量%を含有し、残り:WCおよび不
可避不純物からなる組成の圧粉体を通常の条件下で一次
焼結することにより焼結体を製造する工程、上記焼結体
を所定の形状に寸法出しの研削を施すことによりWC基
超硬合金切削工具を製造する工程、上記WC基超硬合金
切削工具を、さらに、液相出現温度以上1500℃まで
の温度範囲内で二次焼結し、WC基超硬合金基体を製造
する工程、上記WC基超硬合金基体の表面を研削するこ
となく焼結処理面のまま通常の方法で化学エッチングす
る工程、ついで、上記超音波研磨したWC基超硬合金基
体の表面に、通常の気相合成法によりダイヤモンド被覆
層を形成する工程、を含む気相合成ダイヤモンド被覆切
削工具の製造法において、上記WC基超硬合金切削工具
を二次焼結してWC基超硬合金基体を製造する工程にお
ける、液相出現温度以上1500℃の温度範囲内の所定
の二次焼結温度に保持して二次焼結する際の雰囲気を、
最初、1×10-3Torr未満の高真空に保持し、続いて1
〜760Torrの低圧または常圧不活性ガス雰囲気に切換
えて保持し、ついで、炉冷する、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】この発明の気相合成ダイヤモンド被覆切削
工具の製造法に用いるWC基超硬合金基体は、一般に知
られているCo:4〜20重量%を含有し、さらに必要
に応じて、Wを除く周期律表の4a,5a,6a族金属
の炭化物、またはこれら炭化物とWCとの固溶体:0.
5〜30重量%を含有し、残り:WCおよび不可避不純
物からなる組成の圧粉体を通常の条件下で一次焼結する
ことにより焼結体を製造し、この焼結体に寸法出しの研
削を施して得られたWC基超硬合金切削工具をさらに二
次焼結したものを用いる。この二次焼結条件が気相合成
ダイヤモンド被覆層の付着強度に極めて大きな影響を及
ぼすものであり、この発明は、WC基超硬合金切削工具
の二次焼結条件、特に二次焼結中の圧力条件に特徴を有
するものである。この発明における二次焼結温度は、液
相出現温度以上1500℃の温度範囲内にあり、この温
度範囲は、通常のWC基超硬合金焼結温度の範囲であ
る。
【0008】この発明において、二次焼結中の雰囲気を
終始1×10-3Torr未満の高真空に保持すると、得られ
たWC基超硬合金基体の靭性が低下する。そのため、二
次焼結中の雰囲気を1×10-3Torr未満の高真空から1
〜760Torrの低圧または常圧不活性ガス雰囲気に切換
えて保持する必要がある。1Torr未満では、バインダ溶
出が抑えられず、また760Torrを越えると加圧装置を
必要とするために大がかりな焼結炉を必要とする。従っ
て、上記不活性ガス雰囲気の圧力は1〜760Torrに限
定した。このようにして得られたWC基超硬合金基体
は、5%硝酸水溶液中で通常の方法で化学エッチング
し、表面から3〜15μmの深さのCoを除去する。
【0009】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溶液中で超音波研磨
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10μmのダイヤモンド
粒子が用いられる。上記溶液中に界面活性剤を添加する
と一層効果がある。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る。
【0010】この発明の製造法により製造されたWC基
超硬合金基体表面に気相合成法によりダイヤモンド被覆
層を形成すると、極めて付着強度の優れたダイヤモンド
被覆層が形成されかつWC基超硬合金基体自体の靭性も
優れたものが得られるのである。
【0011】
【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。
【0012】原料粉末としていずれも平均粒径:0.8
μmのWC粉末、TiC粉末、TaC粉末およびCo粉
末を用意し、これら原料粉末を表1に示される割合いと
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、1.5 ton/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一
次焼結し、上記配合組成とほぼ同一の成分組成をもつ一
次焼結体A,BおよびCをそれぞれ製造した。これら一
次焼結体A,BおよびCの表面を研削加工し、その形状
をISO規格SPGN120308(K種)のチップに
形成し、このチップを表2および表3に示される条件で
本発明法1〜11および比較法1〜6による二次焼結を
実施し、WC基超硬合金基体を作製し、ついで、このW
C基超硬合金基体を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、さらに、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アルキルスルホン酸入り
超音波研磨液に浸漬し、1MHz の超音波をかけて表面を
活性化した。
【0013】
【表1】
【0014】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、24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チップを作製し
た。
【0015】これら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、湿式フライス切削試験を行い、チップのダ
イヤモンド被覆層がマクロな剥離を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2および表3に示した。
【0016】表2および表3に示された測定結果から、
本発明法1〜11により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が剥離することなく被削材
の面精度を良好に切削できる時間が長く、優れた特性を
示すものであるに対し、比較法1〜6(比較法におい
て、※印を付した値は、この発明の条件から外れた値で
あることを示す。また比較法6は従来法でもある)で作
製されたダイヤモンド被覆切削工具は、ダイヤモンド被
覆層の付着強度が低いために、被削材の面精度が良好に
切削できる時間が短く、基体に欠損を生じることもある
ことがわかる。
【0017】
【表2】
【0018】
【表3】
【0019】
【発明の効果】この発明の製造法によると、従来よりも
一層すぐれた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、産業上すぐ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 B24D 3/10 C23C 16/02 // C22C 29/08 16/26 C23C 16/02 B22F 3/10 D 16/26 3/24 102A (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 1/05 B22F 3/00 - 5/12 B23B 27/14 B23P 15/28 B24D 3/10 C22C 29/08 C23C 16/02,16/26

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Co:4〜20重量%を含有し、さらに
    必要に応じて、タングステン(以下、Wと記す)を除く
    周期律表の4a,5a,6a族金属の炭化物、またはこ
    れら炭化物と炭化タングステン(以下、WCと記す)と
    の固溶体:0.5〜30重量%を含有し、残り:WCお
    よび不可避不純物からなる組成の圧粉体を通常の条件下
    で一次焼結することにより焼結体を製造する工程、上記
    焼結体を所定の形状に寸法出しの研削を施すことにより
    WC基超硬合金切削工具を製造する工程、上記WC基超
    硬合金工具を、さらに、液相出現温度以上1500℃ま
    での温度範囲内で二次焼結し、WC基超硬合金基体を製
    造する工程、上記WC基超硬合金の表面を研削すること
    なく焼結処理面のまま通常の方法で化学エッチングする
    工程、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溶液中で超音波研磨
    する工程、ついで、上記超音波研磨したWC基超硬合金
    の表面に、通常の気相合成法によりダイヤモンド被覆層
    を形成する工程、を含む気相合成ダイヤモンド被覆切削
    工具の製造法において、上記WC基超硬合金切削工具を
    二次焼結してWC基超硬合金基体を製造する工程におけ
    る、液相出現温度以上1500℃の温度範囲内の焼結温
    度で二次焼結する雰囲気を、最初に1×10-3Torr未満
    の高真空に保持したのち、続いて1〜760Torrの低圧
    または常圧不活性ガス雰囲気に切換えて保持し、つい
    で、炉冷する、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。
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