JP7251716B2 - ダイヤモンド被覆工具及びその製造方法 - Google Patents
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Description
基材と、前記基材上に配置されたダイヤモンド層と、を備え、
前記ダイヤモンド層のISO25178で規定されるスキューネスSskは、0超である、ダイヤモンド被覆工具である。
基材を準備する工程と、
前記基材上にダイヤモンド層を化学気相成長法により形成する工程と、
前記ダイヤモンド層に対して酸素イオンエッチングを行いダイヤモンド被覆工具を得る工程と、を備える、ダイヤモンド被覆工具の製造方法である。
近年、生産性向上の観点から、特にアルミ合金の切削加工において、優れた耐溶着性及び耐摩耗性を有し、より長い工具寿命を有するダイヤモンド被覆工具が求められている。
本開示のダイヤモンド被覆工具は、特にアルミ合金の切削加工においても、長い工具寿命を有することができる。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
(1)本開示のダイヤモンド被覆工具は、
基材と、前記基材上に配置されたダイヤモンド層と、を備え、
前記ダイヤモンド層のISO25178で規定されるスキューネスSskは、0超である、ダイヤモンド被覆工具である。
基材を準備する工程と、
前記基材上にダイヤモンド層を化学気相成長法により形成する工程と、
前記ダイヤモンド層に対して酸素イオンエッチングを行いダイヤモンド被覆工具を得る工程と、を備える、ダイヤモンド被覆工具の製造方法である。
本開示のダイヤモンド被覆工具及びその製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
実施形態1に係るダイヤモンド被覆工具について、図1を用いて説明する。図1に示されるように、ダイヤモンド被覆工具10は、基材1と、該基材1上に配置されたダイヤモンド層2と、を備え、該ダイヤモンド層2のISO25178で規定されるスキューネスSskは、0超である。
本開示のダイヤモンド被覆工具の基材としては、公知の硬質粒子を含む基材を使用することができる。例えば、超硬合金(たとえばWC基超硬合金、WCの他、Coを含み、あるいはさらにTi、Ta、Nb等の炭窒化物等を添加したものも含む)、サーメット(TiC、TiN、TiCN等を主成分とするもの)、高速度鋼、工具鋼、セラミックス(炭化チタン、炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、及びこれらの混合体等)、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体等をこのような基材の例として挙げることができる。
(スキューネスSsk)
本開示のダイヤモンド層のISO25178で規定されるスキューネスSskは、0超である。これによると、切削加工時に切削油を用いた場合、表面の凹みに切削油が保持されやすい。よって、ダイヤモンド被覆工具は、特にアルミニウム合金の切削時においても溶着が生じ難く、溶着に起因する刃先摩耗が抑制され、長い工具寿命を有することができる。
本開示のダイヤモンド層のJIS B 0601:2013で規定される表面粗さRaは、0.5μm以下であることが好ましい。これによると、ダイヤモンド被覆工具の耐溶着性が向上し、工具寿命が更に長くなる。また、被削材の面品位も向上する。
本開示のダイヤモンド層のラマンシフト900cm-1以上2000cm-1以下のラマンスペクトルを測定した場合、ダイヤモンドのピーク面積強度Idと、スペクトル全体の面積強度Isとの比Id/Isが0.08以上であることが好ましい。
実施形態1のダイヤモンド層は、ダイヤモンド被覆工具の表面側の主面Sと、主面Sから基材側へ主面Sの法線方向に沿う距離が20nmである仮想面Qと、に囲まれる領域Rにおいて、酸素含有率の最大値が20原子%以上であることが好ましい。
(電子線パラメータ)
電子エネルギー:10kV、電流値:3nA、入射角:15°
(イオンビーム(スパッタパラメータ))
イオン種:アルゴン、加速電圧:1kV、電流値:7mA、ラスター領域1.5mm、時間:2分間
(信号測定)
微分モード
(その他)
測定元素は炭素、酸素、他検出された元素全て。解析元素全てに対し、酸素原子濃度を算出する。
本開示のダイヤモンド層の厚さの下限は、1μm以上、2μm以上、3μm以上とすることができる。本開示のダイヤモンド層の厚さの上限は、40μm以下、35μm以下、30μm以下とすることができる。本開示のダイヤモンド層の厚さは、1μm以上40μm以下、2μm以上35μm以下、3μm以上30μm以下とすることができる。
本実施形態に係るダイヤモンド被覆工具は、例えば、刃先交換型切削チップ、バイト、カッタ、ドリル、エンドミル等の切削工具、及び、ダイス、曲げダイ、絞りダイス、ボンディングツール等の耐磨工具として有用に用いることができる。
実施形態2に係るダイヤモンド被覆工具の製造方法は、基材を準備する工程(以下、「基材準備工程」とも記す。)と、該基材上にダイヤモンド層を化学気相成長法により形成する工程(以下、「ダイヤモンド層形成工程」とも記す。)と、該ダイヤモンド層に対して酸素イオンエッチングを行いダイヤモンド被覆工具を得る工程(以下、「酸素イオンエッチング工程」とも記す。)と、を備えることができる。
基材としては、上述の実施形態の基材を準備する。基材には、サンドブラスト処理やエッチング処理等の表面処理を施すことが好ましい。これにより、基材表面の酸化膜や汚染物質が除去される。更に、基材の表面粗さが増大することにより、基材とダイヤモンド層との密着力が向上する。
次に、上記基材を例えば0.1g/Lのダイヤモンド種結晶水溶液に漬け込むことにより、種付け処理を行う。
次に、上記ダイヤモンド層に対して酸素イオンエッチングを行いダイヤモンド被覆工具を得る。通常CVDにより形成されたダイヤモンド層のスキューネスは、0以下である。本実施形態では、CVDにより形成されたダイヤモンド層に対して酸素イオンエッチングを行うことにより、ダイヤモンド層表面のスキューネスSskを0超とすることができる。
本開示のダイヤモンド被覆工具のダイヤモンド層のISO25178で規定されるスキューネスSskは、0超1以下が好ましい。
上記ダイヤモンド層のISO25178で規定されるスキューネスSskは、0.05以上0.8以下が好ましい。
上記ダイヤモンド層のISO25178で規定されるスキューネスSskは、0.1以上0.6以下が好ましい。
本開示のダイヤモンド層のJIS B 0601:2013で規定される表面粗さRaは、0.01μm以上0.5μm以下が好ましい。
上記ダイヤモンド層のJIS B 0601:2013で規定される表面粗さRaは、0.05μm以上0.45μm以下が好ましい。
上記ダイヤモンド層のJIS B 0601:2013で規定される表面粗さRaは、0.1μm以上0.4μm以下が好ましい。
本開示のダイヤモンド層のラマンシフト900cm-1以上2000cm-1以下のラマンスペクトルを測定した場合、ダイヤモンドのピーク面積強度Idと、スペクトル全体の面積強度Isとの比Id/Isは0.08以上0.5以下が好ましい。
上記比Id/Isは0.085以上0.4以下が好ましい。
上記比Id/Isは0.09以上0.3以下が好ましい。
本開示のダイヤモンド層の領域Rにおける酸素含有率は、20原子%以上90原子%以下が好ましい。
上記酸素含有率は、25原子%以上85原子%以下が好ましい。
上記酸素含有率は、30原子%以上80原子%以下が好ましい。
本開示のダイヤモンド層の厚さは、1μm以上40μm以下が好ましい。
本開示のダイヤモンド層の厚さは、2μm以上35μm以下が好ましい。
本開示のダイヤモンド層の厚さは、3μm以上30μm以下が好ましい。
本開示のダイヤモンド被覆工具の製造方法は、
基材を準備する工程と、
前記基材上にダイヤモンド層を化学気相成長法により形成する工程と、
前記ダイヤモンド層に対して酸素イオンエッチングを行いダイヤモンド被覆工具を得る工程と、を備え、
前記酸素イオンエッチングにおいて、イオンの加速電圧は3kV以上6kV以下であることが好ましい。
上記酸素イオンエッチング時の酸素分圧は0.001Pa以上1000Pa以下が好ましい。
上記酸素イオンエッチング時の酸素分圧は0.01Pa以上500Pa以下が好ましい。
上記酸素イオンエッチング時の酸素分圧は0.05Pa以上100Pa以下が好ましい。
上記酸素イオンエッチングの処理時間は5分以上600分以下が好ましい。
上記酸素イオンエッチングの処理時間は10分以上450分以下が好ましい。
上記酸素イオンエッチングの処理時間は15分以上300分以下が好ましい。
<ダイヤモンド被覆工具の作製>
(基材の準備)
基材として、材質がWC-6%Co(超硬合金)であって、形状(工具型番AOET11T308PEFR-S)であるエンドミル用切削インサートを準備した。
続いて、上記基材の表面にダイヤモンド粉末の種付け処理を行なった。種付け処理は平均粒径0.05μmのダイヤモンド粉末を水と混合した溶液に基材を漬け込むことでおこなった。
上記のダイヤモンド層に対して酸素イオンエッチングを行うことにより、各試料のダイヤモンド被覆工具を得た。酸素イオンエッチングの条件は下記の通りである。
(スキューネスSsk、表面粗さRa、比Id/Is、酸素含有率の最大値)
各試料のダイヤモンド層について、スキューネスSsk、表面粗さRa、比Id/Is、領域Rにおける酸素含有率の最大値を測定した。具体的な測定方法は実施の形態1に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表1の「ダイヤモンド層」の「Ssk」、「Ra」、「Id/Is」、「酸素含有率の最大値(原子%)」欄に示す。
各試料のダイヤモンド被覆工具(切削インサート)をエンドミルシャンク(鋼製、工具型番WEZ11032E02、工具径φ32、2枚刃)に取り付け、下記の条件で切削試験を行った。
被削材:ダイキャストアルミ(ADC12) 300mm×150mm×50mmのブロック材
切削速度Vc:1000m/min
送り量Fz:0.15mm/t
軸方向切り込み量ap:8mm
横方向切り込み量ae:3mm
切削油:有り
試料1~試料4のダイヤモンド被覆工具は実施例に該当する。試料5~試料8の表面被覆ダイヤモンド被覆工具は比較例に該当する。試料1~試料4(実施例)は、試料5~試料8(比較例)に比べて、切削距離が長く、工具寿命が長いことが確認された。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
Claims (5)
- 基材と、前記基材上に配置されたダイヤモンド層と、を備え、
前記ダイヤモンド層のISO25178で規定されるスキューネスSskは、0超である、ダイヤモンド被覆工具。 - 前記ダイヤモンド層のJIS B 0601:2013で規定される表面粗さRaは、0.5μm以下である、請求項1に記載のダイヤモンド被覆工具。
- 前記ダイヤモンド層のラマンシフト900cm-1以上2000cm-1以下のラマンスペクトルを測定した場合、ダイヤモンドのピーク面積強度Idと、スペクトル全体の面積強度Isとの比Id/Isが0.08以上である、請求項1又は請求項2に記載のダイヤモンド被覆工具。
- 前記ダイヤモンド層は、前記ダイヤモンド被覆工具の表面側の主面Sと、前記主面Sから前記基材側へ前記主面Sの法線方向に沿う距離が20nmである仮想面Qと、に囲まれる領域Rにおいて、酸素含有率の最大値が20原子%以上である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のダイヤモンド被覆工具。
- 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のダイヤモンド被覆工具の製造方法であって、
基材を準備する工程と、
前記基材上にダイヤモンド層を化学気相成長法により形成する工程と、
前記ダイヤモンド層に対して酸素イオンエッチングを行いダイヤモンド被覆工具を得る工程と、を備える、ダイヤモンド被覆工具の製造方法。
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