JP7379221B2 - diamond coated cutting tools - Google Patents
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Description
本開示は、ダイヤモンド被覆切削工具に関する。 The present disclosure relates to diamond coated cutting tools.
基材の表面上に多結晶ダイヤモンド層（被膜）を被覆した構造のダイヤモンド被覆切削工具が特許文献１に開示されている。
このダイヤモンド被覆切削工具は、基材の面粗度、及びダイヤモンド層の界面における空隙数をそれぞれ特定範囲に限定している。なお、ここで、基材の面粗度とは、基材の表面の算術平均粗さＲａ、基材の表面の粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを意味する。
このダイヤモンド被覆切削工具は、面粗度を特定範囲内とすることで、アンカー効果により基材に対するダイヤモンド層の密着性を向上している。
また、このダイヤモンド被覆切削工具は、空隙の個数を特定範囲内とすることで、基材とダイヤモンド層との熱膨張係数差に起因する残留応力を緩和し、基材に対するダイヤモンド層の密着性を向上している。
このように、特許文献１のダイヤモンド被覆切削工具は、面粗度と空隙の個数を調整することで基材に対するダイヤモンド層の密着性を向上させている。
Patent Document 1 discloses a diamond-coated cutting tool having a structure in which a polycrystalline diamond layer (film) is coated on the surface of a base material.
In this diamond-coated cutting tool, the surface roughness of the base material and the number of voids at the interface of the diamond layer are each limited to specific ranges. Here, the surface roughness of the base material means the arithmetic mean roughness Ra of the surface of the base material and the average length RSm of the roughness curve elements of the surface of the base material.
This diamond-coated cutting tool has a surface roughness within a specific range to improve the adhesion of the diamond layer to the base material due to the anchor effect.
In addition, by setting the number of voids within a specific range, this diamond-coated cutting tool alleviates residual stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the base material and the diamond layer, and improves the adhesion of the diamond layer to the base material. It's improving.
In this way, the diamond-coated cutting tool of Patent Document 1 improves the adhesion of the diamond layer to the base material by adjusting the surface roughness and the number of voids.
特許文献１のダイヤモンド被覆切削工具において、空隙の個数は、１×１０３個／ｃｍ以上１×１０６個／ｃｍ以下とされている。この範囲では、ダイヤモンド層と基材の界面の残留応力が緩和されると記載されている。
しかし、上記範囲では、ダイヤモンド層と基材の界面の空隙の間隔が狭く、空隙の個数が多いので、ダイヤモンド層と基材との実質的な接触面積が小さくなってしまう。そのため、耐剥離性が不十分であるおそれがあった。
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、基材に対するダイヤモンド層の密着性が高いダイヤモンド被覆切削工具を提供することを目的とする。本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
In the diamond-coated cutting tool of Patent Document 1, the number of voids is 1×10 3 or more and 1×10 6 or less/cm. It is stated that within this range, the residual stress at the interface between the diamond layer and the base material is relaxed.
However, in the above range, the gap between the voids at the interface between the diamond layer and the base material is narrow and the number of voids is large, so that the substantial contact area between the diamond layer and the base material becomes small. Therefore, there was a risk that the peeling resistance would be insufficient.
The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a diamond-coated cutting tool in which a diamond layer has high adhesion to a base material. The present disclosure can be realized as the following forms.
〔１〕基材と、前記基材の表面を被覆したダイヤモンド層と、を備えたダイヤモンド被覆切削工具であって、
前記基材は２５℃から６００℃における平均熱膨張係数ｘが、
３．１×１０－６／Ｋ≦ｘ≦４．０×１０－６／Ｋ
を満たし、かつ
前記ダイヤモンド層は、前記基材と接する部分から結晶成長方向に伸びる空隙を複数有し、
前記ダイヤモンド被覆切削工具を前記基材と前記ダイヤモンド層とを含む面で切断して得られる切断面において、隣り合う各前記空隙の中心間の平均間隔は、１２μｍ以上１０００μｍ以下である、ダイヤモンド被覆切削工具。
[1] A diamond-coated cutting tool comprising a base material and a diamond layer covering the surface of the base material,
The base material has an average coefficient of thermal expansion x from 25°C to 600°C,
3.1×10 -6 /K≦x≦4.0×10 -6 /K
and the diamond layer has a plurality of voids extending in the crystal growth direction from a portion in contact with the base material,
In a cut surface obtained by cutting the diamond-coated cutting tool at a plane including the base material and the diamond layer, the average distance between the centers of adjacent voids is 12 μm or more and 1000 μm or less, diamond-coated cutting. tool.
〔２〕前記基材は、窒化珪素焼結体又はサイアロン焼結体から構成されている、〔１〕に記載のダイヤモンド被覆切削工具。 [2] The diamond-coated cutting tool according to [1], wherein the base material is made of a silicon nitride sintered body or a sialon sintered body.
〔３〕前記サイアロン焼結体は、Ａｌを酸化物換算で２質量％以上３５質量％以下含有する、〔２〕に記載のダイヤモンド被覆切削工具。 [3] The diamond-coated cutting tool according to [2], wherein the sialon sintered body contains 2% by mass or more and 35% by mass or less of Al in terms of oxide.
〔４〕前記窒化珪素焼結体は、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、及び炭化物から選ばれる少なくとも１種を、合計で５質量％以上２０質量％以下含有し、
前記サイアロン焼結体は、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、及び炭化物から選ばれる少なくとも１種を、合計で５質量％以上２０質量％以下含有する、〔２〕又は〔３〕に記載のダイヤモンド被覆切削工具。
[4] The silicon nitride sintered body contains at least one selected from Ti nitrides, carbonitrides, and carbides in a total amount of 5% by mass or more and 20% by mass or less,
The diamond according to [2] or [3], wherein the sialon sintered body contains a total of 5% by mass or more and 20% by mass or less of at least one selected from Ti nitride, carbonitride, and carbide. Coated cutting tools.
〔５〕前記サイアロン焼結体は、ポリタイプの結晶相を含む、〔２〕から〔４〕のいずれか一項に記載のダイヤモンド被覆切削工具。 [5] The diamond-coated cutting tool according to any one of [2] to [4], wherein the sialon sintered body includes a polytype crystal phase.
本開示のダイヤモンド被覆切削工具は、基材の熱膨張係数を特定範囲とし、かつ隣り合う各空隙の中心の間の平均間隔を特定範囲にすることで、基材に対するダイヤモンド層の密着性を向上でき、耐剥離性が向上する。
更に、基材を特定の組成を有する焼結体とすることで、耐剥離性がより向上する。
基材がポリタイプの結晶相を含むサイアロン焼結体から構成される場合には、特に耐剥離性が優れる。
The diamond-coated cutting tool of the present disclosure improves the adhesion of the diamond layer to the base material by setting the thermal expansion coefficient of the base material to a specific range and by setting the average distance between the centers of adjacent voids to a specific range. This improves peeling resistance.
Furthermore, by using a sintered body having a specific composition as the base material, peeling resistance is further improved.
When the base material is composed of a sialon sintered body containing a polytype crystal phase, peeling resistance is particularly excellent.
以下、本発明を詳しく説明する。なお、本明細書において、数値範囲について「～」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「１０～２０」という記載では、下限値である「１０」、上限値である「２０」のいずれも含むものとする。すなわち、「１０～２０」は、「１０以上２０以下」と同じ意味である。 The present invention will be explained in detail below. In this specification, descriptions using "~" for numerical ranges include the lower limit and upper limit unless otherwise specified. For example, the description "10 to 20" includes both the lower limit value of "10" and the upper limit value of "20". That is, "10 to 20" has the same meaning as "10 or more and 20 or less".
１．ダイヤモンド被覆切削工具１
（１）ダイヤモンド被覆切削工具１の構成
ダイヤモンド被覆切削工具１は、基材３と、基材３の表面３Ａを被覆したダイヤモンド層５と、を備える。基材３は２５℃から６００℃における平均熱膨張係数ｘが、以下の関係式１を満たす。
３．１×１０－６／Ｋ≦ｘ≦４．０×１０－６／Ｋ ・・・関係式１
更に、ダイヤモンド層５は、基材３と接する部分から結晶成長方向に伸びる空隙９を複数有する。そして、ダイヤモンド被覆切削工具１を基材３とダイヤモンド層５とを含む面で切断して得られる切断面において、隣り合う各空隙９の中心９Ａの間の平均間隔は、１２μｍ以上１０００μｍ以下である。
1. Diamond coated cutting tool 1
(1) Configuration of diamond-coated cutting tool 1 The diamond-coated cutting tool 1 includes a
3.1×10 -6 /K≦x≦4.0×10 -6 /K ...Relational expression 1
Further, the
（２）基材３
（２．１）基材３の平均熱膨張係数ｘ
上述のように、基材３の２５℃から６００℃における平均熱膨張係数ｘは、基材３に対するダイヤモンド層５の密着性を向上させる観点から、上記関係式１を満たすことが好ましく、下記関係式２を満たすことがより好ましく、下記関係式３を満たすことが更に好ましい。なお、平均熱膨張係数ｘは、ＴＭＡ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を用いて測定できる。
３．１×１０－６／Ｋ≦ｘ≦３．７×１０－６／Ｋ ・・・関係式２
３．１×１０－６／Ｋ≦ｘ≦３．４×１０－６／Ｋ ・・・関係式３
(2)
(2.1) Average thermal expansion coefficient x of
As mentioned above, from the viewpoint of improving the adhesion of the
3.1×10 -6 /K≦x≦3.7×10 -6 /K ...Relational expression 2
3.1×10 -6 /K≦x≦3.4×10 -6 /K ...
（２．２）基材３の好ましい構成例
基材３は、耐剥離性を更に向上させる観点より、窒化珪素焼結体又はサイアロン焼結体から構成されていることが好ましい。窒化珪素焼結体における窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）は、Ｓｉ（ケイ素）、Ｎ（窒素）よりなるセラミックスの結晶粒子であり、原料となる窒化珪素に焼結助剤等を加えて焼結される。窒化珪素は、等軸状の粒子形状を有したα相と針状の粒子形状を有したβ相が存在し、これらの構成比率によって靱性や硬度の特性を制御できる。β－窒化珪素は針状組織が絡み合った組織となるため、高靭性であり、α－窒化珪素は等軸状の粒子形状であるため、β－窒化珪素と比較して低靭性ではあるが、硬度が高い。窒化珪素焼結体に含まれる窒化珪素において、これらの結晶相種及び構成比率は、特に限定されない。
(2.2) Preferred configuration example of
窒化珪素焼結体は、周期表における４族元素、希土類元素及びＭｇ（マグネシウム）よりなる群から選択される少なくとも一種以上の元素（以下において、「特定の元素」と称することがある。）を含有していてもよい。含有割合は特に限定されず、例えば、窒化珪素焼結体に対して、酸化物換算で０．５モル％以上かつ２．６モル％未満の範囲で含有してもよい。なお、ここでいう周期表は、「無機化学命名法－ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告－」Ｇ．Ｊ．Ｌｅｉｃｈ編、山崎一雄訳・著、１９９３年３月２６日発行、株式会社東京化学同人発行の第４３頁に記載された表Ｉ－３．２の「周期表の族の指定」による。 The silicon nitride sintered body contains at least one element selected from the group consisting of Group 4 elements, rare earth elements, and Mg (magnesium) in the periodic table (hereinafter sometimes referred to as "specific elements"). May contain. The content ratio is not particularly limited, and for example, it may be contained in a range of 0.5 mol % or more and less than 2.6 mol % in terms of oxide with respect to the silicon nitride sintered body. The periodic table referred to here is based on "Inorganic Chemical Nomenclature - IUPAC 1990 Recommendations" G. J. According to "Designation of Groups of the Periodic Table" in Table I-3.2, edited by Leich, translated and written by Kazuo Yamazaki, published on March 26, 1993, published by Tokyo Kagaku Dojin Co., Ltd., page 43.
前記特定の元素の一つである周期表の４族元素として、例えばチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）等を好適例として挙げることができる。希土類元素としては、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタノイド及びアクチノイドを挙げることができる。このランタノイドとしては、セリウム族元素とイットリウム族元素とを挙げることができ、前記セリウム族元素としては、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、及びサマリウム（Ｓｍ）を挙げることができ、イットリウム族元素としては、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）を挙げることができる。前記アクチノイドとしてはアクチニウム（Ａｃ）、トリウム（Ｔｈ）等を挙げることができる。なお、酸化物換算とは元素を酸化させるか酸素と結合した酸化物に換算することをいう。 Suitable examples of the Group 4 element of the periodic table, which is one of the specific elements, include titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf). Rare earth elements include scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanides, and actinides. Examples of the lanthanoids include cerium group elements and yttrium group elements, and examples of the cerium group elements include lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), and promethium (Pm). , and samarium (Sm). Yttrium group elements include europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), and thulium ( Tm), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu). Examples of the actinoid include actinium (Ac), thorium (Th), and the like. Note that oxide conversion refers to oxidizing an element or converting it into an oxide combined with oxygen.
前記特定の元素はその一種単独が窒化珪素焼結体中に含まれていてもよく、また前記特定の元素のうちの複数種類の元素が窒化珪素焼結体中に含まれていてもよい。 One type of the specific element may be contained in the silicon nitride sintered body, or a plurality of types of the specific elements may be contained in the silicon nitride sintered body.
窒化珪素焼結体は、以下の観点から、Ｔｉ（チタン）の窒化物、炭窒化物、及び炭化物から選ばれる少なくとも１種を、合計で５質量％以上２０質量％以下含有することが好ましく、合計で５質量％以上１５質量％以下含有することがより好ましく、合計で５質量％以上１０質量％以下含有することが更に好ましい。窒化珪素焼結体がＴｉ（チタン）の上記化合物を上記範囲内で含有することで、更なる耐剥離性が見込める。すなわち、ダイヤモンド層５より熱膨張係数が小さいマトリックスの窒化珪素（α－窒化珪素、β－窒化珪素）と、ダイヤモンド層５より熱膨張が大きいＴｉ（チタン）の上記化合物と、が複合化することで、引張応力と圧縮応力がランダムにかかり応力が相殺されながら、焼結体全体の熱膨張が上記関係式１の範囲内になり、更なる耐剥離性が見込める。
Ｔｉ（チタン）の窒化物、炭窒化物、及び炭化物の好適な例としては、ＴｉＣｘＮ（１－ｘ） （０≦Ｘ≦１）が挙げられる。
From the following viewpoints, the silicon nitride sintered body preferably contains at least one kind selected from Ti (titanium) nitride, carbonitride, and carbide in a total amount of 5% by mass or more and 20% by mass or less, The total content is more preferably 5% by mass or more and 15% by mass or less, and even more preferably the total content is 5% by mass or more and 10% by mass or less. When the silicon nitride sintered body contains the above compound of Ti (titanium) within the above range, further peeling resistance can be expected. That is, the matrix silicon nitride (α-silicon nitride, β-silicon nitride), which has a smaller coefficient of thermal expansion than the
Preferred examples of Ti (titanium) nitrides, carbonitrides, and carbides include TiC x N (1-x) (0≦X≦1).
サイアロン焼結体におけるサイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）は、Ｓｉ（ケイ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）よりなるセラミックスの結晶粒子である。サイアロンは原料となる窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、シリカ等のＳｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎといった構成元素を含む原料粉末に焼結助剤等を加えて焼結して成る。サイアロン粒子には組成式Ｓｉ６－ＺＡｌＺＯＺＮ８－Ｚ（０＜Ｚ≦４．２）で表されるβ－サイアロンと、組成式Ｍｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６（０＜Ｘ≦２、ＭはＭｇ，Ｃａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｌｕ等の、侵入型となって固溶する元素を示す。）で示されるα－サイアロン等が存在している。β－サイアロンは窒化珪素と同様に針状組織が絡み合った組織となるため、高靭性であり、α－サイアロンは等軸状の粒子形状であるため、β－サイアロンと比較して低靭性ではあるが、硬度が高い。サイアロンにおいて、α－サイアロンとβ－サイアロンとの比率は、特に限定されない。 SiAlON (SiAlON) in the SiAlON sintered body is a ceramic crystal particle made of Si (silicon), Al (aluminum), O (oxygen), and N (nitrogen). Sialon is made by adding a sintering aid to raw material powder containing constituent elements such as Si, Al, O, and N, such as silicon nitride, alumina, aluminum nitride, and silica, and sintering the mixture. Sialon particles have β-sialon expressed by the composition formula Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z (0<Z≦4.2) and composition formula Mx (Si, Al) 12 (O, N). 16 (0 < are doing. Like silicon nitride, β-sialon has a structure in which acicular structures are intertwined, so it has high toughness, whereas α-sialon has an equiaxed particle shape, so it has lower toughness than β-sialon. However, it has high hardness. In sialon, the ratio of α-sialon and β-sialon is not particularly limited.
サイアロン焼結体は、焼結助剤として用いられる希土類元素、例えば、Ｓｃ、Ｙ、Ｄｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｃｅ及びＬｕから成る群より選択される少なくとも一種の元素を酸化物換算で１質量％～７質量％含有していてもよい。 The Sialon sintered body contains 1% by mass of a rare earth element used as a sintering aid, for example, at least one element selected from the group consisting of Sc, Y, Dy, Yb, Er, Ce, and Lu, in terms of oxide. It may contain up to 7% by mass.
サイアロン焼結体は、ダイヤモンド層５の耐剥離性をより向上させる観点から、Ａｌ（アルミニウム）を酸化物換算で２質量％以上３５質量％以下含有することが好ましく、５質量％以上３０質量％以下含有することがより好ましく、１５質量％以上２５質量％以下含有することが更に好ましい。
From the viewpoint of further improving the peeling resistance of the
サイアロン焼結体は、以下の観点から、Ｔｉ（チタン）の窒化物、炭窒化物、及び炭化物から選ばれる少なくとも１種を、合計で５質量％以上２０質量％以下含有することが好ましく、合計で５質量％以上１５質量％以下含有することがより好ましく、合計で５質量％以上１０質量％以下含有することが更に好ましい。サイアロン焼結体がＴｉ（チタン）の上記化合物を上記範囲内で含有することで、更なる耐剥離性が見込める。すなわち、ダイヤモンド層５より熱膨張係数が小さいマトリックスのサイアロン焼結体と、ダイヤモンド層５より熱膨張が大きいＴｉ（チタン）の上記化合物と、が複合化することで、引張応力と圧縮応力がランダムにかかり応力が相殺されながら、焼結体全体の熱膨張が上記関係式１の範囲内になり、更なる耐剥離性が見込める。
Ｔｉ（チタン）の窒化物、炭窒化物、及び炭化物の好適な例としては、ＴｉＣｘＮ（１－ｘ） （０≦Ｘ≦１）が挙げられる。
From the following viewpoints, it is preferable that the sialon sintered body contains at least one kind selected from Ti (titanium) nitride, carbonitride, and carbide in a total of 5% by mass or more and 20% by mass or less, and the total It is more preferable that the content is 5% by mass or more and 15% by mass or less, and even more preferably the total content is 5% by mass or more and 10% by mass or less. When the sialon sintered body contains the above compound of Ti (titanium) within the above range, further peeling resistance can be expected. That is, by combining the SiAlON sintered body of the matrix with a coefficient of thermal expansion smaller than that of the
Preferred examples of Ti (titanium) nitrides, carbonitrides, and carbides include TiC x N (1-x) (0≦X≦1).
サイアロン焼結体は、耐剥離性を更に向上させる観点より、ポリタイプの結晶相を含むことが好ましい。ポリタイプとしては、１２Ｈ、１５Ｒ、及び２１Ｒからなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。すなわち、サイアロン焼結体は、１２Ｈ－サイアロン（一般式：ＳｉＡｌ５Ｏ２Ｎ５）、１５Ｒ－サイアロン（一般式：ＳｉＡｌ４Ｏ２Ｎ４）、及び２１Ｒ－サイアロン（一般式：ＳｉＡｌ６Ｏ２Ｎ６）からなる群より選択される少なくとも一種のポリタイプサイアロンを含むことが好ましい。
サイアロン焼結体がポリタイプの結晶相を含むことで、更なる耐剥離性が見込める。すなわち、ダイヤモンド層５より熱膨張係数が小さいマトリックスのサイアロン（α－サイアロン、β－サイアロン）と、ダイヤモンド層５より熱膨張が大きいポリタイプサイアロンと、が複合化することで、引張応力と圧縮応力がランダムにかかり応力が相殺されながら、焼結体全体の熱膨張が上記関係式１の範囲内になり、更なる耐剥離性が見込める。
サイアロン焼結体に含有されるポリタイプの結晶相は、焼結体をＸ線回折分析することにより同定できる。
The sialon sintered body preferably contains a polytype crystal phase from the viewpoint of further improving peeling resistance. The polytype is preferably at least one selected from the group consisting of 12H, 15R, and 21R. That is, the Sialon sintered body is composed of 12H-sialon (general formula: SiAl 5 O 2 N 5 ), 15R-sialon (general formula: SiAl 4 O 2 N 4 ), and 21R-sialon (general formula: SiAl 6 O 2 It is preferable to contain at least one polytype sialon selected from the group consisting of N 6 ).
Since the Sialon sintered body contains a polytype crystal phase, further peeling resistance can be expected. In other words, the matrix sialon (α-sialon, β-sialon), which has a smaller thermal expansion coefficient than the
The polytype crystal phase contained in the Sialon sintered body can be identified by X-ray diffraction analysis of the sintered body.
（３）ダイヤモンド層５
ダイヤモンド層５は、図１に模式的に示すように、基材３と接する部分から結晶成長方向に伸びる空隙９を複数有する。ここで、「結晶成長方向」とは、基材３の表面３Ａの特定の点を基点としたときに、その基点からダイヤモンド層５の表面に到達する距離が最短となるベクトル方向のことをいい、図１の上方向を意味する。なお、図１は、ダイヤモンド被覆切削工具１の切断面をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，走査型電子顕微鏡）で観察したＳＥＭ画像を概念的に示したものであり、実際のＳＥＭ画像を正確に示したものではない。図１は、基材３の表面３Ａに垂直な方向に切断した切断面のＳＥＭ画像の概念図である。ＳＥＭで空隙９を観察する場合、ダイヤモンド被覆切削工具１をダイヤモンド層５も含めて基材３とともに切断し、当該切断面に対し市販の断面試料作製装置を用いてＳＥＭ観察用の試料を作製する。そして、当該試料の基材３とダイヤモンド層５との界面近傍をＳＥＭで拡大観察することにより、空隙９を観察することができる。
(3)
As schematically shown in FIG. 1, the
本開示における空隙９は、切断面において、結晶成長方向に対し垂直方向（基材３の表面３Ａに沿った方向、図１，２における横方向）の幅Ｗが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、かつ、結晶成長方向に沿った方向（基材３の表面３Ａに垂直方向、図１，２における縦方向）の長さＬＰが１００ｎｍ以上１μｍ以下のものと定義する。なお、幅Ｗは、空隙９の前記垂直方向（図１，２における横方向）における最も一端側から最も他端側までの前記垂直方向（図１，２における横方向）に沿った長さである。長さＬＰは、空隙９の結晶成長方向（図１，２における縦方向）における最も一端側から最も他端側までの結晶成長方向（図１，２における縦方向）に沿った長さである。図１，２に示された空隙９とは形状の異なる場合を図３に例示し、この図３の場合の幅Ｗ、長さＬＰを図示する。なお、図１～３に示された空隙９の形状は、いずれも実際の形状を正確に示すとは限らない。
本開示のダイヤモンド被覆切削工具１では、ダイヤモンド被覆切削工具１を基材３とダイヤモンド層５とを含む面で切断して得られる切断面において、隣り合う各空隙９の中心９Ａ同士の間隔Ｌの平均（平均間隔）は、１２μｍ以上１０００μｍ以下であり、１２μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、１４μｍ以上１００μｍ以下がより好ましい。なお、空隙９の中心９Ａは、前記垂直方向（図１，２，３における横方向）における中心である。間隔Ｌは隣り合う各空隙９の中心９Ａ同士の前記垂直方向における距離である。
平均間隔は、例えば次のように求められる。ダイヤモンド被覆切削工具１の刃先の位置から、刃先から遠ざかる方向にむかって、連続して複数枚（例えば、５０枚）のＳＥＭ画像（例えば、５０００倍）を得る。つまり、複数枚のＳＥＭ画像をつなげば、基材３とダイヤモンド層５との界面を観察することができる。各ＳＥＭ画像の視野は、例えばそれぞれ１８μｍ×２４μｍとすることができるが、要するにダイヤモンド被覆切削工具１の刃先の位置から少なくとも１０００μｍの界面を観察して平均間隔を特定できればよい。得られた複数枚のＳＥＭ画像をＷｉｎＲｏｏｆ（画像解析・計測ソフトウェア三谷商事株式会社）にて解析し、隣り合う空隙９の中心９Ａ同士の各間隔Ｌを求める。求められた各間隔Ｌを平均（算術平均）して平均間隔とする。
The
In the diamond-coated cutting tool 1 of the present disclosure, the distance L between the
The average interval is obtained, for example, as follows. A plurality of (for example, 50) SEM images (for example, 5000x magnification) are successively obtained from the position of the cutting edge of the diamond-coated cutting tool 1 in a direction moving away from the cutting edge. That is, by connecting a plurality of SEM images, it is possible to observe the interface between the
ダイヤモンド層５は、膜の表面粗さを小さくし、高い皮膜靭性を備えさせるために、多層構造を有することが好ましい。ダイヤモンド層５は、多結晶ダイヤモンドからなることが好ましい。ここで、多結晶ダイヤモンドとは、ダイヤモンド微粒子が固く結合したものである。ダイヤモンド層５は、ホウ素、窒素、珪素等の異種原子、これらの元素以外の不可避不純物を含んでいてもよい。
The
ダイヤモンド層５の形成方法は、特に限定されない。ダイヤモンド層５の形成方法は、ＣＶＤ法（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が好ましい。ＣＶＤ法としては、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ホットフィラメントＣＶＤ法、高周波プラズマＣＶＤ法等が例示される。これらのＣＶＤ法の中でも、結晶粒径を細かく、表面粗さの小さい膜を得やすいマイクロ波プラズマＣＶＤ法が好適に用いられる。
The method of forming the
ダイヤモンド層５の厚みは、特に限定されない。ダイヤモンド層５の厚みは、８μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。８μｍ以上では密着性が向上し、２０μm以下では刃先を鋭くしやすいので切削性能が向上する。
The thickness of the
（４）本開示の構成により、基材３に対するダイヤモンド層５の密着性が高まり、耐剥離性が向上する推測理由
ダイヤモンド層５（ダイヤモンド被膜）の熱膨張係数は３．１×１０－６／Ｋであり、残留応力を減らすためには、ダイヤモンド層５と基材３の熱膨張係数をできるだけ近づける必要がある。しかし、ダイヤモンド層５よりも基材３の熱膨張係数が小さい場合、ダイヤモンド層５に引張応力がかかり、基材３に対するダイヤモンド層５の密着性が低下してしまう。そこで、基材３の熱膨張係数はダイヤモンド層５の熱膨張係数に近く、かつ大きくする必要がある。基材３の平均熱膨張係数ｘを上記関係式１に示す特定範囲とすることで、ダイヤモンド層５と基材３の熱膨張係数が近づき、かつダイヤモンド層５にかかる引張応力が抑制されて、基材３に対するダイヤモンド層５の密着性が向上すると推測される。
更に、以下の理由から本開示のダイヤモンド被覆切削工具１では、耐剥離性が向上すると推測される。基材３の界面の空隙９の間隔が狭いとダイヤモンド層５と基材３との接触面積が小さくなり、基材３に対するダイヤモンド層５の密着性が低下する。他方、空隙９の間隔が広すぎても、界面に残留応力が溜まり、密着性が低下する。本開示のダイヤモンド被覆切削工具１では、隣り合う各空隙９の中心９Ａの間の平均間隔が１２μｍ以上１０００μｍ以下に調整されることで、剥離の起点が少なくなり、かつ界面の残留応力も抑制されて、耐剥離性が向上すると推測される。
そして、耐剥離性が向上することにより、切削初期だけではなく、切削加工を長時間継続する際も剥離が生じにくくなり、工具の寿命が伸びると推測される。また、本開示のダイヤモンド被覆切削工具１は、より厳しい条件下で使用できるため、切削能率を上げることが可能である。
(4) Estimated reason why the structure of the present disclosure increases the adhesion of the
Furthermore, it is presumed that the diamond-coated cutting tool 1 of the present disclosure has improved peeling resistance for the following reasons. If the interval between the
It is presumed that by improving the peeling resistance, peeling becomes less likely to occur not only at the initial stage of cutting but also when cutting continues for a long time, extending the life of the tool. Furthermore, the diamond-coated cutting tool 1 of the present disclosure can be used under more severe conditions, so it is possible to increase cutting efficiency.
２．ダイヤモンド被覆切削工具１の製造方法
ダイヤモンド被覆切削工具１の製造方法は特に限定されない。ダイヤモンド被覆切削工具１の製造方法の一例を以下に示す。
2. Method for manufacturing diamond-coated cutting tool 1 The method for manufacturing diamond-coated cutting tool 1 is not particularly limited. An example of a method for manufacturing the diamond-coated cutting tool 1 is shown below.
（１）原料
原料として例えば次の原料粉末を使用する。
・主成分 α－Ｓｉ３Ｎ４粉末
・焼結助剤 Ｙ２Ｏ３（酸化イットリウム）、Ｙｂ２Ｏ３（酸化イッテルビウム）、Ｌａ２Ｏ３（酸化ランタン）、ＣｅＯ２（酸化セリウム（ＩＶ））、Ｅｒ２Ｏ３（酸化エルビウム）、Ｄｙ２Ｏ３（酸化ジスプロシウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＭｇＣＯ３（炭酸マグネシウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴｉＣ（炭化チタン）から選択
(1) Raw materials For example, the following raw material powders are used as raw materials.
・Main component α-Si 3 N 4 powder ・Sintering aid Y 2 O 3 (yttrium oxide), Yb 2 O 3 (ytterbium oxide), La 2 O 3 (lanthanum oxide), CeO 2 (cerium (IV oxide) ), Er 2 O 3 (erbium oxide), Dy 2 O 3 (dysprosium oxide), MgO (magnesium oxide), MgCO 3 (magnesium carbonate), Al 2 O 3 (aluminum oxide), AlN (aluminum nitride), ZrO 2 Select from (zirconium oxide), TiN (titanium nitride), TiC (titanium carbide)
（２）基材３の作製
原料粉末と、溶媒に溶解した有機バインダと、溶媒とを、ボールを用い湿式混合してスラリーを得る。スラリーを乾燥させ、所望（工具）の形状にプレス成形して成形体を得る。成形体を加熱装置内において、所定雰囲気下、例えば４００℃～８００℃にて、６０分間～１２０分間の脱脂処理を施す。更に、脱脂した成形体を容器内に配置し、所定雰囲気下、例えば１７００℃～１９００℃で１２０分間～３６０分間にわたり加熱することにより、焼結体を得る。焼結体の理論密度が９９％未満の場合は、更に例えば１０００気圧の所定雰囲気下、例えば１５００℃～１７００℃で１２０分間～２４０分間のＨＩＰ処理（熱間等方圧加圧法：Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）を行い、理論密度で９９％以上の緻密体とする。このようにして作製された焼結体又は緻密体が基材３に相当する。
(2) Preparation of
（３）コーティング前処理
ダイヤモンド層５のコーティング前にコーティング前処理を行ってもよい。コーティング前処理は、ダイヤモンド層５の基材３への密着性を高めるために行う。具体的には、基材３の表面３Ａの粗面化処理等が例示される。粗面化処理には、例えば電解研磨等の化学的腐食、ＳｉＣ等の砥粒等によるサンドブラストが用いられる。
(3) Pre-coating treatment Before coating the
（４）ダイヤモンド層５のコーティング（ダイヤモンド層５の形成）
ダイヤモンド層５のコーティングには、例えば、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いることができる。原料ガスとして例えばメタン（ＣＨ４）、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）等を供給しコーティングする。コーティング処理は、例えば、以下２つの工程を繰り返し行う。設定膜厚になるまで下記核生成工程、及び結晶成長工程を繰り返し、多層構造のダイヤモンド層５を基材３の表面３Ａにコーティングする。
ダイヤモンド層５の隣り合う空隙９の中心９Ａ間の平均間隔は、基材３の２５℃から６００℃における平均熱膨張係数を調整することによって制御できる。このように制御できる理由は定かではないが、次のように推測される。コーティング処理の際に基材３の表面３Ａは加熱され、コーティング処理後に冷却される。ダイヤモンド層５の平均熱膨張係数と基材３の平均熱膨張係数とは相違するため、冷却の際に基材３上に形成されたダイヤモンド層５に引張応力又は圧縮応力がかかって空隙９が生ずるものと考えられる。従って、基材３の平均熱膨張係数を調整すると、上記引張応力又は圧縮応力が制御され、隣り合う空隙９の中心９Ａ間の平均間隔が制御できるものと推測される。また、コーティング前処理によって基材５の表面粗さを調整することによっても制御できる。表面粗さによってもダイヤモンド層５にかかる引張応力又は圧縮応力が制御されるからだと推測される。
（４．１）核生成工程
メタンの濃度が１０％～３０％の範囲内で定められた設定値となるようにメタン及び水素の流量調節を行う。この際、基材３の表面温度が７００℃～９００℃の範囲内で定められた設定温度で、反応炉内のガス圧が２．５×１０２Ｐａ～３．０×１０３Ｐａの範囲内で定められた設定圧で、その状態を０．１時間～２時間継続する。
（４．２）結晶成長工程
メタンの濃度が１％～４％の範囲内で定められた設定値になるようにメタン及び水素の流量調節を行う。この際、基材３の表面温度が８００℃～９００℃の範囲内で定められた設定温度で、反応炉内のガス圧が１．０×１０３Ｐａ～７．０×１０３Ｐａの範囲内で定められた設定圧で、結晶成長させる。
(4) Coating diamond layer 5 (formation of diamond layer 5)
For coating the
The average distance between the
(4.1) Nucleation step The flow rates of methane and hydrogen are adjusted so that the concentration of methane is at a predetermined set value within the range of 10% to 30%. At this time, the surface temperature of the
(4.2) Crystal growth process The flow rates of methane and hydrogen are adjusted so that the concentration of methane is at a predetermined set value within the range of 1% to 4%. At this time, the surface temperature of the
以下、実施例により更に具体的に説明する。
なお、実験例１～１０は実施例であり、実験例１１～１８は比較例である。
表１において、「１１＊」のように、「＊」が付されている場合には、比較例であることを示している。
Hereinafter, a more specific explanation will be given with reference to Examples.
Note that Experimental Examples 1 to 10 are examples, and Experimental Examples 11 to 18 are comparative examples.
In Table 1, when "*" is attached, such as "11*", it indicates that it is a comparative example.
１．ダイヤモンド被覆切削工具の作製
（１）基材の作製
平均粒径が１．０μｍ以下であるα－Ｓｉ３Ｎ４粉末、及び焼結助剤であるＹ２Ｏ３（酸化イットリウム）、Ｙｂ２Ｏ３（酸化イッテルビウム）、Ｌａ２Ｏ３（酸化ランタン）、ＣｅＯ２（酸化セリウム（ＩＶ））、Ｅｒ２Ｏ３（酸化エルビウム）、Ｄｙ２Ｏ３（酸化ジスプロシウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＭｇＣＯ３（炭酸マグネシウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴｉＣ（炭化チタン）を、表１に記載の配合となるように秤量して原料粉末とした。
原料粉末と、エタノールに溶解したマイクロワックス系の有機バインダと、エタノールとを、Ｓｉ３Ｎ４製のボールを用いボールミルで湿式混合してスラリーを得た。スラリーを乾燥させ、ＩＳＯ規格でＳＰＧＮ４２２の形状にプレス成形して成形体を得た。
成形体を加熱装置内において、１気圧の窒素雰囲気下、４００℃～８００℃にて、６０分間～１２０分間の脱脂処理を施した。更に、脱脂した成形体をＳｉ３Ｎ４製の容器内に配置し、窒素雰囲気下、１７００℃～１９００℃で１２０分間～３６０分間にわたり加熱することにより、焼結体を得た。焼結体の理論密度が９９％未満の場合は、更に１０００気圧の窒素雰囲気下、１５００℃～１７００℃で１２０分間～２４０分間のＨＩＰ処理を行い、理論密度で９９％以上の緻密体とした。このようにして作製された焼結体又は緻密体を基材とした。
1. Preparation of diamond-coated cutting tool (1) Preparation of base material α-Si 3 N 4 powder with an average particle size of 1.0 μm or less, and sintering aids Y 2 O 3 (yttrium oxide) and Yb 2 O 3 (ytterbium oxide), La 2 O 3 (lanthanum oxide), CeO 2 (cerium (IV) oxide), Er 2 O 3 (erbium oxide), Dy 2 O 3 (dysprosium oxide), MgO (magnesium oxide), MgCO 3 (magnesium carbonate), Al 2 O 3 (aluminum oxide), AlN (aluminum nitride), ZrO 2 (zirconium oxide), TiN (titanium nitride), and TiC (titanium carbide) in the composition shown in Table 1. The powder was weighed to obtain a raw material powder.
A slurry was obtained by wet mixing raw material powder, a microwax-based organic binder dissolved in ethanol, and ethanol in a ball mill using Si 3 N 4 balls. The slurry was dried and press-molded into the shape of SPGN422 according to ISO standards to obtain a molded body.
The molded body was subjected to degreasing treatment in a heating device at 400° C. to 800° C. for 60 minutes to 120 minutes under a nitrogen atmosphere of 1 atm. Further, the degreased molded body was placed in a container made of Si 3 N 4 and heated in a nitrogen atmosphere at 1700° C. to 1900° C. for 120 minutes to 360 minutes to obtain a sintered body. If the theoretical density of the sintered body is less than 99%, HIP treatment is further performed at 1500°C to 1700°C for 120 to 240 minutes in a nitrogen atmosphere of 1000 atm to make it a dense body with a theoretical density of 99% or more. . The sintered body or dense body thus produced was used as a base material.
（２）コーティング
ダイヤモンド層のコーティングには、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いた。原料ガスとしてメタン（ＣＨ４）、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）等を用いた。コーティング処理は、設定膜厚（１２μｍ）になるまで（４．１）の欄で記載した核生成工程、及び（４．２）の欄で記載したの結晶成長工程を繰り返し、多層構造のダイヤモンド層を基材の表面にコーティングした。
(2) Coating A microwave plasma CVD method was used for coating the diamond layer. Methane (CH 4 ), hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), etc. were used as raw material gases. In the coating process, the nucleation process described in section (4.1) and the crystal growth process described in section (4.2) are repeated until the set film thickness (12 μm) is reached, and a diamond layer with a multilayer structure is formed. was coated on the surface of the base material.
２．ダイヤモンド被覆切削工具の測定方法等
（１）Ａｌの酸化物換算での含有率、Ｔｉの化合物の含有率の算出方法
Ａｌの酸化物換算での含有率及びＴｉの化合物の含有率は、基材において蛍光Ｘ線（Ｘ－ｒａｙ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を測定して算出した。
なお、ここでＴｉの化合物とは、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、及び炭化物から選ばれる少なくとも１種を意味する。
2. Measuring method for diamond-coated cutting tools, etc. (1) Calculation method for Al oxide content and Ti compound content The Al oxide content and Ti compound content are based on the base material. The calculation was made by measuring X-ray Fluorescence Spectrometry.
Note that the Ti compound herein means at least one selected from Ti nitrides, carbonitrides, and carbides.
（２）結晶相同定方法
焼結体に含有されるポリタイプサイアロンは、基材をＸ線回折分析することにより同定した。ここで、ポリタイプサイアロンとは、１２Ｈ－サイアロン（一般式：ＳｉＡｌ５Ｏ２Ｎ５）、１５Ｒ－サイアロン（一般式：ＳｉＡｌ４Ｏ２Ｎ４）、及び２１Ｒ－サイアロン（一般式：ＳｉＡｌ６Ｏ２Ｎ６）からなる群より選択される少なくとも一種である。
(2) Crystal phase identification method Polytype SiAlON contained in the sintered body was identified by X-ray diffraction analysis of the base material. Here, polytype sialon refers to 12H-sialon (general formula: SiAl 5 O 2 N 5 ), 15R-sialon (general formula: SiAl 4 O 2 N 4 ), and 21R-sialon (general formula: SiAl 6 O 2 N 6 ).
（３）熱膨張率測定方法
各基材においてＴＭＡ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を用いて測定した。測定条件は、Ｒ．Ｔ（２５℃）～１０００℃、Ａｒ雰囲気下、１０℃／ｍｉｎとした。
(3) Coefficient of thermal expansion measurement method Each base material was measured using TMA (Thermo Mechanical Analysis). The measurement conditions were R. T (25°C) to 1000°C, under Ar atmosphere, at 10°C/min.
（４）空隙の観察方法
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察した。詳細には、ダイヤモンド被覆切削工具を、ダイヤモンド層を含めて基材ごと切断し、ダイヤモンド層と基材の界面をイオンミリングにより研磨し、ＳＥＭ観察用の試料を作製した。そして、界面近傍をＳＥＭで拡大観察することで、空隙の有無、空隙の間隔を測定した。この際、ダイヤモンド被覆切削工具の刃先の位置から、刃先から遠ざかる方向にむかって、連続して５０枚のＳＥＭ画像（５０００倍）を得た。各ＳＥＭ画像の視野は、それぞれ１８μｍ×２４μｍとした。得られた５０枚のＳＥＭ画像をＷｉｎＲｏｏｆ（画像解析・計測ソフトウェア三谷商事株式会社）にて解析し、隣り合う各空隙の中心同士の間隔を求めた。そして、求められた間隔を平均して平均間隔とした。
なお、平均間隔を測定する際の空隙は、切断面において、結晶成長方向に対し垂直方向の幅が１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、かつ、結晶成長方向に沿った方向の長さが１００ｎｍ以上１μｍ以下の空隙を用いた。言い換えれば、この要件を満たさない空隙は、間隔の測定には用いなかった。
(4) Observation method of voids Observation was performed using a scanning electron microscope (SEM). Specifically, the diamond-coated cutting tool was cut along with the base material including the diamond layer, and the interface between the diamond layer and the base material was polished by ion milling to prepare a sample for SEM observation. Then, the presence or absence of voids and the spacing between voids were measured by observing the vicinity of the interface under magnification using a SEM. At this time, 50 SEM images (5000x magnification) were successively obtained from the position of the cutting edge of the diamond-coated cutting tool in the direction away from the cutting edge. The field of view of each SEM image was 18 μm×24 μm. The obtained 50 SEM images were analyzed using WinRoof (image analysis/measurement software Mitani Shoji Co., Ltd.), and the distance between the centers of adjacent voids was determined. Then, the determined intervals were averaged to obtain an average interval.
In addition, when measuring the average spacing, the width of the void in the cut plane in the direction perpendicular to the crystal growth direction is 100 nm or more and 500 nm or less, and the length in the direction along the crystal growth direction is 100 nm or more and 1 μm or less. The air gap was used. In other words, voids that did not meet this requirement were not used for spacing measurements.
３．ダイヤモンド被覆切削工具の切削試験
（１）試験方法
各ダイヤモンド被覆切削工具を用いて、切削試験を行った。試験条件は下記の通りである。切削試験では、ダイヤモンド被覆切削工具からダイヤモンド層が剥離するまでのパス数を測定した。パス数が多いほど、評価が高い。評価は以下のようにした。
＜試験条件＞
・被削材：アルミ材（ＡＣ４Ａ－Ｔ６）
・切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
・切込み量：１．０ｍｍ
・送り量：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．
・１パス（１ｐａｓｓ）あたりの長さ：２００ｍｍ
・切削環境：冷却水あり
＜評価＞
「Ａ」…１４００パス以上
「Ｂ」…１０００パス以上１４００パス未満
「Ｃ」…９００パス以上１０００パス未満
「Ｄ」…９００パス未満
3. Cutting test of diamond-coated cutting tools (1) Test method A cutting test was conducted using each diamond-coated cutting tool. The test conditions are as follows. In the cutting test, the number of passes until the diamond layer peeled off from the diamond-coated cutting tool was measured. The higher the number of passes, the higher the evaluation. The evaluation was as follows.
<Test conditions>
・Work material: Aluminum material (AC4A-T6)
・Cutting speed: 300m/min
・Depth of cut: 1.0mm
・Feed amount: 0.25mm/rev.
・Length per 1 pass: 200mm
・Cutting environment: With cooling water
<Evaluation>
"A"...1400 passes or more "B"...1000 passes or more but less than 1400 passes "C"...900 passes or more but less than 1000 passes "D"...Less than 900 passes
（２）試験結果
試験結果を表１に示す。
平均熱膨張係数ｘが、３．１×１０－６／Ｋ≦ｘ≦４．０×１０－６／Ｋを満たし、かつ隣り合う各前記空隙の中心間の平均間隔が１２μｍ以上１０００μｍ以下である実験例１～１０は、いずれも「Ｃ」以上の良好な評価であった。これに対して、平均熱膨張係数ｘが、３．１×１０－６／Ｋ≦ｘ≦４．０×１０－６／Ｋではない、または、隣り合う各前記空隙の中心間の平均間隔が１２μｍ以上１０００μｍ以下ではない実験例１１～１７は、いずれも「Ｄ」という良好ではない評価であった。より具体的には、実験例１～１０は、剥離までのパス数が少なくとも９００回であるのに対し、実験例１１～１７は、剥離までのパス数が多くても６００回であり、耐剥離性は大きく異なっていた。
実験例１，２，３を比較すると、Ａｌを酸化物換算で２質量％以上３５質量％以下含有する実験例３は、この範囲外の実験例１，２よりも評価が高かった。
実験例１，２，４を比較すると、Ｔｉの窒化物（ＴｉＮ）が５質量％以上２０質量％以下含有する実験例４は、この範囲外の実験例１，２よりも評価が高かった。
実験例３，５，６，７，８を比較すると、ポリタイプの結晶相を含む実験例５，６，７，８は、ポリタイプの結晶相を含まない実験例３よりも評価が高かった。
(2) Test results The test results are shown in Table 1.
The average coefficient of thermal expansion x satisfies 3.1×10 −6 /K≦x≦4.0×10 −6 /K, and the average distance between the centers of the adjacent voids is 12 μm or more and 1000 μm or less. Experimental Examples 1 to 10 all had good evaluations of "C" or higher. On the other hand , the average coefficient of thermal expansion Experimental Examples 11 to 17 where the thickness was not 12 μm or more and 1000 μm or less were all rated as “D”, which was not good. More specifically, in Experimental Examples 1 to 10, the number of passes until peeling was at least 900, while in Experimental Examples 11 to 17, the number of passes until peeling was at most 600, and the durability was The peelability was significantly different.
Comparing Experimental Examples 1, 2, and 3, Experimental Example 3 containing 2% by mass or more and 35% by mass or less of Al in terms of oxide was evaluated higher than Experimental Examples 1 and 2 which were outside this range.
Comparing Experimental Examples 1, 2, and 4, Experimental Example 4 containing Ti nitride (TiN) from 5% by mass to 20% by mass was evaluated higher than Experimental Examples 1 and 2, which were outside this range.
Comparing Experimental Examples 3, 5, 6, 7, and 8, Experimental Examples 5, 6, 7, and 8 containing a polytype crystal phase were evaluated higher than Experiment Example 3, which did not contain a polytype crystal phase. .
本開示は上記で詳述した実施形態に限定されず、本開示の請求項に示した範囲で様々な変形又は変更が可能である。 The present disclosure is not limited to the embodiments detailed above, and various modifications or changes can be made within the scope of the claims of the present disclosure.
１ …ダイヤモンド被覆切削工具
３ …基材
３Ａ…表面
５ …ダイヤモンド層
９ …空隙
９Ａ…中心
1...Diamond coated cutting
Claims (4)
前記基材は２５℃から６００℃における平均熱膨張係数ｘが、
３．１×１０-6／Ｋ≦ｘ≦４．０×１０-6／Ｋ
を満たし、かつ
前記ダイヤモンド層は、前記基材と接する部分から結晶成長方向に伸びる空隙を複数有し、
前記ダイヤモンド被覆切削工具を前記基材と前記ダイヤモンド層とを含む面で切断して得られる切断面において、隣り合う各前記空隙の中心間の平均間隔は、１２μｍ以上１０００μｍ以下であり、
前記基材は、窒化珪素焼結体又はサイアロン焼結体から構成されている、ダイヤモンド被覆切削工具。 A diamond-coated cutting tool comprising a base material and a diamond layer coating the surface of the base material,
The base material has an average coefficient of thermal expansion x from 25°C to 600°C,
3.1×10 -6 /K≦x≦4.0×10 -6 /K
and the diamond layer has a plurality of voids extending in the crystal growth direction from a portion in contact with the base material,
In a cut surface obtained by cutting the diamond-coated cutting tool on a plane including the base material and the diamond layer, the average distance between the centers of each of the adjacent voids is 12 μm or more and 1000 μm or less,
A diamond-coated cutting tool , wherein the base material is made of a silicon nitride sintered body or a sialon sintered body .
前記サイアロン焼結体は、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、及び炭化物から選ばれる少なくとも１種を、合計で５質量％以上２０質量％以下含有する、請求項１又は２に記載のダイヤ モンド被覆切削工具。 The silicon nitride sintered body contains a total of 5% by mass or more and 20% by mass or less of at least one selected from Ti nitride, carbonitride, and carbide,
The diamond coating according to claim 1 or 2 , wherein the sialon sintered body contains a total of 5% by mass or more and 20% by mass or less of at least one selected from Ti nitride, carbonitride, and carbide. Cutting tools.
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