JPH01201476A - ダイヤモンド膜付超硬合金の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はダイヤモンド膜付超硬合金の製造方法に関し
、さらに詳しく言うと、たとえばバイト、エンドミル、
ドリル、カッターなどの各種切削工具等に好適なダイヤ
モンド膜付超硬合金の製造方法に関する。

［従来の技術およびその問題点］ 従来から、バイト、エンドミル、カッター等の各種切削
工具の分野においては、超硬合金からなる切削工具の保
護膜としてダイヤモンド膜を用いることにより、耐摩耗
性に優れた切削工具が得られることから、超硬合金上に
ダイヤモンド膜を形成してなる切削工具の需要が高まり
つつある。

そして、従来、超硬合金上にダイヤモンド膜を形成させ
る方法としては、たとえば、ダイヤモンド膜の形成に先
立って超硬合金にイオンエツチング処理を施すことによ
り超硬合金の表面を活性化してから、この超硬合金と活
性化した原料ガスとを接触させる方法（特開昭６０−２
０４６９５０４６９５号公報参照いはサーメットからな
る基板上にダイヤモンド膜の形成を行なうに先立ってサ
ーメットをたとえば酸溶液でエツチング処理して表面の
結合相を除去してから、このサーメットと活性化した原
料ガスとを接触させる方法（特開昭６１−５２３６３号
公報参照、）などが提案されている。

しかしながら、これらの方法で得られるダイヤモンド膜
を形成してなる超硬合金を用いた切削工具においては、
依然として切刃の摩耗、チッピング（一部欠損）が見ら
れ、ダイヤモンド膜の密着性は未だ充分とは言いがたい
という問題がある。

この発明の目的は、前記問題点を解決し、超硬合金上に
強固に密着したダイヤモンド膜を形成してなるダイヤモ
ンド膜付超硬合金の製造方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 前記問題点を解決するために、この発明者が鋭意研究を
重ねた結果、特定の範囲の一酸化炭素および水素ガスを
活性化してなるプラズマガスを、超硬合金に接触させる
と、この超硬合金上にダイヤモンド膜が強固に密着して
なるダイヤモンド膜付超硬合金が得られることを見い出
してこの発明に到達した。

すなわち、この発明の構成は、超硬合金−Ｆにダイヤモ
ンド膜を形成させる方法において、２〜３０モル％の一
酸化炭素および水素ガスを含む原料ガスを活性化して得
られるガスを、超硬合金に接触させるダイヤモンド膜付
超硬合金の製造方法である。

この発明の方法において、前記超硬合金はダイヤモンド
膜を形成させる基材として用いる。

使用に供される超硬合金には特に制限はなく、たとえば
−Ｇ−Ｇｏ系合金、ＷＣ−Ｔｉ（：Ｊｌ：ａ系合金、Ｗ
Ｃ−Ｔ　ｉＣ−Ｔａｇ−ｃｏ系合金などの中から適宜に
選択して用いることができる。

この発明の方法においては、前記超硬合金に。

２〜３０モル％の一酸化炭素および水素ガスを含む原料
ガスを活性化して得られるガスを接触させる。

なお、前記原料ガスには、本発明の目的を阻害しない範
囲で不活性ガスを含有してもよい。

使用に供する前記−酸化炭素としては特に制限がなく、
たとえば石炭、コークスなどと空気または水蒸気を熱時
反応させて得られる発生炉ガスや水性ガスを充分に精製
したものを用いることができる。

使用に供する前記水素としては、特に制限がなく、たと
えば石油類のガス化、天然ガス、水性ガスなどの変成、
水の電解、鉄と水蒸気との反応、石炭の完全ガス化など
により得られるものを充分に精製したものを用いること
ができる。

この発明の方法においては、原料ガスとして一酸化炭素
ガスの含有量が２〜３０モル％、好ましくは３〜２５モ
ル％、さらに好ましくは５〜２０モル％となる割合で、
含有する混合ガスを励起して得られるガスを、超硬合金
に接触させることにより。

超硬合金上にダイヤモンド膜を密着性良く堆積させるこ
とができる。

前記混合ガス中の一酸化炭素ガスの含有量が２モル％よ
りも少ないと、−酸化炭素の超硬合金に対するエツチン
グ効果が乏しく、−酸化炭素ガスの含有量が３０モル％
を超えると超硬合金が激しくエツチングされてダイヤモ
ンド膜の密着性が悪くなる。

本発明において、−酸化炭素を前記特定の範囲に限定す
ることによって、ダイヤモンド膜と超硬合金との密着性
が向上する理由としては、超硬度合金に対して適度のエ
ツチングが行われることによりダイヤモンド膜と超硬合
金との間にそれぞれの成分の混合層が形成されて、ダイ
ヤモンド層と超硬合金との強固な結合が得られるものと
推考される。

水素ガスは前記−酸化炭素ガスの希釈ガスとして、また
原料ガスをプラズマ分解するときにはプラズマ発生用ガ
スとして用いられるのであるが、ダイヤモンド形成のと
きに、超硬合金の表面に形成されるかもしれないＣ−）
１結合を切断してダイヤモンドの形成を促進する機能も
有している。

この水素ガスを用いる場合の前記原料ガスにおける水素
ガスの濃度は９８〜７０モル％、好ましくは９７〜７５
モル％、さらに好ましくは９５〜８０モル％である。

不活性ガスは前記−酸化炭素ガスと水素ガスとの混合ガ
スのキャリヤーガスとして用いることができる。

この不活性ガスとしては、たとえば窒素ガス、アルゴン
ガス、ネオンガス、キセノンガスなどが挙げられる。

前記原料ガスの活性化手段としては、ダイヤモンドの合
成に従来より慣用されている各種の方法の中から任意の
方法を用いることができる。

具体的には、たとえば直流電圧を電極間に印加してプラ
ズマ分解する方法、高周波を電極間に印加してプラズマ
分解する方法、あるいはプラズマ分解をイオン室または
イオン銃で行なわせ、電界によりイオンを引出すイオン
ビーム法などの各種プラズマ分解法、熱フィラメントに
よる加熱により熱分解する熱分解法などが挙げられる。

これらの中でも、好ましいのは各種プラズマ分解法であ
る。

この発明の方法においては、通常、以下の条件下に、超
硬合金からなる基板上にダイヤモンド膜が形成される。

すなわち、前記超硬合金からなる基板表面の温度は、前
記原料ガスの活性化手段により異なるので、−概に決め
ることはできないが、たとえばプラズマ分解による場合
には、通常、４００〜１．２００℃、好ましくは４５０
〜１，１００℃である。この温度が４００℃よりも低い
と、ダイヤモンド膜の形成速度が遅くなることがある。

一方、　１，２００℃を超えると、超硬合金上に堆積し
たダイヤモンド膜がエツチングにより削り取られてしま
い結果的にダイヤモンド膜の形成が遅くなることがある
。

反応圧力は１（１３ｔｏｒｒ〜１０３ｔｏｒｒ　、好ま
しくは１〜８００ｔｏｒｒである０反応圧力が１Ｏ−３
ｔｏｒｒよりも低いと、ダイヤモンド膜の形成速度が遅
くなることがある。一方、１０３ｔｏｒｒより高くして
もそれに相当する効果は奏されず、場合によってはダイ
ヤモンド膜の形成速度の低下を招くことがある。

反応時間は所９のダイヤモンド膜の膜厚およびダイヤモ
ンド膜の形成速度により適宜に設定することができる。

さらに、前記原料ガスをプラズマ分解する場合のプラズ
マ出力は、通常、０．１ｋｗ以上である。プラズマ出力
が０．１ｋｗ未満であると、プラズマが充分に発生しな
いことがある。

以上の条件下での反応は、たとえば第１図に示したよう
な反応装置を用いて行なうことができる。

第１図は、この発明の方法に用いることのできる反応装
置の概念図である。

すなわち、−酸化炭素ガスおよび水素ガスを含む原料ガ
スは、原料ガス導入口ｌから、反応容器２内へ導入され
る。この反応容器２内へ導入された原料ガスは導波管３
により導出されるマイクロ波あるいは高周波によりプラ
ズマ分解されて活性化し、この活性化したガスに含まれ
る励起状態の炭素が、超硬合金からなる基板上に堆積し
てダイヤモンド膜を形成する。

この発明の方法により得ることのできるダイヤモンド膜
付超硬合金は、たとえばバイト、カッター、エンドミル
等の各種切削工具に好適に利用することができる。

［実施例］ 次いで、この発明の実施例および比較例を示し、この発
明についてさらに具体的に説明する。

（実施例１〜６） 超硬合金からなる切削チップ（ＪＩＳ　Ｋ　１０５ＰＧ
Ｎ４２２）を基板として反応室内に設置し、基板温度９
００℃、反応室内の圧力５０ｔｏｒｒの条件下に、周波
ｆｉ２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源の出力を４００Ｗ
に設定するとともに、反応室内への原料ガス流量を表１
に示した値に設定し、反応を表示の時間性なって、前記
温度に制御した基板上に平均膜厚６ｇｍの堆積物を得た
。

得られた堆積物について、ラマン分光分析を用いて結晶
性を評価し、また、切削性艶を調べた。

結果を第１表に示す。

さらに、このダイヤモンド膜を形成してなる切削チップ
について、以下の条件下に切削試験を行なった。

結晶性評価ニラマン分光分析 切削性評価：下記条件で試験した後、刃先のＳＥＭ観察
を行なっ た。

被削材：Ａ皇−８重量％Ｓｉ合金。

切削速度Ｈ８００ｍ／分。

送り　　；０．ｌ■■／ｒｅマ。

切込み、　０．２５■層。

切削時間：１０分間。

試験後、被切削材溶着物を稀塩酸で除去し、切削チップ
の切刃の状態を走査型電子顕微ａｌ（日本電子（株）製
、Ｊ　５Ｍ８４０　）で観察したところ。

摩耗もチッピングも見られず、正常であることを確認し
た。

（比較例１および２） 実施例１において、−酸化炭素の濃度を、第１表に示す
ような、本発明における数値範囲外にした以外は同様に
処理して超硬工具を得た。

得られた超硬工具について実施例１と同様の試験を行な
った。結果を第１表に併せて示す。

（比較例３〜５） 前記実施例１において、原料ガスとしてＣＨ４とＨ？と
を用いたほかは、前記実施例１と同様にしてダイヤモン
ド膜の形成を行なって平均膜厚６ＪＬｍのダイヤモンド
膜を得るとともに、前記実施例１と同様の条件で切削試
験を行なった。

結果を第２表に示す。

その結果、切削チップの刃先にはダイヤモンド膜の剥離
現象が見られ、この比較例で得られたダイヤモンド膜の
密着性が劣っていることを確認した。

第１表 ［発明の効果］　この発明によると、従来の方法に比較
して′ｆＭ着性に優れたダイヤモンド膜を超硬合金上に
形成することができ、バイト、エンドミル、カッター、
ドリル等に好適な耐摩耗性に優れたダイヤモンド膜付超
硬合金を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明に用いられる反応装置の概念図である
。 ｌ・拳・原料ガス導入口 ２・・拳反応容器　　　３・・・導波管４・・・基材 特許出願人　　出光石油化学株式会社 第１図 ■ 手続補正書 平成元年３月　７日 昭和６３年特許願第２４８３２号 ２　発明の名称 ダイヤモンド膜付超硬合金の製造方法 ３　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　　　　　東京都千代田区丸の白玉丁目１番１号名
称　　　　　出光石油化学株式会社　（ほか−名）代表
者　　　　本郷　睦 ４　代理人 住所　　　東京都新宿区西新宿八丁目９番５号セントラ
ル西新宿３階 ６　補正により増加する請求項の数　　　Ｏ８　補正の
内容 （１）　　明細書の第３ページ第６行に記載の「この発
明者が鋭」を「この発明者等が鋭」に補正する。 （２）　　明細書の第５ページ第１６行に記載の「理由
としては、超硬度」を「理由としては、超硬」に補正す
る。 （３）　　明細書の第７ページ第２行〜第３行に記載の
「プラズマ分解する方法、高周波を電極間に印加してプ
ラズマ分解する方法、」を「プラズマ分解する方法、高
周波を印加してプラズマ分解する方法、マイクロ波を印
加してプラズマ分解する方法、」に補正する。 （０明細書の第１３ページを別紙明細書の第１３ページ
と差し替える。 以上 第１表

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　超硬合金上にダイヤモンド膜を形成させる方法におい
   て、２〜３０モル％の一酸化炭素および水素ガスを含む
   原料ガスを活性化して得られるガスを、超硬合金に接触
   させることを特徴とするダイヤモンド膜付超硬合金の製
   造方法。