JPH02170972A - ダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金製工具部材 - Google Patents

ダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金製工具部材

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JPH02170972A
JPH02170972A JP32276488A JP32276488A JPH02170972A JP H02170972 A JPH02170972 A JP H02170972A JP 32276488 A JP32276488 A JP 32276488A JP 32276488 A JP32276488 A JP 32276488A JP H02170972 A JPH02170972 A JP H02170972A
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tungsten carbide
diamond
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diamond coating
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Hiroshi Nakahara
中原 啓
Keiichi Sakurai
桜井 恵一
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Mitsubishi Metal Corp
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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、炭化タングステン(以下WCで示す)超超
硬合金基体の表面に対するダイヤモンド被覆層の付6強
度が著しく高いダイヤモンド被覆WC基超硬合金製工具
部材に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に、結合相形成成分としてCo:1〜25%。
を含有し、さらに必要に応じて、 分散+n形成成分としてWを除く元素周期律表の4a、
5a、および6a族金属の炭化物、並びにこれらのWC
を含む28!以上の固溶体(以下これらを総称して「金
属炭化物」という)のうちの1種以上:0.5〜30%
、を含有し、残りが同じく分散相形成成分としてのWC
と不可避不純物からなる組成(以上重量96、以下%は
重量%を示す)を有するWCC超超硬合金基体表面に、
所定の寸法出しを行なうために研削し、ついで、例えば
硝酸や硫酸などの希釈酸性水溶液を用いてのエツチング
による基体表面Co除去処理を施した状態で、通常の気
相合成法にてダイヤモンド被覆層を0,5〜10ZZ1
1の平均層厚で形成してなるダイヤモンド被覆WC基超
硬合金製工具部材が、例えばスローアウェイチップやエ
ンドミル、さらに小径ドリルやドリルなどの切削工具部
材として適用されていることは良く知られるところであ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記の従来ダイヤモンド被覆WC基超硬合金製
工具部材においては、WCC超超硬合金基体表面対する
ダイヤモンド被覆層の付着強度が低いために、例えばこ
れをAfI−S1合金などの断続切削や、高送りおよび
高切込みなどの重切削などに用いた場合に剥離が発生し
易く、相対的にきわめて短かい使用寿命しか示さないの
が現状である。
〔課題を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記の
従来ダイヤモンド被覆WC基超硬合金製工具部材に若目
し、これのダイヤモンド被覆層のWC基超硬含金基体表
面に対する付着強度を向上せしめるべく研究を行なった
結果、表面研削を行ない、かつ表面部のCo除去処理を
行なった後のWCC超超硬合金基体おいては、これの表
面に対するX線回折で、いずれの結晶面にも1つのピー
ク波形しか現われないが、このWCC超超硬合金基体、
表面研削とCo除去処理の間で、真空中、1000〜1
500℃の範囲内の所定温度に所定時間保持の熱処理を
施してやると、これの表面に対するX線回折で、第1図
に示されるようにWCの(211)面に高低差のある2
つの連続ピーク波形が現われるようになり、この波形の
変化は、研削時に基体表面に圧芒あるいはこれに圧入し
て剥離の起点となっていた研削屑が加熱時に結合相に固
溶し、凝固時に析出して結晶化することによる基体との
一体化およびこれに伴なう基体表面の粗面化、並びに1
1削時に発生した裏面部内部歪の除去に原因するもので
あると推定され、この状態のWCC超超硬合金基体表面
に、通常の気相合成法にてダイヤモンド被覆層を形成す
ると、このダイヤモンド被覆層のWCC超超硬合金基体
表面対する付着強度は著しく高いものとなり、したがっ
てこの結果のダイヤモンド被mWC基超硬合金製工具部
材は、これを上記の切削工具部材や、さらに各種のダイ
スやプリンターヘッド、さらに熱間加工用ガイドローラ
や製管用シーミングロールなどの耐摩耗工具部材として
用いた場合に、すぐれた性能を若しく長期に亘って発揮
するようになるという知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、 結合相形成成分としてCoal〜25%。
を含aし、さらに必要に応じて、 分散相形成成分として金属炭化物のうちの1種以上二0
.5〜30%。
を含有し、残りがWCと不可避不純物からなる組成を有
するWCC超超硬合金基体、寸法出しのための研削を施
し、ついで真空中、1000〜1500℃の範囲内の所
定温度に所定時間保持の熱処理を施し、引続いて表面部
のCo除去処理を施すことによって、X線回折で、WC
の(211)面に高低差のある2つの連続ピーク波形が
現われるようにした基体表面に、通常の気相合成法にて
ダイヤモンド被覆層を0.5〜LO庫の平均層厚で形成
してなる何首強度のきわめて高いダイヤモンド被覆WC
基超硬さ金製工具部材に特徴を有するものである。
なお、この発明の工具部材において、基体のCo含有量
を1〜25%と限定したのは、その含有量が1%未満で
は所望の靭性および強度を確保することができず、一方
その含有量が25%を越えると、耐摩耗性の低下が著し
く、特に切削工具部材にあっては10%以下の自白°が
望ましく、かかる理由によるものであり、また耐摩耗性
を向上させる目的で必要に応じて含有される金属炭化物
の含H量を065〜3096としたのは、その含H量が
0.596未満では所望の耐摩耗性向上効果が得られず
、方その含有量が30%を越えると靭性の低下が著しい
という理由によるものであり、さらにダイヤモンド被覆
層の平均層厚を0,5〜LOttrmとしたのは、その
平均層tVが0.5m未満では所望の耐摩耗性を確保す
ることができず、一方その平均層厚が10μsを越える
と、皮膜に欠けやチッピングが発生し易くなるという理
由によるものである。
また、この発明の工具部材の基体に対する熱処理の実施
に際して、その加熱温度を1000−1500”Cとし
たのは、その温度が1ooo℃未満では、X線回折で明
確な2つの連続ピーク波形が現われず、この結果ダイヤ
モンド被覆層に所望の高い付芒強度を確保することがで
きず、一方その温度が1500’cを越えると、結晶粒
が粗大化して強度が低ドするようになるという理由から
であり、この場合保持時間は、例えば切削用スローアウ
ェイチップで30〜90分で十分である。
〔実 施 例〕
つぎに、この発明の工具部材を実施例により具体的に説
明する。
原料粉末として、いずれも0.5〜10μsの範囲内の
所定の平均粒径を有するWC粉末、各種の金属炭化物粉
末、およびCo粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞ
れ第1表に示される配合組成に配合し、ボールミルで7
2時時間式混合し、乾燥した後、1.5ton/cdの
圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、I X 
lo’torrの真空中、1350〜1500℃の範囲
内の所定温度に90分間保持の条件で焼結して配合組成
と実質的に同一の成分組成をもったWCC超超硬合金基
体製造し、この基体表面に上下面および外周研削機を用
いて研削加工を施して、その形状をCIS (超硬工具
協会)規F8spp422のスローアウェイチップとし
、引続いてこのチップ基体に、I X 10’torr
の真空中、1000〜1500℃の範囲内の所定温度に
30〜90分間保持の条件で熱処理を施し、さらにこの
熱処理後の表面を5%硝酸水溶液にてエツチングして表
面部のCoを除去し、この状態のチップ基体表面に対し
て、 管 球:CU、      フィルター7N1゜管電圧
: 40kV、     管電流:40A。
時定数:5゜ レコーダー速度: 40m11/ 2θ(度)。
レコーダーフルスケール: 10000eps。
の条件でX線回折を施したところ、いずれのチップ基体
表面もWCの(211)面に第1図に示される高低差の
ある2つの連続ピーク波形が現われ、この2つの連続ピ
ーク波形におけるそれぞれの高さ;g およびg2を測
定し、Ω1/g2比を算出して第1表に示し、ついでこ
れを、金属W製フィラメントを備えた直径:120mm
の石英製管状反応容器内に装入し、 雰囲気圧カニ 35torr、   基体温度ニア00
℃。
反応ガス: CH4/H2−0,05゜の条件で3〜6
時間の範囲内の所定時間の気相合成反応を行なって同じ
く第1表に示される平均層厚のダイヤモンド被覆層を上
記チップ基体表面に形成することにより本発明ダイヤモ
ンドIzwc基超硬合金製切削チップ(以下、本発明切
削チップという)1〜14をそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、上記WCC超超硬合金基体対する
研削後の熱処理を行なわない以外は、同一の条件で従来
ダイヤモンド被覆WC基超硬合金製切削チップ(以下、
従来切削チップという)1〜14をそれぞれ製造したが
、この場合の上記熱処理を施さないチップ基体表面に対
するX線回折では、いずれの結晶面も通常の1つのピー
ク波形を示した。
つぎに、この結果得られた本発明切削チップ1〜14お
よび従来切削チップ1〜14について、被削材:AN−
12%St合金の溝入り材。
切削速度: 550 m/誼In。
切込み:1.5關。
送   リ: 0.15mm/ rev、。
切削時間:20分 の条件でのA1合金の乾式フライス断続切削試験、並び
に、 被削材:Aρ−18.5%si合金の丸棒。
切削速度: 150 m/1n 。
切込み:1ffi組 送   リ: 0.4 am/ rev、。
切削時間:5分 の条件でのAf!合金の乾式高送り連続切削試験をそれ
ぞれ10個の切刃について行ない、切刃:10個の平均
逃げ面摩耗幅を測定すると共に、切刃におけるダイヤモ
ンド被覆層の剥離発生本数を7ip+定した。これらの
測定結果を第1表に示した。
〔発明の効果〕
第1表に示される結果から、本発明切削チップ1〜14
は、いずれもWCC超超硬合金基体対するダイヤモンド
被覆層の付着強度が著しく高いので、苛酷な条件下での
切削となるフライス断続切削や高送り切削で、ダイヤモ
ンド被覆層の剥離がほとんどなく、すぐれた耐摩耗性を
示すのに対して、従来チップ1〜14では、ダイヤモン
ド被覆層の密着性が不十分なので、いずれの場合もダイ
ヤモンド被覆層に剥離が発生し易く、摩耗も著しいこと
が明らかである。
上述のように、この発明のダイヤモンド被覆WCM、超
硬合金製工具部材は、ダイヤモンド被覆層のWCC超超
硬合金基体対する付着強度がきわめて高いので、切削工
具や耐摩耗工具として、通常の条件は勿論のこと、特に
断続切削や重切削などの苛酷な条件での適用に際しても
すぐれた耐摩耗性を示し、使用寿命の著しい延命化を可
能とするものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のダイヤモンド被覆wc基超硬合金製
工具部材のダイヤモンド被覆層形成前の基体表面に対す
るX線回折で、Wcの(211)面に現われる明確なる
高低差のある2つの連続ピーク波形を例示する図である

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)結合相形成成分としてCo:1〜25%、を含有
    し、残りが分散相形成成分としての炭化タングステンと
    不可避不純物からなる組成(以上重量%)を有する炭化
    タングステン基超硬合金基体の研削表面に、気相合成法
    によるダイヤモンド被覆層を0.5〜10μmの平均層
    厚で形成してなるダイヤモンド被覆炭化タングステン基
    超硬合金製工具部材において、 上記ダイヤモンド被覆層形成前の基体が、研削表面に対
    するX線回折で、高低差のある2つの連続ピーク波形が
    炭化タングステンの(211)面に現われる基体である
    ことを特徴とする付着強度の高いダイヤモンド被覆炭化
    タングステン基超硬合金製工具部材。
  2. (2)結合相形成成分としてCo:1〜25%、を含有
    し、さらに、 分散相形成成分としてWを除く元素周期律表の4a、5
    a、および6a族金属の炭化物、並びにこれらの炭化タ
    ングステンを含む2種以上の固溶体のうちの1種以上:
    0.5〜30%、 を含有し、残りが分散相形成成分としての炭化タングス
    テンと不可避不純物からなる組成(以上重量%)を有す
    る炭化タングステン基超硬合金基体の研削表面に、気相
    合成法によるダイヤモンド被覆層を0.5〜10μmの
    平均層厚で形成してなるダイヤモンド被覆炭化タングス
    テン基超硬合金製工具部材において、 上記ダイヤモンド被覆層形成前の基体が、研削表面に対
    するX線回折で、高低差のある2つの連続ピーク波形が
    炭化タングステンの(211)面に現われる基体である
    ことを特徴とする付着強度の高いダイヤモンド被覆炭化
    タングステン基超硬合金製工具部材。
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