JPH0222471A - ダイアモンド被覆超硬合金および超硬合金のダイアモンド被覆方法 - Google Patents

ダイアモンド被覆超硬合金および超硬合金のダイアモンド被覆方法

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JPH0222471A JP17194688A JP17194688A JPH0222471A JP H0222471 A JPH0222471 A JP H0222471A JP 17194688 A JP17194688 A JP 17194688A JP 17194688 A JP17194688 A JP 17194688A JP H0222471 A JPH0222471 A JP H0222471A
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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】 〔概 要〕 ダイアモンドで被覆した超硬合金に関し、ダイアモンド
皮膜の密着力を向上させたダイアモンド被覆超硬合金を
提供することを目的とし、金属元素または半金属元素の
化合物から成る硬質主材と、結合材とを含んで成る超硬
合金をダイアモンドで被覆したダイアモンド被覆超硬合
金において、該超硬合金の基材とダイアモンドの被覆層
との間に、該金属、該半金属もしくは該化合物の第1相
または該第1相およびダイアモンドの第2相から成る遷
移層を介在させるように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ダイアモンドで被覆した超硬合金および超硬
合金のダイアモンド被覆方法に関する。
〔従来の技術〕
近年、化学的気相合成法(あるいはCVD法)によるダ
イアモンドの合成が可能となり、その応用が種々検討さ
れている。ダイアモンドは多くの優れた性質を有する。
特に、硬さが著しく高いことを利用して、工具、摺動材
等に用いられる超硬合金にダイアモンドを被覆して切削
性の向上、長寿命化、耐摩耗性の向上等が試行されてい
る。
しかし、超硬合金に結合材として含まれているCo 、
Ni等またはこれらの合金は浸炭性に富み、ダイアモン
ド皮膜の形成を阻害するため、実用上十分な密着力でダ
イアモンド被覆を行なうことができなかった。これまで
に、密着力を向上させるために、基材表面に人工的に疵
を付けて高密度で核発生させる、Fe、Ni、Co等の
浸炭性に富む元素を基材表面で化学的に除去する等の方
法が行なわれているが、いずれも十分な密着力は得られ
ていない。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、ダイアモンド皮膜の密着力を向上させたダイ
アモンド被覆超硬合金および超硬合金のダイアモンド被
覆方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的は、本発明によれば、金属元素または半金属
元素の化合物から成る硬質主材と、結合材とを含んで成
る超硬合金をダイアモンドで被覆したダイアモンド被覆
超硬合金において、該超硬合金の基材とダイアモンドの
被覆層との間に、該金属、該半金属もしくは該化合物の
第1相または該第1相およびダイアモンドの第2相から
成る遷移層を介在させたことを特徴とするダイアモンド
被覆超硬合金によって達成される。
また、上記の目的は、本発明によれば、金属元素または
半金属元素の化合物から成る硬質主材と、結合材とを含
んで成る超硬合金をダイアモンドで被覆する方法におい
て、 熱プラズマ発生装置で直流アーク放電によって形成した
、水素含有ガスのプラズマジェットを、冷却された該超
硬合金の基材に減圧下で衝突させて急冷する工程を含ん
で成り、 該工程が、 該金属、該半金属または該化合物から成る材料を粉末状
またはガス状で該プラズマジェット中に導入し、該急冷
によって該基材上に該材料を堆積させる第1堆債工程、
および 炭素化合物をガス状で該水素含有ガス中または該プラズ
マジェット中に導入し、該急冷によって該基材上にダイ
アモンドを堆積させる第2堆積工程 を含み、 該第1堆積工程の開始と同時にまたは開始後に該第2堆
積工程を開始し、該第1堆積工程の終了後に該第2堆積
工程を終了させることを特徴とする、超硬合金のダイア
モンド被覆方法によっても達成される。
〔作 用〕
本発明のダイアモンド被覆超硬合金においては、第1図
に示したように、超硬合金の基材1とダイアモンドの皮
膜3との間に遷移層2が介在する。
遷移層2は、超硬合金の硬質主材(たとえばWC。
TiC、BN)を成す化合物またはこの化合物の構成成
分である金属(たとえばlvV、Ti)もしくは半金属
(たとえばB)(これを第1相または硬質成分相と呼称
する)の単一相から成るか、またはこれにダイアモンド
くこれを第2相と呼称する)を加えた2つの相から成る
。この遷移層2は、基材1の超硬合金に対しても皮膜3
のダイアモンドに対しても密着力が高く、かつそれ自体
の強度も高いので、ダイアモンド皮膜と超硬合金基材と
が高い密着力で接合される。
このようなダイアモンド被覆超硬合金は、本発明の、超
硬合金のダイアモンド被覆方法によって製造することが
できる。
本発明の方法は、基本的にプラズマ溶射法の操作と、プ
ラズマシェフ)を用いたCVD法(プラズマシェフ)C
VD法と略称する)の操作とを組み合わせた方法である
一般的にプラズマ溶射法は、溶射される材料として金属
等の粉末を用い、これをプラズマの高温で瞬時に融解し
、冷却された基材表面にプラズマジェットで衝突させて
急冷し堆積させる方法である。本発明の第1堆積工程に
おいては、この操作を用いて前述の第1相(硬質成分相
)を基材上に堆積させる。ただし、堆積させる第1相の
材料は粉末状だけでなく、ガス状でもよい。(ガス状材
料を用いる場合は実質的に上記2法のうち後者のプラズ
マジェットCVD法の操作となる。)プラズマシェフ)
CVD法は、本発明者らが既に開発した、高速でダイア
モンドを気相合成する方法である(特願昭62−220
437 ”)。水素およびガス状の炭素化合物をプラズ
マ化し、このプラズマジェットを冷却された基材表面に
衝突させて急冷することによって、ダイアモンドとして
堆積させる。本発明の第2堆積工程においては、この操
作を用いて第2相としてダイアモンドを基材上に堆積さ
せる。
第1堆積工程の開始と同時にまたは開始後に第2堆積工
程を開始し、第1堆積工程の終了後に第2堆積工程を終
了させる。各堆積工程の開始時期に応じて、遷移層は第
1相(硬質成分相)のみから成る単相組織または第1相
(硬質成分相)および第2相(ダイアモンド)から成る
2相組織として形成される。第1堆積工程の終了後は、
第2堆積工程のみが行なわれることによってダイアモン
ド皮膜が形成される。この関係を第2図(1)〜(3)
に示す。
第2図(1)は第1堆積工程の開始と同時に第2堆積工
程を開始した場合である。まず第1および第2堆積工程
の併行進行によって、超硬合金の基材1上に硬質成分相
およびダイアモンドから成る遷移層2が形成され、ここ
で第1堆積工程を終了させると、第2堆積工程の単独進
行によって、遷移層2の上にダイアモンド皮膜3が形成
される。
第2図(2)は第1堆積工程の開始後かつ終了前に第2
堆積工程を開始した場合である。まず第1堆積工程の単
独進行によって、基材1上に硬質成分相のみから成る層
21が形成され、ここで第2堆積工程を開始させると、
第1および第2堆積工程の併行進行によって、層21上
に硬質成分相およびダイアモンドから成る層22が形成
され、層21と層22とによって遷移層2が構成される
ここで第1堆積工程を終了させると、第2堆積工程の単
独進行によって、層22上にダイアモンド皮膜3が形成
される。
第2図(3)は第1堆積工程の終了時または終了後に第
2堆積工程を開始した場合である。まず第1堆積工程の
単独進行によって、基材1上に硬質成分のみから成る遷
移層2が形成され、ここで第1堆積工程を終了させ、第
2堆積工程を開始すると、遷移層2上にダイアモンド皮
膜3が形成される。
本発明において、超硬合金は特に限定する必要はなく、
金属(’vV、Ti等)または半金属(B等)の化合物
(炭化物、窒化物等)からなる硬質主材と、結合材(C
o 、 Ni等)とを含んで成る従来の超硬合金である
第1堆積工程で基材上に堆積させる(第1相の)材料は
上記の金属または半金属またはこれらそれぞれの化合物
であり、粉末状またはガス状で用いる。粉末状で用いる
場合には、この材料をプラズマジェット中に導入するプ
ラズマ溶射の操作を用いる方が便利であり、一方、ガス
状で用いる場合には、この材料を水素台をガス中に導入
する方が便利である。
第2堆積工程で基材上にダイアモンド(第2相)として
堆積させるために用いる炭素化合物は、前記の特願昭6
2−220437と同様に、特に限定する必要はないが
、炭化水素、または分子内に酸素、窒素もしくはハロゲ
ンを含む炭化水素またはハロゲン化炭素が好ましい。
プラズマジェットを形成する水素含有ガスとしては、水
素単独、アーク放電安定化のために水素にアルゴン、ヘ
リウム等不活性ガスを混合したガス、非ダイアモンド炭
素のエツチング除去のために水素に酸素、水、過酸化水
素、−酸化炭素等の酸化性ガスを混合したガス等を用い
ることができる。
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。
て配置され、トーチ32のアノード33とカソード34
が直流電源35に接続されている。棒状のアノード33
と筒状のカソード34との間の空隙36はガス導入路で
ある。真空チャンバ31の外部からトーチ32の先端部
に達する粉末導入路42が設けられている。
この装置を用いて第1表の条件で本発明にしたがってW
C−Co超硬合金のダイアモンド被覆を6“°6°  
              以下余白〔実施例〕 第3図に、本発明のダイアモンド被覆を行なうための装
置の一例を示す。真空チャンバ31内に、熱プラズマ発
生装置のトーチ32と、基材38を保持する水冷された
基材ホルダー39とが対向し第  1  表 処理開始時点では粉末のみを導入し、1〜5分経過後に
C1(、の導入を少量で開始し、以後はCH。
導入量を徐々に増加させながら同時に粉末導入量を徐々
に減少させ、開始から20分経過後に粉末の導入を停止
し、以後は一定量のCH,を導入して、開始から1時間
で処理を完了してダイアモンド被覆超硬合金を得た。
基材上に形成された各層の厚さは、第1表の条件内で、
遷移層が10〜3QANl(WC石層5〜5p1WC+
ダイアモンド混在層5〜151−) 、ダイアモンド皮
膜が50〜150−であった。
比較例 比較のために、第1表の条件で、ただし粉末の導入を行
なわずに超硬合金層村上に直接ダイアモンド皮膜を形成
した。
実施例および比較例でそれぞれ得られた試料について、
JIS 118305(4,3)に準じて、ダイアモン
ド皮膜の密着力を試験した。
その結果、実施例の試料についてはダイアモンド皮膜の
剥離が全く認められなかったのに対し、比較例の試料に
ついてはいずれもダイアモンド皮膜の剥離が生じた。
\ 〔発明の効果〕 本発明は、超硬合金とダイアモンド皮膜との間の密着力
を著しく向上させることができるので、切削工具、摺動
材等としての実用化に寄与するところが極めて大である
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明にしたがったダイアモンド被覆超硬合
金の例を示す断面図、 第2図(1)〜(3)は、本発明にしたがってダイアモ
ンド被覆を行なった種々の態様を示す断面図、および 第3図は、本発明にしたがってダイアモンド被覆を行な
うための装置の例を示す断面図である。 1・・・超硬合金基材、  2・・・遷移層、3・・・
ダイアモンド皮膜、 31・・・真空チャンバ、  32・・・トーチ、36
・・・ガス導入路(空隙)、 39・・・基材ホルダー  42・・・粉末導入路。 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、金属元素または半金属元素の化合物から成る硬質主
    材と、結合材とを含んで成る超硬合金をダイアモンドで
    被覆したダイアモンド被覆超硬合金において、 該超硬合金の基材とダイアモンドの被覆層との間に、該
    金属、該半金属もしくは該化合物の第1相または該第1
    相およびダイアモンドの第2相から成る遷移層を介在さ
    せたことを特徴とするダイアモンド被覆超硬合金。 2、金属元素または半金属元素の化合物から成る硬質主
    材と、結合材とを含んで成る超硬合金をダイアモンドで
    被覆する方法において、 熱プラズマ発生装置で直流アーク放電によって形成した
    、水素含有ガスのプラズマジェットを、冷却された該超
    硬合金の基材に減圧下で衝突させて急冷する工程を含ん
    で成り、 該工程が、 該金属、該半金属または該化合物から成る材料を粉末状
    またはガス状で該プラズマジェット中に導入し、該急冷
    によって該基材上に該材料を堆積させる第1堆積工程、
    および 炭素化合物をガス状で該水素含有ガス中または該プラズ
    マジェット中に導入し、該急冷によって該基材上にダイ
    アモンドを堆積させる第2堆積工程を含み、 該第1堆積工程の開始と同時にまたは開始後に該第2堆
    積工程を開始し、該第1堆積工程の終了後に該第2堆積
    工程を終了させることを特徴とする、超硬合金のダイア
    モンド被覆方法。
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