JPH03146664A - ダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金部材の製造方法 - 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］ 本発明は、炭化タングステン基超硬合金基体表面の結合
相表面でのグラファイトの発生を抑制することによる、
超硬合金基体とダイヤモンド被覆層との密着力の優れた
ダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金部材の製
造方法に関する。

［従来の技術］ 近年、気相合成によるダイヤモンドの合成法が開発され
て以来、超硬合金基体表面をダイヤモンドで被覆したダ
イヤモンド被覆超硬合金工具等の開発が精力的に進めら
れている。しかしこの場合、超硬合金基体とダイヤモン
ド被覆層との実用的な密着力の開発が重要課題であるが
、超硬合金基体表面上への被覆作業中に結合相表面にグ
ラファイトが発生するために十分な密着力が得られてい
ないのが現状である。結合相表面でのグラファイトの発
生を抑制して基体上の密着力を改良する方法として、例
えば特開昭６１−２６１４８０公報、特開昭６１−５２
３６３公報或は特開昭６２−６７１７４公報等の方法が
提案されている。特開昭６１−２６１４８０公報に記載
された方法は、金属基体表面に予め銅の中間被覆層を形
成した後、ダイヤモンドを被覆する方法である。この方
法によれば、銅表面にはダイヤモンドが発生し易いので
結晶の形が明瞭なダイヤモンドが得られるが、しかし銅
と炭素は反応しないから、銅とダイヤモンドとの間では
十分な密着力は得られない。また炭化タングステン基超
硬合金基体表面に銅の中間被覆層を形成した場合には、
炭化タングステンと銅との密着力が極めて低いから、超
硬合金基体と中間被覆層との間で剥離してしまい、実用
的な密着強度は得られない。そして特開昭６１−５２３
６３公報及び特開昭６２−６７１７４公報に記載された
方法は、酸等により炭化タングステン基超硬合金基体表
面の結合相をエツチング除去する方法である。この方法
によれば、結合相を除去することにより結合相表面での
グラファイトの発生を抑制できるから、結合相含有率が
低い炭化タングステン基超硬合金基体に対しては超硬合
金基体とダイヤモンド被覆層との密着力の改善に効果が
あるが、結合相含有率が高い炭化タングステン基超硬合
金基体に対しては結合相表面でのグラファイト化への影
響を完全に抑制することはできない。また結合相を除去
するから硬質分散相である炭化タングステンの結合力が
低下し、超硬合金基体自体の強度低下を引き起こすこと
になる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、前記課題を解決すべくなされたちので、その
目的は、炭化タングステン基超硬合金基体表面の結合相
表面でのグラファイトの発生を抑制することにより密着
力の優れたダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合
金部材を経済的に製造する方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 炭化タングステン基超硬合金基体表面にダイヤモンド被
覆層を形成することを試みたところ、炭化タングステン
粒子表面にはダイヤモンドの結晶が発生するが、結合相
表面には主としてグラファイトが発生し、ダイヤモンド
被覆層の形成が困難であり、形成できてもグラファイト
が発生した部分においては超硬合金基体とダイヤモンド
被覆層との密着が非常に悪いことが判った。

そこでスパッタリング法により各種の材質からなる中間
被覆層を超硬合金基体表面に形成した後、グイ、ヤモン
ド被覆層を形成したところ、銅により結合相表面でのグ
ラファイトの発生を抑制できたが、超硬合金基体と中間
被覆層との密着力が低いために超硬合金基体と中間被覆
層との間で剥離するという問題が生じた。即ちスパッタ
リング法により中間被覆層を形成した場合には、装置が
高く、中間被覆層形成に際してチェンバー内を高真空に
するための排気、超硬合金基体前処理としての逆スパツ
タリング及び膜付けに対して経費と時間と労力を要する
割りには望ましい結果は得られなかった。

課題を解決するために銅という材質に着目して更に鋭意
研究を進めたところ、銅の被覆層の形成に対しては湿式
銅メッキ法を採用することにより経済的にメッキが可能
となり、しかも銅の表面にはダイヤモンドの結晶が発生
し易いので超硬合金基体表面の結合相表面でのグラファ
イトの発生を抑制することができ、この時結合相表面に
のみ銅の被覆層を形成することにより超硬合金基体とダ
イヤモンド被覆層との密着力が著しく向上することを見
いだして、本発明の完成に至った。

本発明において、湿式銅メッキは公知の方法で実施する
ことができる。

例えば銅メッキ浴として、硫酸銅、塩化銅、硝酸銅或は
ピロリン酸銅の水溶液、或は更にＰＨ調製剤、錯化剤或
は光沢剤等を添加した水溶液が挙げられる。

メッキ方法として、銅を陽極とし超硬合金基体を陰極と
する電気メッキ法或は単なる浸漬による結合相の金属に
対する銅の置換析出法等が挙げられる。

モして超硬合金基体表面の結合相表面にのみ銅を被覆す
る方法として−１例えば予め超硬合金基体を塩酸、硝酸
或は硫酸等の水溶液に浸漬することにより結合相をエツ
チング除去し、湿式電気メッキにより銅を被覆した後、
炭化タングステン粒子表面が露出するまで銅被覆層を研
磨するか、或は湿式置換メッキにより結合相表面にのみ
銅を置換析出させる方法等が挙げられる。

本発明では、ダイヤモンドの気相合成法として、公知の
物理蒸着法（ＰＶＤ）或は化学蒸着法（ＣＶＤ’）等の
任意の方法を適用することができる。

［作用コ 本発明のダイヤモンド被覆超硬合金部材の製造方法によ
れば、結合相表面にのみ銅の被覆層が形成されているか
ら、結合相表面でのグラファイトの発生を抑制すること
ができ、また炭化タングステン粒子表面で発生したダイ
ヤモンドは直接炭化タングステン粒子に結合するので、
超硬合金基体とダイヤモンド被覆層との間に強固な密着
力を得ることができるのである。しかも湿式銅メッキ法
により銅の被覆層を形成するから、経済的に大量に処理
することができる。

［実施例コ 以下に、本発明を実施例により説明する。

実施例１ この実施例では、炭化タングステン基超硬合金基体のコ
バルト含有率を４．７及び１６重量％と変えて、本発明
のグラファイト発生抑制効果を示す。

まず粒径１〜２μｍそして平均粒径１．５μｍの炭化タ
ングステン粒子にコバルト含有率が４．７及び１６重量
％になるようにコバルト粉を配合した後、焼結して形状
が２５　ｍｍ　Ｘ　８　ｍｍ　Ｘ　４　ｍｍの３種類の
炭化タングステン基超硬合金基体を用意した。

そして２５　ｍｍ　Ｘ　８　ｍｍからなる面を研磨した
後、粒径１μｍのダイヤモンドペーストを用いてラッピ
ングを施した。

続いて、以下の手順に従って超硬合金基体表面を処理し
た。

（１）　　アセトン洗浄。

（２）４重量％の硫酸水溶液中に５秒間浸漬し、コバル
ト相をエツチング除去。

（３）水洗。

（４）２重量％の水酸化ナトリウム及び２重量％の燐酸
ナトリウムからなる水溶液中で超硬合金基体を陰極とし
、５ＵＳ３０４の板を陽極として、７０℃において３Ａ
／ｄｍ２の電流密度で１０秒間陰極脱脂。

（５）水洗。

（６）４重量％の塩酸水溶液中に５秒間浸漬し、表面を
活性化。

（７）水洗。

（８）９重量％のピロ燐酸銅、３３重量％のピロ燐酸カ
リウム及び０．００１重量％のアンモニアからなる水溶
液中で超硬合金基体を陰極とし、銅板を陽極として、５
０℃において３Ａ　／　ｄ　ｍ２の電流密度で３０秒秒
間式銅メッキ。

（９）１μｍのダイヤモンドペーストを用いて銅被覆層
を炭化タングステン粒子表面が露出するまでラッピング
。

α０）アセトン洗浄。

以上の如（処理した超硬合金基体表面及び断面を走査型
電子顕微鏡（日本電子■製ＪＳＭ−８４０Ａ）及び、そ
れにエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＬｉｎｋＡｎａｌ
ｙｔｉｃａｌ　Ｌｉｍ１ｔｅｄ製ＡＮ−１００００）を
連結して観察したところ、超硬合金基体表面から０．２
μｍの深さに渡りコバルト相がエツチング除去され、そ
の跡に銅の被覆層が形成され、そして炭化タングステン
粒子表面の銅は除去されていた。

この超硬合金基体を用いて、超硬合金基体表面にマイク
ロ波プラズマＣＶＤ法によりダイヤモンドを形成した。

マイクロ波プラズマＣＶＤ条件として、マイクロ波（２
，４５ＧＨｚ）電力９００Ｗ、水素ガス供給量９９０５
ＣＣＭ、メタンガス供給量５８ＣＣＭ、反応圧力４０Ｔ
ＯＲＲそして基体温度７５０℃で２時間ＣＶＤ処理を実
施した。

その結果、コバルト含有率が４及び７重量％の超硬合金
基体表面には、グラファイトの発生は無く結晶の形が明
瞭な立方晶ダイヤモンドの結晶が析出していた。しかし
−コバルト含有率が１６重量％の超硬合金基体表面には
、ダイヤモンドの結晶の他にわずかにグラファイトの発
生が確認された。

実施例２ この実施例では、粒径１〜２μｍそして平均粒径１．５
μｍの炭化タングステン粒子と４重量％のコバルトから
なる超硬合金基体を用意し、実施例１の超硬合金基体の
表面処理条件における（１）〜（７）までの処理を施し
た後に、０．１重量％の硫酸銅水溶液中に５秒間浸漬し
て、銅をコバルト相表面に置換析出させた。そして、水
洗した後に炭化タングステン粒子表面に付着した銅を拭
き去り、実施例１と同様なマイクロ波プラズマＣＶＤ条
件で、超硬合金基体表面にダイヤモンドを形成した。

その結果、実施例１と同様に、超硬合金基体表面には、
グラファイトの発生は無く結晶の形が明瞭な立方晶ダイ
ヤモンドの結晶が析出していた。

比較例１ この比較例では、実施例１と同様にして３種類のコバル
ト含有率の異なる超硬合金基体を用意し、これらの超硬
合金基体を０．１規定の硝酸水溶液中に６分間浸漬して
超音波を付加しなから超硬合金の表面から０．２μｍの
深さに渡りコバルト相をエツチング除去した。そして、
実施例１と同様なマイクロ波プラズマＣＶＤ条件で、超
硬合金基体表面にダイヤモンドを形成した。

その結果、コバルト含有率が４重量％の超硬合金基体表
面には主としてダイヤモンドの析出が見られたが、わず
かながらグラファイトの発生が確認された。コバルト含
有率が７重量％の超硬合金基体表面には、大量のグラフ
ァ・イトが発生してダイヤモンドの結晶の形は球形であ
った。そして、コバルト含有率が１６重量％の超硬合金
基体表面には、ダイヤモンドの析出はみられずグラファ
イトで真っ黒であった。

以上、実施例１〜２及び比較例２から、超硬合金基体の
結合相であるコバルト相表面に銅の被覆層を形成するこ
とにより、グラファイトの発生を抑制できることが判る
。

実施例３ この実施例では、粒径工〜２μｍそして平均粒径１．５
μｍの炭化タングステン粒子と４重量％のコバルトから
なる超硬合金基体を用意し、実施例工と同様な表面処理
並びにマイクロ波プラズマＣＶＤ処理を施した後に、更
に実施例１におけるＣＶＤ条件の内メタンガス流量をＩ
ＯＳＣＣＭに変更して４時間ＣＶＤ処理を施した。

〜その結果、結晶の形の明瞭な立方晶ダイヤモンドから
なる膜厚が４μｍのダイヤモンド被覆超硬合金部材を得
た。

このようにして得られたダイヤモンド被覆超硬合金部材
の超硬合金基体とダイヤモンド被覆層との密着強度を、
スクラッチ試験法により評価した。

即ち、先端が０．２Ｈのダイヤモンドでできた圧子に荷
重を０から次第に増加させつつ負荷をかけた状態で、ダ
イヤモンド被覆超硬合金部材表面を引っかき、ダイヤモ
ンド被覆層が剥離した時点の荷重を臨界強度として表す
と、２．５ｋｇなる密着強度が得られた。

比較例２ この比較例では、粒径１〜２μｍそして平均粒径１．５
μｍの炭化タングステン粒子と４重量％のコバルトから
なる超硬合金基体を用意し、実施例１の超硬合金基体の
表面処理条件における（１）〜（８）までの処理を施し
た後に、炭化タングステン粒子表面に形成された銅被覆
層をラッピングすることなく、実施例３と同様なマイク
ロ波プラズマＣＶＤ処理を施した。

その結果、結晶の形の明瞭な立方晶ダイヤモンドからな
る膜厚が４μｍのダイヤモンド被覆超硬合金部材を得た
。

このようにして得られたダイヤモンド被覆超硬合金部材
の超硬合金基体とダイヤモンド被覆層との密着強度を、
実施例１と同様にしてスクラッチ試験法により評価した
ところ、１．０ｋｇの密着強度しか得られなかった。

以上、実施例３及び比較例２から、超硬合金基体の結合
相であるコバルト相表面にのみ銅の被覆層を形成するこ
とにより、超硬合金基体とダイヤモンド被覆層との密着
力を著しく高めることができることが判る。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、超硬合金基体表面
の結合相表面でのグラファイト化を抑制できるから、超
硬合金基体とダイヤモンド被覆層との密着強度を著しく
向上させることができる。

また、本発明の方法は、−膜内な湿式銅メッキ法を採用
することにより、安い経費、少ない労力でしかも短時間
に大量に処理できるから、ダイヤモンド被覆超硬合金部
材を作製するのに適する産業上有用な製造方法である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　炭化タングステン基超硬合金基体表面にダイヤモンド
   を被覆するに際して、予め超硬合金基体表面の結合相表
   面にのみ湿式銅メッキ法により銅の被覆層を形成した後
   、気相合成法によりダイヤモンドを被覆することを特徴
   とするダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金部
   材の製造方法。