JPH05186870A - 高密着性硬質炭素膜被覆超硬合金部材およびその製造方法 - Google Patents
高密着性硬質炭素膜被覆超硬合金部材およびその製造方法Info
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- JPH05186870A JPH05186870A JP317892A JP317892A JPH05186870A JP H05186870 A JPH05186870 A JP H05186870A JP 317892 A JP317892 A JP 317892A JP 317892 A JP317892 A JP 317892A JP H05186870 A JPH05186870 A JP H05186870A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 超硬合金と硬質炭素膜の界面に加熱処理によ
り拡散層を設け、密着性を向上させた。 【構成】 超硬合金に硬質炭素膜膜を被覆した後、１１
００℃から１６００℃の加熱を１分〜５時間行うと、硬
質炭素膜と該超硬合金の界面に存在する微量なグラファ
イトが該超硬合金内に拡散して消滅し、さらに、該超硬
合金が硬質炭素膜の中に拡散することにより拡散層が形
成され、強固に接合する。
り拡散層を設け、密着性を向上させた。 【構成】 超硬合金に硬質炭素膜膜を被覆した後、１１
００℃から１６００℃の加熱を１分〜５時間行うと、硬
質炭素膜と該超硬合金の界面に存在する微量なグラファ
イトが該超硬合金内に拡散して消滅し、さらに、該超硬
合金が硬質炭素膜の中に拡散することにより拡散層が形
成され、強固に接合する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、工具、軸受け等の耐
摩耗性を必要とする部材及びその製造方法に関する。
摩耗性を必要とする部材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年低圧気相合成技術が発達し、硬質炭
素膜を容易に合成できるようになった。特にダイヤモン
ド膜およびダイヤモンドと非晶質カーボンの混在膜は、
物質中最高硬度を有するダイヤモンドを多量に含むた
め、高硬度の膜となっている。従来、この硬質炭素膜の
応用として硬質炭素膜を超硬合金製工具に被覆し、工具
の寿命を向上させる検討がなされてきた。しかし、硬質
炭素膜と超硬合金との密着性が悪いため、実用化が遅れ
ているのが現状である。
素膜を容易に合成できるようになった。特にダイヤモン
ド膜およびダイヤモンドと非晶質カーボンの混在膜は、
物質中最高硬度を有するダイヤモンドを多量に含むた
め、高硬度の膜となっている。従来、この硬質炭素膜の
応用として硬質炭素膜を超硬合金製工具に被覆し、工具
の寿命を向上させる検討がなされてきた。しかし、硬質
炭素膜と超硬合金との密着性が悪いため、実用化が遅れ
ているのが現状である。
【０００３】超硬合金表面に、低圧気相合成法で硬質炭
素膜を合成すると、超硬合金と硬質炭素膜の界面では、
超硬合金の主成分である炭化タングステン粒子の部分に
硬質炭素膜が、結合相であるＣｏやＮｉの部分に微粒状
のグラファイトがそれぞれ生成される。そして、このグ
ラファイトが密着性を悪くしている最大の原因である。
超硬合金表面のＣｏの部分にグラファイトが生成され、
密着性が低下することの対応策として、従来、超硬合金
を酸などでエッチングし、表面のＣｏ等を除去すること
が行われている。例えば特開昭６３−５３２６号公報な
どにこのような方法が開示されている。
素膜を合成すると、超硬合金と硬質炭素膜の界面では、
超硬合金の主成分である炭化タングステン粒子の部分に
硬質炭素膜が、結合相であるＣｏやＮｉの部分に微粒状
のグラファイトがそれぞれ生成される。そして、このグ
ラファイトが密着性を悪くしている最大の原因である。
超硬合金表面のＣｏの部分にグラファイトが生成され、
密着性が低下することの対応策として、従来、超硬合金
を酸などでエッチングし、表面のＣｏ等を除去すること
が行われている。例えば特開昭６３−５３２６号公報な
どにこのような方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の密着性
向上策では、結合相であるＣｏやＮｉを超硬合金の表面
から除去するため、該超硬合金の表面の強度が弱くな
り、工具として使用すると硬質炭素膜とともに該超硬合
金の表面が脱落するという課題があった。この発明の目
的は、超硬合金の表面強度を弱めずに密着性を向上さ
せ、優れた性能を示す硬質炭素膜被覆超硬合金部材を得
ることである。
向上策では、結合相であるＣｏやＮｉを超硬合金の表面
から除去するため、該超硬合金の表面の強度が弱くな
り、工具として使用すると硬質炭素膜とともに該超硬合
金の表面が脱落するという課題があった。この発明の目
的は、超硬合金の表面強度を弱めずに密着性を向上さ
せ、優れた性能を示す硬質炭素膜被覆超硬合金部材を得
ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、超硬合金に硬質炭素膜を被覆した後、
最高温度が１１００℃〜１６００℃、最高温度保持時間
が１分〜５時間の熱処理を行い、該超硬合金と硬質炭素
膜の界面にできるグラファイトを超硬合金内に拡散して
消滅させるとともに、超硬合金が硬質炭素膜の中に拡散
して拡散層が設けられた構成とし、表面強度を低下させ
ずに密着性の向上が図れるようにした。
に、この発明は、超硬合金に硬質炭素膜を被覆した後、
最高温度が１１００℃〜１６００℃、最高温度保持時間
が１分〜５時間の熱処理を行い、該超硬合金と硬質炭素
膜の界面にできるグラファイトを超硬合金内に拡散して
消滅させるとともに、超硬合金が硬質炭素膜の中に拡散
して拡散層が設けられた構成とし、表面強度を低下させ
ずに密着性の向上が図れるようにした。
【０００６】
【作用】上記のように、構成された硬質炭素膜被覆超硬
合金部材は、密着性を低下させているグラファイトが該
超硬合金と硬質炭素膜の界面から消滅され、さらに拡散
層により強固に密着することになる。
合金部材は、密着性を低下させているグラファイトが該
超硬合金と硬質炭素膜の界面から消滅され、さらに拡散
層により強固に密着することになる。
【０００７】
【実施例】以下に、この発明の一実施例を説明する。ま
ず、Ｃｏ含有量の少ないＪＩＳ規格Ｋ−１０の超硬素材
を用意し、これをスローアウェイチップのＳＰＧＮ１２
０３０８の形状に加工し、硬質炭素膜の被覆母材とし
た。硬質炭素膜の被覆方法は、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法を用いた。硬質炭素膜の合成条件は、 原料ガス ：ＣＨ4 ＋Ｈ2 原料ガス混合比 ：ＣＨ4 ／Ｈ2 ＝0.１〜01.0voｌ％ ガス圧 ：３０Ｔｏｒｒ ガス流量 ：３００ＳＣＣＭ マイクロ波出力 ：５００Ｗ 合成時間 ：１０〜３０時間 とした。マイクロ波プラズマＣＶＤ法では、原料ガス混
合比により硬質炭素膜の種類を変えることができる。本
発明ではダイヤモンド膜およびダイヤモンドと非晶質炭
素成分の混在膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、ｉ−
カーボン膜、水素化アモルファスカーボン膜の被覆を原
料ガス混合比をかえることにより行った。膜厚はそれぞ
れの膜の種類の析出速度から合成時間で調整し、３μｍ
一定とした。それぞれの膜の被覆における原料ガス混合
比と合成時間を挙げると、 ダイヤモンド膜：原料ガス混合比０．１％、合成時間３
０時間 ダイヤモンドと非晶質炭素成分の混在膜：原料ガス混合
比０．５％、合成時間２２時間 ダイヤモンドライクカーボン膜およびｉ−カーボン膜：
原料ガス混合比１．０％、合成時間１３時間 水素化アモルファスカーボン膜：原料ガス混合比１０
％、合成時間１０時間 である。
ず、Ｃｏ含有量の少ないＪＩＳ規格Ｋ−１０の超硬素材
を用意し、これをスローアウェイチップのＳＰＧＮ１２
０３０８の形状に加工し、硬質炭素膜の被覆母材とし
た。硬質炭素膜の被覆方法は、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法を用いた。硬質炭素膜の合成条件は、 原料ガス ：ＣＨ4 ＋Ｈ2 原料ガス混合比 ：ＣＨ4 ／Ｈ2 ＝0.１〜01.0voｌ％ ガス圧 ：３０Ｔｏｒｒ ガス流量 ：３００ＳＣＣＭ マイクロ波出力 ：５００Ｗ 合成時間 ：１０〜３０時間 とした。マイクロ波プラズマＣＶＤ法では、原料ガス混
合比により硬質炭素膜の種類を変えることができる。本
発明ではダイヤモンド膜およびダイヤモンドと非晶質炭
素成分の混在膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、ｉ−
カーボン膜、水素化アモルファスカーボン膜の被覆を原
料ガス混合比をかえることにより行った。膜厚はそれぞ
れの膜の種類の析出速度から合成時間で調整し、３μｍ
一定とした。それぞれの膜の被覆における原料ガス混合
比と合成時間を挙げると、 ダイヤモンド膜：原料ガス混合比０．１％、合成時間３
０時間 ダイヤモンドと非晶質炭素成分の混在膜：原料ガス混合
比０．５％、合成時間２２時間 ダイヤモンドライクカーボン膜およびｉ−カーボン膜：
原料ガス混合比１．０％、合成時間１３時間 水素化アモルファスカーボン膜：原料ガス混合比１０
％、合成時間１０時間 である。
【０００８】次に、熱処理について説明する。雰囲気は
１０-1Ｔｏｒｒ以下の真空中で表１に示す最高温度と最
高温度保持時間で処理を行った。この熱処理終了後、切
削試験を行った。切策試験条件は 切削速度 ４００ｍ／ｍｉｎ 切込み ０．２５ｍｍ 送り ０．１ｍｍ／ｒｅｖ 被削材 Ａｌ−Ｓｉ合金（１２％Ｓｉ） 切削距離 １００００ｍ である。その結果を表１に示す。
１０-1Ｔｏｒｒ以下の真空中で表１に示す最高温度と最
高温度保持時間で処理を行った。この熱処理終了後、切
削試験を行った。切策試験条件は 切削速度 ４００ｍ／ｍｉｎ 切込み ０．２５ｍｍ 送り ０．１ｍｍ／ｒｅｖ 被削材 Ａｌ−Ｓｉ合金（１２％Ｓｉ） 切削距離 １００００ｍ である。その結果を表１に示す。
【０００９】比較例１は超硬合金の表面に露出している
Ｃｏ等の結合相形成成分のエッチングを５％硝酸で３０
分間施した後に、硬質炭素膜を被覆したものである。こ
のチップを切削試験したところ約５０００ｍで硬質炭素
膜とともに該超硬合金の表面が脱落した。同じ硬質炭素
膜を被覆し、熱処理を施した本発明のチップ３は１００
００ｍ切削しても摩耗がなかった。
Ｃｏ等の結合相形成成分のエッチングを５％硝酸で３０
分間施した後に、硬質炭素膜を被覆したものである。こ
のチップを切削試験したところ約５０００ｍで硬質炭素
膜とともに該超硬合金の表面が脱落した。同じ硬質炭素
膜を被覆し、熱処理を施した本発明のチップ３は１００
００ｍ切削しても摩耗がなかった。
【００１０】チップ３においては、熱処理を施す前にも
切削試験を行った。このチップ３の熱処理前後における
切削性能比較を、切削距離と逃げ面摩耗で表したものが
図１である。この図から、熱処理前のチップは約４００
０ｍで硬質炭素膜が剥離し、急激に逃げ面摩耗が大きく
なるのに比べ、熱処理を施したチップは６０００ｍの切
削において全く剥離なく切削でき、逃げ面摩耗も無い事
が判る。
切削試験を行った。このチップ３の熱処理前後における
切削性能比較を、切削距離と逃げ面摩耗で表したものが
図１である。この図から、熱処理前のチップは約４００
０ｍで硬質炭素膜が剥離し、急激に逃げ面摩耗が大きく
なるのに比べ、熱処理を施したチップは６０００ｍの切
削において全く剥離なく切削でき、逃げ面摩耗も無い事
が判る。
【００１１】さらに、このチップ３を熱処理前後におい
てオージェ分析とラマン分光分析にかけた結果を図２
（ａ）（ｂ）及び図３（ａ）（ｂ）に示す。この分析結
果より、超硬合金と硬質炭素膜膜の界面に存在していた
微量のグラファイトが熱処理により超硬合金へ拡散して
消滅し、また該超硬合金の金属が硬質炭素膜に拡散して
拡散層が設けられていることが判る。
てオージェ分析とラマン分光分析にかけた結果を図２
（ａ）（ｂ）及び図３（ａ）（ｂ）に示す。この分析結
果より、超硬合金と硬質炭素膜膜の界面に存在していた
微量のグラファイトが熱処理により超硬合金へ拡散して
消滅し、また該超硬合金の金属が硬質炭素膜に拡散して
拡散層が設けられていることが判る。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように超硬合
金に硬質炭素膜膜を被覆した後に、熱処理を行うことに
より、超硬合金と硬質炭素膜膜の界面に存在していた微
量のグラファイトが超硬合金へ拡散して消滅し、さらに
該超硬合金と硬質炭素膜の界面に強固に結合した拡散層
が設けられ、該超硬合金の表面強度を弱めずに密着性の
向上がなされるという効果がある。この発明で得られた
硬質炭素膜被覆超硬合金のスローアウェイチップ、ドリ
ル、エンドミル、軸受け、型等は従来の方法で得られた
ものより、その性能は飛躍的に向上する。また、硬質炭
素膜の合成方法には熱ＣＶＤ法、熱フィラメント法、Ｅ
ＡＣＶＤ法、ＤＣプラズマＣＶＤ法、プラズマジェット
法、高周波プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、イオンプレ
ーティング法等があるが、いずれのを方法を用いても本
発明を適応できることは、明らかである。
金に硬質炭素膜膜を被覆した後に、熱処理を行うことに
より、超硬合金と硬質炭素膜膜の界面に存在していた微
量のグラファイトが超硬合金へ拡散して消滅し、さらに
該超硬合金と硬質炭素膜の界面に強固に結合した拡散層
が設けられ、該超硬合金の表面強度を弱めずに密着性の
向上がなされるという効果がある。この発明で得られた
硬質炭素膜被覆超硬合金のスローアウェイチップ、ドリ
ル、エンドミル、軸受け、型等は従来の方法で得られた
ものより、その性能は飛躍的に向上する。また、硬質炭
素膜の合成方法には熱ＣＶＤ法、熱フィラメント法、Ｅ
ＡＣＶＤ法、ＤＣプラズマＣＶＤ法、プラズマジェット
法、高周波プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、イオンプレ
ーティング法等があるが、いずれのを方法を用いても本
発明を適応できることは、明らかである。
【図１】チップ３の熱処理前後における切削性能比較
を、切削距離と逃げ面摩耗で表した説明図である。
を、切削距離と逃げ面摩耗で表した説明図である。
【図２】チップ３の熱処理前後におけるオージェ分析結
果を表わした説明図である。
果を表わした説明図である。
【図３】チップ３の熱処理前後におけるラマン分光分析
結果を表わした説明図である。
結果を表わした説明図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 超硬合金の表面に耐摩耗膜としてダイヤ
モンド膜およびダイヤモンドと非晶質炭素成分の混在
膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、ｉ−カーボン膜、
水素化アモルファスカーボン膜等の硬質炭素膜を被覆し
た部材において、該超硬合金と硬質炭素膜の界面に拡散
層を設けたことを特徴とした高密着性硬質炭素膜被覆超
硬合金部材。 - 【請求項２】 超硬合金に硬質炭素膜を被覆する工程
と、熱処理により該超硬合金と硬質炭素膜膜の界面に拡
散層を設ける工程を有すること特徴とする高密着性硬質
炭素膜被覆超硬合金部材の製造方法。 - 【請求項３】 熱処理は、最高温度が１１００℃〜１６
００℃、最高温度保持時間が１分〜５時間であることを
特徴とする請求項２記載の高密着性硬質炭素膜被覆超硬
合金部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP317892A JPH05186870A (ja) | 1992-01-10 | 1992-01-10 | 高密着性硬質炭素膜被覆超硬合金部材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP317892A JPH05186870A (ja) | 1992-01-10 | 1992-01-10 | 高密着性硬質炭素膜被覆超硬合金部材およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05186870A true JPH05186870A (ja) | 1993-07-27 |
Family
ID=11550138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP317892A Pending JPH05186870A (ja) | 1992-01-10 | 1992-01-10 | 高密着性硬質炭素膜被覆超硬合金部材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05186870A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1007046C2 (nl) * | 1997-09-16 | 1999-03-17 | Skf Ind Trading & Dev | Bekleed wentellager. |
| KR20110044146A (ko) * | 2009-10-22 | 2011-04-28 | 요시타카 미츠다 | 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재 및 그 제조 방법 |
| CN102078921A (zh) * | 2009-11-27 | 2011-06-01 | 丰田自动车株式会社 | 经表面处理的模具和制造经表面处理的模具的方法 |
-
1992
- 1992-01-10 JP JP317892A patent/JPH05186870A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1007046C2 (nl) * | 1997-09-16 | 1999-03-17 | Skf Ind Trading & Dev | Bekleed wentellager. |
| WO1999014512A1 (en) * | 1997-09-16 | 1999-03-25 | Skf Engineering & Research Centre B.V. | Coated rolling element bearing |
| US6340245B1 (en) | 1997-09-16 | 2002-01-22 | Skf Engineering & Research Centre B.V. | Coated rolling element bearing |
| KR20110044146A (ko) * | 2009-10-22 | 2011-04-28 | 요시타카 미츠다 | 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재 및 그 제조 방법 |
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| CN102078921A (zh) * | 2009-11-27 | 2011-06-01 | 丰田自动车株式会社 | 经表面处理的模具和制造经表面处理的模具的方法 |
| JP2011110587A (ja) * | 2009-11-27 | 2011-06-09 | Toyota Motor Corp | 表面処理済金型と、その製造方法 |
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| US9433998B2 (en) | 2009-11-27 | 2016-09-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Surface-treated mold and method of producing surface-treated mold |
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