JPH0525638A - ダイヤモンド被覆超硬合金工具 - Google Patents

ダイヤモンド被覆超硬合金工具

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JPH0525638A
JPH0525638A JP20331791A JP20331791A JPH0525638A JP H0525638 A JPH0525638 A JP H0525638A JP 20331791 A JP20331791 A JP 20331791A JP 20331791 A JP20331791 A JP 20331791A JP H0525638 A JPH0525638 A JP H0525638A
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JP
Japan
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diamond
cemented carbide
layer
base material
underlayer
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Withdrawn
Application number
JP20331791A
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English (en)
Inventor
Toshiki Sato
俊樹 佐藤
Tsutomu Ikeda
孜 池田
Seiji Kameoka
誠司 亀岡
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 超硬合金母材に対して密着性が良く且つ均一
にダイヤモンド膜を形成でき、優れた切削性および耐摩
耗性を有するダイヤモンド被覆超硬合金工具を提供す
る。 【構成】 超硬合金を母材とし下地層上にダイヤモンド
被覆が形成された超硬合金工具において、前記下地層の
うち前記母材に接する第1層としてTiまたはTi合金
からなる層が厚み0.05〜5μm形成されると共に、該下
地の表面層としてSi層が厚み0.05〜5μm形成された
ものである。また前記下地層として、Ti−Si化合物
からなる層を形成してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、WC系やTiC系の超
硬合金を母材とし、該母材にダイヤモンドを被覆したダ
イヤモンド被覆超硬合金工具に関するものである。尚本
発明で用いる母材としては、WC−Co系,Ti−Ni
−Mo系,TiC−WC−TaC−Ni−Mo−Co系
等様々な超硬合金が挙げられるが以下の説明ではWC−
Co系超硬合金を主体にして説明を進める。
【0002】
【従来の技術】超硬合金工具鋼は高速度工具鋼と並ん
で、切削工具や耐摩工具等の素材として幅広く利用され
ており、特にWC−Co系超硬合金が主流を占めてい
る。
【0003】近年、超硬合金の表面に、耐摩耗性のより
優れた物質を気相蒸着法によって被覆して工具の切削性
を改善した被覆超硬合金工具が急速に普及している。こ
うした被覆物質としてはTiCやTiNが代表的なもの
であり、例えばTiC被覆超硬合金工具は、WC系超硬
合金工具やTiC系超硬合金工具よりも高温高圧時の強
度に優れたものとなり、被覆の施されていない従来の超
硬合金工具では切削困難であったものがTiC被覆超硬
合金工具を用いることによって切削可能となっている。
【0004】しかしながら上記被覆超硬合金工具は、被
削材が鋼や鋳鉄等の場合には優れた耐摩耗性を示すが、
例えば高Si−Al合金や、非常に硬質のガラス繊維を
内蔵したFRP等を被削材とした場合には耐摩耗性不足
を来たし、工具寿命が短くなって長期使用に耐え得なく
なる。
【0005】一方硬い材料を加工する為の専用切削工具
としては、超高圧・高温下で焼結して合成されたダイヤ
モンドを用いたダイヤモンド焼結体工具も知られている
が、高価であり、またプリント基板穴明け用極細ミニド
リル等に応用する場合等においては、逆にダイヤモンド
より高硬度のものが無いという理由によって却って加工
が困難であり、形状的にも制約を受けることになる。
【0006】最近ではマイクロ波や熱フィラメント等に
よって生成した炭化水素−水素混合ガスプラズマを利用
した化学気相合成法によって、粒子状や膜状のダイヤモ
ンドを合成することが可能となっており、こうした技術
を応用してダイヤモンド膜を被膜したダイヤモンド被膜
超硬合金工具の開発も進められている。
【0007】しかしながら母材となる超硬合金は、例え
ばWC−Co系の様に結合剤として5〜20%程度のC
oを含んでおり、この様な超硬合金の表面にダイヤモン
ド膜を形成してもCoの作用によってダイヤモンドがグ
ラファイトに変態してそれが介在されることになり、硬
度および密着性の良好な均一なダイヤモンド膜を形成す
ることはできない。この様な事態は結合剤としてNiを
含んでいる場合にも同様に生じる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】超硬合金にダイヤモン
ド膜を直接形成するには、上述の様な不都合が生じる
が、こうした不都合を解消する技術も種々提案されてい
る。例えば特開平1−201475号には、WC−Co
系焼結チップ表面層のCoを酸処理によってエッチング
した後に、ダイヤモンド膜を形成する技術が提案されて
いる。しかしながらこの技術は、WC−Co系超硬合金
母材の結合剤であるCoを酸によって溶出するものであ
るので、母材自体の劣化を招くという問題がある。
【0009】一方母材表面に下地層を形成し、この下地
層表面にダイヤモンド膜を形成する技術も提案されてい
る。例えば特開昭58−126972号には、超硬合金
母材表面に、IVa,Va,VIa族の炭化物,窒化物,硼化物,
酸化物およびこれらの化合物、混合物並びにAl2
3 ,AlN,B4 C,SiC,Si34 ,SiO2
ら選ばれた1種以上からなる下地層を形成し、この下地
層の上へダイヤモンド膜を形成したダイヤモンド被覆超
硬合金工具が提案されている。また特開昭59−184
792号には、鉄族金属,サーメットあるいはセラミッ
クスからなる母材表面に、WまたはNbからなる被膜層
(下地層)を形成し、この下地層の表面にダイヤモンド
被膜を形成する技術が提案されている。
【0010】しかしながらこれらの技術では、下地層が
ダイヤモンドとの界面で結合層を形成しにくく、ダイヤ
モンドと下地層との密着性が充分であるとは言えないと
いう欠点がある。
【0011】本発明はこうした事情に着目してなされた
ものであって、その目的は、超硬合金母材に対して密着
性が良く且つ均一なダイヤモンド膜を形成でき、優れた
切削性および耐摩耗性を有するダイヤモンド被覆超硬合
金工具を提供することにある。
【0012】
【課題を解決する為の手段】上記目的を達成し得た本発
明とは、超硬合金を母材とし下地層上にダイヤモンド被
覆が形成された超硬合金工具において、前記下地層のう
ち前記母材に接する側にTiまたはTi合金からなる層
が0.05〜5μm厚さで形成されると共に、該下地の表面
層としてSi層が0.05〜5μm厚さで形成されたもので
ある点に要旨を有するダイヤモンド被覆超硬合金工具で
ある。また前記下地層としてTi−Si化合物からなる
層が0.05〜5μm形成されたものである様な構成を採用
することによっても、本発明の目的が達成される。
【0013】
【作用】本発明者らは、超硬合金母材にダイヤモンド膜
を形成する為の下地層として最適な物質について、様々
な角度から検討した。その結果、(I)母材に接する第
1層としてのTiまたはTi合金層、(II)下地表面層
としてのSi層、の2層構造からなる下地層が最適であ
ることを見出した。即ち、上記の様な下地層であれば、
超硬合金中のCoやNiによるダイヤモンド合成への悪
影響を回避しつつ、密着性の良好な均一なダイヤモンド
膜が形成できたのである。
【0014】本発明における下地層の各層の作用効果は
下記の通りである。まず第1層としてのTiまたはTi
合金層は、下地層と超硬合金母材との密着性を確保する
為に形成される。即ち、後述するSi層は超硬合金母材
との密着性が良くないので、Si層を直接超硬合金母材
表面にコーティングするとSi層と超硬合金母材表面間
で剥離を生じ易いが、TiまたはTi合金層を介在させ
ることによって母材との密着性が確保できるのである。
TiまたはTi合金層は、ダイヤモンド合成中にSi層
との間にTi−Si化合物であるチタンシリサイドを形
成し、Si層との密着性も良好となる。尚TiまたはT
i合金層の厚みは0.05〜5μmとするのが良い。即ちあ
まり薄いと第1層としての効果が現われず、あまり厚過
ぎると切削時に第1層が塑性変形し、Si層やダイヤモ
ンドに亀裂が生じ易くなる。また本発明のTiまたはT
i合金層は、超硬合金母材との密着性を確保する為のも
のであり、その効果を達成することができるものであれ
ば、ある程度の不純物を含んでいてもよく、また合金組
成も限定されない。
【0015】次に下地表面層としてのSi層は、ダイヤ
モンドとSiが反応し、ダイヤモンド−Si界面にSi
Cの反応層が容易に形成され、ダイヤモンド膜との密着
性を確保する。またSi層は、第1層のTi層を表面に
露出させないという作用を有し、Tiが露出するとダイ
ヤモンド合成の際にTiCが形成されダイヤモンド層が
形成されにくくなる。尚Si層の厚みは、0.05〜5μm
とするのが良い。即ちあまり薄いとダイヤモンドを合成
する際に水素プラズマによってエッチングされ、Si層
がなくなってしまい期待される効果が得られず、あまり
厚過ぎると靭性が不足するため切削中にSi層に割れが
生じ易くなる。またSi層はダイヤモンドとの密着性が
確保できるものであれば、ある程度の不純物を含んでい
てもよい。
【0016】下地層として上記の様な2層構成を採用す
ることによって、本発明の目的が一応達成されたのであ
るが、本発明者らが実験によって追認したところによる
と、TiとSiを同時に蒸着してTi−Si化合物(チ
タンシリサイド)からなる化合物を母材表面に下地層と
して形成しても本発明の目的が達成されることがわかっ
た。またこの様な構成を採用するに当たっては、蒸着の
際の電子ビーム出力を制御する等の手段によって、母材
側をTi/Siの高い組成として下地表面側になるにつ
れてTi/Siが低下する様な、濃度勾配を有する傾斜
組成膜とするのが好ましい。これは母材との密着性を高
Ti組成によって確保し、ダイヤモンドとの密着性を高
Si組成によって確保するためである。
【0017】尚Ti−Si化合物を下地層として形成す
る場合の厚さは、0.05〜5μmの範囲とするのが良い。
即ち、下地層の厚みが0.05μm未満であると、下地層を
形成した後その上にダイヤモンド膜を合成する際に水素
プラズマによってエッチングされてしまい、下地層がほ
とんどなくなって期待される効果が得られなくなる。一
方、下地層の厚さが5μmを超えると、靭性が低下し膜
に割れが生じることがある。
【0018】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、本発明は下記実施例によって限定されるもの
ではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。例
えば、下記実施例では母材としてWC−Co系超硬合金
を用いる場合について示したが、本発明はこの様な場合
に限らず、TiC−Ni−Mo系やTiC−WC−Ta
C−Ni−Mo−Co系等の超硬合金を母材として用い
る場合もその技術的範囲とするものである。
【0019】
【実施例】
実施例1 下記に示す手順に従って、ダイヤモンド被覆超硬合金チ
ップを作製した。超硬合金母材として、WC−5%C
o,WC−10%Coの2種類のISO規格SPGN4
22型のチップを準備した。これを真空蒸着装置に装入
し、まずTiのエレクトロンビーム蒸発によって母材表
面にTi膜を形成し、その後Siのエレクトロンビーム
蒸発によって前記Ti膜上にSi膜を形成して下地層と
した。この様にして下地処理したチップをマイクロ波プ
ラズマ装置に装入し、CH4 /H2=1/200,圧力
40Torr,マイクロ波出力1KW,母材温度900
℃の条件にて、反応ガスを供給しながら4〜8時間の気
相合成を行ない、下地層上にダイヤモンド膜を形成し
た。
【0020】得られたダイヤモンド被覆超硬合金チップ
について、下記の切削条件で連続切削試験を行ない、試
験後のチップにおける逃げ面摩耗幅を測定した。 (切削条件) 被削材 :Al−20%Si合金 送り :0.1mm/rev 切込み :0.2mm 切削速度:500m/min 切削時間:30分
【0021】その結果を、ダイヤモンド被覆超硬合金チ
ップの構成と共に表1に示す。尚表1には、従来例とし
て(a) WC−5%Co系超硬合金母材にTiC膜をコー
ティングした後ダイヤモンド膜を形成したチップを用い
た場合(No.10)、(b) 下地処理せずに母材に直接的
にダイヤモンド膜を形成したチップを用いた場合(No.
11,12)、(c) WC−Co系超硬合金自体を切削材
として用いた場合(No.13)等についての結果も示し
た。
【0022】
【表1】
【0023】表1から明らかな様に、本発明に係るダイ
ヤモンド被覆超硬合金チップは、いずれも優れた切削性
および耐摩耗性を示し、従来材に比べて優れた性能を発
揮していることがよくわかる。
【0024】実施例2 下記に示す手順に従って、ダイヤモンド被覆超硬合金ミ
ニチュアドリルを作製した。超硬合金母材として、WC
−13%CoのIC基板穴明け用小径ドリル(ドリル
径:1.0mm )を準備し、これを真空蒸着装置に装入し、
実施例1と同様にして母材表面に下地層を形成した。
【0025】下地処理を施したドリルを、マイクロ波プ
ラズマ装置に装入し、実施例1と同様にしてダイヤモン
ド膜を形成した。
【0026】得られたダイヤモンド被覆超硬合金ドリル
について、下記の穴あけ条件で穴あけ試験を行ない、そ
の使用寿命に至るまでの穴あけ個数を測定した。 (穴あけ条件) 被削材:Si5重量%含有エポキシ板(厚さ0.6mm )5
板と、銅薄板5板の交互積層板からなるIC基板 ドリル回転速度:8000r.p.m. 送りスピード:0.08mm/rev
【0027】その結果を、ダイヤモンド被覆超硬合金ド
リルの構成と共に、表2に示す。尚表2には、実施例1
で示したのと同様の従来材を用いて作成したドリルによ
る結果についても示した。
【0028】
【表2】
【0029】表2から明らかな様に、本発明に係るダイ
ヤモンド被覆超硬合金ドリルは、いずれも優れた耐摩耗
性を示し、従来材に比べて優れた性能を発揮しているこ
とが明らかである。
【0030】実施例3 TiおよびSiのエレクトンビーム蒸発によって母材表
面にTi−Si化合物層を下地層として形成する以外
は、実施例1と同様にしてダイヤモンド被覆超硬合金チ
ップを作製した。得られたダイヤモンド被覆超硬合金チ
ップについて、実施例1と同じ条件で連続切削試験を行
ない、試験後のチップにおける逃げ面摩耗幅を測定し
た。その結果を、ダイヤモンド被覆超硬合金チップの構
成と共に表3に示すが、本発明に係るダイヤモンド被覆
超硬合金チップは、いずれも優れた切削性および耐摩耗
性を示していることがよくわかる。
【0031】
【表3】
【0032】実施例4 TiおよびSiのエレクトンビーム蒸発によって母材表
面にTi−Si化合物層を下地層として形成する以外
は、実施例2と同様にしてダイヤモンド被覆超硬合金ミ
ニチュアドリルを作製した。得られたダイヤモンド被覆
超硬合金ドリルについて、実施例2と同じ条件で穴あけ
試験を行ない、その使用寿命に至るまでの穴あけ個数を
測定した。その結果を、ダイヤモンド被覆超硬合金ドリ
ルの構成と共に表4に示すが、本発明に係るダイヤモン
ド被覆超硬合金ドリルは、いずれも優れた耐摩耗性を示
しているのがよくわかる。
【0033】
【表4】
【0034】実施例5 蒸着の際の電子ビーム出力を制御し、母材側をTi/S
iの高い組成として下地表面側になるにつれてTi/S
iが低下する様な、濃度勾配を有するTi/Si傾斜組
成膜を下地層とする以外は、実施例3と同様にしてダイ
ヤモンド被覆超硬合金チップを作製した。得られたダイ
ヤモンド被覆超硬合金チップについて、実施例1と同じ
条件で連続切削試験を行ない、試験後のチップにおける
逃げ面摩耗幅を測定した。その結果を、ダイヤモンド被
覆超硬合金チップの構成と共に表5に示すが、本発明に
係るダイヤモンド被覆超硬合金チップは、いずれも優れ
た切削性および耐摩耗性を示していることがよくわか
る。
【0035】
【表5】
【0036】実施例6 蒸着の際の電子ビーム出力を制御し、母材側をTi/S
iの高い組成として下地表面側になるにつれてTi/S
i傾斜組成膜を下地層とする以外は、実施例4と同様に
してダイヤモンド被覆超硬合金ミニチュアドリルを作製
した。得られたダイヤモンド被覆超硬合金ドリルについ
て、実施例2と同じ条件で穴あけ試験を行ない、その使
用寿命に至るまでの穴あけ個数を測定した。その結果
を、ダイヤモンド被覆超硬合金ドリルの構成と共に表6
に示すが、本発明に係るダイヤモンド被覆超硬合金ドリ
ルは、いずれも優れた耐摩耗性を示していることがよく
わかる。
【0037】
【表6】
【0038】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、超
硬合金母材に対して密着性良く且つ均一にダイヤモンド
膜を形成でき、優れた切削性および耐摩耗性を示すダイ
ヤモンド被覆超硬合金工具が実現できた。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超硬合金を母材とし下地層上にダイヤモ
    ンド被覆が形成された超硬合金工具において、前記下地
    層のうち前記母材に接する側にTiまたはTi合金から
    なる層が0.05〜5μm厚さで形成されると共に、該下地
    層のうち表面側にSi層が0.05〜5μm厚さで形成され
    たものであることを特徴とするダイヤモンド被覆超硬合
    金工具。
  2. 【請求項2】 超硬合金を母材とし下地層上にダイヤモ
    ンド被覆が形成された超硬合金工具において、前記下地
    層としてTi−Si化合物からなる層が0.05〜5μm厚
    さで形成されたものであることを特徴とするダイヤモン
    ド被覆超硬合金工具。
  3. 【請求項3】 Ti−Si化合物からなる層が、母材側
    から下地表面側になるにつれて、Ti/Siが低くなる
    様な濃度勾配を有する傾斜組成膜である請求項2に記載
    のダイヤモンド被覆超硬合金工具。
JP20331791A 1991-07-18 1991-07-18 ダイヤモンド被覆超硬合金工具 Withdrawn JPH0525638A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20331791A JPH0525638A (ja) 1991-07-18 1991-07-18 ダイヤモンド被覆超硬合金工具

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JPH0525638A true JPH0525638A (ja) 1993-02-02

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006161075A (ja) * 2004-12-03 2006-06-22 Shinko Seiki Co Ltd 硬質炭素膜およびその形成方法
KR20140105796A (ko) * 2011-12-05 2014-09-02 프라운호퍼-게젤샤프트 추르 푀르데룽 데어 안제반텐 포르슝 에 파우 금속, 초경질물, 서멧 또는 세라믹으로 구성된 경질물-코팅된 바디, 및 상기 바디의 제조방법

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Effective date: 19981008