JPH06183890A - 人工ダイヤモンド被覆材 - Google Patents
人工ダイヤモンド被覆材Info
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- JPH06183890A JPH06183890A JP4334568A JP33456892A JPH06183890A JP H06183890 A JPH06183890 A JP H06183890A JP 4334568 A JP4334568 A JP 4334568A JP 33456892 A JP33456892 A JP 33456892A JP H06183890 A JPH06183890 A JP H06183890A
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- coating film
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- diamond coating
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C16/0254—Physical treatment to alter the texture of the surface, e.g. scratching or polishing
- C23C16/0263—Irradiation with laser or particle beam
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- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ダイヤモンド被膜が剥離しにくい人工ダイヤモ
ンド被覆材を低コストで提供して、安価で十分実用性を
有する超硬質工具や耐摩耗性機械部品等の利用に供す
る。 【構成】ダイヤモンドより熱膨張係数の大きな基材１の
表面に、人工ダイヤモンド被覆膜４を気相合成する際
に、人工ダイヤモンド被覆処理に先立ち、基材１の表面
に微細な溝（または穴）３を形成した。それらの溝３に
気相合成の人工ダイヤモンドが充填され、基材１に発生
するクラックの伝搬を阻止し、且つ被覆膜４を強固に基
材１に保持して剥離を防止する。基材として高価なダイ
ヤモンドを使用する必要がない。
ンド被覆材を低コストで提供して、安価で十分実用性を
有する超硬質工具や耐摩耗性機械部品等の利用に供す
る。 【構成】ダイヤモンドより熱膨張係数の大きな基材１の
表面に、人工ダイヤモンド被覆膜４を気相合成する際
に、人工ダイヤモンド被覆処理に先立ち、基材１の表面
に微細な溝（または穴）３を形成した。それらの溝３に
気相合成の人工ダイヤモンドが充填され、基材１に発生
するクラックの伝搬を阻止し、且つ被覆膜４を強固に基
材１に保持して剥離を防止する。基材として高価なダイ
ヤモンドを使用する必要がない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超硬質工具や各種の耐
摩耗性部品等に好適に利用できる人工ダイヤモンド被覆
材に関する。
摩耗性部品等に好適に利用できる人工ダイヤモンド被覆
材に関する。
【０００２】
【従来の技術】人工ダイヤモンドは極めて硬度が高いた
めに、軸受鋼等の硬質材を加工するための超硬質工具と
して、あるいは高度の耐摩耗性を要求される機械の部品
等として利用される。このような場合に使用する人工ダ
イヤモンドとしては、例えば物理的気相成長法（Physic
al Vapor Deposition:以下、単に「ＰＶＤ法」とす
る）、化学的気相成長法（Chemical Vapor Deposition:
以下、単に「ＣＶＤ法」とする）により形成された薄膜
状のものを使用することが研究されている。この人工ダ
イヤモンド膜の製造法としては、前記ＰＶＤ法やＣＶＤ
法を含め、その他例えば特開昭５８−９１１００，特開
昭５８−１１０４９４，特開昭５８−１３５１１７，特
開昭６１−１５１０９７，特開昭６３−２８２２００，
特開昭６４−５１３９６等に記載された各種方法が知ら
れている。
めに、軸受鋼等の硬質材を加工するための超硬質工具と
して、あるいは高度の耐摩耗性を要求される機械の部品
等として利用される。このような場合に使用する人工ダ
イヤモンドとしては、例えば物理的気相成長法（Physic
al Vapor Deposition:以下、単に「ＰＶＤ法」とす
る）、化学的気相成長法（Chemical Vapor Deposition:
以下、単に「ＣＶＤ法」とする）により形成された薄膜
状のものを使用することが研究されている。この人工ダ
イヤモンド膜の製造法としては、前記ＰＶＤ法やＣＶＤ
法を含め、その他例えば特開昭５８−９１１００，特開
昭５８−１１０４９４，特開昭５８−１３５１１７，特
開昭６１−１５１０９７，特開昭６３−２８２２００，
特開昭６４−５１３９６等に記載された各種方法が知ら
れている。
【０００３】これら従来知られた製造方法により人工ダ
イヤモンド膜を製造する場合、ダイヤモンドを析出させ
るための基材として、ケイ素（Ｓｉ），タングステン
（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）等の金属、酸化アルミニウ
ム（Ａｌ2 Ｏ3 ），炭化ケイ素（ＳｉＣ），窒１ケイ素
（Ｓｉ3 Ｎ4 ）等のセラミックス、あるいはダイヤモン
ド等が使用される。これらの基材をＣＶＤ法等を実施す
るための人工ダイヤモンド膜製造装置内にセットしてそ
の装置を運転すれば、上記基材の表面に人工ダイヤモン
ドの被覆膜が形成され、この人工ダイヤモンド被覆膜形
成部分を切削部とする超硬質工具、あるいはこの人工ダ
イヤモンド被覆膜形成部分を摩擦面とする耐摩耗性機械
部品が得られる。
イヤモンド膜を製造する場合、ダイヤモンドを析出させ
るための基材として、ケイ素（Ｓｉ），タングステン
（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）等の金属、酸化アルミニウ
ム（Ａｌ2 Ｏ3 ），炭化ケイ素（ＳｉＣ），窒１ケイ素
（Ｓｉ3 Ｎ4 ）等のセラミックス、あるいはダイヤモン
ド等が使用される。これらの基材をＣＶＤ法等を実施す
るための人工ダイヤモンド膜製造装置内にセットしてそ
の装置を運転すれば、上記基材の表面に人工ダイヤモン
ドの被覆膜が形成され、この人工ダイヤモンド被覆膜形
成部分を切削部とする超硬質工具、あるいはこの人工ダ
イヤモンド被覆膜形成部分を摩擦面とする耐摩耗性機械
部品が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】例えば、従来のＣＶＤ
法により基材表面に人工ダイヤモンドの被覆膜を形成す
る場合、基材がダイヤモンドであれば、人工ダイヤモン
ドがエピタキシャル結晶成長により基材表面に形成され
る。そのため基材と人工ダイヤモンド被覆膜との結合強
度が極めて大きくなり十分な実用性を有する超硬質工具
や耐摩耗性機械部品等を得ることができるが、反面、製
作費が極めて高くなるという問題点があった。
法により基材表面に人工ダイヤモンドの被覆膜を形成す
る場合、基材がダイヤモンドであれば、人工ダイヤモン
ドがエピタキシャル結晶成長により基材表面に形成され
る。そのため基材と人工ダイヤモンド被覆膜との結合強
度が極めて大きくなり十分な実用性を有する超硬質工具
や耐摩耗性機械部品等を得ることができるが、反面、製
作費が極めて高くなるという問題点があった。
【０００５】一方、基材が金属やセラミックスの場合に
は、形成された人工ダイヤモンド被覆膜と基材との結合
強度が小さく（すなわち密着性が弱く）、超硬質工具や
耐摩耗性機械部品等として使用した場合に人工ダイヤモ
ンド被覆膜が簡単に剥離してしまい、そのままでは殆ど
実用にはならないという問題点があった。従来、このよ
うな事情を考慮しつつ、人工ダイヤモンド被覆膜を基材
上に密着性良く製造する方法が多数開示されている。代
表的なものとしては、基材に関するもの、基材の表
面処理に関するもの、中間層に関するもの、膜の構
造に関するもの等が挙げられる。
は、形成された人工ダイヤモンド被覆膜と基材との結合
強度が小さく（すなわち密着性が弱く）、超硬質工具や
耐摩耗性機械部品等として使用した場合に人工ダイヤモ
ンド被覆膜が簡単に剥離してしまい、そのままでは殆ど
実用にはならないという問題点があった。従来、このよ
うな事情を考慮しつつ、人工ダイヤモンド被覆膜を基材
上に密着性良く製造する方法が多数開示されている。代
表的なものとしては、基材に関するもの、基材の表
面処理に関するもの、中間層に関するもの、膜の構
造に関するもの等が挙げられる。
【０００６】の基材に関しては、例えば特開平２−２
７５７８８があり、炭化タングステンとケイ素またはホ
ウ素の炭化物または窒化物の少なくとも一種とから得ら
れる焼結体の表面に、気相合成法でダイヤモンド膜を形
成したダイヤモンド被覆材が提案されている。の基材
の表面処理に関しては、例えば特公昭６３−２０９１１
があり、これには、サーメット部材の表面に人工ダイヤ
モンド被覆膜を析出形成せしめるに際し、前処理として
サーメット部材の表面にエッチング処理を施し表面の結
合相を除去して分散相の表面面積率を増大させ密着性を
向上させることが示されている。この前処理は超硬合金
基材の結合相上にはダイヤモンドが生成しないためにな
されるもので、サーメット部材の表面を分散相主体とす
ることにより、ダイヤモンドの初期析出結晶核発生密度
の向上、接着面積の増大がなされ、基材とダイヤモンド
との密着性が改善される。の中間層に関するものとし
ては、例えば特公昭６３−１５３４７があり、サーメッ
ト部材の表面に、Ｗ、Ｍｏ、及びＮｂ、並びにその合金
のうちのいずれかからなる平均層厚0.05〜1.2 μｍの蒸
着層を中間層として形成し、その中間層の上に人工ダイ
ヤモンド析出生成法で形成した平均厚さ１〜１０μｍの
人工ダイヤモンド被膜を形成して密着を強固にしてい
る。また、の膜の構造に関するものとしては、例えば
特開昭６１−２７０３７３において、超硬合金基材表面
に厚さを0.1 〜1.0 μｍの範囲に限定した気相合成のダ
イヤモンド被覆膜を形成することにより実用上十分な密
着強度の確保が図られている。
７５７８８があり、炭化タングステンとケイ素またはホ
ウ素の炭化物または窒化物の少なくとも一種とから得ら
れる焼結体の表面に、気相合成法でダイヤモンド膜を形
成したダイヤモンド被覆材が提案されている。の基材
の表面処理に関しては、例えば特公昭６３−２０９１１
があり、これには、サーメット部材の表面に人工ダイヤ
モンド被覆膜を析出形成せしめるに際し、前処理として
サーメット部材の表面にエッチング処理を施し表面の結
合相を除去して分散相の表面面積率を増大させ密着性を
向上させることが示されている。この前処理は超硬合金
基材の結合相上にはダイヤモンドが生成しないためにな
されるもので、サーメット部材の表面を分散相主体とす
ることにより、ダイヤモンドの初期析出結晶核発生密度
の向上、接着面積の増大がなされ、基材とダイヤモンド
との密着性が改善される。の中間層に関するものとし
ては、例えば特公昭６３−１５３４７があり、サーメッ
ト部材の表面に、Ｗ、Ｍｏ、及びＮｂ、並びにその合金
のうちのいずれかからなる平均層厚0.05〜1.2 μｍの蒸
着層を中間層として形成し、その中間層の上に人工ダイ
ヤモンド析出生成法で形成した平均厚さ１〜１０μｍの
人工ダイヤモンド被膜を形成して密着を強固にしてい
る。また、の膜の構造に関するものとしては、例えば
特開昭６１−２７０３７３において、超硬合金基材表面
に厚さを0.1 〜1.0 μｍの範囲に限定した気相合成のダ
イヤモンド被覆膜を形成することにより実用上十分な密
着強度の確保が図られている。
【０００７】しかしながら、こうして得られた超硬合金
の人工ダイヤモンド被覆材を実際に切削工具や機械部品
として長期間使用すると、基材の破壊が起こり人工ダイ
ヤモンド被膜が剥離してしまうという問題が発生した。
これは、人工ダイヤモンド被覆膜がもつ大きな内部応力
や、ダイヤモンド自身が他の物質と化合物をつくり難い
ことによる基材との化学的結合力の不足などが原因とな
り、外部応力を加えるとクラックが導入され易く、これ
がダイヤモンドの粒界を伝搬して破壊に到り易いと考え
ることができる。
の人工ダイヤモンド被覆材を実際に切削工具や機械部品
として長期間使用すると、基材の破壊が起こり人工ダイ
ヤモンド被膜が剥離してしまうという問題が発生した。
これは、人工ダイヤモンド被覆膜がもつ大きな内部応力
や、ダイヤモンド自身が他の物質と化合物をつくり難い
ことによる基材との化学的結合力の不足などが原因とな
り、外部応力を加えるとクラックが導入され易く、これ
がダイヤモンドの粒界を伝搬して破壊に到り易いと考え
ることができる。
【０００８】そこで、本発明者は、炭化タングステン
（ＷＣ）を含む超硬合金を基材とし、その表面にエッチ
ング処理を施して表面の結合相を除去したものに形成さ
れた人工ダイヤモンド被覆膜の剥離のメカニズムを調べ
たところ、剥離した人工ダイヤモンド被膜の裏面（基材
側）には炭化タングステン（ＷＣ）粒子が一粒子層分観
察された。このことから、基材と膜との界面で剥離が起
こったのではなく、基材自体が破壊したことは明白であ
る。こうして、結合相を除去し過ぎたためＷＣ粒子の保
持力が低下し、熱や応力が繰り返しかかることでＷＣ粒
子層にクラックが生じて、それが広がり破壊が起きると
の知見を得た。すなわち、基材に結合相があるとダイヤ
モンド被覆膜の生成が妨げられて密着力が弱くなるが、
かといって結合相を除去し過ぎると基材のＷＣ粒子の保
持力が低下し基材にクラックが広がって人工ダイヤモン
ド被覆膜の剥離が生じることとなる。この知見に基づい
て、本発明者は除去する結合相の最適化をはかるべく実
験を重ねた結果、従来のエッチング等の化学的前処理手
段で単に結合相を除去するのみでは、ダイヤモンドと基
材との密着力を確保したままでＷＣ粒子の保持力を低下
させずに維持することは非常に困難であるとの結論に到
達した。
（ＷＣ）を含む超硬合金を基材とし、その表面にエッチ
ング処理を施して表面の結合相を除去したものに形成さ
れた人工ダイヤモンド被覆膜の剥離のメカニズムを調べ
たところ、剥離した人工ダイヤモンド被膜の裏面（基材
側）には炭化タングステン（ＷＣ）粒子が一粒子層分観
察された。このことから、基材と膜との界面で剥離が起
こったのではなく、基材自体が破壊したことは明白であ
る。こうして、結合相を除去し過ぎたためＷＣ粒子の保
持力が低下し、熱や応力が繰り返しかかることでＷＣ粒
子層にクラックが生じて、それが広がり破壊が起きると
の知見を得た。すなわち、基材に結合相があるとダイヤ
モンド被覆膜の生成が妨げられて密着力が弱くなるが、
かといって結合相を除去し過ぎると基材のＷＣ粒子の保
持力が低下し基材にクラックが広がって人工ダイヤモン
ド被覆膜の剥離が生じることとなる。この知見に基づい
て、本発明者は除去する結合相の最適化をはかるべく実
験を重ねた結果、従来のエッチング等の化学的前処理手
段で単に結合相を除去するのみでは、ダイヤモンドと基
材との密着力を確保したままでＷＣ粒子の保持力を低下
させずに維持することは非常に困難であるとの結論に到
達した。
【０００９】本発明は、上記従来の人工ダイヤモンド被
覆材の問題点を解決するものであり、長期間使用しても
人工ダイヤモンド被覆膜が剥離しにくい安価な人工ダイ
ヤモンド被覆材を提供することを目的としている。
覆材の問題点を解決するものであり、長期間使用しても
人工ダイヤモンド被覆膜が剥離しにくい安価な人工ダイ
ヤモンド被覆材を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明は、ダイヤモンドより熱膨張係数の大きな基材の表
面に気相合成した人工ダイヤモンド被覆膜を形成した人
工ダイヤモンド被覆材に係り、被覆処理に先立ち、前記
基材の表面に微細な溝や穴を形成したものである。
発明は、ダイヤモンドより熱膨張係数の大きな基材の表
面に気相合成した人工ダイヤモンド被覆膜を形成した人
工ダイヤモンド被覆材に係り、被覆処理に先立ち、前記
基材の表面に微細な溝や穴を形成したものである。
【００１１】
【作用】本発明の人工ダイヤモンド被覆材にあっては、
基材の表面に形成した微細な溝や穴に気相合成の人工ダ
イヤモンドが充填される。しかして、熱応力や機械的応
力がかかって基材の炭化タングステン粒子層にクラック
が発生すると、クラックは基材とダイヤモンド被覆膜と
の界面に平行に走り、独立したそれらの溝や穴に達する
ともはや界面に平行に進行できず伝搬が停止する。すな
わち、基材表面の独立した溝や穴がクラックの伝搬を防
止することができて基材と人工ダイヤモンド被覆膜との
結合が阻害されず、充分に強固な密着性が確保できる。
基材の表面に形成した微細な溝や穴に気相合成の人工ダ
イヤモンドが充填される。しかして、熱応力や機械的応
力がかかって基材の炭化タングステン粒子層にクラック
が発生すると、クラックは基材とダイヤモンド被覆膜と
の界面に平行に走り、独立したそれらの溝や穴に達する
ともはや界面に平行に進行できず伝搬が停止する。すな
わち、基材表面の独立した溝や穴がクラックの伝搬を防
止することができて基材と人工ダイヤモンド被覆膜との
結合が阻害されず、充分に強固な密着性が確保できる。
【００１２】また、基材とダイヤモンドとの線膨張率の
差により（ダイヤモンドの方が小さい）基材表面の溝や
穴などの凹部に形成された人工ダイヤモンドが室温で圧
縮力を受けて、これら凹部の部分で充分に強固に基材に
保持されるから剥離しにくくなる。前記二つの作用が相
まって、基材と被覆膜との界面においても基材の粒子層
においても、剥離の起こりにくい強固な被覆膜が得られ
る。
差により（ダイヤモンドの方が小さい）基材表面の溝や
穴などの凹部に形成された人工ダイヤモンドが室温で圧
縮力を受けて、これら凹部の部分で充分に強固に基材に
保持されるから剥離しにくくなる。前記二つの作用が相
まって、基材と被覆膜との界面においても基材の粒子層
においても、剥離の起こりにくい強固な被覆膜が得られ
る。
【００１３】また、前記二つの作用のうちの後者、すな
わち凹部における基材と人工ダイヤモンドの熱膨張差を
利用するものについてのみを使用することもできる。す
なわち、本発明は基材表面に多数の微細な溝や穴等の凹
部を形成し、これら凹部のみに人工ダイヤモンドを充填
するような用途にも使用することができる。本発明の結
合相の除去と溝や穴を形成する手順とは、どちらが先で
も良い。
わち凹部における基材と人工ダイヤモンドの熱膨張差を
利用するものについてのみを使用することもできる。す
なわち、本発明は基材表面に多数の微細な溝や穴等の凹
部を形成し、これら凹部のみに人工ダイヤモンドを充填
するような用途にも使用することができる。本発明の結
合相の除去と溝や穴を形成する手順とは、どちらが先で
も良い。
【００１４】本発明の人工ダイヤモンド被覆材に用いら
れる基材は、ダイヤモンドを析出し且つダイヤモンドよ
り熱膨張係数の大きな超硬合金材，金属，セラミックス
等が好適に使用できる。前記超硬合金材としては、具体
的には周期律表第IVa ,Va ,VIa族に属する金属の炭化物
のうち少なくとも一種類以上を含み、これらの炭化物粉
末を鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ）
などの結合相を用いて焼結したものである。ダイヤモン
ドの熱膨張係数は約１×１０-6／Ｋであるのに対して、
前記超硬合金材を構成する金属やセラミックスの熱膨張
係数は３〜３０×１０-6／Ｋとより大きい値であり、か
つダイヤモンドの被覆処理は約３００〜１０００℃の高
温でなされるので、基材の溝や穴などの凹部に形成され
た人工ダイヤモンド被覆膜には冷えると圧縮力が導入さ
れ、その結果溝や穴などの凹部において基材に強固に保
持されることになる。前記金属としては、例えば黄銅等
が挙げられる。
れる基材は、ダイヤモンドを析出し且つダイヤモンドよ
り熱膨張係数の大きな超硬合金材，金属，セラミックス
等が好適に使用できる。前記超硬合金材としては、具体
的には周期律表第IVa ,Va ,VIa族に属する金属の炭化物
のうち少なくとも一種類以上を含み、これらの炭化物粉
末を鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ）
などの結合相を用いて焼結したものである。ダイヤモン
ドの熱膨張係数は約１×１０-6／Ｋであるのに対して、
前記超硬合金材を構成する金属やセラミックスの熱膨張
係数は３〜３０×１０-6／Ｋとより大きい値であり、か
つダイヤモンドの被覆処理は約３００〜１０００℃の高
温でなされるので、基材の溝や穴などの凹部に形成され
た人工ダイヤモンド被覆膜には冷えると圧縮力が導入さ
れ、その結果溝や穴などの凹部において基材に強固に保
持されることになる。前記金属としては、例えば黄銅等
が挙げられる。
【００１５】本発明の基材の表面に溝や穴を形成する方
法としては、例えば、気相や液相中でのエッチングやレ
ーザー，電子，イオン等の各種ビーム加工や放電加工等
が好適に使用できる。本発明における基材表面への人工
ダイヤモンドの気相合成には、公知の熱フィラメントＣ
ＶＤ法，マイクロ波プラズマＣＶＤ法，高周波プラズマ
ＣＶＤ法，燃焼炎法のいずれも好適に使用できる。
法としては、例えば、気相や液相中でのエッチングやレ
ーザー，電子，イオン等の各種ビーム加工や放電加工等
が好適に使用できる。本発明における基材表面への人工
ダイヤモンドの気相合成には、公知の熱フィラメントＣ
ＶＤ法，マイクロ波プラズマＣＶＤ法，高周波プラズマ
ＣＶＤ法，燃焼炎法のいずれも好適に使用できる。
【００１６】しかして、本発明の人工ダイヤモンド被覆
膜は、基材の凹部（溝や穴）を含む所定の表面全部に形
成しても良く、或いは基材の凹部にのみ形成しても良
い。
膜は、基材の凹部（溝や穴）を含む所定の表面全部に形
成しても良く、或いは基材の凹部にのみ形成しても良
い。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 （第１実施例）図１は、１０mm×８mm×厚さ3 mmの超硬
合金（ＷＣ＋６％Ｃｏ）からなる基材１の斜視図で、表
面１ａから裏面に貫通する取付け用ねじ孔１ｂを有して
いる。この基材１は、図２に示すようなＶブロック２に
ねじＢで取付け耐摩耗部品として使用されるものであ
る。この基材１を用いた人工ダイヤモンド被覆材の製造
工程は次の通りである。
する。 （第１実施例）図１は、１０mm×８mm×厚さ3 mmの超硬
合金（ＷＣ＋６％Ｃｏ）からなる基材１の斜視図で、表
面１ａから裏面に貫通する取付け用ねじ孔１ｂを有して
いる。この基材１は、図２に示すようなＶブロック２に
ねじＢで取付け耐摩耗部品として使用されるものであ
る。この基材１を用いた人工ダイヤモンド被覆材の製造
工程は次の通りである。
【００１８】まず第１工程で、基材１の表面に、幅１０
μｍ，深さ１０μｍ，溝間隔４０μｍの溝３（図３参
照）を次の加工条件で形成した。 加工装置：ＫｒＦエキシマレーザー加工機 波長２４８ｎｍ、最大出力５０Ｗ、パルス幅１７ｎｓｅ
ｃ、周波数２００Ｈｚ、加工速度４．８mm／ｓ、スキャ
ン回数１回／溝 第２工程で、基材１の硝酸２０％水溶液に５時間浸漬
し、基材表面の結合相であるコバルトを除去し、その後
洗浄した。
μｍ，深さ１０μｍ，溝間隔４０μｍの溝３（図３参
照）を次の加工条件で形成した。 加工装置：ＫｒＦエキシマレーザー加工機 波長２４８ｎｍ、最大出力５０Ｗ、パルス幅１７ｎｓｅ
ｃ、周波数２００Ｈｚ、加工速度４．８mm／ｓ、スキャ
ン回数１回／溝 第２工程で、基材１の硝酸２０％水溶液に５時間浸漬
し、基材表面の結合相であるコバルトを除去し、その後
洗浄した。
【００１９】第３工程で、基材１を＃２０００のダイヤ
モンドパウダーを分散させたアルコール溶液中に浸漬
し、超音波を１分間付加して基材表面１ａに微細なキズ
を付けた。これは、気相合成されるダイヤモンド結晶の
核発生密度を増加せしめるためである。その後、基材１
を上記アルコール溶液から取り出し、洗浄した。第４工
程で、基材１の表面に人工ダイヤモンド被覆膜を気相合
成法で合成した。その合成条件は次の通りである。
モンドパウダーを分散させたアルコール溶液中に浸漬
し、超音波を１分間付加して基材表面１ａに微細なキズ
を付けた。これは、気相合成されるダイヤモンド結晶の
核発生密度を増加せしめるためである。その後、基材１
を上記アルコール溶液から取り出し、洗浄した。第４工
程で、基材１の表面に人工ダイヤモンド被覆膜を気相合
成法で合成した。その合成条件は次の通りである。
【００２０】成膜装置：マイクロ波プラズマＣＶＤ装置 マイクロ波電力：４ｋｗ 反応ガス：ＣＯ１０ｃｃ／ｍｉｎ＋Ｈ2 ９０ｃｃ／ｍｉ
ｎ 反応圧力：０．１Ｔｏｒｒ 基材温度：約７００℃ 合成時間：約２０時間 かくして、基材１の表面１ａ上に、図４に示すように溝
３に応じた箇所に溝４ａを有する人工ダイヤモンド被覆
膜４が形成された。
ｎ 反応圧力：０．１Ｔｏｒｒ 基材温度：約７００℃ 合成時間：約２０時間 かくして、基材１の表面１ａ上に、図４に示すように溝
３に応じた箇所に溝４ａを有する人工ダイヤモンド被覆
膜４が形成された。
【００２１】第５工程で、この人工ダイヤモンド被覆膜
４に表面研磨を施して、溝４ａがなくなり、平らになる
ように膜を除去し、図５に示すような厚さ約１０μｍの
人工ダイヤモンド被覆膜４で超硬合金（ＷＣ＋６％Ｃ
ｏ）からなる基材１の表面を被覆してなる人工ダイヤモ
ンド被覆材が得られた。 （第２実施例）この実施例の人工ダイヤモンド被覆材
は、図６に示すような一辺１２．７mm，厚さ３mmの超硬
合金（ＴｉＣＮ＋２６％Ｎｉ）からなる基材１１の表面
のコーナー部に、人工ダイヤモンド被覆膜を形成してな
る超硬合金切削用スローアウエイチップである。
４に表面研磨を施して、溝４ａがなくなり、平らになる
ように膜を除去し、図５に示すような厚さ約１０μｍの
人工ダイヤモンド被覆膜４で超硬合金（ＷＣ＋６％Ｃ
ｏ）からなる基材１の表面を被覆してなる人工ダイヤモ
ンド被覆材が得られた。 （第２実施例）この実施例の人工ダイヤモンド被覆材
は、図６に示すような一辺１２．７mm，厚さ３mmの超硬
合金（ＴｉＣＮ＋２６％Ｎｉ）からなる基材１１の表面
のコーナー部に、人工ダイヤモンド被覆膜を形成してな
る超硬合金切削用スローアウエイチップである。
【００２２】第１工程で、基材１１の表面の所定のコー
ナー部の約２mm四方の領域に、直径約２０μｍ，深さ約
５μｍの穴１２を０．２mm間隔で多数個（図８参照）、
次の加工条件で形成した。 加工装置：カウフマン型イオンビーム装置 気体源Ａｒ、出力１．０ｋｅＶ（０．５ｍＡ／ｃｍ2 ） 反応圧力：１×１０-2Ｔｏｒｒ（初期排気 １×１０-4
Ｔｏｒｒ以下） 反応時間：７時間 第２工程で、基材１１を塩化第二鉄溶液に１時間浸漬
し、基材表面の結合相であるニッケルを除去し、その後
洗浄した。
ナー部の約２mm四方の領域に、直径約２０μｍ，深さ約
５μｍの穴１２を０．２mm間隔で多数個（図８参照）、
次の加工条件で形成した。 加工装置：カウフマン型イオンビーム装置 気体源Ａｒ、出力１．０ｋｅＶ（０．５ｍＡ／ｃｍ2 ） 反応圧力：１×１０-2Ｔｏｒｒ（初期排気 １×１０-4
Ｔｏｒｒ以下） 反応時間：７時間 第２工程で、基材１１を塩化第二鉄溶液に１時間浸漬
し、基材表面の結合相であるニッケルを除去し、その後
洗浄した。
【００２３】第３工程は、上記第１実施例と同様であ
る。第４工程で、基材１１の表面に人工ダイヤモンド被
覆膜を気相合成法で合成した。その合成条件は次の通り
である。 成膜装置：熱フィラメントＣＶＤ装置 タングステンフィラメントと基材表面間の距離 ５mm 反応ガス：ＣＨ4 ３ｃｃ／ｍｉｎ＋Ｈ2 ９７ｃｃ／ｍｉ
ｎ 反応圧力：１００Ｔｏｒｒ 基材温度：約８５０℃、フィラメント放射のみ、冷却な
し 合成時間：約１０時間 かくして、超硬合金からなる基材１１の表面の所定コー
ナー部に、図８に示すように穴１２に対応した凹部１３
ａを有する厚さ約１５μｍの人工ダイヤモンド被覆膜１
３が形成された人工ダイヤモンド被覆材としてのスロー
アウエイチップが得られた。 （第３実施例）この実施例の人工ダイヤモンド被覆材
は、耐摩耗性摺動部材である。図９に示すように、超硬
合金（ＷＣ＋６％Ｃｏ）からなる基材２１の表面に第１
実施例と同様の溝３を加工し、その溝３の中にのみ人工
ダイヤモンド被覆膜２２を形成したものである。
る。第４工程で、基材１１の表面に人工ダイヤモンド被
覆膜を気相合成法で合成した。その合成条件は次の通り
である。 成膜装置：熱フィラメントＣＶＤ装置 タングステンフィラメントと基材表面間の距離 ５mm 反応ガス：ＣＨ4 ３ｃｃ／ｍｉｎ＋Ｈ2 ９７ｃｃ／ｍｉ
ｎ 反応圧力：１００Ｔｏｒｒ 基材温度：約８５０℃、フィラメント放射のみ、冷却な
し 合成時間：約１０時間 かくして、超硬合金からなる基材１１の表面の所定コー
ナー部に、図８に示すように穴１２に対応した凹部１３
ａを有する厚さ約１５μｍの人工ダイヤモンド被覆膜１
３が形成された人工ダイヤモンド被覆材としてのスロー
アウエイチップが得られた。 （第３実施例）この実施例の人工ダイヤモンド被覆材
は、耐摩耗性摺動部材である。図９に示すように、超硬
合金（ＷＣ＋６％Ｃｏ）からなる基材２１の表面に第１
実施例と同様の溝３を加工し、その溝３の中にのみ人工
ダイヤモンド被覆膜２２を形成したものである。
【００２４】まず第１工程で、第１実施例と同一の加工
条件により基材２１の表面に溝３を形成した。第２工程
では、溝３の部分を除いて基材２１の表面に耐酸性レジ
ストにてマスキングを施し、続いてその基材２１を硝酸
２０％水溶液に浸漬して溝３の表面のコバルトからなる
結合相を除去し、その後洗浄した。溝３以外の基材表面
は耐酸性レジストで保護されており、結合相は除去され
ない。
条件により基材２１の表面に溝３を形成した。第２工程
では、溝３の部分を除いて基材２１の表面に耐酸性レジ
ストにてマスキングを施し、続いてその基材２１を硝酸
２０％水溶液に浸漬して溝３の表面のコバルトからなる
結合相を除去し、その後洗浄した。溝３以外の基材表面
は耐酸性レジストで保護されており、結合相は除去され
ない。
【００２５】第３工程で、気相合成されるダイヤモンド
結晶の核発生密度を増加せしめるために、第１実施例と
同じく、基材２１を＃２０００のダイヤモンドパウダー
を分散させたアルコール溶液中に浸漬し、超音波を１分
間付加して基材表面に微細なキズを付けた。その後、基
材２１を上記アルコール溶液から取り出し、洗浄した。
結晶の核発生密度を増加せしめるために、第１実施例と
同じく、基材２１を＃２０００のダイヤモンドパウダー
を分散させたアルコール溶液中に浸漬し、超音波を１分
間付加して基材表面に微細なキズを付けた。その後、基
材２１を上記アルコール溶液から取り出し、洗浄した。
【００２６】第４工程で、基材２１の表面に人工ダイヤ
モンド被覆膜を気相合成法で合成した。その合成条件は
次の通りである。 成膜装置：マイクロ波プラズマＣＶＤ装置 マイクロ波電力 ４ｋＷ 反応ガス：ＣＯ１０ｃｃ／ｍｉｎ＋Ｈ2 ９０ｃｃ／ｍｉ
ｎ 反応圧力：０．１Ｔｏｒｒ 基材温度：約７００℃ 合成時間：約１０時間 かくして、基材２１の表面上に、図１０に示すように溝
３に対応した箇所に溝２２ａを有する人工ダイヤモンド
被覆膜２２が形成された。
モンド被覆膜を気相合成法で合成した。その合成条件は
次の通りである。 成膜装置：マイクロ波プラズマＣＶＤ装置 マイクロ波電力 ４ｋＷ 反応ガス：ＣＯ１０ｃｃ／ｍｉｎ＋Ｈ2 ９０ｃｃ／ｍｉ
ｎ 反応圧力：０．１Ｔｏｒｒ 基材温度：約７００℃ 合成時間：約１０時間 かくして、基材２１の表面上に、図１０に示すように溝
３に対応した箇所に溝２２ａを有する人工ダイヤモンド
被覆膜２２が形成された。
【００２７】第５工程で、この人工ダイヤモンド被覆膜
２２に表面研磨を施して、溝２２ａと共に基材面上の人
工ダイヤモンド被覆膜２２を除去した。これにより、図
１１に示すように、超硬合金（ＷＣ＋６％Ｃｏ）からな
る基材２１の表面の溝３の部分にのみ人工ダイヤモンド
被覆膜２２を有する耐摩耗性摺動部材が得られた。 （第４実施例）この実施例の人工ダイヤモンド被覆材
は、研磨板である。図１２に示すような円板状の黄銅か
らなる基材３１の表面に所定のパターンで多数の穴３２
を加工し、その穴３２の中にのみ人工ダイヤモンド被覆
膜３３を形成したものである。
２２に表面研磨を施して、溝２２ａと共に基材面上の人
工ダイヤモンド被覆膜２２を除去した。これにより、図
１１に示すように、超硬合金（ＷＣ＋６％Ｃｏ）からな
る基材２１の表面の溝３の部分にのみ人工ダイヤモンド
被覆膜２２を有する耐摩耗性摺動部材が得られた。 （第４実施例）この実施例の人工ダイヤモンド被覆材
は、研磨板である。図１２に示すような円板状の黄銅か
らなる基材３１の表面に所定のパターンで多数の穴３２
を加工し、その穴３２の中にのみ人工ダイヤモンド被覆
膜３３を形成したものである。
【００２８】第１工程で、基材３１の表面に穴３２を形
成した。すなわち、基材３１の表面に耐酸性レジストに
よりマスクパターンを形成した後、その基材３１を塩化
第二鉄溶液に１時間浸漬し、その後洗浄して、直径約２
０μｍ、深さ約５μｍの穴３２を等間隔に形成した。第
２工程で、気相合成されるダイヤモンド結晶の核発生密
度を増加せしめるために、基材３１を＃２０００のダイ
ヤモンドパウダーを分散させたアルコール溶液中に浸漬
し、超音波を１分間付加して基材表面に微細なキズを付
けた。その後、基材２１を上記アルコール溶液から取り
出し、洗浄した。
成した。すなわち、基材３１の表面に耐酸性レジストに
よりマスクパターンを形成した後、その基材３１を塩化
第二鉄溶液に１時間浸漬し、その後洗浄して、直径約２
０μｍ、深さ約５μｍの穴３２を等間隔に形成した。第
２工程で、気相合成されるダイヤモンド結晶の核発生密
度を増加せしめるために、基材３１を＃２０００のダイ
ヤモンドパウダーを分散させたアルコール溶液中に浸漬
し、超音波を１分間付加して基材表面に微細なキズを付
けた。その後、基材２１を上記アルコール溶液から取り
出し、洗浄した。
【００２９】第３工程で、基材３１の表面に人工ダイヤ
モンド被覆膜３３を気相合成法で合成した。その合成条
件は次の通りである。 成膜装置：熱フィラメントＣＶＤ装置 タングステンフィラメントと基材表面間の距離 ５mm 反応ガス：ＣＨ4 ３ｃｃ／ｍｉｎ＋Ｈ2 ９７ｃｃ／ｍｉ
ｎ 反応圧力：１００Ｔｏｒｒ 基材温度：約８５０℃、フィラメント放射のみ、冷却な
し 合成時間：約１０時間 かくして、黄銅からなる基材３１の表面上に、図１３に
示すように、溝３に対応して溝３３ａを有する人工ダイ
ヤモンド被覆膜３３が形成された。
モンド被覆膜３３を気相合成法で合成した。その合成条
件は次の通りである。 成膜装置：熱フィラメントＣＶＤ装置 タングステンフィラメントと基材表面間の距離 ５mm 反応ガス：ＣＨ4 ３ｃｃ／ｍｉｎ＋Ｈ2 ９７ｃｃ／ｍｉ
ｎ 反応圧力：１００Ｔｏｒｒ 基材温度：約８５０℃、フィラメント放射のみ、冷却な
し 合成時間：約１０時間 かくして、黄銅からなる基材３１の表面上に、図１３に
示すように、溝３に対応して溝３３ａを有する人工ダイ
ヤモンド被覆膜３３が形成された。
【００３０】第４工程で、この人工ダイヤモンド被覆膜
３３に表面研磨を施して、溝３３ａと共に基材面上の人
工ダイヤモンド被覆膜３３を除去した。これにより、図
１４に示すように、黄銅からなる基材３１の表面の穴３
２の部分にのみ人工ダイヤモンド被覆膜３３を有する研
磨板が得られた。なお、穴や溝の形状，大きさ等が上記
各実施例のものに限定されるものではないことは勿論で
ある。
３３に表面研磨を施して、溝３３ａと共に基材面上の人
工ダイヤモンド被覆膜３３を除去した。これにより、図
１４に示すように、黄銅からなる基材３１の表面の穴３
２の部分にのみ人工ダイヤモンド被覆膜３３を有する研
磨板が得られた。なお、穴や溝の形状，大きさ等が上記
各実施例のものに限定されるものではないことは勿論で
ある。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ダイヤモンドより熱膨張係数の大きな基材の表面に気相
合成した人工ダイヤモンド被覆膜を形成した人工ダイヤ
モンド被覆材において、その被覆処理に先立ち、前記基
材の表面に微細な溝や穴を形成したため、形成される人
工ダイヤモンド被覆膜の剥離の原因となるクラックの伝
搬がそれらの溝や穴で阻止され、且つそれらの溝や穴内
の人工ダイヤモンド被覆膜は基材からの圧縮力を受ける
こととなって十分に強固に保持される。それゆえ、ダイ
ヤモンドのような高価な基材を用いなくても強固な人工
ダイヤモンド被覆材を得ることが可能になり、安価で長
寿命の超硬質工具や各種の耐摩耗性部材が提供できるな
ど、その工業的価値は極めて高いものである。
ダイヤモンドより熱膨張係数の大きな基材の表面に気相
合成した人工ダイヤモンド被覆膜を形成した人工ダイヤ
モンド被覆材において、その被覆処理に先立ち、前記基
材の表面に微細な溝や穴を形成したため、形成される人
工ダイヤモンド被覆膜の剥離の原因となるクラックの伝
搬がそれらの溝や穴で阻止され、且つそれらの溝や穴内
の人工ダイヤモンド被覆膜は基材からの圧縮力を受ける
こととなって十分に強固に保持される。それゆえ、ダイ
ヤモンドのような高価な基材を用いなくても強固な人工
ダイヤモンド被覆材を得ることが可能になり、安価で長
寿命の超硬質工具や各種の耐摩耗性部材が提供できるな
ど、その工業的価値は極めて高いものである。
【図１】本発明の第１実施例の人工ダイヤモンド被覆用
基材の斜視図である。
基材の斜視図である。
【図２】図１に示す人工ダイヤモンド被覆材の使用態様
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図３】図１に示す基材の表面構造を示す拡大斜視図で
ある。
ある。
【図４】上記第１実施例の人工ダイヤモンド被覆材の途
中工程における拡大断面図である。
中工程における拡大断面図である。
【図５】図４の人工ダイヤモンド被覆膜を研磨した後の
拡大断面図である。
拡大断面図である。
【図６】本発明の第２実施例の人工ダイヤモンド被覆用
基材の斜視図である。
基材の斜視図である。
【図７】図６に示す基材の要部の表面構造を示す拡大斜
視図である。
視図である。
【図８】上記第２実施例の人工ダイヤモンド被覆材の要
部拡大断面図である。
部拡大断面図である。
【図９】本発明の第３実施例の人工ダイヤモンド被覆用
基材の斜視図である。
基材の斜視図である。
【図１０】上記第３実施例の人工ダイヤモンド被覆材の
途中工程における拡大断面図である。
途中工程における拡大断面図である。
【図１１】図１０の人工ダイヤモンド被覆膜を研磨した
後の拡大断面図である。
後の拡大断面図である。
【図１２】本発明の第４実施例の人工ダイヤモンド被覆
用基材の斜視図である。
用基材の斜視図である。
【図１３】上記第４実施例の人工ダイヤモンド被覆材の
途中工程における拡大断面図である。
途中工程における拡大断面図である。
【図１４】図１３の人工ダイヤモンド被覆膜を研磨した
後の拡大断面図である。
後の拡大断面図である。
１ 基材 ３ 溝 ４ 人工ダイヤモンド被覆膜 １１ 基材 １２ 穴 １３ 人工ダイヤモンド被覆膜 ２１ 基材 ２２ 人工ダイヤモンド被覆膜 ３１ 基材 ３２ 穴 ３３ 人工ダイヤモンド被覆膜
Claims (1)
- 【請求項１】 ダイヤモンドより熱膨張係数の大きな基
材の表面に気相合成した人工ダイヤモンド被覆膜を形成
した人工ダイヤモンド被覆材において、 被覆処理に先立ち、前記基材の表面に微細な溝や穴を形
成することを特徴とする人工ダイヤモンド被覆材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33456892A JP3448884B2 (ja) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | 人工ダイヤモンド被覆材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33456892A JP3448884B2 (ja) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | 人工ダイヤモンド被覆材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06183890A true JPH06183890A (ja) | 1994-07-05 |
| JP3448884B2 JP3448884B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=18278862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33456892A Expired - Fee Related JP3448884B2 (ja) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | 人工ダイヤモンド被覆材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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| WO1996034131A1 (fr) * | 1995-04-24 | 1996-10-31 | Toyo Kohan Co., Ltd. | Articles possedant un revetement en diamant forme par synthese en phase vapeur |
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| EP0860515A1 (en) * | 1997-02-20 | 1998-08-26 | De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited | Diamond-coated body |
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| WO2006027850A1 (ja) | 2004-09-06 | 2006-03-16 | Canon Machinery Inc. | 薄膜の密着性向上方法 |
| KR101231666B1 (ko) * | 2010-12-21 | 2013-02-08 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 단열 코팅 방법 |
| CN102965637A (zh) * | 2011-08-30 | 2013-03-13 | 三菱综合材料株式会社 | 碳膜包覆部件及其制造方法 |
| GB2483475B (en) * | 2010-09-08 | 2015-08-05 | Dormer Tools Ltd | Bore cutting tool and method of making the same |
| JP2021058941A (ja) * | 2019-10-03 | 2021-04-15 | 旭ダイヤモンド工業株式会社 | 回転切削工具 |
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| JPH05320910A (ja) * | 1992-05-15 | 1993-12-07 | Idemitsu Petrochem Co Ltd | ダイヤモンド類被覆部材 |
-
1992
- 1992-12-15 JP JP33456892A patent/JP3448884B2/ja not_active Expired - Fee Related
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