JPH06272045A - Method for heat-treating base material and production of diamond-coated member - Google Patents

Method for heat-treating base material and production of diamond-coated member

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Publication number
JPH06272045A
JPH06272045A JP5852093A JP5852093A JPH06272045A JP H06272045 A JPH06272045 A JP H06272045A JP 5852093 A JP5852093 A JP 5852093A JP 5852093 A JP5852093 A JP 5852093A JP H06272045 A JPH06272045 A JP H06272045A
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JP
Japan
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base material
diamond
heat treatment
substrate
tic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5852093A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Saito
義昭 斎藤
Atsuhiko Masuda
敦彦 増田
Kazuyuki Fukumoto
和之 福本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Original Assignee
Idemitsu Petrochemical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Idemitsu Petrochemical Co Ltd filed Critical Idemitsu Petrochemical Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To coat the base material of cemented carbide with a diamond thin film with excellent adnesion without causing the thermal deformation of the base material, at the time of forming a diamond thin film on the surface of the base material of cemented carbide by a CVD method, by placing the base material to be treated on a specified fire resistant bottom board. CONSTITUTION:The base material of cemented carbide of a sintered alloy of WC-Co series, WC-TaC-Co series, WC-TiC-Co series or the like or various cermets, etc., is charged to a vessel of BN or the like, which is placed on a bottom board made of refractories such as Al2O3, ZrO2, MgO, Si3N4. Air in the vessel is exhausted, thereafter, a mixed gas such as CO and CH4 as a carbon source forming diamond with an inert gas such as Ar and N2, is introduced into the vessel, and heating is executed, by which the base material is coated with a diamond thin film having extremely high hardness by C formed by the decomposition of CO, CH4 or the like with excellent adhesion without causing the shape change of the base material at a high temp. by the CVD method.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は基材の熱処理方法およ
びダイヤモンド類被覆部材の製造方法に関し、さらに詳
しく言うと、基材に変形を生じさせることなく熱処理を
行うことのできる基材の熱処理方法、および、寸法精度
が良く、基材とこれを被覆するダイヤモンド類膜との密
着性にも優れるため耐摩耗性、耐久性、および使用寿命
のいずれも改善されたダイヤモンド類被覆部材を製造す
ることのできる方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat treatment method for a base material and a method for producing a diamond-coated member, and more specifically, a heat treatment method for a base material capable of performing heat treatment without causing deformation of the base material. In addition, since the dimensional accuracy is good and the adhesion between the base material and the diamond film coating the base material is excellent, a diamond-coated member having improved wear resistance, durability, and service life is manufactured. Regarding the possible methods.

【0002】[0002]

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】切削工具
や研磨工具においては、超硬合金製の基材を用いたもの
が多用されている。このような基材はそのままで使用さ
れることもあるにはあるが、多くの場合には、炭窒化チ
タンやアルミナなどのような硬質膜を表面に被覆した
り、基材表面にダイヤモンドなど更に硬度の大きな物質
を被覆してより性能の向上を図った工具として使用され
ることが多い。特に、ダイヤモンド類を被覆する場合に
は、ダイヤモンド類膜の基材との密着力を向上させるた
めに、種々の前処理が行われている。このような前処理
としては、特に熱処理による場合が密着性の改善効果が
大きい。ところで、このような熱処理時には、基材が熱
により変形を起こしたり、寸法変化をもたらしたりする
ことがあり、これを防止することが望まれている。
2. Description of the Related Art Cutting tools and polishing tools that use a base material made of cemented carbide are widely used. Although such a substrate may be used as it is, in many cases, the surface is coated with a hard film such as titanium carbonitride or alumina, or the substrate surface is further coated with diamond or the like. It is often used as a tool that is coated with a substance having a high hardness to improve its performance. In particular, when coating diamonds, various pretreatments are performed to improve the adhesion of the diamond film to the substrate. As such a pretreatment, a heat treatment has a large effect of improving the adhesiveness. By the way, at the time of such heat treatment, the base material may be deformed by heat or cause dimensional change, and it is desired to prevent this.

【0003】さらに詳述すると、一般に、超硬合金製の
基材を熱処理するに当たっては、坩堝などの容器に基材
を収容して炉内で加熱する方法が採用されている。坩堝
としては様々の材質のものが用いられているが、窒化ホ
ウ素のような耐熱性の高いセラミックスが多用されてい
る。また、この容器内には基材を載置する底板や基材を
何段にも重ねるときには、各段毎に敷板を置き、その上
に基材を載置することが多い。このようにして基材の材
質や熱処理の目的に応じて、所定の温度に、所定の圧力
の下で、所定の雰囲気ガスの存在下に加熱をするのであ
るが、この場合、基材が熱により変形したり寸法変化す
ることがある。
More specifically, in heat-treating a base material made of cemented carbide, generally, a method is used in which the base material is placed in a container such as a crucible and heated in a furnace. Although various materials are used as the crucible, ceramics having high heat resistance such as boron nitride are often used. In addition, when a bottom plate on which a base material is placed and a base material are stacked in multiple layers in this container, a floor plate is often placed on each stage and the base material is placed on it. In this way, according to the material of the base material and the purpose of the heat treatment, heating is performed at a predetermined temperature and under a predetermined pressure in the presence of a predetermined atmospheric gas. It may be deformed or its dimensions may change due to.

【0004】ところが、そのような熱による変形や寸法
変化の原因が一義的に決められないので、十分な防止策
を採ることができないのが現状である。
However, since the cause of such deformation and dimensional change due to heat cannot be uniquely determined, it is the current situation that sufficient preventive measures cannot be taken.

【0005】この発明は前記事情に基づいて完成され
た。この発明の目的は、熱によって基材の変形や基材の
寸法変化を生じさせることなく基材を熱処理することの
できる基材の熱処理方法を提供することである。
The present invention has been completed based on the above circumstances. An object of the present invention is to provide a heat treatment method for a substrate, which can heat treat the substrate without causing deformation of the substrate or dimensional change of the substrate due to heat.

【0006】この発明の他の目的は、寸法精度が良く、
密着性にも優れたダイヤモンド被覆膜を有するダイヤモ
ンド被覆部材を製造する方法を提供することである。
Another object of the present invention is that the dimensional accuracy is good,
It is an object of the present invention to provide a method for producing a diamond-coated member having a diamond-coated film having excellent adhesion.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の請求項1に記載の発明は、容器内に配置された、アル
ミナ、ジルコニア、マグネシア、窒化珪素、窒化アルミ
ニウム、炭化珪素、炭化ホウ素および炭素よりなる群か
ら選択される材質の敷板の上に載置した超硬合金製の基
材を加熱処理することを特徴とする基材の熱処理方法で
あり、請求項2に記載の発明は、前記加熱処理が基材を
600〜1,800℃に加熱する処理である前記請求項
1に記載の基材の熱処理方法であり、請求項3に記載の
発明は、前記加熱処理が窒素含有ガスの雰囲気下で行わ
れる前記請求項1または2に記載の基材の熱処理方法で
あり、請求項4に記載の発明は、前記請求項3に記載の
熱処理方法により加熱処理された基材の表面に、気相法
によりダイヤモンド薄膜を形成することを特徴とするダ
イヤモンド被覆部材の製造方法である。
The invention according to claim 1 for solving the above-mentioned problems, comprises: alumina, zirconia, magnesia, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, boron carbide and A heat treatment method for a base material, which comprises heat-treating a base material made of a cemented carbide placed on a floor plate made of a material selected from the group consisting of carbon, and the invention according to claim 2, The heat treatment method is a heat treatment method for a base material according to claim 1, wherein the heat treatment is a treatment for heating the base material to 600 to 1,800 ° C., and the invention according to claim 3 is characterized in that the heat treatment is a nitrogen-containing gas. The heat treatment method for a base material according to claim 1 or 2, which is carried out in an atmosphere according to claim 4, wherein the invention according to claim 4 is the surface of the base material heat-treated by the heat treatment method according to claim 3. , The diamond by the vapor phase method A method for producing the diamond coating member, which comprises forming a thin film.

【0008】以下に、この発明の方法について詳細に説
明する。
The method of the present invention will be described in detail below.

【0009】(1)基材の熱処理方法 −基材− この発明における基材は超硬合金製である。(1) Heat Treatment Method for Substrate-Substrate-The substrate in the present invention is made of cemented carbide.

【0010】前記超硬合金としては、特に制限はなく、
一般に知られている各種の種類および組成のものが使用
可能であり、たとえば、W、Mo、Cr、Co、Ni、
Fe、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Al、B、G
a、Siなどの一種または二種以上の金属からなる超硬
合金類、これらの金属一種または二種以上と、炭素、窒
素、酸素および/またはホウ素等からなる各種の組成の
超硬合金類(具体的には、たとえば、WC、W−WC、
WC−C、W−WC−C等のW−C系、Co−C系、C
o−WC、Co−W−WC、Co−WC−C、Co−W
−WC−C等のCo−W−C系、TaCx 等のTa−C
系、TiC等のTi−C系、MoCx 、Mo−MoC
x 、MoCx −C系等のMo−C系、SiC等のSi−
C系、Fe−FeCx 系等のFe−C系、Al23
Fe等のAl−Fe−O系、TiC−Ni等のTi−N
i−C系、TiC−Co等のTi−Co−C系、BN
系、B4C−Fe等のFe−B−C系、TiN等のTi
−N系、AlNx 等のAl−N系、TaNx 等のTa−
N系、WC−TaC−Co−C等のW−Ta−Co−C
系、WC−TiC−Co−C等のW−Ti−Co−C
系、WC−TiC−TaC−Co−C等のW−Ti−T
a−Co−C系、W−Ti−C−N系、W−Co−Ti
−C−N系、W−Nb−Co−C系、W−Nb−Ti−
Ta−Co−C系など)など多種多様の超硬合金を挙げ
ることができる。
The cemented carbide is not particularly limited,
Various commonly known types and compositions can be used, such as W, Mo, Cr, Co, Ni,
Fe, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Al, B, G
a, Si, etc. cemented carbides made of one or more metals, cemented carbides of various compositions made of one or more of these metals and carbon, nitrogen, oxygen and / or boron ( Specifically, for example, WC, W-WC,
WC-C, W-WC-C, etc. WC system, Co-C system, C
o-WC, Co-W-WC, Co-WC-C, Co-W
-WC-C, etc. Co-W-C system, TaC etc. TaC x
System, TiC system such as TiC, MoC x, Mo-MoC
x , MoC x- C system or other Mo-C system, SiC or other Si-
C system, Fe-FeC x system, etc. FeC system, Al 2 O 3 -
Al-Fe-O system such as Fe, Ti-N such as TiC-Ni
i-C system, Ti-Co-C system such as TiC-Co, BN
System, B 4 C-Fe or the like of Fe-B-C system, Ti such as TiN
-N system, such as AlN x AlN system, such as TaN x Ta-
N-based, W-Ta-Co-C such as WC-TaC-Co-C
System, W-Ti-Co-C such as WC-TiC-Co-C
System, W-Ti-T such as WC-TiC-TaC-Co-C
a-Co-C system, W-Ti-C-N system, W-Co-Ti
-C-N system, W-Nb-Co-C system, W-Nb-Ti-
A wide variety of cemented carbides such as Ta-Co-C series) can be mentioned.

【0011】これらの中でも、特に好ましい例として、
たとえば、切削工具用などに好適なWC系超硬合金(具
体的には、たとえば、JIS B 4053において使
用分類記号P01、P10、P20、P30、P40、
P50等のPシリーズ、M10、M20、M30、M4
0等のMシリーズ、K01、K10、K20、K30、
K40等のKシリーズなどの切削工具用等の超硬合金チ
ップ、V1、V2、V3等のVシリーズなどの線引ダイ
ス用、センタ用、切削工具用等の超硬合金チップなどの
WC−Co等のW−Co−C系超硬合金、WC−TiC
−TaC−Co等のW−Ti−Ta−Co−C系超硬合
金、あるいはこれらのTaの一部をNbに変えたもの等
々)などを挙げることができる。
Among these, as particularly preferable examples,
For example, a WC-based cemented carbide suitable for cutting tools and the like (specifically, for example, JIS B 4053 uses classification symbols P01, P10, P20, P30, P40,
P series such as P50, M10, M20, M30, M4
M series such as 0, K01, K10, K20, K30,
WC-Co, such as cemented carbide chips for cutting tools such as K series such as K40, for drawing dies such as V series such as V1, V2, V3, etc., cemented carbide chips for centers, cutting tools, etc. W-Co-C cemented carbide, WC-TiC
W-Ti-Ta-Co-C type cemented carbide such as -TaC-Co, or those in which a part of Ta is changed to Nb).

【0012】なお、これらには、上記以外の他の元素や
添加成分を含有しているものであってもよい。どのよう
な材質および形状の超硬合金を採用するかは、使用目的
等に応じて適宜に選択すればよい。
It should be noted that these may contain elements other than the above and additional components. The material and shape of the cemented carbide used may be appropriately selected depending on the purpose of use and the like.

【0013】この発明において、基材として使用される
炭化タングステン系超硬合金の内、好ましい組成の具体
例としては、例えばWC−TiC−Coの組成を有する
超硬合金では、炭化タングステン50〜95重量%、好
ましくは70〜94重量%と、炭化チタン1〜30重量
%、好ましくは2〜20重量%と、コバルト2〜20重
量%、好ましくは4〜10重量%とを有するものを挙げ
ることができる。
In the present invention, among the tungsten carbide type cemented carbides used as the base material, as a concrete example of a preferable composition, for example, in the cemented carbide having a composition of WC-TiC-Co, tungsten carbide 50-95. By weight, preferably 70-94% by weight, titanium carbide 1-30% by weight, preferably 2-20% by weight, and cobalt 2-20% by weight, preferably 4-10% by weight. You can

【0014】また、WC−TaC−Coの組成を有する
超硬合金では、炭化タングステン80〜93重量%、好
ましくは85〜92重量%と、炭化タンタル1〜20重
量%、好ましくは2〜10重量%と、コバルト3〜10
重量%、好ましくは4〜6重量%とを有するものを挙げ
ることができる。
Further, in a cemented carbide having a composition of WC-TaC-Co, 80 to 93% by weight of tungsten carbide, preferably 85 to 92% by weight, and 1 to 20% by weight of tantalum carbide, preferably 2 to 10% by weight. %, Cobalt 3-10
% By weight, preferably 4 to 6% by weight.

【0015】さらに、WC−Coの組成を有する超硬合
金としては、炭化タングステン90〜98重量%、好ま
しくは94〜97重量%と、コバルト2〜10重量%、
好ましくは3〜6重量%とを有するものを挙げることが
できる。
Further, as a cemented carbide having a composition of WC-Co, 90 to 98% by weight of tungsten carbide, preferably 94 to 97% by weight, and 2 to 10% by weight of cobalt,
Preferable examples thereof include those having 3 to 6% by weight.

【0016】前記炭化タングステン、前記炭化チタン、
前記炭化タンタルおよび前記コバルトは、特に純粋であ
る必要はなく、この発明の目的を達成するのに支障のな
い範囲であれば不可避的な不純物を含有していてもよ
い。
The tungsten carbide, the titanium carbide,
The tantalum carbide and the cobalt do not have to be particularly pure, and may contain inevitable impurities as long as the objects of the present invention are not impaired.

【0017】例えば、前記炭化タングステンにおいて
は、微量の過剰炭素、過剰金属、酸化物等の不純物等を
含有していてもよい。
For example, the tungsten carbide may contain a trace amount of excess carbon, excess metal, impurities such as oxides, and the like.

【0018】この発明における超硬合金はサーメットを
も含む概念として把握される。
The cemented carbide in the present invention is understood as a concept including cermet.

【0019】このサーメットとしては、例えば、Ti、
W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Zr、Hf等の炭化
物および窒化物に、Co、Ni、Cr、Mo、Fe等の
金属を燒結助材として含有しているサーメット材を挙げ
ることができ、一般にサーメット材として知られている
ものであれば、特に制限なく用いることができる。
As the cermet, for example, Ti,
Examples include cermet materials containing carbides and nitrides such as W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Zr, and Hf, and metals such as Co, Ni, Cr, Mo, and Fe as sintering aids. It can be used without particular limitation as long as it is generally known as a cermet material.

【0020】具体例としては、WC、Mo2 C、Cr3
2 、TaC、NbC、VC、TiC、ZrC、Hf
C、TaN、NbN、VN、TiN、ZrN、HfN、
Ta(C,O)、Ti(C,O)、Ti(N,O)、
(W,Ti)C、(W,Ta,Ti)C、(W,Ta,
Nb,Ti)C、Ti(C,N)、Ti(C,N,
O)、(Ti,Zr)C、(Ti,Zr)(C,N)等
に、燒結助材としてCoおよび/またはNiや、Coお
よび/またはNiの他にCr,Mo,Fe等を含有した
もの等を挙げることができる。
Specific examples include WC, Mo 2 C, Cr 3
C 2 , TaC, NbC, VC, TiC, ZrC, Hf
C, TaN, NbN, VN, TiN, ZrN, HfN,
Ta (C, O), Ti (C, O), Ti (N, O),
(W, Ti) C, (W, Ta, Ti) C, (W, Ta,
Nb, Ti) C, Ti (C, N), Ti (C, N,
O), (Ti, Zr) C, (Ti, Zr) (C, N), etc., contains Co and / or Ni as a sintering aid, and Cr, Mo, Fe, etc. in addition to Co and / or Ni. You can list the things that you did.

【0021】サーメットにつき上記とは別の表現をする
とすれば、次のような表現も可能である。
If the cermet is expressed differently from the above, the following expressions are also possible.

【0022】この発明に使用することのできるサーメッ
トとしては、TiCにWCやTaCやTiNを添加し、
結合相としてNiやMoを添加したものを言い、例えば
TiC−TaC−Ni、TiC−TaC−Mo、TiC
−TaC−Ni−Mo、TiC−TiN−Ni、TiC
−TiN−Mo、TiC−TiN−Ni−Mo、TiC
−TiN−TaC−WC−Ni、TiC−TiN−Ta
C−WC−Mo、TiC−TiN−TaC−WC−Ni
−Mo、TiN−TaN−Ni、TiN−TaN−M
o、TiN−TaN−Ni−Mo、TiC−TaN−N
i、TiC−TaN−Mo、TiC−TaN−Ni−M
o、TiC−Ni、TiC−Mo、TiC−Ni−M
o、TiC−Ni、TiC−Mo、TiC−Ni−M
o、TiC−TaN−Ni、TiC−TaN−Mo、T
iC−TaN−Ni−Mo等を挙げることができる。な
お、これらはその他の元素またはその炭化物および/ま
たは窒化物を含有していても良い。
As the cermet which can be used in the present invention, WC, TaC and TiN are added to TiC,
It means that Ni or Mo is added as a binder phase, for example, TiC-TaC-Ni, TiC-TaC-Mo, TiC.
-TaC-Ni-Mo, TiC-TiN-Ni, TiC
-TiN-Mo, TiC-TiN-Ni-Mo, TiC
-TiN-TaC-WC-Ni, TiC-TiN-Ta
C-WC-Mo, TiC-TiN-TaC-WC-Ni
-Mo, TiN-TaN-Ni, TiN-TaN-M
o, TiN-TaN-Ni-Mo, TiC-TaN-N
i, TiC-TaN-Mo, TiC-TaN-Ni-M
o, TiC-Ni, TiC-Mo, TiC-Ni-M
o, TiC-Ni, TiC-Mo, TiC-Ni-M
o, TiC-TaN-Ni, TiC-TaN-Mo, T
iC-TaN-Ni-Mo etc. can be mentioned. Note that these may contain other elements or their carbides and / or nitrides.

【0023】この発明における基材の形状については、
特に制限はない。
Regarding the shape of the substrate in the present invention,
There is no particular limitation.

【0024】前記基材は、例えば、前記燒結に際して予
め所望の形状にしておいてから燒結をすることができる
し、あるいは、前記燒結後、必要に応じて所望の形状に
加工してから、種々の用途、特にこの発明のダイヤモン
ド類被覆部材用の基材として用いることができる。
The base material can be, for example, formed into a desired shape in advance during the sintering, and then can be sintered, or after the sintering, the base material can be processed into a desired shape if necessary, and then variously processed. Can be used as a base material for the diamond-coated member of the present invention.

【0025】−敷板− この発明における敷板の材質は、アルミナ、ジルコニ
ア、マグネシア、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪
素、炭化ホウ素および炭素よりなる群から選択される。
前記材質の敷板を使用すると、明確な理由は判明してい
ないが、熱処理時の脱コバルト現象や結晶粒の粗大化、
内部歪みの緩和あるいは歪みの生成などの現象に起因す
ると考えられる変形や寸法変化が極めて小さくなる。と
ころが、h−BNで形成した敷板を使用すると、基材の
変形や寸法変化が著しくてこの発明の目的を達成するこ
とができない。
-Floor Plate- The material of the floor plate in the present invention is selected from the group consisting of alumina, zirconia, magnesia, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, boron carbide and carbon.
When using a floor board of the above material, the clear reason is not clear, but the cobalt removal phenomenon and coarsening of crystal grains during heat treatment,
Deformation and dimensional change that are considered to be caused by phenomena such as relaxation of internal strain or generation of strain are extremely small. However, when a floor plate made of h-BN is used, the base material is significantly deformed and the dimensions are changed, and the object of the present invention cannot be achieved.

【0026】これらのうち、前記アルミナとしてはα−
アルミナ、γ−アルミナ類、θ−アルミナ、χ−アルミ
ナ、κ−アルミナ、ρ−アルミナ等を挙げることができ
る。前記窒化ケイ素はα型およびβ型のいずれであって
も良く、また、窒化ケイ素としてサイアロンを使用する
こともできる。前記炭素としては、人造黒鉛および天然
黒鉛などのグラファイト、カーボンブラック、炭素繊維
複合材料などを挙げることができる。
Of these, the alumina is α-
Alumina, γ-alumina, θ-alumina, χ-alumina, κ-alumina, ρ-alumina and the like can be mentioned. The silicon nitride may be either α-type or β-type, and sialon may be used as the silicon nitride. Examples of the carbon include graphite such as artificial graphite and natural graphite, carbon black, and a carbon fiber composite material.

【0027】敷板の形状は特に制限がなく、基材を収容
する容器の形状に応じて設計される。たとえば、容器が
上部を開口する有底の円筒状をしているときには、この
敷板はこの容器の底面に配置することができるように円
盤状であり、容器が上部を開口する有底のバットである
ときには、この敷板はこの容器の底面に配置することが
できるように長方形ないし方形である。
The shape of the floor plate is not particularly limited, and is designed according to the shape of the container that contains the base material. For example, when the container has a bottomed cylindrical shape with an open top, this floor plate is disk-shaped so that it can be placed on the bottom of the container, and the container is a bottomed bat with an open top. At one time, the floor is rectangular or rectangular so that it can be placed on the bottom of the container.

【0028】敷板の厚みは、取り扱いの容易性あるいは
その強度等を勘案して適宜に選定することができるので
あるが、多くの場合、1〜10mmの範囲から適宜に選
択される。
The thickness of the floor plate can be appropriately selected in consideration of easiness of handling or strength thereof, but in many cases, it is appropriately selected from the range of 1 to 10 mm.

【0029】−加熱処理条件− この発明の方法では、前記敷板の上に基材を載置して加
熱処理を行う。
-Heat Treatment Conditions- In the method of the present invention, a substrate is placed on the floor plate and heat treatment is performed.

【0030】この加熱処理条件として、加熱温度範囲
は、通常600〜18,00℃の範囲から選択され、好
ましくは1,000〜1,600℃の範囲から選択され
る。加熱温度範囲が上記範囲内にあると、基材表面の改
質が十分に促進される。なお、加熱温度範囲が1,80
0℃よりも高いと、この発明の目的である基材の改質を
一応達成することができるのであるが、温度を上昇する
ことに見合う基材の改質効果が見られないことがある。
As the heat treatment conditions, the heating temperature range is usually selected from the range of 600 to 1800 ° C., preferably 1,000 to 1600 ° C. When the heating temperature range is within the above range, the modification of the substrate surface is sufficiently promoted. The heating temperature range is 1,80
If the temperature is higher than 0 ° C, the modification of the substrate, which is the object of the present invention, can be achieved for the time being, but the effect of modifying the substrate commensurate with increasing the temperature may not be observed.

【0031】基材を加熱処理するときの圧力は、通常1
-3Torr〜2,000気圧(ゲージ圧)であり、好
ましくは1Torr〜100気圧(ゲージ圧)である。
圧力が前記範囲内にあると基材の改質効果を一段と良く
達成することができる。
The pressure during heat treatment of the substrate is usually 1
The pressure is 0 -3 Torr to 2,000 atm (gauge pressure), preferably 1 Torr to 100 atm (gauge pressure).
When the pressure is within the above range, the effect of modifying the base material can be achieved much better.

【0032】基材を加熱処理するときの雰囲気として、
高真空下であっても良いのであるが、少量の窒素ガスの
存在する減圧下に行うか、あるいは低い窒素ガス分圧と
なるような窒素ガスとアルゴンなどの不活性ガスとの混
合ガス雰囲気下であるのが、基材表面の改質効果殊にこ
の加熱処理後の基材に対するダイヤモンド等の薄膜を形
成させた際のこれらの間の密着性の向上効果が大きいこ
とから、好適である。
As an atmosphere when the substrate is heat-treated,
It may be under high vacuum, but it should be performed under reduced pressure with a small amount of nitrogen gas, or under a mixed gas atmosphere of nitrogen gas and an inert gas such as argon so that the partial pressure of nitrogen gas is low. This is preferable because the effect of modifying the surface of the base material is large, especially when the thin film of diamond or the like is formed on the base material after the heat treatment to improve the adhesion between them.

【0033】基材とダイヤモンド等の薄膜との密着性向
上に寄与する窒素ガスの量としては、基材の種類や加熱
温度、処理時間などにより好適な量が異なるので、一義
的に決めることはできないが、通常1〜760Torr
の範囲から適宜に選択され、好ましくは1〜200To
rrである。
The amount of nitrogen gas that contributes to the improvement of the adhesion between the substrate and the thin film such as diamond varies depending on the type of substrate, the heating temperature, the treatment time, etc., so it cannot be uniquely determined. No, but usually 1 to 760 Torr
Is appropriately selected from the range of 1 to 200 To
rr.

【0034】基材の加熱処理時間は、通常30分間〜5
時間程度であるが、これに限らず、基材の種類、大きさ
等に応じて適宜に決定するのが良い。
The heat treatment time for the substrate is usually 30 minutes to 5 minutes.
Although it is about time, it is not limited to this and may be appropriately determined according to the type, size, etc. of the base material.

【0035】この発明の方法により基材を特定の材質か
らなる敷板の上に載置して加熱処理をすると、その理由
は明確ではないが、基材自体の変形や寸法変化を生じる
ことなくダイヤモンドなどの薄膜との密着性が向上す
る。
When the base material is placed on a floor plate made of a specific material and heat-treated by the method of the present invention, the reason for this is not clear, but the diamond itself is not deformed or dimensionally changed. Adhesion with a thin film such as is improved.

【0036】(2)ダイヤモンド被覆部材の製造方法 本願発明においては、上記のようにして熱処理された基
材の表面に、ダイヤンモンド類の薄層を被覆する。
(2) Method for producing diamond-coated member In the present invention, the surface of the substrate heat-treated as described above is coated with a thin layer of diamonds.

【0037】ここでいうダイヤモンド類とは、ダイヤモ
ンドの他に、ダイヤモンド状炭素を一部において含有す
るダイヤモンドおよびダイヤモンド状炭素を含む。
The diamonds referred to here include, in addition to diamond, diamond partially containing diamond-like carbon and diamond-like carbon.

【0038】ダイヤモンド類の薄層の形成方法として
は、従来から各種の方法が知られており、特に限定はな
いが、本発明の方法においては、以下に示すように、炭
素源ガスを使用する気相合成法を好適に採用することが
できる。
Various methods have been conventionally known as a method for forming a thin layer of diamonds, and there is no particular limitation. However, in the method of the present invention, a carbon source gas is used as shown below. The vapor phase synthesis method can be preferably adopted.

【0039】上記炭素源ガスとしては、例えば、メタ
ン、エタン、プロパン、ブタン等のパラフィン系炭化水
素;エチレン、プロピレン、ブチレン等のオレフィン系
炭化水素;アセチレン、アリレン等のアセチレン系炭化
水素;ブタジエン、アレン等のジオレフィン系炭化水
素;シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、
シクロヘキサン等の脂環式炭化水素;シクロブタジエ
ン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン等の芳
香族炭化水素;アセトン、ジエチルケトン、ベンゾフェ
ノン等のケトン類;メタノール、エタノール等のアルコ
ール類;このほかの含酸素炭化水素;トリメチルアミ
ン、トリエチルアミン等のアミン類;このほかの含窒素
炭化水素;炭酸ガス、一酸化炭素、過酸化炭素等を挙げ
ることができる。また前記各種の化合物を混合して使用
することもできる。
Examples of the carbon source gas include paraffinic hydrocarbons such as methane, ethane, propane and butane; olefinic hydrocarbons such as ethylene, propylene and butylene; acetylene hydrocarbons such as acetylene and allylene; and butadiene. Diolefin hydrocarbons such as allene; cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane,
Alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as cyclobutadiene, benzene, toluene, xylene, naphthalene; ketones such as acetone, diethyl ketone, benzophenone; alcohols such as methanol and ethanol; other oxygen-containing compounds Hydrocarbons; amines such as trimethylamine and triethylamine; other nitrogen-containing hydrocarbons; carbon dioxide gas, carbon monoxide, carbon peroxide and the like. Further, the above various compounds may be mixed and used.

【0040】これらの中でも、好ましいのはメタン、エ
タン、プロパン等のパラフィン系炭化水素、エタノー
ル、メタノール等のアルコール類、アセトン、ベンゾフ
ェノン等のケトン類、トリメチルアミン、トリエチルア
ミン等のアミン類、炭酸ガス、一酸化炭素であり、特に
一酸化炭素が好ましい。
Among these, preferred are paraffinic hydrocarbons such as methane, ethane and propane, alcohols such as ethanol and methanol, ketones such as acetone and benzophenone, amines such as trimethylamine and triethylamine, carbon dioxide, and It is carbon oxide, and carbon monoxide is particularly preferable.

【0041】なお、これらは一種単独で用いても良く、
二種以上を混合ガス等として併用してもよい。
Incidentally, these may be used alone,
You may use together 2 or more types as mixed gas.

【0042】また、これらは水素等の活性ガスやヘリウ
ム、アルゴン、ネオン、キセノン、窒素等の不活性ガス
と混合して用いても良い。
Further, these may be used as a mixture with an active gas such as hydrogen or an inert gas such as helium, argon, neon, xenon or nitrogen.

【0043】前記ダイヤモンド類の薄層の形成には、公
知の方法、例えば、CVD法、PVD法、PCVD法、
あるいはこれらを組み合わせた方法等、各種のダイヤモ
ンド類薄層気相合成法を使用することができ、これらの
中でも、通常、EACVD法を含めた各種の熱フィラメ
ント法、熱プラズマ法を含めた各種の直流プラズマCV
D法、熱プラズマ法を含めたマイクロ波プラズマCVD
法等を好適に使用することができる。
A known method for forming the thin layer of diamonds, for example, a CVD method, a PVD method, a PCVD method,
Alternatively, various diamond thin-layer vapor phase synthesis methods such as a combination thereof can be used. Among them, various hot filament methods including EACVD method and various methods including thermal plasma method are usually used. DC plasma CV
Microwave plasma CVD including D method and thermal plasma method
The method etc. can be used conveniently.

【0044】ダイヤモンド類の薄層の形成条件として
は、特に制限はなく、前記の気相合成法に通常用いられ
る反応条件を適用することができる。
The conditions for forming a thin layer of diamonds are not particularly limited, and the reaction conditions usually used in the above vapor phase synthesis method can be applied.

【0045】例えば、反応圧力としては、通常、10-6
〜103 Torrが好ましく、特に1〜800Torr
の範囲内であるのが好ましい。
For example, the reaction pressure is usually 10 -6
-10 3 Torr is preferable, and especially 1-800 Torr
It is preferably within the range.

【0046】反応圧力が10-6Torrよりも低い場合
には、ダイヤモンド類の薄層の形成速度が遅くなること
がある。また、103 Torrより高い場合には、10
3 Torrの時に得られる効果に比べて、それ以上の効
果がない。
When the reaction pressure is lower than 10 -6 Torr, the formation rate of a thin layer of diamonds may be slow. If it is higher than 10 3 Torr, 10
There is no more effect than that obtained at 3 Torr.

【0047】前記基材の表面温度としては、前記原料ガ
スの活性化手段等により異なるので、一概に規定するこ
とはできないが、通常、300〜1,000℃、好まし
くは、450〜950℃の範囲内にするのがよい。
The surface temperature of the base material cannot be unconditionally specified because it depends on the means for activating the raw material gas and the like, but it is usually 300 to 1,000 ° C., preferably 450 to 950 ° C. It should be within the range.

【0048】この温度が300℃よりも低い場合には、
結晶性のダイヤモンド類の薄層の形成が不十分になるこ
とがある。また、温度が1,000℃を超える場合にお
いては、形成されたダイヤモンド類の薄層のエッチング
およびダイヤモンドのグラファイト化が生じ易くなる。
If this temperature is lower than 300 ° C.,
Formation of a thin layer of crystalline diamonds may be inadequate. Further, when the temperature exceeds 1,000 ° C., etching of the formed thin layer of diamonds and graphitization of diamond are likely to occur.

【0049】反応時間としては、特に限定はなく、ダイ
ヤモンド類の薄層が所望の厚みとなるように、ダイヤモ
ンド類の薄層の形成速度に応じて適宜に設定するのが好
ましい。
The reaction time is not particularly limited, and it is preferable to appropriately set the reaction time according to the formation rate of the diamond thin layer so that the diamond thin layer has a desired thickness.

【0050】前記基材の表面に形成させるダイヤモンド
類の薄層の厚みは、ダイヤモンド類被覆部材の使用目的
等により異なるので一律に定めることはできないが、工
具の場合、通常は5μm以上、好ましくは、10〜50
μm以上が適当である。ダイヤモンド類の薄層が薄すぎ
る場合には、基材の表面を十分に被覆することができな
いことがある。このようにして、前記熱処理された基材
の表面にダイヤモンド薄層が形成される際に、熱処理に
伴う基材表層部の微細な凹凸の形成や、基材表層部のコ
バルト含量の低減、コバルトの拡散を防止する改質層の
形成などさまざまな要因により、基材表面とダイヤモン
ド類の薄層との密着性が向上する。
The thickness of the thin layer of diamonds formed on the surface of the base material cannot be uniformly set because it depends on the purpose of use of the diamond-coated member and the like, but in the case of tools, it is usually 5 μm or more, preferably , 10 to 50
A value of μm or more is suitable. If the thin layer of diamonds is too thin, it may not be possible to sufficiently coat the surface of the substrate. In this way, when a diamond thin layer is formed on the surface of the heat-treated substrate, formation of fine irregularities on the substrate surface layer portion due to heat treatment, reduction of cobalt content of the substrate surface layer portion, cobalt Adhesion between the substrate surface and the thin layer of diamonds is improved due to various factors such as the formation of a modified layer that prevents the diffusion of diamond.

【0051】以上のようにして、本発明の方法により、
ダイヤモンド類被覆部材を製造することができる。
As described above, according to the method of the present invention,
A diamond coated member can be manufactured.

【0052】[0052]

【実施例】以下に実施例を示して本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明を何等限定するものではない。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited thereto.

【0053】(実施例1〜5)縦12.7mm、横1
2.7mmおよび厚み3.18mmの寸法を有する基材
(JIS B4120の呼び記号;SPGN12030
8、成分組成;WC5%、Co2.5%、TiC92.
5%)および一辺の長さが15.5mmの菱形で、長角
35度、肉厚4.76mmである基材(JIS B41
20の呼び記号;VNGA150408、成分組成;W
C5%、Co2.5%、TiC92.5%)を、切削チ
ップの基材として使用した。
(Examples 1 to 5) Length 12.7 mm, width 1
A substrate having dimensions of 2.7 mm and a thickness of 3.18 mm (JIS B4120 nominal code; SPGN12030
8, composition: WC5%, Co2.5%, TiC92.
5%) and a rhombus with a side length of 15.5 mm, a long angle of 35 degrees, and a wall thickness of 4.76 mm (JIS B41).
20 number code: VNGA150408, composition: W
C5%, Co2.5%, TiC92.5%) was used as the base material for the cutting tip.

【0054】窒化硼素製の有底円筒型の坩堝の底に表1
に示す材質の敷板を敷き、その敷板の上に直接に前記基
材を載置した。
Table 1 is attached to the bottom of a bottomed cylindrical crucible made of boron nitride.
A base plate made of the material shown in 1 was laid, and the base material was placed directly on the base plate.

【0055】そして、表1に示す加熱処理条件の下で熱
処理を行った。加熱処理後の基材につき、表面形状測定
器およびダイヤルゲージを併用することにより、その反
りを評価した。結果を表1に示した。
Then, heat treatment was performed under the heat treatment conditions shown in Table 1. The warp of the substrate after the heat treatment was evaluated by using a surface shape measuring instrument and a dial gauge together. The results are shown in Table 1.

【0056】次に、この加熱処理済みの基板を、ダイヤ
モンド合成反応管内の基板支持台に載せ、一酸化炭素ガ
スを15容量%含有する一酸化炭素ガスと水素ガスとの
混合ガスを反応管に流通させた。その後、周波数2.4
5GHzのマイクロ波を導入して、プラズマCVD法に
よるダイヤモンドの形成を行なった。
Next, this heat-treated substrate is placed on a substrate support in a diamond synthesis reaction tube, and a mixed gas of carbon monoxide gas containing 15% by volume of carbon monoxide gas and hydrogen gas is introduced into the reaction tube. Distributed. Then frequency 2.4
A microwave of 5 GHz was introduced to form diamond by the plasma CVD method.

【0057】なお、反応管内の圧力は40Torr、基
板の温度は900℃であり、10時間かけて反応を行な
った。その結果、ダイヤモンド膜が基材の表面上に形成
された。
The pressure in the reaction tube was 40 Torr, the temperature of the substrate was 900 ° C., and the reaction was carried out for 10 hours. As a result, a diamond film was formed on the surface of the base material.

【0058】得られたダイヤモンド被覆部材につき、ロ
ックウエル試験機による100kgf荷重での圧痕テス
トを行ってダイヤモンド膜の基材に対する密着性を評価
した。その結果、圧痕テストによる基材表面の剥離面積
は、いずれも0.1mm2 以下であり、密着性は良好で
あった。
The diamond-coated member thus obtained was subjected to an indentation test with a Rockwell tester under a load of 100 kgf to evaluate the adhesion of the diamond film to the substrate. As a result, the peeled area on the surface of the base material by the indentation test was 0.1 mm 2 or less, and the adhesion was good.

【0059】(比較例1〜4)敷板を使用しなかった外
は前記実施例におけるのと同様の基材を用いて、表1に
示す加熱処理条件にて熱処理を行った。熱処理後の基材
の反りを前記実施例1におけるのと同様にして評価し
た。その結果を表1に示した。
(Comparative Examples 1 to 4) Heat treatment was performed under the heat treatment conditions shown in Table 1 using the same base material as in the above example except that the floor plate was not used. The warpage of the substrate after the heat treatment was evaluated in the same manner as in Example 1 above. The results are shown in Table 1.

【0060】[0060]

【表1】 [Table 1]

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明の方法によると、加熱処理を行っ
ても基材に反りや寸法変化を生じさせることのない基材
の加熱方法を提供することができる。また、このような
加熱処理をした基材を使用することにより、寸法精度が
良く、密着性の良好なダイヤモンド膜を有するダイヤモ
ンド被覆部材の製造方法を提供することができる。
According to the method of the present invention, it is possible to provide a method for heating a base material which does not cause warpage or dimensional change in the base material even if heat treatment is performed. Further, by using such a heat-treated base material, it is possible to provide a method for manufacturing a diamond-coated member having a diamond film having good dimensional accuracy and good adhesion.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 容器内に配置された、アルミナ、ジルコ
ニア、マグネシア、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化
珪素、炭化ホウ素および炭素よりなる群から選択される
材質の敷板の上に載置した超硬合金製の基材を加熱処理
することを特徴とする基材の熱処理方法。
1. A cemented carbide placed on a floor plate made of a material selected from the group consisting of alumina, zirconia, magnesia, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, boron carbide and carbon, which is placed in a container. A heat treatment method for a base material, which comprises heat-treating a base material made of metal.
【請求項2】 前記加熱処理が基材を600〜1,80
0℃に加熱する処理である前記請求項1に記載の基材の
熱処理方法。
2. The base material subjected to the heat treatment is 600 to 1,80.
The heat treatment method for a substrate according to claim 1, wherein the heat treatment is performed at 0 ° C.
【請求項3】 前記加熱処理が窒素含有ガスの雰囲気下
で行われる前記請求項1または2に記載の基材の熱処理
方法。
3. The heat treatment method for a substrate according to claim 1, wherein the heat treatment is performed in a nitrogen-containing gas atmosphere.
【請求項4】 前記請求項3に記載の熱処理方法により
加熱処理された基材の表面に、気相法によりダイヤモン
ド薄膜を形成することを特徴とするダイヤモンド被覆部
材の製造方法。
4. A method for producing a diamond-coated member, which comprises forming a diamond thin film on the surface of a substrate heat-treated by the heat treatment method according to claim 3 by a vapor phase method.
JP5852093A 1993-03-18 1993-03-18 Method for heat-treating base material and production of diamond-coated member Withdrawn JPH06272045A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100311940B1 (en) * 1999-08-10 2001-11-14 민병성 Method for diamond like carbon coating to drill bit and router bit
KR100619593B1 (en) * 2004-12-16 2006-09-07 재단법인 포항산업과학연구원 METHOD OF POST HEAT-TREATMENT FOR THE IMPROVEMENT IN WEAR-RESISTANCE OF NANO-STRUCTURED WC-Co COATINGS
CN112195390A (en) * 2019-07-08 2021-01-08 常州西利合金工具有限公司 Material for preparing hard alloy cutter

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