JPH07148623A - Diamond coating method and diamond coating tool - Google Patents

Diamond coating method and diamond coating tool

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JPH07148623A
JPH07148623A JP9436594A JP9436594A JPH07148623A JP H07148623 A JPH07148623 A JP H07148623A JP 9436594 A JP9436594 A JP 9436594A JP 9436594 A JP9436594 A JP 9436594A JP H07148623 A JPH07148623 A JP H07148623A
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JP
Japan
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substrate
diamond
group
intermetallic compound
coating
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Application number
JP9436594A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiji Watabiki
誠次 綿引
Yukio Saito
幸雄 斉藤
Nobuhiko Shima
順彦 島
Megumi Eto
恵 江藤
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Hitachi Ltd
Moldino Tool Engineering Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Tool Engineering Ltd
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Publication date
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  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To increase adhesivity between a cemented caribide base substrate and a diamond film by forming an intermetallic compound in a space from a base substrate composed of a bond phase and a dispersion phase toward its inner side, and forming a diamond film by a vapor-phase synthesizing method thereafter. CONSTITUTION:In order to coat diamonds over the surface of a base substrate 1, the base substrate 1 is so constituted as to contain a dispersion phase including at least one kind from the group consisting of carbide and nitride of a IVa, a Va and a VI family metal in the periodic table, and of mutual solid solution of these materials, and contain a bond phase including at least one kind from the group consisting of Co, Ni, Fe and Cr. Next, an intermetallic compound 4 including bond phase elements is formed over the surface layer section of the base substrate 1 by immersing the base substrate 1 in solution containing elements which form the aforesaid bond elements and intermetallic compounds out of a III, a V and a VI family metal, and a diamond film 3 is coated thereon by a vapor-phase synthesizing method thereafter. Boron is used as an element forming bond phase elements and intermetallic compounds.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンド膜のコー
ティング方法およびこれを用いて製造したダイヤモンド
コーティング工具に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for coating a diamond film and a diamond coating tool manufactured by using the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイヤモンドは、高硬度で、かつ、周期
律表のIB、IIB、IIIB族金属及びこれらの合金等の
軟質金属と殆ど反応しないという特性を有しているの
で、高圧法で製造される粉末ダイヤモンドは上記の軟質
金属を高速で切削する工具として広く実用に供されてい
る。
2. Description of the Related Art Diamond has a high hardness and has a characteristic that it hardly reacts with soft metals such as Group IB, IIB and IIIB metals of the Periodic Table and alloys thereof. The powdered diamond thus obtained is widely put to practical use as a tool for cutting the above soft metal at high speed.

【0003】ところで、近年、炭化水素、酸素、窒素な
どを含む有機化合物ガスに水素ガスを混合し、これをプ
ラズマ等の励起状態にして、金属等の基体の表面にダイ
ヤモンドを析出させる技術が開発された(以下”気相合
成法”という)。この技術を用いて工具基体の表面にダ
イヤモンドを被覆したダイヤモンドコーティング工具
は、従来の高価なダイヤモンドの単結晶や焼結体を用い
た工具に代わる安価なダイヤモンド工具としてその実用
化が期待されている。
By the way, in recent years, a technique has been developed in which hydrogen gas is mixed with an organic compound gas containing hydrocarbon, oxygen, nitrogen, etc., and this is excited into plasma or the like to deposit diamond on the surface of a substrate such as metal. (Hereinafter referred to as "gas phase synthesis method"). A diamond-coated tool in which the surface of the tool substrate is coated with diamond using this technology is expected to be put to practical use as an inexpensive diamond tool that replaces the conventional tools using expensive single crystals of diamond or sintered bodies. .

【0004】この気相合成法を利用して、ダイヤモンド
コーティング工具を作製しようとする試みは数多く行わ
れている。ダイヤモンドを被覆する基体としては、 (1)超硬合金(特開昭61−242996号公報) (2)セラミックス(特開昭57−95881号公報) (3)サーメット(特開昭61−52363号公報)等
が用いられる。
Many attempts have been made to produce diamond coating tools by utilizing this vapor phase synthesis method. As a substrate for coating diamond, (1) cemented carbide (JP-A-61-242996) (2) ceramics (JP-A-57-95881) (3) cermet (JP-A-61-52363) Gazette) etc. are used.

【0005】これらのコーティング面の処理技術として
は、ダイヤモンド砥粒や砥石で研磨したり(特開昭60
−86096号公報)、超音波を利用してダイヤモンド
砥粒を振動させたり(特開昭62−67174号公報)
して、基体表面に傷を付けることが行われている。
Techniques for treating these coated surfaces include polishing with diamond abrasive grains or a whetstone (Japanese Patent Laid-Open No. Sho 60).
-86096), and vibrating diamond abrasive grains using ultrasonic waves (Japanese Patent Laid-Open No. 62-67174).
Then, the surface of the substrate is scratched.

【0006】超硬合金、サーメット等を基体とした場合
には、それぞれの基体の硬質分散相の結合相である鉄族
等の金属(例えば、Fe,Ni,Co,Cr)上に無定
形炭素が析出し、結晶性のダイヤモンドを析出させるこ
とが困難である。そのため、基体表層の鉄族等の元素を
酸等でエッチング除去(特開昭63−100182号公
報)することが行われている。
When cemented carbide, cermet or the like is used as a base, amorphous carbon is formed on a metal such as iron group (for example, Fe, Ni, Co, Cr) which is the binding phase of the hard dispersed phase of each base. Are deposited, and it is difficult to deposit crystalline diamond. Therefore, elements such as the iron group on the surface layer of the substrate are removed by etching with an acid or the like (Japanese Patent Laid-Open No. 63-100182).

【0007】また、基体が超硬合金の場合にはCo含有
量の少ないダイヤモンドコーティング専用の母材が用い
られたり(特開昭62−57804号公報)、基体とダ
イヤモンド層の間に中間層を設けたり(特開昭58−1
26972号公報)することが行われている。
When the substrate is a cemented carbide, a base material dedicated to diamond coating having a low Co content is used (Japanese Patent Laid-Open No. 62-57804), or an intermediate layer is provided between the substrate and the diamond layer. Installation (Japanese Patent Laid-Open No. 58-1
26972).

【0008】超硬合金基体にダイヤモンドをコーティン
グし、これを切削工具として用いる場合の最大の問題
は、基体とダイヤモンド皮膜との密着性である。この問
題についても以下のような様々な提案がなされている。
The biggest problem in coating a cemented carbide substrate with diamond and using it as a cutting tool is the adhesion between the substrate and the diamond film. The following various proposals have been made for this problem as well.

【0009】特開平5ー65646号には、基体の表面
から内部に向かって100μm以下の表面層における結
合相に金属間化合物を含有させた後、ダイヤモンド及び
/またはダイヤモンド状カーボンの被膜を形成して、ダ
イヤモンドコーティング切削工具を製造する技術が開示
されている。基体表層部における結合相に金属間化合物
を含有させるのは、金属間化合物が被膜形成初期におけ
るグラファイトの発生を抑制して、ダイヤモンドの核発
生を密にし、基体とダイヤモンド被膜との密着性を高め
るためである。この場合の、具体的な製造方法として次
に述べる製法(A),(B)の二つが提示されている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 5-65646, an intermetallic compound is contained in a binder phase in a surface layer of 100 μm or less from the surface of a substrate to the inside, and then a coating film of diamond and / or diamond-like carbon is formed. A technique for manufacturing a diamond-coated cutting tool is disclosed. The inclusion of the intermetallic compound in the binder phase in the surface layer of the substrate suppresses the generation of graphite in the early stage of film formation by the intermetallic compound, densely nucleates diamond nuclei, and enhances the adhesion between the substrate and the diamond film. This is because. In this case, the following two manufacturing methods (A) and (B) are presented as specific manufacturing methods.

【0010】製法(A) WCーCo系の超硬合金基体表面にスパッター法により
Alを被覆する。この後、真空中、1400℃の条件で
加熱し、基体表層部にCoAlの金属間化合物相を含有
させ、その表面にマイクロ波プラズマCVD法によりダ
イヤモンド膜を被覆する。
Manufacturing method (A) The surface of a WC-Co type cemented carbide substrate is coated with Al by a sputtering method. After that, the substrate is heated in vacuum at 1400 ° C. to contain a CoAl intermetallic compound phase in the surface layer of the substrate, and the surface thereof is coated with a diamond film by a microwave plasma CVD method.

【0011】製法(B) 金属間化合物の粉末(あるいは、金属間化合物の前駆体
を含有した粉末)と、超硬合金基体を構成する硬質相形
成粉末と、硬質相形成粉末を結合する粉末と、から成る
圧粉体を焼結する。この焼結時に、拡散によって、基体
表層部に金属間化合物を含有させる。次いで、気相法で
ダイヤモンド被膜を形成する。
Production Method (B) Powder of intermetallic compound (or powder containing precursor of intermetallic compound), hard phase forming powder constituting a cemented carbide substrate, and powder binding hard phase forming powder. Sinter the green compact consisting of. At the time of this sintering, the intermetallic compound is contained in the surface layer of the substrate by diffusion. Then, a diamond film is formed by the vapor phase method.

【0012】また、特開平2ー101167号には、マ
イクロ波プラズマCVD法を用いる技術について開示さ
れている。つまり、WCーCo系超硬合金基体を反応室
内に設置し、反応室内の圧力40Torr、基体温度9
00℃の条件下で、且つ揮発性硼素化合物存在下で、マ
イクロ波プラズマCVD法により20分処理して被ダイ
ヤモンド膜形成面にCoと硼素の金属間化合物を形成す
る。この後、その表面にマイクロ波プラズマCVD法に
よりダイヤモンド膜を被覆するというものである。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 2-101167 discloses a technique using a microwave plasma CVD method. That is, a WC-Co based cemented carbide substrate is installed in the reaction chamber, the pressure in the reaction chamber is 40 Torr, and the substrate temperature is 9 Torr.
Under the condition of 00 ° C. and in the presence of a volatile boron compound, microwave plasma CVD is performed for 20 minutes to form an intermetallic compound of Co and boron on the diamond film formation surface. After that, the surface is coated with a diamond film by a microwave plasma CVD method.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来技術
(特開昭63−100182号)は、表面層から結合層
である鉄族等の元素を除去してしまうために、界面層が
脆くなり、基体とダイヤモンドコーティング膜との接着
強度が十分でないために、Al−Si合金等の軽合金を
切削すると切削途中でダイヤモンド膜が剥離してしまう
という欠点がある。従って工具寿命が短く、広範な実用
には供せられないと云う問題があった。
However, in the above-mentioned conventional technique (Japanese Patent Laid-Open No. 63-100182), the interface layer becomes brittle because elements such as the iron group, which is the binding layer, are removed from the surface layer. However, since the adhesive strength between the substrate and the diamond coating film is not sufficient, there is a drawback that the diamond film peels off during cutting when a light alloy such as an Al-Si alloy is cut. Therefore, there is a problem that the tool life is short and it cannot be used for a wide range of practical applications.

【0014】さらに、特開平5−65646号の製法
(A)は、基体形状が複雑であったり、三次元曲面であ
ったりした場合、Alの被覆厚みを均一に被覆すること
が出来ない。このため、基体表面から内部に向かって均
一深さに金属間化合物層を含有させることができず、基
体表面の強度及び硬度が位置により異なってしまうとい
う欠点がある。その結果、内部歪が生じ易く、ダイヤモ
ンド膜が剥離しやすいという問題点があった。また、本
製造法は基体表層部に金属間化合物を含有させるための
前工程において高価なスパッター装置を用いている。さ
らに、Alを被覆する工程、金属間化合物を形成するた
めの加熱処理をする工程、そしてダイヤモンド膜を被覆
する工程が必要で、製造工程が長く、製造コストが高く
なるという問題点があった。
Further, in the production method (A) of JP-A-5-65646, the Al coating thickness cannot be uniformly coated when the substrate has a complicated shape or a three-dimensional curved surface. Therefore, the intermetallic compound layer cannot be contained at a uniform depth from the surface of the substrate to the inside, and the strength and hardness of the substrate surface vary depending on the position. As a result, there is a problem that internal strain is likely to occur and the diamond film is easily peeled off. Further, in the present manufacturing method, an expensive sputtering device is used in the previous step for containing the intermetallic compound in the surface layer of the substrate. Furthermore, the steps of coating Al, performing a heat treatment for forming an intermetallic compound, and coating a diamond film are required, which causes a problem that the manufacturing process is long and the manufacturing cost is high.

【0015】特開平5−65646号の製法(B)で
は、基体表面から内部に向かってμm単位の精度で金属
間化合物を含有させることが極めて困難であるため、基
体表層部ではその位置によって機械的性質及び物理的性
質が異なってしまう。そのため、内部歪が生じやすく、
ダイヤモンド被膜が剥離し易いという問題点があった。
According to the production method (B) of JP-A-5-65646, it is extremely difficult to incorporate the intermetallic compound from the surface of the substrate toward the inside with an accuracy of the μm unit. Physical and physical properties are different. Therefore, internal distortion is likely to occur,
There is a problem that the diamond film is easily peeled off.

【0016】特開平2−101167号では、反応圧力
が40Torrと小さく且つ処理時間が20分と短いた
め、基体表層部に生成するCoと硼素の金属間化合物は
僅かで、基体表層部には結合相の金属Coが多量に残留
する。このため、ダイヤモンド被膜形成初期におけるグ
ラファイトの発生を抑制できず、基体とダイヤモンド被
膜との密着性を十分に高めることができなかった。その
ため、工具寿命が短く、広範な実用には供せられないと
云う問題があった。例えば、AlーSi合金等の軽合金
を高速切削すると、切削途中で基体表層部からダイヤモ
ンド膜が剥離してしまうこともあった。また、設備費の
高いCVD装置を用いるため、製造コストが高くなると
いう問題点があった。
In JP-A-2-101167, since the reaction pressure is as small as 40 Torr and the treatment time is as short as 20 minutes, the amount of the intermetallic compound of Co and boron formed in the surface layer of the substrate is small, and the compound is bonded to the surface layer of the substrate. A large amount of metallic Co in the phase remains. For this reason, it was not possible to suppress the generation of graphite in the initial stage of diamond coating formation, and it was not possible to sufficiently enhance the adhesion between the substrate and the diamond coating. Therefore, there is a problem that the tool life is short and the tool cannot be widely used. For example, when a light alloy such as an Al-Si alloy is cut at a high speed, the diamond film may be separated from the surface layer of the substrate during cutting. In addition, there is a problem that the manufacturing cost becomes high because a CVD apparatus having high equipment cost is used.

【0017】本発明の目的は、基体との密着性を高めた
ダイヤモンドのコーティング方法を提供することにあ
る。
It is an object of the present invention to provide a diamond coating method with improved adhesion to a substrate.

【0018】本発明の目的は、超硬合金基体とダイヤモ
ンド被膜との密着性を高め、AlーSi合金等の軽合金
を高速で切削でき、かつ、長寿命のダイヤモンドコーテ
ィング切削工具およびその製造法を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to improve the adhesion between a cemented carbide substrate and a diamond coating, to cut a light alloy such as an Al-Si alloy at high speed, and to provide a long-life diamond-coated cutting tool and a method for producing the same. To provide.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、超硬合金
の基体の表層部における結合相に、結合相元素を含んで
なる金属間化合物を形成する方法について種々検討し
た。本発明は、その結果としてなされたものである。
The present inventors have conducted various studies on methods for forming an intermetallic compound containing a binder phase element in the binder phase in the surface layer of a cemented carbide substrate. The present invention has been made as a result.

【0020】本発明の概要を図1を用いて説明する。The outline of the present invention will be described with reference to FIG.

【0021】結合相と分散相とからなる基体1(図1
(a)参照)の表面から、その内側に向かって金属間化
合物4を形成させる(図1(b)参照)。そして、その
後、ダイヤモンド膜3を気相合成法によって形成させ
る。
A substrate 1 composed of a binder phase and a dispersed phase (see FIG. 1)
The intermetallic compound 4 is formed from the surface (see (a)) toward the inside (see FIG. 1B). Then, after that, the diamond film 3 is formed by the vapor phase synthesis method.

【0022】以下、詳細に説明する。The details will be described below.

【0023】本発明のダイヤモンドコーティング切削工
具の超硬合金の基体には、周規律表の第IVa、Va、
VIa族金属の炭化物,窒化物、これらの相互固溶体か
らなる群のうちの少なくとも1種以上を含んだ分散相
と、Co,Ni,Fe,Crからなる群のうちの少なく
とも1種以上を含んだ結合相と、からなるものを使用す
る。
The cemented carbide substrate of the diamond-coated cutting tool of the present invention includes the IVa, Va, and
A dispersed phase containing at least one kind of a group consisting of carbides and nitrides of VIa group metals and their mutual solid solutions, and at least one kind of a group consisting of Co, Ni, Fe and Cr. A binder phase and one consisting of are used.

【0024】結合相元素(Co,Ni,Fe,Cr)と
金属間化合物を作る元素としては、周期律表のIII、I
V、V、VI族の元素、例えばIn、Sb、Sn、V、
Zr、W、Ta,B等が上げられる。
The elements forming the intermetallic compound with the binder phase elements (Co, Ni, Fe, Cr) are III and I in the periodic table.
V, V, VI group elements such as In, Sb, Sn, V,
Zr, W, Ta, B, etc. are raised.

【0025】上記結合相元素と硼素元素との金属間化合
物には、CoIn2、CoIn、Co3In2、CoS
3、CoSb2、CoSb、CoSn、CoV、CoV
3、Co3V、Co3W、Co76、Co2Ta、Ni8
a、Ni3Ta、Ni2Ta、NiTa、NiTa、Ni
3、Ni2V、Ni3V、Ni4W、NiZr、NiZr
2、FeW、FeZr2、CrSb、Cr2Ta、ZrC
2,CoB,Co2B,Co3B,CoB2,NiB,N
2B,Ni3B,Ni43,CrB,Cr2B,Cr5
3,CrB,Cr34,CrB2,Fe2B,FeB等が
上げられる。この中でも特に、CoB,Co2B,Co3
B,CoB2,NiB,Ni2B,Ni3B,Ni43
CrB,Cr2B,Cr53,CrB,Cr34,Cr
2,Fe2B,FeBが,耐熱性、耐摩耗性、さらに
は、生成可能なダイヤモンド膜の均一性等の点からみて
好ましい。なお、図1においては、基体1の表面の全面
に金属間化合物4が形成されているかのごとく描いてい
る。しかし、極微少領域ごとに厳密にみた場合には、金
属間化合物は、結合相元素が存在する部分にのみ形成さ
れる。
CoIn 2 , CoIn, Co 3 In 2 , and CoS are intermetallic compounds of the above-mentioned binder phase element and boron element.
b 3 , CoSb 2 , CoSb, CoSn, CoV, CoV
3 , Co 3 V, Co 3 W, Co 7 W 6 , Co 2 Ta, Ni 8 T
a, Ni 3 Ta, Ni 2 Ta, NiTa, NiTa, Ni
V 3 , Ni 2 V, Ni 3 V, Ni 4 W, NiZr, NiZr
2 , FeW, FeZr 2 , CrSb, Cr 2 Ta, ZrC
r 2 , CoB, Co 2 B, Co 3 B, CoB 2 , NiB, N
i 2 B, Ni 3 B, Ni 4 B 3 , CrB, Cr 2 B, Cr 5 B
3, CrB, Cr 3 B 4 , CrB 2, Fe 2 B, FeB , and the like. Among these, especially CoB, Co 2 B, Co 3
B, CoB 2 , NiB, Ni 2 B, Ni 3 B, Ni 4 B 3 ,
CrB, Cr 2 B, Cr 5 B 3 , CrB, Cr 3 B 4 , Cr
B 2 , Fe 2 B, and FeB are preferable from the viewpoints of heat resistance, wear resistance, and uniformity of the diamond film that can be formed. In FIG. 1, it is drawn as if the intermetallic compound 4 is formed on the entire surface of the substrate 1. However, when viewed strictly for each extremely small area, the intermetallic compound is formed only in the portion where the binder phase element is present.

【0026】形成する金属間化合物の融点または分解温
度は、工具としての使用目的からみた場合、できるだけ
高い方が好ましい。これは、例えば、AlーSi等の軽
合金を高速切削する場合には、切削抵抗が大きく多量の
発熱を伴うため、ダイヤモンドコーティング切削工具の
温度も相当上昇するからである。融点等が該加工時の温
度よりも低いと、上記金属間化合物が分解または融解し
てダイヤモンド膜が剥離してしまうために、工具寿命が
短くなる。なお、参考のため、結合相元素、分散相元
素、各種金属間化合物等の融点を表1に示す。
The melting point or decomposition temperature of the intermetallic compound formed is preferably as high as possible in view of the purpose of use as a tool. This is because, for example, when cutting a light alloy such as Al-Si at high speed, the cutting resistance is large and a large amount of heat is generated, so that the temperature of the diamond-coated cutting tool also rises considerably. If the melting point or the like is lower than the temperature at the time of processing, the intermetallic compound is decomposed or melted and the diamond film is peeled off, so that the tool life is shortened. For reference, melting points of the binder phase element, dispersed phase element, various intermetallic compounds, etc. are shown in Table 1.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】形成する金属間化合物の硬度は、結合相元
素(本発明においては、Co,Ni,Fe,Cr)の硬
度と同じかあるいは高いことが望ましい。より具体的に
数値で言えば、例えば、ビッカース硬度1000〜30
00HVであってもよい。これは、切削が、ワークとダ
イヤモンドコーティング切削工具との間に強い圧縮応力
が働いた状態で進行するからである。該圧縮応力は、例
えば、AlーSiなどの硬い軽合金を切削する場合に特
に強くなる。金属間化合物の硬度が、Co等よりも低い
と、上記結合相の金属間化合物に歪が生じ、ダイヤモン
ド膜が剥離してしまうために、工具寿命が短くなる。な
お、参考のため、結合相元素、分散相元素、各種金属間
化合物等の硬度を表2、表3に示す。また、表3には、
本発明を適用して硼素を含んだ金属間化合物をその表層
に形成した基体(WC+Co)と、該金属間化合物を設
けていない基体(WC+Co)との硬度も示した。
The hardness of the intermetallic compound formed is preferably the same as or higher than the hardness of the binder phase elements (Co, Ni, Fe, Cr in the present invention). More specifically, for example, Vickers hardness of 1000 to 30
It may be 00HV. This is because the cutting proceeds in the state where a strong compressive stress acts between the work and the diamond-coated cutting tool. The compressive stress becomes particularly strong when cutting a hard light alloy such as Al-Si. If the hardness of the intermetallic compound is lower than that of Co or the like, the intermetallic compound of the binder phase is distorted and the diamond film is peeled off, resulting in a shorter tool life. For reference, hardnesses of the binder phase element, the dispersed phase element, various intermetallic compounds, etc. are shown in Tables 2 and 3. Also, in Table 3,
The hardness of a substrate (WC + Co) formed by applying the present invention to the surface layer of an intermetallic compound containing boron and a substrate (WC + Co) not provided with the intermetallic compound are also shown.

【0029】[0029]

【表2】 [Table 2]

【0030】[0030]

【表3】 [Table 3]

【0031】深さ方向についての上記金属間化合物の分
布は、いわゆる傾斜組成になっていることが望ましい。
基体の内部と表面層との間での強度及び硬度の差が大き
いため、傾斜組成にしなければ、内部歪が生じる。その
結果、ダイヤモンド被膜の密着性を高めることが出来て
も、切削作業をしている過程で、ダイヤモンド膜が金属
間化合物を含有している基体表層部より剥離してしまい
やすくなる。
The distribution of the intermetallic compound in the depth direction preferably has a so-called gradient composition.
Since there is a large difference in strength and hardness between the inside of the substrate and the surface layer, internal strain occurs unless the composition is graded. As a result, even if the adhesion of the diamond film can be improved, the diamond film is likely to peel off from the surface layer of the substrate containing the intermetallic compound during the cutting work.

【0032】金属間化合物層の厚さがあまりに薄くて
は、ダイヤモンド被膜形成初期におけるグラファイトの
析出抑制効果が小さく、基体と被膜との密着性を高める
ことが出来ない。一方、厚すぎては、切削作業をしてい
る過程の発熱で、基体の内部と表面層との間に大きな熱
歪が生じ、金属間化合物を含有している基体表層部が剥
離してしまいやすくなる。また、層を厚くするには製造
において長時間を必要とし、ダイヤモンドコーティング
切削工具を安価に製造することが出来ない。これらの観
点からみた場合、金属間化合物相の厚さが1mmを越え
るのは好ましくないと思われる。
If the thickness of the intermetallic compound layer is too thin, the effect of suppressing the precipitation of graphite in the initial stage of diamond coating formation is small, and the adhesion between the substrate and the coating cannot be improved. On the other hand, if it is too thick, the heat generated during the cutting operation causes a large thermal strain between the inside of the substrate and the surface layer, and the surface layer of the substrate containing the intermetallic compound peels off. It will be easier. In addition, it takes a long time to manufacture a thick layer, and a diamond-coated cutting tool cannot be manufactured at low cost. From these viewpoints, it seems that the thickness of the intermetallic compound phase exceeds 1 mm.

【0033】次に、金属間化合物を基体表層部に含有さ
せる本発明の方法を4つ説明する。ここでは、硼素を例
にとって説明を行う。
Next, four methods of the present invention for incorporating an intermetallic compound in the surface layer of the substrate will be described. Here, description will be given taking boron as an example.

【0034】[方法1]基体を、金属硼素(あるいは、
硼素化合物)と、ボロン供給調整剤と、硼化物形成促進
剤との混合粉末に埋めて、700〜1400℃で加熱す
る。この場合に使用する硼素化合物としては、B4C,
フェロボロンが好ましい。なお、硼素化合物は、1種類
である必要はなく、複数種類の硼素化合物が含まれてい
てもよい。また、金属硼素と、硼素化合物との両方が含
まれていてもよい。ボロン供給調整剤としては、融点が
高く、かつ、反応に関与しない材料(例えば、炭化珪
素、酸化アルミニウム)がよい。ボロン供給調整剤は、
硼素の拡散速度を調整(この場合、抑制)するためのも
のである。硼化物形成促進剤としては、塩化物(例え
ば、NaCl、KCl,NH4Cl)、炭酸塩(例え
ば、Na2CO3)、弗化物(例えば、BaF2,BF,
NaBF,KBF4,(NH4)BF4)等が上げられ
る。
[Method 1] Metallic boron (or
It is embedded in a mixed powder of a boron compound), a boron supply regulator, and a boride formation accelerator, and heated at 700 to 1400 ° C. The boron compound used in this case is B 4 C,
Ferroboron is preferred. It should be noted that the boron compound does not have to be of one type, and may contain a plurality of types of boron compounds. Further, both metallic boron and a boron compound may be contained. As the boron supply regulator, a material having a high melting point and not participating in the reaction (for example, silicon carbide or aluminum oxide) is preferable. Boron supply regulator
This is for adjusting (in this case, suppressing) the diffusion rate of boron. Examples of the boride formation promoter include chloride (eg, NaCl, KCl, NH 4 Cl), carbonate (eg, Na 2 CO 3 ), fluoride (eg, BaF 2 , BF,
NaBF, KBF 4 , (NH 4 ) BF 4 ) and the like are raised.

【0035】[方法2]金属間化合物製造の他の方法と
しては、少なくとも1種類の硼素化合物と、硼化物形成
促進剤との混合融液に浸漬する方法でもよい。この場合
に使用する硼素化合物としては、Na247・10H2
O,Na247,B23,HBO2,B4C,NaBF
等が上げられる。また、金属硼素と、硼素化合物との両
方が含まれていてもよい。この場合の、硼化物形成促進
剤としては、塩化物(例えば、NaCl,BaC
2)、炭酸塩(例えば、Na2CO3)、弗化物(例え
ば、BaF2,BF,NaBF,KBF4,(NH4)B
4)等が上げられる。なお、この方法2においても、
上記混合融液に上記方法1と同様の観点からボロン供給
調整剤を含めてもよい。
[Method 2] As another method for producing an intermetallic compound, a method of immersing in a mixed melt of at least one type of boron compound and a boride formation accelerator may be used. The boron compound used in this case is Na 2 B 4 O 7 · 10H 2
O, Na 2 B 4 O 7 , B 2 O 3 , HBO 2 , B 4 C, NaBF
Etc. are raised. Further, both metallic boron and a boron compound may be contained. In this case, the boride formation promoter may be a chloride (eg, NaCl, BaC).
l 2 ), carbonate (eg, Na 2 CO 3 ), fluoride (eg, BaF 2 , BF, NaBF, KBF 4 , (NH 4 ) B)
F 4 ) etc. can be raised. In addition, also in this method 2,
From the same viewpoint as in Method 1, the mixed melt may contain a boron supply regulator.

【0036】以上述べた方法1、方法2によって、基体
の表層部に、結合相元素と硼素元素との金属間化合物を
含有させた超硬合金を作成することが出来る。
By the methods 1 and 2 described above, a cemented carbide containing an intermetallic compound of a binder phase element and a boron element can be prepared in the surface layer portion of the substrate.

【0037】金属間化合物についての上述した傾斜組成
等は、使用する材料、薬品等に応じて、混合比率、処理
時間、処理温度等を適宜選択することによって実現でき
る。
The above-mentioned graded composition and the like of the intermetallic compound can be realized by appropriately selecting the mixing ratio, the processing time, the processing temperature and the like in accordance with the materials and chemicals used.

【0038】他のIII,IV,V族元素との金属間化
合物についても、基本的には上記[方法1]、[方法
2]によって形成することができる。但し、硼化物形成
促進剤に代わって、適宜当該元素に適した形成促進剤を
使用することは当然である。元素によっては、このよう
な促進剤を使用することなく、単に当該元素の融液に浸
す(あるいは、粉末に埋めて加熱する)だけでもよい。
Other intermetallic compounds with Group III, IV, and V elements can also be basically formed by the above [Method 1] and [Method 2]. However, it goes without saying that instead of the boride formation accelerator, a formation accelerator suitable for the relevant element is appropriately used. Depending on the element, it is possible to simply immerse it in the melt of the element (or bury it in powder and heat it) without using such a promoter.

【0039】[方法3]基体表面に、III,IV,V
族元素イオンを注入することによっても金属間化合物を
形成することができる。この場合、よく知られているよ
うに、注入されたイオンは、基体表面において最も多く
存在するのではなく、注入時のエネルギーに応じて決ま
るある一定深さの位置において最もその存在量が高くな
る。これは、本発明の目的にとっては好ましいことであ
る。元素を基体内部に注入するときは、注入時のエネル
ギーを大きくし、かつ、注入時間を短くする。逆に、基
体表面に注入するときには、注入時のエネルギーを小さ
くし、かつ、注入時間を長くする。これにより注入元素
の濃度を、傾斜させることができる。この注入した元素
が結合相元素と十分に反応できるように、イオン注入
後、さらに、非酸化性雰囲気下で熱処理することがより
好ましい。
[Method 3] III, IV, V on the surface of the substrate
An intermetallic compound can also be formed by implanting group element ions. In this case, as is well known, the implanted ions are not most abundant on the substrate surface, but are most abundant at a certain depth position determined by the energy at the time of implantation. . This is preferable for the purposes of the present invention. When the element is implanted into the substrate, the energy at the time of implantation is increased and the implantation time is shortened. On the contrary, when the implantation is performed on the surface of the substrate, the implantation energy is reduced and the implantation time is lengthened. As a result, the concentration of the implanted element can be graded. After the ion implantation, it is more preferable to perform heat treatment in a non-oxidizing atmosphere so that the implanted element can sufficiently react with the binder phase element.

【0040】[方法4]III,IV,V族元素をPV
D法で基体表面に蒸着させた後、非酸化性雰囲気下で熱
処理することによっても形成できる。
[Method 4] Group III, IV and V elements are PV
It can also be formed by performing vapor deposition on the surface of the substrate by the D method and then performing heat treatment in a non-oxidizing atmosphere.

【0041】次に、ダイヤモンド膜の形成方法について
説明する。
Next, a method for forming a diamond film will be described.

【0042】ダイヤモンド膜(またはダイヤモンド状
膜)は気相法によって、すなわち、メタン等の炭化水素
と水素との混合ガスを、プラズマ(または熱フィラメン
ト、光励起反応など)で分解することにより形成するこ
とができる。混合ガスのプラズマ形成は、マイクロ波、
高周波等の電磁波エネルギー、または、直流電源を利用
することが出来る。
The diamond film (or diamond-like film) is formed by a vapor phase method, that is, by decomposing a mixed gas of hydrocarbon such as methane and hydrogen with plasma (or a hot filament, a photoexcited reaction, etc.). You can Plasma formation of mixed gas is performed by microwave,
Electromagnetic energy such as high frequency or direct current power can be used.

【0043】金属間化合物を形成する前の段階で、基体
の表面にダイヤモンド砥粒等による擦禍痕を形成してお
けば、ダイヤモンドが析出しやすい。使用するダイヤモ
ンド砥粒は、#100〜#1,200の粗さがよい。ま
た、工具として適切な靭性を得るためには、基体は、結
合相元素(Fe,Ni,Co,Cr)を1〜20%含ん
でいるのがよい。
If the scratches due to diamond abrasive grains are formed on the surface of the substrate before the formation of the intermetallic compound, diamond is likely to be deposited. The diamond abrasive grains used preferably have a roughness of # 100 to # 1,200. Further, in order to obtain toughness suitable as a tool, the base body preferably contains 1 to 20% of a binder phase element (Fe, Ni, Co, Cr).

【0044】[0044]

【作用】分散相を構成する炭化物等(例えば、WC等)
の上には、ダイヤモンドの核発生密度が高く、ダイヤモ
ンドが容易に析出する。しかし、上記結合相元素(C
o、Ni、Fe、Cr)上には、ダイヤモンドの核発生
密度が低いため、ダイヤモンド膜形成初期においては、
グラファイトが析出し易く、ダイヤモンドは析出し難
い。そのため、前述の炭化物等を含んだ分散相と、C
o,Ni,Fe,Cr元素等を含んだ結合相とからなる
基体の表面に、そのまま、ダイヤモンド膜をコーティン
グしても、密着性の高いダイヤモンド膜を得ることはで
きない。気相合成法ではダイヤモンドの核がかなり成長
した後、合体して初めて膜が形成されるので、核発生密
度が粗の部分(上述の結合相元素の部分)では、膜形成
後においても基体と膜との間に空隙が残存してしまう。
[Function] Carbides and the like that constitute the dispersed phase (for example, WC)
The nucleation density of diamond is high on the top surface, and the diamond is easily deposited. However, the above bond phase element (C
o, Ni, Fe, Cr), the nucleation density of diamond is low, so at the initial stage of diamond film formation,
Graphite is easy to deposit and diamond is hard to deposit. Therefore, the dispersed phase containing the above-mentioned carbide and the like, and C
Even if the diamond film is directly coated on the surface of the substrate composed of the binder phase containing elements such as o, Ni, Fe, and Cr, a diamond film with high adhesion cannot be obtained. In the vapor phase synthesis method, a diamond nucleus grows considerably and then a film is formed only after the diamond nuclei coalesce. A void remains between the film and the film.

【0045】そのため、基体表面に前記元素(Co,N
i,Fe,Cr)を含む場合には、本発明を適用して基
体表面層に、ダイヤモンドが容易に析出する上述の金属
間化合物を形成することにより、該基体に密着性の高い
ダイヤモンド膜をコーティングすることができる。
Therefore, the above-mentioned elements (Co, N
i, Fe, Cr), the present invention is applied to form a diamond film having high adhesion to the substrate by forming the above-mentioned intermetallic compound in which diamond is easily deposited on the substrate surface layer. Can be coated.

【0046】また、このような密着性の高いダイヤモン
ドをコーティングすることによって、寿命の長い切削工
具を作製できる。
Further, by coating such a diamond having high adhesion, a cutting tool having a long life can be manufactured.

【0047】[0047]

【実施例】以下、本発明を具体的に説明する。The present invention will be specifically described below.

【0048】[実施例1]WCーCo超硬合金基体(C
o:6重量%)をスローアウェイチップに加工した後、
切り刃面を#1,200のダイヤモンド砥粒でこすって
擦禍痕を形成した。
[Example 1] WC-Co cemented carbide substrate (C
(o: 6% by weight) after processing into a throw-away tip,
The cutting edge surface was rubbed with # 1,200 diamond abrasive grains to form scratch marks.

【0049】次に、B4C,KBF4(弗化ボロンカリウ
ム)およびSiCの混合粉体中に前記基体を埋めて、9
00℃で2時間の加熱処理し、その後室温まで冷却し
た。これにより、基体表層部にCoBの金属間化合物を
含有させた。
Next, the substrate is embedded in a mixed powder of B 4 C, KBF 4 (potassium boron fluoride) and SiC, and 9
It heat-processed at 00 degreeC for 2 hours, and cooled to room temperature after that. As a result, the CoB intermetallic compound was contained in the surface layer of the substrate.

【0050】このようにして金属間化合物を形成した基
体を分析した結果を図2、図3、図4に示す。図2は、
薄膜X線回折パターンである。該分析結果から、金属間
化合物(CoB)が形成されていることがわかる。図3
は、表面からの深さ方向についての硼素の分布を調べた
結果である。この図から、基体の表面から基体内部へ約
25μmまでの表層部には、硼素(金属間化合物Co
B)が傾斜組成をとって存在していることが明らかとな
った。図4は、表面からの深さと硬度との関係を調べた
結果である。
The results of the analysis of the substrate on which the intermetallic compound is formed are shown in FIGS. 2, 3 and 4. Figure 2
It is a thin film X-ray diffraction pattern. From the analysis result, it can be seen that an intermetallic compound (CoB) is formed. Figure 3
Is the result of examining the distribution of boron in the depth direction from the surface. From this figure, it is found that boron (intermetallic compound Co
It was revealed that B) exists with a graded composition. FIG. 4 shows the results of examining the relationship between the depth from the surface and the hardness.

【0051】次に、上述した手順で作成した基体を、内
径50mmφ、長さ700mmの石英ガラス製プラズマ
反応容器の基体支持台上に設置し、反応容器上部より水
素98Vol%とメタン2Vol%の混合ガスを供給し
ながら、基体部にマイクロ波(2.45GHz、1.0
KW)を印加してプラズマを発生させて、基体上に約5
μm厚さのダイヤモンド膜を形成した。ダイヤモンド膜
の形成条件は、基体温度:900℃、反応容器内圧力:
20Torr、反応時間:6時間である。
Next, the substrate prepared by the above-mentioned procedure is placed on the substrate support of a quartz glass plasma reaction vessel having an inner diameter of 50 mmφ and a length of 700 mm, and 98 vol% of hydrogen and 2 vol% of methane are mixed from the upper part of the reaction vessel. While supplying gas, microwave (2.45 GHz, 1.0
KW) is applied to generate plasma, and about 5
A diamond film having a thickness of μm was formed. The conditions for forming the diamond film are as follows: substrate temperature: 900 ° C., reactor pressure:
20 Torr, reaction time: 6 hours.

【0052】ダイヤモンド膜の同定は薄膜X線回折とラ
マンスペクトルにより行った。
The diamond film was identified by thin film X-ray diffraction and Raman spectrum.

【0053】製造したダイヤモンドコーティング切削工
具の切削性能を評価するために、幅100mm、長さ5
00mmのAl−12%Si合金を用いてフライス切削
試験を実施した。試験条件は、切削速度:700(m/
min)、送り:0.2(mm/刃)、切り込み:1.
5(mm)である。また、比較のため、金属間化合物を
形成させていないことを除き該実施例と同一の条件で作
成した工具についても、同じ切削性能試験を行った。
In order to evaluate the cutting performance of the produced diamond-coated cutting tool, a width of 100 mm and a length of 5
A milling cutting test was performed using a 00 mm Al-12% Si alloy. The test conditions are cutting speed: 700 (m /
min), feed: 0.2 (mm / blade), cut: 1.
It is 5 (mm). Further, for comparison, the same cutting performance test was performed on a tool produced under the same conditions as those of the examples except that no intermetallic compound was formed.

【0054】試験の結果、本発明を適用した工具では、
被削材を30パス切削後においてもダイヤモンド膜の剥
離が生じず、逃げ面摩耗幅も0.05mm以下に押さえ
られており、初期の切削性能を保持していた。
As a result of the test, in the tool to which the present invention is applied,
The diamond film was not peeled off even after cutting the work material for 30 passes, and the flank wear width was suppressed to 0.05 mm or less, and the initial cutting performance was maintained.

【0055】これに対して本発明を適用しなかった工具
では、被削材を30パス切削する以前にダイヤモンド膜
の剥離が生じ、剥離した部分では摩耗が急激に進行して
工具寿命に至った。
On the other hand, in the tool to which the present invention was not applied, the diamond film peeled off before the work material was cut for 30 passes, and the worn portion rapidly progressed to the tool life at the peeled portion. .

【0056】[実施例2]WCーCo超硬合金基体をス
ローアウェイチップに加工した後、切り刃面を#20
0,#1000のレジンボンド砥石で研削傷を付けた。
これを、実施例1と同様に、硼化処理混合粉体中に埋め
て加熱処理し、基体表層部にCoBの金属間化合物を含
有させた。さらに、この基体表面に、実施例1と同一条
件で、ダイヤモンド膜を形成させた。そして、実施例1
と、同様の試験方法で切削性能を評価した。その結果
は、実施例1と同様、工具寿命をが大幅に伸びていた。
[Example 2] After processing a WC-Co cemented carbide substrate into a throw-away tip, the cutting edge surface is # 20.
Grinding scratches were made with a 0, # 1000 resin bond grindstone.
This was embedded in a borated mixed powder and heat-treated in the same manner as in Example 1 to contain a CoB intermetallic compound in the surface layer of the substrate. Further, a diamond film was formed on the surface of this substrate under the same conditions as in Example 1. And Example 1
Then, the cutting performance was evaluated by the same test method. As a result, similar to Example 1, the tool life was significantly extended.

【0057】[実施例3]実施例1と同様にWCーCo
超硬合金基体をスローアウェイチップに加工した後、切
り刃面に傷をつけた。この基体を900℃のB4CとN
aClとNaBFとの混合融液に6時間浸漬した後、室
温まで冷却した。表面に付着した硼化物処理剤を除去
し、基体表層部にCoBの金属間化合物を含有させた。
この基体表面に実施例1と同一条件でダイヤモンド膜を
形成させ、実施例1と同様の試験方法で切削性能を評価
した。その結果は実施例1と同様に工具寿命を延長する
ことが出来た。
[Embodiment 3] As in Embodiment 1, WC-Co
After processing the cemented carbide substrate into a throw-away tip, the cutting edge surface was scratched. This substrate was placed under B 4 C and N at 900 ° C.
After dipping in a mixed melt of aCl and NaBF for 6 hours, it was cooled to room temperature. The boride treating agent adhering to the surface was removed, and a CoB intermetallic compound was contained in the surface layer of the substrate.
A diamond film was formed on the surface of this substrate under the same conditions as in Example 1, and the cutting performance was evaluated by the same test method as in Example 1. As a result, the tool life could be extended as in Example 1.

【0058】[実施例4]実施例1と同様にWCーCo
超硬合金基体をスローアウェイチップに加工した後、切
り刃面に傷をつけた。
[Embodiment 4] As in Embodiment 1, WC-Co
After processing the cemented carbide substrate into a throw-away tip, the cutting edge surface was scratched.

【0059】次にガス打ち込みイオン源にBF3を用
い、イオン打ち込み圧力7.5×10~6Torr、イオ
ン打ち込みエネルギー100〜10KeV、イオン打ち
込み量5×1018個/cm2の条件で上記超硬合金基体
表面に硼素イオンを注入した。この後、真空中、700
℃の条件で2時間加熱処理することにより、基体表面層
にCoBの金属間化合物を含有させた。この基体表面に
実施例1と同一条件でダイヤモンド膜を形成させ、切削
性能を評価した。その結果は実施例1と同様に工具寿命
を延長することが出来た。
Next, BF 3 was used as a gas implantation ion source, the ion implantation pressure was 7.5 × 10 to 6 Torr, the ion implantation energy was 100 to 10 KeV, and the ion implantation amount was 5 × 10 18 ions / cm 2 above. Boron ions were implanted on the surface of the hard alloy substrate. Then, in vacuum, 700
The substrate surface layer was made to contain an intermetallic compound of CoB by performing a heat treatment for 2 hours under the condition of ° C. A diamond film was formed on the surface of this substrate under the same conditions as in Example 1 and the cutting performance was evaluated. As a result, the tool life could be extended as in Example 1.

【0060】[実施例5]WC−Co超硬合金基体(C
o:6重量%)をスローアウェイチップに加工した後、
切り刃面を#1,200のダイヤモンド砥粒で研磨し、
擦禍痕が形成した。
[Example 5] WC-Co cemented carbide substrate (C
(o: 6% by weight) after processing into a throw-away tip,
Polish the cutting edge surface with # 1,200 diamond abrasive,
An abrasion mark was formed.

【0061】この基体をArガス雰囲気下で700℃に
保持したSnの融液中に10時間浸漬し、室温まで冷却
した。表面に付着したSnを除去し、基体表面層にWC
とCoSn系金属間化合物相を形成した。
This substrate was immersed in a Sn melt held at 700 ° C. in an Ar gas atmosphere for 10 hours and cooled to room temperature. Sn that adheres to the surface is removed and WC is applied to the substrate surface layer.
And a CoSn-based intermetallic compound phase were formed.

【0062】これを内径50mmφ、長さ700mmの
石英ガラス製プラズマ反応容器の基体支持台上に設置
し、反応容器上部より水素98Vol%+メタン2Vo
l%の混合ガスを供給しながら基体部にマイクロ波
(2.45GHz、1.0kW)を印加してプラズマを
発生させ、この基体上に約8μm厚さのダイヤモンド膜
を形成した。ダイヤモンド膜の形成条件は、基体温度:
900℃、反応容器内圧力:20Torr、反応時間:
10時間である。
This was placed on the substrate support of a quartz glass plasma reaction vessel having an inner diameter of 50 mmφ and a length of 700 mm, and 98 Vol% hydrogen + 2 Vo methane from the upper portion of the reaction vessel.
Microwave (2.45 GHz, 1.0 kW) was applied to the substrate while supplying 1% mixed gas to generate plasma, and a diamond film having a thickness of about 8 μm was formed on the substrate. The conditions for forming the diamond film are the substrate temperature:
900 ° C., pressure in reaction vessel: 20 Torr, reaction time:
10 hours.

【0063】ダイヤモンド膜の同定は薄膜X線回折とラ
マンスペクトルにより行った。製造したダイヤモンドコ
ーティング工具の切削性能を評価するために、幅100
mm、長さ500mmのAl−12%Si合金を被切削
材として、切削速度:700(m/min)、送り:
0.2(mm/刃)、切り込み:1.5(mm)の条件
で、フライス切削試験を実施した。
The diamond film was identified by thin film X-ray diffraction and Raman spectrum. In order to evaluate the cutting performance of the manufactured diamond-coated tool, a width of 100
mm, length 500 mm, Al-12% Si alloy as a material to be cut, cutting speed: 700 (m / min), feed:
The milling cutting test was carried out under the conditions of 0.2 (mm / blade) and incision: 1.5 (mm).

【0064】比較のためにWC−Co超硬合金(Co:
6wt%)をスローアウェイチップに加工した後、同一
の条件でダイヤモンド膜を形成させ、同一の条件で切削
性能試験を実施した。
For comparison, WC-Co cemented carbide (Co:
6 wt%) was processed into a throw-away tip, a diamond film was formed under the same conditions, and a cutting performance test was performed under the same conditions.

【0065】本発明によるダイヤモンドコーティング工
具の場合、被削材を30パス切削後においてもダイヤモ
ンド膜の剥離が生じず、逃げ面摩耗幅も0.02mm以
下に押さえられており、初期の切削性能を保持してい
た。これより、WC−Co超硬合金製スローアウェイチ
ップの表面層の結合相であるCoをCoとSnの金属間
化合物とした後、ダイヤモンドをコーティングすること
によって、著しく工具寿命が延長された。
In the case of the diamond-coated tool according to the present invention, the diamond film is not peeled off even after cutting the work material for 30 passes, and the flank wear width is suppressed to 0.02 mm or less. I was holding. From this, the tool life was remarkably extended by coating diamond with Co, which is an intermetallic compound of Co and Sn, in the surface layer of the WC-Co cemented carbide throwaway tip.

【0066】これに対して、Coを金属間化合物としな
いでダイヤモンドコートしたスローアウェイチップの場
合は被削材を30パス切削する以前にダイヤモンド膜の
剥離が生じ、剥離した部分では摩耗が急激に進行して工
具寿命に至った。
On the other hand, in the case of the throw away tip coated with diamond without using Co as an intermetallic compound, the diamond film peels off before the work material is cut by 30 passes, and the abrasion is rapidly caused at the peeled portion. Progressed to the tool life.

【0067】[実施例6]実施例5と同様にWC−Co
超硬合金基体をスローアウェイチップに加工した後、切
り刃面に傷をつけた。次にガス打込みイオン源にSnC
4を用い、イオン打ち込み圧力7.5×10~6Tor
r、イオン打込み量5×1018個/cm2の条件で、イ
オン打込みエネルギーを100keVから10keVに
連続的に小さくしながら上記超硬合金基体にSnイオン
を注入した。その後、Arガス雰囲気熱処理炉で700
℃に5時間加熱処理し室温まで冷却した後、基体表面層
をWC相とCoSn相とした。この基体表面に実施例1
と同一条件でダイヤモンド膜を形成させ、切削性能を評
価した。その結果は実施例1と同様に工具寿命を延長す
ることが出来た。
[Embodiment 6] WC-Co as in Embodiment 5
After processing the cemented carbide substrate into a throw-away tip, the cutting edge surface was scratched. Next, SnC is used as the gas implantation ion source.
using l 4, ion implantation pressure 7.5 × 10 ~ 6 Tor
Under the conditions of r and an ion implantation amount of 5 × 10 18 ions / cm 2 , Sn ions were implanted into the cemented carbide substrate while the ion implantation energy was continuously reduced from 100 keV to 10 keV. After that, in an Ar gas atmosphere heat treatment furnace, 700
After heat treatment at 5 ° C. for 5 hours and cooling to room temperature, the substrate surface layer was made into a WC phase and a CoSn phase. Example 1 was applied to the surface of this substrate.
A diamond film was formed under the same conditions as above, and the cutting performance was evaluated. As a result, the tool life could be extended as in Example 1.

【0068】[実施例7]実施例5と同様にWC−Co
超硬合金基体をスローアウェイチップに加工した後、切
り刃面に傷をつけた。次に通常の薄膜形成装置で前記基
体表面に金属Vを蒸着させた後、Arガス雰囲気熱処理
炉で、900℃に5時間加熱処理し、実施例1と同様に
基体表面層をWC相とCo3V金属間化合物相とした。
この基体表面に実施例1と同一条件でダイヤモンド膜を
形成させ、切削性能を評価した。その結果は実施例1と
同様に工具寿命を延長することが出来た。
[Embodiment 7] WC-Co as in Embodiment 5
After processing the cemented carbide substrate into a throw-away tip, the cutting edge surface was scratched. Next, after depositing the metal V on the surface of the substrate by using a normal thin film forming apparatus, the substrate surface layer was heat-treated at 900 ° C. for 5 hours in an Ar gas atmosphere heat treatment furnace. A 3 V intermetallic compound phase was used.
A diamond film was formed on the surface of this substrate under the same conditions as in Example 1 and the cutting performance was evaluated. As a result, the tool life could be extended as in Example 1.

【0069】[0069]

【発明の効果】本発明によればダイヤモンド膜と基体と
の密着強度を著しく向上させたダイヤモンド膜をコーテ
ィングすることができる。従って、本発明を適用したダ
イヤモンドコーティング切削工具は、AlーSi合金な
どの軽合金を高速で切削することが出来る。
According to the present invention, it is possible to coat a diamond film having a significantly improved adhesion strength between the diamond film and the substrate. Therefore, the diamond-coated cutting tool to which the present invention is applied can cut a light alloy such as an Al-Si alloy at high speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のダイヤモンドコーティング工具の製造
工程を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic view showing a manufacturing process of a diamond coating tool of the present invention.

【図2】硼化処理を行った後における、薄膜X線回折パ
ターンである。
FIG. 2 is a thin film X-ray diffraction pattern after a boriding treatment.

【図3】硼素の分布状態の測定結果である。FIG. 3 is a measurement result of a distribution state of boron.

【図4】硼化処理した基体断面の硬度分布である。FIG. 4 is a hardness distribution of a cross section of a substrate that has been borated.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基体(例えば、WCーCo) 2…界面 3…ダイヤモンド膜 4…基体表層における金属間化合物含有層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base | substrate (for example, WC-Co) 2 ... Interface 3 ... Diamond film 4 ... Intermetallic compound containing layer in a base | substrate surface layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C30B 29/04 A 8216−4G (72)発明者 島 順彦 東京都江東区東陽4丁目1番13号 東陽セ ントラルビル4階 日立ツール株式会社内 (72)発明者 江藤 恵 東京都江東区東陽4丁目1番13号 東陽セ ントラルビル4階 日立ツール株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location C30B 29/04 A 8216-4G (72) Inventor Yasuhiko Shima 4-1-1 Toyo, Koto-ku, Tokyo No. Toyo Central Building, 4th floor, within Hitachi Tool Co., Ltd. (72) Inventor, Megumi Eto 4-1-1 Toyo Central Building, Koto-ku, Tokyo Toyo Central Building, 4th floor Within Hitachi Tool Co., Ltd.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基体の表面にダイヤモンドをコーティング
する方法において、 上記基体は、周規律表の第IVa,Va,VIa族金属
の炭化物,窒化物およびこれらの相互固溶体からなる群
のうちの少なくとも1種を含んだ分散相と、Co,N
i,Fe,Crからなる群のうちの少なくとも1種を含
んだ結合相とを含んで構成されるものであり(以下、結
合相に含まれる元素を”結合相元素”という)、 III,IV,V,VI族元素のうち、上記結合相元素
と金属間化合物をつくる元素を含んだ融液に上記基体を
浸漬することによって、上記基体の表層部に上記結合相
元素を含んで構成される金属間化合物を形成し、 その後、上記基体の表面に気相合成法によりダイヤモン
ド膜をコーティングすること、 を特徴とするダイヤモンドのコーティング方法。
1. A method for coating the surface of a substrate with diamond, wherein the substrate is at least one of the group consisting of carbides, nitrides of Group IVa, Va, and VIa metals of the Periodic Table and their mutual solid solutions. Disperse phase containing seeds, Co, N
and a binder phase containing at least one member selected from the group consisting of i, Fe and Cr (hereinafter, the elements contained in the binder phase are referred to as "bond phase elements"), III, IV Of the group V, V, and VI elements by immersing the substrate in a melt containing the binder phase element and an element that forms an intermetallic compound, so that the surface layer of the substrate contains the binder phase element. A method for coating diamond, comprising forming an intermetallic compound and then coating the surface of the substrate with a diamond film by a vapor phase synthesis method.
【請求項2】基体の表面にダイヤモンドをコーティング
する方法において、 上記基体は、周規律表の第IVa,Va,VIa族金属
の炭化物,窒化物およびこれらの相互固溶体からなる群
のうちの少なくとも1種を含んだ分散相と、Co,N
i,Fe,Crからなる群のうちの少なくとも1種を含
んだ結合相とを含んで構成されるものであり(以下、結
合相に含まれる元素を”結合相元素”という)、 III,IV,V,VI族元素のうち、上記結合相元素
と金属間化合物をつくる元素を含んだ粉末に上記基体を
埋めて加熱することによって、上記基体の表層部に上記
結合相元素を含んで構成される金属間化合物を形成し、 その後、上記基体の表面に気相合成法によりダイヤモン
ド膜をコーティングすること、 を特徴とするダイヤモンドコーティング方法。
2. A method for coating the surface of a substrate with diamond, wherein the substrate is at least one of the group consisting of carbides, nitrides of Group IVa, Va, and VIa metals of the Periodic Table and their mutual solid solutions. Disperse phase containing seeds, Co, N
and a binder phase containing at least one member selected from the group consisting of i, Fe and Cr (hereinafter, the elements contained in the binder phase are referred to as "bond phase elements"), III, IV , V, and VI group elements are filled with the binder phase element and an element that forms an intermetallic compound, and the substrate is embedded in the powder and heated to form the surface layer portion of the substrate containing the binder phase element. Forming a intermetallic compound, and then coating the surface of the substrate with a diamond film by a vapor phase synthesis method.
【請求項3】上記結合相元素と金属間化合物を作る元素
は、硼素であり、 上記粉末に埋めて加熱する際の処理温度は、700〜1
400℃であること、 を特徴とする請求項3記載のダイヤモンドのコーティン
グ方法。
3. The bonding phase element and the element that forms an intermetallic compound are boron, and the treatment temperature when the powder is embedded in the powder and heated is 700 to 1
It is 400 degreeC, The coating method of the diamond of Claim 3 characterized by the above-mentioned.
【請求項4】上記粉末または融液は、上記金属間化合物
の形成を促進する硼化物形成促進剤をさらに含むもので
あること、 を特徴とする請求項1または3記載のダイヤモンドコー
ティング方法。
4. The diamond coating method according to claim 1, wherein the powder or melt further contains a boride formation promoter that promotes the formation of the intermetallic compound.
【請求項5】上記硼化物形成促進剤は、 塩化物と、炭酸塩と、弗化物と、からなる群のうちの、
少なくとも一つを含むものであること、 を特徴とする請求項4記載のダイヤモンドコーティング
方法。
5. The boride formation accelerator is selected from the group consisting of chloride, carbonate and fluoride.
The diamond coating method according to claim 4, comprising at least one.
【請求項6】基体の表面にダイヤモンドをコーティング
する方法において、 上記基体は、周規律表の第IVa,Va,VIa族金属
の炭化物,窒化物およびこれらの相互固溶体からなる群
のうちの少なくとも1種を含んだ分散相と、Co,N
i,Fe,Crからなる群のうちの少なくとも1種を含
んだ結合相とを含んで構成されるものであり(以下、結
合相に含まれる元素を”結合相元素”という)、 III,IV,V,VI族元素のうち、上記結合相元素
と金属間化合物をつくる元素を、上記基体表面に注入
し、さらに、該基体を非酸化性雰囲気下で熱処理するこ
とによって、上記基体の表層部に上記結合相元素を含ん
で構成される金属間化合物を形成し、 その後、上記基体の表面に気相合成法によりダイヤモン
ド膜をコーティングすること、 を特徴とするダイヤモンドのコーティング方法。
6. A method for coating a surface of a substrate with diamond, wherein the substrate is at least one selected from the group consisting of carbides, nitrides of Group IVa, Va, and VIa metals of the Periodic Table and their mutual solid solutions. Disperse phase containing seeds, Co, N
and a binder phase containing at least one member selected from the group consisting of i, Fe and Cr (hereinafter, the elements contained in the binder phase are referred to as "bond phase elements"), III, IV , V, VI group elements that form an intermetallic compound with the binder phase element are injected into the surface of the substrate, and the substrate is heat-treated in a non-oxidizing atmosphere. Forming an intermetallic compound containing the above binder phase element, and then coating the surface of the substrate with a diamond film by a vapor phase synthesis method.
【請求項7】基体の表面にダイヤモンドをコーティング
する方法において、 上記基体は、周規律表の第IVa,Va,VIa族金属
の炭化物,窒化物およびこれらの相互固溶体からなる群
のうちの少なくとも1種を含んだ分散相と、Co,N
i,Fe,Crからなる群のうちの少なくとも1種を含
んだ結合相とを含んで構成されるものであり(以下、結
合相に含まれる元素を”結合相元素”という)、 III,IV,V,VI族元素のうち、上記結合相元素
と金属間化合物をつくる元素を、PVD法で上記基体表
面に蒸着させ、さらに、非酸化雰囲気下で熱処理するこ
とによって、上記基体の表層部に上記結合相元素を含ん
で構成される金属間化合物を形成し、 その後、上記基体の表面に気相合成法によりダイヤモン
ド膜をコーティングすること、 を特徴とするダイヤモンドのコーティング方法。
7. A method for coating the surface of a substrate with diamond, wherein said substrate is at least one of the group consisting of carbides, nitrides of Group IVa, Va, and VIa metals of the Periodic Table and their mutual solid solutions. Disperse phase containing seeds, Co, N
and a binder phase containing at least one member selected from the group consisting of i, Fe and Cr (hereinafter, the elements contained in the binder phase are referred to as "bond phase elements"), III, IV , V, and VI group elements, which form an intermetallic compound with the binder phase element, are vapor-deposited on the surface of the substrate by the PVD method, and further heat-treated in a non-oxidizing atmosphere to form a surface layer on the substrate. A diamond coating method, comprising: forming an intermetallic compound containing the binder phase element, and then coating the surface of the substrate with a diamond film by a vapor phase synthesis method.
【請求項8】上記金属間化合物は、In,Sn,Sb,
V,Zr,W,Ta,Bからなる群のうち少なくとも一
つを含むこと、 を特徴とする請求項1,3,6または7記載のダイヤモ
ンドのコーティング方法。
8. The intermetallic compound is In, Sn, Sb,
The method for coating diamond according to claim 1, 3, 6 or 7, further comprising at least one selected from the group consisting of V, Zr, W, Ta and B.
【請求項9】表面にダイヤモンドをコーティングされた
ダイヤモンドコーティング工具において、 第IVa,Va,VIa族金属の炭化物,窒化物および
これらの相互固溶体からなる群のうちの少なくとも1種
を含んだ分散相、および、Co,Ni,Fe,Crから
なる群のうちの少なくとも1種を含んだ結合相、を含ん
で構成される基体と(以下、結合相に含まれる元素を”
結合相元素”という)、 上記基体の表面に形成されたダイヤモンド膜と、を有
し、 上記基体は、表面から内側に向かって形成された、上記
結合相元素を含んだ金属間化合物の存在する層を有する
こと、 を特徴とするダイヤモンドコーティング工具。
9. A diamond-coated tool having a surface coated with diamond, comprising a dispersed phase containing at least one selected from the group consisting of carbides, nitrides of Group IVa, Va and VIa metals and mutual solid solutions thereof. And a substrate composed of a binder phase containing at least one member selected from the group consisting of Co, Ni, Fe and Cr (hereinafter, referred to as "elements contained in the binder phase"
And a diamond film formed on the surface of the base body, wherein the base body has an intermetallic compound containing the binder phase element formed inward from the surface. A diamond coating tool having a layer.
【請求項10】上記金属間化合物は、 CoB,Co2B,Co3B,CoB2,NiB,Ni
2B,Ni3B,Ni43,CrB,Cr2B,Cr
53,CrB,Cr34,CrB2,Fe2B,FeB,
CoIn2,CoIn,Co3In2,CoSb3,CoS
2,CoSb,CoSn,CoV,CoV3,Co
3V,Co3W,Co76,Co2Ta,Ni8Ta,Ni
3Ta,Ni2Ta,NiTa,NiV3,Ni2V,Ni
3V,Ni4W,NiZr,NiZr2,FeW,FeZ
2,CrSb,Cr2Ta,ZrCr2,からなる群の
うちの少なくとも一つを含むこと、 を特徴とするダイヤモンドコーティング工具。
10. The intermetallic compound is CoB, Co 2 B, Co 3 B, CoB 2 , NiB, Ni.
2 B, Ni 3 B, Ni 4 B 3 , CrB, Cr 2 B, Cr
5 B 3 , CrB, Cr 3 B 4 , CrB 2 , Fe 2 B, FeB,
CoIn 2 , CoIn, Co 3 In 2 , CoSb 3 , CoS
b 2 , CoSb, CoSn, CoV, CoV 3 , Co
3 V, Co 3 W, Co 7 W 6 , Co 2 Ta, Ni 8 Ta, Ni
3 Ta, Ni 2 Ta, NiTa, NiV 3 , Ni 2 V, Ni
3 V, Ni 4 W, NiZr, NiZr 2 , FeW, FeZ
r 2, CrSb, Cr 2 Ta , diamond coating tools, characterized in, that it comprises at least one of the group consisting of ZrCr 2,.
【請求項11】上記金属間化合物の硬度は、当該基体の
上記結合相に含まれている元素の硬度よりも高いこと、 を特徴とする請求項9記載のダイヤモンドコーティング
工具。
11. The diamond coating tool according to claim 9, wherein the hardness of the intermetallic compound is higher than the hardness of the elements contained in the binder phase of the substrate.
JP9436594A 1993-10-01 1994-05-06 Diamond coating method and diamond coating tool Pending JPH07148623A (en)

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JP5-267745 1993-10-01
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1314488C (en) * 2005-03-21 2007-05-09 山东大学 Catalyst contg. Fe-Ni-B-C used for synthesizing single-crystal of boron-contained diamond and its prepn. method
JP2015100905A (en) * 2013-11-27 2015-06-04 学校法人慶應義塾 Member adhered with diamond coating film and method of manufacturing the same

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