JPH0794081B2 - 硬質炭素被覆部品 - Google Patents
硬質炭素被覆部品Info
- Publication number
- JPH0794081B2 JPH0794081B2 JP60194818A JP19481885A JPH0794081B2 JP H0794081 B2 JPH0794081 B2 JP H0794081B2 JP 60194818 A JP60194818 A JP 60194818A JP 19481885 A JP19481885 A JP 19481885A JP H0794081 B2 JPH0794081 B2 JP H0794081B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hard carbon
- coated
- base material
- sample
- intermediate layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は硬質炭素被覆部品に関し、詳しくは低圧の気相
からダイヤモンドを基材表面に析出されたダイヤモンド
被覆部品において、ダイヤモンド被覆膜と基材との接着
強度が改善された新規な硬質炭素被覆部品に関するもの
である。
からダイヤモンドを基材表面に析出されたダイヤモンド
被覆部品において、ダイヤモンド被覆膜と基材との接着
強度が改善された新規な硬質炭素被覆部品に関するもの
である。
ダイヤモンドは地上で最も硬度が高く、化学的にも極め
て不活性で、熱伝導率が高く、熱膨張係数も小さい等の
切削工具材料として理想的な特性を有することから、切
削工具として広く実用に供されている。従来の天然ダイ
ヤ工具には劈開性や格子欠陥を有するために靭性上の不
安があつたが、焼結ダイヤ工具はこの点を解決したもの
として、最近ではAl合金等に用いる切削工具における主
流を占めるまでに到つた。しかしながら焼結ダイヤ工具
は、その製造にあたり超高圧、高温を要するため製造コ
ストが非常に高くつくという欠点がある。
て不活性で、熱伝導率が高く、熱膨張係数も小さい等の
切削工具材料として理想的な特性を有することから、切
削工具として広く実用に供されている。従来の天然ダイ
ヤ工具には劈開性や格子欠陥を有するために靭性上の不
安があつたが、焼結ダイヤ工具はこの点を解決したもの
として、最近ではAl合金等に用いる切削工具における主
流を占めるまでに到つた。しかしながら焼結ダイヤ工具
は、その製造にあたり超高圧、高温を要するため製造コ
ストが非常に高くつくという欠点がある。
ところで近時、低圧の気相の炭化水素をプラズマ等を用
いて分解し、基材表面にダイヤモンド等の硬質炭素を析
出させて被覆する技術が開発されている。この方法に従
い工具を作成するならば、超高圧、高温を要せず、ダイ
ヤモンド工具を極めて安価に提供し得る可能性が有ると
考えられる。
いて分解し、基材表面にダイヤモンド等の硬質炭素を析
出させて被覆する技術が開発されている。この方法に従
い工具を作成するならば、超高圧、高温を要せず、ダイ
ヤモンド工具を極めて安価に提供し得る可能性が有ると
考えられる。
しかしながら、実際に上記の方法で低圧・気相から各種
基材表面に硬質炭素を被覆してみたところ、切削工具と
して実用に耐えるものは殆んど得られなかつた。その理
由は、硬質炭素被覆膜と基材との接着強度が不足してお
り、このために切削初期に硬質炭素被覆膜が剥離してし
まうからである。
基材表面に硬質炭素を被覆してみたところ、切削工具と
して実用に耐えるものは殆んど得られなかつた。その理
由は、硬質炭素被覆膜と基材との接着強度が不足してお
り、このために切削初期に硬質炭素被覆膜が剥離してし
まうからである。
そこで硬質炭素被覆膜と基材との接着強度の向上を図る
ため、種々の検討がなされてきた。特に、硬質炭素被覆
膜と基材との間に各種の中間層を介在させることが検討
され、特にNb,Ta,Mo,W等の金属を中間層として用いれば
極めて有効との提案がなされている。この提案に従い、
本発明者らが実際に、基材である超硬合金と硬質炭素被
覆膜の中間にNbを１μｍ厚さに介在させた工具を作成
し、切削試験を行つてみたが、その効果は殆んど認めら
れなかつた。この事実は、硬質炭素及び超硬合金に比
べ、Nbが非常に軟質であることから、切削時にNbが塑性
変形してしまい、この変形に対し硬質炭素被覆膜が追随
できないため、結果的には、やはり剥離してしまつたも
のと考えられる。
ため、種々の検討がなされてきた。特に、硬質炭素被覆
膜と基材との間に各種の中間層を介在させることが検討
され、特にNb,Ta,Mo,W等の金属を中間層として用いれば
極めて有効との提案がなされている。この提案に従い、
本発明者らが実際に、基材である超硬合金と硬質炭素被
覆膜の中間にNbを１μｍ厚さに介在させた工具を作成
し、切削試験を行つてみたが、その効果は殆んど認めら
れなかつた。この事実は、硬質炭素及び超硬合金に比
べ、Nbが非常に軟質であることから、切削時にNbが塑性
変形してしまい、この変形に対し硬質炭素被覆膜が追随
できないため、結果的には、やはり剥離してしまつたも
のと考えられる。
以上のような現状に鑑みて、本発明は基材表面と硬質炭
素被覆膜の間の接着強度を向上せしめる中間層を有する
新規な硬質炭素被覆部品を提案せんとするもので、これ
により安価な低圧、気相からの硬質炭素被覆による工具
材料の製造実用化を可能とするものである。
素被覆膜の間の接着強度を向上せしめる中間層を有する
新規な硬質炭素被覆部品を提案せんとするもので、これ
により安価な低圧、気相からの硬質炭素被覆による工具
材料の製造実用化を可能とするものである。
本発明は気相より硬質炭素薄膜を基材表面に析出させて
被覆した硬質炭素被覆部品において、該硬質炭素薄膜と
超硬合金基材との中間にW2Cを主成分とするＷとＣとの
化合物薄膜が厚さ0.1μｍ以上５μｍ以下存在すること
を特徴とする硬質炭素被覆部品であり、これにより硬質
炭素被覆膜の接着強度を改善し、実用しうる硬質炭素被
覆部品を低コストにて提供できるものである。
被覆した硬質炭素被覆部品において、該硬質炭素薄膜と
超硬合金基材との中間にW2Cを主成分とするＷとＣとの
化合物薄膜が厚さ0.1μｍ以上５μｍ以下存在すること
を特徴とする硬質炭素被覆部品であり、これにより硬質
炭素被覆膜の接着強度を改善し、実用しうる硬質炭素被
覆部品を低コストにて提供できるものである。
まず本発明に到つた経緯から説明する。
Nb,Ta,Mo,W等の金属を、基材と硬質炭素被膜の中間に介
在させると接着強度が向上するのは、これらの金属がい
ずれも炭化物生成金属であることから、硬質炭素と金属
の界面に炭素の拡散による金属炭化物層を形成するため
と考えられる。従つて、Ｗのかわりに十分な硬度を有す
るWCを用いてみても、接着強度の向上は殆んど認められ
なかつた。
在させると接着強度が向上するのは、これらの金属がい
ずれも炭化物生成金属であることから、硬質炭素と金属
の界面に炭素の拡散による金属炭化物層を形成するため
と考えられる。従つて、Ｗのかわりに十分な硬度を有す
るWCを用いてみても、接着強度の向上は殆んど認められ
なかつた。
本発明者らは、W2CがWCに比肩できる硬度を有し、かつ
硬質炭素膜をW2Cの上に被覆すると、硬質炭素とW2Cの界
面にはWCなる拡散中間層を形成するので、接着強度の向
上が期待し得るのではないかと考えついた。
硬質炭素膜をW2Cの上に被覆すると、硬質炭素とW2Cの界
面にはWCなる拡散中間層を形成するので、接着強度の向
上が期待し得るのではないかと考えついた。
この考え方に基き、実際に超硬合金基材表面に、化学蒸
着法にてW2Cを２μｍ厚さに被覆したのち、マイクロ波
プラズマCVD法にて硬質炭素を２μ厚さに被覆したもの
を試作し、切削試験を行つたところ、期待どおりに大き
な効果が得られた。
着法にてW2Cを２μｍ厚さに被覆したのち、マイクロ波
プラズマCVD法にて硬質炭素を２μ厚さに被覆したもの
を試作し、切削試験を行つたところ、期待どおりに大き
な効果が得られた。
本発明において、中間層としては、W2Cを主成分とする
ＷとＣとの化合物薄膜を用い、これはW2C単相のもの以
外に、例えばW2C＋W,W2C＋WC＋Ｗ等の複相の物質であつ
ても、その効果に差はないことは言うまでもない。なお
そのときの該中間層に含まれるW2Cの体積比率は70％と
するのが好ましい。また、該中間層の厚さとしては0.1
μｍ以上５μ以下が好ましく、0.1μｍ以下では効果が
認められなかつた。また５μ以上では特に効果に差が認
められなかつた。
ＷとＣとの化合物薄膜を用い、これはW2C単相のもの以
外に、例えばW2C＋W,W2C＋WC＋Ｗ等の複相の物質であつ
ても、その効果に差はないことは言うまでもない。なお
そのときの該中間層に含まれるW2Cの体積比率は70％と
するのが好ましい。また、該中間層の厚さとしては0.1
μｍ以上５μ以下が好ましく、0.1μｍ以下では効果が
認められなかつた。また５μ以上では特に効果に差が認
められなかつた。
本発明において上記の中間層を基材表面に形成する方法
としては、例えばWF6,CH4,H2混合気流中にて、500〜100
0℃に加熱保持した基材表面にW2Cを析出被覆するいわゆ
る化学蒸着法（CVD法）が一般である。又、W2Cをターゲ
ツトとしたアルゴン＋アセチレン雰囲気中でのスパツタ
リング法などによつても形成が可能である。
としては、例えばWF6,CH4,H2混合気流中にて、500〜100
0℃に加熱保持した基材表面にW2Cを析出被覆するいわゆ
る化学蒸着法（CVD法）が一般である。又、W2Cをターゲ
ツトとしたアルゴン＋アセチレン雰囲気中でのスパツタ
リング法などによつても形成が可能である。
またW2Cを主とする、W2C,WC,Wの複相の中間層は上述のC
VD法やPVD法による形成方法には限定されるものではな
く、超硬合金焼結時に形成したり、ダイヤコーティング
時に基材の表相に形成されてもかまわない。
VD法やPVD法による形成方法には限定されるものではな
く、超硬合金焼結時に形成したり、ダイヤコーティング
時に基材の表相に形成されてもかまわない。
本発明において上記中間層に接して硬質炭素被覆を形成
するには、水素と炭化水素好ましくはメタン混合気流中
に、外部よりμ波（300MHz以上の高周波、一般には2.45
GHz）、RF（300MHz以下の高周波、一般には13.56MHz、2
7.12MHz）電界を加え、該混合気流をプラズマ化せしめ5
00℃〜1200℃に加熱した基材表面上に硬質炭素を被覆す
るプラズマCVD法が一般である。又、メタン＋アルゴン
混合ガスをイオン源にてイオン化したのち、炭素イオン
を高電圧（1KV以上）をもちいて、高真空中（1Pa以下）
にイオンビームとしてひき出し、高真空容器中に保持し
た基板にこのイオンビームを照射することによつて基板
上に硬質炭素を被覆するイオンビーム蒸着法（IBD法）
なども良く知られている。
するには、水素と炭化水素好ましくはメタン混合気流中
に、外部よりμ波（300MHz以上の高周波、一般には2.45
GHz）、RF（300MHz以下の高周波、一般には13.56MHz、2
7.12MHz）電界を加え、該混合気流をプラズマ化せしめ5
00℃〜1200℃に加熱した基材表面上に硬質炭素を被覆す
るプラズマCVD法が一般である。又、メタン＋アルゴン
混合ガスをイオン源にてイオン化したのち、炭素イオン
を高電圧（1KV以上）をもちいて、高真空中（1Pa以下）
にイオンビームとしてひき出し、高真空容器中に保持し
た基板にこのイオンビームを照射することによつて基板
上に硬質炭素を被覆するイオンビーム蒸着法（IBD法）
なども良く知られている。
以下実施例により本発明を具体的に説明し、その効果を
示す。
示す。
実施例１ 市販の超硬合金基材〔住友電気工業（株）製、材質H1、
型番SEGN421〕を、CVD反応装置内に保持して、温度650
℃に加熱し、WF6,CH4,H2混合気流を40Torrにて２時間流
した後、この試料を取り出し調べたところ、その表面に
W2Cが約２μｍ被覆されていた。この試料をマイクロ波
プラズマCVD装置内に保持して、H2とCH4の混合気流を40
Torrにて２時間流した。得られた試料について、Ｘ−線
回析装置にて調べたところ、その表面にダイヤモンドが
固定されていることが確認できた。以上で得られた試料
をＡ（本発明品）とし、W2Cの中間層を形成させない外
はＡと同様にしてダイヤモンド層のみを２μｍ厚形成し
たものをＢ（比較品）、W2CのかわりにＷを中間層とし
た外はＡと同様にしたものをＣ（比較品）とし、試料
Ａ、Ｂ、Ｃにつき以下の条件にて切削試験を行つた。
型番SEGN421〕を、CVD反応装置内に保持して、温度650
℃に加熱し、WF6,CH4,H2混合気流を40Torrにて２時間流
した後、この試料を取り出し調べたところ、その表面に
W2Cが約２μｍ被覆されていた。この試料をマイクロ波
プラズマCVD装置内に保持して、H2とCH4の混合気流を40
Torrにて２時間流した。得られた試料について、Ｘ−線
回析装置にて調べたところ、その表面にダイヤモンドが
固定されていることが確認できた。以上で得られた試料
をＡ（本発明品）とし、W2Cの中間層を形成させない外
はＡと同様にしてダイヤモンド層のみを２μｍ厚形成し
たものをＢ（比較品）、W2CのかわりにＷを中間層とし
た外はＡと同様にしたものをＣ（比較品）とし、試料
Ａ、Ｂ、Ｃにつき以下の条件にて切削試験を行つた。
試験条件：被削材 AC4C 切削速度 1000m/min 送 り 0.10mm/rev 切り込み 0.5 mm その結果、Ａは100分間切削してフランク摩耗が0.08mm
であつたのに比べ、ＢとＣは10分間切削してフランク摩
耗がそれぞれ0.12mm、0.14mmであつた。
であつたのに比べ、ＢとＣは10分間切削してフランク摩
耗がそれぞれ0.12mm、0.14mmであつた。
実施例２ 市販の超硬合金基材〔住友電気工業（株）製、材質H1、
型番SDGN422）について、DCバイアスRFマグネトロンス
パツタ装置を用い、ＷをターゲツトとしC2H2雰囲気中に
て、被覆を行つた。該試料を取り出して調べたところ、
基材表面にＷとW2Cの混合物が１μｍ厚さに被覆されて
いた。この試料をイオンビーム蒸着装置中に保持し、Ｃ
のイオンビームを照射して硬質炭素（アモルフアス状
態）を１μｍ厚さに被覆した。以上により得られた試料
Ｄ（本発明品）と、比較のために未被覆の基材のみの試
料Ｅ（比較品）及び焼結ダイヤ工具を試料Ｆ（比較品）
について、以下の条件で切削試験を行つた。
型番SDGN422）について、DCバイアスRFマグネトロンス
パツタ装置を用い、ＷをターゲツトとしC2H2雰囲気中に
て、被覆を行つた。該試料を取り出して調べたところ、
基材表面にＷとW2Cの混合物が１μｍ厚さに被覆されて
いた。この試料をイオンビーム蒸着装置中に保持し、Ｃ
のイオンビームを照射して硬質炭素（アモルフアス状
態）を１μｍ厚さに被覆した。以上により得られた試料
Ｄ（本発明品）と、比較のために未被覆の基材のみの試
料Ｅ（比較品）及び焼結ダイヤ工具を試料Ｆ（比較品）
について、以下の条件で切削試験を行つた。
試験条件：被削材 AC4C100m×100mm角 切削速度 800m/min 送 り 0.05mm/t 切り込み 0.5 mm カツター APG4080R 本発明の試料Ｄは100分間切削してフランク摩耗が0.08m
mであつたが、試料Ｅと試料Ｄは100分間切削してフラン
ク摩耗がそれぞれ0.22mmと0.04mmであつた。本発明品は
焼結ダイヤ工具に近い強度を有していることが判明し
た。
mであつたが、試料Ｅと試料Ｄは100分間切削してフラン
ク摩耗がそれぞれ0.22mmと0.04mmであつた。本発明品は
焼結ダイヤ工具に近い強度を有していることが判明し
た。
以上の説明および実施例から明らかなように本発明の硬
質炭素被覆部品は基材表面と硬質炭素被覆膜を中間層に
より強固に接着したもので、高価な焼結ダイヤ工具に近
い強度の工具を、より安価な低圧・気相からの硬質炭素
被覆により製造することを実現できるものである。
質炭素被覆部品は基材表面と硬質炭素被覆膜を中間層に
より強固に接着したもので、高価な焼結ダイヤ工具に近
い強度の工具を、より安価な低圧・気相からの硬質炭素
被覆により製造することを実現できるものである。
Claims (1)
- 【請求項１】気相より硬質炭素薄膜を基材表面に析出さ
せて被覆した硬質炭素被覆部品において、該硬質炭素薄
膜と超硬合金基材との中間にW2Cを主成分とするＷとＣ
との化合物薄膜が厚さ0.1μｍ以上５μｍ以下存在する
ことを特徴とする硬質炭素被覆部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60194818A JPH0794081B2 (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | 硬質炭素被覆部品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60194818A JPH0794081B2 (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | 硬質炭素被覆部品 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6257802A JPS6257802A (ja) | 1987-03-13 |
| JPH0794081B2 true JPH0794081B2 (ja) | 1995-10-11 |
Family
ID=16330766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60194818A Expired - Fee Related JPH0794081B2 (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | 硬質炭素被覆部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794081B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4144465A4 (en) * | 2020-12-16 | 2023-06-28 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Cutting tool |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019181741A1 (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 住友電気工業株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| WO2019181740A1 (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 住友電気工業株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| CN110709198B (zh) * | 2018-03-19 | 2020-10-30 | 住友电气工业株式会社 | 表面被覆切削工具 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60207703A (ja) * | 1984-03-30 | 1985-10-19 | Mitsubishi Metal Corp | 人工ダイヤモンド被覆工具部材 |
-
1985
- 1985-09-05 JP JP60194818A patent/JPH0794081B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4144465A4 (en) * | 2020-12-16 | 2023-06-28 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Cutting tool |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6257802A (ja) | 1987-03-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6083570A (en) | Synthetic diamond coatings with intermediate amorphous metal bonding layers and methods of applying such coatings | |
| EP0413834B1 (en) | Diamond-covered member and process for producing the same | |
| EP0474369A1 (en) | Diamond-like carbon coatings | |
| JPH09510500A (ja) | 立方晶窒化硼素より成る層を形成する方法 | |
| WO2009038532A1 (en) | Method of producing a layer by arc-evaporation from ceramic cathodes | |
| JP4246827B2 (ja) | ダイヤモンド状炭素膜を被覆した部材 | |
| JPH06322543A (ja) | 超硬合金基板とダイヤモンド膜との間の接着性改善方法 | |
| Berndt et al. | Zirconium carbonitride films produced by plasma-assisted metal organic chemical vapour deposition | |
| JPH10237627A (ja) | 硬質炭素膜被覆部材 | |
| JPH0356675A (ja) | 超硬合金基体の被覆法および該被覆法によって作製される超硬工具 | |
| JPH0794081B2 (ja) | 硬質炭素被覆部品 | |
| JP2909248B2 (ja) | 窒化硼素被覆部材 | |
| Srivastava et al. | High rate reactive magnetron sputtered tungsten carbide films | |
| JP5035979B2 (ja) | 高速ミーリング加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 | |
| JPH07268607A (ja) | ダイヤモンドライクカーボン薄膜を有する物品およびその製造方法 | |
| JP2009072838A (ja) | 高速ミーリング加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法 | |
| KR100305885B1 (ko) | 절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질합금 | |
| JP2797612B2 (ja) | 高い付着強度を有する人工ダイヤモンド被覆硬質焼結工具部材 | |
| JP2539922B2 (ja) | ダイヤモンド被覆超硬合金 | |
| JPH04124272A (ja) | 立方晶窒化ホウ素被覆部材及びその製造方法 | |
| JPH06346239A (ja) | セラミックス被覆金属材料の製造方法 | |
| JP2898338B2 (ja) | カーボン硬質膜の被覆方法 | |
| JP2003013200A (ja) | 硬質炭素膜およびその製造方法 | |
| JPH0615715B2 (ja) | ダイヤモンド類薄膜の製造方法 | |
| JPH04120265A (ja) | 窒化ホウ素被覆部材 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |