JPH08232067A - 強度に優れた硬質炭素膜被覆部材 - Google Patents
強度に優れた硬質炭素膜被覆部材Info
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- JPH08232067A JPH08232067A JP6336395A JP6336395A JPH08232067A JP H08232067 A JPH08232067 A JP H08232067A JP 6336395 A JP6336395 A JP 6336395A JP 6336395 A JP6336395 A JP 6336395A JP H08232067 A JPH08232067 A JP H08232067A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 切削工具・耐摩工具等に使用するダイヤモン
ド被覆部材の強度向上をはかり、過酷な使用条件の下で
の信頼性を向上させる。 【構成】 ダイヤモンドおよび／またはダイヤモンドに
類似の硬質炭素を含む層で基体を被覆した部材におい
て、前記基体と前記層の間に前記層より靱性が大、好ま
しくは基体よりも靱性が大なる材料の中間層を一層以上
設けることにより構成する。
ド被覆部材の強度向上をはかり、過酷な使用条件の下で
の信頼性を向上させる。 【構成】 ダイヤモンドおよび／またはダイヤモンドに
類似の硬質炭素を含む層で基体を被覆した部材におい
て、前記基体と前記層の間に前記層より靱性が大、好ま
しくは基体よりも靱性が大なる材料の中間層を一層以上
設けることにより構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンドで被覆し
た部材に関する。
た部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは極めて硬度が高く、化学
的安定性に富み、熱伝導性に優れ、音波伝搬速度が速い
などの優れた特徴を持つため色々な用途に用いられてい
る。近年、ダイヤモンドを気相から合成する方法が実用
化されたので複雑形状の物をダイヤモンドで被覆するこ
とが容易となり、また高純度のダイヤモンドを安価に製
造することも可能になった。このため、ダイヤモンドの
適用分野はさらに拡がりつつある。例えば、気相合成さ
れたダイヤモンドを切れ刃に用いた長寿命のドリル、エ
ンドミル、スローアウェイチップ、ダイヤモンドを振動
板に用いたスピーカ、ダイヤモンドの熱伝導性を生かし
たヒートシンク、その他耐摩耗部品などが実用化されて
いる。
的安定性に富み、熱伝導性に優れ、音波伝搬速度が速い
などの優れた特徴を持つため色々な用途に用いられてい
る。近年、ダイヤモンドを気相から合成する方法が実用
化されたので複雑形状の物をダイヤモンドで被覆するこ
とが容易となり、また高純度のダイヤモンドを安価に製
造することも可能になった。このため、ダイヤモンドの
適用分野はさらに拡がりつつある。例えば、気相合成さ
れたダイヤモンドを切れ刃に用いた長寿命のドリル、エ
ンドミル、スローアウェイチップ、ダイヤモンドを振動
板に用いたスピーカ、ダイヤモンドの熱伝導性を生かし
たヒートシンク、その他耐摩耗部品などが実用化されて
いる。
【０００３】更に、用途の拡大に応じて、より強度を高
めるため、例えば、特開平５−３２０９０９号のよう
に、基板最表面に表面改質層を形成したり、特開平５−
２４７６５２号のように、中間層として薄膜を形成させ
た例がある。
めるため、例えば、特開平５−３２０９０９号のよう
に、基板最表面に表面改質層を形成したり、特開平５−
２４７６５２号のように、中間層として薄膜を形成させ
た例がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ダイヤモンドで被覆し
た部材は被覆前の部材と較べ強度が劣り、過酷な使用条
件下での信頼性に問題が残る。特に、ダイヤモンド膜に
引張応力がかかるような使用条件の下で、その傾向は顕
著である。例えばドリル、エンドミル、スローアウェイ
チップ等切削工具・耐摩工具に使用する場合には、ダイ
ヤモンド膜に引張応力がかかり膜に起因する欠損が起こ
りやすい。
た部材は被覆前の部材と較べ強度が劣り、過酷な使用条
件下での信頼性に問題が残る。特に、ダイヤモンド膜に
引張応力がかかるような使用条件の下で、その傾向は顕
著である。例えばドリル、エンドミル、スローアウェイ
チップ等切削工具・耐摩工具に使用する場合には、ダイ
ヤモンド膜に引張応力がかかり膜に起因する欠損が起こ
りやすい。
【０００５】
【本発明の目的】本発明の目的は気相合成法によって得
られたダイヤモンドで被覆した部材において、その強度
の低下を抑え、過酷な使用条件の下での被覆部材の信頼
性を向上させることである。
られたダイヤモンドで被覆した部材において、その強度
の低下を抑え、過酷な使用条件の下での被覆部材の信頼
性を向上させることである。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】本発明は下記の如く３
つの段階を踏むことにより完成された。 １）まず、ダイヤモンドで被覆した部材と被覆していな
い部材の両方の破断面を数多く観察して両者の破壊機構
の違いを詳細に検討し、強度低下の原因をつきとめた。 ２）強度低下の原因を踏まえ、強度低下を抑える方法を
検討した。 ３）実験によりその効果を確認した。以下、その詳細を
説明する。
つの段階を踏むことにより完成された。 １）まず、ダイヤモンドで被覆した部材と被覆していな
い部材の両方の破断面を数多く観察して両者の破壊機構
の違いを詳細に検討し、強度低下の原因をつきとめた。 ２）強度低下の原因を踏まえ、強度低下を抑える方法を
検討した。 ３）実験によりその効果を確認した。以下、その詳細を
説明する。
【０００７】
【作用】Ｋ１０（ＪＩＳ Ｂ ４１０４）相当の超硬合
金を使用して抗折力試験片（３点曲げ）の引張応力側の
破断面を観察したところ、ダイヤモンドを被覆していな
い部材では、一般に知られているように、その破壊起点
は基体内部の小さな空孔や異常に成長したＷＣの粒子な
どの欠陥である。しかしながら、ダイヤモンドを被覆し
た部材では、その破壊起点の存在位置はダイヤモンド膜
の内部または表面でる。このことから、ダイヤモンドを
被覆した部材においては、まずダイヤ層に起こった亀裂
が基体にまで伝播して最終的な破断に至ることがわかっ
た。すなわち、ダイヤモンドはその脆弱性ゆえに基体よ
りも先に破壊され、その亀裂が伝播することで基体はそ
の強度以下の応力で破断する。
金を使用して抗折力試験片（３点曲げ）の引張応力側の
破断面を観察したところ、ダイヤモンドを被覆していな
い部材では、一般に知られているように、その破壊起点
は基体内部の小さな空孔や異常に成長したＷＣの粒子な
どの欠陥である。しかしながら、ダイヤモンドを被覆し
た部材では、その破壊起点の存在位置はダイヤモンド膜
の内部または表面でる。このことから、ダイヤモンドを
被覆した部材においては、まずダイヤ層に起こった亀裂
が基体にまで伝播して最終的な破断に至ることがわかっ
た。すなわち、ダイヤモンドはその脆弱性ゆえに基体よ
りも先に破壊され、その亀裂が伝播することで基体はそ
の強度以下の応力で破断する。
【０００８】そのため、この強度低下を避けるためには
ダイヤ被覆層に起こった亀裂を基体にまで到達させない
ようにすればよく、ダイヤ被覆層と基体との間に靱性に
富む中間層を設けることによりダイヤ被覆層から伝播し
た亀裂を前記中間層で停止させれば部材全体の強度は向
上するし、亀裂の伝播を停止できなくても亀裂が中間層
内を伝播するのに必要なエネルギーがダイヤ被覆層内を
伝播する場合よりも大であれば、部材全体の強度は中間
層を使用しない場合よりも大である。従って、使用する
中間層はその内部を亀裂が伝播するのに必要なエネルギ
ーが大きいほど、すなわち靱性が高い程良い。使用する
中間層の靱性がダイヤ層よりも低い場合には効果は少な
い。使用する中間層の靱性がダイヤ層よりも高い場合に
は中間層を使用しない場合よりも部材の強度低下は少な
いが、より効果を上げるためには中間層の靱性を基体の
それよりも大とすることが望ましい。
ダイヤ被覆層に起こった亀裂を基体にまで到達させない
ようにすればよく、ダイヤ被覆層と基体との間に靱性に
富む中間層を設けることによりダイヤ被覆層から伝播し
た亀裂を前記中間層で停止させれば部材全体の強度は向
上するし、亀裂の伝播を停止できなくても亀裂が中間層
内を伝播するのに必要なエネルギーがダイヤ被覆層内を
伝播する場合よりも大であれば、部材全体の強度は中間
層を使用しない場合よりも大である。従って、使用する
中間層はその内部を亀裂が伝播するのに必要なエネルギ
ーが大きいほど、すなわち靱性が高い程良い。使用する
中間層の靱性がダイヤ層よりも低い場合には効果は少な
い。使用する中間層の靱性がダイヤ層よりも高い場合に
は中間層を使用しない場合よりも部材の強度低下は少な
いが、より効果を上げるためには中間層の靱性を基体の
それよりも大とすることが望ましい。
【０００９】また、中間層に使用する材料を選定するに
あたり靱性を測定することが困難である場合には硬度を
測定して靱性を推定することが可能である。硬度と靱性
は逆相関の関係にあるからである。この場合は中間層に
はダイヤ層または基体よりも硬度の低い材料を用いる。
しかし実際にはその部材の用途によって中間層に選ばれ
る材料は制約を受ける。例えば、基体と中間層、あるい
は中間層と基体の間の接着強度はその部材の用途におい
て満足できるものでなければ使用中にダイヤ層、中間層
の剥離が生じやすいために不都合である。また、中間層
の上に気相合成法によって直接結晶質ダイヤモンドでな
るダイヤ層を形成しようとする場合にはコバルトや鉄な
ど炭素が拡散しやすい材料はそのうえにダイヤモンドが
成長しにくいので中間層の材料として不適である。
あたり靱性を測定することが困難である場合には硬度を
測定して靱性を推定することが可能である。硬度と靱性
は逆相関の関係にあるからである。この場合は中間層に
はダイヤ層または基体よりも硬度の低い材料を用いる。
しかし実際にはその部材の用途によって中間層に選ばれ
る材料は制約を受ける。例えば、基体と中間層、あるい
は中間層と基体の間の接着強度はその部材の用途におい
て満足できるものでなければ使用中にダイヤ層、中間層
の剥離が生じやすいために不都合である。また、中間層
の上に気相合成法によって直接結晶質ダイヤモンドでな
るダイヤ層を形成しようとする場合にはコバルトや鉄な
ど炭素が拡散しやすい材料はそのうえにダイヤモンドが
成長しにくいので中間層の材料として不適である。
【００１０】
【実施例】基体にはＪＩＳ Ｋ１０相当の超硬合金の抗
折力試験（幅８ｍｍ、厚さ４ｍｍ、長さ２５ｍｍ）を使
用した。基体の硬度はビッカース硬さで１６６０であっ
た。この基体に中間層としてイオン・プレーティング法
にて厚さ１μｍのＣｒ層を蒸着した。さらに、中間層の
上にマイクロ波プラズマＣＶＤ法によってダイヤモンド
を約５μｍ堆積させて本発明品を得た。ダイヤ被覆層の
硬度はビッカース硬度で８５００であった。尚、このと
きのダイヤモンドの堆積条件は、反応ガスとして一酸化
炭素を水素で１０％に希釈したもの毎分１００ｃｃを炉
内に導入し、炉内圧力を３０ｔｏｒｒ、マイクロ波出力
を５００Ｗとした。比較のために、同じ基体に中間層を
被覆せずダイヤモンドを同条件で堆積させた試料も用意
した。また、硬度を測定するため、中間層を厚く設けた
試料を用意し中間層の硬度を測定したところ、マイクロ
ビッカース硬さで１６０であった。
折力試験（幅８ｍｍ、厚さ４ｍｍ、長さ２５ｍｍ）を使
用した。基体の硬度はビッカース硬さで１６６０であっ
た。この基体に中間層としてイオン・プレーティング法
にて厚さ１μｍのＣｒ層を蒸着した。さらに、中間層の
上にマイクロ波プラズマＣＶＤ法によってダイヤモンド
を約５μｍ堆積させて本発明品を得た。ダイヤ被覆層の
硬度はビッカース硬度で８５００であった。尚、このと
きのダイヤモンドの堆積条件は、反応ガスとして一酸化
炭素を水素で１０％に希釈したもの毎分１００ｃｃを炉
内に導入し、炉内圧力を３０ｔｏｒｒ、マイクロ波出力
を５００Ｗとした。比較のために、同じ基体に中間層を
被覆せずダイヤモンドを同条件で堆積させた試料も用意
した。また、硬度を測定するため、中間層を厚く設けた
試料を用意し中間層の硬度を測定したところ、マイクロ
ビッカース硬さで１６０であった。
【００１１】次に、これらを３点曲げによる抗折力試験
で評価した結果、 本発明品の抗折強度 平均２５５ｋｇｆ／ｍｍ2 比較例（中間層なし） 平均２１１ｋｇｆ／ｍｍ2 被覆なし 平均２５７ｋｇｆ／ｍｍ2 であった。抗折試験後、試験片の引張応力がかかる側の
破断面を観察して破壊起点の位置を調べたところ、本発
明例においてはいずれも基体内部に破壊起点があり、比
較例（中間層なし）においてはいずれもダイヤ層から破
壊が始まっていた。
で評価した結果、 本発明品の抗折強度 平均２５５ｋｇｆ／ｍｍ2 比較例（中間層なし） 平均２１１ｋｇｆ／ｍｍ2 被覆なし 平均２５７ｋｇｆ／ｍｍ2 であった。抗折試験後、試験片の引張応力がかかる側の
破断面を観察して破壊起点の位置を調べたところ、本発
明例においてはいずれも基体内部に破壊起点があり、比
較例（中間層なし）においてはいずれもダイヤ層から破
壊が始まっていた。
【００１２】実施例１の基体を用いて、切削試験用のス
ローアウェイチップ（ＳＰＧＮ４２２型）を制作し、ま
ず中間層としてイオン・プレーティング法にて厚さ約１
μｍのＷ層を蒸着した。ついで、中間層の上にマイクロ
波プラズマＣＶＤ法によってダイヤモンドを約５μｍ堆
積させて本発明品を制作した。ダイヤ被覆層の硬さはマ
イクロビッカース硬さで８５００であった。尚、このと
きのダイヤモンドの堆積条件は、反応ガスとして一酸化
炭素を水素で１０％に希釈したもの毎分１００ｃｃを炉
内に導入し、炉内圧力を３０ｔｏｒｒ、マイクロ波出力
を５００Ｗとした。比較のために、同じチップに中間層
を用いないでダイヤモンドを堆積させた試料を用意し
た。また、硬度を測定するため、中間層を厚く設けた試
料を用意し中間層の硬度を測定したところ、マイクロビ
ッカース硬さで４７０であった。
ローアウェイチップ（ＳＰＧＮ４２２型）を制作し、ま
ず中間層としてイオン・プレーティング法にて厚さ約１
μｍのＷ層を蒸着した。ついで、中間層の上にマイクロ
波プラズマＣＶＤ法によってダイヤモンドを約５μｍ堆
積させて本発明品を制作した。ダイヤ被覆層の硬さはマ
イクロビッカース硬さで８５００であった。尚、このと
きのダイヤモンドの堆積条件は、反応ガスとして一酸化
炭素を水素で１０％に希釈したもの毎分１００ｃｃを炉
内に導入し、炉内圧力を３０ｔｏｒｒ、マイクロ波出力
を５００Ｗとした。比較のために、同じチップに中間層
を用いないでダイヤモンドを堆積させた試料を用意し
た。また、硬度を測定するため、中間層を厚く設けた試
料を用意し中間層の硬度を測定したところ、マイクロビ
ッカース硬さで４７０であった。
【００１３】これらを用いてアルミニウム合金を切削し
た。切削条件は、被削材：１７％Ｓｉを含むアルミ合金
鋳物（米国アルミニウム協会規格Ａ３９０相当）、切削
速度：１０００ｍ／ｍｉｎ、送り：０．２ｍｍ／ｒｅ
ｖ．、切り込み：０．５ｍｍであり、この条件で、本発
明例では３０分後の逃げ面摩耗幅が０．０５ｍｍであっ
たのに対し、比較例では約５分の切削で刃先が欠損し
た。
た。切削条件は、被削材：１７％Ｓｉを含むアルミ合金
鋳物（米国アルミニウム協会規格Ａ３９０相当）、切削
速度：１０００ｍ／ｍｉｎ、送り：０．２ｍｍ／ｒｅ
ｖ．、切り込み：０．５ｍｍであり、この条件で、本発
明例では３０分後の逃げ面摩耗幅が０．０５ｍｍであっ
たのに対し、比較例では約５分の切削で刃先が欠損し
た。
【００１４】
【発明の効果】本発明による部材はダイヤモンドおよび
／またはダイヤモンドに類似の硬質炭素を含む層で被覆
する以前と較べ強度の低下が少ない。従って現在使用さ
れている部材と交換するに際し強度の低下がこれを阻害
することが少なく、ダイヤ層の優れた特性を発揮する事
ができる。
／またはダイヤモンドに類似の硬質炭素を含む層で被覆
する以前と較べ強度の低下が少ない。従って現在使用さ
れている部材と交換するに際し強度の低下がこれを阻害
することが少なく、ダイヤ層の優れた特性を発揮する事
ができる。
───────────────────────────────────────────────────── 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 7202−4Ｇ Ｃ３０Ｂ 29/04 Ａ
Claims (2)
- 【請求項１】 ダイヤモンドおよび／またはダイヤモン
ドに類似の硬質炭素を含む層を被覆した部材において、
基体と前記層の間に前記層より靱性が大なる材料の中間
層を１層以上設けたことを特徴とする強度に優れた硬質
炭素膜被覆部材。 - 【請求項２】 請求項１記載の強度に優れた硬質炭素膜
被覆部材において、前記中間層は基体より硬度の小なる
材料としたことを特徴とする強度に優れた硬質炭素膜被
覆部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6336395A JPH08232067A (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 強度に優れた硬質炭素膜被覆部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6336395A JPH08232067A (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 強度に優れた硬質炭素膜被覆部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08232067A true JPH08232067A (ja) | 1996-09-10 |
Family
ID=13227122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6336395A Pending JPH08232067A (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 強度に優れた硬質炭素膜被覆部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08232067A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6656591B2 (en) | 2000-12-11 | 2003-12-02 | Osg Corporation | Diamond-coated body including interface layer interposed between substrate and diamond coating, and method of manufacturing the same |
| US7416786B2 (en) | 2003-02-26 | 2008-08-26 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Amorphous carbon film, process for producing the same and amorphous carbon film-coated material |
| WO2011135100A1 (de) * | 2010-04-30 | 2011-11-03 | Cemecon Ag | Beschichteter körper sowie ein verfahren zur beschichtung eines körpers |
-
1995
- 1995-02-27 JP JP6336395A patent/JPH08232067A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6656591B2 (en) | 2000-12-11 | 2003-12-02 | Osg Corporation | Diamond-coated body including interface layer interposed between substrate and diamond coating, and method of manufacturing the same |
| US7416786B2 (en) | 2003-02-26 | 2008-08-26 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Amorphous carbon film, process for producing the same and amorphous carbon film-coated material |
| WO2011135100A1 (de) * | 2010-04-30 | 2011-11-03 | Cemecon Ag | Beschichteter körper sowie ein verfahren zur beschichtung eines körpers |
| US9175384B2 (en) | 2010-04-30 | 2015-11-03 | Cemecon Ag | Coated body and a process for coating a body |
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Legal Events
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| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20050801 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |