JPH0839360A - 高耐久超硬合金工具およびその製造方法 - Google Patents
高耐久超硬合金工具およびその製造方法Info
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- JPH0839360A JPH0839360A JP17796494A JP17796494A JPH0839360A JP H0839360 A JPH0839360 A JP H0839360A JP 17796494 A JP17796494 A JP 17796494A JP 17796494 A JP17796494 A JP 17796494A JP H0839360 A JPH0839360 A JP H0839360A
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- tool
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】高耐久性を有するダイヤモンド多結晶薄膜被覆
超硬合金工具およびその製造方法を提供する。 【構成】Ｃo 含有量が６重量％以下のＷＣ系超硬合金工
具の表面にダイヤモンド多結晶薄膜を被覆する方法にお
いて、表面より３〜50μｍの範囲のＣo 成分をＨＣｌ又
はＨ2 ＮＯ3 水溶液により溶出してＣo 除去層を形成し
た後、ＨＣｌ水溶液中で陽極酸化によりＣo 酸化層を形
成し、続いてＮａＯＨ水溶液中で該工具を陰極として電
気分解反応を行なって該Ｃo 除去層およびＣo 酸化層を
剥離除去した後、プラズマ法により７〜30μｍ厚さのダ
イヤモンド多結晶薄膜を被覆することを特徴とする高耐
久超硬合金工具の製造方法及び該製造方法で得られたダ
イヤモンド多結晶薄膜を被覆した高耐久超硬合金工具。
超硬合金工具およびその製造方法を提供する。 【構成】Ｃo 含有量が６重量％以下のＷＣ系超硬合金工
具の表面にダイヤモンド多結晶薄膜を被覆する方法にお
いて、表面より３〜50μｍの範囲のＣo 成分をＨＣｌ又
はＨ2 ＮＯ3 水溶液により溶出してＣo 除去層を形成し
た後、ＨＣｌ水溶液中で陽極酸化によりＣo 酸化層を形
成し、続いてＮａＯＨ水溶液中で該工具を陰極として電
気分解反応を行なって該Ｃo 除去層およびＣo 酸化層を
剥離除去した後、プラズマ法により７〜30μｍ厚さのダ
イヤモンド多結晶薄膜を被覆することを特徴とする高耐
久超硬合金工具の製造方法及び該製造方法で得られたダ
イヤモンド多結晶薄膜を被覆した高耐久超硬合金工具。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高耐久性を有するダイ
ヤモンド多結晶薄膜被覆超硬合金工具およびその製造方
法に関するものである。
ヤモンド多結晶薄膜被覆超硬合金工具およびその製造方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から超硬合金表面にダイヤモンド多
結晶薄膜を被覆することで長寿命、高耐久性を有する工
具を得る試みは為されてきたが、この種のダイヤモンド
工具が所定の性能を発揮するためには、工具表面とそれ
に被覆されるダイヤモンド多結晶薄膜が使用中に剥離し
ないことが要件となる。そこで超硬合金工具とダイヤモ
ンド多結晶薄膜の密着性を向上させることを目的とした
種々の超硬合金工具の改質方法が提案されている。例え
ば、ダイヤモンド多結晶薄膜と超硬合金工具表面の間の
化学結合を阻害する成分を超硬合金工具表面より酸又は
プラズマにより除去する方法（特開昭62-67174号、特開
昭63-53269号参照）や、ダイヤモンド多結晶薄膜と超硬
合金工具表面との双方に化学結合する中間層を被覆する
方法（特開昭 61-104078号、特開昭 62-133068号参
照）、さらにはダイヤモンド多結晶薄膜と超硬合金工具
表面との接触面積を増大させる目的で研磨により超硬合
金工具表面を粗面化する方法（特開昭60-200897 号参
照）や、鉱酸中で電界研磨により超硬合金工具表面に突
起群を形成する方法（特開平03-107460 号参照）等があ
る。
結晶薄膜を被覆することで長寿命、高耐久性を有する工
具を得る試みは為されてきたが、この種のダイヤモンド
工具が所定の性能を発揮するためには、工具表面とそれ
に被覆されるダイヤモンド多結晶薄膜が使用中に剥離し
ないことが要件となる。そこで超硬合金工具とダイヤモ
ンド多結晶薄膜の密着性を向上させることを目的とした
種々の超硬合金工具の改質方法が提案されている。例え
ば、ダイヤモンド多結晶薄膜と超硬合金工具表面の間の
化学結合を阻害する成分を超硬合金工具表面より酸又は
プラズマにより除去する方法（特開昭62-67174号、特開
昭63-53269号参照）や、ダイヤモンド多結晶薄膜と超硬
合金工具表面との双方に化学結合する中間層を被覆する
方法（特開昭 61-104078号、特開昭 62-133068号参
照）、さらにはダイヤモンド多結晶薄膜と超硬合金工具
表面との接触面積を増大させる目的で研磨により超硬合
金工具表面を粗面化する方法（特開昭60-200897 号参
照）や、鉱酸中で電界研磨により超硬合金工具表面に突
起群を形成する方法（特開平03-107460 号参照）等があ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これらの方法はダイヤ
モンド多結晶薄膜と超硬合金工具表面の密着性を向上さ
せることには有効であるが、工具表面を研磨等による物
理的な加工処理で十分な凹凸を形成したその加工圧力に
より該表面とダイヤモンド多結晶薄膜の密着性に寄与し
ない工具の深部まで傷およびひびが生じ、工具としての
強度が低下してしまう。また、生産性を考えた場合、研
磨による方法ではドリルのような形状の複雑な物には対
応できない。電解研磨では表面の残留歪みが表面の凹凸
として表われるため、加工方法、加工材料、加工ロット
といった種々の要素により得られる表面凹凸の程度が異
なるという問題を有している。また従来の酸処理方法で
は工具表面のＣo 溶出が基体各部で均一になるため、該
表面に凹凸ができるまで酸処理を行わなければならず、
密着性に寄与しない工具の深部のＣo 成分までが除去さ
れ、工具が脆化し、強度が著しく低下してしまう。本発
明はこのような欠点を解決した方法で、超硬合金工具の
表面にダイヤモンド多結晶薄膜の密着した高耐久超硬合
金工具とその製造方法を提供しようとするものである。
モンド多結晶薄膜と超硬合金工具表面の密着性を向上さ
せることには有効であるが、工具表面を研磨等による物
理的な加工処理で十分な凹凸を形成したその加工圧力に
より該表面とダイヤモンド多結晶薄膜の密着性に寄与し
ない工具の深部まで傷およびひびが生じ、工具としての
強度が低下してしまう。また、生産性を考えた場合、研
磨による方法ではドリルのような形状の複雑な物には対
応できない。電解研磨では表面の残留歪みが表面の凹凸
として表われるため、加工方法、加工材料、加工ロット
といった種々の要素により得られる表面凹凸の程度が異
なるという問題を有している。また従来の酸処理方法で
は工具表面のＣo 溶出が基体各部で均一になるため、該
表面に凹凸ができるまで酸処理を行わなければならず、
密着性に寄与しない工具の深部のＣo 成分までが除去さ
れ、工具が脆化し、強度が著しく低下してしまう。本発
明はこのような欠点を解決した方法で、超硬合金工具の
表面にダイヤモンド多結晶薄膜の密着した高耐久超硬合
金工具とその製造方法を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記課題を
解決するために、超硬合金工具の表面処理方法について
鋭意検討し、諸条件を確立して本発明を完成したもの
で、その要旨は、ＷＣ系超硬合金工具の表面にダイヤモ
ンド多結晶薄膜を被覆する方法において、Ｃo 含有量が
６重量％以下のＷＣ系超硬合金工具の表面より３〜50μ
ｍの範囲のＣo 成分をＨＣｌ又はＨＮＯ3 水溶液により
溶出してＣo 除去層を形成した後、ＨＣｌ水溶液中で陽
極酸化によりＣo 酸化層を形成し、続いてＮａＯＨ水溶
液中で該工具を陰極として電気分解反応を行なって該Ｃ
o 除去層およびＣo 酸化層を剥離除去した後、プラズマ
法により７〜30μｍ厚さのダイヤモンド多結晶薄膜を被
覆することを特徴とする高耐久超硬合金工具の製造方
法、および該製造方法で得られたダイヤモンド多結晶薄
膜を被覆した高耐久超硬合金工具にある。
解決するために、超硬合金工具の表面処理方法について
鋭意検討し、諸条件を確立して本発明を完成したもの
で、その要旨は、ＷＣ系超硬合金工具の表面にダイヤモ
ンド多結晶薄膜を被覆する方法において、Ｃo 含有量が
６重量％以下のＷＣ系超硬合金工具の表面より３〜50μ
ｍの範囲のＣo 成分をＨＣｌ又はＨＮＯ3 水溶液により
溶出してＣo 除去層を形成した後、ＨＣｌ水溶液中で陽
極酸化によりＣo 酸化層を形成し、続いてＮａＯＨ水溶
液中で該工具を陰極として電気分解反応を行なって該Ｃ
o 除去層およびＣo 酸化層を剥離除去した後、プラズマ
法により７〜30μｍ厚さのダイヤモンド多結晶薄膜を被
覆することを特徴とする高耐久超硬合金工具の製造方
法、および該製造方法で得られたダイヤモンド多結晶薄
膜を被覆した高耐久超硬合金工具にある。
【０００５】以下、本発明を詳細に説明する。
【作用】本発明の超硬合金工具表面の処理方法はＣo 除
去層およびＣo 酸化層を剥離除去した段階で該工具表面
を均質な粗面とするものである。最初の酸処理で薄いＣ
o 除去層を形成することにより、その後の陽極酸化にお
いてイオンの流通がＣo除去層を介してスムーズに行わ
れるようになる。この際、Ｈ2 ＳＯ4 のような強酸に浸
漬した場合はＣo とＨ2 ＳＯ4 とが反応してしまって不
導体となり、Ｃo除去が不可能になる。Ｃo 除去層はＷ
Ｃ等の硬質炭化物粒子とＣo 除去後の空孔よりなる多孔
質層であるため、流通するイオン電流は微少なチャンネ
リングを生じ、工具表面に形成され酸化層の厚みに不均
一をもたらす。更にＣo 除去層を形成するＷＣ粒子と基
体表面との間に腐食電池が形成されることで、不均一な
酸化層の形成が助長される。陽極酸化による酸化膜の形
成で、チャンネリング効果及び腐食電池の効果を増長さ
せ、工具表面に不均一な厚みを有する酸化膜を得る。前
記処理を行った工具を陰極とするＮa ＯＨ水溶液中での
電気分解は、機械的強度の低下したＣo 除去層及びＣo
酸化層を完全に除去するのに用いられる。このＮa ＯＨ
水溶液中での電気分解反応は、未酸化金属の表面とＣo
酸化層の間で進行し、発生するガスの圧力により低強度
のＣo 酸化層及びＣo 除去層を剥離する。このようにＣ
o 除去層及びＣo 酸化層を剥離除去された均質な粗面を
有する工具表面に析出したマイクロ波プラズマCVD 法に
よるダイヤモンド多結晶薄膜の密着性は極めて優れたも
ので、耐久性の向上した超硬合金工具が得られる。
去層およびＣo 酸化層を剥離除去した段階で該工具表面
を均質な粗面とするものである。最初の酸処理で薄いＣ
o 除去層を形成することにより、その後の陽極酸化にお
いてイオンの流通がＣo除去層を介してスムーズに行わ
れるようになる。この際、Ｈ2 ＳＯ4 のような強酸に浸
漬した場合はＣo とＨ2 ＳＯ4 とが反応してしまって不
導体となり、Ｃo除去が不可能になる。Ｃo 除去層はＷ
Ｃ等の硬質炭化物粒子とＣo 除去後の空孔よりなる多孔
質層であるため、流通するイオン電流は微少なチャンネ
リングを生じ、工具表面に形成され酸化層の厚みに不均
一をもたらす。更にＣo 除去層を形成するＷＣ粒子と基
体表面との間に腐食電池が形成されることで、不均一な
酸化層の形成が助長される。陽極酸化による酸化膜の形
成で、チャンネリング効果及び腐食電池の効果を増長さ
せ、工具表面に不均一な厚みを有する酸化膜を得る。前
記処理を行った工具を陰極とするＮa ＯＨ水溶液中での
電気分解は、機械的強度の低下したＣo 除去層及びＣo
酸化層を完全に除去するのに用いられる。このＮa ＯＨ
水溶液中での電気分解反応は、未酸化金属の表面とＣo
酸化層の間で進行し、発生するガスの圧力により低強度
のＣo 酸化層及びＣo 除去層を剥離する。このようにＣ
o 除去層及びＣo 酸化層を剥離除去された均質な粗面を
有する工具表面に析出したマイクロ波プラズマCVD 法に
よるダイヤモンド多結晶薄膜の密着性は極めて優れたも
ので、耐久性の向上した超硬合金工具が得られる。
【０００６】本発明が適用される超硬合金は、主成分と
してタングステンカーバイドＷＣを硬質成分とし、これ
にＮb、Ｔi、Ｔa、Ｖ、 Ｃr 等の酸化物、窒化物、ケイ化物
及び炭化物が適宣混合されたものに、結合相成分として
Ｃo 粉を加えて焼結したJISB4053 に規定の超硬合金を
いう。これらの中ではＣo 量が６重量％以下、好ましく
は４〜６重量％で、ＷＣの粒径が 0.5μｍ以上のもの、
好ましくは 0.7〜 2.0μｍのものが良い。具体的には K
01、H10、V10（JIS の超硬合金分類による名称）等が好ま
しく用いられる。これはＣo が６重量％を超えると、ダ
イヤモンド多結晶薄膜の被覆時に低強度のダイヤモンド
結晶とグラファイト又はアモルファスカーボンとの混合
析出物がダイヤモンド多結晶薄膜と超硬工具との接合界
面に生ずるためである。ＷＣの粒径が 0.5μｍ未満のも
のを用いると工具としての強度が弱くなる。適用工具と
しては、該超硬合金製のものであれば特に形態、性能に
制限は無いが、具体的にはドリル、バイト、カッターブ
レード、ダイサー、エンドミル、リーマ、パンチ等が挙
げられる。
してタングステンカーバイドＷＣを硬質成分とし、これ
にＮb、Ｔi、Ｔa、Ｖ、 Ｃr 等の酸化物、窒化物、ケイ化物
及び炭化物が適宣混合されたものに、結合相成分として
Ｃo 粉を加えて焼結したJISB4053 に規定の超硬合金を
いう。これらの中ではＣo 量が６重量％以下、好ましく
は４〜６重量％で、ＷＣの粒径が 0.5μｍ以上のもの、
好ましくは 0.7〜 2.0μｍのものが良い。具体的には K
01、H10、V10（JIS の超硬合金分類による名称）等が好ま
しく用いられる。これはＣo が６重量％を超えると、ダ
イヤモンド多結晶薄膜の被覆時に低強度のダイヤモンド
結晶とグラファイト又はアモルファスカーボンとの混合
析出物がダイヤモンド多結晶薄膜と超硬工具との接合界
面に生ずるためである。ＷＣの粒径が 0.5μｍ未満のも
のを用いると工具としての強度が弱くなる。適用工具と
しては、該超硬合金製のものであれば特に形態、性能に
制限は無いが、具体的にはドリル、バイト、カッターブ
レード、ダイサー、エンドミル、リーマ、パンチ等が挙
げられる。
【０００７】以下、製造方法を工程順に説明する。先
ず、超硬合金工具表面のＣo 除去層はＨＣｌ又はＨＮＯ
3 の２〜20重量％水溶液に２〜30分間浸漬することによ
り形成されるが、短時間で処理を施す場合には該希酸中
で超硬合金工具を陽極とし、３A/dm2 以下の電流密度で
電解研磨しても良い。この処理により形成されるＣo 除
去層の層厚さは３〜50μｍ、好ましくは10〜20μｍの範
囲が良く、その理由は、該電解研磨後の後述する陽極酸
化において、二次電流のチャンネリングを生じさせ、後
続の電解剥離処理と合わせて超硬合金工具表面の均一な
粗面化を可能にするためである。この厚さが３μｍ未満
では続く陽極酸化工程で酸化が均一に進行するため、十
分な超硬合金工具表面の粗面化効果が得られず、一方50
μｍを超えると工具各部でＣo 除去層の厚さに著るしい
不均一が生ずるため好ましくない。
ず、超硬合金工具表面のＣo 除去層はＨＣｌ又はＨＮＯ
3 の２〜20重量％水溶液に２〜30分間浸漬することによ
り形成されるが、短時間で処理を施す場合には該希酸中
で超硬合金工具を陽極とし、３A/dm2 以下の電流密度で
電解研磨しても良い。この処理により形成されるＣo 除
去層の層厚さは３〜50μｍ、好ましくは10〜20μｍの範
囲が良く、その理由は、該電解研磨後の後述する陽極酸
化において、二次電流のチャンネリングを生じさせ、後
続の電解剥離処理と合わせて超硬合金工具表面の均一な
粗面化を可能にするためである。この厚さが３μｍ未満
では続く陽極酸化工程で酸化が均一に進行するため、十
分な超硬合金工具表面の粗面化効果が得られず、一方50
μｍを超えると工具各部でＣo 除去層の厚さに著るしい
不均一が生ずるため好ましくない。
【０００８】次に陽極酸化によりＣo 除去層の下の層を
酸化してＣo 酸化層に変換する。処理に用いる電解液は
ＨＣｌ、又はＨＮＯ3 がＣo 酸化層を安定的に得ること
ができる。陽極酸化はこれらの５〜20重量％、好ましく
は５〜10重量％水溶液に超硬合金工具を浸積し、電流密
度を３〜30A/dm2 、好ましくは４〜10A/dm2 とし、通電
時間は電流密度により異なるが２〜８kC/dm2の電気量密
度（電気量密度＝電流密度×通電時間）となる様にする
のが好ましい。電流密度が３A/dm2 以下ではＣo の流出
が生じてＣo 酸化層が十分に成長せず、一方30A/dm2 を
超えると通電時に生ずる電気分解ガスにより形成された
Ｃo 除去層及び酸化層が破壊されるため好ましくない。
また、電気量密度が２kC/dm2未満では超硬合金工具の表
面が十分粗面化されず、一方８kC/dm2を越えると形成さ
れたＣo 酸化層が肥厚化し、自然剥離を生ずるため好ま
しくない。このＣo 酸化層の平均層厚さは乾燥状態で３
〜15μｍが好ましく、３μｍ未満では工具表面に十分な
凹凸が形成できなく、一方15μｍを越えると処理中に自
然剥離が生じ易くなる。
酸化してＣo 酸化層に変換する。処理に用いる電解液は
ＨＣｌ、又はＨＮＯ3 がＣo 酸化層を安定的に得ること
ができる。陽極酸化はこれらの５〜20重量％、好ましく
は５〜10重量％水溶液に超硬合金工具を浸積し、電流密
度を３〜30A/dm2 、好ましくは４〜10A/dm2 とし、通電
時間は電流密度により異なるが２〜８kC/dm2の電気量密
度（電気量密度＝電流密度×通電時間）となる様にする
のが好ましい。電流密度が３A/dm2 以下ではＣo の流出
が生じてＣo 酸化層が十分に成長せず、一方30A/dm2 を
超えると通電時に生ずる電気分解ガスにより形成された
Ｃo 除去層及び酸化層が破壊されるため好ましくない。
また、電気量密度が２kC/dm2未満では超硬合金工具の表
面が十分粗面化されず、一方８kC/dm2を越えると形成さ
れたＣo 酸化層が肥厚化し、自然剥離を生ずるため好ま
しくない。このＣo 酸化層の平均層厚さは乾燥状態で３
〜15μｍが好ましく、３μｍ未満では工具表面に十分な
凹凸が形成できなく、一方15μｍを越えると処理中に自
然剥離が生じ易くなる。
【０００９】次いでこの様にして得られたＣo 除去層及
びその下側にＣo 酸化層を有する超硬合金工具をＮａＯ
Ｈ中に浸して同工具を陰極として電気分解反応を行なっ
て発生する気泡により表面のＣo 除去層、及びその下側
に形成されたＣo 酸化層を剥離除去し、工具表面に（２
〜８）Ｓ（JIS B 0601）の表面粗さを有する超硬合金工
具が得られる。電気分解反応に用いられるＮａＯＨ水溶
液濃度及び電流密度は、得られる超硬合金工具表面の粗
さとは直接関係は無く、Ｃo 除去層及びＣo 酸化層の安
定的な剥離が進行する程度であれば特に制限は無く、夫
々３〜40重量％、好ましくは３〜10重量％、10〜200A/d
m2、好ましくは10〜50A/dm2 の広い範囲で10秒〜40分間
処理すると良い。尚、上記Ｃo 酸化層の形成及び剥離処
理時に超硬合金工具の対極として用いられる電極板に
は、イオン化傾向の小さいＰt、Ａu、Ｃ等が適当である。
びその下側にＣo 酸化層を有する超硬合金工具をＮａＯ
Ｈ中に浸して同工具を陰極として電気分解反応を行なっ
て発生する気泡により表面のＣo 除去層、及びその下側
に形成されたＣo 酸化層を剥離除去し、工具表面に（２
〜８）Ｓ（JIS B 0601）の表面粗さを有する超硬合金工
具が得られる。電気分解反応に用いられるＮａＯＨ水溶
液濃度及び電流密度は、得られる超硬合金工具表面の粗
さとは直接関係は無く、Ｃo 除去層及びＣo 酸化層の安
定的な剥離が進行する程度であれば特に制限は無く、夫
々３〜40重量％、好ましくは３〜10重量％、10〜200A/d
m2、好ましくは10〜50A/dm2 の広い範囲で10秒〜40分間
処理すると良い。尚、上記Ｃo 酸化層の形成及び剥離処
理時に超硬合金工具の対極として用いられる電極板に
は、イオン化傾向の小さいＰt、Ａu、Ｃ等が適当である。
【００１０】続いてダイヤモンド多結晶薄膜の被覆工程
に入るがその前に前処理として該工具表面を希酸により
洗浄するとよい。前記のようにして得られた超硬合金工
具はＣo 結合相（ＷＣ微粒子とＣo をバインダーとした
結合相）の過乗な溶出による強度の低下が無く、その表
面は（２〜８）Ｓ程度の粗さを有している。しかしなが
ら同Ｃo 結合相はダイヤモンド多結晶薄膜の被覆時に低
強度のダイヤモンド多結晶とグラファイト、又はアモル
ファスカーボンとの共析物を生ずるためダイヤモンド多
結晶薄膜を被覆する上では好ましくない。そこで工具表
面にＣo 結合相が残留している場合には、その除去と前
記電解時に残留している僅かなＮa ＯＨを中和するため
希酸による洗浄を実施するのが望ましい。洗浄に用いる
希酸には、塩酸又は硝酸が好ましく、その濃度及び処理
時間は夫々硝酸の場合は２〜４重量％、30秒〜２分、塩
酸の場合は３〜７重量％、30秒〜３分の範囲が好まし
い。
に入るがその前に前処理として該工具表面を希酸により
洗浄するとよい。前記のようにして得られた超硬合金工
具はＣo 結合相（ＷＣ微粒子とＣo をバインダーとした
結合相）の過乗な溶出による強度の低下が無く、その表
面は（２〜８）Ｓ程度の粗さを有している。しかしなが
ら同Ｃo 結合相はダイヤモンド多結晶薄膜の被覆時に低
強度のダイヤモンド多結晶とグラファイト、又はアモル
ファスカーボンとの共析物を生ずるためダイヤモンド多
結晶薄膜を被覆する上では好ましくない。そこで工具表
面にＣo 結合相が残留している場合には、その除去と前
記電解時に残留している僅かなＮa ＯＨを中和するため
希酸による洗浄を実施するのが望ましい。洗浄に用いる
希酸には、塩酸又は硝酸が好ましく、その濃度及び処理
時間は夫々硝酸の場合は２〜４重量％、30秒〜２分、塩
酸の場合は３〜７重量％、30秒〜３分の範囲が好まし
い。
【００１１】次に微量のダイヤモンド砥粒を工具表面に
種結晶として付着させる。具体的には、メタノール、エ
タノール、プルパノール、アセトン等にダイヤモンド砥
粒を分散させ、超音波、ジェット噴射、撹拌翼等を用い
て工具表面に種結晶を付着させる。また、白金の蒸着に
よる種結晶もダイヤモンド多結晶薄膜の形成に有効であ
る。以上の前処理を施した後プラズマCVD 法により７〜
30μｍ厚のダイヤモンド多結晶薄膜を被覆すると実用上
十分な耐久性と密着性を有するダイヤモンド被覆高耐久
超硬合金工具が得られる。
種結晶として付着させる。具体的には、メタノール、エ
タノール、プルパノール、アセトン等にダイヤモンド砥
粒を分散させ、超音波、ジェット噴射、撹拌翼等を用い
て工具表面に種結晶を付着させる。また、白金の蒸着に
よる種結晶もダイヤモンド多結晶薄膜の形成に有効であ
る。以上の前処理を施した後プラズマCVD 法により７〜
30μｍ厚のダイヤモンド多結晶薄膜を被覆すると実用上
十分な耐久性と密着性を有するダイヤモンド被覆高耐久
超硬合金工具が得られる。
【００１２】本発明におけるダイヤモンド多結晶薄膜被
覆時のマイクロ波プラズマＣＶＤ法の条件は従来公知の
方法で良く、印加するマイクロ波の周波数としては10MH
z 〜30GHz 、好ましくは900MHz〜５GHz の範囲が適す
る。周波数が10MHz 未満では無放電プラズマが生成せ
ず、一方30GHz を超える周波数では反応管の直径が１cm
以下と小さくなりすぎるため実用性を欠く。原料ガスと
しては、ガス状の炭化水素、具体的には炭素数３以下の
炭化水素、好ましくはメタンガスと、水素ガス、酸素ガ
ス、一酸化炭素ガスを反応器内に供給、流通させてダイ
ヤモンド多結晶薄膜の合成被覆を行う。ガス組成は、Ｈ
2、ＣＨ4 の二成分系ではＣＨ4 ＝0.1 〜５容量％、Ｈ2
残部、Ｈ2、ＣＨ4、Ｏ2 の三成分系ではＣＨ4 ＝0.1 〜10
容量％、Ｏ2 ＝０〜10容量％、Ｈ2 残部、Ｈ2、ＣＨ4、Ｃ
Ｏの三成分系ではＣＨ4 ＝０〜５容量％、ＣＯ＝0.1 〜
30容量％、Ｈ2 残部、Ｈ2、ＣＨ4、ＣＯ2 の三成分系では
ＣＨ4 ＝0.1 〜10容量％、ＣＯ2 ＝０〜20容量％、Ｈ2
残部等が挙げられ、その他、Ｈ2、ＣＨ4、ＣＯ、 ＣＯ2、Ｏ
2 の組み合わせによる五成分系でも良い。原料混合ガス
の流量は反応管径等により大きく異なるが１〜2000cc/m
in、好ましくは10〜 500cc/minである。反応転化率が低
いため反応器内雰囲気のガス組成は流通（原料）ガスの
濃度とほぼ等しくなる。
覆時のマイクロ波プラズマＣＶＤ法の条件は従来公知の
方法で良く、印加するマイクロ波の周波数としては10MH
z 〜30GHz 、好ましくは900MHz〜５GHz の範囲が適す
る。周波数が10MHz 未満では無放電プラズマが生成せ
ず、一方30GHz を超える周波数では反応管の直径が１cm
以下と小さくなりすぎるため実用性を欠く。原料ガスと
しては、ガス状の炭化水素、具体的には炭素数３以下の
炭化水素、好ましくはメタンガスと、水素ガス、酸素ガ
ス、一酸化炭素ガスを反応器内に供給、流通させてダイ
ヤモンド多結晶薄膜の合成被覆を行う。ガス組成は、Ｈ
2、ＣＨ4 の二成分系ではＣＨ4 ＝0.1 〜５容量％、Ｈ2
残部、Ｈ2、ＣＨ4、Ｏ2 の三成分系ではＣＨ4 ＝0.1 〜10
容量％、Ｏ2 ＝０〜10容量％、Ｈ2 残部、Ｈ2、ＣＨ4、Ｃ
Ｏの三成分系ではＣＨ4 ＝０〜５容量％、ＣＯ＝0.1 〜
30容量％、Ｈ2 残部、Ｈ2、ＣＨ4、ＣＯ2 の三成分系では
ＣＨ4 ＝0.1 〜10容量％、ＣＯ2 ＝０〜20容量％、Ｈ2
残部等が挙げられ、その他、Ｈ2、ＣＨ4、ＣＯ、 ＣＯ2、Ｏ
2 の組み合わせによる五成分系でも良い。原料混合ガス
の流量は反応管径等により大きく異なるが１〜2000cc/m
in、好ましくは10〜 500cc/minである。反応転化率が低
いため反応器内雰囲気のガス組成は流通（原料）ガスの
濃度とほぼ等しくなる。
【００１３】同工具の表面温度は500 〜1200℃、好まし
くは 800〜 950℃の範囲が良い。この表面温度が 500℃
未満ではダイヤモンドの析出速度が遅くなったり析出物
の結晶性、均質性が失われたりする。一方、1200℃を越
えると析出速度が充分でなく、形成されたダイヤモンド
多結晶薄膜が炭化されてしまうことがある。反応圧力は
通常10-2〜10+3Torr、好ましくは10-1〜 300Torrであ
る。反応圧力が10-2Torr未満ではダイヤモンドの析出が
遅くなったり、析出が見られなくなったりする。一方10
+3Torrを超えるとプラズマの発生が困難となる。反応時
間は被覆するダイヤモンド多結晶薄膜の膜厚に直接関係
しており適宣設定されるが通常３〜 150時間、好ましく
は10〜30時間である。本発明におけるダイヤモンド多結
晶薄膜の厚さは７〜30μｍが良く、中でも10〜20μｍが
特に好ましい。７μｍ未満の場合、ダイヤモンド多結晶
薄膜の強度が十分生かされず、基体超硬合金工具の硬度
がそのまま特性に現れ好ましくない。一方、30μｍを超
えると膜の内部応力が増し、剥離を生じ易くなり好まし
くない。
くは 800〜 950℃の範囲が良い。この表面温度が 500℃
未満ではダイヤモンドの析出速度が遅くなったり析出物
の結晶性、均質性が失われたりする。一方、1200℃を越
えると析出速度が充分でなく、形成されたダイヤモンド
多結晶薄膜が炭化されてしまうことがある。反応圧力は
通常10-2〜10+3Torr、好ましくは10-1〜 300Torrであ
る。反応圧力が10-2Torr未満ではダイヤモンドの析出が
遅くなったり、析出が見られなくなったりする。一方10
+3Torrを超えるとプラズマの発生が困難となる。反応時
間は被覆するダイヤモンド多結晶薄膜の膜厚に直接関係
しており適宣設定されるが通常３〜 150時間、好ましく
は10〜30時間である。本発明におけるダイヤモンド多結
晶薄膜の厚さは７〜30μｍが良く、中でも10〜20μｍが
特に好ましい。７μｍ未満の場合、ダイヤモンド多結晶
薄膜の強度が十分生かされず、基体超硬合金工具の硬度
がそのまま特性に現れ好ましくない。一方、30μｍを超
えると膜の内部応力が増し、剥離を生じ易くなり好まし
くない。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施態様を実施例を挙げて具
体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。 （実施例１）2.0mmφ×38mmL の超硬合金製ドリル（成
分：ＷＣ94重量％、Ｃo ６重量％）を基体とし、このド
リル30本を濃度10重量％のＨＮＯ3 水溶液中に15分間浸
漬しＣo 除去層を形成した。このドリルのうち１本につ
いて断面組織分析を行った所、表面より20μｍ厚さの層
内のＣo が除去されていた。次に残りドリル29本の先端
５mmを５重量％のＨＣｌ水溶液中に浸漬し炭素棒を陰極
として、１Ａの電流で10分間陽極酸化処理を施した。こ
れより29本のドリル先端に黒色のＣo 酸化層が最小５〜
最大15μｍ形成された。このドリルのうち１本について
その断面をＸ線マイクロアナライザー及び電子顕微鏡で
調べた所、超硬合金工具表面にＣo 除去層、Ｃo 酸化層
が順次形成されていた。残るドリル28本を10重量％のＮ
a ＯＨ溶液中に浸漬し、炭素棒を陽極として、６Ａの電
流で約１分間電気分解反応を行った。その結果ドリル表
面のＣo 除去層及びＣo 酸化層が剥離し、ドリル表面は
銀灰色を呈していた。同表面を表面粗さ計Ｔ６Ｄ（ホン
メル社製商品名）によりJIS B 0601に準拠して測定した
ところ（４〜６）Ｓの粗面が形成されていることが認め
られた。同ドリルを２重量％の硝酸水溶液中で１分間洗
浄し、平均粒径３μｍのダイヤモンド砥粒を分散したエ
タノール中で超音波洗浄した後、ダイヤモンド多結晶薄
膜被覆処理を施した。ダイヤモンド多結晶薄膜被覆処理
には新日本無線社製マイクロ波プラズマＣＶＤ装置 NJE
2928を用い、表面温度 870℃、反応圧力30Torrの雰囲気
下で13時間2.0 容量％のＣＨ4 を含有するＨ2 ガスを供
給し、膜厚14μｍのダイヤモンド多結晶薄膜を被覆し
た。同ドリル28本について２mm厚のガラス・エポキシプ
リント基板（JIS C 6484に規定のGE4Fガラス布基材エポ
キシ樹脂プリント基板で１ｍ角の大きさ）に対して４万
rpm の回転数で穴開けテストを施したところ、最大３万
穴、最小 2.8万穴の穴開け加工が可能であった。
体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。 （実施例１）2.0mmφ×38mmL の超硬合金製ドリル（成
分：ＷＣ94重量％、Ｃo ６重量％）を基体とし、このド
リル30本を濃度10重量％のＨＮＯ3 水溶液中に15分間浸
漬しＣo 除去層を形成した。このドリルのうち１本につ
いて断面組織分析を行った所、表面より20μｍ厚さの層
内のＣo が除去されていた。次に残りドリル29本の先端
５mmを５重量％のＨＣｌ水溶液中に浸漬し炭素棒を陰極
として、１Ａの電流で10分間陽極酸化処理を施した。こ
れより29本のドリル先端に黒色のＣo 酸化層が最小５〜
最大15μｍ形成された。このドリルのうち１本について
その断面をＸ線マイクロアナライザー及び電子顕微鏡で
調べた所、超硬合金工具表面にＣo 除去層、Ｃo 酸化層
が順次形成されていた。残るドリル28本を10重量％のＮ
a ＯＨ溶液中に浸漬し、炭素棒を陽極として、６Ａの電
流で約１分間電気分解反応を行った。その結果ドリル表
面のＣo 除去層及びＣo 酸化層が剥離し、ドリル表面は
銀灰色を呈していた。同表面を表面粗さ計Ｔ６Ｄ（ホン
メル社製商品名）によりJIS B 0601に準拠して測定した
ところ（４〜６）Ｓの粗面が形成されていることが認め
られた。同ドリルを２重量％の硝酸水溶液中で１分間洗
浄し、平均粒径３μｍのダイヤモンド砥粒を分散したエ
タノール中で超音波洗浄した後、ダイヤモンド多結晶薄
膜被覆処理を施した。ダイヤモンド多結晶薄膜被覆処理
には新日本無線社製マイクロ波プラズマＣＶＤ装置 NJE
2928を用い、表面温度 870℃、反応圧力30Torrの雰囲気
下で13時間2.0 容量％のＣＨ4 を含有するＨ2 ガスを供
給し、膜厚14μｍのダイヤモンド多結晶薄膜を被覆し
た。同ドリル28本について２mm厚のガラス・エポキシプ
リント基板（JIS C 6484に規定のGE4Fガラス布基材エポ
キシ樹脂プリント基板で１ｍ角の大きさ）に対して４万
rpm の回転数で穴開けテストを施したところ、最大３万
穴、最小 2.8万穴の穴開け加工が可能であった。
【００１５】（実施例２）2.8mmφ×38mmL の超硬合金
製（成分は実施例１に同じ）ドリル30本の先端５mmを５
重量％ＨＣｌ溶液中に浸漬し、同ドリルを陽極として
0.2Ａの電流を５分間印加してドリル表面に15μｍのＣo
除去層を形成した。次に同ドリルの内29本の先端５mm
を10重量％のＨＣｌ溶液中に浸漬し、炭素棒を陰極とし
て 1.8Ａの電流で８分間陽極酸化処理を施した。次にド
リル先端を３重量％のＮa ＯＨ溶液中に浸漬し、炭素棒
を陽極として８Ａの電流で約３分間電気分解反応を行
い、表面粗さ（３〜５）Ｓの粗面を有する超硬合金ドリ
ルを得た。同ドリル28本に実施例１と同様の方法で20μ
ｍのダイヤモンド多結晶薄膜を表面温度を 840℃とした
以外は実施例１と同条件で被覆し切削テストを行った。
その結果同ドリル28本について最大 2.1万穴、最小２万
穴の穴あけ加工が可能であった。
製（成分は実施例１に同じ）ドリル30本の先端５mmを５
重量％ＨＣｌ溶液中に浸漬し、同ドリルを陽極として
0.2Ａの電流を５分間印加してドリル表面に15μｍのＣo
除去層を形成した。次に同ドリルの内29本の先端５mm
を10重量％のＨＣｌ溶液中に浸漬し、炭素棒を陰極とし
て 1.8Ａの電流で８分間陽極酸化処理を施した。次にド
リル先端を３重量％のＮa ＯＨ溶液中に浸漬し、炭素棒
を陽極として８Ａの電流で約３分間電気分解反応を行
い、表面粗さ（３〜５）Ｓの粗面を有する超硬合金ドリ
ルを得た。同ドリル28本に実施例１と同様の方法で20μ
ｍのダイヤモンド多結晶薄膜を表面温度を 840℃とした
以外は実施例１と同条件で被覆し切削テストを行った。
その結果同ドリル28本について最大 2.1万穴、最小２万
穴の穴あけ加工が可能であった。
【００１６】（比較例１）実施例１および２と同じ超硬
合金製 2.0および 2.8mmφの本発明の処理を施さないド
リルにより実施例と同様の穴開けテストを実施した所、
2.0mmドリルについては2700穴、 2.8mmドリルについて
は2200穴で穴開けが不能となった。
合金製 2.0および 2.8mmφの本発明の処理を施さないド
リルにより実施例と同様の穴開けテストを実施した所、
2.0mmドリルについては2700穴、 2.8mmドリルについて
は2200穴で穴開けが不能となった。
【００１７】（比較例２）実施例１の超硬合金製ドリル
を用い、実施例１と同様のＣo 除去層形成及び陽極酸化
処理を施した後、各層の剥離処理を実施せず、19μｍの
ダイヤモンド多結晶薄膜を被覆した所、ドリルを反応器
より取り出した時点で全てのドリルについて、ダイヤモ
ンド多結晶薄膜の剥離が見られ、穴開けテストが実施で
きなかった。ダイヤモンド被覆条件は処理時間を17時間
とした以外は実施例１と同様とした。
を用い、実施例１と同様のＣo 除去層形成及び陽極酸化
処理を施した後、各層の剥離処理を実施せず、19μｍの
ダイヤモンド多結晶薄膜を被覆した所、ドリルを反応器
より取り出した時点で全てのドリルについて、ダイヤモ
ンド多結晶薄膜の剥離が見られ、穴開けテストが実施で
きなかった。ダイヤモンド被覆条件は処理時間を17時間
とした以外は実施例１と同様とした。
【００１８】（比較例３）3.0mmφ×38mmL の超合金製
ドリル（成分 実施例１と同様）10本について、Ｃo 除
去層形成を除く各処理を実施例１と同様に施した後、14
μｍのダイヤモンド多結晶薄膜を被覆した所、ドリルを
反応室より取り出した時点で７本のドリルについてダイ
ヤモンド多結晶薄膜の剥離が見られた。又、残り３本の
ドリルについて実施例１と同様の穴開けテストを実施し
た所、最大8400穴、最少4300穴開けることができたがそ
の時点で膜が剥離し穴開けが不能となった。ダイヤモン
ド被覆条件は、表面温度 855℃、反応圧力25Torrの下で
15時間反応を行った。
ドリル（成分 実施例１と同様）10本について、Ｃo 除
去層形成を除く各処理を実施例１と同様に施した後、14
μｍのダイヤモンド多結晶薄膜を被覆した所、ドリルを
反応室より取り出した時点で７本のドリルについてダイ
ヤモンド多結晶薄膜の剥離が見られた。又、残り３本の
ドリルについて実施例１と同様の穴開けテストを実施し
た所、最大8400穴、最少4300穴開けることができたがそ
の時点で膜が剥離し穴開けが不能となった。ダイヤモン
ド被覆条件は、表面温度 855℃、反応圧力25Torrの下で
15時間反応を行った。
【００１９】（比較例４）2.2mmφ×38mmL の超合金製
ドリル（成分 実施例１と同様）10本を25重量％ＨＣｌ
水溶液に浸し、 1.7A/cm2 で20分間電解研磨処理を実施
した後、ドリル表面を２重量％Ｎa ＯＨ水溶液で洗浄し
た。このドリルの表面は銀色を呈しており、表面粗さ計
により粗さを計測した所、(0.3〜1.4)Ｓの粗面が形成さ
れている様子が認められた。このドリルを平均粒径 4.5
μｍのダイヤモンド砥粒を分散したエタノール中で超音
波洗浄した後、実施例１と同様の方法で18μｍのダイヤ
モンド多結晶薄膜を被覆した。この結果、反応室よりド
リルを取り出した時点で５本のドリルについてダイヤモ
ンド多結晶薄膜の剥離が生じていた。残りの５本のドリ
ルについて実施例１と同様の穴開けテストを行なった
所、最大 12000穴、最少 800穴開けることができたが、
その後穴開けが不能となった。又、３本のドリルについ
てはテストにより刃先が切損した。ダイヤモンド被覆条
件は、表面温度830℃、反応圧力40Torrの下で20時間反
応を行った。
ドリル（成分 実施例１と同様）10本を25重量％ＨＣｌ
水溶液に浸し、 1.7A/cm2 で20分間電解研磨処理を実施
した後、ドリル表面を２重量％Ｎa ＯＨ水溶液で洗浄し
た。このドリルの表面は銀色を呈しており、表面粗さ計
により粗さを計測した所、(0.3〜1.4)Ｓの粗面が形成さ
れている様子が認められた。このドリルを平均粒径 4.5
μｍのダイヤモンド砥粒を分散したエタノール中で超音
波洗浄した後、実施例１と同様の方法で18μｍのダイヤ
モンド多結晶薄膜を被覆した。この結果、反応室よりド
リルを取り出した時点で５本のドリルについてダイヤモ
ンド多結晶薄膜の剥離が生じていた。残りの５本のドリ
ルについて実施例１と同様の穴開けテストを行なった
所、最大 12000穴、最少 800穴開けることができたが、
その後穴開けが不能となった。又、３本のドリルについ
てはテストにより刃先が切損した。ダイヤモンド被覆条
件は、表面温度830℃、反応圧力40Torrの下で20時間反
応を行った。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、例えば従来の超硬合金
製ドリルに較べ約10倍の寿命を有するダイヤモンド多結
晶薄膜を被覆した高耐久超硬合金製ドリルを安定的に製
造することが可能であり、産業上その利用価値は極めて
高い。
製ドリルに較べ約10倍の寿命を有するダイヤモンド多結
晶薄膜を被覆した高耐久超硬合金製ドリルを安定的に製
造することが可能であり、産業上その利用価値は極めて
高い。
Claims (2)
- 【請求項１】ＷＣ系超硬合金工具の表面にダイヤモンド
多結晶薄膜を被覆する方法において、Ｃo 含有量が６重
量％以下のＷＣ系超硬合金工具の表面より３〜50μｍの
範囲のＣo 成分をＨＣｌ又はＨＮＯ3 水溶液により溶出
してＣo 除去層を形成した後、ＨＣｌ水溶液中で陽極酸
化によりＣo 酸化層を形成し、続いてＮａＯＨ水溶液中
で該工具を陰極として電気分解反応を行なって該Ｃo 除
去層およびＣo 酸化層を剥離除去した後、プラズマ法に
より７〜30μｍ厚さのダイヤモンド多結晶薄膜を被覆す
ることを特徴とする高耐久超硬合金工具の製造方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の製造方法で得られたダイ
ヤモンド多結晶薄膜を被覆した高耐久超硬合金工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17796494A JPH0839360A (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | 高耐久超硬合金工具およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17796494A JPH0839360A (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | 高耐久超硬合金工具およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0839360A true JPH0839360A (ja) | 1996-02-13 |
Family
ID=16040161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17796494A Pending JPH0839360A (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | 高耐久超硬合金工具およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0839360A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102198523A (zh) * | 2010-03-26 | 2011-09-28 | 三菱综合材料株式会社 | 金刚石包覆切削工具 |
| CN102560482A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-07-11 | 株洲精工硬质合金有限公司 | 一种硬质合金表面形成复合涂层的方法 |
| JP5716861B1 (ja) * | 2013-11-29 | 2015-05-13 | 三菱マテリアル株式会社 | ダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具及びその製造方法 |
| CN108467041A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-08-31 | 南昌大学 | 一种从废涂层硬质合金中回收碳化钨的方法 |
-
1994
- 1994-07-29 JP JP17796494A patent/JPH0839360A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102198523A (zh) * | 2010-03-26 | 2011-09-28 | 三菱综合材料株式会社 | 金刚石包覆切削工具 |
| JP2011200987A (ja) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Mitsubishi Materials Corp | ダイヤモンド被覆切削工具 |
| CN102560482A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-07-11 | 株洲精工硬质合金有限公司 | 一种硬质合金表面形成复合涂层的方法 |
| JP5716861B1 (ja) * | 2013-11-29 | 2015-05-13 | 三菱マテリアル株式会社 | ダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具及びその製造方法 |
| WO2015080237A1 (ja) * | 2013-11-29 | 2015-06-04 | 三菱マテリアル株式会社 | ダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具及びその製造方法 |
| US10086438B2 (en) | 2013-11-29 | 2018-10-02 | Mitsubishi Materials Corporation | Cutting tool made of diamond-coated cemented carbide and method for producing the same |
| CN108467041A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-08-31 | 南昌大学 | 一种从废涂层硬质合金中回收碳化钨的方法 |
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