JPH0873289A

JPH0873289A - 工具用複合高硬度材料

Info

Publication number: JPH0873289A
Application number: JP23063694A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Goto; 光宏後藤; Tetsuo Nakai; 哲男中井; Akira Kukino; 暁久木野; Takeshi Yoshioka; 剛吉岡; Makoto Setoyama; 誠瀬戸山
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1994-08-31
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 1996-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】ダイヤモンドを40％以上含むダイヤモンド焼
結体からなる基材を有する工具用の複合硬度材料。【構成】周期律表第IVａ、ＶａおよびVIａ族元素、Ａ
ｌならびにＢから成る群の中から選択される少なくとも
１種の元素の立方晶型結晶構造を有する金属結合性の窒
化物または炭窒化物(a) と、常温、常圧、平衡状態で立
方晶型以外の結晶構造を有する少なくとも１種の共有結
合性の化合物(b) とが交互に積層された超薄膜積層膜１
を基材２の少なくとも切削に関与する箇所の表面上に有
し、超薄膜積層膜を構成する個々の層の厚さが 0.2〜20
nmであり、超薄膜積層膜全体が立方晶型の結晶構造を有
する。【効果】母材強度が高く、耐摩耗性と耐酸化性に優
れ、鉄と反応し難く、焼入鋼切削や鋳鉄の粗切削あるい
は鋳鉄とアルミ合金との共削り等の用途において従来の
工具よりもはるかに長い寿命を示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】ダイヤモンドを用いた焼結体（焼
結ダイヤ）よりなる切削工具材料の改良に関するもので
あり、特に、耐磨耗性に優れた工具用複合硬度材料に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンド焼結体は極めて高い硬度を
有し且つ多結晶体であることから、劈開しにくく、高強
度であり、アルミ等の非鉄金属や硬質材料の切削に幅広
く用いられている。

【０００３】さらに、ダイヤモンド焼結体は、鉄系金属
の切削に幅広く用いられているｃＢＮ焼結体工具に比較
してダイヤモンド粒子自体が劈開面が少なく、一般には
欠陥も少なく、粒子同士が強固に結合しているので、高
強度（抗折力が高く、ヤング率が高い等）であるという
特徴を有している。

【０００４】しかし、現在広く市販されているダイヤモ
ンド焼結体は、ダイヤモンドが耐酸化性に劣るという欠
点を有し、また、鉄系の材料の切削においては著しく耐
摩耗性が低下し、実用的な切削に供し得ないという欠点
があった。例えば、焼入鋼の切削では刃先に大きなクレ
ーター摩耗や逃げ面摩耗ができるという欠点があり、鉄
系焼結金属の切削では刃先が鉄と反応してダレるという
欠点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、母材
強度が高く、耐摩耗性と耐酸化性に優れ、さらに、鉄と
反応し難く、例えば焼入鋼切削や鋳鉄の粗切削あるいは
鋳鉄とアルミ合金との共削り等の用途において従来の工
具よりもはるかに長い寿命を有する複合高硬度材料を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はダイヤモンドを
40％以上含むダイヤモンド焼結体からなる基材を有する
工具用の複合高硬度材料において、少なくとも切削に関
与する箇所の表面上に個々の厚さが 0.2〜20nmである超
薄膜が交互に積層した構造を有する超薄膜積層膜を有す
る点に特徴がある。この「超薄膜積層膜」とは下記(a)
と(b) の化合物の層を基材上に交互に積層し且つ積層膜
全体が立方晶型の結晶構造を有するものを意味する： (a) 立方晶型結晶構造を有する周期律表第IVａ、Ｖａお
よびVIａ族元素、ＡｌならびにＢから成る群の中から選
択される少なくとも１種の元素の主として金属結合性の
窒化物または炭窒化物 (b) 常温、常圧、平衡状態で立方晶型以外の結晶構造を
有する少なくとも１種の主として共有結合性の化合物

【０００７】図１は本発明の複合硬度材料の概念的な断
面図であり、１は超薄膜積層膜であり、 (a)および(b)
は超薄膜積層膜１を構成する各単位層を表しており、２
は基材、３および４は必要に応じて設けられる中間層お
よび表面層を示している。なお、図１では超薄膜積層膜
１を構成する各層 (a)および(b) が強調して示してある
が、超薄膜積層膜の各層の厚さは実際には 0.2〜20ｎｍ
であり、境界層３の厚さ 0.05 〜５μｍおよび表面層４
の厚さ 0.1〜５μｍの約 1/100であることに注意された
い。

【０００８】「積層周期」とは（a)と(b) の繰り返し単
位を意味し、各層 (a)と(b) の厚さの和λ (λ＝(a) ＋
(b))を意味する。

【０００９】本発明の超薄膜積層膜１は上記定義のもの
を意味し、少なくとも１種の主として共有結合性化合物
の薄膜の結晶構造を主として金属結合性化合物の結晶構
造である立方晶に変化させて、共有結合性化合物の性質
と金属結合性化合物の性質を併せ持ち且つ全体に立方晶
の単一結晶構造を示す超薄膜積層体である。この超薄膜
積層膜は２種類またはそれ以上の化合物を界面を形成さ
せないで化合物の組成の全部または一部が連続的に変化
し、そのある部分が立方晶型の共有結合性化合物である
構造（以下、「組成変調層」とよぶ）でもよい。また、
明瞭な界面と界面を持たない組成変調層とが組み合わさ
れた構造にすることもできる。

【００１０】本発明の超薄膜積層膜の一つの特徴は、組
成が連続的に変化する組成変調層を超薄膜積層膜の互い
に隣接した２つの単位層の間に有する点にある。この組
織変調層を有する超薄膜積層膜は所望特性の超薄膜積層
膜を得るための製作条件の許容範囲が広くなるという利
点がある。

【００１１】金属結合性化合物と共有結合性化合物は構
成元素の全てが異なる化合物を積層したもの、構成元素
の一部が共有な化合物を積層したもの、全ての構成元素
が同一で組成比のみが異なる化合物を積層したものにす
ることができる。一例としてＴｉＡｌＮの場合にはＴｉ
リッチになると主として金属結合性の化合物となり、Ａ
ｌリッチになると主として共有結合性の化合物になる。
Ａｌの代わりにＢを用いた場合も同様である。また、
(a)および／または(b) の層が複数ある場合には(a) お
よび(b) の各々の層の化合物は全て同じでも、層毎に互
いに違っていてもよい。

【００１２】共有結合性の化合物(b) はＡｌまたはＢの
少なくとも一方を含む化合物にすることができる。好ま
しい化合物は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である。

【００１３】金属結合性の窒化物または炭窒化物(a) は
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ、Ｈｆ、ＡｌおよびＢからなる群
の中から選択される少なくとも一つの元素を含む窒化
物、炭窒化物、複合窒化物または複合炭窒化物にするこ
とができる。

【００１４】超薄膜積層膜１はスパッタリング法やイオ
ンプレーティング法等のＰＶＤ法で作ることができる。
これらの方法は基材強度、工具では基材の耐摩耗性、耐
欠損性を高いレベルに維持したまま表面処理することが
できる。本発明の超薄膜積層膜を作製するには、非晶質
成分の少ない結晶性の高い共有結合性化合物の層が形成
可能な成膜プロセスが必要である。実際には、原料元素
のイオン化率が高いアーク式イオンプレーティング法が
適している。反応性イオンプレーティング法、マグネト
ロンスパッタリングを含めたスパッタリング法でも共有
結合性化合物を成膜できるが、非晶質成分がどうしても
混在するため、特性は低下する。

【００１５】また、より高いイオン化率を得るために
は、窒化物あるいは炭化物の化合物のターゲットを用い
るよりも、少なくともIVａ、Ｖａ、VIａ族元素、Ｂ、Al
の１種以上の元素を含んだ金属あるいは合金の複数のタ
ーゲットとＣ、Ｎのいずれか、あるいは両方を含む気体
を原料として用いる反応性のＰＶＤ法が適している。本
発明の立方晶型の共有結合性化合物を形成するには、イ
オン化率が高く、結晶性の高い共有結合性化合物を形成
することができるアーク式イオンプレーティング法が適
している。この時、形成する化合物の結晶性向上等のた
めに、原料となる気体以外に、Ar、He等の不活性ガス、
Ｈ₂等のエッチング効果を持つ気体を成膜炉内に同時に
導入することもできる。

【００１６】切削工具、特に切削チップに超薄膜積層膜
を被覆する場合には、チップの各面に求められる特性に
応じて、チップの逃げ面とすくい面に積層周期の異なる
超薄膜積層を被覆するのが好ましい。

【００１７】図２(a) は本発明の超薄膜積層膜の作製装
置の第１実施例の概念図である。この実施例では、工具
チップすなわち基板２を回転ホルダー５の外周に取付
け、回転ホルダー５を回転させながら、窒素雰囲気中で
基板２と回転ホルダー５との間にアーク放電を起こさせ
ると同時に、２つの蒸発原10、11からＡｌとＴｉの蒸気
を蒸発させて、基板２上にＡｌＮとＴｉＮの超薄膜を交
互に積層させる。この実施例では遮蔽板６を用いること
によって、(b) の概念図に示すような、組成変調層を実
質的に有しない超薄膜積層膜(a/b/a・・・) 、すなわ
ち、(c) の組成分布図に示すような組成分布を有する超
薄膜積層膜が基板２上に形成される。

【００１８】図３(a) は本発明の超薄膜積層膜の作製装
置の第２実施例の概念図である。この第２実施例は組成
変調層ｃを有する超薄膜積層膜が得られるようにした点
で第１実施例と相違している。すなわち、この実施例で
は例えば図示したようにＡｌとＴｉの４つの蒸発原10、
10' 、11、 11'を用いて、回転ホルダー５を回転させる
ことによって、基板２上のＡｌおよびＴｉの両方の蒸気
が到達する部分にＡｌとＴｉの窒化物すなわち組成変調
層ｃが作られる。(b) はこの実施例で得られる超薄膜積
層膜の概念図であり、(c) はその超薄膜積層膜の概念的
な組成分布図である。

【００１９】基材２と超薄膜積層膜１との間には膜厚が
0.05〜5 μｍの少なくとも１層の中間層３を設けるのが
好ましい。この中間層３は周期律表第IVａ、Ｖａおよび
VIａ元素の硼化物、窒化物、炭化物、酸化物並びにこれ
らの固溶体より成る群の中から選択される材料で作るの
が好ましい。この中間層３は超薄膜積層膜１と基材２と
の間の密着性を向上させる役目をする。また、特性が大
きく異なる基材および超薄膜積層膜の間に中間的な特性
の中間層を設けることは、特性の変化を段階的に制御し
て、膜の残留応力を低減する効果が期待できる。

【００２０】同様に、超薄膜積層膜１の外側表面に膜厚
が 0.1〜5 μｍの表面層４を形成することもできる。こ
の表面層４はIVａ、Ｖａ、VIａ族元素の窒化物、炭化
物、炭窒化物または酸化物中から選択する材料で作るの
が好ましい。

【００２１】

【作用】共有結合性の化合物は一般に立方晶型とは異な
る結晶型を有し、高い硬度と優れた耐熱性を示す。例え
ば焼結体として用いられている窒化アルミ（AlＮ）は常
温、常圧、平衡相でウルツァイト構造をもち、硬度と耐
熱性の両者において優れた特性を示す。また、常温、常
圧下では非平衡相である立方晶型の結晶構造をもつ共有
結合性化合物であるダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素
（ｃＢＮ）も硬度と耐熱性の両者において極めて優れた
特性を有している。このことから、他の共有結合性物質
でも立方晶型の非平衡相は極めて優れた特性を有すると
予測される。しかし、非平衡相である立方晶型の共有結
合性化合物の薄膜は合成が非常に困難であり、また、合
成できたとしても、基材または中間層として一般に用い
られるTiＮ、TiＣＮ等の立方晶 NaCl 型結晶構造を有す
る金属結合性の硬質薄膜との密着性が非常に低いため、
耐摩耗被膜・保護膜として用いられていないのが現状で
ある。

【００２２】また、金属結合性化合物と共有結合性化合
物の両者の性質を取り入れるために両化合物を積層構造
にしても、両化合物の界面の密着性が悪く、容易に剥離
が起こるため、やはり耐摩耗性被膜・保護膜として従来
の積層膜を用いることはできない。すなわち、共有結合
性に対して金属結合性という化合物のもつ結合性の違い
に加えて、結晶構造も異なるため、基材または境界層と
の界面または積層膜の各化合物界面において原子間の十
分な結合が形成されないためである。特公平 5-80547号
には金属表面の保護層として 0.5〜40ｎｍの薄膜を積層
した多層保護膜が開示されているが、この多層保護膜は
結晶格子に対してコヒーレントな界面を有することが必
須である。すなわち、この多層保護膜は各薄膜が完全エ
ピタキシャルに成長するためには、結合が金属結合性化
合物どうしの組成であり、互いに隣接する２つの薄膜の
結晶格子定数（面間隔等）を含めた特性が実質的に同じ
ものでなければならない。

【００２３】本発明では、厚さが 0.2ｎｍ〜20ｎｍの極
めて薄い立方晶の主として金属結合性の化合物の層(a)
と、常温、常圧、平衡状態で立方晶とは異なる結晶構造
を有する主として共有結合性化合物の層(b) とを繰り返
し積層して得られる全体が単一の立方晶型結晶構造を有
する超薄膜積層膜１を採用する。

【００２４】すなわち、本発明は、常温、常圧、平衡状
態で立方晶型の結晶構造をもたない主として共有結合型
の化合物を20ｎｍ以下という極めて薄い層厚にし、その
前後に立方晶型の主として金属結合性化合物を同じく20
ｎｍ以下という極めて薄い層厚で積層し、超薄膜積層膜
全体を立方晶型の共有結合性化合物にする。換言すれ
ば、本発明の超薄膜積層膜では２種類の層(a) と(b) と
を交互にサンドイッチすることによって、互いに隣接す
る層の間で結晶構造の変化が起こり、全体が単一の立方
晶型結晶構造になる。このことはＸ線解析データからも
確認されている。

【００２５】本発明の超薄膜積層膜では、共有性化合物
が立方晶型に変化する。この化合物層の結晶構造の変化
に伴って歪みエネルギーが蓄積される効果と、両方の化
合物の境界部分または組成変調層での原子の結合による
各化合物層の歪みによる歪みエネルギーが蓄積される効
果とによって超薄膜積層膜の硬度はさらに向上するもの
と考えられる。

【００２６】本発明の超薄膜積層膜では立方晶型の共有
結合性化合物の極めて優れた特性が発揮されるととも
に、結晶構造を同一にすることで超薄膜積層膜の各層の
間で十分な原子間結合が形成され、基材または中間層と
十分な密着力を示す。この超薄膜積層膜は従来の被膜ま
たはコーティング膜よりも硬度、耐酸化性、耐磨耗性に
優れている。従って、本発明の超薄膜積層膜を有する工
具は優れた耐摩耗性、耐熱性を発揮する。

【００２７】金属結合性化合物の層厚は特に限定されな
いが、共有結合性化合物の層厚に比べて金属結合性化合
物の層厚があまりにも大きくなり過ぎると共有結合性化
合物による高硬度、高耐酸化性などの効果が薄れるの
で、金属結合性化合物の層厚も上限は同じ20ｎｍにする
のが好ましい。逆に、超薄膜積層膜の各化合物の各層
(a)および(b) の層厚を 0.2ｎｍ以下にすると、相互拡
散等の影響により超薄膜積層膜全体が均質な混合層とな
るので上記の効果は期待できない。超薄膜積層膜の全膜
厚が 0.5μｍ未満の場合には耐摩耗性の向上がほとんど
見られない。また、10μｍを越えると超薄膜積層膜中の
残留応力等の影響で基材との密着強度が低下する。従っ
て、積層する超薄膜積層体の全体の膜厚は 0.5μｍ〜10
μｍにする。

【００２８】本発明の超薄膜積層膜の効果は積層した各
化合物層の間の界面で生ずるものではないので、化合物
層間に明瞭、不明瞭を問わず界面が存在する必要はな
い。つまり、隣接する化合物の全てまたは一部の元素が
連続的に変化して、ある組成の範囲が立方晶型の共有結
合性化合物である構造すなわち組成変調層でも上記の効
果は発現される。この場合、共有性化合物の結晶構造は
立方晶型により安定化され、硬度、耐酸化性は向上し、
耐摩耗性、耐熱性に優れた極めて優れた切削特性が実現
され、欠陥や膜応力の急激な変化等による剥離も回避で
きる。本発明の超薄膜積層膜は硬度が非常に高く、荷重
１ｇｆでのビッカース硬度は4,000kgf/mm²以上である。

【００２９】中間層３の膜厚は0.05μｍ未満では密着強
度の向上が見られず、逆に５μｍを越えても密着強度は
向上しない。従って、特性および生産性の観点から中間
層３の膜厚は0.05〜５μｍの範囲にするのが好ましい。
また、本発明の超薄膜積層膜の最上層の上に形成される
表面層４の厚さは 0.1μｍ以上且つ５μｍ以下にするの
が好ましい。この膜厚が 0.1μｍ以下では耐摩耗特性の
向上は見られず、５μｍを越えると剥離等により、やは
り、耐摩耗特性の向上は見られない。

【００３０】本発明の工具用複合硬度材料は、チップ、
ドリル、エンドミル等の切削工具に加工して使用するこ
とができる。本発明の工具用複合硬度材料から作った工
具は切削性能および寿命が格段に向上することが確認さ
れている。また、切削工具チップにおいては、すくい面
の超薄膜積層膜の積層周期を逃げ面の超薄膜積層膜の周
期より大きくすると、切削チップの切削性能および寿命
が格段に向上することが確認されている。また、異なる
チップ形状、切削用途においては、逃げ面の超薄膜積層
膜の積層周期をすいく面の超薄膜積層膜の周期より大き
くすると、切削チップの切削性能および寿命が格段に向
上する場合がある。これは、各用途によって逃げ面とす
くい面に要求される耐摩耗性、耐酸化性等の特性が異な
り、最適な超薄膜積層膜の周期が互いに異なるものと思
われる。

【００３１】基材(2) はダイヤモンドを40％以上含むダ
イヤモンド焼結体の中から選択できる。好ましいダイヤ
モンド焼結体としては下記の (1)〜(3) のものを挙げる
ことができる； (1) ダイヤモンドを50〜98体積％含み、残部が鉄族金
族、ＷＣおよび不可避不純物からなる焼結体 (さらに好
ましくは鉄族金属がＣｏである焼結体) (2) ダイヤモンドを60〜95体積％含み、残部が鉄族金族
と、周期律表IVａ、Vaおよび VIa族元素の炭化物および
炭窒化物から選択される１種以上と、ＷＣと不可避不純
物とからなる焼結体 (好ましくは、鉄族金属のＣｏと、
ＴｉＣ、ＷＣおよび不可避不純物を含む焼結体) (3) ダイヤモンドを60〜98体積％含み、残部が炭化珪
素、珪素、ＷＣおよび不可避不純物からなる焼結体上記のダイヤモンド焼結体は公知のダイヤモンド焼結体
の中でも特に高強度のものである。これらの基材に含ま
れる鉄族金属、周期律表IVａ、Vaおよび VIa族元素の炭
化物、炭窒化物、炭化珪素、珪素の１種以上は基材と超
薄膜積層膜とを強固に接合させる効果も有することが確
認されている。この接合強度を向上させるために、基材
(2) と超薄膜積層膜(1) との界面に周期律表IVａ、Va、
VIａ族元素の硼化物、窒化物、炭化物、酸化物並びにこ
れらの固溶体よりなる群の中から選択される少なくとも
１種の材料からなる膜厚が0.05μｍ〜５μｍの中間層
(3)を設けるのが好ましい。

【００３２】以下、本発明の実施例を説明するが、本発
明が下記の実施例に限定されるものではない。

【実施例】実施例１粒径１〜20μｍのダイヤモンド粉末に体積比で95：５と
なるようにＴｉＮを配合し、乳鉢を用いて混合して原料
粉末を得た。次に、この原料粉末をＣｏ板を敷いたＭｏ
製容器に充填し、圧力 55 kb、 1,400℃で30分間焼結し
た。得られた焼結体を分析した結果は、このダイヤモン
ド焼結体は体積比でダイヤモンドの含有率が90％、Ｃｏ
が 5.5％、ＴｉＮおよび不可避不純物が 4.5％であっ
た。次に、この焼結体を切削工具用のチップに加工・作
製した後、チップの切削に関与する部分に真空アーク放
電によるイオンプレーティング法によって超薄膜積層膜
をつけた。

【００３３】すなわち、図２に示す成膜装置内にＴｉの
ターゲットと、Ａｌのターゲットとを複数個配置し、こ
れらのターゲットの中心に設けた回転式の基材保持具に
チップを装着し、成膜装置を 10 ^-5 Torr の真空度まで
減圧し、アルゴン(Ar)ガスを導入して 10 ^-2Torrの雰囲
気にして 500℃に加熱し、基材保持具を回転させながら
チップに−2,000 Ｖの電圧を加えて洗浄する。次いで、
Arガスを排気し、Ｎ₂ガスを 300 cc/min の割合で導入
し、真空アーク放電によってＴｉおよびＡｌのターゲッ
トとを蒸発イオン化してチップ上にＴｉＮの層とＡｌＮ
の層とを交互に積層した。超薄膜積層膜の積層周期と層
厚は基材保持具の回転速度と真空アーク放電量とを調整
して制御し、全体の層厚は積層時間で制御した。Ｔｉタ
ーゲットを周期律表IVａ〜VIａ族の他の元素（Ｚｒ等）
に代えて同様な超薄膜積層膜層を形成させた。比較例と
して、同じチップに公知の方法でコーテング膜を付けた
ものを作った（試料番号１−28〜30) 。被覆層の構成は
〔表１〕〜〔表４〕にまとめて示してある。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】

【表４】

【００３８】〔表１〜４〕で☆を付けた部分は本発明の
定義からズレる部分を示している。例えば、試料１−１
では、ＴｉＮ層＝0.14 nm 、ＡｌＮ層＝ 0.16 nmで、積
層周期が 0.3 nm の超薄膜積層膜 (全膜厚さ＝3.4 μ
ｍ）であり、本発明の定義に入らない。この超薄膜積層
膜膜をＴＥＭで観察したところ、明瞭な積層構造は観ら
れず、アイランド状の混合層となる。

【００３９】〔表１〕の試料１−28〜30は比較例であ
り、公知のコーティングした切削チップである。試料１
−28、29は通常の成膜装置を使用して真空アーク放電を
用いたイオンプレーティング法で上記と同じ組成・形状
の切削チップの表面にＴｉＮ層とＴｉＣＮ層とを単独ま
たは組み合せたて付けた硬質被服層を有するチップであ
る。試料１−30は通常のＣＶＤ法で上記と同じ組成・形
状のチップの表面にＴｉＮとＡ1₂Ｏ₃とを組合せて付け
た硬質被服層を有するチップである。

【００４０】次に、上記のチップを用いて以下の切削テ
ストを行った。被削材として外周にＵ形状の溝を有する
硬度ＨＲＣ55の熱処理したＳＣＭ440材の丸棒を用い、
外周を切削速度80ｍ／分、切込み１mm、送り 0.2mm／回
転、乾式で工具刃先が欠損または逃げ面摩耗が 0.2mm以
上となるまで切削した。その時間は〔表５〕に示してあ
る。比較用として基材をダイヤモンド焼結体から、市販
の超硬合金とｃＢＮ焼結体が基材となる工具を用いた。
試料Ｎｏ１〜31、32がこれに該当する。

【００４１】

【表５】

【００４２】実施例２実施例１と同じ操作を繰り返したが、成膜装置を図３の
ものに代え（ＴｉおよびＡｌのターゲット数を合計４つ
にした）、実施例１の試料１−６と同じ材料と同じ条件
（TiN 層厚：4.5 nm、AlN 層厚：3.5 nm) を用いて超薄
膜積層膜を作った。この超薄膜積層膜が組成変調層を有
することはＴＥＭ（透過電子顕微鏡）、ＥＤＸ（分析Ｔ
ＥＭ付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析計）およびＥＥＬ
Ｓ（電子エネルギー損失分析）で確認された。この場合
の、工具の切削時間は69分であった。

【００４３】実施例３〔表６〕に示す含有率のダイヤモンド粉末と、Ｃｏ粉末
と、周期律表IVａ、ＶａおよびVIａ族元素の炭化物およ
び炭窒化物の粉末から選択される１種以上と、ＷＣ粉末
またはＳｉ、ＳｉＣとを配合し、乳鉢を用いて混合し、
Ｍｏ製容器に充填し、圧力 60 kb、温度1,500 ℃で30分
間焼結して焼結体を得た。得られた焼結体を用いて切削
チップを作製し、切削チップの切削に関与する表面に先
ずＰＶＤ法で中間層ＴｉＣを３μｍ厚さで被覆した後、
実施例１と同様の操作法でＴｉＮとＡｌＮとを超薄膜積
層膜の全膜厚が５μｍとなるように交互に成膜した。各
層の厚さは 2.5ｎｍで、積層周期は 5.0ｎｍである。な
お、成膜装置は図２のものを使用した。全ての超薄膜積
層膜のＸ線回折パターンは立方晶構造であることを示し
た。

【００４４】次に、上記のチップを用い以下の切削テス
トを行った。被削材としてはＦＣＤ600 材と16％Ｓｉ−
Ａｌ合金とを１：１の切削比率となる様に組み合わせた
丸棒を用い、その外周を切削速度 200ｍ／分で、切込み
0.3mm、送り 0.2mm／回転で、湿式で20分間切削した。
〔表６〕にはその場合の逃げ面摩耗幅が示してある。

【００４５】

【表６】

【００４６】

【発明の効果】本発明の複合硬度材料は母材強度が高
く、耐摩耗性と耐酸化性に優れ、鉄と反応し難く、例え
ば焼入鋼切削や鋳鉄の粗切削あるいは鋳鉄とアルミ合金
との共削り等の用途において従来の工具よりもはるかに
長い寿命を示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合硬度材料の概念的な断面図。

【図２】本発明の複合硬度材料の超薄膜積層膜を作製
する１つの実施例の装置と、この装置で得られる超薄膜
積層膜の概念図と、超薄膜積層膜の組成分布とを示す概
念図。

【図３】本発明の複合硬度材料の超薄膜積層膜を作製
する別の実施例の装置と、この装置で得られる組成変調
層を有する超薄膜積層膜の概念図と、この超薄膜積層膜
の組成分布とを示す概念図。

【符号の説明】

１超薄膜積層膜 1(a) 金属結合性の窒化物または炭窒化物 1(b) 共有結合性の化合物 2 ダイヤモンド焼結体からなる基材 3 中間層 4 表面層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉岡剛兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者瀬戸山誠兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダイヤモンドを40％以上含むダイヤモン
ド焼結体からなる基材(2) を有する工具用の複合硬度材
料において、周期律表第４ａ、５ａおよび６ａ族元素、ＡｌおよびＢ
から選択される１種以上の元素の立方晶型の結晶構造を
持つ主として金属結合性の窒化物または炭窒化物(a)
と、常温、常圧、平衡状態において立方晶型以外の結晶
構造を持つ少なくとも１種の主に共有結合性の化合物
(b) とが交互に積層された超薄膜積層膜 (1)を基材(2)
の少なくとも切削に関与する箇所の表面上に有し、超薄
膜積層膜 (1)を構成する個々の単位層の厚さが 0.2〜20
nmであり、超薄膜積層膜 (1)全体が立方晶型の結晶構造
を有することを特徴とする工具用複合硬度材料。
【請求項２】超薄膜積層膜 (1)の互いに隣接した２つ
の単位層の間に組成が連続的に変化する組成変調層を有
する請求項１に記載の材料。
【請求項３】共有結合性の化合物(b) がＡｌまたはＢ
の少なくとも一方を含む化合物である請求項１または２
に記載の材料。
【請求項４】金属結合性の窒化物または炭窒化物(a)
がＴｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ、Ｈｆ、ＡｌおよびＢからなる
群の中から選択される少なくとも一つの元素を含む窒化
物、炭窒化物、複合窒化物または複合炭窒化物である請
求項１〜３のいずれか一項に記載の材料。
【請求項５】周期律表第４ａ、５ａおよび６ａ族の元
素の硼化物、窒化物、炭化物、酸化物並びにこれらの固
溶体より成る群の中から選択される少なくとも１種の材
料からなる膜厚が0.05μｍ〜５μｍの中間層(3) を基材
(2) と超薄膜積層膜(1) との間に有する請求項１〜４の
いずれか一項に記載の材料。
【請求項６】周期律表第４ａ、５ａおよび６ａ族の元
素の窒化物、炭化物、炭窒化物および酸化物よりなる群
の中から選択される少なくとも１種の材料からなる膜厚
が 0.1〜５μｍの表面層(4) を超薄膜積層膜(1) の外側
表面を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の材
料。
【請求項７】超薄膜積層膜(1) の厚さが 0.5μｍ〜10
μｍである請求項１〜６のいずれか一項に記載の材料。
【請求項８】基材(2) がダイヤモンドを50〜98体積％
含む焼結体であり、この焼結体の残部が鉄族金属、ＷＣ
および不可避不純物からなる請求項１〜７のいずれか一
項に記載の材料。
【請求項９】基材(2) がダイヤモンドを60〜95体積％
含む焼結体であり、この焼結体の残部が鉄金属および周
期律表４ａ、５ａ、６ａ族元素の炭化物、炭窒化物から
選択される１種以上と、ＷＣと、不可避不純物とからな
る請求項１〜７のいずれか一項に記載の材料。
【請求項１０】焼結体の残部がＣｏ、Ｔｉ、ＷＣおよ
び不可避不純物である請求項９に記載の材料。
【請求項１１】基材(2) がダイヤモンドを60〜98体積
％含む焼結体であり、この焼結体の残部が炭化珪素、珪
素、ＷＣおよび不可避不純物からなる請求項１〜７のい
ずれか一項に記載の材料。