JPH0892741A - ダイヤモンド堆積用超硬合金の表面処理方法 - Google Patents

ダイヤモンド堆積用超硬合金の表面処理方法

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JPH0892741A
JPH0892741A JP6251387A JP25138794A JPH0892741A JP H0892741 A JPH0892741 A JP H0892741A JP 6251387 A JP6251387 A JP 6251387A JP 25138794 A JP25138794 A JP 25138794A JP H0892741 A JPH0892741 A JP H0892741A
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JP
Japan
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cemented carbide
ceramic particles
diamond
diamond film
hard alloy
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JP6251387A
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English (en)
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Makoto Mitsuizumi
誠 三ッ泉
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New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 超硬合金の表面に、アンカー効果を十分に発
揮する凹凸を形成し、ダイヤモンド膜の密着力が高めら
れるようにする。 【構成】 炭化タングステン基の超硬合金基材10の表
面に、元素周期律表IVa族、Va族、VIa族の金属炭化
物、炭化ケイ素又はアルミナ等のセラミック粒子、例え
ば粒子径1〜100μmのTiCのセラミック粒子12
を埋め込み、その後に鉱酸を電解液とした電解エッチン
グ処理を施して三角錐状の突起14からなる凹凸を形成
し、この超硬合金基材10の表面にCVD法にてダイヤ
モンド膜16を成形する。上記セラミック粒子12はマ
スクの役目をするので、三角錐状突起14が均一かつ高
密度に形成され、これによりダイヤモンド膜成形の際の
十分なアンカー効果を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はダイヤモンド堆積用超硬
合金の表面処理方法、特に超硬合金製の切削工具又は耐
摩工具等の表面に気相法によってダイヤモンド膜を成形
させる表面処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、切削工具又は耐摩工具等として、
表面にダイヤモンド膜を気相法で成形させた超硬合金製
のものが注目されている。即ち、ダイヤモンドは物質中
で最も硬く(6000〜10000kg/mm2 )、耐
摩耗性に優れ、熱伝導率が高い(20W/cm・k)と
いう性質を有している。そして、最近ではマイクロ波や
熱フィラメント等で炭素含有ガスを励起状態にすること
により、薄膜状のダイヤモンド成膜が容易に得られるこ
とから、切削工具等をダイヤモンドでコーティングする
ことが行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に超硬合金に気相法でダイヤモンドを成膜させる場合
は、ダイヤモンドと超硬合金の膨張係数に大きな差があ
ることから、両者の密着性が悪く、単にダイヤモンド成
膜を施した工具では、切削に耐え得ることができない。
そこで、従来では、例えば特開平3−107460号公
報に示されるように、鉱酸中で超硬合金基板を電解エッ
チングすることにより、超硬合金基板の表面に凹凸を形
成し、この凹凸のアンカー効果により、後に成形される
ダイヤモンド膜と超硬合金との密着性を向上させること
が行われている。
【0004】しかしながら、上記の鉱酸中電解エッチン
グでは、超硬合金表面の凹凸の形成が十分ではなく、ま
た超硬合金の種類によって凹凸形成にムラが生じてしま
い、気相法により超硬合金表面に成形したダイヤモンド
膜において、十分な密着力が得られず、膜剥離が生じる
という問題があった。
【0005】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、超硬合金の表面に、アン
カー効果を十分に発揮する凹凸を形成し、ダイヤモンド
膜の密着力を高めることができるダイヤモンド堆積用超
硬合金の表面処理方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1請求項の発明に係るダイヤモンド堆積用超硬合
金の表面処理方法は、炭化タングステン基超硬合金の表
面に、元素周期律表IVa族、Va族、VIa族の金属炭化
物、炭化ケイ素又はアルミナ等のセラミック粒子を埋め
込み、このセラミック粒子埋め込み超硬合金の表面に、
鉱酸を電解液とした電解エッチング(電解研磨)処理を
施すことにより凹凸を形成し、その後この凹凸形成の超
硬合金表面に気相法によってダイヤモンド膜を成形する
ことを特徴とする。第2請求項の発明は、上記セラミッ
ク粒子の粒子径(直径)を1〜100μmとしたことを
特徴とする。
【0007】
【作用】上記の構成によれば、切削工具等を構成する超
硬合金として、主に炭化タングステンをコバルトで焼結
させたもの(WC−Co)が用いられ、この超硬合金
に、例えば炭化チタン(TiC)、炭化ケイ素(Si
C)、炭化タンタル(TaC)等からなるセラミック粒
子がサンドブラスト処理によって埋め込まれる。即ち、
セラミック粒子は加圧された窒素、アルゴン等の不活性
ガス又は空気と共に、超硬合金の表面に吹き付けられ、
これによってセラミック粒子が超硬合金の表面部に埋め
込まれる。
【0008】次に、この超硬合金の表面は、鉱酸を電解
液とした電解エッチング処理が施されるが、この際に
は、表面に埋め込まれているセラミック粒子がマスクの
役目をするので、セラミック粒子の下側に三角錐状の突
起が形成されて、アンカー効果を有する凹凸が良好に形
成される。即ち、本発明では、適切な太さ及び高さの三
角錐状突起を均一かつ高密度で得ることができ、これに
よってアンカー効果が十分に発揮されることになる。
【0009】上記のセラミック粒子の直径は、1〜10
0μmとすることにより、電解エッチング後には、底面
直径が3〜50μm、高さが1〜15μmとなる三角錐
状の突起が良好に形成される。即ち、セラミック粒子の
粒子径を1μm未満とした場合は、セラミック粒子を超
硬合金に埋め込むことが困難となり、粒子径を100μ
mよりも大きくした場合は、電解エッチング処理後の凹
凸形状がなだらかになり、所期のアンカー効果を得るこ
とができない。そして、この三角錐状突起の底面直径及
び高さは、セラミック粒子径を変えることによって、任
意に設定することができ、底面直径3〜15μm、高さ
3〜8μmの三角錐状突起とすることが好ましく、この
三角錐状突起は、直径2〜10μmのセラミック粒子に
より得られる。
【0010】上記のサンドブラスト処理では、超硬合金
表面に吹き付けるガス圧を変化させることにより、埋め
込まれるセラミック粒子の密度が調整されることにな
り、これによって超硬合金表面に形成される突起の密度
を制御することが可能である。
【0011】上記電解エッチングに用いられる電解液と
しては、塩酸、硫酸、硝酸等の鉱酸を用いることになる
が、この濃度が高いと鉱酸中に浸した途端に、超硬合金
表面に不動態酸化膜が形成され、電解エッチングができ
なくなるので、濃度は20%以下とすることが好まし
い。また、電流密度は、0.001〜5A/cm2 の間
で行うことが可能であるが、この電流密度が低すぎる
と、埋め込んだ上記セラミック粒子が電解エッチング処
理後も三角錐状の突起の先端に残留し、ダイヤモンドを
超硬合金の表面に堆積させても十分な密着力が得られな
い。一方、電流密度が高すぎると、アンカー効果を得る
ための三角錐状の突起が十分に形成されず、超硬合金表
面の凹凸はなだらかになってしまう。従って、電流密度
は、0.01〜0.1A/cm2 程度とし、処理時間を
1〜60分程度とすることが好ましい。
【0012】上記三角錐状突起が形成された超硬合金表
面に堆積されるダイヤモンド膜は、厚さ100μm程度
まで成形可能であるが、切削工具においては過酷な条件
で使用されるので、10〜30μm程度とすることが好
ましい。
【0013】
【実施例】図1には、実施例に係るダイヤモンド堆積用
超硬合金の表面処理方法による処理状態が示されてお
り、この実施例は、金属加工用バイトに用いられるJI
S規格K−20の超硬合金製スローアウェイチップに、
ダイヤモンド膜を成形させる例である。まず、図(A)
に示されるように、上記スローアウェイチップの超硬合
金基材10に、粒子径5〜8μmの炭化チタン(Ti
C)のセラミック粒子12がサンドブラスト処理にて吹
き付けられる。例えば、4kgf/cm2 程度の圧力の
アルゴンガスと共に、セラミック粒子が吹き付けられる
と、図(B)のように、超硬合金基材10の表面部にセ
ラミック粒子12が埋め込まれることになる。
【0014】次に、上記図(B)の超硬合金基材10が
陽極側に配置され、炭素棒が陰極側に配置された状態
で、5%硝酸水溶液を電解液とした電解エッチング処理
が行われる。このときの電流は、0.03A、電圧は5
V、処理時間は2分であり、この電解エッチングにより
図(C)のような三角錐状の突起14が形成される。こ
の実施例の突起14は、底面直径が8〜12μm、高さ
が4〜6μmとなり、実施例では9000個/mm2
密度で得られた。
【0015】そして、最後に図(C)の超硬合金基材1
0の表面に、マイクロ波プラズマCVD法にて、以下の
条件でダイヤモンド被膜処理が施される。 反応ガス : CH4 +H2 、 CH4 −H2 (混合比) : 1.0vol%、 反応圧力 : 40Torr、 ガス流量 : 100ccm、 マイクロ波出力 : 380W、 基材温度 : 850℃、 成膜時間 : 24時間、 堆積膜厚 : 15μm。 従って、この被膜処理にて図(D)に示されるように、
超硬合金基材10の表面には15μmの膜厚のダイヤモ
ンド膜16が堆積・成膜され、このダイヤモンド膜16
は図示のように、三角錐状突起14をアンカーとして超
硬合金基材10へ密着することになる。
【0016】次に、上記実施例と比較するために、セラ
ミック粒子を埋め込まずに、上記と同一の条件で、切削
チップ(スローアウェイチップ)に電解エッチング処理
及びダイヤモンド処理を実施した。この比較例では、電
解エッチング処理のみで、超硬合金基材の表面に150
0個/mm2 程度の密度で突起が得られた。そして、実
施例と比較例の両切削チップにつき、次に示す条件で切
削試験を行った。 被削材 : Al(アルミニウム)−18%Si(ケイ
素)、 切込み : 0.5mm、 送り : 0.08mm/rev、 切削速度 : 350mm。
【0017】図2には、この切削試験の結果、即ち切削
時間に対する逃げ面摩耗量が示されており、実施例の切
削チップはグラフ線G1 、比較例の切削チップはグラフ
線G2 となった。即ち、セラミック粒子を埋め込まずに
ダイヤモンド膜を被膜処理した比較例の切削チップは、
G2 に示されるように、切削開始後10分程で急激に逃
げ面摩耗量が大きくなり、17分後にはダイヤモンド膜
が剥離した。これに対し、実施例の切削チップは、グラ
フG1 のように、120分後も、ダイヤモンド膜16の
剥離はみられず、逃げ面摩耗量も少ないことが理解され
る。
【0018】上記のように実施例と比較例で結果に大き
な差が生じたのは、実施例において、セラミック粒子1
2を超硬合金基材10の表面に埋め込むことにより、電
解エッチング後に、均一な高さ及び太さの三角錐状突起
が9000個/mm2 程度という高密度で得られたのに
対し、比較例では、高さ及び太さが均一でない突起が1
500個/mm2 程度の密度でしか得られなかったこと
によるものである。
【0019】上記実施例では、金属加工用バイトのスロ
ーアウェイチップに適用した例を示したが、超硬合金製
のドリル、エンドミル等の切削工具、或いは耐摩工具等
の他の工具に本発明を適用することができる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、第1請求項の発明
によれば、超硬合金の表面に、元素周期律表IVa族、V
a族、VIa族の金属炭化物、炭化ケイ素又はアルミナ等
のセラミック粒子を埋め込み、この超硬合金表面に、鉱
酸を電解液とした電解エッチング処理を施すことにより
凹凸を形成し、その後に超硬合金表面に気相法によって
ダイヤモンドを成膜するようにしたので、超硬合金の表
面に、三角錐状突起からなる凹凸が均一かつ高密度に形
成され、この凹凸の十分なアンカー効果により、ダイヤ
モンド膜の密着力を高めることが可能となった。
【0021】第2請求項の発明によれば、上記セラミッ
ク粒子の粒子径を1〜100μmとしたので、所期のア
ンカー効果を得るための高さ及び太さの三角錐状突起を
均一にかつ高密度で形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るダイヤモンド堆積用超硬
合金の表面処理方法を示す概念図である。
【図2】実施例及び比較例の切削チップにつき切削試験
を行った結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
10 … 超硬合金基材、 12 … セラミック粒子、 14 … 三角錐状突起、 16 … ダイヤモンド膜。
───────────────────────────────────────────────────── 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 B23B 27/20

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化タングステン基超硬合金の表面に、
    元素周期律表IVa族、Va族、VIa族の金属炭化物、炭
    化ケイ素又はアルミナ等のセラミック粒子を埋め込み、
    このセラミック粒子埋め込み超硬合金の表面に、鉱酸を
    電解液とした電解エッチング処理を施すことにより凹凸
    を形成し、その後この凹凸形成の超硬合金表面に気相法
    によってダイヤモンド膜を成形するダイヤモンド堆積用
    超硬合金の表面処理方法。
  2. 【請求項2】 上記セラミック粒子の粒子径を1〜10
    0μmとしたことを特徴とする上記第1請求項記載のダ
    イヤモンド堆積用超硬合金の表面処理方法。
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