JPH1043911A - 人工ダイヤモンド被膜が高い付着強度を有するダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 - Google Patents

人工ダイヤモンド被膜が高い付着強度を有するダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具

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JPH1043911A
JPH1043911A JP22434196A JP22434196A JPH1043911A JP H1043911 A JPH1043911 A JP H1043911A JP 22434196 A JP22434196 A JP 22434196A JP 22434196 A JP22434196 A JP 22434196A JP H1043911 A JPH1043911 A JP H1043911A
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JP
Japan
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tungsten carbide
diamond
diamond coating
substrate
cutting tool
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JP22434196A
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Tetsuya Tanaka
徹也 田中
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 人工ダイヤモンド被膜が高い付着強度を有す
るダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金製切削
工具を提供する。 【解決手段】 結合相形成成分としてCo:1〜15重
量%を含有し、残りが炭化タングステンと不可避不純物
からなる組成、並びに炭化タングステン粒の平均粒径が
0.5〜3μmである組織を有する炭化タングステン基
超硬合金基体の表面に、1〜50μmの厚さの人工ダイ
ヤモンド被膜を形成してなるダイヤモンド被覆炭化タン
グステン基超硬合金製切削工具において、上記基体にお
けるCo含有量を5〜8重量%に特定した上で、上記基
体に、基体表面または基体内部断面を光学顕微鏡または
電子顕微鏡で観察した組織で、15〜80μmの範囲内
の粒内最長径を有する炭化タングステン粗粒を平均面積
率で7.5〜45%の割合で含有させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、人工ダイヤモン
ド被膜(以下、ダイヤ被膜と云う)の炭化タングステン
基超硬合金基体(以下、超硬基体と云う)に対する密着
性がきわめて高く、したがって、ダイヤ被膜に高い付着
強度が要求される、例えばAl−Si合金の連続高速切
削や断続切削などに用いた場合にもすぐれた切削性能を
長期に亘って発揮するダイヤモンド被覆炭化タングステ
ン基超硬合金製切削工具(以下、ダイヤ被覆超硬工具と
云う)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に、例えば特開平3−107
04号公報、特開平3−94062号公報、および特開
平7−11375号公報などに記載されるように、結合
相形成成分としてCo:1〜15重量%を含有し、残り
が炭化タングステン(以下、WCで示す)と不可避不純
物からなる組成、並びにWC粒の平均粒径が0.5〜3
μmである組織を有する超硬基体の表面に、1〜50μ
mの厚さのダイヤ被膜を形成してなるダイヤ被覆超硬工
具が知られ、これがAl−Si系合金などの連続切削に
用いられていることも知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
のFA化はめざましく、かつ省力化に対する要求も強
く、これにともない、連続切削は勿論のこと、断続切削
も可能な切削工具が求められているが、上記の従来ダイ
ヤ被覆超硬工具においては、これを連続切削でも高速条
件で用いたり、断続切削に用いた場合には、ダイヤ被膜
と超硬基体との付着強度が十分でないためにダイヤ被膜
に剥離が発生し易く、比較的短時間で使用寿命に至るの
が現状である。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来ダイヤ被覆超硬工具
に着目し、ダイヤ被膜の超硬基体に対する密着性向上を
はかるべく研究を行った結果、上記の従来ダイヤ被覆超
硬工具を構成する超硬基体のCo含有量を5〜8重量%
に特定した上で、超硬基体が、上記の従来超硬基体のも
つ組織、すなわちWC粒の平均粒径が0.5〜3μmで
ある組織を素地とし、この素地中に、図1、2に顕微鏡
組織写真で例示されるように、基体表面または基体内部
断面を光学顕微鏡または電子顕微鏡で観察した組織で、
15〜80μmの範囲内の粒内最長径を有するWC粗粒
が平均面積率で7.5〜45%の割合で分散分布した組
織をもつものとすると、この結果の超硬基体に対するダ
イヤ被膜の密着性が一段と向上するようになり、ダイヤ
被膜に高い付着強度が要求されるAl−Si系合金など
の連続高速切削や断続切削において、すぐれた切削性能
を長期に亘って発揮するという研究結果を得たのであ
る。
【0005】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、結合相形成成分としてCo:1〜
15重量%を含有し、残りがWCと不可避不純物からな
る組成、並びにWC粒の平均粒径が0.5〜3μmであ
る組織を有する超硬基体の表面に、1〜50μmの厚さ
のダイヤ被膜を形成してなるダイヤ被覆超硬工具におい
て、上記超硬基体におけるCo含有量を5〜8重量%に
特定した上で、上記超硬基体に、基体表面または基体内
部断面を光学顕微鏡または電子顕微鏡で観察した組織
で、15〜80μmの範囲内の粒内最長径を有するWC
粗粒を平均面積率で7.5〜45%の割合で含有させて
なる、ダイヤ被膜が高い付着強度を有するダイヤ被覆超
硬工具に特徴を有するものである。
【0006】つぎに、この発明のダイヤ被覆超硬工具に
おいて、構成要件を上記の通りに数値限定した理由を説
明する。 (a)基体のCo含有量 その含有量が5重量%未満では、上記のWC粗粒の混在
によって焼結性が低下し、所望の強度を確保するのが困
難であり、一方、その含有量が8重量%を越えると、ダ
イヤ被膜の密着性が低下するようになることから、その
含有量を5〜8重量%と定めた。
【0007】(b)基体素地を構成するWC粒の平均粒
径 その平均粒径が0.5μm未満と細粒になると、素地中
に分散分布するWC粗粒が破壊の起点となって折損し易
くなり、一方その平均粒径が3μmを越えると、前記W
C粗粒との共存と相まって基体自体のWC粒の粗粒化が
著しくなって、強度低下が避けられないことから、その
平均粒径を0.5〜3μm、望ましくは1〜2μmと定
めた。
【0008】(c)基体のWC粗粒の割合 個々のWC粗粒は、図1、2に顕微鏡組織写真で例示さ
れるように、基体表面または基体内部断面の組織で多辺
形を呈し、このように三角形や長方形などの形状を主体
とするものであり、このような形状のWC粗粒の粒度
は、個々のWC粗粒における最長径(最長辺の場合もあ
る)で現すのが適切であるとの観点から定めたものであ
る。そしてこの粒内最長径およびその割合とダイヤ被膜
の密着性との関係を種種の条件下で調査したところ、1
5〜80μmの範囲内の粒内最長径を有するWC粗粒
が、任意2か所以上の測定結果に基づく平均面積率で
7.5〜45%の割合で存在した場合に、基体とダイヤ
被膜との間にすぐれた密着性が確保されることが経験的
に得られたのである。すなわち、粒内最長径が15μm
未満のWC粗粒が存在するようになると、基体とダイヤ
被膜との密着性に低下傾向が現れ、この密着性の低下
は、粒内最長径が15〜80μmのWC粗粒であって
も、その割合が7.5%未満になっても同様であり、ま
た粒内最長径が80μmを越えたWC粗粒が存在する
と、この粗粒を起点にしてチッビング(微小欠け)が発
生し易くなり、一方粒内最長径が15〜80μmの範囲
内のWC粗粒の割合が45%を越えると、基体の強度が
低下するようになることから、15〜80μm、望まし
くは20〜60μmの範囲内の粒内最長径を有するWC
粗粒を平均面積率で7.5〜45%、望ましくは15〜
30%の割合で存在させてダイヤ被膜と基体表面との密
着性向上をはかったのである。
【0009】(d)ダイヤ被膜の厚さ その厚さが1μm未満では所望の耐摩耗性を確保するこ
とができず、一方その厚さが50μmを越えると、ダイ
ヤ被膜自体にチッビングが発生し易くなることから、そ
の厚さを1〜50μm、望ましくは5〜30μmと定め
た。
【0010】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明のダイヤ被覆超
硬工具を実施例により具体的に説明する。原料粉末とし
て、それぞれ表1に示される平均粒径を有する素地形成
用WC粉末および結合相形成用Co粉末を用意し、さら
に篩分により15〜30μm未満、30〜45μm未
満、45〜60μm未満、および60〜80μmのそれ
ぞれの範囲内の粒内最長径をもつように分類した粗粒形
成用WC粉末を用意し、これら原料粉末を同じく表1に
示される配合組成となるように、まずこれら原料粉末の
うちの素地形成用WC粉末とCo粉末をボールミルで2
4時間湿式にて混合し、ついでこれをボールミルから取
り出し、これに前記粗粒形成用WC粉末を加えて1時間
湿式にて撹拌混合し、乾燥した後、1ton/cm2
圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体をを真空雰囲
気中、1400℃に30分間保持の条件焼結し、研磨加
工して、SPGN120408のチップ形状をもった超
硬基体A〜Kを形成した。ついで、この超硬基体A〜K
の表面を、#5000のダイヤモンド砥石で鏡面研磨し
た状態で、任意5か所を金属光学顕微鏡(倍率:600
倍)で観察してそれぞれ組織写真を撮り、この組織写真
にもとづいて、15〜80μmの範囲内の粒内最長径を
有するWC粗粒の割合(面積%)をそれぞれ計測(この
計測結果は5か所の平均値で表2に括弧を付して示す)
した後、5%NaOH水溶液中に5分間浸漬保持の電解
エッチング処理と、これに引き続いて5%HNO3 水溶
液中に3分間浸漬保持のCoエッチング処理を行い、さ
らに粒度:1000メッシュのダイヤモンド砥粒をアル
コールに分散させた溶液中に浸漬した状態で、これに超
音波照射の表面傷付け処理を行い、このように処理した
基体表面に、熱フィラメント法を用い、反応ガス組成:
水素(97容量%)+メタン(3容量%)、雰囲気真空
度:30torr、雰囲気温度:800℃の条件でダイ
ヤ被膜を表2に示される厚さに形成することにより本発
明ダイヤ被覆超硬工具(以下、本発明被覆工具と云う)
1〜8および従来ダイヤ被覆超硬工具(以下、従来被覆
工具と云う)1〜3をそれぞれ製造した。
【0011】この結果得られた本発明被覆工具1〜8お
よび従来被覆工具1〜3について、これを構成する基体
の内部断面の任意5か所を上記の基体表面組織観察と同
じ条件でそれぞれ観察し、15〜80μmの範囲内の粒
内最長径を有するWC粗粒の割合(面積%)を計測する
と共に、 被削材:Al−18%Si合金の丸棒、 切削速度:700m/min、 送り:0.3mm/rev、 切込み:0.8mm、 切削時間:60分、 の条件でのAl−Si合金の連続高速切削試験、並び
に、 被削材:Al−14%Si合金の外周面長さ方向等間隔
4本縦溝入りの丸棒、 切削速度:1200m/min、 送り:0.3mm/rev、 切込み:2.5mm、 切削時間:60分、 の条件でのAl−Si合金の断続切削試験を行い、いず
れの試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの
測定結果(WC粗粒の割合は5か所の平均値)を表2に
示した。また、図1には、本発明被覆工具4の超硬基体
表面の金属光学顕微鏡組織写真(100倍)を示した。
同じく、図2には、本発明被覆工具4の超硬基体内部断
面の金属光学顕微鏡組織写真(100倍)を示した。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】
【発明の効果】表2および図1、2に示される結果か
ら、本発明被覆工具1〜8においては、基体の表面およ
び内部ともWC粗粒の分布割合が同一の組織を有し、1
5〜80μmの範囲内の粒内最長径を有するWC粗粒が
7.5〜45面積%の割合で存在する超硬基体表面にダ
イヤ被膜が形成され、このダイヤ被膜は前記WC粗粒に
よっていずれもすぐれた密着性を有するので、連続高速
切削および断続切削のいずれの切削でもダイヤ被膜に剥
離の発生なく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮す
るのに対して、従来被覆工具1〜3においては、前記W
C粗粒の存在しない超硬基体表面にダイヤ被膜が形成さ
れ、このダイヤ被膜は密着性に劣るものなので、いずれ
の試験でもダイヤ被膜に剥離が発生し、これが原因で比
較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。上述
のように、この発明のダイヤ被覆超硬工具は、超硬基体
表面に対するダイヤ被膜の密着性がすぐれているから、
連続切削は勿論のこと、これの高速切削や断続切削に用
いてもダイヤ被膜に剥離の発生なく、すぐれた性能を発
揮し、したがって切削加工のFA化や省力化に十分満足
に対応するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明被覆工具4の超硬基体表面の金属光学顕
微鏡による組織写真(100倍)である。
【図2】本発明被覆工具4の超硬基体内部断面の金属光
学顕微鏡による組織写真(100倍)である。
【手続補正書】
【提出日】平成8年10月17日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 結合相形成成分としてCo:1〜15重
    量%を含有し、残りが炭化タングステンと不可避不純物
    からなる組成、並びに炭化タングステン粒の平均粒径が
    0.5〜3μmである組織を有する炭化タングステン基
    超硬合金基体の表面に、1〜50μmの厚さの人工ダイ
    ヤモンド被膜を形成してなるダイヤモンド被覆炭化タン
    グステン基超硬合金製切削工具において、 上記基体におけるCo含有量を5〜8重量%に特定した
    上で、上記基体に、基体表面または基体内部断面を光学
    顕微鏡または電子顕微鏡で観察した組織で、15〜80
    μmの範囲内の粒内最長径を有する炭化タングステン粗
    粒を平均面積率で7.5〜45%の割合で含有させたこ
    とを特徴とする、人工ダイヤモンド被膜が高い付着強度
    を有するダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金
    製切削工具。
JP22434196A 1996-08-07 1996-08-07 人工ダイヤモンド被膜が高い付着強度を有するダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 Withdrawn JPH1043911A (ja)

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20031007