JPH11350139A - 耐チッピング性のすぐれた人工ダイヤモンド被覆硬質焼結材料製切削工具 - Google Patents
耐チッピング性のすぐれた人工ダイヤモンド被覆硬質焼結材料製切削工具Info
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- JPH11350139A JPH11350139A JP15574898A JP15574898A JPH11350139A JP H11350139 A JPH11350139 A JP H11350139A JP 15574898 A JP15574898 A JP 15574898A JP 15574898 A JP15574898 A JP 15574898A JP H11350139 A JPH11350139 A JP H11350139A
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Abstract
被覆硬質焼結材料製切削工具を提供する。 【解決手段】 人工ダイヤモンド被覆硬質焼結材料製切
削工具が、超硬基体、サーメット基体、およびセラミッ
クス基体のうちのいずれか、からなる硬質焼結材料基体
の表面に、走査型電子顕微鏡による縦断面観察で、ダイ
ヤモンド結晶薄層と非晶質炭素薄層とが交互に細かいピ
ッチで積層して縞模様を呈する積層粒と、ダイヤモンド
結晶粒の混合組織を示し、かつ前記積層粒が10〜70
面積%の割合を占める人工ダイヤモンド被膜を、5〜2
00μmの平均層厚で形成してなる。
Description
ン基超硬合金基体(以下、超硬基体という)、炭窒化チ
タン系サーメット基体(以下、サーメット基体とい
う)、および窒化珪素系セラミックス基体(以下、セラ
ミックス基体という)のうちのいずれか、からなる硬質
焼結材料基体の表面に形成された人工ダイヤモンド被膜
がすぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれ
た切削性能を発揮する人工ダイヤモンド被覆硬質焼結材
料製切削工具(以下、ダイヤ被覆工具という)に関する
ものである。
6402号公報に記載されるように、硬質焼結材料基体
の表面に、特開昭58−91100号公報に記載される
熱フィラメント法や特開昭58−110494号公報に
記載されるマイクロ波法、さらに特開昭58−1351
17号公報に記載される高周波プラズマ法などの気相合
成法を用いて、人工ダイヤモンド被膜(以下、ダイヤ被
膜という)を5〜200μmの平均層厚で形成してなる
ダイヤ被覆工具が知られており、このダイヤ被覆工具
が、Al−Si合金やCu−Zn合金、さらにグラファ
イトや繊維強化プラスチック(FRP)などの連続切削
や断続切削に用いられることも良く知られるところであ
る。
に対する省力化および省エネ化の要求は強く、これに伴
ない、切削加工は高速化の傾向にあるが、上記の従来ダ
イヤ被覆工具においては、これを構成するダイヤ被膜は
きわめて硬質ではあるが、非常に脆いものであるため
に、特に断続切削を高速で行った場合に切刃にチッピン
グ(微小欠け)が発生し易く、これが原因で比較的短時
間で使用寿命に至るのが現状である。
上述のような観点から、ダイヤ被覆工具の特にダイヤ被
膜に着目し研究を行なった結果、一般に気相合成法によ
るダイヤ被膜の形成に際して、例えばマイクロ波プラズ
マ法による場合、 マイクロ波電力:4〜8kw、 雰囲気圧力:40〜70Torr、 基体表面温度:800〜900℃、 反応ガス組成:O2 /CH4 /H2 =容量比で、1/2
〜5/80〜120、 の条件で被膜の形成を行えば、ダイヤモンド結晶粒のみ
からなる被膜が形成され、また上記ダイヤモンド結晶粒
被膜の形成条件のうちの反応ガス組成を、相対的にCH
4 の多い反応ガス組成、すなわち、 反応ガス組成:O2 /CH4 /H2 =容量比で、1/1
0〜30/80〜120、 とすれば、形成された被膜は非晶質炭素からなることは
良く知られるところであるが、上記ダイヤモンド結晶粒
被膜形成条件による被膜の1回の形成時間を15〜45
分とし、これに続いて1回の形成時間を5〜10分とし
て上記非晶質炭素被膜形成条件による被膜の形成を行
い、これを交互に少なくとも5回以上繰り返し行ってダ
イヤ被膜の通常の最小平均層厚である5μmを形成する
ようにすると、形成された被膜は、走査型電子顕微鏡に
よる縦断面観察で、図1に模式図(2000倍)で示さ
れる通り、ダイヤモンド結晶薄層と非晶質炭素薄層とが
交互に細かいピッチで積層して縞模様を呈する積層粒
と、ダイヤモンド結晶粒の混合組織をもつようになり、
しかもこの場合前記ダイヤモンド結晶粒被膜形成時間お
よび前記非晶質炭素被膜形成時間をそれぞれ前記の15
〜45分および5〜10分の範囲内で調整すれば、前記
積層粒とダイヤモンド結晶粒の相互割合を調整でき、こ
の結果のダイヤ被膜は前記積層粒の存在によってすぐれ
た耐チッピング性をもつようになることから、このダイ
ヤ被膜が形成されたダイヤ被覆工具は、これを断続切削
を高速で行うのに用いても、切刃チッピングの発生な
く、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するという研
究結果を得たのである。
なされたものであって、超硬基体、サーメット基体、お
よびセラミックス基体のうちのいずれか、からなる硬質
焼結材料基体の表面に、走査型電子顕微鏡による縦断面
観察で、ダイヤモンド結晶薄層と非晶質炭素薄層とが交
互に細かいピッチで積層して縞模様を呈する積層粒と、
ダイヤモンド結晶粒の混合組織を示し、かつ前記積層粒
が10〜70面積%の割合を占める人工ダイヤモンド被
膜を、5〜200μmの平均層厚で形成してなる、耐チ
ッピング性のすぐれたダイヤ被覆工具に特徴を有するも
のである。
て、これを構成するダイヤ被膜の積層粒の割合を10〜
70面積%としたのは、その割合が10面積%未満で
は、ダイヤ被膜に所望のすぐれた耐チッピング性を確保
することができず、一方その割合が70面積%を越える
と摩耗が急激に進行するようになるという理由からであ
り、望ましくは30〜50%の割合がよい。またダイヤ
被膜の平均層厚を5〜200μmとしたのは、その値が
5μm未満では所望のすぐれた耐摩耗性を長期に亘って
発揮することができず、一方その値が200μmを越え
ると、切刃に欠けやチッピングが発生し易くなるという
理由によるものであり、望ましくはその値を20〜50
μmとするのがよい。
具を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、
平均粒径:1.5μmの細粒WC粉末、同3μmの中粒
WC粉末、同1.2μmの(Ti,W)CN(重量比
で、以下同じ、TiC/TiN/WC=24/20/5
6)粉末、同1.3μmの(Ta,Nb)C(TaC/
NbC=90/10)粉末、同1μmのCr粉末、およ
び同1.2μmのCo粉末を用意し、これら原料粉末
を、 WC(細粒)−2%(Ta,Nb)C−6%Co(基体
A用)、 WC(細粒)−6%Co−0.5%Cr(基体B用)、 WC(中粒)−5%(Ti,W)CN−4%(Ta,N
b)C−6%Co(基体C用)、 WC(中粒)−5%(Ti,W)CN−3%(Ta,N
b)C−8%Co−0.5%Cr(基体D用)、 の配合組成に配合し、ボールミルで72時間湿式混合
し、乾燥した後、1ton/cm2 の圧力で、ISO規
格SPGN1210308に定めるスローアウエイチッ
プ形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、0.0
5Torrの真空雰囲気中、1400℃に1時間保持
後、炉冷の条件で真空焼結すことにより硬質焼結材料基
体としての超硬基体からなる基体A〜Dをそれぞれ製造
した。
〜2μmの範囲内の所定の平均粒径を有するTiCN粉
末、TiN粉末、TaC粉末、NbC粉末、WC粉末、
Mo 2 C粉末、VC粉末、ZrC粉末、Cr3 C2 粉
末、Co粉末、およびNi粉末を用意し、これら原料粉
末を、 TiCN−10%TiN−9%TaC−3%NbC−9
%WC−10%Mo2C−3%Co−4%Ni(基体a
用)、 TiCN−4%TaC−6%NbC−10%WC−9%
Mo2 C−5%ZrC−7%Co(基体b用)、 TiCN−16%TiN−3%TaC−6%WC−6%
Mo2 C−2%Cr3C2 −4%Co−5%Ni(基体
c用)、 TiCN−7%TaC−13%WC−5%VC−7%C
o−4%Ni(基体d用)、 の配合組成に配合し、ボールミルで24時間湿式混合
し、乾燥した後、1ton/cm2 の圧力でISO規格
SPGN1210308に定めるスローアウエイチップ
形状の圧粉体にプレス成形し、ついでこれら圧粉体を、
以下に示す条件、すなわち室温から1300℃までを
0.05torrの真空雰囲気中、1.5℃/minの
昇温速度で昇温し、1300℃に昇温後、雰囲気を20
torrの窒素雰囲気に変えて同じ昇温速度で1500
℃まで昇温し、同じ雰囲気で1500℃に60分間保持
後、炉冷、の条件で焼結すことにより硬質焼結材料基体
としてのサーメット基体からなる基体a〜dをそれぞれ
製造した。
〜1μmの範囲内の所定の平均粒径を有するSi3 N4
粉末、Y2 O3 粉末、La2 O3 粉末、Er2 O3 粉
末、Yb2 O3 粉末、SiO2 粉末、MgO粉末、およ
びZrN粉末を用意し、これら原料粉末を、 Si3 N4 −5%Y2 O3 −2%MgO−1.5%Si
O2 −3%ZrN(基体ア用)、 Si3 N4 −8%La2 O3 −3%MgO−2%SiO
2 −8%ZrN(基体イ用)、 Si3 N4 −5%Er2 O3 −1%MgO−0.5%S
iO2 −3%ZrN(基体ウ用)、 Si3 N4 −4%Yb2 O3 −1%MgO−3%SiO
2 −8%ZrN(基体エ用)、 の配合組成に配合し、成形バインダーとしてポリエチレ
ングリコールを加え、溶媒としてエチルアルコールを用
いてボールミルにて48時間湿式混合した後、スプレー
ドライーで乾燥して顆粒とし、これを一軸プレスにて1
ton/cm2 の圧力でISO規格SPGN12103
08に定めるスローアウエイチップ形状の圧粉体にプレ
ス成形し、ついでこれら圧粉体を、まず5MPa(50
0kgf/cm2 )の加圧窒素雰囲気中、1800℃に
2時間保持の条件で一次焼結し、ついで圧力を上げて1
00MPa(1000kgf/cm2 )とし、温度は同
じ1800℃に保持し、この温度に1時間保持後、冷却
の条件で焼結すことにより硬質焼結材料基体としてのセ
ラミックス基体からなる基体ア〜エをそれぞれ製造し
た。
面に、マイクロ波プラズマ発生装置にて、 マイクロ波電力:5kw、 雰囲気圧力:50Torr、 基体表面温度:850℃、 反応ガス組成:O2 /CH4 /H2 =容量比で、1/3
/100、 1回の形成時間:15〜45分、 のダイヤモンド結晶粒被膜の形成条件と、 マイクロ波電力:4.5kw、 雰囲気圧力:50Torr、 基体表面温度:800℃、 反応ガス組成:O2 /CH4 /H2 =容量比で、10/
100、 1回の形成時間:5〜10分、 の非晶質炭素被膜の形成条件、を交互に5回以上、かつ
それぞれの1回の被膜形成時間を上記の範囲内で調整し
ながら、表1に示される平均層厚および走査型電子顕微
鏡による縦断面観察で測定された積層粒割合のダイヤ被
膜を形成することにより本発明ダイヤ被覆工具1〜12
をそれぞれ製造した。また、比較の目的で、上記のダイ
ヤモンド結晶粒被膜の形成条件と同じ条件だけでダイヤ
被膜の形成を行う以外は同一の条件で表2に示される通
りの従来ダイヤ被覆工具1〜12をそれぞれ製造した。
工具のうち、本発明ダイヤ被覆工具1〜4および従来ダ
イヤ被覆工具1〜4については、 被削材:Al−20重量%Si合金の長さ方向等間隔4
本縦溝入り丸棒、 切削速度:600m/min、 送り:0.1mm/rev、 切り込み:0.5mm、 切削時間:20分、 の条件でのAl−Si合金の乾式断続高速切削試験、本
発明ダイヤ被覆工具5〜8および従来ダイヤ被覆工具5
〜8については、 被削材:Cu−35重量%Znの長さ方向等間隔4本縦
溝入り丸棒、 切削速度:1200m/min、 送り:0.2mm/rev、 切り込み:1.0mm、 切削時間:20分、 の条件でのCu−Zn合金の乾式断続高速切削試験、本
発明ダイヤ被覆工具9〜12および従来ダイヤ被覆工具
9〜12については、 被削材:グラファイトの長さ方向等間隔4本縦溝入り丸
棒、 切削速度:800m/min、 送り:0.5mm/rev、 切り込み:1.0mm、 切削時間:20分、 の条件でのグラファイトの乾式断続高速切削試験を行な
い、いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定し
た。これらの測定結果を表1、2に示した。
イヤ被覆工具1〜12は、いずれもダイヤ被膜が積層粒
の存在によってすぐれた耐チッピング性を具備し、かつ
前記積層粒と混合共存するダイヤモンド結晶粒によって
すぐれた耐摩耗性を保持することから、高速断続切削に
もかかわらず、一段とすぐれた耐チッピング性を示し、
長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するのに対して、
ダイヤ被膜がダイヤモンド結晶粒だけからなる従来ダイ
ヤ被覆工具1〜12は、いずれもかかる高速断続切削で
は切刃にチッピングが発生し、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工具は、これを構成するダイ
ヤ被膜がすぐれた耐チッピング性を有し、通常の条件で
の連続切削や断続切削は勿論のこと、特に断続切削を高
速で行った場合でもすぐれた耐チッピング性を長期に亘
って発揮するものであり、したがって切削加工の省力化
および省エネ化にも役立つなど工業上有用な特性を有す
るのである。
走査型電子顕微鏡による縦断面組織を示す模式図(20
00倍)である。
Claims (1)
- 【請求項1】 炭化タングステン基超硬合金基体、炭窒
化チタン系サーメット基体、および窒化珪素系セラミッ
クス基体のうちのいずれか、からなる硬質焼結材料基体
の表面に、 走査型電子顕微鏡による縦断面観察で、ダイヤモンド結
晶薄層と非晶質炭素薄層とが交互に細かいピッチで積層
して縞模様を呈する積層粒と、ダイヤモンド結晶粒の混
合組織を示し、かつ前記積層粒が10〜70面積%の割
合を占める人工ダイヤモンド被膜を、5〜200μmの
平均層厚で形成してなる、耐チッピング性のすぐれた人
工ダイヤモンド被覆硬質焼結材料製切削工具。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15574898A JP3353705B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 耐チッピング性のすぐれた人工ダイヤモンド被覆硬質焼結材料製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15574898A JP3353705B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 耐チッピング性のすぐれた人工ダイヤモンド被覆硬質焼結材料製切削工具 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11350139A true JPH11350139A (ja) | 1999-12-21 |
JP3353705B2 JP3353705B2 (ja) | 2002-12-03 |
Family
ID=15612568
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15574898A Expired - Lifetime JP3353705B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 耐チッピング性のすぐれた人工ダイヤモンド被覆硬質焼結材料製切削工具 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3353705B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011020179A (ja) * | 2009-07-13 | 2011-02-03 | Mitsubishi Materials Corp | 耐欠損性と耐摩耗性にすぐれたダイヤモンド被覆工具 |
JP2011098424A (ja) * | 2009-11-09 | 2011-05-19 | Mitsubishi Materials Corp | すぐれた耐欠損性および耐摩耗性を発揮するダイヤモンド被覆工具 |
WO2014103533A1 (ja) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆部材およびその製造方法 |
WO2020062045A1 (zh) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | 广东工业大学 | 金刚石涂层氮化硅陶瓷整体刀具及其制备方法与刀具在石墨中的应用 |
-
1998
- 1998-06-04 JP JP15574898A patent/JP3353705B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2014103533A1 (ja) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆部材およびその製造方法 |
JP2014129562A (ja) * | 2012-12-28 | 2014-07-10 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆部材およびその製造方法 |
US11591695B2 (en) | 2012-12-28 | 2023-02-28 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface coated member and method for manufacturing same |
WO2020062045A1 (zh) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | 广东工业大学 | 金刚石涂层氮化硅陶瓷整体刀具及其制备方法与刀具在石墨中的应用 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP3353705B2 (ja) | 2002-12-03 |
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