JPS60208473A - 人工ダイヤモンド被覆工具部材 - Google Patents

人工ダイヤモンド被覆工具部材

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JPS60208473A
JPS60208473A JP6302684A JP6302684A JPS60208473A JP S60208473 A JPS60208473 A JP S60208473A JP 6302684 A JP6302684 A JP 6302684A JP 6302684 A JP6302684 A JP 6302684A JP S60208473 A JPS60208473 A JP S60208473A
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artificial diamond
tool
cermet
vapor deposition
forming
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JP6302684A
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Noribumi Kikuchi
菊池 則文
Takayuki Shingyouchi
新行内 隆之
Hiroaki Yamashita
山下 博明
Akio Nishiyama
昭雄 西山
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Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates

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  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Punching Or Piercing (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、少なくとも工具作用面が人工ダイヤモンド
皮膜で被覆された、切削工具や耐摩耗工具などの工具部
材に関するものである。
従来、一般に切削工具部材や、穴明はパンチ。
ドリル、リーマ、さらに線引ダイスなどの耐摩れ工具部
材の製造に炭化タングステン(WC)基超硬合金や炭化
チタン(i’ i C)基シーノット、さらに窒化チタ
ン(丁’iN)基ヤーメソトや炭窒化チタン(TicN
)基ザーメットなどのサーノノトが用いられている。
これらのサーメット製丁具部JAハ、比較的tぐれた耐
摩耗性をもつことから、実用に際しては良好な使用寿命
を示すものである。
しかし、近年加工能率の向上が強くさけばねるようにな
り、これに伴って工具部材の使用条件も一段と苛酷にな
る傾向にあり、このような状況士では、上記の従来サー
メツト製工具部材は、耐摩耗性不足が原因で、十分満足
する使用寿命を示さないのが現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、より一
段と耐摩耗性のすぐれたサーメツト製工具部材を得べく
研究を行なった結果、ザーノツト製基体部材の少なくと
も工具作用面に、W 、 MO、およびNb、並びにそ
の合金のうちのいずれかからなる蒸着層を、通常の化学
蒸着法あるいは物理蒸着法によって形成し、この状態で
、通常の人工ダイヤモンド析出生成法、すなわち反応混
合ガスを加熱し、活性化する手段として、 (a) 例えば特開昭58−91100号公報に記載さ
れるような熱電子放射材を用いる方法、(b) 例えば
特開昭58−13511”号公報に記載されるような高
周波によるプラズマ放電を利用する方法。
(c) 例えば特開昭58−110494号公報に記載
されるようなマイクロ波によるプラズマ放電を利用する
方法、 以上(a)〜(c)のいずれかの方法によって処理する
と、上記蒸着層上には人工ダイヤモンド皮膜がきわめて
強固な密着力で析出生成するようになり、しかもこの人
工ダイヤモンド皮膜は、天然ダイヤモンドや超高圧高温
合成により製造した人工ダイヤモンドと同等の性質を有
し、著しく硬質であることから、これを工具部材として
実用に供した場合にはすぐれた耐摩耗性を示し、きわめ
て長い使用寿命が確保できるという知見を得たのである
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、サーメツト製基体部材の少なくとも工具作用面に、
W、Mo、およびNb、並びにその合金のうちのいす溺
・らなる平均層厚: 005〜12μmの蒸着層を介し
て、人工ダイヤモンド析出生成法により形成した平均層
厚 l〜IQpmの人工ダイヤモンド皮膜を被覆してな
る人工ダイヤモンド被覆工具部材に特徴を有するもので
ある。
なお、この発明の工具部材において、蒸着層お・よび人
工ダイヤモンド皮膜の平均層厚を上記の通りに限定した
のは、蒸着層においては、0.05/1mの平均層厚で
は工具作用面を均一に被覆することができず、この結果
人工ダイヤモンド皮膜の均一な形成が困難となるからで
あり、一方平均層厚が1.2μmを越えると、蒸着層自
体が軟質であるため、工具作用面に高負荷がかかった場
合には、これが変形し、人工ダイヤモンド皮膜が剥離す
る原因となり、工具寿命の短命化につながることから。
その平均層厚を0.05〜1.2μmと定めたのであり
、また人工ダイヤモンド皮膜においては、その平均層厚
が1μmでは所望の耐摩耗性を長期に亘って確保するこ
とが困難であり、一方10μmを越えた平均層厚にする
と、人工ダイヤモンド皮膜に剥離現象が現われるように
なることから、その平均層厚を′1〜10μmと定めた
のである。
つぎに、この発明の工具部材を実施例により具体的に説
明する。
実施例 1 基体部材として、CO:6重量%を含有し、残りがWC
からなる組成を有する超硬合金(サーメット)で製造さ
れ、かつISO規格5PGN422の形状をもった切削
工具用スローアウェイチップを用意し、捷ず、このチッ
プを、通常の化学蒸着装置に装入し、 反応ガス組成 モルチで、WF、:4%、CH30H1
5%、H2:35%、Ar:残り。
反応ガス流量: 267m 。
チップ加熱温度、950℃。
N[ハ面ml : 10分 の条件で化学蒸着処理を施すことによって、il記チッ
プの全体面に5平均層厚、02μmのW蒸着層を形成し
、引続いて、このW蒸着層形成後のチップを、反応混合
ガスを加熱し、活慴化する手段として、例えばW製フィ
ラメントの熱電子放射材を用いる、特開昭58−911
00号公報に記載されるような人工ダイヤモンド析出生
成装置に装入し、 反応容器°外径1208φの石英管。
反応混合ガス組成 CH4/H2−1/100゜熱電子
放射材とチップ表面との距離:15mx。
反応容器内雰囲気圧力 3 torr 。
熱電子放射材の加熱温度: 2000℃。
熱電子放射材によるチップ表面の加熱温度。
700 ℃。
反応処理時間°15時間。
の条件で処理することによって、上記チップ表面のW蒸
着層上に平均層厚、3μmの人工ダイヤモンド皮膜を被
覆形成した。
ついで、この結果得られた本発明人工グイヤモンド被覆
スローアウェイチップと、上記の蒸着層および人工ダイ
ヤモンド皮膜の形成を行なわない上記組成のスローアウ
ェイチップについて、被削拐:ンルミン(Si:11重
量%、AQ:残りの組成を有するA2合金)。
切削速度 1ooom/曜。
送り:oly/刃。
切込み、IM。
の条件で連続高速切削試験を行ない、切刃の逃は面摩粍
幅が0.2 yに至るまでの切削時間を測定したところ
、」二記の人工ダイヤモンド皮膜および蒸着層の形成が
ないスローアウェイチップは、2分の切削時間しか示さ
ないのに対して、本発明人工ダイヤモンド被覆スローア
ウェイチップは18分を示し、すぐれた耐摩耗性をもつ
ことが明らかである。
実施例 2 基体部材として、’l’aC:1%、 TiC: 0.
5%。
Co: 6%、WC:残りからなる組成(以上重量%)
を有するザーメットで製造され、かつ直径が09Uφの
小径のIC基板穴明は用ドリルを用意し、この小径ドリ
ルに、反応時間を18分とする以外は実施例1における
と同一の条件で化学蒸着処理を施して、その全長に亘っ
て平均層厚、035μmのW蒸着層を形成し、ついで、
これを実施例1におけると同一の人工ダイヤモンド析出
生成条件で処理して、その全長に亘って、前記W蒸着層
上に平均層厚:3μmの人工ダイヤモンド皮膜を析出形
成せしめた。
つぎに、この結果得られた本発明人工ダイヤモンド被覆
小径ドリル、並びに人工ダイヤモンド皮膜およびW蒸着
層の形成がない小径ドリルを用いて、それぞれ1枚の厚
さが06朋のS1゛5重量%含有のエポキシ薄板°5枚
と銅薄板 5枚の交互積層板からなるIC基板に、ドリ
ル回転速度:80、 OOOr、pm、、穴明は速度、
120個/分の条件で穴明けを行ない、その使用寿命【
て至る捷での穴明は個数を測定したところ、本発明人工
ダイヤモンド被覆小径ドリルは52. OO0個の穴明
けを行なうことができたのに対して、人工ダイヤモン]
゛皮膜および蒸着層の形成がない小径ドリルはわずかに
:(OO0個で使用寿命に至るものであった。
実施例 3 基体部イAとして、T1CN:20%、WC:25%、
 Co: 5%、 Nl: 8 %、TiN:残りから
なる組成(以上容素チ)を有するザーメットで製造され
、かつ直径が1iuqφの小径のIC基板穴明は用ノ(
ンチを用意し、このパンチを、通常のスパッタリング装
置に装入し、 反応容器内の真空度: 2 X 10− torr 。
雰囲気:Ar。
反応容器の上部に配置されたMoターケ゛ットに印加さ
れる電圧ニー1500V。
反応容器の下部に置かれたパンチに印加される電圧ニー
100V。
反応時間 2時間。
の条件で蒸着処理を施すことによって、上記)々ンチの
全長に0.って平均層厚、1μmのMo蒸着層を被覆形
成し、引続いて、このMo蒸着層で被覆されたパンチを
、反応混合ガスを加熱し、活性化する手段として、高周
波によるプラズマ放電を利用する。特開昭58−135
11’i’号公報に記載されるような人工ダイヤモンド
析出生成装置に装入し5反応容器 直径120uφを不
する石英管。
反応混合ガス組成0モル比で、CH4/ H2/Ar 
=1/300/300)。
反応容器内雰囲気圧力ニ 2 torr 。
高周波コイルへの印加条件:周波数1356MHz、出
力500W。
反応時間 15時間。
の条件で処理することによって、その全長に亘る上記M
o蒸着層上に平均層厚°3μmの人工ダイヤモンド皮膜
を析出生成せしめた。
ついで、この結果得られた本発明人工ダイヤモンド被覆
小径パンチと5上記人工ダイヤモンド皮膜およびMO蒸
着層の形成がない小径パンチを用いて、Mg028%、
 5i02 : 2 % 、M2O3:残りからなる組
成(以上重量%)を有し、かつ厚さが1韮のIC基板仮
焼結体(仮焼結温度:900℃)K、150個/分の速
度で穴明けを行ない、使用寿命に至るまでの穴明は個数
を測定したところ、前者のパンチは125,000個の
著しく多数の穴明けを行なうことができたのに対して、
後のパンチは2.000個の穴明は終了時点で使用寿命
に至るものであった。
実施例 4 基体部拐として、Tlc: 05%、V C: 0.5
 %。
005%、WC:残りからなる組成(重量%)を有する
超硬合金(ザーメット)で製造され、かつ直径が10U
φのIC基板穴明は用リーマを用意し、このリーマを、
通常のイオンブレーティング装置に装入し、 反応容器の真空度: 5 X 10−’torr 。
反応容器内の底部に配置されたNb蒸発源へ照射される
電子ビームの出カニ15KV−0,22A。
反応容器内の上部に配置されたリーマへの印加電圧・電
流ニー200V、200mA。
リーマの先端部工具作用面の加熱温度: 300℃。
反応時間:1時間。
の条件で蒸着処理を施すことによって、前記リーマの工
具作用面に、平均層厚、08μmのNb蒸着層を形成し
、引続いて、このNb蒸着層形成のり一マを、反応混合
ガスを加熱し、活性化する手段として、マイクロ波によ
るプラズマ放電を利用する、特開昭58−110494
号公報に記載されるような人工ダイヤモンド析出生成装
置に装入し、反応容器:直径120uφの石英管。
反応混合ガス組成、容量割合で CH4/Ha/Arヰ
1/100/10 。
反応容器内の雰囲気圧力ニ 1 torr 。
マイクロ波:2.450H2゜ 反応時間ニア時間。
の条件で処理することにより、上記リーマの先端部工具
作用面における上記Nb蒸着層の上に平均層厚:2μm
の人工ダイヤモンド皮膜を被覆形成せしめた。
この結果得られた本発明人工ダイヤモンド被覆リーマと
、上記のNb蒸着層および人工ダイヤモンド皮膜の形成
がないリーマについて、実施例2におけると同一の条件
でIC基板の穴明けを行なったところ、前者のり−マは
、使用寿命に至るまでに9600個の穴を明けることが
できたのに対して、後者のリーマは115個の穴を明け
た時点で使用寿命に至るものであった。
上述のように、この発明の人工ダイヤモンド被覆工具部
拐は、強固な密着力で結合した人工ダイヤモンド皮膜に
よって耐摩耗性が著しく向上したものとなっており、し
たがって、これを切削工具部拐や耐摩耗上具部拐として
適用した場合には長期に白ってすぐれた性能を発揮する
ようになるなど1:業上有用な特性を有するのである。
出願人 三菱金属株式会社 代理人 富 1) 和 夫 外1名

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ザーメット製基体部拐の少なくとも工具作用面に、W 
    、 Mo 、およびNb、並びにその合金のうちのいす
    嵩らなる平均層厚 0.05〜12μmの蒸着層を介し
    て、人工ダイヤモンド析出生成法により形成した平均層
    厚 1〜10μmの人工ダイヤモンド皮膜を被)夏して
    なる人工ダイヤモンド被覆工具部材。
JP6302684A 1984-03-30 1984-03-30 人工ダイヤモンド被覆工具部材 Granted JPS60208473A (ja)

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