JPS6070178A - 硬質カ−ボン膜被覆工具 - Google Patents

硬質カ−ボン膜被覆工具

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JPS6070178A
JPS6070178A JP17770783A JP17770783A JPS6070178A JP S6070178 A JPS6070178 A JP S6070178A JP 17770783 A JP17770783 A JP 17770783A JP 17770783 A JP17770783 A JP 17770783A JP S6070178 A JPS6070178 A JP S6070178A
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hard carbon
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plate
plasma
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JP17770783A
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Shojiro Miyake
正二郎 三宅
Hideo Yoshihara
秀雄 吉原
Iwao Watanabe
巌 渡辺
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • 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
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0227Pretreatment of the material to be coated by cleaning or etching
    • C23C16/0245Pretreatment of the material to be coated by cleaning or etching by etching with a plasma
    • 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
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    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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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】 本発明は切削抵抗が小さく、かつ工具の損傷も少なく、
加工物の仕上物を高品位に仕上げることのできる硬質カ
ーボン膜被覆工具に関する。
従来、切削工具等の材料としては、通常の工具鋼の他、
高速度工具鋼、超硬合金等が用いられている。ところが
これらの材料は相手材料と凝着を生じ易い材料や、又は
比較的硬質な材料を切削する場合には抵抗が大きく、ま
た工具も損耗し易いといら欠点がある。一方、これに対
し、凝着性の小さい硬質なセラミックスを工具材料とし
て用いることも行なわれているが、セラミックスは脆性
を有するため、内在するクラックに起因して工具のチッ
ピングないし欠損を生じ易いという問題がある。
また最近、工具材料表面にTiN、TiC1Al、03
 、BN等の硬質材料を被覆した工具が用いられている
。これらの被覆はイオンブレーティング、スパッタリン
グ、CVD、プラズマ容射等により形成されている。こ
れは下地材として靭性の優れた材料を用いることにより
欠損ないし割れを生じ難くし、かつ膜の硬質なことを利
用し、被削性を向上させようとしている。しかし、被覆
材料には特に潤滑性がないため、切削抵抗は大きくなり
、このため下地材料と被覆材料の密着性が悪い場合その
接合面に応力集中が生じ剥離による脱落が生じ易い等の
問題点がある。
本発明は上記従来の問題点を解消した工具を提供するも
のであって、その構成は、ダイヤモンドとグラファイト
の混晶からなる硬質カーボン膜を工具材料の表面に形成
したことを特徴とする。
以下に本発明の詳細な説明する。
本発明に係る硬質カーボン膜を形成するにはCVD法、
プラズマCVD法、イオンビーム形成法、スパッタリン
グ法等を用いることができる。
第1図に上記硬質カーボン膜を形成する方法の一例とし
てプラズマCVD法による場合の装置例の概略を示す。
図において、■は真空容器、2は基盤ホルダ、3は基盤
、4は高圧電源、5はシャッタ、6は放電維持用電極、
7は電子放出用フィラメント、8は直流電源、9は直流
電源、1O911はガス導入用可変バルブ、12は排気
路、13は永久磁石である。真空容器l内の基盤ホルダ
2に基盤3をセットし、前記真空容器lを5X10To
rr以上まで排気した後、ガス導入用可変バルブ11か
らArガスを導入し、10Torr程度に設定する。電
子放出用フィラメント7を直流電源9により過熱する。
次いで、放電維持用電極6に正の電圧(50〜100V
)を直流電源8によって印加し、前記の電子放出用フィ
ラメント7と放電維持用電極6との間に、Arガスプラ
ズマを生成する。次に、基盤3に高圧電源4により負の
高電圧(−1〜−3kV)を印加してArイオンによる
スパッタクリーニングを10〜30分間行ない、基盤ク
リーニングを終了する。スパッタクリーニング終了後、
C,H,ガスをガス導入用可変バルブ10から導入し、
ガス圧を1OTorr程度に設定する。次にArガスに
よるスパッタクリーニングの場合と同一手順で、放電維
持用電極、6と電子放出用フィラメント7との間に、C
,H+ガスプラズマを生成する。次いで、基盤3に負の
高電圧(−2〜−3、5kV)を印加した後、シャッタ
5を開き、基盤上にダイヤモンドとダイヤモンドとグラ
ファイトの混晶からなる硬質カーボン膜を形成する。
以上により得られた硬質カーボン膜は六方晶系のダイヤ
モンドとグラファイトとの混晶によって形成されている
次に本発明に係る工具の切削性について説明する。
第2図に上記試験方法の概略を示す。図示するように硬
質カーボン膜21を形成した試料22に焼入れした鋼球
圧子23を押圧し、摺動させる。
このときの摺動抵抗、摺動面の情況、相手材料の除去量
等により切削性を評価する。
上記試験結果を第3図乃至第4図に示す。
第3図は硬脆材料であるシリコン表面に硬質カーボン膜
を形成しないものAOと形成する棒ものA、A2につい
てその摺動抵抗の測定結果を示している。鋼球圧子23
でシリコン表面を直接摺動させた時の摩擦抵抗(AO)
に比べ、硬質カーボン膜を形成した面(AIIA2)で
は摩擦抵抗は%程度に減少する。
また、シリコンのみの摩擦面には脆性クラックが発生し
ており、シリコンは硬質材料であるにもかかわらず摩擦
面の損耗は著しく大きい。これに対し、シリコン面に硬
質カーボン膜を形成したものはシリコン面には摩耗痕は
観察されず、表面にクラックはもちろん発生しなかった
。さらに、相手摩擦面である鋼球圧子側にはシリコンと
摺動させた面の摩耗除去量は大きいが、摩擦面には円形
状の凝着痕が形成され粗されている。これに対し、硬質
カーボン膜を形成した面と摩擦した球圧子の除去量は小
さく、その面は塑性流動痕で形成されていることが観察
された。
また、シリコン表面として表面粗さの大きいラップ面に
硬質カーボン膜を形成した場合の摺動抵抗は第3図A2
 に示すようにシリコンの鏡面に硬質カーボン膜を形成
したA1 の場合よりさらに小さい値を示す。また、こ
の時の摩擦面にはほとんど条痕が検出されない程であっ
たのに対し、鋼球圧子側の摩擦面には非常に鋭利な切削
条痕が形成されている。即ち、表面粗さが大きいため、
それが砥粒切刃として作用して相手を切削したと考えら
れる。
次に第4図は本発明の硬質カーボン膜を形成した工具試
料とB 1501鋼とを摺動させた場合、相手材料であ
るB 1501鋼の除去体積を示したものである。明ら
かに粗面に硬質カーボン膜を形成したA/の除去体積が
大きい。特に小荷重においてその除去体積が大きいこと
は本発明に係る工具の被削性が優れていることを示して
いる。
ここで、シリコン鏡面Aoが高荷重において硬質カーボ
ン膜を形成したA2 と同程度の相手材料除去部を示す
のはシリコン表面に摩擦方向にほぼ直角に非常に大きな
りラックが発生し、その段差で削っているためである。
しかしこの場合、被削材の面は粗されて、かつ抵抗は著
しく大きくなる。ここで、シリコン表面には相手材料で
ある鋼が凝着しており、これが抵抗増大の原因となって
いるが、硬質カーボン膜を形成した面にはこのような切
削変動の原因となる相手材料の凝着は観察されなかった
これらの結果は、本発明では工具の下地材料として脆性
材料を用いてもチッピング等の欠損に対する防止効果が
あり、更に切削抵抗が小さく、相手面の加工面の仕上が
り面が良好な加工工具を提供できることを示している。
第5図は、比較的軟質な5US440Gの鋼材を下地材
とし、硬質カーボン膜を形成したもの川と、形成しない
ものBOとの摺動抵抗を比較したものである。同図から
明らかなように、B1 はBoに比べ、摺動抵抗が局〜
イに減少する。また、Boは球圧子である焼入れした鋼
球より高度が低いため、大きな摩擦痕が形成される。こ
れに対し、硬質カーボン膜を1m程度形成したB1では
、摩耗痕は観察されない。さらに、相手材料である鋼球
を観察すると、BOと摺動させた場合には不規則な凝着
層が生じるのみであるが、B4 と摺動させた場合には
摺動方向の切削条痕が形成されている。
このように比較的軟質な下地材料を用いても硬質カーボ
ン膜を形成することにより1、相手面を有効に除去可能
であり、また、固体潤滑作用によって切削抵抗も著しく
小さくできることが分る。また、形成したカーボン膜は
ステンレスと同様耐食性、耐環境性もあるので、特殊環
境でも使用でき、各種分野の工具として使用できる。
また、球圧子側に硬質カーボンを形成し、同様に5US
440Cと摺動させた場合についても、今までの結果と
同様摺動抵抗が小さく、かつ5US440Cとの凝着も
なく、鋭利な切削条痕が形成され、優れた切削性を示し
た。
以上説明したように、本発明工具はグラファイトの固体
潤滑性と共にダイヤモンドの高度を備えているので、切
削抵抗及び工具損傷が小さく、かつ凝着も生じず、加工
物の仕上面を高品位に仕上げることが可能であり、旋盤
、フライス盤、ボール盤等各種切削工具、鍛造、プレス
、ダイス、ゲージ類、成型用型、またハサミ、ナイフ、
鋸等の各種の工具に適用すれば、非常に優れた特性を示
す。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明における硬質カーボン膜形成装置の一例
を示す概略図、第2図は本発明に係る工具の切削性の試
験方法の概略図、第3図は摩擦抵抗の測定結果を示すグ
ラフ、第4図は相手材料の除去体積の測定結果を示すグ
ラフ、第5図は摩擦抵抗の測定結果を示すグラフである
。 図中符号lは真空容器、2は基盤ホルダ、3は基盤、4
は高圧電源、5はシャッタ、6は放電維持用電極、7は
電子放出用フィラメント、8は直流電源、9は直流電源
、10.11はガス導入用可変パルプ、12は排気路、
13は永久磁石、21は硬質カーボン膜、22は下地材
料、23は鋼球圧子である。 特許出願人 日木電信電話公社 代理人 弁理士 光 石 士 部(他1名)第1図 第2図 第3図 IT塾 ?巨 断懐 (m) 第4図 壬甲(イ:T11☆翳1 (9) 第5図 麿 iト9巨禽匡 (m)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ダイヤモンドとグラファイトの混晶からなる硬質カーボ
    ン膜を工具材料の表面に形成したことを特徴とする硬質
    カーボン膜被覆工具
JP17770783A 1983-09-26 1983-09-26 硬質カ−ボン膜被覆工具 Granted JPS6070178A (ja)

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JPS6070178A true JPS6070178A (ja) 1985-04-20
JPS6147903B2 JPS6147903B2 (ja) 1986-10-21

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Cited By (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR100304832B1 (ko) * 1999-08-28 2001-09-24 황해웅 다이아몬드 공구의 절삭 및 연마 특성 개선방법 및 이에 따라제조된 절삭 및 연마 특성이 우수한 다이아몬드 공구

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JPS59127214A (ja) * 1983-01-11 1984-07-23 Seiko Epson Corp 磁気ヘツド

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JPS6147903B2 (ja) 1986-10-21

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