JPS6173882A - 超硬質層被覆材料 - Google Patents
超硬質層被覆材料Info
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- JPS6173882A JPS6173882A JP59192580A JP19258084A JPS6173882A JP S6173882 A JPS6173882 A JP S6173882A JP 59192580 A JP59192580 A JP 59192580A JP 19258084 A JP19258084 A JP 19258084A JP S6173882 A JPS6173882 A JP S6173882A
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- Japan
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/04—Diamond
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、超高正相を含有する硬質層を気相合成法によ
り基材表面に被覆した超硬質材料に関するもので、耐摩
耗性を生かした工具、摺動部のシール部材等としての用
途に有利に応用できる。
り基材表面に被覆した超硬質材料に関するもので、耐摩
耗性を生かした工具、摺動部のシール部材等としての用
途に有利に応用できる。
（従来の技術）
従来から切削工具及び耐摩耗部材とし℃用いられる材料
としては、工具鋼や高速度、もしくは周期律表のｌＶａ
、Ｖａ、ＶＩａ族の炭窒化物の一種以上を含有し、鉄属
金属を結合相とする超硬合金等が利用されている。
としては、工具鋼や高速度、もしくは周期律表のｌＶａ
、Ｖａ、ＶＩａ族の炭窒化物の一種以上を含有し、鉄属
金属を結合相とする超硬合金等が利用されている。
そして近年は、耐摩耗性をさらに向上せしめることを目
的としてこれら各種材料を基材としその表面に、Ａｌ、
Ｏ，もしくはＴＩＣ’等の硬質物質を被覆したいわゆる
コーティング工具が急速に普及しつつある。
的としてこれら各種材料を基材としその表面に、Ａｌ、
Ｏ，もしくはＴＩＣ’等の硬質物質を被覆したいわゆる
コーティング工具が急速に普及しつつある。
特に硬い材料を加工する場合には、基材である工具自体
、もしくは基材表面の被覆物質の硬度は重要な問題であ
って、当然高硬度が要求され、この観点から、最も高硬
度を有するダイヤモンド、もしくはダイヤモンドに次ぐ
硬度を有するＣＢＮは、誠に優れた材料であり、それぞ
れダイヤモンド工具、ＣＢＮ工具として実用化されてい
る。
、もしくは基材表面の被覆物質の硬度は重要な問題であ
って、当然高硬度が要求され、この観点から、最も高硬
度を有するダイヤモンド、もしくはダイヤモンドに次ぐ
硬度を有するＣＢＮは、誠に優れた材料であり、それぞ
れダイヤモンド工具、ＣＢＮ工具として実用化されてい
る。
しかしながら、従来のダイヤモンド工具、ＣＢＮ工具は
、次のような問題点、欠点を有している。すなわち、ダ
イヤモンド工具は単結晶または焼結体として金属もしく
は無機化合物等で固めたものが用いられており、またＣ
ＢＮ工具は、金属もしくは無機化合物を結合相として焼
き固められたもののみが用いられているが、このような
ダイヤモンドやＣＢＮｆ家それ自体の原料が非常に高価
であるに加え、難加工性で、製造コストも高（、またそ
の工具としての形状も単純な制約された形しかとれない
という欠点を有することである。
、次のような問題点、欠点を有している。すなわち、ダ
イヤモンド工具は単結晶または焼結体として金属もしく
は無機化合物等で固めたものが用いられており、またＣ
ＢＮ工具は、金属もしくは無機化合物を結合相として焼
き固められたもののみが用いられているが、このような
ダイヤモンドやＣＢＮｆ家それ自体の原料が非常に高価
であるに加え、難加工性で、製造コストも高（、またそ
の工具としての形状も単純な制約された形しかとれない
という欠点を有することである。
近時、これら、ダイヤそンドもしくはＣＢＮ工具の欠点
を補うべ（、気相蒸着の手段を用いて、ダイヤモンドも
しくはＣＢＮの薄層な基材上へコーティングする技術が
開発され注目を浴び℃いる。これら気相蒸着法を用いる
と、やや密着性に問題はあるものの単結晶もしくは焼結
体では得られないような複雑な形状の工具もしくは耐摩
部材が容易に得られることが非常な魅力となっている。
を補うべ（、気相蒸着の手段を用いて、ダイヤモンドも
しくはＣＢＮの薄層な基材上へコーティングする技術が
開発され注目を浴び℃いる。これら気相蒸着法を用いる
と、やや密着性に問題はあるものの単結晶もしくは焼結
体では得られないような複雑な形状の工具もしくは耐摩
部材が容易に得られることが非常な魅力となっている。
（発明の解決しようとする問題点）
しかし上述の、ダイヤモンドもしくはＣＢＮ等の超高正
相を気相より合成する方法においては、その蒸着速度が
技術上の大きな間壜となっている。即ち、結晶質の超高
正相の含有率を高くした高硬度の被覆層を得んとすれば
アモルファス質の超高正相の生成な仰制丁べく、原料ガ
スの活性化度を効率化するため導入ｉｆｔ減少せしめる
等の対策が必要となり、その結果として蒸着速度が減少
し、厚Ｍ？：得ろことが困難になる。さらには基材と超
高正相との熱膨張係数の差により生じる層間応力により
、被覆層が剥離しやすいとい５欠点が生じる。また逆に
、厚膜を得んと蒸着速度を上げると、被覆層中のアモル
ファス質の超高正相の含有率が多くなるため、基板との
熱膨張係数差が減少し、硬匿の低い膜になるという問題
点を有し、これが耐摩特性に優れる超高正相被覆部材の
実用化を困難にしている。
相を気相より合成する方法においては、その蒸着速度が
技術上の大きな間壜となっている。即ち、結晶質の超高
正相の含有率を高くした高硬度の被覆層を得んとすれば
アモルファス質の超高正相の生成な仰制丁べく、原料ガ
スの活性化度を効率化するため導入ｉｆｔ減少せしめる
等の対策が必要となり、その結果として蒸着速度が減少
し、厚Ｍ？：得ろことが困難になる。さらには基材と超
高正相との熱膨張係数の差により生じる層間応力により
、被覆層が剥離しやすいとい５欠点が生じる。また逆に
、厚膜を得んと蒸着速度を上げると、被覆層中のアモル
ファス質の超高正相の含有率が多くなるため、基板との
熱膨張係数差が減少し、硬匿の低い膜になるという問題
点を有し、これが耐摩特性に優れる超高正相被覆部材の
実用化を困難にしている。
本発明はかかる問題点を解決し、物性も加工性にも優れ
、かつ製造コストも低（、従来より安価な超高正相被覆
部材を提供せんとするものである。
、かつ製造コストも低（、従来より安価な超高正相被覆
部材を提供せんとするものである。
（問題点を解決する手段）
上述の問題点を解決する手段として、本発明の超硬質被
覆は基材に被覆される起硬質物質層を少なくとも２層以
上であり、その内の少なくとも一層は、超高正相の含有
率の低い厚膜層であって中間層として存在し、最上層は
超高正相の含有率の高い薄膜層から成ることを特徴とす
る０即ち、結果的には、全体としては厚膜で、最表面層
は特に超高圧物質の含有率の高い高硬度の層であり、中
間１罠はアモルファス質の超高圧物質の含有量が多く低
硬度ではあるが各種基材と密着性のよい層となっている
。
覆は基材に被覆される起硬質物質層を少なくとも２層以
上であり、その内の少なくとも一層は、超高正相の含有
率の低い厚膜層であって中間層として存在し、最上層は
超高正相の含有率の高い薄膜層から成ることを特徴とす
る０即ち、結果的には、全体としては厚膜で、最表面層
は特に超高圧物質の含有率の高い高硬度の層であり、中
間１罠はアモルファス質の超高圧物質の含有量が多く低
硬度ではあるが各種基材と密着性のよい層となっている
。
すなわち本発明は、母材上にダイヤモンドもしくはＣＢ
Ｎを被覆してなる超硬質層被覆材料において、その内層
が体積比で５０〜７０％のアモルファス質のダイヤモン
ドもしくはＣＢＮ？含有する低硬度層よりなり、最外層
はその体積比で９５％以上の結晶質のダイヤモンドもし
くはＣＢＮｆｔ含有してなる超硬質層被覆材料に関する
ものである。
Ｎを被覆してなる超硬質層被覆材料において、その内層
が体積比で５０〜７０％のアモルファス質のダイヤモン
ドもしくはＣＢＮ？含有する低硬度層よりなり、最外層
はその体積比で９５％以上の結晶質のダイヤモンドもし
くはＣＢＮｆｔ含有してなる超硬質層被覆材料に関する
ものである。
本発明における超高正相とは具体的にはダイヤモンドも
しくはＣＢＮをいう。
しくはＣＢＮをいう。
本発明において、基材上に超高正相被覆を形成する手段
としては、（’／Ｄ（ケミカルペイバーデポジション）
法、プラズマ（、／Ｄ法、イオンビーム法、プラズマ分
解法等公知の手段を用いて行なうことができる。
としては、（’／Ｄ（ケミカルペイバーデポジション）
法、プラズマ（、／Ｄ法、イオンビーム法、プラズマ分
解法等公知の手段を用いて行なうことができる。
超高正相としてダイヤモンドを被覆する場合は炭化水素
系のガスを、またＣＢＮを被覆する場合にはＢ５Ｎ５）
！、もしくはＢＣＩｓ ＋ ＮＨ，、Ｂ、Ｈ，＋ＮＨ，
等のガスを原料として用いるが、被覆層中の欠陥を極少
とする為には、基材表面を完全に平滑にすることが望ま
しい。
系のガスを、またＣＢＮを被覆する場合にはＢ５Ｎ５）
！、もしくはＢＣＩｓ ＋ ＮＨ，、Ｂ、Ｈ，＋ＮＨ，
等のガスを原料として用いるが、被覆層中の欠陥を極少
とする為には、基材表面を完全に平滑にすることが望ま
しい。
本発明の基材としては、例えば超硬合金やＳｉ３Ｎ４、
ＳｉＣＸＡｌ、０３、Ａ１１０３−ＴｉＣ等のセラミッ
クなどを用いることができる。
ＳｉＣＸＡｌ、０３、Ａ１１０３−ＴｉＣ等のセラミッ
クなどを用いることができる。
ここで、中間層内におけるアモルファス質の超高圧相含
有率については、基材と被覆材との熱膨張係数差により
選択されるが、中でも特に基材が超硬合金の場合には、
４５〜７０体積チが好ましく、また基材がＳｉ３Ｎ４、
Ｓｉｎ、 Ａｌ、０３、Ａ１４０．− Ｔ ｉＣ等のセ
ラミックである場合には３０〜５５体積チであることが
好ましい。
有率については、基材と被覆材との熱膨張係数差により
選択されるが、中でも特に基材が超硬合金の場合には、
４５〜７０体積チが好ましく、また基材がＳｉ３Ｎ４、
Ｓｉｎ、 Ａｌ、０３、Ａ１４０．− Ｔ ｉＣ等のセ
ラミックである場合には３０〜５５体積チであることが
好ましい。
本発明において被覆層の厚みは中間層、最外層ともにα
１μ倶より大で５μｍまでが好ましい。その理由は、ｃ
Ｌ１μｍ以下では被覆層としての効果が乏しいためであ
り、また層厚が５μｍ以上となると、層中の超高圧相粒
子のいくつかが異常成長し、粒径が過大となり、切削中
に“欠け”が生じやすくなるからである。
１μ倶より大で５μｍまでが好ましい。その理由は、ｃ
Ｌ１μｍ以下では被覆層としての効果が乏しいためであ
り、また層厚が５μｍ以上となると、層中の超高圧相粒
子のいくつかが異常成長し、粒径が過大となり、切削中
に“欠け”が生じやすくなるからである。
（実施例）
本発明の効果をより具体的に説明するため、以下に実験
例を示す。
例を示す。
実施例１
ＪＩＳ規格に種であるＷＣ−ａ体積チＣＯの超硬テップ
の表面に、高周波プラズマ分解蒸着法ニヨリ、ダイヤモ
ンド蒸着を行なった。原料ガスとしてはＣＨ，ガスとＨ
，ガスの混合ガス（混合比ＣＨ，／Ｈｔ−１／１００
）’ｇ用いた。ダイヤモンド含有率および膜厚を変化さ
せる為に、総圧はｔ ２ Ｘ １０−３ｔｏｒｒの一定
とし、プラズマ出力およびＣＨ，／Ｈ，のガス比率を表
１に示すように変化させた。被覆層のダイヤモンド含有
率は赤外スペクル分析及びチップ切断後の破面のＳＥＭ
（走査電子顕微鏡）観察により測定した。
の表面に、高周波プラズマ分解蒸着法ニヨリ、ダイヤモ
ンド蒸着を行なった。原料ガスとしてはＣＨ，ガスとＨ
，ガスの混合ガス（混合比ＣＨ，／Ｈｔ−１／１００
）’ｇ用いた。ダイヤモンド含有率および膜厚を変化さ
せる為に、総圧はｔ ２ Ｘ １０−３ｔｏｒｒの一定
とし、プラズマ出力およびＣＨ，／Ｈ，のガス比率を表
１に示すように変化させた。被覆層のダイヤモンド含有
率は赤外スペクル分析及びチップ切断後の破面のＳＥＭ
（走査電子顕微鏡）観察により測定した。
表 １
このようにして得られたコーティングチップと、比較材
として被覆を施さなかった同じ超硬チップについて、下
記の条件により切削試験および寿命判定を行った。
として被覆を施さなかった同じ超硬チップについて、下
記の条件により切削試験および寿命判定を行った。
切削条件；被削材 Ａｌ−１８％Ｓ１
切削速度 ５００惧／ｍｉｎ
切込み α１ｍ
送 リ ０．１ 篇飄／ｒｅＶ
寿命判定条件二面荒さく判定は目視による）この結果、
本発明のコーティングチップは未処理チップの８倍の、
また中間層のないコーティングチップの４５倍の寿命を
示した。
寿命判定条件二面荒さく判定は目視による）この結果、
本発明のコーティングチップは未処理チップの８倍の、
また中間層のないコーティングチップの４５倍の寿命を
示した。
実施例２
ＷＣ−８体積チＣｏの超硬チップの表面に、Ｂ、 Ｎｓ
Ｈ，ガスを用いイオンビームデポジション法によりＢＮ
膜を形成した。被覆層中のＣＢＮ含有率および膜厚を変
化させる為に、総圧、加速電圧、基板温度、蒸着時間を
、表２に示す如く変化させた。被覆層のＣＢＮ含有率を
、実施例１と同様の手段により測定した。
Ｈ，ガスを用いイオンビームデポジション法によりＢＮ
膜を形成した。被覆層中のＣＢＮ含有率および膜厚を変
化させる為に、総圧、加速電圧、基板温度、蒸着時間を
、表２に示す如く変化させた。被覆層のＣＢＮ含有率を
、実施例１と同様の手段により測定した。
このようにして得られたコーティングチップと、比較材
として被覆を施さなかった同じ超硬テンプ（未処理チッ
プ）ヲ、下記の条件により切削試験に供し、その性能評
価を行った。
として被覆を施さなかった同じ超硬テンプ（未処理チッ
プ）ヲ、下記の条件により切削試験に供し、その性能評
価を行った。
切削条件：被削材 ８０Ｍ４１５（ＨＲＣ：６２）切削
速度 ２００ ｒｎ ／ ｍｉｎ 送 リ ０．１ ５ 謂飄 ／
ｒｅｖ切込み ａ、ｉ■ 寿命判定条件二面荒さ この結果、コーティングチップは未処理材の４．５倍の
寿命を示した。これによって、ＣＢＮ含有率の異なる多
層コート材の優位性は明らかとなった。
速度 ２００ ｒｎ ／ ｍｉｎ 送 リ ０．１ ５ 謂飄 ／
ｒｅｖ切込み ａ、ｉ■ 寿命判定条件二面荒さ この結果、コーティングチップは未処理材の４．５倍の
寿命を示した。これによって、ＣＢＮ含有率の異なる多
層コート材の優位性は明らかとなった。
本発明の超硬質層被覆方法は、ダイヤモンドおよびＣＢ
Ｎ等の超高正相を含有する被覆層を蒸着するにあたり、
母材に接する第１相（中間相として作用する）にアモル
ファス構造を含有する低硬質層を導入したことにより、
母材と被覆層間の熱膨張係数差に帰因する層間応力によ
る被覆層の剥離を改善できたもので、物性、加工性に優
れ、かつ製造コストも低価格な超高正相被覆部材を提供
できる方法で利用価値大である０
Ｎ等の超高正相を含有する被覆層を蒸着するにあたり、
母材に接する第１相（中間相として作用する）にアモル
ファス構造を含有する低硬質層を導入したことにより、
母材と被覆層間の熱膨張係数差に帰因する層間応力によ
る被覆層の剥離を改善できたもので、物性、加工性に優
れ、かつ製造コストも低価格な超高正相被覆部材を提供
できる方法で利用価値大である０
Claims (2)
- （１）母材上にダイヤモンドもしくはＣＢＮを被覆して
なる超硬質層被覆材料において、その内層が体積比で５
０〜７０％のアモルファス質のダイヤモンドもしくはＣ
ＢＮを含有する低硬度層よりなり、最外層はその体積比
で ９５％以上の結晶質のダイヤモンドもしくはＣＢＮを含
有してなる超硬質層被覆材料。 - （２）内層の厚みが０．１〜５μｍ、最外層の厚みが０
．１〜５μｍである特許請求の範囲第（１）項に記載さ
れる超硬質層被覆材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59192580A JPS6173882A (ja) | 1984-09-17 | 1984-09-17 | 超硬質層被覆材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59192580A JPS6173882A (ja) | 1984-09-17 | 1984-09-17 | 超硬質層被覆材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6173882A true JPS6173882A (ja) | 1986-04-16 |
Family
ID=16293643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59192580A Pending JPS6173882A (ja) | 1984-09-17 | 1984-09-17 | 超硬質層被覆材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6173882A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61270373A (ja) * | 1985-05-27 | 1986-11-29 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド被覆超硬合金 |
| JPS62196371A (ja) * | 1986-02-20 | 1987-08-29 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 高密着性ダイヤモンド被覆部材 |
| JPS63102801A (ja) * | 1986-10-21 | 1988-05-07 | Idemitsu Petrochem Co Ltd | ダイヤモンド工具部材 |
| JPS63241170A (ja) * | 1987-02-27 | 1988-10-06 | エルンスト ヴィンター ウント ゾーン（ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー） | 摩耗防止層の塗布方法及びこの方法にしたがって生産される生産物 |
| JPH03199376A (ja) * | 1989-12-27 | 1991-08-30 | Shimadzu Corp | 硬質カーボン膜形成方法 |
| JPH07102377A (ja) * | 1994-07-30 | 1995-04-18 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 炭素または炭素を主成分とする被膜 |
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| US6207281B1 (en) | 1988-03-07 | 2001-03-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electrostatic-erasing abrasion-proof coating and method for forming the same |
| US6224952B1 (en) | 1988-03-07 | 2001-05-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electrostatic-erasing abrasion-proof coating and method for forming the same |
| WO2009106201A1 (de) * | 2008-02-29 | 2009-09-03 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Beschichtung von bauteilen einer brennkraftmaschine zur verminderung von reibung, verschleiss und adhäsionsneigung |
| DE10150413B4 (de) * | 2000-12-11 | 2017-05-11 | Osg Corp. | Diamantbeschichteter Körper, Verwendung des diamantbeschichtteten Körpers und Verfahren zu dessen Herstellung |
-
1984
- 1984-09-17 JP JP59192580A patent/JPS6173882A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6583481B2 (en) | 1988-03-07 | 2003-06-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electrostatic-erasing abrasion-proof coating and method for forming the same |
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