JPS6234704A - ダイヤモンド被覆切削工具 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は金属、セラミック等の切削に用いられるダイヤ
モンド被覆切削工具に関する。

従来の技術 金属等を切削する工具には超硬合金やまたその表面にＴ
＋Ｃ、Ａｌ２Ｏ３、’ｌ’＋Ｎなどを被覆した工具が使
用される外、一部の分野ではダイヤモンド工具も使用さ
れている。

ダイヤモンド工具にはダイヤモンド粉末を焼結してチッ
プとしたもの、また超硬合金等の表面をダイヤモンドで
被覆したものがある。

発明が解決しようとする問題点 ダイヤモンドは硬度が最大であり、切削工具として望ま
しいことは云うまでもないが、問題がないわけではない
、ダイヤモンドは焼結しないため、焼結体とするには金
属、セラミック等の助剤を必要とし、そのために硬度が
下ったり、またその焼結も超高圧下で行なわれるので必
然的に高価となる。

ダイヤモンド静圧法で合成される外、気相でも合成され
ることが知られている。この気相合成法の技術を利用し
て基材表面をダイヤモンドで被覆する方法も行なわれて
おり、それを切削工具に利用しようとする試みもある。

この場合基材とダイヤモンド層の密着性、結合さらに気
相法によるダイヤモンド析出は基材の種類によりかなり
左右され、シリコン系の上には析出し易いのに対し、基
材によっては全く析出しない。また析出した後も基材と
ダイヤモンドの熱膨張差も考慮する必要がある。

本発明の目的はダイヤモンドで被覆した切削工具におい
て、被覆のためのダイヤモンド析出を容易にし、かつ密
着性も良好であり、さらに熱膨張差も緩和したダイヤモ
ンド被覆切削工具を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明はＳｉの上にはダイヤモンド被覆が容易であるこ
と、Ｔ１とＳｌはその界面にＴｉＳｉ２化合物の形成等
により強固に結合すること、Ｔｉは強靭である上、基材
をＣＶＤ等により被覆する場合に多くの基材と密着性が
よいなどに着目してなされたものである。

即ち、本発明は切削工具基材にダイヤモンドを被覆する
場合、基材とダイヤモンド間にＴｉ−５ｉ層を介在させ
たものである０本発明においてＴｉ　−Ｓｉ層はＴｉ層
とＳｉ層が直接接触し、望ましくはこの界面においてＴ
ｉＳｉ２化合物が生成しているものである。そしてＳｉ
側がダイヤモンド層で被覆され、Ｔｉ層が基材側になる
。この場合、Ｔｉ層は直接基材に結合しているか又はそ
の間に他の例えば、Ｍｏ。

ＴｉＮ　、　ＴｉＣ等の層を介して結合していてもよい
。

Ｓ１層についてはその表面に一部ＳｉＣが生成していて
もよい。ダイヤモンドの被覆は特定の条件下で炭化水素
の熱分解によって行なわれるので、基材となるＳｉは一
部ＳｉＣ化するが、その上にダイヤモンド被覆層が生じ
ても支障はない。むしろＳｉの表面が一部ＳｉＣ化する
ことにより表面に凹凸が生じダイヤモンド被覆の密着性
がよくなる効果がある。

ＣＶＤ法によるダイヤモンド析出は通常Ｆｅ又はＦｅ合
金基材には起りにくいと云われている。そしてこれに８
１被覆をしてもその被覆層中をＦｅが拡散し、ダイヤモ
ンドの析出を阻害することがある。

この点本発明ではＦｅ系基材を用いる場合であっても、
基材とＳｉとの間にＴＩ、又はさらにＴ１とＴｉＣ。

ＴｉＮ等が介在しているのでこのような欠陥が生じない
。

本発明において切削工具の基材となるものはタングステ
ン、チタン、タンタル等の炭化物あるいは窒化物等のセ
ラミックス質焼結体、各種の鋼材等の金属が使用できる
。

これらの基材は切削刃体の形状に応じて種々の形に加工
して用いる。

基材は先ずＴ１金属で被覆する。被覆方法にはスパッタ
ー法、電子ビーム法、真空蒸着法などを用いることがで
きる。Ｔｉ層の厚さは０．０１〜０．１　ｐ、、ｍ位が
適当である。また基材を直接Ｔｉで被覆せずに基材を先
ずＭＯｌＷ等で被覆し、その上にＴｉ層を設けることも
できる。前者の被覆もスパッター等で行なうことができ
る。基材の種類によってはこのように基材とＴｉの間に
他の層を介在させることにより熱膨張の変化を一層緩和
することができる。

Ｔｉ層の上はＳｉで被覆される。被覆は上記同様スパッ
ター等によって行なうことができる。Ｔｉの上がＳｉで
被覆された場合、一般的にはその界面でＴｉＳｉ２の化
合物が生成する。またこの化合物はダイヤモンドを析出
させる際加熱されるのでそのときにも生成する機会があ
る。本発明はこのＴｉＳｉ２の生成を必須要件とするも
のではないが、生成させれば結合力が向上し望ましいも
のとなる。Ｓｉ層の厚さは０．１〜２　ｐ−ｍが適当で
ある。

Ｓｉ層をＴｉ層よりかなり厚くするのｌ±７　ｒ　Ｓ　
Ｉ　２化合物が生じてもなお単独Ｓｉ層が残るようにす
る為である。

Ｓｉ層の上はダイヤモンドで被覆する。その方法は減圧
下で水素ガスをマイクロ波、高周波等により、励起し、
そこで炭化水素ガスを分解し、炭素をダイヤモンドとし
て析出させる公知のプラズマＣＶｒＪ法が用いられる。

その際にＳｉの一部がＣと反応し、ＳｉＣが生ずること
があるが支障はない。通常Ｓｌ七にダイヤモンドを析出
させるには、その面をダイヤモンドで傷をつけて、それ
をダイヤモンド析出帯域に置いて行なう。この傷がない
所には殆んど析出しない。本発明の工具に析出させる場
合もこの技術を利用し、ダイヤモンドを析出させたい部
分を上記のように傷をつけ、それをダイヤモンド析出帯
域に置けばよい。

ダイヤモンド析出は、マイクロ波の場合について一例を
示せば、ＣＨ４等にＨ２ガスを混合しく総量中のＣＨ４
の濃度０．５〜２容量％程度）、２０〜１００ｍｍＨｇ
程度の減圧にし、反応槽内に０．９〜４Ｇ＆のマイクロ
波を導入し、ガスを励起すると共に、ダイヤモンドを析
出させる基材を７５０〜９００°Ｃに加熱して行なう。

ダイヤモンド被覆の厚さは０．５〜２　ｇｒａ位が適当
である。切削工具としである程度の寿命を持たせるには
０．２　ｇ　！１以上必要であり、上限は特に制限はな
いが、ダイヤモンドの析出にはかなりの時間を要するこ
とから実用上は２ｇｍ以下がよい。

発明の効果 本発明によるダイヤモンド層は殆んど１００％ダイヤモ
ンドであり、従来のような焼結助剤を含まず、しかもダ
イヤモンド層は強固であるので薄い膜であっても切削性
能はよい。また熱膨張の点からもダイヤモンドよりわず
かに大きいＳｉ１次いでそれより大きいＴｉと少しづつ
変るので、全体的に熱膨張による剥離が防げる。

実施例 超硬チップ（ＪＩＳ　　ＫＩＯ１１２，７ｍｍＸ　１２
．７ｍｍ、厚さ６ＩＩＩＩ１１）の−面にスバ・フタ−
法にてＴｉを厚さ５００久、続いてＳｌを３０００大の
厚さに被でした。

ダイヤモンド砥粒（５〜２０用）を分散した水の中にこ
の被覆チップを入れ超音波（２０に＆）をかけて、Ｓｉ
表面に小さい傷をつける。

この傷をつけたＳｉ被覆面にダイヤモンドをマイクロ波
によるプラズマＣＶＤ法で析出させた。析出条件は以下
の通り。

被覆チップの温度　　　８００〜８５０℃ＣＨ４濃度（
Ｈ２ガス中）１．０容量％マイクロ波の出力　　　４０
０Ｗ ｌ／　　　周波数　　２．４５Ｇ− 圧　　力　　　　　　　　　　　　３０Ｔｏｒｒ上記の
条件で２時間ダイヤモンド生成を行なったところＳｉ面
の上及びその面から厚さ方向に　１．５ｃｍのところま
でダイヤモンドで被覆された。そのめして切削試験を行
なった。

被削材としてはＡｌ２Ｏ３焼結体を用いた。切削条件は
以下の通りとし、標準旋盤により切削テストを行なった
。

切削速度　　　４５　ｍ７分 送り　　　　　０．０３ｍｍ／分 切込み　　　　０．２　Ｉｌｍ 市販の同一寸法の焼結ダイヤモンド工具と切削性能を比
較するため工具切削刃の逃げ面の摩耗量を調べた。

結果を表１に示す。

上の結果が示すように本発明品は市販のダイヤモンド焼
結体と同等ないしそれ以トの性能を有している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 切削工具基材の表面をダイヤモンドで被覆した切削工具
   において、該基材とダイヤモンドの間にダイヤモンド側
   をＳｉ層にしてＴｉ−Ｓｉ層を介在させたことを特徴と
   するダイヤモンド被覆切削工具。