JPS6267174A - 硬質炭素膜被覆超硬合金の製造法 - 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】 （従来技術の問題点） ダイヤモンドは最も硬い物質で、かつ化学的にもきわめ
て安定で、かつ熱伝導率にきわめて富むことから切削工
具としてきわめて優れた特性を持つ、しかしながら、天
然の単結晶ダイヤモンドは、臂関性があることから、最
近ではダイヤモンド微粉末を超高圧設備を用いて焼結し
た、いわゆるダイヤモンド焼結体工具が開発され、天然
ダイヤモンドに比べ、より靭性がすぐれていることから
アルミニウム合金、チタン合金、ニッケル合金など非鉄
金属の切削に用いられている。しかしながらきわめて高
価な超高圧設備が必要なため、おのずと焼結ダイヤモン
ド工具は高価なものにならざるを得なかった。

最近、水素とメタンなどの炭化水素の混合気流を、２０
００℃以上に加熱したタングステンフィラメントにて励
起、熱分解させる、あるいは高周波。

マイクロ波放電によるプラズマにて励起９分解させて加
熱した基材表面にダイヤモンドおよび／又はダイヤモン
ド状の硬質炭素被膜を被覆する技術が開発されている。

（以下ダイヤモンド気相合成技術と称す）この技術を用
いて適当な基材例えば超硬合金の表面に、この技術を用
いてダイヤ１ンドおよび／又はダイヤモンド状の硬質炭
素薄膜を被覆した、いわゆるコーティング工具を作成す
るならば、焼結ダイヤモンド工具に比べきわめて安価な
、かつ性能的には焼結ダイヤモンド工具に暦をならべる
ものが提供しうると考えられた。

しかしながら、この考え方にしたがって種々ダイヤモン
ドコーティング工具を試作してみたところ、ことごとく
被覆膜と基材たる超硬合金との接着強度が不足し、切削
工具としては好ましい結果が得られなかった。

〔問題点を解決するための手段〕

ダイヤモンド気相合成技術において、ダイヤモンド膜を
基材表面に均一に被覆するためには、被覆に先だって該
基材表面上にダイヤモンドの核を生成させうるように、
一定の傷をつける傷入れ作業を行うことが不可欠である
とされている。しかしながら発明者は超硬合金と基材に
種々の条件でダイヤモンドの被覆実験を行った結果、ダ
イヤモンドの核は超硬合金基材表面において、炭化タン
グステン粒子の界面に選択的に発生していくという知見
をうるにいたった。又結合金属相の上には、ダイヤモン
ドの核はほとんど発生しないという知見も得た。

これは結合金属相たるコバルト（Ｃｏ）にダイヤモンド
の核を生成させうるべく、傷入れ作業後ダイヤモンド気
相合成技術によってダイヤモンドの核を生成させようと
しても、このダイヤモンド気相合成技術は８００℃程度
の基板表面の加熱が不可欠なため、この温度ではコヴア
ルトに作成した傷の先端が８００℃の温度でコヴアルト
相が塑性流動するためうずまってしまい、ダイヤモンド
核生成を促進する効果を損なうためと考えられる。

ダイヤモンド気相合成技術において、ダイヤモンドの核
の生成よりも一旦生じた核が粒成長する方がエネルギー
的に容易なことが知られている。

従って第３図に模式的に示すように、炭化タンクステン
粒子１の界面に生じたダイヤモンド粒子３は、それ以降
は粒成長を行い最終的には第４図に示すような空孔４を
多数有するダイヤモンド被膜となる。このように基材と
ダイヤモンド被膜との界面に多数空孔が存在すると、ダ
イヤモンド被膜と基材との接着強度が十分でないことは
容易に考えうる。

そこで発明者はいかにダイヤモンド被膜と基材と界面と
の間に空孔を生じさせないか種々検討を行い、基材表面
より一定深さ結合相金属を除去する処理を施すと、ダイ
ヤモンド被膜と基材との接着強度が著しく改善しうると
いう知見を得た。即ち第１図に示すようにダイヤモンド
の核は炭化タングステン粒子の界面に選択的に発生する
ため、従来のように炭化タングステン粒子１の上面のみ
ならず、側面にも核３°を生成する。

しかるのち、このダイヤモンド粒子３．３゛　が粒成長
していくと第２図に示すように、基材と超硬合金の界面
にはほとんど空孔が生じないからと考えた。

なお、超硬合金基材表面より除去する結合金属相２の深
さは該超硬合金の硬質分散相の平均粒度の１／１００以
下では効果が認められず２／３以上除去すると、該超硬
合金基材最表面に存在する硬質分散相が、強固に保持し
きれなくなり使用時脱落してしまい好ましくない。

結合金属相を除去するのは、傷入れ作業前でも傷入れ作
業後でもかまわないが、除去時炭化タングチテン粒子表
面上の傷が鈍化する可能性があるため、傷入れ作業前が
より好ましい。

結合金属相を除去する方法としては、酸にてエツチング
する方法、弗化炭素プラズマ中でドライエツチングする
方法、水素、アルゴンガスなどでスパッタエツチングす
る方法などが好ましいが、これに限定されるものでは勿
論ない。

基材として用いる超硬合金は、炭化タングテン・コバル
ト焼結合金以外に他炭化物を添加したもの、さらには炭
窒化チタン系の焼結合金、いわゆるサーメットなどが好
ましい。

以下実施例で詳しく説明する。

実施例１ 市販の１３０　　Ｋ−１０グレード超硬合金チップ（材
質　住友電気工業株式会社製Ｈ１型番５ｐｃ４２２）の
表面を９１５００のダイヤモンド砥粒をもちいてラッピ
ング処理したのち、１０容量％塩酸溶液中にて１０分間
超音波を付加しながら保持した。

この試料を水洗、乾燥後さらに＃１５００のダイヤモン
ド砥石をもちいて、傷入れ作業を行った。この試料を２
０００℃に加執保持したＷ−フィラメント（こよ、て、
水素とメタンガスの混合気流からダイヤモンドを基材表
面に被覆する製造方法をもちいこ、ダイヤモンド膜を６
μ被覆した。この試料をＡとし、塩酸処理しないだけで
他は全く同じ工程にζダイヤモンドを被覆したものをＢ
とし、以下の条件で切削テストを行った。

被削材　：　　ＡＣ４Ｃ 切削速度：　　　１２００ｍ／ｍｉｎ 送　　　リ　　　：　　　　　０．１ｍｍ／ｒｅｖ切り
込み：　　　１．５ｍｍ ホルダー：　　ＦＰＩＩＲ−４４Ａ Ａは３０分間切削してフランク摩耗が０．０４ｍｍであ
ったのに対し、Ｂは１１分間切削時ダイヤモンド被膜が
剥離し、１５分間切削してフランク摩耗が０．３２ｍｍ
ちなみにダイヤモンドを被覆しなかった基材では、３分
間切削してフランク摩耗が０．４１ｍｍであった。

実施例２ 種々の粒度をもっ超硬合金チップを作成し、（型番ＳＰ
Ｇ　４２２）チップ表面を＃　１５００のダイヤモンド
砥料でラッピング処理したのち＃ｌ５００のダイヤモン
ド砥石で傷入れ作業を行った。しかるのら、これ等試料
と弗化炭素気流中でプラズマエツチングを行い、結合金
属をそれぞれ表面から種々の厚さで除去した。

しかるのち、２．４５ＣＩ＋□のマイクロ波によって励
起されたプラズマ中にて水素とメタンの混合気流を分解
して、基材表面にそれぞれダイヤモンドを被覆した。基
材の炭化タングステンの平均粒度と実施例１の切削条件
で行ったテスト結果を表１に記す。

表−１ ＊フランク摩耗が０．１０ｍｍを越えた時間を寿命とす
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の詳細な説明する模式図であり
、前者が被覆初期の状態、後考が被覆完成後の状態（被
覆層近辺の断面模式図）を示し、第３図は従来の被覆法
の初期の状態を示す断面模式図、第４図は従来の被覆に
よる被覆完成後の断面模式図である。 １：硬質相粒子、　　　　　　２：結合金属相３．３”
　：ダイヤモンド核　４−空孔【・７１５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超硬合金を基材とし、その表面に減圧下の気相よりダイ
   ヤモンドおよび／又はダイヤモンドに類似の硬質炭素膜
   を被覆して被覆超硬合金を製造するにあたり、被覆処理
   に先だって該超硬合金基材表面の結合金属相を該超硬合
   金の硬質分散相の平均粒度の１／１００以上２／３以下
   の深さにわたって該基材表面から除去することを特徴と
   する硬質炭素膜被覆超硬合金の製造法。