JPS6315347B2 - - Google Patents

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JPS6315347B2
JPS6315347B2 JP59063026A JP6302684A JPS6315347B2 JP S6315347 B2 JPS6315347 B2 JP S6315347B2 JP 59063026 A JP59063026 A JP 59063026A JP 6302684 A JP6302684 A JP 6302684A JP S6315347 B2 JPS6315347 B2 JP S6315347B2
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JP
Japan
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artificial diamond
tool
vapor deposition
coated
layer thickness
Prior art date
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Expired
Application number
JP59063026A
Other languages
English (en)
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JPS60208473A (ja
Inventor
Noribumi Kikuchi
Takayuki Shingyochi
Hiroaki Yamashita
Akio Nishama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Metal Corp filed Critical Mitsubishi Metal Corp
Priority to JP6302684A priority Critical patent/JPS60208473A/ja
Publication of JPS60208473A publication Critical patent/JPS60208473A/ja
Publication of JPS6315347B2 publication Critical patent/JPS6315347B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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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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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • 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)

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、穴明けパンチ、
ドリル、リーマ、さらに線引ダイスなどの耐摩耗
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(TiC)基サーメツト、さら
に窒化チタン(TiN)基サーメツトや炭窒化チ
タン(TiCN)基サーメツトなどのサーメツトが
用いられている。
これらのサーメツト製工具部材は、比較的すぐ
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れる
ようになり、これに伴つて工具部材の使用条件も
一段と苛酷になる傾向にあり、このような状況下
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つた結果、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
物理蒸着法によつて形成し、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58−135117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つて処理する
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
のであつて、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
合金のうちのいずれかからなる平均層厚:0.05〜
1.2μm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、0.05μm
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つた場合には、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つ
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
ツト)で製造され、かつISO規格SPGN422の形
状をもつた切削工具用スローアウエイチツプを用
意し、まず、このチツプを、通常の化学蒸着装置
に装入し、 反応ガス組成:モル%で、WF6:4%、
CH3OH:15%、H2:35%、Ar:残り、 反応ガス流量:2/min、 チツプ加熱温度:950℃、 反応時間:10分、 の条件で化学蒸着処理を施すことによつて、前記
チツプの全体面に、平均層厚:0.2μmのW蒸着層
を形成し、引続いて、このW蒸着層形成後のチツ
プを、反応混合ガスを加熱し、活性化する手段と
して、例えばW製フイラメントの熱電子放射材を
用いる、特開昭58−91100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120mmφの石英管、 反応混合ガス組成:CH4/H2=1/100、 熱電子放射材とチツプ表面との距離:15mm、 反応容器内雰囲気圧力:3torr、 熱電子放射材の加熱温度:2000℃、 熱電子放射材によるチツプ表面の加熱温度:
700℃、 反応処理時間:15時間、 の条件で処理することによつて、上記チツプ表面
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ダイヤモ
ンド被覆スローアウエイチツプと、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エイチツプについて、 被削材:シルミン(Si:11重量%、Al:残り
の組成を有するAl合金)、 切削速度:1000m/min、 送り:0.1mm/刃、 切込み:1mm、 の条件で連続高速切削試験を行ない、切刃の逃げ
面摩耗幅が0.2mmに至るまでの切削時間を測定し
たところ、上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エイチツプは、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エイチツプは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、TaC:1%、TiC:0.5%、
Co:6%、WC:残りからなる組成(以上重量
%)を有するサーメツトで製造され、かつ直径が
0.9mmφの小径のIC基板穴明け用ドリルを用意し、
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、その全長に亘つて平均層厚:0.35μm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、その全長に亘つて、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0.6mmのSi: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:
80000r.p.m.、穴明け速度:120個/分の条件で穴
明けを行ない、その使用寿命に至るまでの穴明け
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52000個の穴明けを行なうこと
ができたのに対して、人工ダイヤモンド皮膜およ
び蒸着層の形成がない小径ドリルはわずかに3000
個で使用寿命に至るものであつた。
実施例 3 基体部材として、TiCN:20%、WC:25%、
Co:5%、Ni:8%、TiN:残りからなる組成
(以上容量%)を有するサーメツトで製造され、
かつ直径が1mmφの小径のIC基板穴明け用パン
チを用意し、このパンチを、通常のスパツタリン
グ装置に装入し、 反応容器内の真空度:2×10-3torr、 雰囲気:Ar、 反応容器の上部に配置されたMoターゲツトに
印加される電圧:−1500V、 反応容器の下部に置かれたパンチに印加される
電圧:−100V、 反応時間:2時間、 の条件で蒸着処理を施すことによつて、上記パン
チの全長に亘つて平均層厚: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58−135117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120mmφを有する石英管、 反応混合ガス組成:モル比で、CH4/H2/Ar
=1/300/300)、 反応容器内雰囲気圧力:2torr、 高周波コイルへの印加条件:周波数
13.56MHz、出力500W、 反応時間:15時間、 の条件で処理することによつて、その全長に亘る
上記Mo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、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、MgO:8%、SiO2:2%、Al2O3:残り
からなる組成(以上重量%)を有し、かつ厚さが
1mmのIC基板仮焼結体(仮焼結温度:900℃)
に、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け個数を測定したところ、前
者のパンチは125000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2000
個の穴明け終了時点で使用寿命に至るものであつ
た。
実施例 4 基体部材として、TiC:0.5%、VC:0.5%、
Co:5%、WC:残りからなる組成(重量%)を
有する超硬合金(サーメツト)で製造され、かつ
直径が10mmφのIC基板穴明け用リーマを用意し、
このリーマを、通常のイオンプレーテイング装置
に装入し、 反応容器の真空度:5×10-4torr、 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力: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:−200V、200mA、 リーマの先端部工具作用面の加熱温度:500℃、 反応時間:1時間、 の条件で蒸着処理を施すことによつて、前記リー
マの工具作用面に、平均層厚:0.8μmのNb蒸着
層を形成し、引続いて、このNb蒸着層形成のリ
ーマを、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120mmφの石英管、 反応混合ガス組成:容量割合で、CH4/H2
Ar=1/100/10、 反応容器内の雰囲気圧力:1torr、 マイクロ波:2.45GHz、 反応時間:7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
つたところ、前者のリーマは、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つた。
上述のように、この発明の人工ダイヤモンド被
覆工具部材は、強固な密着力で結合した人工ダイ
ヤモンド皮膜によつて耐摩耗性が著しく向上した
ものとなつており、したがつて、これを切削工具
部材や耐摩耗工具部材として適用した場合には長
期に亘つてすぐれた性能を発揮するようになるな
ど工業上有用な特性を有するのである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 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
    ちのいずれかからなる平均層厚:0.05〜1.2μm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
    モンド皮膜を被覆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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JP6302684A JPS60208473A (ja) 1984-03-30 1984-03-30 人工ダイヤモンド被覆工具部材

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JPS60208473A JPS60208473A (ja) 1985-10-21
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