KR20040010399A - 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 구조 및접합 방법, 굴삭 공구의 절단편, 절단 부재, 및 굴삭 공구 - Google Patents

초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 구조 및접합 방법, 굴삭 공구의 절단편, 절단 부재, 및 굴삭 공구 Download PDF

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Abstract

이 굴삭 공구의 절단편은, 초경합금제의 절단 기부(11)와, 절단 기부(11)에 지지되는 다이아몬드제 부재(12)와, 절단 기부(11)와 상기 다이아몬드제 부재(12) 사이에 형성되어 이들을 접합하는 접합층(13)을 구비한다. 접합층(13)은, Fe, Ni, Co, Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속이, 초경합금 및 다이아몬드 중의 적어도 한쪽으로 확산된 확산층(S1, S2)을 포함하고 있다.

Description

초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 구조 및 접합 방법, 굴삭 공구의 절단편, 절단 부재, 및 굴삭 공구{BONDING STRUCTURE AND BONDING METHOD FOR CEMENTED CARBIDE AND DIAMOND ELEMENT, CUTTING TIP AND CUTTING ELEMENT FOR DRILLING TOOL, AND DRILLING TOOL}
본 발명은, 초경(超硬)합금제 부재와 다이아몬드제 부재와의 접합 방법 및 접합 구조에 관한 것이다. 또, 본 발명은, 갱정(坑井, well) 등의 굴삭에 이용되는 굴삭 공구의 절단편, 절단 부재, 및 굴삭 공구에 관한 것이다.
유정 그 밖의 갱정의 굴삭 등에는 굴삭 공구가 이용된다. 이러한 종류의 굴삭 공구로서는, 합금강제의 공구 본체의 선단면에, 탄화 텅스텐기 초경합금제의 포스트(이하, "초경 포스트(cemented carbide post)"라고 함)가 소정의 배열로 납땜이나 수축 끼워맞춤 등의 수단으로 고착되고, 이들 초경 포스트의 각각에 초고압 소결 다이아몬드(이하, "소결 다이아몬드(sintered diamond"라고 함)로 이루어지는 절단편이 납땜된 굴삭 공구가 알려져 있다. 이 굴삭 공구는, 파이프의 선단에 부착되고, 파이프를 통하여 굴삭 방향으로 하중을 가하면서 회전시킴으로써, 공구 본체에 설치한 절단편에 의해서 굴삭을 행한다.
절단편을 구성하는 상기 소결 다이아몬드는 땜납재에 대한 습윤성이 나쁘기 때문에, 통상의 땜납재로는 납땜이 곤란하다. 일본국 특허 공개 공보 제2000-000686호에 기재된 굴삭 공구에서는, 초경 포스트에 대해서 절단편을 납땜하기 위해서, 예를 들면 Cu: 20~40 질량%, Ti: 0.5~10 질량%을 함유하고, 나머지가 Au와 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 Au합금 땜납재(융점 940℃)를 이용하고 있다. 또, 미국 특허 제6248447 B1호에는 절단편을 고내열성 소결 다이아몬드로 형성한 굴삭 공구가 기재되어 있다.
근래에는, 굴삭 작업의 노동 절약화(laborsaving), 에너지 절약화, 및 저비용화에 대한 요구가 강해지고 있다. 예를 들면, 석유 등의 채굴을 위한 굴삭 작업에서는 하루의 조업 비용이 매우 고액이기 때문에, 비용 저감을 위해서 굴삭 속도를 빠르게 하여 굴삭 작업을 단기간에 종료시키는 것이 요구된다.
굴삭 속도를 빠르게 하기 위해서는, 공구 본체에 가하는 하중을 크게 하거나 공구 본체의 회전 속도를 빠르게 하면 좋다. 그러나, 어떠한 경우에도, 절단편에는 더 큰 부하가 가해진다. 초경합금제의 초경 포스트와 소결 다이아몬드제의 절단편은 상기와 같이 납땜에 의해서 접합되어 있고, 그 접합 강도는 그다지 높지 않다. 따라서, 절단편에 너무 높은 부하가 가해지면, 절단편이 초경 포스트로부터 박리되어 버릴 가능성이 있다. 또, 너무 굴삭 속도를 빠르게 하면, 굴삭열도 커지기 때문에, 절단편을 납땜하고 있는 땜납재가 녹아 절단편이 초경 포스트로부터 박리되어 버릴 가능성이 있다. 이 때문에, 종래에는 굴삭 속도를 그다지 빠르게 할 수가 없었다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재와의 접합 강도를 더욱 높이는 것을 목적으로 하고 있다.
도 1 은 본 발명의 일실시 형태의 굴삭 공구를 나타낸 사시도.
도 2 는 도 1 에 나타낸 굴삭 공구에 사용 가능한 절단 부재의 측면도.
도 3 은 도 2 에 나타낸 절단 부재에 사용 가능한 절단편의 사시도.
도 4 는 본 발명의 절단편의 접합층을 나타낸 단면 확대도.
도 5a 내지 도 5c 는 절단편의 다른 실시 형태를 나타낸 종단면도.
도 6 은 본 발명의 절단 부재의 다른 실시 형태를 나타낸 측면도.
도 7 및 도 8 은 접합층의 단면에 있어서의 금속 농도의 일례를 나타낸 그래프.
도 9 는 본 발명의 방법에 있어서의 가열 접합 조건을 나타낸 그래프.
도 10 은 본 발명의 굴삭 공구의 형상의 다른 예를 나타낸 사시도.
도 11 은 Ni를 확산시킨 경우에 있어서의 탄소 농도의 변화를 나타낸 그래프.
도 12 는 Ni를 확산시킨 경우에 있어서의 텅스텐 농도의 변화를 나타낸 그래프.
도 13 및 도 14 는 Ni를 확산시킨 경우에 있어서의 Ni농도의 변화를 나타낸 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 굴삭 공구2: 공구 본체
3: 절단 부재6: 초경 포스트
7, 7a: 절단편11: 절단 기부
11a: 부착 시트12: 다이아몬드제 부재
12a: 고내열 다이아몬드부12b: 소결 다이아몬드부
13: 접합층13A: 금속층
14: 지지면S1, S2: 접합층
본 발명의 제 1 형태는, 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 구조이다. 이 접합 구조는, 초경합금제 부재와, 다이아몬드제 부재와, 상기 초경합금제 부재와 상기 다이아몬드제 부재 사이에 형성되어 이들을 접합하는 접합층을 구비한다. 상기 접합층은, Fe, Ni, Co, Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속이, 상기 초경합금 및 상기 다이아몬드 중의 적어도 한쪽으로 확산해서 이루어지는 확산층을 포함하고 있다.
이 접합 구조에 의하면, 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재가 확산층을 포함하는 접합층에 의해 강고하게 접합되기 때문에, 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재와의 접합 강도가 높아져, 박리도 발생하기 어렵다. 또한, 본 발명의 접합 구조를 적용할 수 있는 것은 굴삭 공구에 한정되지 않고, 다이아몬드제 부재와 초경합금제 부재를 접합하는 용도이면 어떤 분야에도 사용 가능하다.
초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재는 열팽창률이 크게 다르지만, 이들 사이에는 상대적으로 연질의 접합층이 형성되어, 이 접합층이 다이아몬드제 부재에 걸리는 응력을 완충시킨다. 따라서, 접합시의 열처리 후에 상온 상압하로 되돌릴 때, 초경합금제 부재 및 다이아몬드제 부재내에 축적된 응력이 접합층에 의해 흡수되어 다이아몬드제 부재에 응력이 집중하기 어려워져, 다이아몬드제 부재에 크랙 등이 발생하기 어렵다.
상기 접합층은, Fe 및 Ni 중의 적어도 한쪽이, 상기 다이아몬드로 확산해서 이루어지는 확산층을 포함하고 있어도 좋다. Fe 및 Ni는 다이아몬드제 부재 및 초경합금제 부재로의 확산성이 양호하므로, 다이아몬드제 부재 및 초경합금제 부재의 깊숙이까지 비교적 두꺼운 확산층이 형성된다. 따라서, 굴삭시에 걸리는 충격에 기인하는 응력이 분산되기 쉬워, 크랙 등이 발생하기 어렵다는 이점이 있다.
상기 접합층은, Co가 상기 다이아몬드로 확산해서 이루어지는 확산층과 Co층을 포함하고 있어도 좋다. Co도 다이아몬드제 부재 및 초경합금제 부재로 확산하기 쉬운 원소이지만, 확산층은 딱딱하다. 그래서, 비교적 Co의 전량을 확산시키지 않고 Co층을 남기는 것에 의해, 크랙 발생 방지 효과 및 충격 완화 효과를 얻을 수 있다.
상기 접합층은, Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속이, 상기 초경합금 및 상기 다이아몬드 중의 적어도 한쪽으로 확산된 확산층을 포함하고 있어도 좋다. 이들 금속은 다이아몬드제 부재 및 초경합금제 부재에 대한 확산성은 그다지 크지 않지만, 그럼에도 불구하고 양호한 접합 강도가 얻어진다. 또, 이들 금속의 경우, 다이아몬드와의 사이에 딱딱한 탄화물을 형성하기 때문에, 이러한 점에서도 접합 강도가 높다.
상기 다이아몬드는, Mg, Ca, Sr 및 Ba의 탄산염, 및 이들 2종 이상의 복합 탄산염 중의 1종 또는 2종 이상으로 구성된 결합 상(相)을 0.1~15 용량% 함유한 고내열성 소결 다이아몬드라도 좋다. 이 경우, 다이아몬드의 내열성을 높일 수가 있다. 고내열성 소결 다이아몬드는, 통상의 땜납재에서는 초경합금제 부재와의 접합이 곤란하지만, 본 발명의 구조라면 높은 접합 강도가 얻어진다. 단, 본 발명에서는 코발트를 함유한 통상의 소결 다이아몬드를 사용하는 것도 가능하다.
상기 접합층의 두께 방향의 단면을 EPMA로 라인 분석한 경우에, 상기 단면에 있어서의 상기 금속의 함유량의 극대값은, 상기 초경합금제 부재 중의 확산의 영향을 받고 있지 않은 영역에 있어서의 상기 금속의 함유량 평균값의 20배 이상이고, 또한 상기 다이아몬드제 부재 중의 확산의 영향을 받고 있지 않은 영역에 있어서의 상기 금속의 함유량 평균값의 100배 이상인 것이 바람직하다. 그 경우에는, 확산층에 의한 접합 강도가 높아지면서, 접합층에 의한 충격 완화 효과가 양호해진다.
본 발명의 다른 형태는, 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 방법이다. 이 접합 방법은, 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재 사이에, Fe, Ni, Co, Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속을 포함한 금속재료를 끼우는 공정과, 상기 초경합금제 부재, 상기 다이아몬드제 부재, 및 상기 금속재료를 가열해서, 상기 금속을 상기 초경합금 및 상기 다이아몬드 중의 적어도 한쪽으로 확산시켜 확산층을 형성하고, 상기 초경합금제 부재 및 상기다이아몬드제 부재를 접합하는 공정을 구비한다.
금속재료는, 금속박이라도 좋고, 금속 분말이라도 좋고, 또는 섬유상태 등이라도 좋고, 금속 화합물이라도 좋다. 요컨데, 금속재료를 얇고 거의 균일한 두께로 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재 사이에 끼울 수 있으면, 어떠한 형태라도 좋다. 이것은 금속의 종류에 의존하지 않는다.
이 접합 방법에 의하면, 본래는 접합하기 어려운 다이아몬드제 부재와 초경합금제 부재를 높은 접합 강도로 접합하는 것이 가능하다.
상기 금속재료는, Fe 및 Ni 중의 적어도 한쪽을 합계 70 질량% 이상 함유하고 있어도 좋다. 이 경우, 상기 초경합금제 부재 및 상기 다이아몬드제 부재를 접합하는 공정에서는, 하기 2개의 식을 동시에 만족시키는 A(K)이고 또한 B(㎬)인 조건에서 상기 가열을 행하고, Fe 및 Ni중의 적어도 한쪽을 상기 다이아몬드로 확산시켜 확산층을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, B에 관한 식은 바르만-시몬식(Barman-Simon Equation)을 간략화한 식이다.
A ＞ 1175
B ＞ 0.0027 ×A ＋ 0.81
상기 금속재료는 Co를 70 질량% 이상 함유하고 있어도 좋다. 이 경우, 상기 초경합금제 부재 및 상기 다이아몬드제 부재를 접합하는 공정에서는, 하기 2개의 식을 동시에 만족시키는 A(K)이고 또한 B(㎬)인 조건에서 상기 가열을 행하고, Co를 상기 초경합금으로 확산시켜 확산층을 형성하고 또한 Co층을 형성하는 것이 바람직하다.
A ＞ 1175
B ＞ 0.0027 ×A ＋ 0.81
상기 금속재료는 Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속을 70 질량% 이상 함유하고 있어도 좋다. 이 경우는, 상기 초경합금제 부재 및 상기 다이아몬드제 부재를 접합하는 공정에서는, 하기 2개의 식을 동시에 만족시키는 A(K)이고 또한 B(㎬)인 조건에서 상기 가열을 행하고, 상기 금속을 상기 초경합금 및 상기 다이아몬드 중의 적어도 한쪽으로 확산시켜 확산층을 형성하는 것이 바람직하다.
A ＞ 1175
B ＞ 0.0027 ×A ＋ 0.81
상기 다이아몬드는, Mg, Ca, Sr 및 Ba의 탄산염, 및 이들 2종 이상의 복합 탄산염 중의 1종 또는 2종 이상으로 구성된 결합상을 0.1~15 용량% 함유한 고내열성 소결 다이아몬드라도 좋다. 고내열성 소결 다이아몬드는, 통상의 땜납재로는 초경합금제 부재와의 접합이 곤란하지만, 본 발명의 방법이라면, 높은 접합 강도가 얻어진다. 단, 본 발명에서는 코발트를 함유한 통상의 소결 다이아몬드를 사용하는 것도 가능하다.
상기 금속재료는, Ni를 70 질량% 이상 함유한 제 1 층 및 제 3 층과, 상기 제 1 층 및 상기 제 3 층 사이에 끼워진 제 2 층을 갖고 있어도 좋다. 제 2 층은 그래파이트(graphite) 및/또는 다이아몬드를 70 질량% 이상 함유한다. 초경합금제 부재 및 다이아몬드제 부재를 접합하는 공정에서는, 하기 2개의 식을 동시에 만족시키는 A(K)이고 또한 B(㎬)인 조건에서 상기 가열을 행하고, Ni를 상기 다이아몬드제 부재의 다이아몬드 중으로 확산시켜 확산층을 형성한다.
A ＞ 1175
B ＞ 0.0027 ×A ＋ 0.81
이 경우, 상기 금속재료는 전체로서 Ni를 55~80 질량% 함유하고, 그래파이트 및 다이아몬드를 합계로 20~45 질량% 함유하고 있어도 좋다.
본 발명의 다른 형태는 굴삭 공구의 절단편이다. 이 절단편은, 굴삭 공구의 공구 본체의 포스트에 장착되는 초경합금제의 절단 기부와, 상기 절단 기부에 지지되는 다이아몬드제 부재와, 상기 절단 기부와 상기 다이아몬드제 부재 사이에 형성되어 이들을 접합하는 접합층을 구비한다. 상기 접합층은, Fe, Ni, Co, Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속이, 상기 초경합금 및 상기 다이아몬드 중의 적어도 한쪽으로 확산된 확산층을 포함하고 있다. 다른 구성은 상술한 형태와 동일하다.
본 발명의 다른 형태는 굴삭 공구의 절단 부재이다. 이 절단 부재는, 굴삭 공구의 공구 본체에 장착되는 초경합금제의 포스트와, 상기 포스트에 지지되는 다이아몬드제 부재와, 상기 포스트와 상기 다이아몬드제 부재 사이에 형성되어 이들을 접합하는 접합층을 구비한다. 상기 접합층은, Fe, Ni, Co, Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속이, 상기 초경합금 및 상기 다이아몬드 중의 적어도 한쪽으로 확산된 확산층을 포함하고 있다.
본 발명의 다른 굴삭 공구의 절단 부재는, 굴삭 공구의 공구 본체에 장착되는 초경합금제의 포스트와 상술한 어느 하나의 절단편을 구비하고, 상기 절단편의 상기 절단 기부는 상기 포스트에 장착되어 있다.
본 발명의 다른 굴삭 공구의 절단편은, 굴삭 공구의 공구 본체의 포스트에 장착되는 절단 기부와, 상기 절단 기부에 지지되는 다이아몬드제 부재와, 상기 절단 기부와 상기 다이아몬드제 부재 사이에 형성되어 이들을 접합하는 접합층을 구비한다. 상기 다이아몬드제 부재는, Mg, Ca, Sr 및 Ba의 탄산염, 및 이들 2종 이상의 복합 탄산염 중의 1종 또는 2종 이상으로 구성된 결합상을 0.1~15 용량% 함유한 고내열성 소결 다이아몬드이다. 상기 절단 기부는 결합재로서 Co를 함유한 탄화 텅스텐기 초경합금으로 형성되고, 상기 확산층은 Ni 및 Fe 중의 적어도 1종을 함유한 확산층이다.
상기 절단 기부에는, 절삭 방향 전방을 향해서 서로의 간격이 넓어지는 한 쌍의 지지면을 갖는 부착 시트가 형성되고, 상기 다이아몬드제 부재는 상기 부착 시트와 상보 형상을 이루고, 상기 부착 시트내에 고정되어 있어도 좋다. 이 경우, 한 쌍의 지지면에 의해 다이아몬드제 부재를 지지할 수 있고, 다이아몬드제 부재에 걸리는 충격을 완화하여, 굴삭력을 높이는 것이 가능해진다.
본 발명의 다른 형태는 굴삭 공구이다. 이 굴삭 공구는, 공구 본체와, 이 공구 본체의 선단면에 복수개 설치된 포스트와, 각 포스트에 고정되어 있는 절단편을 구비하고, 절단편은 상술한 어느 하나의 절단편이다. 또, 굴삭 공구는, 공구 본체와 이 공구 본체의 선단면에 복수개 설치된 절단 부재를 구비하고, 절단 부재는 상술한 어느 하나의 절단 부재라도 좋다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 이들 실시 형태의 구성 요소끼리를 적절히 조합해도 좋다.
도 1 은 본 발명의 굴삭 공구의 일례를 나타내고 있다. 이 굴삭 공구(1)는, 대략 원반형상을 이루는 공구 본체(2)와, 이 공구 본체(2)의 선단면에 고정된 복수의 절단 부재(3)를 갖고 있다. 절단 부재(3)는 각각 공구 본체(2)에 대해서, 예를 들면 납땜이나 수축 끼워맞춤 등의 수단으로 고정되고, 공구 본체(2)의 중심에 대해서 회전 대칭으로 되는 소정 배열을 이루도록 배치되어 있다. 이 예의 절단 부재(3)는 교차하는 한 쌍의 직경선을 따라 간격을 두고 배치되어 있다. 공구 본체(2)는 예를 들면 JIS·SCM415에 규정되는 합금강 등으로 형성되어 있다.
도 2 에 나타낸 바와 같이, 절단 부재(3)는 예를 들면 원주형상을 이루는 초경합금제의 초경 포스트(6)와, 이 초경 포스트(6)의 굴삭 방향을 향하는 면에 납땜 등에 의해 고정된 절단편(7)을 갖는다. 초경 포스트(6)의 재질은 한정되지 않지만, 예를 들면 일반적인 탄화 텅스텐기 초경합금에 의해 구성되어 있어도 좋다. 초경 포스트(6) 및 절단편(7)의 형상은 상기한 것에 한정되지 않고, 필요에 따라서 변경해도 좋다.
도 3 에 나타낸 바와 같이, 절단편(7)은 초경 포스트(6)에 접합되는 초경합금제의 절단 기부(초경합금제 부재)(11)와, 이 절단 기부(11)에 고정된 다이아몬드제 부재(12)를 갖고, 이들 사이에는 접합층(13)이 형성되어 있다. 접합층(13)에 의해 절단 기부(11)와 다이아몬드제 부재(12)가 강고하게 접합되어 있다.
이 실시 형태의 절단편(7)은, 전체적으로 일정 두께의 원판형상을 이루고 있다. 절단 기부(11)는 대략 원판 형상으로 형성되고, 그 한쪽면(도 3 에서의 하면)은 초경 포스트(6)에 납땜되는 납땜면이다. 절단편(7)의 도 3 중의 상면에는 굴삭 방향의 전방측에 부착 시트(11a)가 형성되어 있다.
이 부착 시트(11a)는 절단 기부(11)의 중심을 중심으로 하는 부채형상(扇狀)의 노치부로서, 그 깊이는 일정하다. 그 깊이, 즉 다이아몬드제 부재(12)의 두께는 한정되지 않지만, 절단 기부(11)의 두께의 10~60%정도인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 20~40%이다.
부착 시트(11a)는 한쌍의 전방을 향해서 간격이 넓어지는 V자 형상을 이루는 지지면(14)을 갖고, 이들 지지면(14)이 다이아몬드제 부재(12)에 걸리는 굴삭시의 충격을 받아낸다. 부착 시트(11a)가 이러한 쐐기 형상의 지지면(14)을 가지면, 다이아몬드제 부재(12)에 걸리는 충격이 절단 기부(11)에 있어서 넓게 분산되어, 충격에 대한 강도가 증가한다. 이 실시 형태에 있어서, 지지면(14)끼리가 이루는 각도는 한정되지 않지만, 45~108°인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 80~100°이다. 부착 시트(11a)의 형상은 부채꼴(扇形)로 한정되지 않으며, 단순한 반원형상 등이라도 좋다.
다이아몬드제 부재(12)는, 부착 시트(11a)와 상보적인 형상으로 되고, 부착 시트(11a)내에 고정되어 있다. 이것에 의해, 굴삭 공구(1)를 축선 주위로 회전시키면서 축선 방향으로 진행시키면, 다이아몬드제 부재(12)만이 피삭재와 접촉해서 피삭재를 깎는다. 따라서, 절단 기부(11)가 마모되는 일은 적다.
절단 기부(11)는 일반적인 초경합금, 예를 들면 Co를 결합재로서 이용한 탄화 텅스텐기 초경합금에 의해 형성되어 있다. 예를 들면, 절단 기부(11)는 결합재인 Co를 10 질량% 함유하고, 나머지가 WC와 불가피 불순물인 초경합금으로 형성되어 있어도 좋다. 초경합금은 고강도이고 또한 고인성(高靭性)을 가지고 있으므로, 절단 기부(11)는 굴삭 작업시에 절단편(7)에 가해지는 열적 충격 및 기계적 충격을 흡수하는 충격 흡수체이다.
다이아몬드제 부재(12)는, 절단편(7)에 있어서 굴삭 작업시에 마모가 생기기 쉬운 영역에 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 절단편(7)의 굴삭 방향 전방측의 반원호의 길이에 차지하는 다이아몬드제 부재(12)의 원호의 길이의 비율은 25~70%인 것이 바람직하다. 25%미만으로 되면, 초경합금이 직접 굴삭에 관여하게 되고, 한편 그 비율이 70%를 초과하면, 상대적으로 충격 흡수 부분의 비율이 너무 적어져, 고속 회전 조업에서 발생하는 극히 높은 열적 기계적 충격을 충분히 흡수할 수 없다. 그 때문에, 특히 마모 부분에 있어서의 미소 크랙의 발생이 급격하게 증가한다. 상기 비율은 바람직하게는 35~55%로 하는 것이 좋다. 단, 이 범위로 한정되는 것은 아니다.
본 실시 형태에서는, 다이아몬드제 부재(12)는 Mg, Ca, Sr 및 Ba의 탄산염, 및 이들 2종 이상의 복합 탄산염 중의 1종 또는 2종 이상으로 구성된 결합상을 0.1~15 용량% 함유한 고내열성 소결 다이아몬드인 것이 바람직하다. 그 중에서도 특히, 결합재로서 탄산 마그네슘을 이용한 내열성 소결 다이아몬드는 특히 소결 경도가 높고, 내마모성이 양호하기 때문에 바람직하다. 또, 결합재로서 탄산 마그네슘을 이용한 경우, 내열성 소결 다이아몬드에 대한 금속 원소의 확산성이 좋기 때문에, 절단 기부(11)와의 접합 처리에 필요한 시간이 짧아진다고 하는 이점을 갖는다.
다이아몬드제 부재(12)는, Co를 결합재로서 이용한 통상의 소결 다이아몬드, 또는 통상의 소결 다이아몬드와 고내열성 소결 다이아몬드의 복합체에 의해서 구성해도 좋다.
본 실시 형태의 접합층(13)은, Fe, Ni, Co, Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속이, 절단 기부(11)의 초경합금으로 확산해서 이루어지는 제 1 확산층(S1), 상기 금속이 다이아몬드제 부재(12)의 다이아몬드로 확산해서 이루어지는 제 2 확산층(S2), 및 상기 금속이 확산하지 않고 잔존한 금속층(13A)를 갖고 있다.
특히, 확산성이 좋은 금속(Fe, Ni, Co)의 경우, 금속의 전량이 절단 기부(11) 및/또는 다이아몬드제 부재(12) 중으로 확산되어 버려, 금속층(13A)이 잔존하지 않는 경우가 생길 수 있다. 초경합금 및 다이아몬드의 한쪽에 대해서만 확산성이 좋은 경우에는, 실질적으로 제 1 확산층(S1) 또는 제 2 확산층(S2)의 한쪽만이 형성되는 경우도 있다(금속층(13A)는 형성되어 있어도 좋고 형성되어 있지 않아도 좋다). 또한, 절단 기부(11)와 제 1 확산층(S1)의 경계, 제 1 확산층(S1)과 금속층(13A)의 경계, 금속층(13A)과 제 2 확산층(S2)의 경계, 제 2 확산층(S2)과 다이아몬드제 부재(12)의 경계는, 그 모두 또는 어느 하나가 불명료해도 좋다. 본 발명은 이들과 같은 경우도 포함한다. 제 1 확산층(S1) 및 제 2 확산층(S2)의 형성 범위는, 후술하는 EPMA를 이용한 라인 분석이나, 현미경을 이용하여 조직 관찰을 행함으로써, 조사할 수가 있다.
도 7 및 도 8 은, 접합층(13) 및 그 근방에 있어서의 확산 금속 농도를 나타낸 그래프이다. 이러한 그래프는, 접합층(13) 및 그 근방 영역에 대해서, 접합층의 두께 방향의 단면을 EPMA(Electron Probe Microanalyser)로 라인 분석하는 것에 의해서 얻어진다. 도 7 은, 금속층(13A)이 잔존한 경우의 그래프이고, 도 8 은 금속층(13A)이 잔존하지 않는 경우의 그래프이다.
어떠한 경우도, 접합층(13)의 단면에 있어서의 확산 금속 함유량의 극대값(Nmax)은 절단 기부(11) 중의 확산의 영향을 받고 있지 않은 영역에 있어서의 확산 금속 함유량 평균값(N2)의 20배 이상이고 또한 다이아몬드제 부재(12) 중의 확산의 영향을 받고 있지 않은 영역에 있어서의 확산 금속 함유량 평균값(N1)의 100배 이상인 것이 바람직하다. 그 경우에는, 제 1 확산층(S1) 및 제 2 확산층(S2)에 의한 접합 강도가 높아지면서, 접합층(13)에 의한 충격 완화 효과가 양호해진다.
다음에, 절단편(7)의 제조 방법에 대해서 설명한다.
우선, 절단 기부(11) 및 다이아몬드제 부재(12)를 소정의 형상으로 제조한다. 절단 기부(11)는 통상의 초경합금 제품과 마찬가지로 해서 제조된다. 예를 들면, 초경합금의 원료 분말을 성형, 소결함으로써 원판형의 초경합금 팁을 형성하고, 이 초경합금 팁에 절삭 가공 등을 실시하여 부착 시트(11a)를 형성하거나, 또는 초경합금의 원료 분말을 부착 시트(11a)를 갖는 원판 형상으로 직접 성형해서소결한다.
다이아몬드제 부재(12)를 작성하는 방법의 일례를 설명한다. 예를 들면, 원료 분말로서 평균 입경 10㎛, 순도 99.9% 이상의 다이아몬드 분말과, 평균 입경 10 ㎛, 순도 95% 이상의 MgCO3분말을 이용하는 경우, MgCO3분말을 100㎫의 압력에서 프레스 성형해서 원하는 형상의 압분체로 한다. 계속해서, 이 압분체를 Ta제의 캡슐내에 장입(裝入)하고, 이 캡슐내의 압분체 상에 다이아몬드 분말을 충전한다. 이 상태에서, 캡슐을 벨트형 초고압 소결 장치(통상의 소결 다이아몬드 제조에 이용되는 초고압 소결 장치)에 장전해서 초고압 소결을 행하고, 5.0 용량%의 MgCO3를 함유한 소결 다이아몬드의 블록을 얻는다. 상기한 초고압 소결은, 예를 들면, 7. 7㎬의 압력을 가한 상태에서 2250℃까지 가열해서 30분간 유지함으로써 행할 수 있다. 단, 본 발명은 이 조건으로 한정되는 것은 아니다.
이 소결 다이아몬드의 블록에, 다이아몬드 숫돌에 의한 연마를 실시하여 러프(rough) 가공한 후에, 또 레이저 가공에 의해 원하는 형상의 다이아몬드편을 잘라냄으로써, 다이아몬드제 부재(12)를 얻는다.
계속해서, 상기와 같이 해서 얻은 절단 기부(11)와 다이아몬드제 부재(12) 사이에, Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속을 70 질량% 이상 함유하고 있는 금속재료를 끼우고, 절단 기부(11)의 부착 시트(11a)에 다이아몬드제 부재(12)를 삽입한다. 금속재료로서는, 금속박(예를 들면, 두께 0.02~0.1mm)이 바람직하지만, 그것으로 한정되지 않고, 금속분말, 섬유상태의 금속, 금속 화합물 등이라도 좋다.
이와 같이 가장착한 절단 기부(11), 금속박, 및 다이아몬드제 부재(12)를 벨트형 초고압 소결 장치 등의 초고압 소결 장치에 장전하여, 초고온 고압의 열처리를 행하고, 이들 부재를 접합해서 일체화시켜, 절단편(7)을 얻는다. 본 실시 형태에서는, 예를 들면, 5.5㎬의 압력을 가한 상태에서 1500℃까지 가열해서 30분간 유지해도 좋다. 단, 이 범위로 한정되는 것은 아니다.
이 열처리에 의해, 금속박의 성분이 절단 기부(11) 및 다이아몬드제 부재(12)로 각각 확산하고, 절단 기부(11)와 금속박의 계면 근방에는 초경합금 중에 금속박을 구성하는 성분이 확산해서 이루어지는 제 1 확산층(S1)이 형성되고, 다이아몬드제 부재(12)에 있어서 금속박과의 계면 근방에는 다이아몬드 중에 금속박을 구성하는 성분이 확산해서 이루어지는 제 2 확산층(S2)이 형성된다.
절단 기부(11)와 다이아몬드제 부재(12)는 열수축률이 다르지만, 이들 사이에는 금속층(13A)이 형성되어 있어, 이 금속층(13A)이 응력 완충재로서 작용하므로, 상기 열처리 후에 상온 상압하로 되돌려질 때, 절단 기부(11) 및 다이아몬드제 부재(12)내에 축적된 응력이 금속층(13A)에 의해 흡수된다. 이것에 의해, 다이아몬드제 부재(12)에 응력이 집중하기 어려워, 다이아몬드제 부재(12)에 크랙 등이 발생하기 어렵고, 절단 기부(11)와 다이아몬드제 부재(12) 사이에 박리가 발생하기 어렵다. 다음에, 각 금속마다의 특징을 개별적으로 설명한다.
[Fe 및 Ni］
Fe 및 Ni는, 다이아몬드제 부재(12) 및 절단 기부(11)로의 확산성이 좋다.이 때문에, Fe 및/또는 Ni를 확산 금속으로서 이용한 경우에는, 다이아몬드제 부재(12) 및 절단 기부(11)의 내측에 비교적 두꺼운 제 1 확산층(S1) 및 제 2 확산층(S2)이 형성된다. 두꺼운 확산층(S1, S2)의 존재에 의해, 굴삭시에 다이아몬드제 부재(12)에 걸리는 응력이 분산되기 쉬워, 다이아몬드제 부재(12)와 절단 기부(11) 사이에 크랙 등이 발생하기 어렵다. Fe 및/또는 Ni를 확산 금속으로서 이용한 경우, 금속층(13A)에 대해서는 얇아지거나, 또는 소실하기 때문에, 접합층(13) 근방에 있어서의 Fe 및/또는 Ni의 농도 분포는 도 8 에 나타낸 바와 같은 분포로 되는 경향이 있다. 특히, Ni의 경우에는 절단 기부(11)로의 확산이 현저하다. 절단 기부(11)의 전역에 걸쳐서 Ni가 확산해도 좋고, 그 경우에는 굴삭시에 다이아몬드제 부재(12)에 걸리는 응력을 분산시키는 효과가 더욱 향상된다.
Fe 및/또는 Ni를 금속재료로서 이용하여 다이아몬드제 부재(12)와 절단 기부(11)를 접합할 때에는, 상술한 바와 같이 다이아몬드제 부재(12) 및 절단 기부(11) 사이에 금속재료를 끼우고 가고정한다. 금속재료로서는, 0.02~0.3mm의 Ni박, Fe박, 및 Ni－Fe합금박 중의 어느 하나가 바람직하다. Ni－Fe합금박을 이용하면 순금속보다도 융점이 낮기 때문에, 확산이 양호하게 된다.
접합시에는, 하기 2개의 식을 동시에 만족시키는 A(K)이고 또한 B(㎬)인 조건에서 가열을 행하고, Fe 및/또는 Ni를 다이아몬드제 부재(12) 및 절단 기부(11)내로 확산시켜 확산층(S1, S2)을 형성한다.
A ＞ 1175
B ＞ 0.0027 ×A ＋ 0.81
상기 범위는, 바르만-시몬식으로 규정되는 다이아몬드가 열역학적으로 안정된 영역이고, 또한 금속 원소의 확산이 발생할 수 있는 온도이다. 후술하는 다른 금속 원소에 대해서도 마찬가지이다.
도 9 중의 사선으로 나타낸 범위는 상기 A, B의 범위를 나타내고 있다. 도 9 중의 교차선으로 나타낸 범위는 더 바람직한 범위이며, 이하의 좌표로 둘러싸이는 범위이다.
(1550 K, 5.0㎬)
(1550K, 8.0㎬)
(2000K, 8.0㎬)
(2000K, 6.2㎬)
제 1 확산층(S1)의 두께는 0~0.2mm가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01~0.05mm이다. 제 2 확산층(S2)의 두께는 0~5mm가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1~3mm이다. 이 범위이면, 다이아몬드제 부재(12)와 절단 기부(11)의 접합 강도가 높고, 또한 내충격성이 높아진다.
또한, 본 명세서에 있어서 확산층(S1, S2)의 두께는 다음과 같이 정의한다. 접합층(13)의 단면을 따라, EPMA 또는 오제(Auger) 전자 분광법에 의해 금속 농도를 측정한다. 확산층이 얇은 경우에는, 오제 전자 분광법이 적합하다. 도 7 및 도 8은 다이아몬드제 부재(12) →접합층(13) →절단 기부(11)에 걸친 금속 농도를 나타낸 그래프이다.
도 7 에 나타낸 바와 같이, 접합층(13) 내에 금속층(13A)이 잔존하는 경우에는, 금속층(13A)과 다이아몬드제 부재(12) 및 절단 기부(11)의 각각과의 경계(L1, L2)의 외측의 영역에 있어서, 확산의 영향을 받고 있지 않은 다이아몬드제 부재(12) 중의 금속 농도(N1), 및 확산의 영향을 받고 있지 않은 절단 기부(11) 중의 금속 농도(N2)를 각각 뺀 부분(사선 부분)의 면적을 구하고, 경계(L1, L2)에서 상기 면적의 80%가 되는 점까지를 확산층(S1, S2)의 두께(T1, T2)로 정의하였다.
한편, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 접합층(13)내에 금속층(13A)이 잔존하지 않는 경우에는, 금속 농도의 최대값(Nmax)의 점에서 양측에 있어서, 확산의 영향을 받고 있지 않은 다이아몬드제 부재(12) 중의 금속 농도(N1), 및 확산의 영향을 받고 있지 않은 절단 기부(11) 중의 금속 농도(N2)를 각각 뺀 부분(사선 부분)의 면적을 구하고, 최대값(Nmax)의 점에서 상기 면적의 80%에 도달하는 점까지를 확산층(S1, S2)의 두께(T1, T2)로 하였다.
다이아몬드제 부재(12) 및 절단 기부(11) 사이에 금속재료를 끼워 가고정하고, 이들을 초고압 가열 장치에 의해 5~6㎬의 초고압으로 1400~1550℃로 가열한 경우, Ni 및/또는 Fe의 확산층이 각각, 다이아몬드제 부재(12)측에서는 0.01~0.05mm의 두께로, 절단 기부(11)측에서는 0.1~3mm의 깊이로 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
[Ni와 그래파이트 및/또는 다이아몬드]
Ni를 확산 원소로서 사용하는 경우, 다이아몬드제 부재로의 확산성이 양호하기 때문에, 경우에 따라서는 다이아몬드제 부재 중에 Ni가 확산해서 다이아몬드제 부재의 체적이 감소하는 경우가 있다. 그 경우에는, Ni 주체층 속에 탄소을 개재시킴으로써, 다이아몬드제 부재로의 Ni의 확산성을 억제할 수 있다.
이 경우, 금속재료로서 Ni를 70 질량% 이상 함유한 제 1 층 및 제 3 층과, 상기 제 1 층 및 상기 제 3 층 사이에 끼워진 제 2 층을 갖는 것을 사용한다. 제 2 층은 탄소을 70 질량% 이상 함유하는 층으로 하고, 구체적으로는, 탄소의 판재, 또는 분말을 사용한다.
제 2 층은, 금속재료가 전체로서 Ni를 55~80 질량% 함유하고, 탄소를 합계20~45 질량% 함유하도록 설정되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 금속재료가 전체로서 Ni를 60~70 질량% 함유하고, 그래파이트 및 다이아몬드를 합계 30~40 질량% 함유한다.
초경합금제 부재 및 상기 다이아몬드제 부재를 접합하는 공정에서는, 하기 2개의 식을 동시에 만족시키는 A(K)이고 또한 B(㎬)인 조건에서 상기 가열을 행하고, Ni를 상기 다이아몬드제 부재의 다이아몬드 중으로 확산시켜 확산층을 형성한다.
A ＞ 1175
B ＞ 0.0027 ×A ＋ 0.81
보다 바람직한 범위는, 이하의 좌표로 둘러싸이는 범위이다.
(1550K, 5.0㎬)
(1550K, 8.0㎬)
(2000K, 8.0㎬)
(2000K, 6.2㎬)
제 1 확산층(S1)의 두께, 제 2 확산층(S2)의 두께, 금속층(13A)의 두께는 상술한 Ni확산의 경우와 마찬가지로 좋다.
이와 같이, Ni주성분인 제 1 층 및 제 3 층 사이에, 그래파이트 및/또는 다이아몬드를 주성분으로 하는 제 2 층을 끼운 금속재료를 이용한 경우, 확산 접합시에 Ni중에 탄소가 고용(固溶)되기 때문에, 이 고용체가 다이아몬드제 부재 중으로 확산되어 가는 것이 억제된다. 이것에 의해, 다이아몬드제 부재 중으로의 Ni확산이 적절히 억제되므로, 높은 확산 접합 강도를 얻으면서, Ni의 과잉 확산에 의한 다이아몬드제 부재의 체적 감소를 억제할 수 있다.
[Co]
Co도, Fe 및 Ni와 마찬가지로, 다이아몬드제 부재(12) 및 절단 기부(11)로의 확산성이 좋다. 이 때문에, Co를 확산 금속으로서 이용한 경우에는, 다이아몬드제 부재(12) 및 절단 기부(11)의 내측에 비교적 두꺼운 제 1 확산층(S1) 및 제 2 확산층(S2)이 형성된다. 두꺼운 확산층(S1, S2)의 존재에 의해, 굴삭시에 다이아몬드제 부재(12)에 걸리는 응력이 분산되기 쉬워, 다이아몬드제 부재(12)와 절단 기부(11) 사이에 크랙 등이 발생하기 어렵다. 또, Co는 Fe, Ni보다 다이아몬드에 대한 습윤성이 좋다는 이점을 갖는다.
단, Co를 사용한 경우에는, 제 1 확산층(S1) 및 제 2 확산층(S2)이 약간 딱딱하기 때문에, 접합 조건을 조정해서 Co의 전량이 확산되지 않도록 조정하여, 실질적으로 Co로 이루어지는 금속층(13A)을 남기는 것이 바람직하다.
Co를 금속재료로서 이용하여 다이아몬드제 부재(12)와 절단 기부(11)를 접합할 때에는, 상술한 바와 같이 다이아몬드제 부재(12)와 절단 기부(11)를 금속재료를 사이에 끼워 가고정한다. 금속재료로서는, 0.02~0.3mm의 Co박이 바람직하다.
접합시에는, 하기 2개의 식을 동시에 만족시키는 A(K)이고 또한 B(㎬)인 조건에서 가열을 행하고, Co를 다이아몬드제 부재(12) 및 절단 기부(11)내로 확산시켜 확산층(S1, S2)을 형성한다.
A ＞ 1175
B ＞ 0.0027 ×A ＋ 0.81
보다 바람직한 범위는, 이하의 좌표로 둘러싸이는 범위이다.
(1550K, 5.0㎬)
(1550K, 8.0㎬)
(2000K, 8.0㎬)
(2000K, 6.2㎬)
제 1 확산층(S1)의 두께는 0.005~0.2mm가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01~0.05mm이다. 제 2 확산층(S2)의 두께는 0.01~5mm가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.02~3mm이다. 금속층(13A)의 두께는 0.01~0.2mm가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05~0.1mm이다. 상기 범위이면 다이아몬드제 부재(12)와 절단 기부(11)의 접합 강도가 높고, 또한 내충격성이 높아진다.
[Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf의 경우]
Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf는, 다이아몬드제 부재(12) 및 절단 기부(11)로의 확산성이 Fe, Ni, Co와 비교해서 낮다. 이 때문에, Ti, Zr, W, V, Nb,Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속을 확산 금속으로서 이용한 경우에는, 비교적 얇은 확산층이 형성되는데 그친다. 그럼에도 불구하고, 접합 강도를 높게 확보할 수 있다는 특징을 갖는다. 또, 금속층(13A)이 비교적 두꺼운 상태로 잔존하기 때문에, 도 7 에 나타낸 바와 같은 농도 분포로 된다. 따라서, 금속층(13A)에 의한 충격 완화 작용이 높다. 또, 이들 금속의 경우, 다이아몬드와의 사이에 딱딱한 탄화물을 형성하기 때문에, 이 점에서도 접합 강도가 높다.
Ti, Zr, W는 모두 고융점 금속으로서(Ti의 융점은 1725℃, Zr의 융점은 1857℃, W의 융점은 3382℃), 이들 합금의 융점도 마찬가지로 높다. 이들을 사용한 경우, 특히 제 1 확산층(S1) 중에는 금속박 성분과 다이아몬드제 부재(12) 성분의 화합에 의해 강고한 탄화물(TiC, ZrC, WC)이 형성되므로, 다이아몬드제 부재(12)와 금속층(13A)의 접합 강도가 현저하게 높아진다.
V, Nb, Ta도 고융점 금속으로서(V의 융점은 1700℃, Nb의 융점은 2467℃, Ta의 융점은 2850℃), 이들 합금의 융점도 마찬가지로 높다. V, Nb, Ta는 고융점 금속 중에서는 연성(延性)이 풍부한 금속으로서, 이들 합금도 마찬가지로 연성이 풍부하다. 따라서, 금속층(13A)에 의해 접합부에 가해지는 충격이 흡수되므로, 접합부에 피로 파괴가 발생하기 어렵다.
Mo, Cr, Hf는 모두 극히 융점이 높은 금속으로서(Mo의 융점은 2622℃, Cr의 융점은 1905℃, Hf의 융점은 2207℃), 내열 강도도 우수하다. 이들 합금도 융점이 매우 높고, 내열 강도도 우수하다. 따라서, Mo, Cr, Hf를 이용한 경우에는 높은 내열성이 얻어진다.
Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속을 금속재료로서 이용하여 다이아몬드제 부재(12)와 절단 기부(11)를 접합할 때에는, 상술한 바와 같이 다이아몬드제 부재(12) 및 절단 기부(11) 사이에 금속재료를 끼워 가고정한다. 금속재료로서는, 0.02~0.3mm의 순금속박 또는 합금박 중의 어느 하나가 바람직하다. 합금박을 이용하면 순금속보다 융점이 낮기 때문에, 확산이 양호하게 된다. 이종(異種)의 금속박을 중첩시키거나, 이종의 금속분말을 혼합해도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 이 방법은 어떠한 금속에 대해서도 적용 가능하다.
접합시에는, 하기 2개의 식을 동시에 만족시키는 A(K)이고 또한 B(㎬)인 조건에서 가열을 행하고, Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 또는 Hf를 다이아몬드제 부재(12) 및 절단 기부(11)내로 확산시켜 확산층(S1, S2)을 형성한다.
A ＞ 1175
B ＞ 0.0027 ×A ＋ 0.81
보다 바람직한 범위는, 이하의 좌표로 둘러싸이는 범위이다.
(1550K, 5.0㎬)
(1550K, 8.0㎬)
(2000K, 8.0㎬)
(2000K, 6.2㎬)
제 1 확산층(S1)의 두께는 0.002~0.05mm가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.005~0.01㎜이다. 제 2 확산층(S2)의 두께는 0.005~0.5㎜가 바람직하고, 보다바람직하게는 0.01~0.05㎜이다. 금속층(13A)의 두께는 0.01~0.2㎜가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.02~0.08㎜이다. 상기 범위이면 다이아몬드제 부재(12)와 절단 기부(11)의 접합 강도가 높고, 또한 내충격성이 높아진다.
[굴삭 공구 등의 설명]
이상과 같이 해서 얻어진 절단편(7)은, 초경 포스트(6)에 납땜되어 절단 부재(3)로 된다. 그리고, 이 절단 부재(3)를 공구 본체(2)에 장착함으로써, 굴삭 공구(1)가 얻어진다.
이 굴삭 공구(1)에서는, 절단편(7)에 있어서 절단 기부(11)와 다이아몬드제 부재(12)가 강고하게 접합되어 있으므로, 고속 굴삭 등의 고부하 조건하에서의 굴삭을 행하는 것이 가능해진다. 금속층(13A)을 구성하는 금속 또는 합금의 융점은, 종래의 땜납재의 융점에 비해 충분히 높고, 절단 기부(11)와 다이아몬드제 부재(12)의 접합부의 내열성이 종래에 비해 향상되어 있으므로, 종래의 굴삭 공구에서는 땜납재의 내열성의 문제 때문에 불가능하였던 고(高)속도로 굴삭을 행할 수 있다.
고속 굴삭을 행하면, 절단편(7)에 극히 높은 열적 및 기계적 충격이 가해진다. 절단편(7)으로서 이용되는 다이아몬드제 부재(12) 자체는 현저하게 경질이지만, 그 반면, 취약한 것이기 때문에, 강한 충격을 받으면 치핑(chipping)이 발생하기 쉽다. 다이아몬드 부재(12)에서는, 치핑이 발생함으로써 마모의 진행이 현저하게 촉진되게 되고, 이 결과 비교적 단시간에 사용 수명에 이른다.
본 발명자들의 연구에 의해, 굴삭 공구(1)에 있어서의 절단 부재(3)의 장착위치의 관계로부터, 절단 부재(3)를 구성하는 절단편(7)에는 굴삭에 의한 마모가 절단편 앞면 전체에 걸쳐서 진행하는 것이 아니고, 절단편 앞면의 특정 부분이 국부적으로 마모되고, 나머지 부분의 마모는 이 국부적인 마모에 추종하는 소량에 지나지 않는다는 것이 판명되었다. 또, 이 국소적인 마모가 발생하는 영역의 크기가 절단편 앞면의 25 면적% 이하인 것이 판명되었다.
본 실시 형태에서는, 내마모성이 우수한 다이아몬드제 부재(12)를, 절단편(7)에 있어서 국소적인 마모가 발생하는 영역에 위치시켜 설치하고, 다른 부분은 충격 흡수 성능을 갖는 초고합금제의 절단 기부(11)에 의해 구성하였다. 이것에 의해, 절단편(7)의 국소적인 마모를 발생하기 어렵게 하면서, 굴삭시에 절단편(7)에 가해지는 열적 기계적 충격을 절단 기부(11)에 의해 흡수시켜 충격에 의한 다이아몬드제 부재(12)의 치핑을 발생하기 어렵게 할 수 있어, 절단편(7)의 수명이 향상되었다.
절단편의 원호 길이에 차지하는 다이아몬드제 부재(12)의 길이의 비율이 25%미만으로 되면, 초경합금제의 절단 기부(11)가 직접 굴삭에 관여하게 되어, 절단 기부(11)의 마모가 진행되어 버린다. 한편, 상기 비율이 70%를 초과하면, 상대적으로 충격 흡수부로서 작용하는 절단 기부(11)가 차지하는 비율이 너무 적어져, 고속 회전 조업에 의해 발생하는 극히 높은 열적 기계적 충격을 충분히 흡수할 수 없고, 이 결과 특히 다이아몬드제 부재(12)에 있어서의 치핑의 발생이 급격하게 증가하게 된다. 이 때문에, 절단편(7)의 앞쪽 원호 길이에 차지하는 다이아몬드제 부재(12)의 비율은 25~70%로 하는 것이 바람직하고, 35~55%로 하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 실시 형태에서는, 절단편(7)을, 부채꼴의 부착 시트(11a)를 갖는 절단 기부(11)와 내열성 소결 다이아몬드로 이루어지는 부채꼴의 다이아몬드제 부재(12)를 갖는 구성으로 했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 절단편(7)을 구성하는 부재는 다른 임의의 형상으로 할 수 있다.
예를 들면, 도 5a의 절단편(7)에서는, 원판형상의 절단 기부(11)와 원판형상의 다이아몬드제 부재(12)가 접합층(13)을 통하여 접합되어 있다.
도 5b의 절단편(7)에서는, 그 일부가 고내열 소결 다이아몬드로 이루어지는 고내열 다이아몬드부(12a)로 되고, 나머지 부분이 통상의 소결 다이아몬드로 이루어지는 소결 다이아몬드부(12b)로 되어 있다.
도 5c의 절단편(7)에서는, 소결 다이아몬드부(12b) 중에 고내열 다이아몬드부(12a)가 매립되어 있다.
굴삭 공구(1)의 형상은, 도 1 에 나타낸 형상으로 한정되지 않고, 예를 들면 도 10 에 나타낸 바와 같이 공구 본체(2)의 외주면으로부터 돌출하도록 절단편(7)을 고정한 구조라도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 본 발명에 따른 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 방법 및 접합 구조를, 굴삭 공구(1)의 절단편(7)에 적용한 예를 나타냈지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 절단편으로서 전체가 통상의 소결 다이아몬드 또는 고내열 다이아몬드에 의해 구성되는 절단편(7a)을 이용하는 경우에는, 본 발명을 절단 부재(3)에 있어서의 초경 포스트(6)와 절단편(7a)의 접합에 적용해도 좋다.
또, 본 발명에 따른 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 방법 및 접합 구조는, 상기한 예에만 적용 범위가 한정되는 것은 아니고, 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재가 접합되는 것이면, 임의의 것에 적용할 수 있다.
실험예
[Ni를 확산시킨 실험예]
원료 분말로서, 10㎛의 평균 입경을 갖는 순도: 99.9% 이상의 다이아몬드 분말, 및 결합재로서 평균 입경: 10㎛을 갖는 순도 95% 이상의 MgCO3분말을 준비하였다.
MgCO3분말을 100㎫의 압력에서 프레스 성형하여, 소정 치수의 압분체로 하였다. 이 압분체를 Ta제 캡슐내에 장입하고, 압분체 상에 다이아몬드 분말을 충전하고, 캡슐을 통상의 벨트형 초고압 소결 장치에 장전하였다. 캡슐에 7.7㎬의 압력을 걸고, 2250℃의 온도에서 30분간 유지하고, 초고압 소결하여 복수개의 원형 소결 다이아몬드 소재를 형성하였다.
이들 다이아몬드 소재는, 직경: 11mm ×두께: 1.5mm의 치수를 갖고, 결합재로서 4.0 질량%의 MgCO3를 함유하고 있었다. 다이아몬드 소재의 상하면을, ＃200의 다이아몬드 숫돌로 연마하여, 직경: 11mm ×두께: 1.25mm의 치수를 갖는 원형 소결 다이아몬드 팁으로 하였다. 다이아몬드 팁으로부터, 레이저를 이용하여 개방각 90°의 부채형상의 다이아몬드 팁을 잘라내고, 각각의 코너부에 0.5mm의 모따기를 실시하였다.
한편, 직경: 12.5mm ×두께: 2.25mm의 치수를 갖는 원형 초경합금 팁과 직경: 12.5mm ×두께: 1.25mm의 치수를 갖는 원형 초경합금 팁을 준비하였다. 모두, 결합재로서 Co: 10 질량%를 함유하고, 나머지가 WC와 불가피 불순물로 이루어지는 초경합금으로 구성되어 있다. 두께 1.25mm의 원형 초경합금 팁에, 상기한 부채형 소결 다이아몬드 팁에 상당하는 형상의 부채형 노치부를 형성하였다.
두께 1.25mm의 초경합금 팁의 부채형 노치부에, 부채형 소결 다이아몬드 팁을, 0.1mm의 두께를 갖는 Ni박, Fe박, 및 Ni박과 Fe박 양쪽 모두 중의 어느 하나를 사이에 끼워, 삽입하였다. 이것을 한 가운데로 하여, 양측에 두께 2.25mm의 원형 초경합금 팁을 중첩하였다. 3개의 초경합금 팁 사이에는 상기와 동일한 금속박을 끼웠다. 이 상태에서, 통상의 벨트형 초고압 소결 장치에 장전하여, 5.5㎬의 압력에서, 1500℃로 30분간 유지하고, 이들을 접합해서 일체화하였다.
부채형 소결 다이아몬드 팁을 노출시키기 위해서, 중첩시킨 초경 부분을 ＃200의 다이아몬드 숫돌을 이용하여 삭제하고, 또 전체에 걸쳐서 연마 가공하여, 직경: 8mm ×두께: 3.5mm의 치수를 갖는 실험예 1을 작성하였다.
실험예의 접합 계면부를 EPMA에 의해 관찰한 결과, 다이아몬드제 부재의 접합계면으로부터 0.01~0.05mm의 깊이에 걸쳐, 또 초경합금제 부재의 접합계면으로부터 0.1~3.0mm의 깊이에 걸쳐 확산층이 관찰되었다. 도 11 은 Ni를 확산킨 경우에 있어서의 접합층 근방에서의 탄소 농도의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 12는 접합층 근방에서의 텅스텐 농도의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 13 및 도 14 는접합층 근방에서의 Ni농도의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 14 에 나타낸 바와 같이, 확산된 Ni는 초경합금제 부재의 표층부에 도달하고 있다. 도 14 중의 2.9mm위치에 발생하고 있는 피크는 확산과는 관계없다.
한편, 원료 분말로서, 평균 입경: 1.5㎛의 WC분말, 평균 입경: 2.3㎛의 Cr3C2분말, 평균 입경: 1.3㎛의 ZrC 분말, 및 평균 입경: 3.4㎛의 Co분말을 준비하였다. 이들 원료 분말을, 질량%로, Co: 9%, Cr3C2: 0.4%, ZrC: 0.2%, WC: 나머지의 비율로 배합하여, 볼밀에 의해 72시간 습식 혼합하였다. 건조시킨 후, 0.1㎬의 압력에서 압분체로 프레스 성형하고, 이 압분체를 0.13㎩의 진공중에 있어서 온도: 1400℃로 1시간 유지하는 조건에서 소결하였다. 이것에 의해, 최대 직경: 15mm ×바닥면 직경: 13mm: ×길이: 20mm의 치수, 및 도 2 에 나타낸 형상을 갖는 초경 포스트를 제조하였다. 실험예 1을, 질량%로, Ni－14% Cr－3.5% B－4.0% Si－4.5% Fe－0.7%C로 이루어지는 조성 및 0.35mm의 두께를 갖는 Ni합금 땜납재를 사이에 끼워 상기한 초경 포스트에 세트하고, 온도: 1100℃에서 납땜 접합하였다. 이 초경 포스트를, 도 1 에 나타낸 바와 같이 JIS·SCM415에 규정되는 합금강으로 구성된 비트 본체의 직경: 240mm의 선단면에 십자형상으로 배열 형성된 깊이 8mm의 합계 16개의 오목부의 각각에, Cu－40% Ag－6% Sn－2% Ni로 이루어지는 조성 및 0.35mm의 두께를 갖는 Cu합금 땜납재를 사이에 끼워 고정하였다. 800℃에서 납땜함으로써 굴삭 공구를 제조하였다.
[Co를 확산시킨 실험예]
원료 분말로서, 10㎛의 평균 입경을 갖는 순도: 99.9% 이상의 다이아몬드 분말, 및 결합재로서 마찬가지로 평균 입경: 10㎛를 갖는 순도 95% 이상의 MgCO3분말을 준비하였다.
MgCO3분말을 100㎫의 압력에서 프레스 성형하여, 소정 치수의 압분체로 하였다. 이 압분체를 Ta제 캡슐내에 장입하고, 압분체 상에 다이아몬드 분말을 충전한 상태에서, 캡슐을 통상의 벨트형 초고압 소결 장치에 장전하였다. 7.7㎬의 압력에서, 2250℃의 온도로 30분간 유지하여 복수개의 원형 소결 다이아몬드 소재를 형성하였다.
이들 다이아몬드 소재는, 직경: 11mm ×두께: 1.5mm의 치수를 갖고, 결합재로서 4.0 질량%의 MgCO3를 함유하고 있었다. 다이아몬드 소재의 상하면을, ＃200의 다이아몬드 숫돌로 연마하여, 직경: 11mm ×두께: 1.25mm의 치수를 갖는 원형 소결 다이아몬드 팁으로 하였다. 다이아몬드 팁으로부터, 레이저를 이용하여 개방각 90°의 부채형상의 다이아몬드 팁을 잘라내고, 각각의 코너부에 0.5mm의 모따기를 실시하였다.
한편, 결합재로서 Co:10 질량%를 함유하고, 나머지가 WC와 불가피 불순물로 이루어지는 초경합금으로 구성되고, 직경: 12.5mm ×두께: 2.25㎜의 치수를 갖는 원형 초경합금 팁과 직경: 12.5mm ×두께: 1.25㎜의 치수를 갖는 원형 초경합금 팁을 준비하였다. 상기 두께 1.25㎜의 원형 초경합금 팁에, 상기한 부채형 소결 다이아몬드 팁에 상당하는 형상의 부채형 노치부를 형성하였다.
두께 1.25㎜의 초경합금 팁의 부채형 노치부에, 부채형 소결 다이아몬드 팁을, 0.1㎜의 두께를 갖는 Co박을 사이에 끼워, 삽입하였다. 이것을 한 가운데로 하여, 양측에 두께 2.25㎜의 원형 초경합금 팁을 배치하고, 이들 접합면에, 상기 Co박을 사이에 끼워 상하에 중첩시켰다. 이 상태에서, 통상의 벨트형 초고압 소결 장치에 장전하고, 5.5㎬의 압력에서, 1450℃의 온도로 가열한 후, 30분간 유지하는 조건에서 초고압 가열하여, 이들을 접합해서 일체화하였다.
부채형 소결 다이아몬드 팁(굴삭 마모 부분)을 노출시키기 위해서 일체화한 중첩체의 초경 부분을 ＃200의 다이아몬드 숫돌을 이용하여 삭제하고, 또 전체에 걸쳐 연마 가공하여, 직경: 8mm ×두께: 3.5mm의 치수를 갖는 실험예 2를 작성하였다.
실험예 2의 접합 계면부를 EPMA에 의해 관찰한 결과, 접합 계면에 0.05mm의 Co금속층이 관찰되고, 다이아몬드제 부재의 접합 계면으로부터 0.01~0.05mm의 깊이에 걸쳐, 또 초경합금제 부재의 접합 계면으로부터 0.1~3.0㎜의 깊이에 걸쳐 확산층의 형성이 관찰되었다.
한편, 원료 분말로서, 평균 입경: 1.5㎛의 WC분말, 평균입경 2.3㎛의 Cr3C2분말, 평균 입경 1.3㎛의 ZrC 분말, 및 평균 입경: 3.4㎛의 Co분말을 준비하였다. 이들 원료 분말을, 질량%로, Co: 9%, Cr3C2: 0.4%, ZrC: 0.2%, WC: 나머지의 비율로 배합하여, 볼밀에 의해 72시간 습식 혼합하였다. 건조한 후, 0.1㎬의 압력에서 압분체로 프레스 성형하고, 이 압분체를 0.13㎩의 진공중에 있어서 온도: 1400℃에서 1시간 유지하는 조건에서 소결하였다. 이것에 의해, 최대 직경: 15mm ×바닥면 직경: 13mm ×길이: 20㎜의 치수, 및 도 2 에 나타낸 형상을 갖는 초경 포스트를 제조하였다. 실험예 2를, 질량%로, Ni－14% Cr－3.5% B－4% Si－4.5% Fe－0.7%C로 이루어지는 조성 및 0.35mm의 두께를 갖는 Ni합금 땜납재를 사이에 끼워 상기한 초경 포스트에 세트하고, 온도: 1100℃에서 5분간 유지하는 조건에서 납땜 접합하였다. 이 초경 포스트를, 도 1 에 나타낸 바와 같이, JIS·SCM415에 규정되는 합금강으로 구성된 비트 본체의 직경: 240㎜의 선단면에 십자형상으로 배열 형성된 깊이 8㎜의 합계 16개의 오목부의 각각에, Cu－40% Ag－6% Sn－2% Ni로 이루어지는 조성 및 0.35㎜의 두께를 갖는 Cu합금 땜납재를 사이에 끼워 고정하였다. 또, 800℃에서 납땜함으로써 굴삭 공구를 제조하였다.
[Ta를 확산시킨 실험예]
원료 분말로서, 10㎛의 평균 입경을 갖는 순도: 99.9% 이상의 다이아몬드 분말, 및 결합재로서 마찬가지로 평균 입경: 10㎛를 갖는 순도 95% 이상의 MgCO3분말을 준비하였다.
MgCO3분말을 100㎫의 압력에서 프레스 성형하여, 소정 치수의 압분체로 하고, 이 압분체를 Ta제 캡슐내에 장입하고, 압분체 상에 다이아몬드 분말을 충전한 상태에서, 캡슐을 통상의 벨트형 초고압 소결 장치에 장전하였다. 7.7㎬의 압력에서, 2250℃의 온도에서 30분간 유지하여, 복수개의 원형 소결 다이아몬드 소재를 형성하였다.
이들 다이아몬드 소재는, 직경: 11mm ×두께: 1.5㎜의 치수를 갖고, 결합재로서 4.0 질량%의 MgCO3를 함유하고 있었다. 다이아몬드 소재의 상하면을, ＃200의 다이아몬드 숫돌로 연마하여, 직경: 11mm ×두께: 1.25㎜의 치수를 갖는 원형 소결 다이아몬드 팁으로 하였다. 다이아몬드 팁으로부터, 레이저를 이용하여 개방각 90°의 부채형상의 다이아몬드 팁을 잘라내고, 각각의 코너부에 0.5㎜의 모따기를 실시하였다.
한편, 결합재로서 Co: 10 질량%를 함유하고, 나머지가 WC와 불가피 불순물로 이루어지는 초경합금으로 구성되고, 직경: 12.5mm ×두께: 2.25㎜의 치수를 갖는 원형 초경합금 팁과, 직경: 12.5mm ×두께: 1.25㎜의 치수를 갖는 원형 초경합금 팁을 준비하였다. 상기 두께 1.25㎜의 원형 초경합금 팁에, 상기한 부채형 소결 다이아몬드 팁에 상당하는 형상의 부채형 노치부를 형성하였다.
상기 두께 1mm의 초경합금 팁의 부채형 노치부에, 부채형 소결 다이아몬드 팁을, 0.05㎜의 두께를 갖는 Ta박을 사이에 끼워, 삽입하였다. 이것을 한 가운데로 하여, 양측에 두께 2.25㎜의 원형 초경합금 팁을 배치하고, 이들 사이에 상기 금속박을 끼워 상하에 중첩시켰다. 이 상태에서, 통상의 벨트형 초고압 소결 장치에 장전하고, 6㎬의 압력에서, 1550℃의 온도로 가열한 후, 30분간 유지하는 조건에서 초고압 가열하여, 이들을 접합해서 일체화하였다.
다이아몬드 팁을 노출시키기 위해서 일체화한 중첩체의 초경 부분을 ＃200의 다이아몬드 숫돌을 이용하여 삭제하고, 또 전체에 걸쳐 연마 가공하여, 직경: 8mm×두께: 3.5㎜의 치수를 갖는 실험예 3을 작성하였다.
실험예 3의 접합 계면부를 EPMA에 의해 관찰한 결과, 접합 계면에 0.03㎜의 Ta금속층이 관찰되고, 다이아몬드제 부재의 접합 계면으로부터 0.005~0.01mm의 깊이에 걸쳐, 또 초경합금제 부재의 접합 계면으로부터 0.01~0.05㎜의 깊이에 걸쳐 확산층의 형성이 관찰되었다.
한편, 원료 분말로서, 평균 입경: 1.5㎛의 WC분말, 평균 입경: 2.3㎛의 Cr3C2분말, 평균입경: 1.3㎛의 ZrC 분말, 및 평균입경: 3.4㎛의 Co분말을 준비하였다. 이들 원료 분말을, 질량%로, Co: 9%, Cr3C2: 0.4%, ZrC: 0.2%, WC: 나머지의 비율로 배합하여, 볼밀에 의해 72시간 습식 혼합하였다. 건조시킨 후, 0.1㎬의 압력에서 압분체로 프레스 성형하고, 이 압분체를 0.13㎩의 진공중에 있어서 온도: 1400℃에서 1시간 유지하는 조건에서 소결하였다. 이것에 의해, 최대 직경: 15mm ×바닥면 직경: 13mm ×길이: 20㎜의 치수, 및 도 2 에 나타낸 형상을 갖는 초경 포스트를 제조하였다. 실험예 3을, 질량%로 Ni－14% Cr－3.5% B－4.0% Si－4.5% Fe－0.7%C로 이루어지는 조성 및 0.35㎜의 두께를 갖는 Ni합금 땜납재를 사이에 끼워 상기한 초경 포스트에 세트하고, 0.13㎩의 진공중에 있어서, 온도: 1100℃에서 5분간 유지하는 조건에서 납땜 접합하였다. 이 초경 포스트를, 도 1에 나타낸 바와 같이 JIS·SCM415에 규정되는 합금강으로 구성된 비트 본체의 직경: 240㎜의 선단면에 십자형상으로 배열 형성된 깊이 8㎜의 합계 16개의 오목부의 각각에, Cu－40% Ag－6% Sn－2% Ni로 이루어지는 조성의 것 및 0.35㎜의 두께를 갖는 Cu합금 땜납재를 사이에 끼워 고정하였다. 또 800℃에서 납땜함으로써 굴삭 공구를 제조하였다.
본 발명에 따른 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 구조는, 예를 들면 굴삭 공구의 절단편에 적용할 수 있다. 그 경우, 절단편은 굴삭 공구의 고속 회전 조업 조건에서도 우수한, 치핑 내구성을 나타내고, 장기간에 걸쳐 우수한 내마모성을 발휘한다. 따라서, 굴삭 조업의 노동 절약화, 에너지 절약화, 그리고 저비용화를 촉진할 수 있다.

Claims (24)

  1. 초경합금제 부재와, 다이아몬드제 부재와, 상기 초경합금제 부재와 상기 다이아몬드제 부재 사이에 형성되어 이들을 접합하는 접합층을 구비하고,
    상기 접합층은, Fe, Ni, Co, Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속이, 상기 초경합금 및 상기 다이아몬드 중의 적어도 한쪽으로 확산해서 이루어지는 확산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 접합층은, Fe 및 Ni 중의 적어도 한쪽이 상기 다이아몬드로 확산해서 이루어지는 확산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 구조.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 접합층은, Co가 상기 다이아몬드로 확산해서 이루어지는 확산층과 Co층을 포함하는 것을 특징으로 하는 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 구조.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 접합층은, Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속이, 상기 초경합금 및 상기 다이아몬드 중의 적어도 한쪽으로 확산된 확산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 초경합금제 부재와다이아몬드제 부재의 접합 구조.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 다이아몬드는, Mg, Ca, Sr 및 Ba의 탄산염, 및 이들 2종 이상의 복합 탄산염 중의 1종 또는 2종 이상으로 구성된 결합상을 0.1~15 용량% 함유한 고내열성 소결 다이아몬드인 것을 특징으로 하는 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 구조.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 접합층의 두께 방향의 단면을 EPMA로 라인 분석한 경우에, 상기 단면에 있어서의 상기 금속의 함유량의 극대값은, 상기 초경합금제 부재 중의 확산의 영향을 받고 있지 않은 영역에 있어서의 상기 금속의 함유량 평균값의 20배 이상이고, 또한 상기 다이아몬드제 부재 중의 확산의 영향을 받고 있지 않은 영역에 있어서의 상기 금속의 함유량 평균값의 100배 이상인 것을 특징으로 하는 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 구조.
  7. 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재 사이에, Fe, Ni, Co, Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속을 함유한 금속재료를 끼우는 공정과,
    상기 초경합금제 부재, 상기 다이아몬드제 부재, 및 상기 금속재료를 가열하여, 상기 금속을 상기 초경합금 및 상기 다이아몬드 중의 적어도 한쪽으로 확산시켜 확산층을 형성하고, 상기 초경합금제 부재 및 상기 다이아몬드제 부재를 접합하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 금속재료는 Fe 및 Ni중의 적어도 한쪽을 합계 70 질량% 이상 함유하고, 상기 초경합금제 부재 및 상기 다이아몬드제 부재를 접합하는 공정에서는, 하기 2개의 식을 동시에 만족시키는 A(K)이고 또한 B(㎬)인 조건에서 상기 가열을 행하고, Fe 및 Ni 중의 적어도 한쪽을 상기 다이아몬드로 확산시켜 확산층을 형성하는 것을 특징으로 하는 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 방법.
    A ＞ 1175
    B ＞ 0.0027 ×A ＋ 0.81
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 금속재료는 Co를 70 질량% 이상 함유하고, 상기 초경합금제 부재 및 상기 다이아몬드제 부재를 접합하는 공정에서는, 하기 2개의 식을 동시에 만족시키는 A(K)이고 또한 B(㎬)인 조건에서 상기 가열을 행하고, Co를 상기 초경합금으로 확산시켜 확산층을 형성하고, 또한 Co층을 형성하는 것을 특징으로 하는 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 방법.
    A ＞ 1175
    B ＞ 0.0027 ×A ＋ 0.81
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 금속재료는 Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속을 합계 70 질량% 이상 함유하고, 상기 초경합금제 부재 및 상기 다이아몬드제 부재를 접합하는 공정에서는, 하기 2개의 식을 동시에 만족시키는 A(K)이고 또한 B(㎬)인 조건에서 상기 가열을 행하고, 상기 금속을 상기 초경합금 및 상기 다이아몬드 중의 적어도 한쪽으로 확산시켜 확산층을 형성하는 것을 특징으로 하는 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 방법.
    A ＞ 1175
    B ＞ 0.0027 ×A ＋ 0.81
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 다이아몬드는, Mg, Ca, Sr 및 Ba의 탄산염, 및 이들 2종 이상의 복합 탄산염 중의 1종 또는 2종 이상으로 구성된 결합상을 0.1~15 용량% 함유한 고내열성 소결 다이아몬드인 것을 특징으로 하는 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 방법.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 금속재료는, Ni를 70 질량% 이상 함유한 제 1 층 및 제 3 층과, 상기 제 1 층 및 상기 제 3 층 사이에 끼워진 제 2 층을 갖고, 상기 제 2 층은 그래파이트 및/또는 다이아몬드를 70 질량% 이상 함유하고, 상기 초경합금제 부재 및 상기 다이아몬드제 부재를 접합하는 공정에서는, 하기 2개의 식을 동시에 만족시키는 A(K)이고 또한 B(㎬)인 조건에서 상기 가열을 행하고, Ni를 상기 다이아몬드제 부재의 다이아몬드 중으로 확산시켜 확산층을 형성하는 것을 특징으로하는 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 방법.
    A ＞ 1175
    B ＞ 0.0027 ×A ＋ 0.81
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 금속재료는 전체로서, Ni를 55~80 질량% 함유하고, 탄소를 합계 20~45 질량% 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 초경합금제 부재와 다이아몬드제 부재의 접합 방법.
  14. 굴삭 공구의 공구 본체의 포스트에 장착되는 초경합금제의 절단 기부와,
    상기 절단 기부에 지지되는 다이아몬드제 부재와,
    상기 절단 기부와 상기 다이아몬드제 부재 사이에 형성되어 이들을 접합하는 접합층을 구비하고,
    상기 접합층은, Fe, Ni, Co, Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속이, 상기 초경합금 및 상기 다이아몬드 중의 적어도 한쪽으로 확산된 확산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭 공구의 절단편.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 접합층은, Fe 및 Ni 중의 적어도 한쪽이 상기 다이아몬드로 확산해서 이루어지는 확산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭 공구의 절단편.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 접합층은, Co가 상기 다이아몬드로 확산해서 이루어지는 확산층과 Co층을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 굴삭 공구의 절단편.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 접합층은, Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속이, 상기 초경합금 및 상기 다이아몬드 중의 적어도 한쪽으로 확산된 확산층을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 굴삭 공구의 절단편.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 다이아몬드는, Mg, Ca, Sr 및 Ba의 탄산염, 및 이들 2종 이상의 복합 탄산염 중의 1종 또는 2종 이상으로 구성된 결합상을 0.1~15 용량% 함유한 고내열성 소결 다이아몬드인 것을 특징으로 하는 굴삭 공구의 절단편.
  19. 굴삭 공구의 공구 본체에 장착되는 초경합금제의 포스트와,
    상기 포스트에 지지되는 다이아몬드제 부재와,
    상기 포스트와 상기 다이아몬드제 부재 사이에 형성되어 이들을 접합하는 접합층을 구비하고,
    상기 접합층은, Fe, Ni, Co, Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 Hf 중에서 선택되는 1 또는 2이상의 금속이, 상기 초경합금 및 상기 다이아몬드 중의 적어도 한쪽으로 확산된 확산층을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 굴삭 공구의 절단 부재.
  20. 굴삭 공구의 공구 본체에 장착되는 초경합금제의 포스트와,
    제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 기재된 절단편을 구비하고,
    상기 절단편의 상기 절단 기부는 상기 포스트에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 굴삭 공구의 절단 부재.
  21. 굴삭 공구의 공구 본체의 포스트에 장착되는 절단 기부와,
    상기 절단 기부에 지지되는 다이아몬드제 부재와,
    상기 절단 기부와 상기 다이아몬드제 부재 사이에 형성되어 이들을 접합하는 접합층을 구비하고,
    상기 다이아몬드제 부재는, Mg, Ca, Sr 및 Ba의 탄산염, 및 이들 2종 이상의 복합 탄산염 중의 1종 또는 2종 이상으로 구성된 결합상을 0.1~15 용량% 함유한 소결 다이아몬드로 형성되고,
    상기 절단 기부는 결합재로서 Co를 함유한 탄화 텅스텐기 초경합금으로 형성되고,
    상기 확산층은 Ni 및 Fe 중의 적어도 1종을 함유하는 확산층인 것을 특징으로 하는 굴삭 공구의 절단편.
  22. 제 14 항 또는 제 21 항에 있어서, 상기 절단 기부에는, 절삭 방향 전방을향해서 서로의 간격이 넓어지는 한쌍의 지지면을 갖는 부착 시트가 형성되어 있고, 상기 다이아몬드제 부재는 상기 부착 시트와 상보 형상을 이루고, 상기 부착 시트내에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 굴삭 공구의 절단편.
  23. 공구 본체와, 이 공구 본체의 선단면에 복수개 설치된 포스트와, 각 포스트에 고정되어 있는 절단편을 구비하고, 상기 절단편은 제 14 항 내지 제 18 항 및 제 21 항 중 어느 한 항에 기재된 절단편인 것을 특징으로 하는 굴삭 공구.
  24. 공구 본체와, 이 공구 본체의 선단면에 복수개 설치된 절단 부재를 구비하고, 상기 절단 부재는 제 19 항에 기재된 절단 부재인 것을 특징으로 하는 굴삭 공구.
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