WO2016175088A1 - 被覆部材 - Google Patents

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WO2016175088A1
WO2016175088A1 PCT/JP2016/062382 JP2016062382W WO2016175088A1 WO 2016175088 A1 WO2016175088 A1 WO 2016175088A1 JP 2016062382 W JP2016062382 W JP 2016062382W WO 2016175088 A1 WO2016175088 A1 WO 2016175088A1
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diamond layer
diamond
substrate
ratio
measurement point
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PCT/JP2016/062382
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真宏 脇
丹 何
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京セラ株式会社
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    • B23B51/00—Tools for drilling machines

Definitions

  • the present disclosure relates to a covering member including a diamond layer coated on the surface of a substrate.
  • Patent Document 1 discloses that an aerosol deposition method is used to provide a diamond film mainly composed of SP3 bonds or a mixture of SP2 bonds and SP3 bonds.
  • Patent Document 2 discloses a hard carbon thin film having an inclined structure in which the ratio of SP2 bonds / SP3 bonds of carbon atoms constituting the thin film decreases from the base side to the surface side.
  • JP 2008-19464 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-1000029
  • the covering member provided with the diamond layer is required to improve adhesion to the substrate and to improve the fracture resistance of the diamond layer.
  • the covering member of the present embodiment includes a base and a diamond layer located adjacent to the base, and is derived from an SP3 peak derived from a diamond crystal and a graphite phase measured by Raman spectroscopic analysis of the diamond layer.
  • SP3 / SP2 the ratio obtained from the SP2 peak
  • the SP3 ratio of the first measurement point with a thickness of 1 ⁇ m from the interface between the substrate and the diamond layer to the diamond layer side is the diamond layer.
  • FIG. 2 is a scanning electron micrograph showing the vicinity of an interface between a base and a diamond layer in the covering member of FIG. It is a Raman spectroscopic analysis data in the point P of the coating
  • FIG. 3 is a scanning electron micrograph of the covering member of FIG. 2 as viewed toward a diamond layer formed by 0.5 ⁇ m.
  • the covering member 1 of the present embodiment has a base 2 and a covering layer 3 located on the surface of the base 2 as shown in the schematic diagram of the cross section of FIG.
  • the covering layer 3 includes a diamond layer 4 located adjacent to the substrate 2.
  • the coating layer 3 may have layers other than the diamond layer 4, in FIG. 1, the example in which the coating layer 3 consists only of the diamond layer 4 is shown.
  • FIG. 2 is an example of a fracture surface of the covering member 1 of FIG. 1, and is a scanning electron microscope (SEM) photograph in which the vicinity of the interface between the substrate 2 and the diamond layer 4 is enlarged.
  • the substrate 2 is made of a cemented carbide and the tungsten carbide crystal 8 is observed.
  • the substrate when the ratio (SP3 / SP2) obtained from the SP3 peak derived from the diamond crystal measured by the Raman spectroscopic analysis of the diamond layer 4 and the SP2 peak derived from the graphite phase is the SP3 ratio, the substrate
  • the SP3 ratio of the first measurement point having a thickness of up to 1 ⁇ m from the interface between the diamond layer 4 and the diamond layer 4 to the diamond layer 4 side is higher than the SP3 ratio of the second measurement point which is the middle in the thickness direction of the diamond layer 4.
  • the first measurement point is indicated as a point P
  • the second measurement point is indicated as a point Q.
  • the SP3 ratio (S 1 ) at the point P is higher than the SP3 ratio (S 2 ) at the point Q.
  • the diamond layer 4 has high hardness and high self-shape, so that the diamond layer 4 is not easily damaged.
  • the diamond layer 4 can be prevented from peeling off from the base 2, and the adhesion between the base 2 and the diamond layer 4 is high.
  • the rigidity of the diamond layer 4 does not become too high, and the diamond layer 4 The toughness can be increased, and the fracture resistance of the diamond layer 4 is high.
  • the measurement region in the Raman spectroscopic analysis is 1 ⁇ m in diameter.
  • a point P indicated by a point in FIG. 1 is indicated as a region surrounded by a circle in FIG.
  • FIG. 3 shows Raman spectroscopic analysis peaks at points P and Q.
  • the peak in Raman spectroscopic analysis an SP3 peak near 1333 cm ⁇ 1 derived from diamond and an SP2 peak near 1400 to 1600 cm ⁇ 1 derived from graphite are observed.
  • the peak intensity is measured as the maximum value of each peak.
  • the ratio of the peak intensity of the SP3 peak to the sum of the two peak intensities is taken as the SP3 peak intensity ratio.
  • FIG. 3 align the SP3 peak at the point P and the point Q to the same value I S, SP2 peak I P, and has a display comparing the I Q.
  • the thickness of the diamond layer 4 is 2 ⁇ m or more.
  • the thickness of the diamond layer 4 is 2 ⁇ m, the half area on the surface side of the measurement area at the point P and the half area on the base body 2 side of the measurement area at the point Q overlap. Measured. Thus, even if a part of the measurement region overlaps, a relative comparison of the SP3 ratio between the first measurement point P and the second measurement point Q can be performed.
  • the thickness of the diamond layer 4 is 3 to 20 ⁇ m, the wear resistance and fracture resistance of the diamond layer 4 are high.
  • a more preferable thickness of the diamond layer 4 is 8 to 15 ⁇ m.
  • the SP3 ratio (S 1 ) at the first measurement point P of the diamond layer 4 is 1.1 to 1.8, and the SP3 ratio (S 2 ) at the second measurement point Q of the diamond layer 4 is 1.0 to 1.
  • the adhesion of the diamond layer 4 to the substrate 2 is enhanced, and the fracture resistance of the diamond layer 4 is high.
  • the portion indicating the position of the point P is circled, but the boundary between the portion including the point P where the tungsten carbide crystal 8 is observed and the adjacent diamond layer 4 is A portion that is an interface and is observed whiter on the diamond layer 4 side than the interface is an interface region 10.
  • the particle diameters in the thickness direction of the diamond crystal 6 constituting the diamond layer 4 are compared in the fracture surface of the base 2 and the diamond layer 4, the particle diameter is the largest in the interface region 10.
  • the adhesion between the substrate 2 and the diamond layer 4 is high.
  • the diamond layer 4 has an intermediate region 12 adjacent to the interface region 10.
  • the intermediate region 12 includes the second measurement point Q.
  • the interface region 10 exists along the interface between the diamond layer 4 and the substrate 2.
  • the diamond crystal 6 constituting the diamond layer 4 has a large diamond crystal from the boundary between the diamond layer 4 and the base 2 toward the thickness direction of the diamond layer 4, and an intermediate region in the interface region 10.
  • the largest diamond crystal 6a exists on the 12 side.
  • the largest diamond crystal 6 a is observed white among the diamond crystals 6.
  • the diamond crystal 6 on the surface side of the largest diamond crystal 6a becomes a fine diamond crystal 6b.
  • the interface between the largest diamond crystal 6 a and the fine diamond crystal 6 b is the boundary between the interface region 10 and the intermediate region 12.
  • the interface region 10 exists with a thickness of 0.3 to 2 ⁇ m from the interface with the substrate 2. That is, when the interface region 10 is thinner than 1 ⁇ m, the diamond crystal is composed of the intermediate region 12 on the side of the first measurement point P far from the substrate 2. When the interface region 10 is 1 ⁇ m, the first measurement point P is in the same range as the interface region 10. When the interface region 10 is thicker than 1 ⁇ m, the entire first measurement point P is included in the interface region 10 and a part of the side farther from the substrate 2 than the first measurement point P becomes the interface region 10. If the thickness of the interface region 10 is 0.3 to 2 ⁇ m, the wear resistance of the diamond layer 4 is high and the adhesion to the substrate 2 is also high. When the thickness of the interface region 10 is 0.5 to 1.0 ⁇ m, the diamond layer 4 has high wear resistance and high adhesion to the substrate 2.
  • FIG. 4 shows an SEM photograph of the diamond layer formed to a thickness of 0.5 ⁇ m under the same conditions as the initial film formation conditions of the diamond layer 4 of FIG.
  • the grain diameter of the diamond crystal 6 appears smaller when viewed on the fracture surface. This is because the diamond crystal 6 has a tetrahedral structure, and in FIG. 4, a large tetrahedral diamond crystal 6 grows and a large number of fine diamond crystals 6 b adhere to the surface of the tetrahedral diamond crystal 6. This is because the aggregated particles are intricate.
  • the average particle diameter dW of the tungsten carbide crystal 8 constituting the cemented carbide of the substrate 2 is 0.3 to 1.5 ⁇ m
  • the particle diameter Dd of the maximum diamond crystal 6a and the tungsten carbide crystal 8 When the ratio to the average particle diameter dW (Dd / dW) is 0.18 to 0.4, the growth direction of the diamond layer 4 tends to be easily aligned. Improves.
  • the particle diameter Dd of the maximum diamond crystal 6a is the diameter of the circle when the area of each diamond crystal 6 in the fracture surface photograph of FIG. 2 is confirmed and the area of the largest diamond crystal 6a having the largest area is converted into a circle. It can be measured.
  • the average particle diameter dW of the tungsten carbide crystal 8 is the diameter of the circle when the contour of each tungsten carbide crystal 8 in the fracture surface photograph of FIG. 2 is confirmed and the average value of the area of the tungsten carbide crystal 8 is converted into a circle.
  • the tungsten carbide crystal 8 in which only a part is observed in the observation region, or at least a part of the surface is covered with the coating layer 3. Measurement is performed with the tungsten carbide crystal 8 excluded. Further, ten or more tungsten carbide crystals 8 are measured by a fracture surface photograph of a visual field to be measured.
  • the maximum diamond crystal 6a has the base layer 2 and the diamond layer when the diamond layer 4 has a major axis in the thickness direction and an aspect ratio of 1.8 or more. 4 can be prevented from being peeled off, and the fracture resistance of the diamond layer 4 can be enhanced.
  • the substrate 2 is preferably made of a hard material such as cermet, silicon nitride, aluminum oxide, cubic boron nitride, or a metal such as stainless steel or high speed steel, in addition to the cemented carbide.
  • a cemented carbide having excellent wear resistance and fracture resistance is most suitable.
  • a desirable range of the average particle size d 2 of the diamond crystal 6 in the intermediate region 12 is 0.8 [mu] m ⁇ 3 [mu] m.
  • An example of a method for measuring the average particle diameter of the diamond crystal 6 is a method for confirming the contour of the diamond crystal 6 by displaying the orientation of the diamond crystal 6 by color mapping by an electron beam backscatter diffraction (EBSD) method.
  • Another example of the method for measuring the average particle diameter of the diamond crystal 6 is a method of observing the diamond crystal 6 with a transmission electron microscope (TEM).
  • the average particle size d 2 of the diamond crystal 6 in the middle region 12 in the polishing surface of the cover member 1 can be measured as the diameter of a circle when obtained by converting the average value of areas of the diamond crystal 6 in a circle.
  • the diamond crystal 6 that is confirmed in the photograph is measured.
  • the diamond crystal 6 that is partly protruded from the photograph or the diamond crystal 6 that is at least partly covered with the coating layer 3 is used. Exclude the measurement.
  • the average grain diameter d 1 of the diamond crystal in the interface region 10 and the average grain size d 2 of the diamond crystal in the intermediate region The ratio (d 2 / d 1 ) is 1.0 to 1.2.
  • the main crystal phase 8 constituting the substrate 2 located at the interface in this embodiment, since the tungsten carbide crystal is the main crystal phase, the same reference numeral 8 is attached.
  • the recess 9 is provided on the surface facing the layer 4, many nuclei of the diamond crystal 6 generated at the time when the formation of the diamond layer 4 is started are easily generated. Further, since the generation density of the diamond crystals 6 increases, the dense diamond layer 4 can be formed, and the adhesion of the diamond layer 4 can be improved.
  • the depth of the recess 9 in the main crystal phase 8 is, for example, 0.005 ⁇ m to 0.1 ⁇ m.
  • the recess 9 can be formed by an alkali etching process to be described later.
  • the dent 9 traces the cross-section of the base 2 including the interface with the diamond layer 4, traces the surface facing the diamond layer 4 of the main crystal phase 8 of the base 2, and traces the maximum height Rz based on ISO 4287 (JISB0601). By calculating the depth of the recess 9 in the main crystal phase 8.
  • the substrate 2 containing a cemented carbide further contains cobalt.
  • the substrate 2 has a substrate-side interface region 15 of 0.5 ⁇ m to 5 ⁇ m from the interface.
  • the substrate-side interface region 15 is a region in the substrate 2 that is less than the cobalt content at a position of 500 ⁇ m from the interface.
  • the diamond layer 4 is formed on the surface of the substrate 2, if cobalt is present on the surface of the substrate 2, the formation of diamond crystals is hindered and graphite is likely to be generated.
  • the presence of the base-side interface region 15 having a low cobalt content can suppress the presence of cobalt on the surface of the base 2 and suppress the formation of graphite in the interface region 10 of the diamond layer 4. it can.
  • the cobalt in the substrate-side interface region 15 is lost, the strength of the substrate-side interface region decreases.
  • the cobalt present in the base-side interface region 15 exists in a granular form.
  • a predetermined amount of cobalt can be present in the substrate-side interface region 15 without the presence of cobalt on the surface of the substrate 2.
  • the granular cobalt particles 17 present in a granular form are those that exist between the main crystal phases 8 and that are in a state in which voids or diamond crystals 6 are interposed. There is a large gap in the substrate side interface region 15 after the alkali etching. During film formation, cobalt diffuses from the inside of the substrate 2 to the substrate-side interface region 15. At this time, the diffused cobalt is agglomerated by the surface tension, exists as granular cobalt particles 17, and does not reach the surface of the substrate 2.
  • the interface roughness between the substrate 2 and the diamond layer 4 is 0.12 to 0.8 ⁇ m.
  • the interface roughness between the substrate 2 and the diamond layer 4 that is, the surface roughness of the substrate 2 is 0.12 ⁇ m or more
  • the nucleation density at the start of film formation of the diamond layer 4 is high, and the substrate 2 and the diamond layer 4. Adhesion can be improved.
  • the interface roughness between the substrate 2 and the diamond layer 4 that is, the surface roughness of the substrate 2 is 0.8 ⁇ m or less, the substrate is evenly removed in the etching process for removing cobalt in the substrate-side interface region 15 of the substrate 2.
  • the interface roughness between the base 2 and the diamond layer 4 is determined from ISO 4287 (JISB0601) from the trajectory by observing the cross section including the interface between the base 2 and the diamond layer 4. Based on the arithmetic average roughness Ry, this can be measured as the interface roughness.
  • the diamond layer 4 may be composed of two regions of the interface region 10 and the intermediate region 12, but has a surface region 14 containing nanocrystal diamond crystals on the surface of the intermediate region 12. It may be. Nanocrystal diamond crystals are obtained under film forming conditions that increase the flow rate of methane gas used during film formation.
  • the third measurement point R which is within a thickness range of 1 ⁇ m from the surface of the diamond layer 4 including the surface region 14 to the substrate 2 side, is lower than the SP3 ratio at the second measurement point Q.
  • the presence or absence of nanocrystal diamond crystals is confirmed by checking whether or not there is a nanocrystal diamond peak detected near 1140 cm -1 apart from the SP3 peak. can do.
  • the intermediate region 12 and the surface region 14 are not limited to those divided into two regions having a boundary, and may be ones in which the peak of nanocrystal diamond gradually increases.
  • the interface region 10 and the intermediate region 12 may be divided into two regions having a boundary, but the SP3 peak may gradually decrease.
  • the position where the peak of the nanocrystal diamond is detected is the surface region 14, and the position where the SP3 ratio is higher than the SP3 peak ratio of the second measurement point on the substrate 2 side of the diamond layer 4 is specified as the interface region 10. To do.
  • the thickness of the surface region 14 can be basically confirmed by observing the cross section of the diamond layer 4 with a microscope.
  • the orientation of the diamond crystal is displayed by color mapping on the cross section by the electron beam backscatter diffraction (EBSD) method, and the contour of each particle is confirmed.
  • the diamond crystal in the surface region 14 has a smaller average particle diameter than the diamond crystal in the intermediate region 12, so that the boundary between the surface region 14 and the intermediate region 12 can be confirmed.
  • the crystal diameter of the diamond crystal contained in the surface region 14 is made of a nanocrystal diamond crystal whose resolution is lower than that of the EBSD analyzer, the nanocrystal diamond crystal is observed as an achromatic color. And the boundary between the surface region 14 and the achromatic region can be determined as an interface.
  • the thickness of the surface region 14 containing the nanocrystal diamond crystal is 0.1 ⁇ m to 2 ⁇ m, the surface of the diamond layer 4 becomes smooth, and the slidability of the diamond layer 4 Will improve.
  • the residual stress at the first measurement point P is a compressive stress
  • the residual stress at the second measurement point Q is a tensile stress.
  • the adhesion between the diamond layer 4 and the substrate 2 can be enhanced, and even if the diamond layer 4 is thickened, the diamond layer 4 can be prevented from being lost due to self-destruction.
  • the residual stress at the third measurement point R is a compressive stress, and the wear resistance on the surface of the diamond layer 4 can be improved.
  • the residual stress at point P, point Q, and point R shown in FIG. 1 can be confirmed by confirming the wave number of the peak top of the SP3 peak derived from the diamond crystal in the Raman spectroscopic analysis described above.
  • the coating layer 3 is subjected to tensile stress, and the wave number of the peak top of the SP3 peak derived from the diamond crystal is 1333 cm ⁇ 1. If larger, it can be determined that compressive stress is applied to the coating layer 3.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of an example of a cutting insert that is a first embodiment of the covering member of the present embodiment.
  • the cutting insert 20 has a rake face 22 on the main surface, a flank face 23 on the side face, and a cutting edge 24 on at least a part of the intersecting ridge line between the rake face 22 and the flank face 23. Further, the cutting insert 20 has a through hole 27 for inserting a screw at the center of the rake face 22.
  • the configuration of FIG. 5 will be described together with the configuration of the covering member 1 shown in FIG.
  • the cutting insert 20 has the base 2 and at least the cutting edge 24 has the coating layer 3 including the diamond layer 4 located adjacent to the base 2. Further, when the cutting insert 20 has the coating layer 3 also on the rake face 22 and the flank face 23, the wear resistance on the rake face 22 and the flank face 23 is improved.
  • the SP3 ratio (S 1 ) at the first measurement point P of the diamond layer 4 in the cutting blade 24 is the same as that of the diamond layer 4 in the cutting blade 24. It is higher than the SP3 ratio (S 2 ) at the second measurement point Q. Thereby, the adhesiveness of the diamond layer 4 is high, and the wear resistance of the cutting insert 20 is high. Further, the fracture resistance of the diamond layer 4 is high.
  • FIG. 6 is a schematic side view of an example of a drill that is a second embodiment of the covering member of the present embodiment.
  • the drill 30 in FIG. 6 has a rod shape having a rotation axis O, is formed in a spiral shape toward the rear (rear end Y direction) along the cutting edge 32 formed on the first end X side and the cutting edge 32. And a chip discharge groove 34 (hereinafter abbreviated as a groove).
  • the shank part 33 is provided in the 2nd end Y side of the drill 30, the shank part 33 is hold
  • the first end X in the second embodiment is the cutting blade 32 side of the rod-shaped drill 30 (cutting tool) on the rotation axis O, and the second end Y is on the shank portion 33 side. That is.
  • the drill 30 has the base 2, and the coating layer 3 is located on the surface of the base 2.
  • the covering layer 3 is formed from the first end X of the drill 30 to the vicinity of the end where the groove 34 is provided, and the base 2 is exposed behind the covering layer 3.
  • polishing processes such as a brush process and a blast process, in the outer peripheral part in the drill 30.
  • polishing processes such as a brush process and a blast process, in the outer peripheral part in the drill 30.
  • FIG. Even in this case, the surface of the groove 34 is hard to be polished, and the surface of the coating layer 3 is hard to be smooth.
  • the thickness of the coating layer 3 (not shown) at the cutting edge 32 on the first end X side is 10 mm from the tip of the drill 30 to the second end Y side. It is thicker than the thickness of the coating layer 3 in Z. As a result, it is possible to suppress the abrasion of the coating layer 3 at the cutting edge 32 and to easily maintain the smoothness of the coating layer 3 at the groove 34.
  • the desired range of the ratio of (t Z / t X) is 0.5 to 0.9, and particularly preferred range is 0.6-0.9.
  • a desirable range of the film thickness t X is 5 to 12 ⁇ m.
  • the SP3 ratio (S 2e ) at the second measurement point Q of the diamond layer 4 in the cutting edge 32 is greater than the SP3 ratio (S 2g ) at the second measurement point Q of the diamond layer 4 in the groove 34.
  • S 2e the SP3 ratio
  • S 2g the SP3 ratio
  • the hardness of the coating layer 3 in the groove 34 is reduced, and the surface of the coating layer 3 becomes smoother at the initial stage of cutting, so that the center of the cutting edge 32 is reduced.
  • the cutting resistance of the coating layer 3 on a certain rotation axis O side can be further reduced.
  • the content rate of the diamond of the micrometer order in the coating layer 3 is high, the hardness of the coating layer 3 improves and the abrasion resistance of the coating layer 3 improves.
  • the SP3 ratio (S 1e ) of the first measurement point P of the diamond layer 4 in the cutting edge 32 is higher than the SP3 ratio (S 1g ) of the first measurement point P of the diamond layer 4 in the groove 34. That is, in the groove 34, since the SP3 ratio at the first measurement point P is low, the content ratio of graphite is high, and the coating layer 3 is easily peeled off. In the groove 34, since the diamond layer 4 with large irregularities is removed, an increase in cutting resistance due to the passage of chips can be suppressed.
  • the thickness of the coating layer 3 in the groove 34 is thinner than the thickness of the coating layer 3 in the cutting edge 32. This optimizes the surface roughness of the coating layer 3 in the cutting edge 32 and the groove 34 before cutting, and suppresses excessive cutting resistance even in the initial stage of cutting.
  • the coating layer 3 may not be provided on the surface of the groove 34, and the substrate 2 may be exposed on the surface of the groove 34.
  • the ratio (t g / t x ) between the film thickness t x (not shown) of the coating layer 3 in the cutting edge 32 and the film thickness t g of the coating layer 3 in the groove 34 is 0. .6 to 0.9. Accordingly, it is possible to suppress the abrasion of the coating layer 3 at the cutting edge 32 and to maintain the smoothness of the coating layer 3 at the groove 34.
  • the thickness of the coating layer 3 in the cutting blade 32 refers to the thickness of the coating layer 3 measured at the intermediate position of the cutting blade 32 on the side surface as shown in FIG.
  • the thickness of the coating layer 3 in the groove 34 indicates the thickness of the coating layer 3 at the deepest portion in the groove 34 in the cross section perpendicular to the rotation axis O.
  • the deepest portion in the groove 34 indicates the position at the shortest distance from the rotation axis O on the surface of the base 1.
  • the diameter of a circle passing through the position at the shortest distance around the rotation axis O, that is, the largest circle that can be drawn in the drill 30 is the core thickness.
  • rod-shaped drill 30 which has the rotating shaft O was demonstrated as a 2nd embodiment among the coating
  • a substrate is prepared.
  • a sintered body is produced by firing, and then subjected to a polishing process as desired to produce an insert-shaped substrate.
  • the coated tool is a drill
  • the surface of the cylindrical hard alloy is subjected to centerless processing and then subjected to blade processing to produce a drill-shaped base. If desired, polishing is performed on the cutting edge side of the substrate.
  • the surface of the substrate is subjected to acid treatment and alkali treatment etching.
  • the alkali treatment is performed, the surface of the main crystal phase exposed on the surface of the substrate can be made uneven by performing the alkali treatment in an ultrasonic cleaning container.
  • the etched substrate is washed with water and dried.
  • an alkaline solution containing an alkaline aqueous solution and diamond abrasive grains is placed in an ultrasonic cleaning container, and the surface of the main crystal phase exposed on the surface of the substrate 2 is made uneven by applying ultrasonic waves. You can turn it on.
  • the etched substrate 2 is washed with water or the like and dried.
  • the state of SP3 ratio of the diamond layer can be adjusted by the power of ultrasonic wave applied during ultrasonic cleaning, the preparation of the diameter of diamond abrasive grains, the time of alkali treatment, etc., and the diamond crystal at the fracture surface
  • the particle size of the can be controlled.
  • a diamond layer 4 is formed on the surface of the substrate 2.
  • a hot filament CVD method can be suitably applied.
  • An example of a film formation method will be described with reference to FIG.
  • a film forming apparatus 40 shown in FIG. 7 has a chamber 41, and a sample stage 43 on which a sample (etched substrate 2) is set is provided in the chamber 41.
  • the rod-shaped base body 2 is set in a state where it stands up and down so that the tip portion faces upward.
  • the bladed portion the portion including the cutting blade and the chip discharge groove
  • a heater 44 such as a filament is disposed around the base 2.
  • the heater 44 is connected to a power source 45 disposed outside the chamber 41.
  • the temperature of the rod-shaped substrate 2 set on the sample stage 43 is adjusted to 850 ° C. or higher by adjusting the arrangement and the current value supplied to each heater 44 using a plurality of heaters 44. Adjust to 930 ° C.
  • the heater 44 is supported by a support 48.
  • FIG. 8 which is a cross-sectional view showing the arrangement of the heater 44 in FIG. 7, the heater 44 is arranged so as to sandwich the base 2. That is, four heaters 44 are arranged around the base 2.
  • the chamber 41 is provided with a gas supply port 46 and a gas exhaust port 47.
  • the diamond layer 4 can be formed by supplying hydrogen gas and methane gas from the gas supply port 46 into the vacuum chamber 41 and spraying them on the substrate 2.
  • the film forming conditions for forming the diamond layer 4 having the interface region 10 described above there are the following three film forming conditions.
  • the first film forming condition as shown in FIG. 8, two heaters 44 (44a, 44b) having different distances from the substrate 2 are arranged as a set. These arrangements and the current value supplied to each heater 44 are adjusted.
  • the current values of the two heaters 44 having different distances from the substrate 2 are changed between the initial stage of film formation and the middle stage of film formation. Specifically, in the initial stage of film formation, the heater 44a having a short distance to the substrate is heated to form a film, and then the heating of the heater 44a having a short distance to the substrate is stopped.
  • the heater 44b is heated to form a diamond layer. Thereby, the SP3 ratio of the diamond layer 4 formed on the surface of the substrate 2 can be changed.
  • the film formation temperature in the initial stage of the diamond layer formation is set higher than the film formation temperature in the middle of the film formation.
  • the film is formed by adjusting the methane mixing ratio (volume%) at the initial stage of film formation to be lower than the methane mixing ratio after the middle stage of film formation.
  • the amount of methyl radicals generated during film formation and the probability of reaching the substrate can be adjusted by any of these first film formation conditions, second film formation conditions, and third film formation conditions.
  • the SP3 ratio at the first measurement point P of the diamond layer can be made higher than the SP3 ratio at the second measurement point Q of the diamond layer. Note that the first film formation condition, the second film formation condition, and the third film formation condition may be combined.
  • the substrate was etched by immersion in the order of an acid solution (15 minutes in hydrochloric acid) and an alkaline solution (5-30 seconds in Murakami reagent).
  • an acid solution 15 minutes in hydrochloric acid
  • an alkaline solution 5-30 seconds in Murakami reagent
  • the process for 30 minutes was performed in power 100W in the ultrasonic cleaner.
  • the surface was washed with distilled water to produce an end mill substrate.
  • the base was set in a film forming apparatus shown in FIG. 7, and a diamond layer was formed on the surface of the base by a hot filament CVD method.
  • a tungsten filament having a thickness of 0.4 mm ⁇ was arranged in a reaction chamber having a diameter of 25 cm ⁇ and a height of 20 cm. Specifically, two filaments with different distances from the substrate were taken as one set, one set on the tip side, and two sets on the side so as to sandwich the substrate, for a total of six.
  • Table 1 shows the film formation temperatures in the interface region, the intermediate region, and the surface region.
  • the end mill-shaped substrate was set in a state where the tip was upright.
  • the reaction gas composition methane (4% by volume) + hydrogen (remaining) was introduced into the reaction furnace through the supply port, and a diamond layer was formed.
  • the fracture surface of the diamond layer was observed with an SEM, and the thicknesses of the interface region and the intermediate region were measured.
  • the interface between the substrate and the diamond layer was traced, and the maximum height Ry based on JISB0601 was calculated as the locus to obtain the interface roughness.
  • EPMA analysis it was observed whether the substrate side interface region was present on the surface of the substrate of the end mill, and the cobalt content was reduced by 5% by mass or more compared to the cobalt content at a depth of 500 ⁇ m from the surface of the substrate. The thickness of the area is estimated.
  • Cutting method Grooving work material: CFRP Cutting speed (feed): 120 mm / minute feed: 0.075 mm / blade cutting: depth 8 mm, machining diameter ⁇ 6 mm
  • Cutting state Dry evaluation method: Check the cutting length and the state of the end mill when it becomes impossible to process (described as cutting edge state in the table).
  • sample No. within the scope of the present invention.
  • the cutting length was long.
  • the processing length was large.
  • Specimen No. 1 in which the residual stress at the first measurement point P of the diamond layer is compressive stress and the residual stress at the second measurement point Q is tensile stress.
  • the cutting length was long.
  • the main crystal phase located at the interface among the main crystal phases constituting the substrate has a sample No. 1 having a dent on the surface facing the diamond layer.
  • the adhesion of the diamond layer was high, and no chipping was observed on the cutting edge at the end of cutting, and stable cutting was achieved.
  • the interface roughness between the substrate and the diamond layer is 0.01 ⁇ m to 0.5 ⁇ m, and the thickness from the surface of the substrate 5 is 0.5 ⁇ m with respect to the cobalt content at a depth of 500 ⁇ m from the surface of the substrate.
  • Sample No. 1 has a base-side interface region with a low cobalt content at a depth of ⁇ 5 ⁇ m, and the cobalt present in the base-side interface region exists in a granular form.
  • I-1 to 4 and I-6 to 8 the adhesion of the diamond layer was good, and no abnormal chipping was observed on the cutting edge at the end of cutting.
  • the diamond layer has an interface region thickness t 1 of 0.1 ⁇ m to 2 ⁇ m and a ratio (t 2 / t 1 ) between the interface region thickness t 1 and the intermediate region thickness t 2 of 2 to 50.
  • I-1 to 6 8 a large amount of welding was not observed on the cutting edge at the end of cutting.
  • an alkaline aqueous solution containing diamond abrasive grains having an average particle diameter of 5 ⁇ m is prepared in a container of an ultrasonic cleaning machine, the drill base is immersed, and ultrasonic cleaning is performed with the power and time shown in Table 1. It was processed under the conditions to The interface roughness of the substrate was adjusted by changing the centerless processing conditions and the oxygen treatment conditions.
  • a diamond layer was formed on the surface of the substrate using the same film forming apparatus as in Example 1.
  • the gas introduced during film formation was as follows: the drill base was heated to 900 ° C., and in vacuum, the reaction gas composition for the initial 5 minutes: hydrogen (97 vol%) + methane (1 vol%), medium reaction gas composition: Hydrogen (97% by volume) + methane (3% by volume), the reaction gas composition in the latter 10 minutes: hydrogen (97% by volume) + methane (5% by volume).
  • the formed coating layer was measured by Raman scattering spectroscopy at the edge and intermediate positions of the diamond layer at the cutting edge and groove at the tip of the drill, and the SP3 ratio (S 1e , S 1g , S 2e , S 2g ) was estimated.
  • the coating layer was observed with an SEM, and the maximum diamond crystal grain size Dd, the tungsten carbide crystal average grain size dW, and the ratio (Dd / dW) were determined using the Luzex analysis method. . Further, the thickness of the coating layer was measured by SEM observation of the cross section of the coating layer at the tip of the drill and a position 10 mm behind the tip. In addition, from this SEM observation, the interface between the substrate and the diamond layer was traced, and the maximum height Ry based on JISB0601 was calculated as the locus to obtain the interface roughness. Furthermore, when confirmed similarly to Example 1, the base
  • the thicknesses of the interface region, the intermediate region, and the surface region were measured. Further, when the substrate has a substrate-side interface region, the presence form of cobalt present in the substrate-side interface region was confirmed by TEM analysis, and the presence or absence of granular cobalt particles was confirmed. The results are shown in Tables 4 and 5.
  • Cutting method Drilling (through hole) Work material: CFRP Cutting speed (feed): 100 mm / minute feed: 0.075 mm / blade cutting: depth 8 mm, machining diameter ⁇ 6 mm
  • Cutting state Dry evaluation method: Cutting edge edge width after cutting 1500 holes (denoted as wear width in the table), machining length where burr was generated, and drill condition when machining became impossible confirm.
  • sample S 1e is higher than the S 2e No. In II-1 to 8, the cutting length was long.
  • sample Nos. S1e is 1.1 to 1.8 and S2e is 1.0 to 1.5.
  • Samples Nos. II-1 to II-1 to 7 had high wear resistance and had a roughness at the interface with the diamond layer of 0.12 to 0.8 ⁇ m. In II-1 to 6, the cutting length was long.

Abstract

基体と、該基体に隣接して位置するダイヤモンド層とを備えて、ラマン分光分析によって測定されるダイヤモンド結晶に由来するＳＰ３ピークと、グラファイト相に由来するＳＰ２ピークから求められる比（ＳＰ３／ＳＰ２）をＳＰ３比としたとき、前記基体と前記ダイヤモンド層との界面から前記ダイヤモンド層側に１μｍまでの厚みの第１測定点のＳＰ３比が、前記ダイヤモンド層の厚み方向の中間である第２測定点のＳＰ３比よりも高い被覆部材である。

Description

被覆部材
　本開示は、基体の表面に被覆されたダイヤモンド層を備える被覆部材に関する。
　基体の表面に、ダイヤモンドからなる被覆層を成膜した切削工具等の被覆部材が知られている。例えば、特許文献１では、エアロゾルデポジション法を用いて、ＳＰ３結合を主体とするか、またはＳＰ２結合とＳＰ３結合が混在しているダイヤモンド被膜を設けることが開示されている。また、特許文献２では、薄膜を構成する炭素原子のＳＰ２結合／ＳＰ３結合の比が下地側から表面側に向かって減少する傾斜構造を有する硬質炭素薄膜が開示されている。
特開２００８－１９４６４号公報 特開平１１－１００２９４号公報
　ダイヤモンド層を備える被覆部材には、基体との密着性の向上とダイヤモンド層の耐欠損性の向上という要求がある。
　本実施形態の被覆部材は、基体と、該基体に隣接して位置するダイヤモンド層とを備えて、該ダイヤモンド層のラマン分光分析によって測定されるダイヤモンド結晶に由来するＳＰ３ピークとグラファイト相に由来するＳＰ２ピークから求められる比（ＳＰ３／ＳＰ２）をＳＰ３比としたとき、前記基体と前記ダイヤモンド層との界面から前記ダイヤモンド層側に１μｍまでの厚みの第１測定点のＳＰ３比が、前記ダイヤモンド層の厚み方向の中間である第２測定点のＳＰ３比よりも高い。
本実施形態の被覆部材の一実施態様についての模式断面図である。 図１の被覆部材における基体とダイヤモンド層との界面付近を示す走査型電子顕微鏡写真である。 図１の被覆部材の点Ｐ、点Ｑにおけるラマン分光分析データである。 図２の被覆部材において、０．５μｍだけ成膜したダイヤモンド層に向かって見た走査型電子顕微鏡写真である。 本実施形態の被覆部材の一実施態様である切削インサートの一例についての概略斜視図である。 本実施形態の被覆部材の他の実施態様であるドリルの一例についての概略側面図である。 本実施形態の被覆部材におけるダイヤモンド層の成膜工程の一例についての模式図である。 図７におけるヒータの配置を説明するための模式図である。
　本実施形態の被覆部材１は、図１の断面についての模式図に示すように、基体２と、基体２の表面に位置する被覆層３を有する。被覆層３は、基体２と隣接して位置するダイヤモンド層４を備える。なお、被覆層３は、ダイヤモンド層４以外の他層を有していてもよいが、図１においては、被覆層３がダイヤモンド層４のみからなる例を示している。
　図２は、図１の被覆部材１における破断面の一例であり、基体２とダイヤモンド層４との界面付近を拡大した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図２では、基体２が超硬合金からなり、炭化タングステン結晶８が観察されている。
　本実施形態によれば、ダイヤモンド層４のラマン分光分析によって測定されるダイヤモンド結晶に由来するＳＰ３ピークとグラファイト相に由来するＳＰ２ピークから求められる比（ＳＰ３／ＳＰ２）をＳＰ３比としたとき、基体２とダイヤモンド層４との界面からダイヤモンド層４側に、１μｍまでの厚みの第１測定点のＳＰ３比が、ダイヤモンド層４の厚み方向の中間である第２測定点のＳＰ３比よりも高い。図１に、第１測定点を点Ｐ、第２測定点を点Ｑと示す。測定箇所の観点によれば、点ＰにおけるＳＰ３比（Ｓ１）が、点ＱにおけるＳＰ３比（Ｓ２）よりも高い。これによって、ダイヤモンド層４の基体２との界面に位置する第１測定点において、ダイヤモンド層４の硬度が高くかつ自形性が高いので、ダイヤモンド層４が破損しにくい。その結果、ダイヤモンド層４が基体２から剥離することを抑制でき、基体２とダイヤモンド層４との密着性が高い。また、ダイヤモンド層４の厚み方向の中間である点ＱにおけるＳＰ３比は、第１測定点（点Ｐ）におけるＳＰ３比よりも低いので、ダイヤモンド層４の剛性が高くなり過ぎず、ダイヤモンド層４の靭性を高めることができ、ダイヤモンド層４の耐欠損性が高い。
　本実施形態において、ラマン分光分析における測定領域は直径１μｍとする。図１にて点で示される点Ｐは、図２では円で囲まれた領域として示される。図３に、点Ｐおよび点Ｑにおけるラマン分光分析ピークを示す。ラマン分光分析におけるピークは、ダイヤモンドに由来する１３３３ｃｍ－１付近のＳＰ３ピーク、グラファイトに由来する１４００～１６００ｃｍ－１付近のＳＰ２ピークが観測される。本実施形態において、ピーク強度は各ピークの最高値としてそれぞれ測定する。２つのピーク強度の総和に対するＳＰ３ピークのピーク強度の比率をＳＰ３ピーク強度比とする。なお、図３では、点Ｐおよび点ＱにおけるＳＰ３ピークを同じ値ＩＳに揃えて、ＳＰ２ピークＩＰ、ＩＱを比較した表示となっている。
　本実施形態において、ダイヤモンド層４の厚みは２μｍ以上である。例えば、ダイヤモンド層４の厚みが２μｍである場合には、点Ｐにおける測定領域のうちの表面側の半分の領域と、点Ｑにおける測定領域のうちの基体２側の半分の領域が重複して測定される。このように、測定領域の一部が重複しても、第１測定点Ｐと第２測定点ＱとのＳＰ３比の相対的な比較はできる。ダイヤモンド層４の厚みが３～２０μｍである場合には、ダイヤモンド層４の耐摩耗性および耐欠損性が高い。ダイヤモンド層４のより好適な厚みは８～１５μｍである。
　ダイヤモンド層４の第１測定点ＰにおけるＳＰ３比（Ｓ１）が１．１～１．８であり、ダイヤモンド層４の第２測定点ＱにおけるＳＰ３比（Ｓ２）が１．０～１．５である場合、ダイヤモンド層４の基体２との密着性が高まるとともに、ダイヤモンド層４の耐欠損性が高い。
　次に、図２において、点Ｐの位置を示す部分を丸で囲んでいるが、点Ｐを含め、炭化タングステン結晶８が観察される部分と、隣接して存在するダイヤモンド層４との境界が界面であり、界面よりもダイヤモンド層４側において白く観察される部分が界面領域１０である。そして、図２に示すように、基体２およびダイヤモンド層４の破断面において、ダイヤモンド層４を構成するダイヤモンド結晶６の厚み方向についての粒径を比較したとき、界面領域１０に粒径が最も大きい最大ダイヤモンド結晶６ａが存在する場合、基体２とダイヤモンド層４との密着性が高い。なお、ダイヤモンド層４は、界面領域１０と隣接する中間領域１２を有する。中間領域１２は、第２測定点Ｑを含む。
　界面領域１０は、ダイヤモンド層４と基体２との界面に沿って存在する。図２に示すように、ダイヤモンド層４を構成するダイヤモンド結晶６は、ダイヤモンド層４の基体２との境界からダイヤモンド層４の厚み方向に向かうにつれて大きなダイヤモンド結晶が存在し、界面領域１０における中間領域１２側に最大ダイヤモンド結晶６ａが存在する。図２では、ダイヤモンド結晶６の中で最大ダイヤモンド結晶６ａが白く観察されている。そして、最大ダイヤモンド結晶６ａよりも表面側のダイヤモンド結晶６は、微細ダイヤモンド結晶６ｂとなる。最大ダイヤモンド結晶６ａと微細ダイヤモンド結晶６ｂとの界面が、界面領域１０と中間領域１２との境界である。
　界面領域１０は、基体２との界面から、０．３～２μｍの厚みで存在する。すなわち、界面領域１０が１μｍより薄い場合には、第１測定点Ｐのうちの基体２から遠い側は、ダイヤモンド結晶の構成が中間領域１２からなる。界面領域１０が１μｍの場合には、第１測定点Ｐが界面領域１０と同じ範囲となる。界面領域１０が１μｍより厚い場合には、第１測定点Ｐの全体が界面領域１０に含まれるとともに、第１測定点Ｐよりも基体２から遠い側の一部が界面領域１０となる。界面領域１０の厚みが０．３～２μｍであれば、ダイヤモンド層４の耐摩耗性が高く、かつ基体２に対する密着性も高い。界面領域１０の厚みが０．５～１．０μｍである場合には、さらに、ダイヤモンド層４の耐摩耗性が高く、かつ基体２に対する密着性も高い。
　界面領域１０には、最大ダイヤモンド結晶６ａ以外に、最大ダイヤモンド結晶６ａよりも小さいダイヤモンド結晶６や、ダイヤモンド結晶６の自形面に沿ってジグザグに破断され微細な凹凸が観察される微細ダイヤモンド結晶６ｂが存在する。なお、図４に図２のダイヤモンド層４の初期の成膜条件と同じ条件で、０．５μｍの厚みだけ成膜したダイヤモンド層のＳＥＭ写真を示す。図２と図４との比較から明らかなように、ダイヤモンド結晶６の粒径は、破断面で見たほうが小さく見える。これは、ダイヤモンド結晶６は四面体構造をなし、図４においては、四面体の大きなダイヤモンド結晶６が成長するとともに、四面体のダイヤモンド結晶６の表面に微細なダイヤモンド結晶６ｂが多数付着した複雑に入り組んだ凝集粒となっているためである。
　ここで、図２の破断面において、最大ダイヤモンド結晶６ａの粒径Ｄｄが０．１５～０．５μｍである場合には、基体２とダイヤモンド層４との密着性が高い。図２に示すように、基体２の超硬合金を構成する炭化タングステン結晶８の平均粒径ｄＷが０．３～１．５μｍであり、最大ダイヤモンド結晶６ａの粒径Ｄｄと炭化タングステン結晶８の平均粒径ｄＷとの比（Ｄｄ／ｄＷ）が０．１８～０．４である場合には、ダイヤモンド層４の成長方向が揃いやすくなる傾向にあり、ダイヤモンド層４の耐摩耗性および耐欠損性が向上する。
　なお、最大ダイヤモンド結晶６ａの粒径Ｄｄは、図２の破断面写真における各ダイヤモンド結晶６の輪郭を確認し、最も面積が広い最大ダイヤモンド結晶６ａの面積を円に換算した際の円の直径として測定できる。
　また、炭化タングステン結晶８の平均粒径ｄＷは、図２の破断面写真における各炭化タングステン結晶８の輪郭を確認し、炭化タングステン結晶８の面積の平均値を円に換算した際の円の直径として測定できる。なお、測定に際しては、写真で確認される炭化タングステン結晶８について測定するが、観察領域内に一部のみが観察される炭化タングステン結晶８や、表面の少なくとも一部が被覆層３で覆われた炭化タングステン結晶８は除いて測定する。また、１０個以上の炭化タングステン結晶８が測定の対象となる視野の破断面写真にて測定する。
　さらに、図２に示す破断面のＳＥＭ写真のように、最大ダイヤモンド結晶６ａは、ダイヤモンド層４の厚み方向が長径であり、アスペクト比が１．８以上である場合には、基体２とダイヤモンド層４との剥離が抑制されるとともに、ダイヤモンド層４の耐欠損性を高めることができる。
　基体２は、超硬合金以外に、サーメット、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、立方晶窒化ホウ素等の硬質材料や、ステンレスや高速度鋼等の金属が好適に使用される。中でも、耐摩耗性と耐欠損性に優れる超硬合金が最適である。
　本実施形態では図示しないが、被覆部材１の基体２およびダイヤモンド層４を含む研磨面において、中間領域１２におけるダイヤモンド結晶６の平均粒径ｄ２の望ましい範囲は０．８μｍ～３μｍである。ダイヤモンド結晶６の平均粒径の測定方法の一例は、電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）法によってダイヤモンド結晶６の配向性をカラーマッピングで表示して、ダイヤモンド結晶６の輪郭を確認する方法である。ダイヤモンド結晶６の平均粒径の測定方法の他の例は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にてダイヤモンド結晶６を観察する方法である。被覆部材１の研磨面における中間領域１２のダイヤモンド結晶６の平均粒径ｄ２は、各ダイヤモンド結晶６の面積の平均値を円に換算した際の円の直径として測定できる。なお、測定に際しては、写真で確認されるダイヤモンド結晶６について測定するが、一部が写真からはみ出して存在するダイヤモンド結晶６や、表面の少なくとも一部が被覆層３で覆われたダイヤモンド結晶６は除いて測定する。
　上記研磨面において、ダイヤモンド層４の厚み方向についてダイヤモンド結晶６の粒径を比較したとき、界面領域１０におけるダイヤモンド結晶の平均粒径ｄ１と、中間領域におけるダイヤモンド結晶の平均粒径ｄ２との比（ｄ２／ｄ１）が１．０～１．２である。
　被覆部材１の研磨断面写真において、界面に位置する基体２を構成する主結晶相８（本実施形態においては炭化タングステン結晶が主結晶相であるため、同じ８の符号を付す。）が、ダイヤモンド層４との対向面に凹み９を有する場合には、ダイヤモンド層４の成膜を開始した時点で生成するダイヤモンド結晶６の核が多数生成しやすい。また、ダイヤモンド結晶６の生成密度が高まるため、緻密なダイヤモンド層４を形成することができ、ダイヤモンド層４の密着性を高めることができる。主結晶相８の凹み９の深さは、例えば、０．００５μｍ～０．１μｍである。凹み９は後述するアルカリエッチング処理によって形成できる。凹み９は基体２のダイヤモンド層４との界面を含む断面観察から、基体２の主結晶相８のダイヤモンド層４との対向面をなぞって、その軌跡からＩＳＯ４２８７（ＪＩＳＢ０６０１）に基づく最大高さＲｚを算出することによって主結晶相８における凹み９の深さを測定できる。
　また、図１、２において、超硬合金を含む基体２はさらにコバルトを含有する。そして、基体２は、界面から０．５μｍ～５μｍの基体側界面領域１５を有する。この基体側界面領域１５は、基体２において、界面から５００μｍの位置のコバルトの含有量より少ない領域である。基体２の表面にダイヤモンド層４を成膜する際に、基体２の表面にコバルトが存在すると、ダイヤモンド結晶が生成することを妨げてグラファイトが生成しやすくなる。本実施形態においては、コバルトの含有量が少ない基体側界面領域１５を存在させることによって、基体２の表面にコバルトが存在することを抑制でき、ダイヤモンド層４の界面領域１０におけるグラファイトの生成を抑制できる。しかしながら、基体側界面領域１５のコバルトを消失させると基体側界面領域の強度が低下する。本実施形態では、図１において符号１７で示すように、基体側界面領域１５に存在するコバルトは粒状で存在する。これによって、基体２の表面ではコバルトを存在させることなく、基体側界面領域１５において、所定量のコバルトを存在させることができる。その結果、基体側界面領域１５における強度の低下を抑制して、ダイヤモンド層４が基体側界面領域１５ごと剥離することを抑制できる。
　本実施形態において、粒状で存在する粒状コバルト粒子１７とは、主結晶相８同士の間に存在するものであり、空隙またはダイヤモンド結晶６が介在する状態にあるものを指す。アルカリエッチング後の基体側界面領域１５においては大きな空隙が存在する。成膜中に基体２の内部から基体側界面領域１５にコバルトが拡散する。このとき、拡散したコバルトは表面張力によって塊となり、粒状コバルト粒子１７として存在し、基体２の表面まで達しない。
　さらに、本実施形態では、基体２とダイヤモンド層４との界面粗さが０．１２～０．８μｍである。基体２とダイヤモンド層４との界面粗さ、すなわち基体２の表面粗さが０．１２μｍ以上であると、ダイヤモンド層４の成膜開始時の核付け密度が高くて、基体２とダイヤモンド層４との密着性を高めることができる。また、基体２とダイヤモンド層４との界面粗さ、すなわち基体２の表面粗さが０．８μｍ以下であると、基体２の基体側界面領域１５におけるコバルトを除去するエッチング工程において、ムラなく基体２の表面におけるコバルトを除去でき、基体２とダイヤモンド層４との間の密着性を高めることができる。ここで、本実施形態においては、基体２とダイヤモンド層４との界面粗さは、基体２のダイヤモンド層４との界面を含む断面観察から、界面をなぞって、その軌跡からＩＳＯ４２８７（ＪＩＳＢ０６０１）に基づく算術平均粗さＲｙを算出し、これを界面粗さとして測定できる。
　また、ダイヤモンド層４は、界面領域１０と中間領域１２との２つの領域で構成されるものであってもよいが、中間領域１２の表面にナノクリスタルダイヤモンド結晶を含有する表面領域１４を有していてもよい。ナノクリスタルダイヤモンド結晶は、成膜時に用いるメタンガスの流量を多くする成膜条件にて得られる。表面領域１４を含むダイヤモンド層４の表面から基体２側に１μｍまでの厚みの範囲内である第３測定点Ｒにおいては、第２測定点ＱにおけるＳＰ３比よりも低い。ラマン分光分析にて得られるチャートにおいて、ＳＰ３ピークとは別に、１１４０ｃｍ-1付近に検出されるナノクリスタルダイヤモンドのピークが存在するかどうかを確認することによって、ナノクリスタルダイヤモンド結晶の存在の有無を確認することができる。
　なお、中間領域１２と表面領域１４とは、境界を有する２つの領域に分割されるものに限定されず、ナノクリスタルダイヤモンドのピークが漸次増加するものであってもよい。同様に、界面領域１０と中間領域１２との間も、境界を有する２つの領域に分割されるものであってもよいが、ＳＰ３ピークが漸次減少するものであってもよい。本実施形態において、ナノクリスタルダイヤモンドのピークが検出される位置は表面領域１４、ダイヤモンド層４の基体２側において、第２測定点のＳＰ３ピーク比よりもＳＰ３比が高い位置を界面領域１０と特定する。
　表面領域１４の厚みは、基本的には、ダイヤモンド層４の断面について顕微鏡で観察することによって確認できる。顕微鏡観察において、各層の界面が判別つきにくい場合には、断面について電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）法によってダイヤモンド結晶の配向性をカラーマッピングで表示して、各粒子の輪郭を確認する。このとき、表面領域１４におけるダイヤモンド結晶は中間領域１２のダイヤモンド結晶に比べて平均粒径が小さいので、表面領域１４と中間領域１２との境界を確認できる。また、表面領域１４に含有されるダイヤモンド結晶の粒径がＥＢＳＤ分析装置の分解能以下となるナノクリスタルダイヤモンド結晶からなる場合でも、ナノクリスタルダイヤモンド結晶は無彩色として観察されるので、中間領域１２のカラーの領域と表面領域１４の無彩色の領域との境界を界面として判定することができる。
　また、本実施形態においては、ナノクリスタルダイヤモンド結晶を含有する表面領域１４の厚みが、０．１μｍ～２μｍである場合には、ダイヤモンド層４の表面が平滑になり、ダイヤモンド層４の摺動性が向上する。
　本実施形態において、第１測定点Ｐにおける残留応力が圧縮応力であり、第２測定点Ｑにおける残留応力が引張応力である。これによって、ダイヤモンド層４と基体２との密着性を高めることができるとともに、ダイヤモンド層４を厚くしても、ダイヤモンド層４が自己破壊によって欠けることを抑制できる。また、ダイヤモンド層４が表面領域１４を有する場合には、第３測定点Ｒにおける残留応力は圧縮応力であり、ダイヤモンド層４の表面における耐摩耗性を高めることができる。図１に示す点Ｐ、点Ｑ、点Ｒの残留応力は、上述のラマン分光分析法におけるダイヤモンド結晶に由来するＳＰ３ピークのピークトップの波数を確認することによって確認できる。すなわち、ダイヤモンド結晶に由来するＳＰ３ピークのピークトップの波数が１３３３ｃｍ-1より小さい場合には被覆層３に引張応力がかかっており、ダイヤモンド結晶に由来するＳＰ３ピークのピークトップの波数が１３３３ｃｍ-1より大きい場合には、被覆層３に圧縮応力がかかっていると判断できる。
　図５は、本実施形態の被覆部材の第１の実施態様である切削インサートの一例についての概略斜視図である。切削インサート２０は、主面にすくい面２２を、側面に逃げ面２３を、すくい面２２と逃げ面２３との交差稜線の少なくとも一部に切刃２４を有している。また、切削インサート２０は、すくい面２２の中央部に、ネジを差し込むための貫通孔２７を有する。図１に示す被覆部材１の構成と合わせて、図５の構成を説明する。切削インサート２０は基体２を有するとともに、少なくとも切刃２４においては、基体２に隣接して位置するダイヤモンド層４を含む被覆層３を有している。また、切削インサート２０は、すくい面２２および逃げ面２３においても被覆層３を有する場合には、すくい面２２および逃げ面２３における耐摩耗性が向上する。
　本実施形態の被覆部材の第１の実施態様である切削インサート２０においても、切刃２４におけるダイヤモンド層４の第１測定点ＰにおけるＳＰ３比（Ｓ１）が、切刃２４におけるダイヤモンド層４の第２測定点ＱにおけるＳＰ３比（Ｓ２）よりも高い。これによって、ダイヤモンド層４の密着性が高く、切削インサート２０の耐摩耗性が高い。また、ダイヤモンド層４の耐欠損性が高い。
　図６は、本実施形態の被覆部材の第２の実施態様であるドリルの一例についての概略側面図である。図６のドリル３０は、回転軸Ｏを有する棒状で、第１端Ｘ側に形成された切刃３２と、切刃３２に沿うとともに、後方（後端Ｙ方向）に向かってらせん状に形成された切屑排出溝（以下、溝と略す）３４とを具備する。また、ドリル３０の第２端Ｙ側にはシャンク部３３が設けられ、シャンク部３３が加工装置（図示せず）に把持されてドリル３０が加工装置に装着される。ここで、第２の実施態様における第１端Ｘとは、回転軸Ｏにおいて、棒状のドリル３０（切削工具）の切刃３２側のことであり、第２端Ｙは、シャンク部３３側のことである。
　図１に示す被覆部材１の構成と合わせて、図６の構成を説明する。第２の実施態様によれば、ドリル３０は、基体２を有し、基体２の表面に被覆層３が位置している。被覆層３は、ドリル３０の第１端Ｘから溝３４が設けられた終端付近まで形成され、それよりも後方は、基体２がむき出しの状態となっている。
　なお、ドリル３０における外周側の部分は、ブラシ加工やブラスト加工等の研磨加工によって、被覆層３の表面を平滑にしてもよい。この場合でも、溝３４の表面は研磨されにくく、被覆層３の表面は平滑になりにくい。
　第２の実施態様によれば、第１端Ｘ側である切刃３２における被覆層３の厚み（図示せず）が、ドリル３０の先端から第２端Ｙ側に１０ｍｍの位置である後方部Ｚにおける被覆層３の厚みよりも厚い。これによって、切刃３２において被覆層３が摩滅することを抑制できるとともに、溝３４において被覆層３の平滑性を保ちやすくなる。ここで、切刃３２における被覆層３の膜厚ｔＸ（図示せず）と、ドリル３０の先端から１０ｍｍの位置である後方部Ｚにおける被覆層３の膜厚ｔＺ（図示せず）との比（ｔＺ／ｔＸ）の望ましい範囲は０．５～０．９であり、特に望ましい範囲は、０．６～０．９である。膜厚ｔＸの望ましい範囲は、５～１２μｍである。
　第２の実施形態では、切刃３２におけるダイヤモンド層４の第２測定点ＱにおけるＳＰ３比（Ｓ２ｅ）が、溝３４におけるダイヤモンド層４の第２測定点ＱにおけるＳＰ３比（Ｓ２ｇ）よりも高い。グラファイトはダイヤモンドに比べて摺動性がよいため、このような構成を満たしているときには、溝３４における被覆層３の切削抵抗を小さくできる。また、グラファイトは粒成長することがないので、グラファイトの含有割合が高くなると、被覆層３の表面粗さが小さく、平滑な表面になり、溝３４における被覆層３の切削抵抗をさらに小さくできる。さらに、グラファイトはダイヤモンドに比べて硬度が低いために、溝３４における被覆層３の硬度が低下し、切削加工の初期に被覆層３の表面がさらに平滑になって、切刃３２の中心部である回転軸Ｏ側における被覆層３の切削抵抗をさらに小さくできる。一方、切刃３２の外周部においては、被覆層３中のμｍオーダーのダイヤモンドの含有割合が高いので、被覆層３の硬度が向上し、被覆層３の耐摩耗性が向上する。
　また、切刃３２におけるダイヤモンド層４の第１測定点ＰのＳＰ３比（Ｓ１ｅ）が、溝３４におけるダイヤモンド層４の第１測定点ＰのＳＰ３比（Ｓ１ｇ）よりも高い。すなわち、溝３４においては、第１測定点ＰにおけるＳＰ３比が低いために、グラファイトの含有比率が高く、被覆層３が剥離しやすい。溝３４においては、凹凸の大きいダイヤモンド層４が除去されるため、切屑の通過による切削抵抗の増大を抑制することができる。
　また、溝３４における被覆層３の厚みが、切刃３２における被覆層３の厚みよりも薄くなっている。これによって、切削加工前の切刃３２および溝３４における被覆層３の表面粗さを適正化して、切削初期においても過剰に切削抵抗がかかることを抑制する。なお、第２の実施態様では、溝３４の表面に被覆層３がなく、溝３４の表面は基体２がむき出しであってもよい。
　第２の実施態様によれば、切刃３２における被覆層３の膜厚ｔｘ（図示せず）と溝３４における被覆層３の膜厚ｔｇとの比（ｔｇ／ｔｘ）が０．６～０．９である。これによって、切刃３２において被覆層３が摩滅することを抑制できるとともに、溝３４において被覆層３の平滑性を保つことができる。
　切刃３２における被覆層３の厚みは、図６のような側面にて切刃３２の中間位置において測定される被覆層３の厚みを指す。溝３４が被覆層３で被覆されている場合、溝３４における被覆層３の厚みは、回転軸Ｏと垂直な横断面における溝３４内の最深部での被覆層３の厚みを指す。溝３４内の最深部は、基体１の表面のうち、回転軸Ｏから最も短い距離にある位置を指す。回転軸Ｏを中心として、前記最も短い距離にある位置を通る円、すなわち、ドリル３０内に描ける最大の円の直径が芯厚である。
　なお、本実施形態の被覆部材のうち、回転軸Ｏを有する棒状のドリル３０を第２の実施態様として説明したが、これに限定されるものではなく、エンドミルやリーマ等の他の切削工具であってもよい。他にも、摺動部材や金型等の耐摩耗部材であってもよい。
　（製造方法）
　上述した第２の実施態様であるドリルの製造方法について説明する。
まず、基体を準備する。例えば、被覆工具がインサートの場合、焼成によって焼結体を作製した後、所望によって研磨加工を施して、インサート形状の基体を作製する。被覆工具がドリルの場合、円柱状の硬質合金の表面にセンタレス加工を施した後、刃付け加工をして、ドリルの形状の基体を作製する。所望によって、基体の切刃側に研磨加工を施す。
　次に、基体の表面に、酸処理およびアルカリ処理のエッチング処理をする。アルカリ処理を行う際には、超音波洗浄容器内でアルカリ処理を行うことによって、基体の表面に露出した主結晶相の表面に凹凸をつけることができる。エッチングした基体は水等で洗浄し、乾燥する。
　アルカリ処理を行う際には、超音波洗浄容器内にアルカリ性水溶液とダイヤモンド砥粒とを含むアルカリ溶液を入れ、超音波をかけることよって、基体２の表面に露出した主結晶相の表面に凹凸をつけることができる。エッチングした基体２は水等で洗浄し、乾燥する。このとき、超音波洗浄中にかける超音波のパワー、ダイヤモンド砥粒の粒径の調製、アルカリ処理の時間等によって、ダイヤモンド層のＳＰ３比の状態を調整することができるとともに、破断面におけるダイヤモンド結晶の粒径を制御することができる。
　次に、基体２の表面に、ダイヤモンド層４を成膜する。ダイヤモンド層４の成膜方法として、熱フィラメント方式のＣＶＤ法が好適に適応可能である。成膜方法の一例について図７を用いて説明する。図７に示す成膜装置４０はチャンバ４１を有し、チャンバ４１内には試料（エッチングした基体２）をセットする試料台４３が設けられている。本実施態様によれば、棒状の基体２は、先端部が上を向くように上下に立てた状態でセットされる。図７では基体２の刃付け部（切刃および切屑排出溝を含む部分）を略して記載している。
　そして、基体２の周囲にはフィラメント等のヒータ４４を配置する。ヒータ４４はチャンバ４１外に配置された電源４５に接続される。本実施態様によれば、複数のヒータ４４を用いて、これらの配置、および各ヒータ４４に供給する電流値を調整することによって、試料台４３にセットした棒状の基体２の温度を８５０℃～９３０℃に調整する。なお、ヒータ４４は支持体４８にて支持されている。
　図７に、ヒータ４４は基体２の長手方向に２本配置されている。また、図７のヒータ４４の配置を示す断面図である図８に示すように、ヒータ４４は基体２を挟むように配置されている。すなわち、基体２の周囲にヒータ４４は４本配置されている。
　チャンバ４１には、ガス供給口４６と、ガス排気口４７が設けられる。真空にしたチャンバ４１内に、ガス供給口４６から水素ガスとメタンガスを供給して、基体２に吹き付けることにより、ダイヤモンド層４を成膜することができる。
　上述した界面領域１０を有するダイヤモンド層４を形成する成膜条件として、以下に示す３つの成膜条件が挙げられる。第１の成膜条件によれば、図８に示すように、基体２との距離が異なる２本のヒータ４４（４４ａ、４４ｂ）を１組として配置されている。これらの配置、および各ヒータ４４に供給する電流値を調整する。基体２との距離が異なる２本のヒータ４４の電流値を成膜初期と成膜中期以降で変化させる。具体的には、成膜初期には基体に対する距離が近いヒータ４４ａを加熱して成膜した後、基体に対する距離が近いヒータ４４ａの加熱を止めて、成膜中期以降には基体に対する距離が遠いヒータ４４ｂを加熱してダイヤモンド層を成膜する。これによって、基体２の表面に成膜されるダイヤモンド層４のＳＰ３比を変化させることができる。
　本実施形態における第２の成膜条件では、ダイヤモンド層の成膜初期における成膜温度を成膜中期の成膜温度よりも高くして成膜する。本実施形態における第３の成膜条件では、成膜初期のメタンの混合比（体積％）を、成膜中期以降のメタンの混合比よりも低くなるように調整して成膜する。
　これら第１の成膜条件、第２の成膜条件、第３の成膜条件のいずれかによって、成膜中に発生するメチルラジカルの発生量および基体までの到達確率を調整することができて、ダイヤモンド層の第１測定点ＰにおけるＳＰ３比を、ダイヤモンド層の第２測定点ＱにおけるＳＰ３比よりも高くできる。なお、第１の成膜条件、第２の成膜条件、第３の成膜条件を組合せてもよい。
　金属コバルト（Ｃｏ）粉末を７．０質量％、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末を０．８質量％、残部が平均粒径０．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末の割合で添加、混合し、円柱形状に成型して焼成した。そして、センタレス加工および刃付け加工工程を経てエンドミル形状（エンドミル径６ｍｍ、芯厚３ｍｍ、刃長１０ｍｍ、２枚刃）の基体を作製した。
　その後、基体を酸溶液（塩酸に１５分間）、アルカリ溶液（村上試薬に５～３０秒）の順に浸漬してエッチング処理をした。なお、一部の試料については、アルカリエッチングする際に超音波洗浄機中にてパワー１００Ｗで３０分間の処理を行った。その後、蒸留水によって表面を洗浄して、エンドミル基体を作製した。
　その基体を図７に示す成膜装置にセットして、熱フィラメントＣＶＤ法により、基体の表面にダイヤモンド層を成膜した。成膜装置は、直径２５ｃｍφ、高さ２０ｃｍの反応チャンバ内に、太さ０．４ｍｍφのタングステンフィラメントを配置した。具体的には基体からの距離が異なる２本のフィラメントを１組として、先端側に１組、基体を挟むように側面に２組、合計６本を配置した。界面領域、中間領域、表面領域における成膜温度を表１に記載した。エンドミル形状の基体は、先端が上を向くように立てた状態でセットされた。そして、真空中で、反応ガス組成：メタン（４容量％）＋水素（残）を供給口より反応炉に導入して、ダイヤモンド層を成膜した。なお、試料Ｎｏ．１においては、成膜初期のメタン含有比を２容量％とした。
　成膜されたダイヤモンド層について、エンドミルの先端から根元までの切刃長さの中間位置において切断して、その断面について、第１測定点Ｐ、第２測定点Ｑ、第３測定点Ｒにてラマン散乱分光を行い、ＳＰ３ピークのピーク強度ＳＰ３と、ＳＰ２ピークのピーク強度ＳＰ２強度比からＳＰ３比（ＳＰ３強度／（ＳＰ３強度＋ＳＰ２強度））を算出した。また、エンドミルの表面に成膜されたダイヤモンド層をＳＥＭ観察して、ルーゼックス解析法を用いて切刃におけるダイヤモンド結晶の平均粒径を求めた。
　さらに、ダイヤモンド層の破断面をＳＥＭ観察して、界面領域および中間領域の厚みを測定した。また、このＳＥＭ観察から、基体とダイヤモンド層との界面をなぞって、その軌跡をＪＩＳＢ０６０１に基づく最大高さＲｙを算出し、界面粗さとした。さらに、ＥＰＭＡ分析から、エンドミルの基体の表面に基体側界面領域が存在するか否かを観察し、基体の表面から５００μｍの深さのコバルト含有量に比べてコバルト含有量が５質量％以上減少している領域の厚みを見積もった。また、基体側界面領域がある場合には、ＴＥＭ分析においてコバルトの存在形態を確認し、粒状で存在する粒状コバルト粒子の有無を確認した。結果を表１－３に示した。
　さらに、得られたエンドミルを用いて以下の切削条件にて切削試験を行い、切削性能を評価した。結果は表３に記載した。
切削方法：溝加工
被削材　：ＣＦＲＰ
切削速度（送り）：１２０ｍｍ／分
送り　　：０．０７５ｍｍ／刃
切り込み：深さ８ｍｍ、加工径φ６ｍｍ
切削状態：乾式
評価方法：切削長、および加工不能になった時点でのエンドミルの状態（表中、切刃状態と記載）を確認。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表１－３より、ダイヤモンド層の第１測定点Ｐと第２測定点ＱにおけるＳＰ３比が同じ試料Ｎｏ．Ｉ－９では、試料Ｎｏ．Ｉ－１０ではダイヤモンド層の耐欠損性が悪くなって切刃に欠損が発生した。
　これに対して、本発明の範囲内である試料Ｎｏ．Ｉ－１～８では、いずれも切削長が長かった。特に、比（ｄ２／ｄ１）が１．０～１．２である試料Ｎｏ．Ｉ－１～５では、加工長が多かった。
　また、ダイヤモンド層の第１測定点Ｐにおける残留応力が圧縮応力であり、かつ第２測定点Ｑにおける残留応力が引張応力である試料Ｎｏ．Ｉ－１～４では、切削長が長かった。また、基体を構成する主結晶相のうちの界面に位置する主結晶相が、ダイヤモンド層との対向面に凹みを有する試料Ｎｏ．Ｉ－１～４、Ｉ－６～８では、ダイヤモンド層の密着性が高く、切削終了時の切刃にチッピングが見られず、安定した切削ができた。さらに、基体とダイヤモンド層との界面粗さが０．０１μｍ～０．５μｍであり、基体の表面から５００μｍの深さにおけるコバルトの含有量に対して、基体５の表面からの厚みが０．５μｍ～５μｍの深さにおけるコバルトの含有量が少ない基体側界面領域を有するとともに、基体側界面領域に存在するコバルトが粒状として存在する試料Ｎｏ．Ｉ－１～４、Ｉ－６～８では、ダイヤモンド層の密着性がよく、切削終了時に切刃に異常なチッピングが見られなかった。
　さらに、ダイヤモンド層が、界面領域の厚みｔ１が０．１μｍ～２μｍであるとともに、界面領域の厚みｔ１と、中間領域の厚みｔ２との比（ｔ２／ｔ１）が２～５０である試料Ｎｏ．１～７では、加工長が長かった。さらに、ダイヤモンド層の表面側の第３測定点ＲにおけるＳＰ３比が、第２測定点ＱにおけるＳＰ３比よりも低い、つまりＳＰ３比が低い第３ダイヤモンド層を有する試料Ｎｏ．Ｉ－１～６、８では、切削終了時に切刃に多量の溶着が見られなかった。
　平均粒径０．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末に対して、金属コバルト（Ｃｏ）粉末を１０質量％、炭化チタン（ＴｉＣ）粉末を０．２質量％、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末を０．８質量％の割合で添加、混合し、円柱形状に成型して焼成した。そして、センタレス加工と刃付け加工を経てドリル形状にした後、実施例１と同じ条件で、酸処理、アルカリ処理を施した。その後、蒸留水にて基体の表面を洗浄してドリル基体（直径６ｍｍ、刃長１０ｍｍ、芯厚３ｍｍ、２枚刃）を作製した。アルカリ処理の際には、超音波洗浄機の容器内に、平均粒径５μｍのダイヤモンド砥粒を入れたアルカリ性水溶液を準備し、ドリル基体を浸漬し、表１に示すパワーと時間で超音波洗浄をする条件で処理した。基体の界面粗さは、センタレス加工条件、酸素処理条件を変えることによって調整した。
　実施例１と同じ成膜装置にて、上記基体の表面にダイヤモンド層を成膜した。成膜時の導入ガスは、ドリル基体を９００℃に加熱して、真空中で、初期５分の反応ガス組成：水素（９７容量％）＋メタン（１容量％）、中期の反応ガス組成：水素（９７容量％）＋メタン（３容量％）、後期１０分の反応ガス組成：水素（９７容量％）＋メタン（５容量％）とした。成膜された被覆層について、ドリルの先端の切刃と溝において、ダイヤモンド層の基体の端部側と中間位置におけるラマン散乱分光で測定し、ＳＰ３比（Ｓ１ｅ、Ｓ１ｇ、Ｓ２ｅ、Ｓ２ｇ）を見積もった。
　また、ドリルの破断面について、被覆層をＳＥＭ観察して、ルーゼックス解析法を用いて、最大ダイヤモンド結晶の粒径Ｄｄ、炭化タングステン結晶の平均粒径ｄＷ、その比（Ｄｄ／ｄＷ）を求めた。さらに、ドリルの先端および先端から１０ｍｍ後方の位置における被覆層の断面をＳＥＭ観察して、被覆層の厚みを測定した。また、このＳＥＭ観察から、基体とダイヤモンド層との界面をなぞって、その軌跡をＪＩＳＢ０６０１に基づく最大高さＲｙを算出し、界面粗さとした。さらに、実施例１と同様に確認したところ、基体側界面領域は３．０μｍであった。
　さらに、実施例１と同様にして、界面領域、中間領域および表面領域の厚みを測定した。また、基体に基体側界面領域がある場合には、ＴＥＭ分析において基体側界面領域中に存在するコバルトの存在形態を確認し、粒状コバルト粒子の有無を確認した。結果を表４、５に示した。
　また、得られたドリルを用いて以下の切削条件にて切削試験を行い、切削性能を評価した。結果は表５に記載した。
切削方法：穴あけ（通り穴）
被削材　：ＣＦＲＰ
切削速度（送り）：１００ｍｍ／分
送り　　：０．０７５ｍｍ／刃
切り込み：深さ８ｍｍ、加工径φ６ｍｍ
切削状態：乾式
評価方法：１５００穴加工後の切刃の先端摩耗幅（表中、摩耗幅と記載）、バリが発生した加工長を測定するとともに、加工不能になった時点でのドリルの状態を確認。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表４、５より、切刃および溝において、切刃でのダイヤモンド層の第１測定点ＰにおけるＳＰ３比Ｓ１ｅが、第２測定点ＱにおけるＳＰ３比Ｓ２ｅと同じ試料Ｎｏ．II－９－１１では、切削長が短かった。
　これに対して、Ｓ１ｅがＳ２ｅよりも高い試料Ｎｏ．II－１～８では、切削長が長かった。特に、Ｓ１ｅが１．１～１．８であり、Ｓ２ｅが１．０～１．５である試料Ｎｏ．II－１～７では、耐摩耗性が高く、ダイヤモンド層との界面における粗さが０．１２～０．８μｍである試料Ｎｏ．II－１～６では、切削長が長いものであった。
１　　被覆部材
２　　基体
３　　被覆層
４　　ダイヤモンド層
６　　ダイヤモンド結晶
６ａ　最大ダイヤモンド結晶
６ｂ　微細ダイヤモンド結晶
８　　主結晶相
１０　界面領域
１２　中間領域
１４　表面領域
１５　基体側界面領域
１７　粒状コバルト粒子

Claims (14)

  1. 　基体と、該基体に隣接して位置するダイヤモンド層とを備えて、ラマン分光分析によって測定されるダイヤモンド結晶に由来するＳＰ３ピークとグラファイト相に由来するＳＰ２ピークから求められる比（ＳＰ３／ＳＰ２）をＳＰ３比としたとき、前記基体と前記ダイヤモンド層との界面から前記ダイヤモンド層側に１μｍまでの厚みの第１測定点のＳＰ３比が、前記ダイヤモンド層の厚み方向の中間である第２測定点のＳＰ３比よりも高い被覆部材。
  2. 　前記ダイヤモンド層の前記第１測定点におけるＳＰ３比が１．１～１．８であり、前記ダイヤモンド層の前記第２測定点におけるＳＰ３比が１．０～１．５である請求項１記載の被覆部材。
  3. 　前記第１測定点における残留応力が圧縮応力であり、かつ前記第２測定点における残留応力が引張応力である請求項１または２記載の被覆部材。
  4. 　前記基体および前記ダイヤモンド層を含む破断面において、該ダイヤモンド層の厚み方向についてダイヤモンド結晶の粒径を比較したとき、粒径が最も大きい最大ダイヤモンド結晶が存在する、前記第１測定点を含む界面領域を有する界面領域を有する請求項１乃至３のいずれか記載の被覆部材。
  5. 　前記界面領域が、０．３～２μｍの厚みで存在する請求項４記載の被覆部材。
  6. 　前記ダイヤモンド層の破断面における前記最大ダイヤモンド結晶は、前記ダイヤモンド層の厚み方向が長径であり、アスペクト比が１．８以上である請求項４または５記載の被覆部材。
  7. 　前記ダイヤモンド層の破断面における前記最大ダイヤモンド結晶の粒径が０．１５～０．５μｍである請求項４乃至６のいずれか記載の被覆部材。
  8. 　前記ダイヤモンド層の厚みが３～２０μｍである請求項１乃至７のいずれか記載の被覆部材。
  9. 　前記基体および前記ダイヤモンド層を含む研磨面において、該ダイヤモンド層の厚み方向についてダイヤモンド結晶の粒径を比較したとき、前記界面領域におけるダイヤモンド結晶の平均粒径ｄ１と、前記界面領域に隣接する、前記第２測定点を含む中間領域におけるダイヤモンド結晶の平均粒径ｄ２との比（ｄ２／ｄ１）が１．０～１．２である請求項４乃至８のいずれか記載の被覆部材。
  10. 　前記基体および前記ダイヤモンド層を含む研磨面において、前記界面に位置する前記基体を構成する主結晶相が、前記ダイヤモンド層との対向面に凹みを有する請求項１乃至９のいずれか記載の被覆部材。
  11. 　前記基体がコバルトを含有するとともに、前記界面から０．５μｍ～５μｍの基体側界面領域は、前記コバルトの含有量が前記界面から５００μｍの位置より少なく、前記基体側界面領域において前記コバルトが粒状で存在する請求項１乃至１０のいずれか記載の被覆部材。
  12. 　前記界面における界面粗さが０．１２～０．８μｍである請求項１乃至１１のいずれか記載の被覆部材。
  13. 　前記ダイヤモンド層は、前記ダイヤモンド層の表面から１μｍまでの厚みの第３測定点のＳＰ３比が、前記第２測定点のＳＰ３比よりも低い請求項１乃至１２のいずれか記載の被覆部材。
  14. 　前記基体および前記ダイヤモンド層を含む研磨断面において、該ダイヤモンド層の厚み方向についてダイヤモンド結晶の粒径を比較したとき、ダイヤモンド結晶が前記第２測定点よりも小さい、前記第３測定点を含む表面領域が存在し、該表面領域の厚みが０．１μｍ～２μｍである請求項１３記載の被覆部材。
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