JP2584467B2

JP2584467B2 - ダイヤモンド膜付超硬合金の製造方法

Info

Publication number: JP2584467B2
Application number: JP63024832A
Authority: JP
Inventors: 利通伊藤; 聡飯尾; 正一渡辺
Original assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd; Nippon Tokushu Togyo KK
Current assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd; Nippon Tokushu Togyo KK
Priority date: 1988-02-04
Filing date: 1988-02-04
Publication date: 1997-02-26
Anticipated expiration: 2012-02-26
Also published as: JPH01201476A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明はダイヤモンド膜付超硬合金の製造方法に関
し、さらに詳しく言うと、たとえばバイト、エンドミ
ル、ドリル、カッターなどの各種切削工具等に好適なダ
イヤモンド膜付超硬合金の製造方法に関する。

［従来の技術およびその問題点］従来から、バイト、エンドミル、カッター等の各種切
削工具の分野においては、超硬合金からなる切削工具の
保護膜としてダイヤモンド膜を用いることにより、耐摩
耗性に優れた切削工具が得られることから、超硬合金上
にダイヤモンド膜を形成してなる切削工具の需要が高ま
りつつある。

そして、従来、超硬合金上にダイヤモンド膜を形成さ
せる方法としては、たとえば、ダイヤモンド膜の形成に
先立って超硬合金にイオンエッチング処理を施すことに
より超硬合金の表面を活性化してから、この超硬合金と
活性化した原料ガスとを接触させる方法（特開昭60−20
4695号公報参照。）、あるいはサーメットからなる基板
上にダイヤモンド膜の形成を行なうに先立ってサーメッ
トをたとえば酸溶液でエッチング処理して表面の結合相
を除去してから、このサーメットと活性化した原料ガス
とを接触させる方法（特開昭61−52363号公報参照。）
などが提案されている。

しかしながら、これらの方法で得られるダイヤモンド
膜を形成してなる超硬合金を用いた切削工具において
は、依然として切刃の摩耗、チッピング（一部欠損）が
見られ、ダイヤモンド膜の密着性は未だ充分とは言いが
たいという問題がある。

この発明の目的は、前記問題点を解決し、超硬合金上
に強固に密着したダイヤモンド膜を形成してなるダイヤ
モンド膜付超硬合金の製造方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］前記問題点を解決するために、この発明者等が鋭意研
究を重ねた結果、特定の範囲の一酸化炭素および水素ガ
スを活性化してなるプラズマガスを、超硬合金に接触さ
せると、この超硬合金上にダイヤモンド膜が強固に密着
してなるダイヤモンド膜付超硬合金が得られることを見
い出してこの発明に到達した。

すなわち、この発明の構成は、超硬合金上にダイヤモ
ンド膜を形成させる方法において、２〜30モル％の一酸
化炭素および水素ガスを含み、かつ超硬合金を構成する
元素のうち炭素以外の元素を実質的に含まない原料ガス
を活性化して得られるガスを、超硬合金に接触させるこ
とを特徴とするダイヤモンド膜付超硬合金の製造方法。

この発明の方法において、前記超硬合金はダイヤモン
ド膜を形成させる基材として用いる。

使用に供される超硬合金には特に制限はなく、たとえ
ばWC−Co系合金、WC−TiC−Co系合金、WC−TiC−TaC−C
o系合金などの中から適宜に選択して用いることができ
る。

この発明の方法においては、前記超硬合金に、２〜30
モル％の一酸化炭素および水素ガスを含み、かつ上記超
硬合金を構成する元素のうち炭素以外の元素を実質的に
含まない原料ガスを活性化して得られるガスを接触させ
る。

なお、前記原料ガスには、本発明の目的を阻害しない
範囲で不活性ガスを含有してもよい。

使用に供する前記一酸化炭素としては特に制限がな
く、たとえば石炭、コークスなどと空気または水蒸気を
熱時反応させて得られる発生炉ガスや水性ガスを充分に
精製したものを用いることができる。

使用に供する前記水素としては、特に制限がなく、た
とえば石油類のガス化、天然ガス、水性ガスなどの変
成、水の電解、鉄と水蒸気との反応、石炭の完全ガス化
などにより得られるものを充分に精製したものを用いる
ことができる。

この発明の方法においては、原料ガスとして一酸化炭
素ガスの含有量が２〜30モル％、好ましくは３〜25モル
％、さらに好ましくは５〜20モル％となる割合で、含有
する混合ガスを励起して得られるガスを、超硬合金に接
触させることにより、超硬合金上にダイヤモンド膜を密
着性良く堆積させることができる。

前記混合ガス中の一酸化炭素ガスの含有量が２モル％
よりも少ないと、一酸化炭素の超硬合金に対するエッチ
ング効果が乏しく、一酸化炭素ガスの含有量が30モル％
を超えると超硬合金が激しくエッチングされてダイヤモ
ンド膜の密着性が悪くなる。

本発明において、一酸化炭素を前記特定の範囲に限定
することによって、ダイヤモンド膜と超硬合金との密着
性が向上する理由としては、超硬合金に対して適度のエ
ッチングが行われることによりダイヤモンド膜と超硬合
金との間にそれぞれの成分の混合層が形成されて、ダイ
ヤモンド層と超硬合金との強固な結合が得られるものと
推考される。

本明細書において比較例３〜５に示されるように、一
酸化炭素に代えて他の炭素含有ガス、例えばメタンを用
いた場合には、得られるダイヤモンド膜と超硬合金との
密着性が悪くなるという問題がある。

水素ガスは前記一酸化炭素ガスの希釈ガスとして、ま
た原料ガスをプラズマ分解するときにはプラズマ発生用
ガスとして用いられるのであるが、ダイヤモンド形成の
ときに、超硬合金の表面に形成されるかもしれないＣ−
Ｈ結合を切断してダイヤモンドの形成を促進する機能も
有している。

この水素ガスを用いる場合の前記原料ガスにおける水
素ガスの濃度は98〜70モル％、好ましくは97〜75モル
％、さらに好ましくは95〜80モル％である。

不活性ガスは前記一酸化炭素ガスと水素ガスとの混合
ガスのキャリヤーガスとして用いることができる。

この不活性ガスとしては、たとえば窒素ガス、アルゴ
ンガス、ネオンガス、キセノンガスなどが挙げられる。

前記原料ガスの活性化手段としては、ダイヤモンドの
合成に従来より慣用されている各種の方法の中から任意
の方法を用いることができる。

具体的には、たとえば直流電圧を電極間に印加してプ
ラズマ分解する方法、高周波を印加してプラズマ分解す
る方法、マイクロ波を印加してプラズマ分解する方法、
あるいはプラズマ分解をイオン室またはイオン銃で行な
わせ、電界によりイオンを引出すイオンビーム法などの
各種プラズマ分解法、熱フィラメントによる加熱により
熱分解する熱分解法などが挙げられる。これらの中で
も、好ましいのは各種プラズマ分解法である。

この発明の方法においては、通常、以下の条件下に、
超硬合金からなる基板上にダイヤモンド膜が形成され
る。

すなわち、前記超硬合金からなる基板表面の温度は、
前記原料ガスの活性化手段により異なるので、一概に決
めることはできないが、たとえばプラズマ分解による場
合には、通常、400〜1,200℃、好ましくは450〜1,100℃
である。この温度が400℃よりも低いと、ダイヤモンド
膜の形成速度が遅くなることがある。一方、1,200℃を
超えると、超硬合金上に堆積したダイヤモンド膜がエッ
チングにより削り取られてしまい結果的にダイヤモンド
膜の形成が遅くなることがある。

反応圧力は10^-3torr〜10³torr、好ましくは１〜800to
rrである。反応圧力が10^-3torrよりも低いと、ダイヤモ
ンド膜の形成速度が遅くなることがある。一方、10³tor
rより高くしてもそれに相当する効果は奏されず、場合
によってはダイヤモンド膜の形成速度の低下を招くこと
がある。

反応時間は所望のダイヤモンド膜の膜厚およびダイヤ
モンド膜の形成速度により適宜に設定することができ
る。

さらに、前記原料ガスをプラズマ分解する場合のプラ
ズマ出力は、通常、0.1kw以上である。プラズマ出力が
0.1kw未満であると、プラズマが充分に発生しないこと
がある。

以上の条件下での反応は、たとえば第１図に示したよ
うな反応装置を用いて行なうことができる。

第１図は、この発明の方法に用いることのできる反応
装置の概念図である。

すなわち、一酸化炭素ガスおよび水素ガスを含む原料
ガスは、原料ガス導入口１から、反応容器２内へ導入さ
れる。この反応容器２内へ導入された原料ガスは導波管
３により導出されるマイクロ波あるいは高周波によりプ
ラズマ分解されて活性化し、この活性化したガスに含ま
れる励起状態の炭素が、超硬合金からなる基板上に堆積
してダイヤモンド膜を形成する。

この発明の方法により得ることのできるダイヤモンド
膜付超硬合金は、たとえばバイト、カッター、エンドミ
ル等の各種切削工具に好適に利用することができる。

［実施例］次いで、この発明の実施例および比較例を示し、この
発明についてさらに具体的に説明する。

（実施例１〜６）超硬合金からなる切削チップ（JIS K 10 SPGN422）を
基板として反応室内に設置し、基板温度900℃、反応室
内の圧力50torrの条件下に、周波数2.45GHzのマイクロ
波電源の出力を400Wに設定するとともに、反応室内への
原料ガス流量を表１に示した値に設定し、反応を表示の
時間行なって、前記温度に制御した基板上に平均膜厚６
μｍの堆積物を得た。

得られた堆積物について、ラマン分光分析を用いて結
晶性を評価し、また、切削性能を調べた。結果を第１表
に示す。

さらに、このダイヤモンド膜を形成してなる切削チッ
プについて、以下の条件下に切削試験を行なった。

結晶性評価；ラマン分光分析切削性評価；下記条件で試験した後、刃先のSEM観察を
行なった。

被削材;Al−８重量％Si合金．切削速度;800m/分．送り;0.1mm/rev. 切込み;0.25mm. 切削時間;10分間．試験後、被切削材溶着物を稀塩酸で除去し、切削チッ
プの切刃の状態を走査型電子顕微鏡（日本電子（株）
製、JSM840）で観察したところ、摩耗もチッピングも見
られず、正常であることを確認した。

（比較例１および２）実施例１において、一酸化炭素の濃度を、第１表に示
すような、本発明における数値範囲外にした以外は同様
に処理して超硬工具を得た。

得られた超硬工具について実施例１と同様の試験を行
なった。結果を第１表に併せて示す。

（比較例３〜５）前記実施例１において、原料ガスとしてCH₄とH₂とを
用いたほかは、前記実施例１と同様にしてダイヤモンド
膜の形成を行なって平均膜厚６μｍのダイヤモンド膜を
得るとともに、前記実施例１と同様の条件で切削試験を
行なった。

結果を第２表に示す。

その結果、切削チップの刃先にはダイヤモンド膜の剥
離現象が見られ、この比較例で得られたダイヤモンド膜
の密着性が劣っていることを確認した。

［発明の効果］この発明によると、従来の方法に比較して密着性に優
れたダイヤモンド膜を超硬合金上に形成することがで
き、バイト、エンドミル、カッター、ドリル等に好適な
耐摩耗性に優れたダイヤモンド膜付超硬合金を製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に用いられる反応装置の概念図であ
る。１……原料ガス導入口２……反応容器、３……導波管４……基材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺正一愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (56)参考文献特開昭61−106494（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超硬合金上にダイヤモンド膜を形成させる
方法において、２〜30モル％の一酸化炭素および水素ガ
スを含み、かつ超硬合金を構成する元素のうち炭素以外
の元素を実質的に含まない原料ガスを活性化して得られ
るガスを、超硬合金に接触させることを特徴とするダイ
ヤモンド膜付超硬合金の製造方法。