JP2734157B2 - ダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金切削工具の製造法 - Google Patents
ダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金切削工具の製造法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、炭化タングステン（以下、WCと記す）基
超硬合金基体の表面に、均一で付着強度の高い人工ダイ
ヤモンドを析出させてなるダイヤモンド被覆炭化タング
ステン基超硬合金切削工具の製造法に関するものであ
る。
超硬合金基体の表面に、均一で付着強度の高い人工ダイ
ヤモンドを析出させてなるダイヤモンド被覆炭化タング
ステン基超硬合金切削工具の製造法に関するものであ
る。
一般に、結合相形成成分としてCo:1〜25重量％を含有
し、残りが分散相形成成分としてWCと不可避不純物から
なる組成を有するWC基超硬合金基体表面に気相合成法に
より人工ダイヤモンドを析出させ、ダイヤモンド被覆WC
基超硬合金切削工具を製造する方法は知られており、上
記人工ダイヤモンドをWC基超硬合金基体表面に均一に強
固に密着させて工具寿命を延ばす工夫もいろいろなされ
ている。例えば、 （ａ） WC基超硬合金基体表面を砥石または砥粒を用い
て研摩し、WC基超硬合金基体表面粗さを平均:1.0μｍ以
下に制御し、人工ダイヤモンドを上記基体表面に強固に
密着させる方法（特開昭61−124573号公報参照）、 （ｂ） WC基超硬合金基体を化学エッチングすることに
より基体表面のCOを除去し、WCをCoよりも0.05〜0.5μ
ｍの段差で突き出したWC基超硬合金基体表面を形成し、
基体表面のWCに人工ダイヤモンド被膜が一層付きやすく
する方法（特開昭63−14869号公報参照）、 （ｃ） 表面研削したWC基超硬合金基体を熱処理するこ
とによりWC基超硬合金基体の表面粗さを0.3〜３μｍと
し、基体表面に形成された人工ダイヤモンドの耐剥離性
を向上させる方法（特開平１−246361号公報参照）、 などの方法が提案されている。
し、残りが分散相形成成分としてWCと不可避不純物から
なる組成を有するWC基超硬合金基体表面に気相合成法に
より人工ダイヤモンドを析出させ、ダイヤモンド被覆WC
基超硬合金切削工具を製造する方法は知られており、上
記人工ダイヤモンドをWC基超硬合金基体表面に均一に強
固に密着させて工具寿命を延ばす工夫もいろいろなされ
ている。例えば、 （ａ） WC基超硬合金基体表面を砥石または砥粒を用い
て研摩し、WC基超硬合金基体表面粗さを平均:1.0μｍ以
下に制御し、人工ダイヤモンドを上記基体表面に強固に
密着させる方法（特開昭61−124573号公報参照）、 （ｂ） WC基超硬合金基体を化学エッチングすることに
より基体表面のCOを除去し、WCをCoよりも0.05〜0.5μ
ｍの段差で突き出したWC基超硬合金基体表面を形成し、
基体表面のWCに人工ダイヤモンド被膜が一層付きやすく
する方法（特開昭63−14869号公報参照）、 （ｃ） 表面研削したWC基超硬合金基体を熱処理するこ
とによりWC基超硬合金基体の表面粗さを0.3〜３μｍと
し、基体表面に形成された人工ダイヤモンドの耐剥離性
を向上させる方法（特開平１−246361号公報参照）、 などの方法が提案されている。
しかし、上記従来の製造法により製造されたダイヤモ
ンド被覆WC基超硬合金切削工具は、WC基超硬合金基体表
面に対するダイヤモンド被覆層の密着強度は十分でな
く、なお一層密着強度の優れたダイヤモンド被覆WC基超
硬合金切削工具が求められていた。
ンド被覆WC基超硬合金切削工具は、WC基超硬合金基体表
面に対するダイヤモンド被覆層の密着強度は十分でな
く、なお一層密着強度の優れたダイヤモンド被覆WC基超
硬合金切削工具が求められていた。
そこで、本発明者等は、ダイヤモンド被覆層のWC基超
硬合金基体表面に対する密着強度を向上せしめるべく研
究を行った結果、 WC基超硬合金基体の表面を研削する工程、 この表面研削したWC基超硬合金基体を非酸化性雰囲気
中で熱処理する工程、 この熱処理されたWC基超硬合金基体を化学エッチング
法により基体表面から３μｍ以上の深さにわたってCoを
除去し、Co不足層を形成する工程、 この表面Coが除去されたWC基超硬合金基体を微細硬質
粒子が浮遊分散した分散液中に浸漬し、この分散液に超
音波を作用させて上記表面Coが除去されたWC基超硬合金
基体表面を活性化させる工程、 上記表面活性化したWC基超硬合金基体表面に気相合成
法により人工ダイヤモンドを被覆する工程、 表面に人工ダイヤモンドを被覆したWC基超硬合金基体
を真空雰囲気中で熱処理する工程、 の各工程を経て製造されたダイヤモンド被覆WC基超硬合
金切削工具のダイヤモンド被覆層の密着強度は優れてい
るという知見を得たのである。
硬合金基体表面に対する密着強度を向上せしめるべく研
究を行った結果、 WC基超硬合金基体の表面を研削する工程、 この表面研削したWC基超硬合金基体を非酸化性雰囲気
中で熱処理する工程、 この熱処理されたWC基超硬合金基体を化学エッチング
法により基体表面から３μｍ以上の深さにわたってCoを
除去し、Co不足層を形成する工程、 この表面Coが除去されたWC基超硬合金基体を微細硬質
粒子が浮遊分散した分散液中に浸漬し、この分散液に超
音波を作用させて上記表面Coが除去されたWC基超硬合金
基体表面を活性化させる工程、 上記表面活性化したWC基超硬合金基体表面に気相合成
法により人工ダイヤモンドを被覆する工程、 表面に人工ダイヤモンドを被覆したWC基超硬合金基体
を真空雰囲気中で熱処理する工程、 の各工程を経て製造されたダイヤモンド被覆WC基超硬合
金切削工具のダイヤモンド被覆層の密着強度は優れてい
るという知見を得たのである。
この発明は、かかる知見にもとづいてなされたもの
で、この発明で用いるWC基超硬合金基体は、結合相形成
成分としてCo:1〜25重量％を含有し、残りWCおよび不可
避不純物からなる通常のWC基超硬合金であり、このWC基
超硬合金基体を表面粗さが平均1.0μｍ以下となるよう
に研削する。
で、この発明で用いるWC基超硬合金基体は、結合相形成
成分としてCo:1〜25重量％を含有し、残りWCおよび不可
避不純物からなる通常のWC基超硬合金であり、このWC基
超硬合金基体を表面粗さが平均1.0μｍ以下となるよう
に研削する。
この表面研削されたWC基超硬合金を、非酸化性雰囲気
中、1000〜1500℃の所定の温度に所定時間保持の熱処理
を施したのち、化学エッチング法によりCoのみを溶出
し、基体表面から深さ３μｍ以上にわたってCoを除去
し、Co不足層を形成する。この場合、表面研削されたWC
基超硬合金基体の研削面を直接化学エッチングするより
も上記熱処理したのち化学エッチングする方がエッチン
グ速度が向上するので好ましい。
中、1000〜1500℃の所定の温度に所定時間保持の熱処理
を施したのち、化学エッチング法によりCoのみを溶出
し、基体表面から深さ３μｍ以上にわたってCoを除去
し、Co不足層を形成する。この場合、表面研削されたWC
基超硬合金基体の研削面を直接化学エッチングするより
も上記熱処理したのち化学エッチングする方がエッチン
グ速度が向上するので好ましい。
一般に、WC基超硬合金基体を化学エッチング法により
結合相形成成分であるCoを除去し、基体表面にWCを突き
出し、このWCに気相合成法により人工ダイヤモンドを被
覆形成させる方法は上記〔従来の技術〕（ｂ）で述べた
如く公知ではあるが、上記従来法によるCo不足層の深さ
は0.5μｍ以下であり、この程度のCo不足層を形成して
もダイヤモンド被覆に悪影響を及ぼすCoの影響は回避で
きない。したがって、この発明では、化学エッチング法
により形成されるCo不足層の厚さを３μｍ以上とした。
上記Co不足層の厚さを３μｍ以上とするとWC基超硬合金
最表面のCo量は極めて微量となりダイヤモンド析出形成
に及ぼすCoの悪影響を軽減することができる。
結合相形成成分であるCoを除去し、基体表面にWCを突き
出し、このWCに気相合成法により人工ダイヤモンドを被
覆形成させる方法は上記〔従来の技術〕（ｂ）で述べた
如く公知ではあるが、上記従来法によるCo不足層の深さ
は0.5μｍ以下であり、この程度のCo不足層を形成して
もダイヤモンド被覆に悪影響を及ぼすCoの影響は回避で
きない。したがって、この発明では、化学エッチング法
により形成されるCo不足層の厚さを３μｍ以上とした。
上記Co不足層の厚さを３μｍ以上とするとWC基超硬合金
最表面のCo量は極めて微量となりダイヤモンド析出形成
に及ぼすCoの悪影響を軽減することができる。
つぎに、表面にCo不足層を有するWC基超硬合金基体
を、平均粒径:10〜30μｍの硬質粒子が分散した分散液
に浸漬し、この分散液に超音波を作用させて上記Co不足
層中のWC粒表面を活性化させる。この活性化処理を行う
と、非常に均質な密着性の良い残留応力の少ないダイヤ
モンド膜が形成される。
を、平均粒径:10〜30μｍの硬質粒子が分散した分散液
に浸漬し、この分散液に超音波を作用させて上記Co不足
層中のWC粒表面を活性化させる。この活性化処理を行う
と、非常に均質な密着性の良い残留応力の少ないダイヤ
モンド膜が形成される。
このようにして作製されたダイヤモンド被覆WC基超硬
合金を切削工具として用いても、３μｍ以上の厚さのCo
不足層があるとWC粒子の結合強度が低下し、切削中にWC
粒子が脱落することによりダイヤモンドも剥離する。そ
のため、上記Co不足層を有するダイヤモンド被覆WC基超
硬合金を１×10-5Torr以上の高真空中、液相が発生しな
い温度以下の温度（好ましくは、600〜900℃）で熱処理
することが必要である。かかる高真空中で熱処理するこ
とによりWC基超硬合金基体内部のCoが表面に向って固相
拡散し、Co不足層が消滅し、WC粒子の脱落によるダイヤ
モンドの剥離も解消される。この場合の熱処理雰囲気は
真空雰囲気であることが必要であり、例えば水素雰囲気
で行っても基体内部のCoは表面に向って移動しない。ま
た、この熱処理温度は液相が発生しない温度以下の温度
で行う必要があり、液相が発生する温度ではCoがダイヤ
モンドを食刻するので好ましくない。
合金を切削工具として用いても、３μｍ以上の厚さのCo
不足層があるとWC粒子の結合強度が低下し、切削中にWC
粒子が脱落することによりダイヤモンドも剥離する。そ
のため、上記Co不足層を有するダイヤモンド被覆WC基超
硬合金を１×10-5Torr以上の高真空中、液相が発生しな
い温度以下の温度（好ましくは、600〜900℃）で熱処理
することが必要である。かかる高真空中で熱処理するこ
とによりWC基超硬合金基体内部のCoが表面に向って固相
拡散し、Co不足層が消滅し、WC粒子の脱落によるダイヤ
モンドの剥離も解消される。この場合の熱処理雰囲気は
真空雰囲気であることが必要であり、例えば水素雰囲気
で行っても基体内部のCoは表面に向って移動しない。ま
た、この熱処理温度は液相が発生しない温度以下の温度
で行う必要があり、液相が発生する温度ではCoがダイヤ
モンドを食刻するので好ましくない。
つぎに、この発明を実施例にもとづいて具体的に説明
する。
する。
原料粉末として、いずれも0.5〜10μｍの範囲内の所
定の平均粒径を有するWC粉末およびCo粉末を用意し、こ
れら原料粉末を、 Co:6重量％、残り:WC となるように配合し、ボールミルで72時間湿式混合し、
乾燥したのち、1.5ton/cm2の圧力で圧粉体にプレス成形
し、この圧粉体を１×10-3Torrの真空中、1350〜1500℃
の範囲内の所定の温度に90分間保持の条件で焼結し、上
記配合組成と実質的に同一の成分組成をもったWC基超硬
合金基体を製造し、この基体表面に上下面および外周研
削機を用いて研削加工を施し、その形状をCIS（超硬工
具協会）規格SPP422のスローアウェイチップに形成し
た。
定の平均粒径を有するWC粉末およびCo粉末を用意し、こ
れら原料粉末を、 Co:6重量％、残り:WC となるように配合し、ボールミルで72時間湿式混合し、
乾燥したのち、1.5ton/cm2の圧力で圧粉体にプレス成形
し、この圧粉体を１×10-3Torrの真空中、1350〜1500℃
の範囲内の所定の温度に90分間保持の条件で焼結し、上
記配合組成と実質的に同一の成分組成をもったWC基超硬
合金基体を製造し、この基体表面に上下面および外周研
削機を用いて研削加工を施し、その形状をCIS（超硬工
具協会）規格SPP422のスローアウェイチップに形成し
た。
上記スローアウェイチップを、 （１） 水素雰囲気中、温度:1480℃,1時間保持の条件
で加熱処理する工程（以下、加熱処理工程という）、 （２） ５％硝酸水溶液にて化学エッチングし、スロー
アウェイチップ表面のCoを深さ:3μｍ以上にわたって除
去する工程（以下、化学エッチング工程という）、 （３） 平均粒径:15μｍのダイヤモンド粉末を純水に
浮遊分散させてなる分散液に浸漬し、1MHzの超音波をか
けて表面を活性化する工程（以下、表面活性化工程とい
う）、 （４） 金属Ｗフィラメントを備えた直径:120mmの石英
管反応容器内に装入し、 雰囲気圧力:30Torr、 基体温度 :700℃、 反応ガス :CH4/H2:1.0、 反応時間 :5時間、 の気相合成反応を行って、膜厚:3μｍのダイヤモンド被
覆層を形成する工程（以下、ダイヤモンド気相合成工程
という）、 （５） 10-5Torrの真空雰囲気中、温度:800℃、２時間
保持で熱処理し、基体内部のCoを表面に固相拡散せしめ
る工程（以下、真空熱処理工程という）、 の各工程を経て、第１表の本発明スローアウェイチップ
１を製造し、さらに第１表に示される上記ダイヤモンド
気相合成工程を除く各工程のうち少なくとも１工程を省
略した製造工程またはこの発明の条件から外れた条件を
含む製造工程を経て製造された比較スローアウェイチッ
プ１〜９をそれぞれ製造した（この製造工程においてこ
の発明の条件から外れた条件に※印を付して示した）。
第１表に示された製造法により製造された本発明スロー
アウェイチップ１および比較スローアウェイチップ１〜
９を用いて、 被削材 :Al−11％Si合金の丸棒、 切削速度:1000m/min、 切り込み:1.0mm、 送 り:0.1mm/rev、 の乾式連続切削試験、および、 被削材 :Al−11％Si合金の溝入り材、 切削速度:1200m/min、 切り込み:1.5mm、 送 り:0.3mm/rev、 の乾式フライス断続試験を行ない、それぞれダイヤモン
ド被覆層が剥離するまでの時間を測定し、それらの測定
結果も第１表に示した。
で加熱処理する工程（以下、加熱処理工程という）、 （２） ５％硝酸水溶液にて化学エッチングし、スロー
アウェイチップ表面のCoを深さ:3μｍ以上にわたって除
去する工程（以下、化学エッチング工程という）、 （３） 平均粒径:15μｍのダイヤモンド粉末を純水に
浮遊分散させてなる分散液に浸漬し、1MHzの超音波をか
けて表面を活性化する工程（以下、表面活性化工程とい
う）、 （４） 金属Ｗフィラメントを備えた直径:120mmの石英
管反応容器内に装入し、 雰囲気圧力:30Torr、 基体温度 :700℃、 反応ガス :CH4/H2:1.0、 反応時間 :5時間、 の気相合成反応を行って、膜厚:3μｍのダイヤモンド被
覆層を形成する工程（以下、ダイヤモンド気相合成工程
という）、 （５） 10-5Torrの真空雰囲気中、温度:800℃、２時間
保持で熱処理し、基体内部のCoを表面に固相拡散せしめ
る工程（以下、真空熱処理工程という）、 の各工程を経て、第１表の本発明スローアウェイチップ
１を製造し、さらに第１表に示される上記ダイヤモンド
気相合成工程を除く各工程のうち少なくとも１工程を省
略した製造工程またはこの発明の条件から外れた条件を
含む製造工程を経て製造された比較スローアウェイチッ
プ１〜９をそれぞれ製造した（この製造工程においてこ
の発明の条件から外れた条件に※印を付して示した）。
第１表に示された製造法により製造された本発明スロー
アウェイチップ１および比較スローアウェイチップ１〜
９を用いて、 被削材 :Al−11％Si合金の丸棒、 切削速度:1000m/min、 切り込み:1.0mm、 送 り:0.1mm/rev、 の乾式連続切削試験、および、 被削材 :Al−11％Si合金の溝入り材、 切削速度:1200m/min、 切り込み:1.5mm、 送 り:0.3mm/rev、 の乾式フライス断続試験を行ない、それぞれダイヤモン
ド被覆層が剥離するまでの時間を測定し、それらの測定
結果も第１表に示した。
第１表の結果から、WC基超硬合金スローアウェイチッ
プを研削し、ついで、加熱処理工程、化学エッチング工
程、表面活性化工程を施したのちダイヤモンド気相合成
工程によりダイヤモンド被覆し、最終的に真空熱処理を
施すことにより初めて優れた耐剥離性を有するダイヤモ
ンド被覆WC基超硬合金スローアウェイチップが得られ、
上記工程のうちいずれの工程を省略しても良好な結果が
得られないことがわかる。
プを研削し、ついで、加熱処理工程、化学エッチング工
程、表面活性化工程を施したのちダイヤモンド気相合成
工程によりダイヤモンド被覆し、最終的に真空熱処理を
施すことにより初めて優れた耐剥離性を有するダイヤモ
ンド被覆WC基超硬合金スローアウェイチップが得られ、
上記工程のうちいずれの工程を省略しても良好な結果が
得られないことがわかる。
この実施例ではWC基超硬合金を基体としたダイヤモン
ド被覆スローアウェイチップの製造法について述べた
が、この発明は上記スローアウェイチップの製造法に限
定されるものではなく、その他一般のダイヤモンド被覆
WC基超硬合金切削工具の製造にも適用可能であり、かか
る製造法により、従来よりも一層長寿命のダイヤモンド
被覆WC基超硬合金切削工具を提供することができる。
ド被覆スローアウェイチップの製造法について述べた
が、この発明は上記スローアウェイチップの製造法に限
定されるものではなく、その他一般のダイヤモンド被覆
WC基超硬合金切削工具の製造にも適用可能であり、かか
る製造法により、従来よりも一層長寿命のダイヤモンド
被覆WC基超硬合金切削工具を提供することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｃ０４Ｂ 41/87 Ｃ０４Ｂ 41/87 Ｈ
Claims (1)
- 【請求項１】結合相形成成分としてCo:1〜25重量％を含
有し、残りが分散相形成成分として炭化タングステンと
不可避不純物からなる組成を有する炭化タングステン基
超硬合金基体の表面に人工ダイヤモンドを被覆してなる
ダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金切削工具
の製造法において、 上記炭化タングステン基超硬合金基体の表面を研削する
工程、 上記表面研削された炭化タングステン基超硬合金基体を
非酸化性雰囲気中で熱処理する工程、 上記熱処理された炭化タングステン基超硬合金基体を化
学エッチング法により基体表面から深さ３μｍ以上にわ
たってCoを除去することによりCo不足層を形成する工
程、 Co不足層を有する炭化タングステン基超硬合金基体を微
細硬質粒子が浮遊分散した分散液中に浸漬し、この分散
液に超音波を作用させて上記炭化タングステン基超硬合
金基体のCo不足層表面を活性化させる工程、 表面活性化した炭化タングステン基超硬合金基体のCo不
足層表面に、気相合成法により人工ダイヤモンドを被覆
させる工程、 上記人工ダイヤモンドを被覆した炭化タングステン基超
硬合金基体を真空雰囲気中、液相が発生しない温度で熱
処理する工程、 の各工程を経て製造することを特徴とするダイヤモンド
被覆炭化タングステン基超硬合金切削工具の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1433890A JP2734157B2 (ja) | 1990-01-24 | 1990-01-24 | ダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金切削工具の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1433890A JP2734157B2 (ja) | 1990-01-24 | 1990-01-24 | ダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金切削工具の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03219079A JPH03219079A (ja) | 1991-09-26 |
| JP2734157B2 true JP2734157B2 (ja) | 1998-03-30 |
Family
ID=11858281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1433890A Expired - Lifetime JP2734157B2 (ja) | 1990-01-24 | 1990-01-24 | ダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金切削工具の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2734157B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69222138T2 (de) * | 1991-07-22 | 1998-01-22 | Sumitomo Electric Industries | Diamantverkleidetes hartmaterial und verfahren zu dessen herstellung |
| WO1994013852A1 (en) * | 1992-12-08 | 1994-06-23 | Osaka Diamond Industrial Co., Ltd. | Superhard film-coated material and method of producing the same |
| GB9811213D0 (en) * | 1998-05-27 | 1998-07-22 | Camco Int Uk Ltd | Methods of treating preform elements |
| JP5070629B2 (ja) * | 2009-04-01 | 2012-11-14 | トーカロ株式会社 | 織機用部材およびその製造方法 |
| JP5433897B2 (ja) | 2009-10-22 | 2014-03-05 | 好孝 光田 | ダイヤモンドライクカーボン皮膜形成部材及びその製造方法 |
| CN115229192B (zh) * | 2022-07-28 | 2024-03-29 | 廊坊西波尔钻石技术有限公司 | 一种聚晶金刚石复合片的复合方法 |
-
1990
- 1990-01-24 JP JP1433890A patent/JP2734157B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03219079A (ja) | 1991-09-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 10 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080109 |
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