JP3260157B2

JP3260157B2 - ダイヤモンド類被覆部材の製造方法

Info

Publication number: JP3260157B2
Application number: JP04122492A
Authority: JP
Inventors: 敦彦増田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1991-12-06
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 2002-02-25
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JPH05209274A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はダイヤモンド類被覆部材
の製造方法に関し、さらに詳しく言うと、超硬合金上に
密着性の優れたダイヤモンド類被覆部材を製造すること
のできる、例えば、摺動部材や切削工具等に好適に使用
することのできるダイヤモンド類被覆部材の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高い表面硬度と耐摩耗性とを
要求される切削工具、研削工具および研磨工具等の工具
類や機械部品等の耐摩耗部材に、硬度や耐摩耗性などの
点で著しく優れたダイヤモンドが利用されている。たと
えば、一般に、ＣＶＤ法やＰＶＤ法等の気相法によるダ
イヤモンド合成技術を利用し、工具類や耐摩耗部材等の
基材の表面にダイヤモンド類を析出させてダイヤモンド
類被膜を形成させる方法が知られている。このようにダ
イヤモンド類被膜で基材を被覆することにより、工具類
や耐摩耗部材に高度の表面硬度と耐摩耗性とを付与する
ことができるのである。

【０００３】しかしながら、基材の表面とダイヤモンド
類被膜とは、一般に密着性が悪い。それゆえ、この密着
性を向上させるために様々な提案がなされている。例え
ば、特開昭６０−２０８４７３号公報には、基材とダイ
ヤモンド類被膜との間に金属の炭化物や窒化物、ホウ素
化合物からなる中間層を設ける方法が示されている。し
かしながら、この方法においては、実用上十分な密着性
が得られるには至っていない。

【０００４】また、特開昭６１−１０６４９３号公報に
は、基材成分とダイヤモンドとの混合物を中間層として
用いる方法が提案されている。しかしながら、この場合
にも十分な密着性が得られていない。

【０００５】特開昭６２−４７４８０号公報において
は、サーメットからなる基材の表面を酸処理して金属成
分を除去しておく方法が提案されている。しかしなが
ら、この方法においては、基材表面が脆くなるという欠
点がある。又、基材にダイヤモンド膜を被覆し、その後
に得られたダイヤモンド被覆部材を熱処理する方法も知
られている。しかしながら、この方法においては、表面
の微細なクラックを除去することにより精密加工に適す
るようなダイヤモンド被覆部材を得ることはできても、
基材とダイヤモンド膜との密着性を向上させるという効
果は殆ど奏することはできない。

【０００６】さらに、特開平１−１０３９９２号公報に
おいては、超硬合金からなる基材を予め真空中で熱処理
した後、これにダイヤモンド薄膜を形成する方法が提案
されている。このように基材を予め、熱処理することに
より、密着性の向上は見られるが、しかしながら、この
場合にも十分に満足することができる程度には至ってい
ない。

【０００７】一方、特開平２−２９３３８５号公報にお
いては、炭化タングステンを主成分とする燒結体表面を
脱炭雰囲気で処理し表面に微細な炭化タングステンを形
成し、密着性を改善する技術が開示されている。しかし
ながら、この方法では基板の組成が比較的狭い範囲に限
定されるほか、ホットプレスのようなコストの高い方法
でしか基板を作成できないという欠点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来の方法で
は、基材の表面とダイヤモンド膜との密着性が未だ十分
とはいえず、被覆したダイヤモンド類膜が剥離しやすい
ので、ダイヤモンド類被覆部材を用いた切削工具や研磨
工具等の寿命が十分ではないという問題がある。本発明
の目的は、前記従来の問題点を解消することにある。す
なわち、本発明の目的は、通常の超硬合金に密着性よく
ダイヤモンド類膜を被覆した、ダイヤモンド類被覆部材
の製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の請求項１に記載の発明は、炭化タングステン系超硬合
金からなる基材を、５〜３，０００気圧の不活性ガス雰
囲気中にて、１，２００以上１，６００℃未満で熱処理
して、前記基材の表面に０．１〜５μｍの角柱あるいは
円柱状の凹凸を生成させた後、気相法により、前記基材
表面にダイヤモンド類膜を形成することを特徴とするダ
イヤモンド類被覆部材の製造方法であり、請求項２に記
載の発明は、前記請求項１における炭化タングステン系
超硬合金が、炭化タングステン５０〜９５重量％と、炭
化チタン１〜３０重量％と、コバルト２〜２０重量％か
らなる前記請求項１に記載のダイヤモンド類被覆部材の
製造方法であり、請求項３に記載の発明は、前記請求項
１における炭化タングステン系超硬合金が、炭化タング
ステン８０〜９３重量％と、炭化タンタル３〜１０重量
％と、コバルト４〜１０重量％からなる前記請求項１に
記載のダイヤモンド類被覆部材の製造方法であり、請求
項４に記載の発明は、前記請求項１における熱処理を施
した基板表面を、炭酸ガスと水素ガスとの混合ガス雰囲
気で、１０〜１００ｔｏｒｒ、５００〜１，１００℃で
プラズマ処理した後、気相法により、前記基材表面にダ
イヤモンド類膜を形成することを特徴とするダイヤモン
ド類被覆部材の製造方法である。

【００１０】以下に、本発明の方法について詳細に説明
する。本発明の方法において使用される前記基材として
は、炭化タングステン系超硬合金を挙げることができ
る。

【００１１】炭化タングステン系超硬合金の具体例とし
ては、ＷＣ、Ｗ−ＷＣ、ＷＣ−Ｃ、Ｗ−ＷＣ−Ｃ等のＷ
−Ｃ系、ＷＣ−Ｃｏ、ＷＣ−Ｃｏ−Ｗ、ＷＣ−Ｃｏ−
Ｃ、ＷＣ−Ｃｏ−Ｗ−Ｃ等のＷ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴａＣ
−Ｃｏ、ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏ−Ｃ等のＷ−Ｔａ−Ｃｏ
系、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ、ＷＣ−
ＴｉＣＮ−Ｃｏ等のＷ−Ｔｉ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴａＣ−
Ｃｏ、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ−Ｃ等のＷ−Ｔｉ−
Ｔａ−Ｃｏ−Ｃ系等の超硬合金を挙げることができる。
本発明に用いられる炭化タングステン系超硬合金として
は、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属を含
有しているものが好ましい。

【００１２】本発明の方法において、基材として使用さ
れる炭化タングステン系超硬合金の内、好ましい組成の
具体例としては、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ、ＷＣ−ＴａＣ−
Ｃｏ及びＷＣ−Ｃｏの超硬合金を挙げることができる。
ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏの組成を有する超硬合金としては、
炭化タングステン５０〜９５重量％、好ましくは７０〜
９４重量％と、炭化チタン１〜３０重量％、好ましくは
２〜２０重量％と、コバルト２〜２０重量％、好ましく
は４〜１０重量％とを有するものを挙げることができ
る。

【００１３】ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏの組成を有する超硬合
金としては、炭化タングステン８０〜９３重量％、好ま
しくは８５〜９２重量％と、炭化タンタル１〜２０重量
％、好ましくは２〜１０重量％と、コバルト３〜１０重
量％、好ましくは４〜６重量％とを有するものを挙げる
ことができる。

【００１４】ＷＣ−ＣＯの組成を有する超硬合金として
は、炭化タングステン９０〜９８重量％、好ましくは９
４〜９７重量％と、コバルト２〜１０重量％、好ましく
は３〜６重量％とを有するものを挙げることができる。

【００１５】上記炭化タングステンとしては、従来の工
具等に使用されるものなどを使用することができ、具体
的には、ＷＣ、ＷＣｘ（但し、ｘは１以外の正の実数を
表わし、通常、このｘは１より大きいかあるいは１より
小さい数である。）で表わされる定比化合物および不定
比化合物、あるいはこれらに酸素等の他の元素が結合、
置換または侵入したもの等を挙げることができる。これ
らの中でも、通常、ＷＣが特に好適に使用される。な
お、これらは、一種単独で用いてもよく、２種以上を併
合してもよく、あるいは２種以上の混合物、固溶体や組
成物等として用いてもよい。

【００１６】上記炭化チタンとしては、特に限定はな
く、通常の合金を製造するのに用いられるものを使用す
ることができる。具体的には、ＴｉＣ、ＴｉＣｙ（但
し、ｙは１以外の正の実数を表わし、通常、このｙは１
より大きいかあるいは１より小さい数である。）で表わ
される定比化合物および不定比化合物、あるいはこれら
に酸素等の他の元素が結合、置換または侵入したもの等
を挙げることができる。これらの中でも、通常、ＴｉＣ
が特に好適に使用される。

【００１７】上記炭化タンタルとしては、特に限定はな
く、通常の合金を製造するのに用いられるものを使用す
ることができる。具体的には、ＴａＣ、ＴａＣｚ（但
し、ｚは１以外の正の実数を表わし、通常、このｚは１
より大きいかあるいは１より小さい数である。）で表わ
される定比化合物および不定比化合物、あるいはこれら
に酸素等の他の元素が結合、置換または侵入したもの等
を挙げることができる。これらの中でも、通常、ＴａＣ
が特に好適に使用される。上記コバルトとしては、特に
限定はないが、単体金属を好適に使用することができ
る。

【００１８】本発明の方法においては、前記炭化タング
ステン、前記炭化チタン、前記炭化タンタルおよび前記
コバルトは、特に純粋である必要はなく、本発明の目的
に支障のない範囲であれば不純物を含有していてもよ
い。例えば、前記炭化タングステンにおいては、微量の
過剰炭素、過剰金属、酸化物等の不純物等を含有してい
てもよい。

【００１９】前記各成分の割合を前記の範囲内にするこ
とにより、基材自体の強度を向上させるとともにダイヤ
モンド類膜と基材の表面との密着性を向上させることが
できる。本願発明の方法に使用される基材においては、
前記成分が前記割合で配合されているものであれば特に
限定はなく、市販されているものを使用することができ
る。また、市販されていないものを使用する場合におい
ては、前記成分を前記割合で配合した後に、燒結等の方
法によって基材を得ることができる。

【００２０】なお、燒結に先立ち、前記成分とともに、
必要に応じて、エチレングリコール、エチレン−ビニル
アクリレート、ポリブチレンメタクリレート、アダマン
タン等を主成分とする補助結合剤等を含有していてもよ
い。前記焼結の方法としては、特に制限がなく、従来か
ら公知の焼結方法に従って行なうことができる。

【００２１】前記燒結の方法においては、前記各成分を
粉末状、微粉末状、超微粒子状、ウイスカー状、あるい
は他の各種の形状のものとして使用することが可能であ
るが、平均粒径が、通常、０．０５〜４．０μｍ、好ま
しくは、０．０５〜２．０μｍ程度の微粒子もしくは超
微粒子状のものや、アスペクト比が２０〜２００程度の
ウイスカー状のもの等を好適に使用することができる。

【００２２】燒結温度しては、通常、１，３００〜１，
６００℃、好ましくは１，３５０〜１，５５０℃程度の
範囲内にするのが適当である。燒結時間としては、通
常、０．５時間以上、好ましくは、１〜２時間程度の範
囲内にするのが適当である。

【００２３】本発明の方法で使用する基材の形状につい
ては、特に制限はない。前記基材は、例えば、前記燒結
に際して予め所望の形状にしておいてから燒結をするこ
とができるし、あるいは、前記燒結後、必要に応じて所
望の形状に加工して、本発明のダイヤモンド類被覆部材
の基材として用いることができる。

【００２４】本願発明の方法においては、前記基材をダ
イヤモンド類膜で被覆する前に、前記基材を熱処理し
て、前記基材の表面を改質する。本発明の方法において
は、前記基材の表面を、不活性ガスの雰囲気中におい
て、加圧下で熱処理をする。

【００２５】前記不活性ガスとしては、アルゴンガス、
ヘリウムガス、ネオンガス、キセノンガス等の希ガスあ
るいは窒素ガス等を挙げることができる。そのなかでも
特にアルゴンガスを好適に使用することができる。ま
た、前記不活性ガス中に酸素ガス等の基材と反応するガ
スが混入していると、これらが前記基材と反応してしま
うので、前記不活性ガスにおいては、酸素ガス等をでき
るだけ除去しておくのが望ましい。

【００２６】前記圧力としては、通常、５〜３，０００
気圧が好ましく、特に、１，０００〜３，０００気圧が
好ましい。圧力が５気圧よりも低い場合には、前記基材
の表面が望ましい形に改良されない。また、圧力が３，
０００気圧を越えても、３，０００気圧で行なった場合
に得られる効果に比べてそれ以上の効果が得られない。
前記温度としては、通常、１，２００以上１，６００℃
未満が好ましく、特に好ましくは、１，３００〜１，４
５０℃である。温度が前記の範囲外の場合には、前記基
材の表面が望ましい形状に改良されない。

【００２７】熱処理をする時間としては、１分間〜５０
０分間が好ましく、特に好ましいのは１５分〜３００分
である。熱処理をする時間が１分間未満の場合には前記
基材の表面の改質が不十分になる。また、熱処理をする
時間が５００分間を越えた場合には、表面の改質が進み
すぎるので、前記基板の表面において凹凸が増大し、ま
た、前記基板に含有されている成分の蒸発により前記基
板の変形を招く危険性を伴うので、好ましくない。

【００２８】本願発明の方法においては、上述の熱処理
をすることにより、前記基材の表面に、０．１〜５μｍ
ほどの角柱あるいは円柱状等の凹凸が生成する。すなわ
ち、前記基材の表面には、微細な凹凸もしくは表面細孔
が形成されるのである。このように微細な凹凸もしくは
表面細孔を有した基材の表面にダイヤモンド類の薄膜を
形成させると、形成されたダイヤモンドの微細粒子が、
その凹凸もしくは表面細孔に貫入する形でダイヤモンド
類膜が形成されるのである。その結果、ダイヤモンド類
膜が剥離しにくくなるのである。したがって、前記のよ
うに、特定な成分を特定な割合で含有した基材を使用
し、その基材の表面を前記のように熱処理することによ
り、ダイヤモンド類膜と基材表面との密着性を向上させ
ることができるのである。

【００２９】本願発明においては、前記のようにして熱
処理された基材の表面上に、ダイヤンモンド類の薄膜を
被覆することもできるし、更に、基材中でのチタンやタ
ンタルの含有量が少ないときには、基材に特定条件のプ
ラズマ処理を施した後、基材の表面上にダイヤモンド類
の薄膜を被覆するのが好ましい。このプラズマ処理とし
ては、炭酸ガスと水素ガスとの混合ガス雰囲気で、１０
〜１００ｔｏｒｒ、５００〜１，１００℃でプラズマ処
理が施される。

【００３０】混合ガスにおいては、通常、炭酸ガス６０
〜９０％および水素ガス４０〜１０％の混合割合が好ま
しい。プラズマ処理時の圧力としては１０〜１００ｔｏ
ｒｒの範囲内が好ましい。圧力が前記の範囲より高いと
処理の制御性が悪く、また、低いと処理に時間がかか
る。基板温度としては５００〜１，１００℃の範囲内、
好ましくは７００〜９００℃である。温度が前記の範囲
より高いと処理の制御性が悪く、再現性が悪いし、ま
た、低いと処理に時間がかかる。処理時間は、１分〜２
００分、好ましくは６０分である。

【００３１】炭酸ガスと水素ガスとの混合ガスのプラズ
マを発生させるには、ＣＶＤ法を好適に採用することが
できる。プラズマ処理をするＣＶＤ法としては、たとえ
ば、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、高周波プラズマＣＶ
Ｄ法、熱フィラメントＣＶＤ法、ＤＣアークＣＶＤ法等
の多種多様の方法が知られている。本発明の方法におい
ては、これらのいずれの方法も適用することができる
が、中でも、特に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、高周
波プラズマＣＶＤ法などを挙げることができる。また、
後述するダイヤモンドの気相合成に際して採用されるＣ
ＶＤ法と同じＣＶＤ法を採用すると、装置構成上便利で
ある。

【００３２】このように、本発明の方法においては、上
述のプラズマ処理をすることにより、基板表面が活性化
し、基板とダイヤモンドとの結合力が増大するのであ
る。本願発明においては、前記のようにして熱処理され
た、あるいは熱処理およびプラズマ処理された超硬合金
基材の表面上に、ダイヤンモンド類の薄膜を被覆する。
ここでいうダイヤモンド類とは、ダイヤモンドの他に、
ダイヤモンド状炭素を一部において含有するダイヤモン
ドおよびダイヤモンド状炭素を含む。

【００３３】前記ダイヤモンド類膜の形成は、従来の気
相合成法等の各種の気相合成法によって行うことがで
き、中でも、ＣＶＤ法による方法が好適に採用される。
こうしたダイヤモンド類薄膜の気相合成法としてのＣＶ
Ｄ法としては、たとえば、マイクロ波プラズマＣＶＤ
法、高周波プラズマＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ
法、ＤＣアークＣＶＤ法等の多種多様の方法が知られて
いる。本発明の方法においては、これらのいずれの方法
も適用することができるが、中でも、特に、マイクロ波
プラズマＣＶＤ法、高周波プラズマＣＶＤ法などが好適
に適用される。

【００３４】また、こうしたプラズマＣＶＤ法によるダ
イヤモンド類膜の気相合成法においては、原料ガスとし
て、少なくとも炭素源ガスを含む各種の種類および組成
の原料ガスを使用することのできることが、知られてい
る。原料ガスとして、たとえば、ＣＨ₄ とＨ₂ の混合ガ
ス等のように炭化水素を炭素源ガスとして含有する原料
ガス、ＣＯとＨ₂ の混合ガス等のように炭化水素以外の
炭素化合物を炭素源ガスとして含有する原料ガスなど、
各種の原料ガスを挙げることができる。

【００３５】本発明の方法においては、ダイヤモンド類
膜の形成が可能であれば、上記の原料ガス等を初めとす
る従来法で使用されている原料ガスなどの各種の原料ガ
スを適宜に使用してダイヤモンド類膜を形成させること
ができる。中でも、ＣＯとＨ₂ との混合ガス、あるいは
ＣＨ₄ とＨ₂ との混合ガスが好ましい。特に、ＣＯとＨ
₂ との混合ガスを原料ガスとして使用すると、炭化水素
を用いた場合に比べてダイヤモンド類の堆積速度が速く
て、効率よく製膜することができるなどの点で優れてい
る。

【００３６】以下に、この特に好ましいダイヤモンド類
膜の形成方法の例として、ＣＯとＨ₂ を原料ガスとして
用いる方法について、その好適な方法の例を説明する。
すなわち、本発明の方法においては、前記ダイヤモンド
類膜の形成は、下記の一酸化炭素と水素ガスとの混合ガ
スを原料ガスとして用いる方法（以下、この方法を、方
法Ｉと称すことがある。）によって特に好適に行うこと
ができる。すなわち、この方法Ｉは、一酸化炭素と水素
とを、一酸化炭素ガスが１容量％以上となる割合で、含
有する混合ガスを励起して得られるガスを、基板に接触
させることを特徴とするダイヤモンドの合成方法であ
る。

【００３７】この方法Ｉにおいて、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について特に制限が
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。

【００３８】この方法Ｉにおいては、原料ガスとして一
酸化炭素と前記水素とを、一酸化炭素ガスの含有量が１
容量％以上、好ましくは３容量％以上、さらに好ましく
は５容量％以上となる割合で、含有する混合ガスを励起
して得られるガスを、前記基材（焼結基材）に接触させ
ることにより、その所定の面上にダイヤモンド類を堆積
させる。前記混合ガス中の一酸化炭素ガスの含有量が１
容量％よりも少ないとダイヤモンドが生成しなかった
り、ダイヤモンドがたとえ生成してもその堆積速度が著
しく小さい。

【００３９】前記原料ガスを励起して励起状態の炭素を
含有する前記原料ガスを得る手段としては、たとえばプ
ラズマＣＶＤ法、スパッタ法、イオン化蒸着法、イオン
ビーム蒸着法、熱フィラメント法、化学輸送法などの従
来より公知の方法を用いることができる。

【００４０】前記プラズマＣＶＤ法を用いる場合には、
前記水素は高周波またはマイクロ波の照射によってプラ
ズマを形成し、前記化学輸送法および熱フィラメント法
などのＣＶＤ法を用いる場合には、前記水素は熱または
放電により原子状水素を形成する。この原子状水素は、
ダイヤモンドの析出と同時に析出する黒鉛構造の炭素を
除去する作用を有する。

【００４１】この方法Ｉにおいては、前記原料ガスのキ
ャリヤーとして、不活性ガスを用いることもできる。不
活性ガスの具体例としては、アルゴンガス、ネオンガ
ス、ヘリウムガス、キセノンガス、窒素ガスなどが挙げ
られる。これらは、１種単独で用いてもよいし、２種以
上を組合わせて用いてもよい。

【００４２】この方法Ｉにおいては、以下の条件下に反
応が進行して、炭化タングステン系超硬合金製の基材上
にダイヤモンド類が析出する。すなわち、前記炭化タン
グステン系超硬合金製の基材の表面の温度は、前記原料
ガスの励起手段によって異なるので、一概に決定するこ
とはできないが、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いる場
合には、通常、４００℃〜１，０００℃、好ましくは４
５０℃〜９５０℃である。この温度が４００℃より低い
場合には、ダイヤモンドの堆積速度が遅くなったり、励
起状態の炭素が生成しないことがある。一方、１，００
０℃より高い場合には、基材上に堆積したダイヤモンド
がエッチングにより削られてしまい、堆積速度の向上が
見られないことがある。反応圧力は、通常、１０^-3〜１
０³ ｔｏｒｒ、好ましくは１〜８００ｔｏｒｒである。
反応圧力が１０^-3ｔｏｒｒよりも低い場合には、ダイヤ
モンドの堆積速度が遅くなったり、ダイヤモンドが析出
しなくなったりする。一方、１０³ ｔｏｒｒより高くし
てもそれに相当する効果は得られない。

【００４３】以上のようにして、前記燒結処理をした所
定の面上に、ダイヤモンド類膜を好適に形成することが
できる。本発明の方法においては、前記ダイヤモンド類
膜の形成は、もちろん、上記の方法Ｉ以外の方法を適用
して行ってもよい。

【００４４】形成させる前記ダイヤモンド類膜の膜厚
は、使用目的等に応じて適宜適当な膜厚にすればよく、
この意味で特に制限はないが、通常は、５〜１００μｍ
の範囲に選定するのがよい。この膜厚が、あまり薄すぎ
ると、ダイヤモンド類膜による被覆効果が十分に得られ
ないことがあり、一方、あまり厚すぎると、使用条件に
よっては、ダイヤモンド類膜の剥離等の離脱が生じるこ
とがある。なお、切削工具等の過酷な条件で使用する場
合には、通常、この厚みを、１０〜３０μｍの範囲に選
定するのが好適である。

【００４５】以上のようにして、本発明の方法により、
炭化タングステン系超硬合金製の基材に密着性よくダイ
ヤモンド類膜を被覆することができ、このようにして得
られたダイヤモンド類膜被覆部材は、摺動部材や切削工
具等に好適に使用することができる。

【００４６】

【実施例】

（実施例１）炭化タングステン９１．８重量％、炭化チ
タン２．９重量％、コバルト４．９重量％を主成分とす
る１２．７ｍｍ×１２．７ｍｍの基板を基材として用い
た。この基板に、アルゴンガス雰囲気中で、２０００気
圧および１，４００℃の条件にて、熱処理を１時間かけ
て行なった。熱処理された基板表面を電子顕微鏡で観察
したところ、基板表面に２〜３μｍの突起した結晶の形
成されているのが観察された。

【００４７】次に、この熱処理済みの基板を、ダイヤモ
ンド合成反応管内の基板支持台に載せ、一酸化炭素ガス
を３０容量％含有する一酸化炭素ガスと水素ガスとの混
合ガスを反応管に流通させた。その後、周波数２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を導入して、プラズマＣＶＤ法によ
るダイヤモンドの形成を行なった。なお、反応管内の圧
力は４０ｔｏｒｒ、基板の温度は８００℃であり、５時
間かけて反応を行なった。その結果、膜厚５μｍのダイ
ヤモンド膜が基材の表面上に形成された。

【００４８】得られたダイヤモンド類膜被覆部材につ
き、インデンテーション法により、ダイヤモンド膜と基
板の表面との密着性を評価した。なお、インデンテーシ
ョン法による評価方法とは、半球形またはピラミッド形
に整形されたダイヤモンドの圧子を評価対象物である試
料に押し当てて試料の表面を変形させ、変形後における
試料の状態を観察し、試料の密着性を評価する方法であ
る。

【００４９】本願実施例においては試料がダイヤモンド
類膜被覆部材なので、基板にピラミッド形の圧子を適当
な荷重で押し込んで基板を変形させ、基板が元の状態よ
りも盛り上がっている部分について観察する。この部分
においては、変形した基板がその表面に形成されている
ダイヤモンド類膜を押しあげることになるので、ダイヤ
モンド類膜と基板との密着性が悪い場合にはダイヤモン
ド類膜が基板から剥離する部分の面積が大きくなるので
ある。したがって、剥離したダイヤモンド類膜の面積の
大小を測定することにより、基板とその表面に形成され
たダイヤモンド類膜との密着性の良し悪しを評価するこ
とができる。

【００５０】本願実施例においては、測定条件として
は、ビッカース圧子への荷重を３０ｋｇ・ｆとし、該圧
子によるダイヤモンド類膜の剥離面積を求め、この測定
値により、密着性の大小を評価した。その結果を表１に
示す。表１に示されるように、剥離面積は０．０５ｍｍ
² であり、ダイヤモンド膜と基板の表面との密着性は大
きかった。

【００５１】（実施例２）基材の組成を、炭化タングス
テン７６．８重量％、炭化チタン８．６重量％、コバル
ト３．９重量％にした他は、実施例１と同様にして、ダ
イヤモンド類膜被覆部材を得た。得られたダイヤモンド
類膜被覆部材につき、実施例１と同様にしてダイヤモン
ド膜と基板の表面との密着性を評価した。その結果、を
表１に示す。表１に示されるように、剥離面積が０．０
５ｍｍ²であり、ダイヤモンド膜と基板の表面との密着
性は大きかった。

【００５２】（比較例１）基材の熱処理を行わなかった
他は、実施例１と同様にして、ダイヤモンド類膜被覆部
材を得た。得られたダイヤモンド類膜被覆部材につき、
実施例１と同様にしてダイヤモンド膜と基板の表面との
密着性を評価した。その結果を、表１に示す。表１に示
されるように、剥離面積が０．１４ｍｍ²であり、ダイ
ヤモンド膜と基板の表面との密着性は小さかった。

【００５３】（比較例２）熱処理を、１０^-3ｔｏｒｒの
減圧下に、１，４００℃の温度で行ない、処理時間を１
時間とした他は実施例１と同様に行なった。得られたダ
イヤモンド類膜被覆部材につき、実施例１と同様にして
ダイヤモンド膜と基板の表面との密着性を評価した。そ
の結果を、表１に示す。表１に示されるように、剥離面
積は０．１６ｍｍ²であり、密着性の小さいものであっ
た。

【００５４】

【表１】

【００５５】（実施例３）基材として、炭化タングステ
ン９１重量％、炭化タンタル３重量％、コバルト６重量
％からなる超硬合金で作成したところの、肉厚が２ｍｍ
で、一辺が１２．７ｍｍ四方である基板を、アルゴンガ
ス雰囲気下に、２，０００気圧の下で、１，４００℃に
３０分間かけて熱処理した。

【００５６】次に、この熱処理済みの基板をダイヤモン
ド合成反応管内の支持台に載せ、原料ガスとして一酸化
炭素ガスを３０容量％含む水素ガスとの混合ガスを導入
し、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いて励起
し、プラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド薄膜を形成さ
せた。反応管の圧力は４０Ｔｏｒｒとし、基板の温度は
８００℃として、５時間反応を行ない、膜厚５μｍのダ
イヤモンド薄膜で被覆された部材を得た。得られた部材
のダイヤモンド薄膜の密着性を前記実施例１と同様にし
て評価した。結果を表２に示す。

【００５７】（実施例４〜６）基材の熱処理条件を表２
中に示したように代えた他は、実施例３と同様にした。
その結果を、表２に示す。

【００５８】（比較例３〜５）基材の熱処理条件を表２
中に示したように代えた他は、実施例３と同様にした。
その結果を、表２に示す。

【００５９】

【表２】

【００６０】（実施例７）基材として、炭化タングステ
ン９４重量％、コバルト６重量％からなる超硬合金で作
成したところの、肉厚が２ｍｍで、一辺が１２．７ｍｍ
四方である基板を用い、これをアルゴンガス雰囲気下、
２，０００気圧の下に、１，４００℃で３０分間かけて
熱処理し、その後自然冷却した。

【００６１】ついで、この基板を、炭酸ガス７０容量％
と水素ガス３０容量％とからなる混合ガス流量を１０ｓ
ｃｃｍとして、４０Ｔｏｒｒの減圧下に、基板温度を９
００℃に加熱しながら周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を用い、その出力を３５０Ｗとして６０分間かけてプ
ラズマ処理した。

【００６２】次に、このように処理した基板をダイヤモ
ンド合成反応管内の支持台に載せ、原料ガスとして一酸
化炭素ガスを１５容量％含む一酸化炭素ガスと水素ガス
との混合ガスを導入し、周波数２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波を用いて励起し、プラズマＣＶＤ法によりダイヤモ
ンド薄膜を形成させた。反応管の圧力は４０Ｔｏｒｒと
し、基板の温度は９００℃として、５時間反応を行なっ
た。

【００６３】このようにして得られたダイヤモンド被覆
部材のダイヤモンド薄膜の密着性を前記実施例と同様に
して評価した。その結果、この場合のダイヤモンド薄膜
の剥離面積は０．０５ｍｍ² であり、密着性はきわめて
良好であった。

【００６４】

【発明の効果】本発明の方法により、通常の超硬合金に
密着性よくダイヤモンド類膜を被覆するダイヤモンド類
被覆部材の製造方法を提供することができる。本発明に
よるダイヤモンド類被覆部材は、優れた耐久性を有し、
使用寿命が著しく改善されているので摺動部材や切削工
具等に好適に使用することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 C30B 29/04 B23B 27/00 - 29/34 B23P 15/28 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化タングステン系超硬合金からなる基
材を、５〜３，０００気圧の不活性ガス雰囲気中にて、
１，２００以上１，６００℃未満で熱処理して、前記基
材の表面に０．１〜５μｍの角柱あるいは円柱状の凹凸
を生成させた後、気相法により、前記基材表面にダイヤ
モンド類膜を形成することを特徴とするダイヤモンド類
被覆部材の製造方法。
【請求項２】前記請求項１における炭化タングステン
系超硬合金が、炭化タングステン５０〜９５重量％と、
炭化チタン１〜３０重量％と、コバルト２〜２０重量％
からなる前記請求項１に記載のダイヤモンド類被覆部材
の製造方法。
【請求項３】前記請求項１における炭化タングステン
系超硬合金が、炭化タングステン８０〜９３重量％と、
炭化タンタル３〜１０重量％と、コバルト４〜１０重量
％からなる前記請求項１に記載のダイヤモンド類被覆部
材の製造方法。
【請求項４】前記請求項１における熱処理を施した基
板表面を、炭酸ガスと水素ガスとの混合ガス雰囲気で、
１０〜１００ｔｏｒｒ、５００〜１，１００℃でプラズ
マ処理した後、気相法により、前記基材表面にダイヤモ
ンド類膜を形成することを特徴とするダイヤモンド類被
覆部材の製造方法。