JP6102613B2 - 刃先強度を向上させたダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＦＲＰなどの難削材の高速切削加工において、すぐれた靭性および強度を備えることによって、刃先がすぐれた耐欠損性を発揮するダイヤモンド被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具に関する。

従来、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金（以下、単に「超硬合金」という）からなる工具基体に、ダイヤモンド膜を被覆したダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具が知られているが、従来のダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具においては、工具基体とダイヤモンド膜の密着性が十分でないため、これを改善するために超硬合金製工具基体表面にダイヤモンドを成膜する際に、ダイヤモンドの形成を阻害するコバルトを除去させた工具基体上に成膜するなどの種々の提案がなされている。

例えば、特許文献１には、ダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具において、工具基体の表面から１００μｍまでの間の結合相量を工具基体内部の結合相量に比較して減少させ、一方、工具基体表面から５〜１００μｍの間に存在する結合相量を工具基体内部の結合相量に対して１．２〜５倍に富化することが提案されており、これによって、ダイヤモンド膜と超硬合金製工具基体との密着性が改善されることが開示されている。

また、特許文献２には、ダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具において、熱処理により、工具基体の表面からその内部に向って少なくとも１μｍ（好ましくは３〜１００μｍ、特に好ましくは１０〜５０μｍ）の工具基体表面近傍における平均結合相量を、工具基体内部における平均結合相量よりも減少させ、工具基体表面近傍における結合相量を、工具基体表面で最小とするとともに、工具基体内部に向って漸増させて、工具基体内部の平均結合相量に達するように制御することによって、ダイヤモンド膜と工具基体との密着性改善を図ることが提案されている。

さらに、例えば、特許文献３には、ＷＣ基超硬合金製工具基体をダイヤモンドで被覆するにあたり、その表面を、ムラカミ（Ｍｕｒａｋａｍｉ）試薬中でエッチングし、次いで、硫酸と過酸化水素の溶液中でエッチングすることにより、工具基体とダイヤモンド膜の密着性を改善することが提案されている。

特許第２５３９９２２号公報 特開平３−１１５５７１号公報 特許第３５０４６７５号公報

近年の切削加工の技術分野における省力化および省エネ化、さらに低コスト化に対する要求は強く、これに伴い、切削加工は益々高速化の傾向にあるが、前記従来ダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具（以下、単に「ダイヤモンド被覆工具」という）を、例えば、ＣＦＲＰなどの難削材のドリル加工のような鋭利な刃先が要求される切削加工に供した場合には、超硬合金製工具基体の靭性が十分でないためチッピングを発生しやすく、早期に寿命に至る場合があった。また、ＣＦＲＰなどの難削材を高速切削する場合には、特に高い刃先強度が要求されるが、従来ダイヤモンド被覆工具は、刃先強度が十分でなく、また、ダイヤモンド膜の剥離が生じやすいため、長期の使用に亘って、満足できる耐チッピング性および耐摩耗性を発揮することはできず、その結果、比較的短時間で使用寿命に至ることが多かった。
例えば、特許文献１や特許文献２に開示されているような工具基体表面近傍の結合相量、すなわちＣｏ量を少なくすることによってダイヤモンド膜と工具基体との密着性を向上させる処理を行った場合であっても、ＣＦＲＰなどの切削加工においては、刃先近傍の強度が十分でなく、クラック発生により早期に切削工具としての寿命に至ることが多かった。また、特許文献３に示すような処理を行った場合、ドリル加工のような鋭利な刃先が要求される切削では刃先基体の強度が低いためにチッピングなどを生じやすく、早期に寿命に至る場合があった。
さらに、ＣＦＲＰなどの被削材を高速切削する場合には、高い刃先強度が要求されるが、従来知られているダイヤモンド被覆工具においては、いずれも、早期にチッピングを生じ、工具寿命に至ることが多かった。

そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち本発明の目的は、ダイヤモンド被覆工具において、ダイヤモンド膜と工具基体との密着性を向上させるとともに刃先強度を向上させ、耐チッピング性および耐摩耗性を向上させたダイヤモンド被覆工具を提供することである。

前述のようなダイヤモンド被覆工具の課題について本発明者らが鋭意、研究と実験を繰り返した結果、従来のダイヤモンド被覆工具においては、前述のようにダイヤモンド膜と工具基体との密着性を上げるために工具基体の最表面に存在する金属結合相中のコバルトを除去する処理を行っているが、その結果、刃先における靭性の低下を招き、刃先強度低下の原因となっていることを突き止めた。

そこで、本発明者らは、例えば、ＣＦＲＰなどの高速穴あけ加工や高速切削のように、切れ刃に高負荷が作用する切削条件に用いた場合でも、刃先近傍がすぐれた刃先強度を備えるとともに、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性を発揮するダイヤモンド被覆工具を提供すべく工具基体表面近傍に存在する金属結合相中のコバルトに焦点を当て鋭意研究を重ねたところ、次のような知見を得た。

すなわち、
（１）超硬合金基体の表面近傍のＣｏを化学的なエッチング（硫酸＋過酸化水素）によって除去するが、その前に所定温度で高温保持した焼結後に所定の冷却速度、例えば１００℃／ｍｉｎで急冷を行うと、高温保持時に高くなったＣｏ中のＷ溶解量が急冷後にも維持されるため、焼結体の耐食性、強度を向上させることができる。
（２）前記工程で得られた焼結体は、結合相中のＷ固溶量を高くすることによりＷＣ粒子同士の接着強度を向上させることができる。
（３）前記急冷工程においては、焼結体の内部は表面近傍に比べて冷却速度が遅くなるため、焼結体内部と表面近傍都でＣｏ中のＷ固溶量に差が生じる。その結果、焼結体表面近傍が内部よりＷ固溶量が高くなるが、この差により工具基体の表面近傍の強度を選択的に向上させることができ、工具寿命を向上させることができる。
（４）前述のような方法で処理を行った工具基体表面は、ダイヤモンドの核生成密度が高く、工具基体表面における結晶粒が微粒となりダイヤモンド膜の付着強度にもすぐれ、結果として刃先強度の高いダイヤモンド被覆工具を得ることが出来る。

本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「（１） 炭化タングステンとコバルトを主成分とし、少なくとも３〜１５質量％のコバルトを含有する炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体にダイヤモンド膜を被覆形成したダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具において、前記ダイヤモンド膜が、３〜３０μｍの平均膜厚を有し、前記工具基体とダイヤモンド膜の界面から工具基体の内部方向へ大きくとも５μｍの深さ領域に、コバルトを主成分とする金属結合相の一部が化学処理によって除去された金属結合相一部除去領域を有し、当該工具の刃先近傍の逃げ面に対して垂直断面における観察で、前記界面から工具基体の内部方向に８〜１２μｍの領域の金属結合相におけるタングステンのコバルトに対する質量比が０．０５以上０．１５以下の範囲であるとともに前記工具基体の１ｍｍ以上内部における金属結合相における前記質量比に対して、１．０５〜１．５倍であることを特徴とするダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具。
（２） 前記工具基体とダイヤモンド膜の界面におけるダイヤモンド膜の結晶の前記界面と平行方向の平均幅が２０〜１００ｎｍであり、かつ、界面長５０μｍあたりに存在する結晶幅１μｍ以上の粗大な結晶粒が１個以下であることを特徴とする（１）に記載のダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具。」
を特徴とするものである。

ここで、本発明における「界面から工具基体の内部方向へ大きくとも５μｍの深さ領域」とは、「界面から工具基体の内部方向へ１μｍまでの深さの領域」であっても構わないし「界面から工具基体の内部方向へ３μｍまでの深さの領域」であっても構わないし、大きくとも（最大限）「界面から工具基体の内部方向へ５μｍまでの深さの領域」ということを意味している。

以下、本発明について詳細に説明する。

コバルトを主成分とする金属結合相の一部が化学処理によって除去された金属結合相一部除去領域：
工具基体表面近傍の金属結合相（主としてコバルト／コバルト合金）を除去する目的は、工具基体とダイヤモンド膜との密着性を高めるためである。金属結合相一部除去領域の深さについては、特に限定しないが、１μｍ未満であると残留しているコバルト／コバルト合金の影響が依然として大きく、耐剥離性が十分でないため好ましくない。一方、５μｍを超えると、工具基体の表面から多量の金属結合相が除去されることによって工具基体の靭性の低下が大きくなり、その結果、耐チッピング性が低下する。そのため、金属結合相一部除去領域の深さは、工具基体の内部方向へ大きくとも５μｍと定めた。

本発明において、「コバルトを主成分とした金属結合相の一部が化学処理によって除去」されることの意義は、除去されるものとして主としてコバルトおよび／またはコバルト合金であることを意味しているが、超硬合金によっては、耐熱性を増すために炭化チタン（ＴｉＣ）や炭化タンタルニオブ（（ＴａＮｂ）Ｃ）を混ぜたり、耐蝕性を増すためにコバルトの一部をニッケル（Ｎｉ）に置き換えたりすることがある。このような場合、「コバルトを主成分とした金属結合相の一部が化学処理によって除去」には、コバルトおよび／またはコバルト合金のみならず、炭化チタン（ＴｉＣ）や炭化タンタルニオブ（（ＴａＮｂ）Ｃ）、Ｎｉなども包含される。

工具基体の表面近傍の金属結合相におけるタングステンのコバルトに対する質量比：
工具基体の表面近傍、具体的には、工具基体の表面から内部方向に８〜１２μｍの領域の金属結合相において、タングステンのコバルトに対する質量比が、０．０５未満では刃先の靱性確保の点およびダイヤモンドの核生成密度の点で不十分であり、一方、０．１５を超えると、ＷＣと金属結合相界面の強度が不十分となり、また、コバルトタングステン炭化物が析出し強度低下が起こる。そのため、工具基体の表面近傍の金属結合相におけるタングステンのコバルトに対する質量比は、０．０５以上０．１５以下とした。

さらに、前記質量比は、工具基体の内部、具体的には、工具基体の１ｍｍ以上内部の金属結合相におけるタングステンのコバルトに対する質量比に対して、１．０５倍以上１．５倍以下であることが好ましい。その理由は、以下のように考えられる。タングステン濃度の高いコバルト合金は耐食性、強度にすぐれる。焼結時のような高温ではコバルト中のタングステン溶解量が高くなるが、焼結時の高温保持後に急冷することでコバルト中のタングステン固溶量を高く維持することができる。また、炭化タングステン粒子同士の接着強度は、金属結合相中のタングステン固溶量を高い状態に維持することで向上させることができる。一方で、焼結体内部は急冷させにくいため、コバルト中のタングステン固溶量は若干小さくなり、焼結体内部と表面近傍では、コバルト中のタングステン固溶量に差が生じる。すなわち、焼結時に高温保持後に急冷することで焼結体内部に比べて刃先となる焼結体表面近傍のコバルト中のタングステン固溶量を高くすることができ、工具基体に要求される耐食性、強度を向上させ、同時に内部のコバルト中のタングステン固溶量は小さいために、耐折損性を維持することができる。しかしながら、工具基体の表面近傍の金属結合相におけるタングステンのコバルトに対する質量比が工具基体の内部の質量比と比べて１．０５倍未満では、前述したような工具基体表面近傍の耐食性、強度を向上させるという効果が十分でなく、一方、１．５倍を超えると逆に焼結体内部と表面近傍との応力差から焼結体がチッピングしやすくなり刃先の強度低下を招く。したがって、工具基体の表面近傍の金属結合相におけるタングステンのコバルトに対する質量比は、工具基体の内部と比べて１．０５倍以上１．５倍以下とした。

工具基体とダイヤモンド膜との界面におけるダイヤモンド膜の結晶粒の大きさ：
工具基体とダイヤモンド膜との界面において観察されるダイヤモンド膜の結晶粒の界面と平行方向の最大幅の平均値、すなわち平均幅は、２０ｎｍより小さい場合、結晶形態が不安定であるため強度が低くなる。一方、１００ｎｍより大きくなると付着強度が低下する傾向が現れる。したがって、工具基体とダイヤモンド膜との界面におけるダイヤモンド膜の結晶の界面と平行方向の平均幅は、２０〜１００ｎｍとすることが好ましい。
さらに界面長５０μｍあたりに存在する結晶幅１μｍ以上の粗大な結晶粒が２つ以上存在すると付着強度が低下する傾向があるため、前記粗大な結晶粒は１つ以下とした。
ここで、工具基体とダイヤモンド膜との界面におけるダイヤモンド膜の結晶粒の大きさの測定は、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）（倍率は２０００００倍から１００００００倍の範囲から適切な値に設定する）により界面近傍の断面観察を行い、得られた画像内に結晶粒内を横切る５０μｍの長さの界面に平行な試験線上に結晶粒の交点が幾つあるかを数える。そして、試験線の長さ、すなわち５０μｍを交点の数で割ることにより得られた長さを１結晶粒の平均線分長とした。この測定を４〜６本の試験線に対して行い、得られた平均線分長の平均値を算出し、平均幅と定義した。
また、前述の結晶粒の平均幅の測定において、界面における試験線と結晶粒との交点を計測し隣接する交点間の距離を結晶の幅とした。これが１μｍ以上となる場合をカウントし、このカウントを４〜６本の試験線に対して行い、得られた総カウント数の平均値を算出し、これを界面長５０μｍあたりに存在する結晶幅１μｍ以上の粗大な結晶粒の個数と定義した。

工具基体の組成：
本発明のダイヤモンド被覆工具の工具基体は、硬質相成分としての炭化タングステン（ＷＣで示す）と金属結合相成分としてのコバルト（Ｃｏで示す）を主成分とし、かつ、Ｃｏ含有量は３〜１５質量％とする。
Ｃｏ成分には、金属結合相を形成して基体の強度および靭性を向上させる作用があるが、ＷＣ基超硬合金中のＣｏ含有量が３質量％未満では、特に靭性の確保が望めず、一方、Ｃｏ含有量が１５質量％を越えると、エッチングでＣｏを除去した層の強度が著しく低下し、切削時に欠損などが生じやすくなることから、ＷＣ基超硬合金中のＣｏ含有量は３〜１５質量％と定めた。

ダイヤモンド膜の平均膜厚：
工具基体表面に被覆するダイヤモンド膜は、その厚さが３μｍ未満では、長期の使用に亘って十分な耐摩耗性と耐剥離性を発揮することができず、一方、ダイヤモンド膜厚が３０μｍを超えると、チッピング、欠損、剥離が発生しやすくなることから、ダイヤモンド膜の平均膜厚は、３〜３０μｍと定めた。

前述したような本発明のダイヤモンド被覆工具の工具基体は、次のような製法で製造することができる。（１）まず、所定のコバルトを含有する超硬合金を焼結する際、焼結保持温度（１３８０〜１５００℃）からの冷却をアルゴンガスによって１２００℃以下まで５０〜１００℃／ｍｉｎの範囲で急冷することで焼結体を得る。（２）次いで、前記焼結体を研磨加工して、超硬合金製工具基体を形成し、硫酸と過酸化水素と水を０．５：５：１００に混合した溶液に数秒浸漬して表面近傍のＣｏをエッチングで除去後、エタノール中に０．１μｍ以下の一次粒子径を有するダイヤモンド粉末を分散させた溶液中で超音波処理したものを、熱フィラメントＣＶＤ装置に装入する。（３）さらに、フィラメント温度を２２００℃、水素とメタンを１００：１の流量比で流しながら、基板温度９００℃にてダイヤモンド膜の成膜を平均膜厚が３〜３０μｍとなるまで行い製品とする。

こうしてできた本発明のダイヤモンド被覆工具の工具基体は、表面近傍がＷ濃度の高いコバルト合金であることからすぐれた耐食性、強度を発揮する。さらに、工具基体の表面近傍のタングステン濃度を内部に比べて高くしていることから、より負荷のかかる刃先の耐摩耗性、強度を選択的に向上させることができるため、工具基体の折損を防ぐとともに刃先強度の高いダイヤモンド被覆工具を得ることが出来る。

すなわち、工具基体とダイヤモンド膜の接合強度（密着性）を上げるために工具基体表面の金属結合相（主としてＣｏおよびＣｏ合金）を除去すると、刃先強度が低下するというという、いわば、トレードオフの関係にあるダイヤモンド被覆工具の膜の密着性と刃先強度の問題を工具基体表層近傍の金属結合相におけるＣｏとＷの質量比と工具基体内部のＣｏとＷの質量比を制御することにより、耐摩耗性と強度の深さ方向におけるバランスを図るという新規な技術的思想により解決を図ったものである。

本発明のダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具は、炭化タングステンとコバルトを主成分とし、少なくとも３〜１５質量％のコバルトを含有する炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体にダイヤモンド膜を被覆形成したダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具において、前記ダイヤモンド膜が、３〜３０μｍの平均膜厚を有し、前記工具基体とダイヤモンド膜の界面から工具基体の内部方向へ大きくとも５μｍの深さ領域に、コバルトを主成分とする金属結合相の一部が化学処理によって除去された金属結合相一部除去領域を有し、当該工具の刃先近傍の逃げ面に対して垂直断面における観察で、前記界面から工具基体の内部方向に８〜１２μｍの領域の金属結合相におけるタングステンのコバルトに対する質量比が０．０５以上０．１５以下の範囲であるとともに前記工具基体の１ｍｍ以上内部における金属結合相における前記質量比に対して、１．０５〜１．５倍であること、さらに、より好ましくは、工具基体とダイヤモンド膜の界面におけるダイヤモンド膜の結晶の前記界面と平行方向の平均幅が２０〜１００ｎｍであり、かつ、界面長５０μｍあたりに存在する結晶幅１μｍ以上の粗大な結晶粒が１個以下であることによって、工具基体とダイヤモンド膜との密着性を向上させるとともに刃先強度を向上させたものであって、ＣＦＲＰなどの切削加工において、すぐれた、刃先強度、耐摩耗性を発揮するものであって、その効果は絶大である。

本発明のダイヤモンド被覆膜の断面を模式的に表した膜構成模式図である。

つぎに、本発明のダイヤモンド被覆工具について、実施例により具体的に説明する。
なお、ここでは、ダイヤモンド被覆工具の具体例としてダイヤモンド被覆超硬合金製ドリルについて述べるが、本発明はこれに限られるものではなく、ダイヤモンド被覆超硬合金製インサート、ダイヤモンド被覆超硬合金製エンドミル等、各種のダイヤモンド被覆工具に適用できるものである。

（ａ）原料粉末として、いずれも０．５〜３μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴｉＣ粉末およびＺｒＣ粉末を、表１に示される割合に配合し、さらにバインダーと溶剤を加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、いずれも１００ＭＰａの圧力でプレス成形して、直径が１０ｍｍの丸棒圧粉体とし、これらの丸棒圧粉体を、１Ｐａの真空雰囲気中、１３８０〜１５００℃の温度で１〜２時間保持後、アルゴンガスを用いて５０〜１００℃／ｍｉｎの冷却速度で１２００℃以下まで急冷することで焼結体を得た後、該焼結体を研磨加工することにより、ＷＣ基超硬合金焼結体１〜６を製造した。
ついで、前記ＷＣ基超硬合金焼結体１〜６を、溝形成部の外径寸法が８ｍｍとなるように研削加工することにより、ＷＣ基超硬合金製ドリル基体（以下、単に「ドリル基体」という）１〜６を製造した。ここで、ドリル基体６は、後述する比較例ドリルにのみ使用した。

（ｂ）ついで、前記ドリル基体１〜５を、４０℃の村上試薬で３０分浸漬した後、硫酸と過酸化水素と水を０．５：５：１００（容積比）で混合したエッチング液に３〜１０秒浸漬して、ドリル基体１〜５の表面近傍のＣｏを主成分とする金属結合相の一部を数μｍの深さまでエッチングで除去する。

（ｃ）さらに、このドリル基体１〜５を、０．１μｍ以下の一次粒子径を有するダイヤモンド粉末を配合したエタノール中で超音波処理による傷つけ処理を行い、ついで、熱フィラメントＣＶＤ装置に装入し、フィラメント温度を２２００℃、水素ガスとメタンガスを１００：１の流量比で流しながら、工具基体温度を９００℃に維持して３〜３０μｍの膜厚のダイヤモンド膜を成膜する。
前記製造工程により、表２に示す本発明のダイヤモンド被覆ＷＣ基超硬合金製ドリル（以下、単に、「本発明ドリル」という）１〜５を製造した。

前記製造工程によれば、（ａ）の工程の急冷の際に、工具基体表面近傍におけるＣｏ中のＷの質量比が高い状態に維持され、ＷＣ粒子同士の接着強度を向上させることができる。この時、工具基体表面と内部における冷却速度の違いにより、工具基体の表面近傍におけるＷとＣｏの質量比が工具基体内部のＷとＣｏとの質量比に対して、１．０５〜１．５倍に制御される。

比較のため、表１に示される割合に配合された原料粉末を用いて前記製造工程における工程（ａ）における急冷工程を行わず自然冷却する以外は、前述した本発明と同様の方法でドリル基体１〜５を製造し、ドリル基体６については、前記製造工程における工程（ａ）における急冷工程において、ヘリウムガスを使用した急冷を行い、表３に示す比較例のダイヤモンド被覆ＷＣ基超硬合金製ドリル（以下、単に、「比較例ドリル」という）１〜６を製造した。

ついで、前述のようにして製造した本発明ドリル１〜５および比較例ドリル１〜６について、ダイヤモンド膜とドリル基体界面近傍をクロスセクションポリッシャーによって表面に対して垂直に断面研磨を行い、ダイヤモンド膜とドリル基体界面近傍、具体的には、ドリル基体表面から内部方向に８〜１２μｍの領域内で３箇所の金属結合相部分を無作為に選定し、オージェ電子分光による元素マッピングおよび定量分析により、タングステンとコバルトの質量比Ａを測定した。
また、同様にドリル基体の表面から１ｍｍ以上内部の領域内で３箇所の金属結合相部分を無作為に選定し、オージェ電子分光による元素マッピングおよび定量分析により、タングステンとコバルトの質量比Ｂを測定した。そして、Ａ／Ｂを計算した。なお、測定値はいずれも３箇所の平均とした。
また、金属結合相一部除去領域の平均厚み（μｍ）については、前記ドリル基体の表面に対して垂直な断面で基体表面の１０μｍ以上が略直線とみなされる部位において、結合相の一部が除去された領域の幅を３点測定し、これを平均厚み（μｍ）とした。
本発明ドリル１〜５および比較例ドリル１〜６のダイヤモンド膜の膜厚を、走査型電子顕微鏡（倍率５０００倍）を用いて測定し、観察視野内の５点の層厚を測って平均して平均膜厚を測った。
表２、３にこれらの値を示す。

つぎに、前記本発明ドリル１〜５および比較例ドリル１〜６（いずれも、ドリル径はφ８ｍｍ）を用いて、以下の条件で、ＣＦＲＰの高速ドリル穴開け試験を行った。
切削速度：２４０ｍ／ｍｉｎ，
送り：０．２３ｍｍ／ｒｅｖ，
穴深さ：１５ｍｍ（貫通穴），
前記切削試験において、正常摩耗の場合は被削材の穴の入り口側もしくは出口側に発生するバリが０．５ｍｍを超えた時点で使用寿命とし、それまでの穴あけ加工数を測定した。
また、ドリル折損等が原因で使用寿命に至った場合には、それまでの穴あけ加工数を測定した。
表４にこれらの測定結果を示す。

表２〜４の結果からも明らかなように、本発明ドリル１〜５は、ダイヤモンド膜が、３〜３０μｍの平均膜厚を有し、工具基体とダイヤモンド膜の界面から工具基体の内部方向へ大きくとも５μｍの深さ領域に、コバルトを主成分とする金属結合相の一部が化学処理によって除去された金属結合相一部除去領域を有し、当該工具の刃先近傍の逃げ面に対して垂直断面における観察で、界面から工具基体の内部方向に８〜１２μｍの領域の金属結合相におけるタングステンのコバルトに対する質量比が０．０５以上０．１５以下の範囲であるとともに工具基体の１ｍｍ以上内部における金属結合相におけるタングステンのコバルトに対する質量比に対して、１．０５〜１．５倍であること、さらに工具基体とダイヤモンド膜の界面におけるダイヤモンド膜の結晶の前記界面と平行方向の平均幅が２０〜１００ｎｍであり、かつ、界面長５０μｍあたりに存在する結晶幅１μｍ以上の粗大な結晶粒が１個以下であることによって、ＣＦＲＰ等の難削材の高速ドリル穴開け切削加工において、すぐれた刃先強度を示すとともに、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮している。

これに対して、本発明ドリルのような工具基体表面近傍のＷとＣｏの質量比が所定の範囲に入っていないか、基体内部のＷとＣｏの質量比との関係が所定の関係を満たしていない比較ドリル１〜６は、刃先強度が劣り、短期に寿命に至ることが明らかである。

本発明のダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具は、ダイヤモンド被覆超硬合金製ドリルばかりでなく、ダイヤモンド被覆超硬合金製インサート、ダイヤモンド被覆超硬合金製エンドミル等、各種のダイヤモンド被覆工具に適用できるものであり、すぐれた刃先強度と耐摩耗性を発揮することから、切削加工の省エネ化、低コスト化に十分満足に対応できるものである。

Claims (2)

1. 炭化タングステンとコバルトを主成分とし、少なくとも３〜１５質量％のコバルトを含有する炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体にダイヤモンド膜を被覆形成したダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具において、
   前記ダイヤモンド膜が、３〜３０μｍの平均膜厚を有し、
   前記工具基体とダイヤモンド膜の界面から工具基体の内部方向へ大きくとも５μｍの深さ領域が、コバルトを主成分とする金属結合相の一部が化学処理によって除去された金属結合相一部除去領域を有し、
   当該工具の刃先近傍の逃げ面に対して垂直断面における観察で、前記界面から工具基体の内部方向に８〜１２μｍの領域の金属結合相におけるタングステンのコバルトに対する質量比が０．０５以上０．１５以下の範囲であるとともに前記工具基体の１ｍｍ以上内部における金属結合相における前記質量比に対して、１．０５〜１．５倍であること
   を特徴とするダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具。
2. 前記工具基体とダイヤモンド膜の界面におけるダイヤモンド膜の結晶粒の前記界面と平行方向の平均幅が２０〜１００ｎｍであり、かつ、界面長５０μｍあたりに存在する結晶幅１μｍ以上の粗大な結晶粒が１個以下であること
   を特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具。