JPH01145396A

JPH01145396A - 低圧ｃｖｄ法ダイヤモンドのコーティグ方法

Info

Publication number: JPH01145396A
Application number: JP30523387A
Authority: JP
Inventors: Sadao Takeuchi; 貞雄竹内; Yoichi Hirose; 洋一広瀬; Kunio Komaki; 小巻　邦雄
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1987-12-02
Filing date: 1987-12-02
Publication date: 1989-06-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、超硬合金の表面に低圧ＣＶＤ法ダイヤモンド
をコーティングする方法に関し、さらに詳しくは、タン
グステンカーバイド焼結体切削工具、或は耐摩耗性部品
等の超硬合金の表面に低圧ＣＶＤ法ダイヤモンドをコー
ティングする際の前処理方法に関する。

〔従来の技術〕

切削工具の切削刃部分は超硬合金によってつくられてい
るが、切削時の発熱によって、被切削材の切屑が溶着す
ることが少なく、また耐摩耗性が優れていることが要求
されており、これらの特性を高めるため種々な方法が行
なわれている。

例えば、超硬合金の表面にＴｉＣ，’ｒｉＮ等のセラミ
ックコーティングを施す方法が行なわれているが、近年
、物質中最高の硬度を有し、熱伝導性、耐食性の優れて
いるダイヤモンドが低圧ＣＶＤ法によって容易に得られ
るようになったため、ダイＸ７モンド」−ティングを施
した切削工具、耐摩耗材等が開発されつつある。

低圧ＣＶＤ法ダイヤモンド（以下ＣｖＤダイＶモンドと
いう）のコーティングは、水素ガス等で希釈した有機化
合物ガスを原料とし、熱フィラメント、マイクロ波（Ｍ
Ｗ）　、高周波（ＲＦ）プラズマ、直流交流放電プラズ
マ、アーク放電等で上記有機化合物ガスを励起、反応さ
せて被コーテイング材の表面にダイヤモンドを析出させ
る公知の方法である。

また、超硬合金は、周期律表のｒＶ、　Ｖ、　ＶＩ族の
金層の炭化物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物をＣｏ。

Ｎｉ、Ｆｅ金属またはこれらの合金を結合材として焼結
したものであるが、代表的なものとしては、超硬丁具、
耐摩耗性部材として広く用いられているタングステンカ
ーバイド（ＷＣ）−Ｃｏ系のものがあげられる。これは
、ＷＣ粉末をＣＯメタル、またはＧｏ系合金を結合剤と
して焼結したものであるが、ＣＯをＮｉ或はｌ”ｅ″ｃ
Ｐｆ換した超硬合金もまた広く用いられている。

このように、超硬合金の大部分はｃｏ、Ｎｉ。

Ｆｅを含有しているが、ＣＶ　Ｄダイヤモンドコーティ
ングを施１下地の表面にＧｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の金属また
は合金が存在するとＣＶＤダイヤモンドコーティングが
出来ないことが知られている。

これは、ｃｏ、　Ｎｉ、　Ｆｅ金属、または合金が存在
Ｊると、温度が６００℃以上の高温となると、ＣＶＤダ
イヤモンドの原料となる有機化合物ガス中の炭素成分が
結合剤の中に拡散してしまい、ダイヤモンドが析出しな
いためとされている。

そのため、超硬合金の表面にＣＶＤダイヤモンドをコー
ティングする場合には、通常、予め酸処理を行なってｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｆｅを除去し、これにＣＶＤダイヤモンドコ
ーディングを施１ことが行なわれており、中間層を介在
させて、コーティングすることも考えられている。また
超硬金属であるタングステン等においては、前処理をす
ることなく、ＣＶＤダイヤモンドコーティングが行なわ
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記酸処理は、超硬合金材料をＣ■Ｄダイヤ
ｔンド析出装置にセットする前に、別の工程によって処
理を行なわなければならず、ざらに酸処理した後、水洗
、中和処理が必要で工程が繁雑となり時間と人手を要し
、経済性が低く、しかも密着強度が十分に向上しない。

また、中間層を介在させる方法は、いまだ開発段階でよ
い結果が得られていない。さらに、タングステンのよう
な超硬金属にＣＶＤダイヤモンドコーティングを施した
場合にも十分な密着強度が得られない。

本発明者らは上記の欠点を解消すべく鋭意研究した結果
、ＣＶＤダイヤモンド析出装置内で予め所定の気体によ
って気相エツチングを行なうことによって、続いてコー
ティングされるＣＶＩ）ダイヤモンドの基材への密着性
が向上することを発見した。

本発明は上記の発見に基づいてなされたもので、超硬合
金材に密着強度のγＳいＣＶＤダイヤモンドコーティン
グを施す方法を提供することを目的と１６゜（問題点を解決するための手段〕本発明は、上記の目的を達成すべくなされたもので、そ
の要旨は、超硬合金の表面に低圧法ＣＶＤダイヤモンド
をコーティングするに際し、上記超硬合金の表面を、ア
ルコール、Ｈ２０，Ｇｏ。

ＣＯ２のうら少なくとも一種類を含有する気相中で熱処
理した後、ダイヤモンドコーティングを施す、低圧法Ｃ
ＶＤダイ°ヤ七ンドのコーティング方法にある。

〔発明の具体的構成および作用〕

本発明においてコーティングされるダイヤモンドとは、
ダイヤモンド、または硬質炭素（ＤＬＣ）である。ＤＬ
Ｃは、ダイヤモンド様炭素とも呼称され、ダイヤモンド
と黒鉛の中間体と考えられているもので、ダイヤモンド
結合とグラファイト結合とが入オーダで混合した相で、
ラマンスペクトルで１５００．−１付近にピークを有す
。その物性もダイヤモンドに近く、超硬度で、高熱伝導
性、高絶縁性を有し、ＣＶＤダイヤモンド析出と同様に
して析出される。本発明においては、ＣＶＤダイヤモン
ドにはＤＬＣを含むものとし、両者を総括して、ＣＶＤ
ダイヤモンドという。

また、本発明において気相エツチングに用いられるアル
コールは、メチルアルコール、エチレングリコール等の
ＯＨ基を有する有機化合物で、特にＣｌ０Ｎ＝１以下の
ものが好ましい。Ｃｌ０Ｈ＝１を越えるアルコールを用
いた場合においても、ＣＶＤダイヤモンドの密着効果は
向上するがその効果は十分で′ない。アルコールの他、
Ｈ２０゜Ｇｏ、ＣＯ２ガスも好適である。これらのガス
は希釈して用いられるが、希釈ガスとしては、引続いて
（うなわれるＣＶＤダイヤモンドコーティングの場合、
ダイヤモンド原料ガスとなる有機化合物ガスを希釈する
ガスを用いるのが、ガスの置換等のためには好ましく、
熱処理（気相エツチング）においては、ＣＶＤダイヤモ
ンド析出の際に通常用いられる水素が多く用いられる。

超硬合金よりなる基材にＣＶＤダイヤモンドコーティン
グを施１には、基材をＣＶ　ｌ）ダイヤモンド析出装置
内にセットする。この際、基材面を予め５μｍＦｄ度の
ダイヤモンドペーストで軽く研摩しておくと、気相エツ
チング効果がやや向上するので好ましい。

次いで、アルコール、Ｈ２０，Ｇｏ、ＣＯ２の少なくと
も一種類と水素ガス等とを混合したガスを導入し熱フィ
ラメント、ＭＷ、ＦＲプラズマ、直流交流放電プラズマ
、アーク放電、ＥΔＣｖＤ（熱フィラメント十電場励起
）、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴揚＝直流プラズマ
＋磁場励起）等によって励起し、セットした基材を高温
とすると、Ｇｏ、Ｎｉ、　Ｆｅ或はそれらの合金は気相
となって除去される。その反応メカニズムは定かでない
が、それぞれＧｏ　（ＧＯ）４　、　Ｎ　ｉ　（ＣＯ）
　４　。

Ｆｅ（Ｃｏ）ｓ等、カルボニール化合物となって気化す
るものと思われる。

また、タングステン、ＷＣは、エツチング気相中のＯＨ
または原子状水素（Ｈ）等のラジカルによって、多少表
面がエツチングされる。

２Ｌ記超硬合金結合剤のエツチングが不足すると、ＣＶ
Ｄダイヤモンドの密着強度が低下し、エツチングが進み
過ぎると、表面層のＷＣ粒が過度に露出し、または脱落
して、ＣＶＤダイヤモンドコーディング俊も表面に凹凸
があられれ、工具等の寸法精度、平滑度が低下する。

エツチングにおい又は、上記エツチングガス濃度、基材
温度の条件の伯、当然のことながらエツチング処理時間
、エツチングガスの種類、励起手段によっても左右され
る。

例えば、メチルアルコールまたはエチレングリコール１
ｖｏＪ％の水素希釈ガスを用いた熱フイラメント法にお
いては、１０分〜１時間がよい。この場合、熱フイラメ
ント温度は１０００〜２５００℃、特に１５００〜２０
００℃が望ましい。その場合の基材温度は３００〜１０
００℃、或は６００〜９００℃になる。この条件では、
ＣＶＤダイヤモンドの析出は認めらない。

エツチングによる基材表面状態に関し、−例をあげて説
明するとＷＣ−Ｃｏ超硬合金を、エツチングガスとして
エチレングリコール１　ｖｏＪ％の水素希釈ガスを用い
、熱フィラメントを１８５０℃として励起し、基材温度
６５０℃、水素流量１００ＣＣ／１ｌｉｎ。

反応圧力１００Ｔｏｒｒで３０分間熱処理を行ない、こ
の熱処理の前後における基材面をＳＥＭ（走査電子顕微
１ｌｔ）で観察した。その結果、Ｃｏｆｌが１〜２μｍ
除去され、ＷＣの３〜５μｍの結晶粒が表面に突起し分
布していることが確認された。

また、アルコール、ト１２０．Ｃｏ、ＣＯ２を用い水素
で希釈し、これを前記種々な方法で励起して、ＣＶＤダ
イヤモンド装置にセットした超硬合金の基板を熱処理し
たが、Ｎｓ根湯温度、熱フィラメントの場合と同様３０
０〜１０００℃特に６００〜９００℃が好適であった。

なお１．Ｅ２方法はタングステンチップ、或は、ダイヤ
モンド、ｃＢＮ焼結チップ等の超硬工具にＣＶＤダイヤ
モンドをコーティングする場合の前処理としても効果が
ある。

〔実施例１〕直径：２０α、高さ：１５α、容量的４．５１の熱フイ
ラメント法ＣＶ　ｌ）反応装置内に、長さ二８履、下部
＠ｉｆ：１０ｍ、上部幅６　ｅｔａ　、厚さ：３ｍのｗ
ｃ−ｃｏ系ｉ１１硬合金の剪断チップを基板支持台上に
置き、熱フイラメント温度１８００℃、基板温度７５０
℃とし、メチルアルコールｍ度がｌ　ＶＯＪ％の水素と
の混合ガスを用い、水素１００３ＣＣＨ，反応Ｌ〔力２
００ＴＯｒｒで３０分間熱処理を行なった。続い（、エ
チルアルコール４ｖｏｊ％の水素との原料混合ガスに切
換えるとともに、水素１００ＳＣＣＨ１圧力１００ＴＯ
ｒｒ、熱フィラメントの温度２１００℃として１時間ダ
イヤモンドを析出させた。

その結果、ダイヤモンドコーティング層の厚さは、約６
μｍとなった。また、ラマン分光測定により、１３３３
ｃＩ−１付近に鋭いダイヤモンドによるピークが認めら
れた。

このツー−１イング剪断チップを用いて、厚さ０．５１
１１１．幅５ａａ＋のアルミニウム板を４３０００回切
断した後、ざらに厚さ５　ｍｔｎ、幅５Ｎの鉄板を１０
０回切断したが、ダイヤモンド層には剥離や、大きな欠
落が発生せず、加工精度の低下、ＡＩ切断時におけるＡ
Ｕ付着は認められなかった。

このことは、本発明の方法によってコーディングしたも
のは、上記のように切断に供した場合、従来のものに比
べ、約３倍の寿命であることを示している。

（実施例２〕実施例１と同じ熱フイラメント反応装置、ＷＣ−Ｇｏ系
チップを用いて、ＣＯ：　２０５ＣＣＨ，ＧＯ２：２０
５ＣＣＨＳＨ２：　５５ＣＣＨの混合ガス中でフィラメ
ント温度２０００℃、基板温度６００℃、反応応力５０
Ｔｏｒｒで３０分間表面熱処理を行ない、続いて、実施
例１と同じＣＶＤダイヤモンド析出条件（゛、ダイヤ七
ンドコーデ”インクを施した。

これを用いて、実施例１と同様な機能試験を行なったと
ころ、はぼ同じ結果が得られた。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の方法は、ＣＶＤダイヤモン
ド析出装置内に超硬合金部材をセットし、気相による熱
処理を行なった後、操作条件を変えるのみで、引続いて
ＣＶＤダイヤ［ンドをコーディングすることが出来るの
で、従来の酸処理等に比し、生産効率が格段によくなる
。さらに、コーティングされたダイヤモンド層は基材に
強力に密着しているので、切削等に使用しても剥離史欠
落が発生せず、これを研削工具にした場合の被研削物の
処理可能数が大幅に増大するので、経済性に優れ、各業
界に寄与することが極めて大きい。

Claims

【特許請求の範囲】

超硬合金表面に低圧法ＣＶＤダイヤモンドをコーティン
グするに際し、上記超硬合金の表面を、アルコール、Ｈ
＿２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ＿２のうち少なくとも一種類を含有
する気相中で熱処理した後、ダイヤモンドコーティング
を施すことを特徴とする低圧ＣＶＤ法ダイヤモンドのコ
ーティング方法。