JPS61163275A - 被覆硬質部材 - Google Patents
被覆硬質部材Info
- Publication number
- JPS61163275A JPS61163275A JP448885A JP448885A JPS61163275A JP S61163275 A JPS61163275 A JP S61163275A JP 448885 A JP448885 A JP 448885A JP 448885 A JP448885 A JP 448885A JP S61163275 A JPS61163275 A JP S61163275A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diamond
- hard member
- film
- tool
- coated hard
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Laminated Bodies (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(+)技術分野
本発明は気°相合成法により最外層にダイヤモンドを被
覆した硬質部材において、ダイヤモンド層の合成時に特
定の不純物を注入することにより、下地への密着性、高
温強度、耐酸化性、耐摩耗性を大巾に改善し、切削工具
、耐摩耗性部材等として極めて優れた性能をもつ硬質被
覆部材に関するものである。
覆した硬質部材において、ダイヤモンド層の合成時に特
定の不純物を注入することにより、下地への密着性、高
温強度、耐酸化性、耐摩耗性を大巾に改善し、切削工具
、耐摩耗性部材等として極めて優れた性能をもつ硬質被
覆部材に関するものである。
(2)技術の背景
従来、切削工具、耐摩耗性部材、耐蝕部材としては高速
度鋼から始まり、WCを主成分とする超硬合金、TIC
を主成分とするサーメット、Ag2O3゜Si3N4等
のセラミックス等が用いられて来た。更にこれ等の硬質
材料の表面をTiCのような炭化物、窒化物、炭窒化物
や酸化物等を被覆した表面被覆材料も盛んに実用化され
ている。
度鋼から始まり、WCを主成分とする超硬合金、TIC
を主成分とするサーメット、Ag2O3゜Si3N4等
のセラミックス等が用いられて来た。更にこれ等の硬質
材料の表面をTiCのような炭化物、窒化物、炭窒化物
や酸化物等を被覆した表面被覆材料も盛んに実用化され
ている。
一方、ダイヤモンドは地上で最も硬度が高く、熱伝導度
の良い物質であり、天然の単結晶を加工して切削、耐摩
耗用途に用いられてきたが、超高圧技術の発達とともに
天然と同様のダイヤモンドが熱力学的に安定な人工合成
ができるようになり、更にダイヤモンド粉末を超高圧で
焼結した焼結ダイヤモンドを広く用いられるようになっ
た。
の良い物質であり、天然の単結晶を加工して切削、耐摩
耗用途に用いられてきたが、超高圧技術の発達とともに
天然と同様のダイヤモンドが熱力学的に安定な人工合成
ができるようになり、更にダイヤモンド粉末を超高圧で
焼結した焼結ダイヤモンドを広く用いられるようになっ
た。
しかしながらこれらは硬度が著しく高い為に加工費が高
いだけでなく単純な形状しか製作できないためその用途
が著しく限定されている。
いだけでなく単純な形状しか製作できないためその用途
が著しく限定されている。
このような問題の解決法の一つとして被覆膜としてダイ
ヤモンドを用いる方法がある。
ヤモンドを用いる方法がある。
近年になって、例えばJ’、Cryst、Grouth
、52゜1981年P219〜226に記載されてい
る如くダイヤモンドを気相から合成する技術が開発され
た。これらの方法によれば、超硬合金等の従来の硬質材
料の表面にダイヤモンドを被覆することによってダイヤ
モンドとは糧同じ硬さと耐摩耗性を持った部材と安価に
製造することができる。
、52゜1981年P219〜226に記載されてい
る如くダイヤモンドを気相から合成する技術が開発され
た。これらの方法によれば、超硬合金等の従来の硬質材
料の表面にダイヤモンドを被覆することによってダイヤ
モンドとは糧同じ硬さと耐摩耗性を持った部材と安価に
製造することができる。
ダイヤモンド被覆はメタン等の炭化水素ガスと水素の混
合ガスを用いるCVD法、プラズマCVD法と、炭化水
素ガスを用いるイオンビーム蒸着法等によって実現され
る。この場合被覆される母材も比較的硬度が高く耐熱性
の材料であることが重要である。しかしながら発明者ら
の実験によると、直接に超硬合金や高速度鋼に被覆した
場合、ダイヤモンド膜と母材との密着性が不足して厳し
い切削条件では膜の剥離によって工具寿命は母材のみの
場合と殆んど変らない場合すらあることがわかった。従
って母材とダイヤモンド膜の間に中間層を入れ密着性の
向上を図るという常識的な解決法も考えられるが、共有
結合体であるダイヤモンドと母材となる金属、炭化物、
窒化物とは木質的に異った電子構造であるため、ダイヤ
モンド相が他の相に拡散するという現象もあり得ないこ
とからこの解決法にも自づと限界がある。
合ガスを用いるCVD法、プラズマCVD法と、炭化水
素ガスを用いるイオンビーム蒸着法等によって実現され
る。この場合被覆される母材も比較的硬度が高く耐熱性
の材料であることが重要である。しかしながら発明者ら
の実験によると、直接に超硬合金や高速度鋼に被覆した
場合、ダイヤモンド膜と母材との密着性が不足して厳し
い切削条件では膜の剥離によって工具寿命は母材のみの
場合と殆んど変らない場合すらあることがわかった。従
って母材とダイヤモンド膜の間に中間層を入れ密着性の
向上を図るという常識的な解決法も考えられるが、共有
結合体であるダイヤモンドと母材となる金属、炭化物、
窒化物とは木質的に異った電子構造であるため、ダイヤ
モンド相が他の相に拡散するという現象もあり得ないこ
とからこの解決法にも自づと限界がある。
(3)発明の開示
本発明は上記問題点を解決するものであり、ダイヤモン
ド膜と基体(母材)との密着性を向上させ工具として適
正な構成を得る手段を提案するものである。
ド膜と基体(母材)との密着性を向上させ工具として適
正な構成を得る手段を提案するものである。
本発明の特徴はダイヤモンド膜中に不純物元素としてB
を注入せしめることである。
を注入せしめることである。
BはSi等の半導体のドーピング元素として知られ周期
律表4b族元素の電子状態を変えることができる。
律表4b族元素の電子状態を変えることができる。
これにより機械的性質はダイヤモンドと同じ特性で、電
気的には純粋のダイヤモンドとは少し異る膜を作ること
ができる□。
気的には純粋のダイヤモンドとは少し異る膜を作ること
ができる□。
発明者らはBを不純物として注入した膜を公知の手段で
あるプラズマCVD法で作成し、その電気的な性質を測
定したところ不純物を含まないダイヤモンド膜に比べて
明らかに比抵抗の減少が認められた。例えば不純物を含
まない場合は1013〜10”Ωc11であるのに対し
Bを0.1%含む膜では約10’Ωc!lの比抵抗であ
った。このことから本発明のダイヤモンド膜は通常のダ
イヤモンド膜に較べて明らかに異った電子状態となって
いると考えられる。
あるプラズマCVD法で作成し、その電気的な性質を測
定したところ不純物を含まないダイヤモンド膜に比べて
明らかに比抵抗の減少が認められた。例えば不純物を含
まない場合は1013〜10”Ωc11であるのに対し
Bを0.1%含む膜では約10’Ωc!lの比抵抗であ
った。このことから本発明のダイヤモンド膜は通常のダ
イヤモンド膜に較べて明らかに異った電子状態となって
いると考えられる。
更にBは不純物としてダイヤモンド中に混入する量は数
%程度まで可能であり、又カーボンとの化合物B4Cの
生成も行われる等拡散層や中間層を持ったのと類似の効
果があると推察される。
%程度まで可能であり、又カーボンとの化合物B4Cの
生成も行われる等拡散層や中間層を持ったのと類似の効
果があると推察される。
次に限定範囲について述べる。
本発明は上述の如くダイヤモンドそのものの電子状態の
変化や界面構造の変化により効果を発揮していると考え
られるので一定量以上の不純物元素の注入が必要である
。しかし不純物量が多過ぎるとダイヤモンド構造が<剥
れ目的の硬質被覆が得られなぐなる。この観点から0.
01〜5%の不純物含有量が適当である。
変化や界面構造の変化により効果を発揮していると考え
られるので一定量以上の不純物元素の注入が必要である
。しかし不純物量が多過ぎるとダイヤモンド構造が<剥
れ目的の硬質被覆が得られなぐなる。この観点から0.
01〜5%の不純物含有量が適当である。
既述の如く母材との界面附近からBの含有量と順次減少
させて最外表面は不純物のないダイヤモンド膜としても
有益であるが、母材との界面近傍では上記含有量を満足
することが不可欠である。
させて最外表面は不純物のないダイヤモンド膜としても
有益であるが、母材との界面近傍では上記含有量を満足
することが不可欠である。
全床のダイヤモンド層の厚さは薄過ぎると高硬度、耐摩
耗性向上の効果がなく、厚過ぎるとダイヤモンド膜自体
が脆いため欠は易くなり、0.1〜20μmの範囲が切
削工具の場合は最適である。この厚みの範囲は基体の種
類、用途によって若干変動する。
耗性向上の効果がなく、厚過ぎるとダイヤモンド膜自体
が脆いため欠は易くなり、0.1〜20μmの範囲が切
削工具の場合は最適である。この厚みの範囲は基体の種
類、用途によって若干変動する。
ダイヤモンド層は直接母材につけても中間層をはさんで
つけることも可能であるが、中間層は母材との密着性を
重視して選択する必要がある。文中間層がダイヤモンド
層との接着が良くなるBを含んだ層をダイヤモンド層の
内層としたり、母材そのものの表面にBを含浸させたり
する手段も有効である。
つけることも可能であるが、中間層は母材との密着性を
重視して選択する必要がある。文中間層がダイヤモンド
層との接着が良くなるBを含んだ層をダイヤモンド層の
内層としたり、母材そのものの表面にBを含浸させたり
する手段も有効である。
本発明の実現には公知のダイヤモンドの気相合成法であ
るCVD 、プラズマCVD 、イオンブレーティング
、イオンビーム蒸着法等の方法において、反応ガス中に
B2H4等のBを含んだガスを混入する手段や、気相合
成中にイオンビーム照射する方法等いずれの方法でも良
く効果は変らない。
るCVD 、プラズマCVD 、イオンブレーティング
、イオンビーム蒸着法等の方法において、反応ガス中に
B2H4等のBを含んだガスを混入する手段や、気相合
成中にイオンビーム照射する方法等いずれの方法でも良
く効果は変らない。
又、基体(母材)としては高速度鋼、超硬合金、サーメ
ット等、場合によってはステンレスでも良い。
ット等、場合によってはステンレスでも良い。
以下実施例により本発明の詳細な説明するが、本発明の
応用範囲は実施例により限定されるものではなく切削工
具、耐摩工具、摺動摩耗部品等耐摩耗性を要求される全
ての工具、部品にも適応できる。
応用範囲は実施例により限定されるものではなく切削工
具、耐摩工具、摺動摩耗部品等耐摩耗性を要求される全
ての工具、部品にも適応できる。
実施例 I
WC−5%CO組成を持つ超硬合金の公知のプラズマC
VD法(+3.5fiMH2の高周波をコイルに印加し
てプラズマを発生)にて1%CH4を含むH2雰囲気か
らlθμのダイヤモンド膜を得た。この膜のビッカース
硬度を測定したところ荷重25gで9600であった。
VD法(+3.5fiMH2の高周波をコイルに印加し
てプラズマを発生)にて1%CH4を含むH2雰囲気か
らlθμのダイヤモンド膜を得た。この膜のビッカース
硬度を測定したところ荷重25gで9600であった。
同じ方法でB2H6を0.1%、CH4を1%を含むH
2雰囲気からlOμのダイヤモンド膜を得た。この膜の
組成分析をSIMS(2次イオン質量分析器)にて測定
したところ約1000 PPmのBが観察された。
2雰囲気からlOμのダイヤモンド膜を得た。この膜の
組成分析をSIMS(2次イオン質量分析器)にて測定
したところ約1000 PPmのBが観察された。
又結晶構造を区射電子線回折で電子結合状態をLEEL
S (低速電子線損失分光法)で測定したところダイヤ
モンドであると画定された。この膜の硬度は9300で
あり不純物のない膜と殆んど差がなかった。
S (低速電子線損失分光法)で測定したところダイヤ
モンドであると画定された。この膜の硬度は9300で
あり不純物のない膜と殆んど差がなかった。
実施例 2
市販の超硬合金ISO,K10 (形状SPG 421
)に公知マイクロ波プラズマCVD法(50關φの5i
02製反応管)にて下記条件でダイヤモンドを3μm被
覆した工具を2種作成した。
)に公知マイクロ波プラズマCVD法(50關φの5i
02製反応管)にて下記条件でダイヤモンドを3μm被
覆した工具を2種作成した。
被覆条件:
マイクロ波周波数: 2.450[Izマイクロ波出力
: 400W 反応圧力 : 20Torr 反応ガス:[本発明] : B11(B O,2%十C
I41%十残H2[比較例] : CH41%十残H2 流速 :5θ、1ffl/SeC上記作成工
具を、AQ−ro%Stを被削材として、切削速度”2
00m/ min 1送り0.1mm/rev、切込み
0.2鰭、切削時間5分の乾式旋削試験を行った。この
結果、不純物を含まないダイヤモンド膜を被覆した工具
(比較例)ではフランク摩耗が0 、5 IImで切刃
付近のダイヤモンド膜が完全に剥れていたのに対し、本
発明の工具ではフランク摩耗0.05mm以下と小さく
ダイヤモンド膜は完全に残っていた。
: 400W 反応圧力 : 20Torr 反応ガス:[本発明] : B11(B O,2%十C
I41%十残H2[比較例] : CH41%十残H2 流速 :5θ、1ffl/SeC上記作成工
具を、AQ−ro%Stを被削材として、切削速度”2
00m/ min 1送り0.1mm/rev、切込み
0.2鰭、切削時間5分の乾式旋削試験を行った。この
結果、不純物を含まないダイヤモンド膜を被覆した工具
(比較例)ではフランク摩耗が0 、5 IImで切刃
付近のダイヤモンド膜が完全に剥れていたのに対し、本
発明の工具ではフランク摩耗0.05mm以下と小さく
ダイヤモンド膜は完全に残っていた。
実施例 3
市販の超硬合金ISO,M10(形状TPG 321)
に実施例2と同様の条件でダイヤモンド膜を作り、B2
H6の含有量を変えることによって第1表のB含有率の
異る膜を得た。これを下記の条件で切削試験を行い比較
した。
に実施例2と同様の条件でダイヤモンド膜を作り、B2
H6の含有量を変えることによって第1表のB含有率の
異る膜を得た。これを下記の条件で切削試験を行い比較
した。
切削形態 二 転削(乾式)
%式%
切込み =0.51
この条件でフランク摩耗が0.2mmとなるまでの時間
で切削寿命とし第1表に示す。
で切削寿命とし第1表に示す。
第 1 表
実施例 4
Claims (3)
- (1)基体表面の被覆層の少くとも一層がBを含むダイ
ヤモンド層であることを特徴とする被覆硬質部材。 - (2)被覆層の一層が0.01〜5%のBを含むことを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の被覆硬質部材。 - (3)被覆層の厚みが全体で0.1〜20μmであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の被覆硬質部
材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP448885A JPS61163275A (ja) | 1985-01-14 | 1985-01-14 | 被覆硬質部材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP448885A JPS61163275A (ja) | 1985-01-14 | 1985-01-14 | 被覆硬質部材 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61163275A true JPS61163275A (ja) | 1986-07-23 |
Family
ID=11585473
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP448885A Pending JPS61163275A (ja) | 1985-01-14 | 1985-01-14 | 被覆硬質部材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61163275A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62235470A (ja) * | 1986-04-02 | 1987-10-15 | Nec Corp | 硬質非晶質炭素膜 |
JPH0438054U (ja) * | 1990-07-30 | 1992-03-31 | ||
US5183602A (en) * | 1989-09-18 | 1993-02-02 | Cornell Research Foundation, Inc. | Infra red diamond composites |
US5491002A (en) * | 1992-03-20 | 1996-02-13 | General Electric Company | Multilayer CVD diamond films |
JP2006152422A (ja) * | 2004-12-01 | 2006-06-15 | Osg Corp | ボロンドープダイヤモンド被膜およびダイヤモンド被覆加工工具 |
US7431988B2 (en) | 2004-12-01 | 2008-10-07 | Osg Corporation | Hard coating and machining tool disposed with hard coating |
JP2009280421A (ja) * | 2008-05-20 | 2009-12-03 | Sadao Takeuchi | 高強度ダイヤモンド膜工具 |
-
1985
- 1985-01-14 JP JP448885A patent/JPS61163275A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62235470A (ja) * | 1986-04-02 | 1987-10-15 | Nec Corp | 硬質非晶質炭素膜 |
US5183602A (en) * | 1989-09-18 | 1993-02-02 | Cornell Research Foundation, Inc. | Infra red diamond composites |
JPH0438054U (ja) * | 1990-07-30 | 1992-03-31 | ||
US5491002A (en) * | 1992-03-20 | 1996-02-13 | General Electric Company | Multilayer CVD diamond films |
JP2006152422A (ja) * | 2004-12-01 | 2006-06-15 | Osg Corp | ボロンドープダイヤモンド被膜およびダイヤモンド被覆加工工具 |
US7431988B2 (en) | 2004-12-01 | 2008-10-07 | Osg Corporation | Hard coating and machining tool disposed with hard coating |
JP2009280421A (ja) * | 2008-05-20 | 2009-12-03 | Sadao Takeuchi | 高強度ダイヤモンド膜工具 |
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