【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】切削工具、耐摩耗工具、耐摩耗部
品や装飾品などに用いられる被覆焼結体及びその製造方
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a coated sintered body used for cutting tools, wear-resistant tools, wear-resistant parts, ornaments and the like, and a method for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】高性能、高耐摩耗性工具等には、炭化タ
ングステンや炭化チタン等を主成分とする、いわゆる超
硬合金あるいはサーメットと呼ばれる焼結体材料が広く
用いられていた。また、アルミナや窒化ケイ素といった
セラミックス材料も広く用いられていた。2. Description of the Related Art For high-performance and high-wear resistant tools, etc., so-called cemented carbide or cermet sintered body materials containing tungsten carbide, titanium carbide, etc. as main components have been widely used. Ceramic materials such as alumina and silicon nitride have also been widely used.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】一般に、炭化タングス
テンや炭化チタンを主成分とする焼結体の化学気相析出
法（ＣＶＤ法）によりダイヤモンドまたは硬質炭素被膜
を形成する場合、焼結体のバインダーとして用いられる
コバルトやニッケル中に析出した炭素が拡散・固溶する
ため、密着性や結晶性等の被膜としての特性が悪くなる
という欠点を有していた。Generally, when a diamond or hard carbon coating is formed by a chemical vapor deposition method (CVD method) on a sintered body containing tungsten carbide or titanium carbide as a main component, the binder of the sintered body is used. Since the carbon deposited in cobalt or nickel used as a material diffuses and forms a solid solution, it has a drawback that the properties of the coating such as adhesion and crystallinity deteriorate.
【０００４】一方、基材がセラミックスの場合、この基
材との相性により、ダイヤモンドや所望の硬質炭素被膜
が析出しなかったり、熱膨張率の違いによる被膜の剥離
や、密着性の低下をきたすという欠点を有していた。ま
た、ダイヤモンド被膜を形成するには比較的高温を必要
とする。たとえばダイヤモンド膜の代表的な形成方法で
あるマイクロ波ＣＶＤ法や熱フィラメント法では処理物
の温度を８００℃程度に保つ必要がある。ダイヤモンド
は物質中最も小さな膨張係数を有しているため、超硬合
金材料のような母材との間に大きな差がある。On the other hand, when the base material is ceramics, the compatibility with the base material causes no deposition of diamond or a desired hard carbon coating, peeling of the coating due to the difference in coefficient of thermal expansion, and deterioration of adhesion. It had a drawback. In addition, a relatively high temperature is required to form a diamond film. For example, in the microwave CVD method and the hot filament method, which are typical methods for forming a diamond film, it is necessary to keep the temperature of the object to be processed at about 800 ° C. Since diamond has the smallest expansion coefficient in the material, there is a large difference with the base material such as cemented carbide material.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、本発明では、母材とダイヤモンド被膜または母材
と硬質炭素被膜との中間層として、平均結晶粒径が５０
０オングストローム以下か、アモルファス状の窒化アル
ミニウム、または窒化アルミニウムを主成分あるいは主
体とする構造を持つ物質、たとえば、窒化アルミニウム
の他に窒化アルミニウムから誘導されるＡｌxＯ
yＮz，ＳｉwＡｌxＯyＮz（w,x,y,zは組成
比）などの物質の層（以下、窒化アルミニウム層とい
う）を形成したものを用いる。[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the present invention, the base material and the diamond coating or the base material
And an average crystal grain size of 50 as an intermediate layer between the hard carbon coating and
0 angstrom or less or amorphous aluminum nitride
Mainly or mainly composed of minium or aluminum nitride
A substance with a body structure, for example, aluminum nitride
In addition to Al derived from aluminum nitridexO
yNz, SiwAlxOyNz(w,x,y,zIs the composition
Ratio) and other material layers (hereinafter referred to as aluminum nitride layers)
U) is used.
【０００６】また、優れたダイヤモンドまたは硬質炭素
被膜を形成するにあたり、形成方法として化学気相析出
法（ＣＶＤ法）とくにマイクロ波ＣＶＤ法または熱フィ
ラメントＣＶＤ法を用いるもので、さらに、窒化アルミ
ニウム層の形成方法としては、ホローカソード型イオン
プレーティング法またはアーク放電を利用した薄膜形成
法を用いて、金属アルミニウムと窒素または窒素含有気
体から形成する。この時、必要に応じて高周波電力によ
り母材に自己バイアス電圧をかける。Further, in forming an excellent diamond or hard carbon film, a chemical vapor deposition method (CVD method), particularly a microwave CVD method or a hot filament CVD method is used as a forming method. As a forming method, a hollow cathode type ion plating method or a thin film forming method using arc discharge is used to form metal aluminum and nitrogen or a gas containing nitrogen. At this time, a self-bias voltage is applied to the base material by high frequency power as needed.
【０００７】[0007]
【作用】上述のような構成を有する中間層を用いること
により、コバルトやニッケルをバインダーとする超硬合
金の母材上にダイヤモンド被膜を形成するに当たり、前
記母材中への拡散、固溶、グラファイト化等を防ぐと同
時に熱膨張率の差による密着性の低下や応力の残留等の
問題、さらに、ダイヤモンドの結晶粒の粗大化を同時に
解決できる。すなわち、超硬合金表面を平均粒径５００
オングストローム以下またはアモルファス状の窒化アル
ミニウム層で完全に覆うことによりダイヤモンド析出時
に析出した炭素がバインダーであるコバルトやニッケル
と接する事がないので、これらの物質中への拡散、固溶
あるいはグラファイトとしての析出を防ぐことができる
のである。また、窒化アルミニウムの熱膨張率は２〜４
×１０-6Ｋ-1であり、母材である焼結超硬合金（５〜８
×１０-6Ｋ-1）および被覆層であるダイヤモンド（１〜
２×１０-6Ｋ-1）の熱膨張率の中間であることから、ダ
イヤモンドの合成温度である約８００℃からの室温への
冷却による収縮に対し、優れた緩和層として働くので各
々の層間における剥離や密着力の低下を防ぐ役目をす
る。When the diamond coating is formed on the base material of cemented carbide using cobalt or nickel as a binder by using the intermediate layer having the above-mentioned structure, diffusion into the base material, solid solution, It is possible to prevent graphitization and the like, and at the same time solve problems such as a decrease in adhesion due to a difference in thermal expansion coefficient and residual stress, and further coarsening of diamond crystal grains. That is, the average particle size of the cemented carbide surface is 500
By completely covering it with a layer of aluminum nitride below Angstrom or amorphous, carbon deposited during diamond deposition does not come into contact with cobalt or nickel that is a binder, so diffusion into these substances, solid solution or precipitation as graphite Can be prevented. The coefficient of thermal expansion of aluminum nitride is 2 to 4
× 10-6 K-1 , which is the sintered cemented carbide (5-8
× 10-6 K-1 ) and diamond as a coating layer (1 to
Since it has an intermediate coefficient of thermal expansion of 2 × 10−6 K−1 ), it acts as an excellent relaxation layer against shrinkage due to cooling from the synthetic temperature of diamond of about 800 ° C. to room temperature. It serves to prevent peeling and deterioration of adhesion in the.
【０００８】気相からダイヤモンドを合成・析出させる
場合、基板の微細な傷や欠陥および結晶の粒界などによ
り核生成がおこり、微細で緻密なダイヤモンド被膜を形
成するためにはこの核生成の密度を高めることが必要と
なる。ここで中間層である窒化アルミニウム層の平均結
晶粒径５００オングストローム以下の微細粒あるいはア
モルファス状にすることにより粒界でのダイヤモンドの
核生成密度を高めることができ、微細で緻密なダイヤモ
ンド被膜を形成することができるのである。When synthesizing and precipitating diamond from the vapor phase, nucleation occurs due to fine scratches and defects on the substrate and grain boundaries of crystals, and in order to form a fine and dense diamond film, this nucleation density is high. Will be required. Here, the nucleation density of diamond at the grain boundaries can be increased by forming fine particles or amorphous particles having an average crystal grain size of 500 angstroms or less of the aluminum nitride layer, which is the intermediate layer, to form a fine and dense diamond film. You can do it.
【０００９】この平均結晶粒径５００オングストローム
以下の微細粒またはアモルファス状の窒化アルミニウム
層を焼結超硬合金上に形成する方法として、原料に金属
アルミニウムと窒素ガスまたは窒素含有ガスを使用し、
ホローカソード型イオンプレーティング装置またはアー
ク放電を用いた薄膜形成装置を用いることで達成できる
のであるが、特に形成時に必要に応じて高周波電力によ
り母材に自己バイアス電圧をかけることにより微細化に
加えて母材との密着性を高めることができる。As a method for forming a fine-grained or amorphous aluminum nitride layer having an average crystal grain size of 500 Å or less on a sintered cemented carbide, metal aluminum and nitrogen gas or nitrogen-containing gas are used as raw materials,
This can be achieved by using a thin film forming device that uses a hollow cathode ion plating device or arc discharge.However, in particular, by applying a self-bias voltage to the base material with high-frequency power as needed during formation, it is possible to achieve miniaturization. The adhesion with the base material can be improved.
【００１０】[0010]
【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいて説明す
る。 （実施例１）図１は、本発明により形成された被覆焼結
体の断面図であり、１は超硬合金母材、２は中間層であ
る窒化アルミニウム層、３はダイヤモンドをはじめとす
る硬質炭素層を表わしている。EXAMPLES The present invention will be described below based on examples. (Example 1) FIG. 1 is a cross-sectional view of a coated sintered body formed according to the present invention, in which 1 is a cemented carbide base material, 2 is an aluminum nitride layer as an intermediate layer, and 3 is diamond and the like. It represents a hard carbon layer.
【００１１】焼結超硬合金基材として炭化タングステン
ーコバルト系（重量比でコバルト１０％、ＪＩＳ規格Ｋ
−４０相当品）超硬合金製のドリル（直径１ｍｍ）を用
い、中間層として窒化アルミニウム（不可避的成分を除
いて純粋に近い）をホローカソード型イオンプレーティ
ング法を使って金属アルミニウムと窒素ガスから作製
し、外層であるダイヤモンド被膜をマイクロ波ＣＶＤ法
により作製した例について述べる。Tungsten carbide-cobalt type as a sintered cemented carbide substrate (cobalt 10% by weight, JIS standard K
Equivalent to -40) Using a cemented carbide drill (diameter 1 mm), aluminum nitride (nearly pure except unavoidable components) as an intermediate layer, using a hollow cathode ion plating method, metallic aluminum and nitrogen gas. An example in which the diamond coating which is the outer layer is manufactured by the microwave CVD method will be described.
【００１２】図２は上記の窒化アルミニウム層を形成す
るためのホローカソード型イオンプレーティング装置の
縦断面図である。まず、真空槽４を真空排気系５により
１×１０-5Ｔｏｒｒまで真空排気し、放電維持用のアル
ゴンガスを流しながらホローカソード型電子銃６と水冷
銅るつぼ７中に入っている蒸発用金属アルミニウムとの
間で３０Ｖ−３００Ａの直流放電を生じさせアルミニウ
ムを溶融・蒸発させる。このとき、蒸発したアルミニウ
ムの多くは３０Ｖ−３００Ａという大電流放電中に存在
する電子によりイオン化、活性化される。この状態中へ
窒素ガスを１００ｃｃ／ｍｉｎの流量でガス導入系８よ
り導入し、安定化した後シャッター９を開け、基板であ
る超硬製ドリル１０上に窒化アルミニウム膜を合成・形
成した。FIG. 2 is a vertical sectional view of a hollow cathode type ion plating apparatus for forming the above-mentioned aluminum nitride layer. First, the vacuum chamber 4 is evacuated to 1 × 10−5 Torr by the vacuum exhaust system 5, and the hollow cathode electron gun 6 and the water-cooled copper crucible 7 are used to evaporate metal while flowing argon gas for maintaining discharge. A direct current discharge of 30V-300A is generated between aluminum and aluminum to melt and evaporate. At this time, most of the evaporated aluminum is ionized and activated by the electrons existing during the high-current discharge of 30V-300A. Nitrogen gas was introduced into this state at a flow rate of 100 cc / min from the gas introduction system 8 and, after stabilization, the shutter 9 was opened, and an aluminum nitride film was synthesized and formed on the cemented carbide drill 10 as the substrate.
【００１３】このとき、基板である超硬製ドリル１０に
は形成されるべき窒化アルミニウム層の結晶性や硬さ、
さらに結晶粒子の大きさ等の膜質を高めることと超硬ド
リル１０との密着性を高めるために高周波電源１１を用
いて直流成分で−５０Ｖとなるように高周波電力（１
３．５４ＭＨｚ）を印加した。また、このとき超硬製ド
リル１０の温度は約３００℃とした。窒化アルミニウム
層を約１μｍ形成したのちシャッター９を閉じ、ホロー
カソード型電子銃６の電源と窒素の導入を止めた。十分
冷却した後、真空槽４の真空を破り、試料であるドリル
１０を取り出した。 次に、この中間層を形成した超硬
製ドリルを図３に示したマイクロ波プラズマＣＶＤ装置
内に置き、装置内を１×１０-3Ｔｏｒｒまで真空排気
後、ガス導入系１２よりメタンを０．５％含んだ水素ガ
スを導入し、マイクロ波発生電源１３より５００Ｗの
２．５４ＧＨｚのマイクロ波を発生させ導波管１４を通
して石英管製の反応管１５内に放電プラズマを発生させ
て中間層を被覆した超硬製ドリル１６上にダイヤモンド
膜を０．３μｍ／ｈｒの成膜速度で約５μｍ形成した。
この間処理物である超硬製ドリルの温度はマイクロ波に
より発生したプラズマによる衝撃のため約８００℃とな
っていた。冷却後、試料であるドリルを取り出したとこ
ろ、剥離やクラック等の欠陥を生じていなかった。At this time, the crystallinity and hardness of the aluminum nitride layer to be formed on the carbide drill 10 which is the substrate,
Further, in order to improve the film quality such as the size of crystal grains and the adhesion with the carbide drill 10, the high frequency power source 11 is used to set the high frequency power (1) so that the DC component becomes -50V.
3.54 MHz) was applied. At this time, the temperature of the carbide drill 10 was set to about 300 ° C. After forming the aluminum nitride layer to a thickness of about 1 μm, the shutter 9 was closed and the power supply of the hollow cathode electron gun 6 and the introduction of nitrogen were stopped. After sufficiently cooling, the vacuum in the vacuum chamber 4 was broken and the drill 10 as a sample was taken out. Next, the cemented carbide drill having the intermediate layer is placed in the microwave plasma CVD apparatus shown in FIG. 3, the apparatus is evacuated to 1 × 10−3 Torr, and methane is removed from the gas introduction system 12 to 0. Introducing hydrogen gas containing 0.5%, a microwave generating power supply 13 generates a microwave of 500 W at 2.54 GHz to generate a discharge plasma through the waveguide 14 into the reaction tube 15 made of a quartz tube, and the intermediate layer. A diamond film having a thickness of about 5 μm was formed at a film forming rate of 0.3 μm / hr on the carbide drill 16 coated with.
During this time, the temperature of the cemented carbide drill, which was the treated product, was about 800 ° C. due to the impact of the plasma generated by the microwave. When the sample drill was taken out after cooling, defects such as peeling and cracks did not occur.
【００１４】このドリルををＸ線回折法により分析を行
ったところ、超硬材料に起因する回折ピークの他に形成
したダイヤモンドのほか窒化アルミニウムによる回折ピ
ークがみられたが、この方法により形成されたダイヤモ
ンド被膜は回折ピークから超硬材料に直接、ダイヤモン
ド被膜を形成したものに比べて、極めて高い結晶性を有
していると同時に歪のないダイヤモンドの格子定数に近
い値を示すことが分かった。さらに走査型電子顕微鏡に
よる観察でもダイヤモンド膜固有の立方晶系の結晶成長
がみられたが、直接超硬合金上にダイヤモンド被膜を形
成したものや窒化アルミニウム層形成時に高周波電力を
投入せずにダイヤモンド被膜を形成した試料では約１〜
２μｍの大きさのダイヤモンド結晶粒子とグラファイト
が多く存在すると同時に大きな凹凸があったのに対し、
この方法で作製した試料にはグラファイト成分がなく、
ダイヤモンド被膜の結晶粒子の大きさは１μｍ以下であ
り、表面も凹凸が少なく平坦であった。When this drill was analyzed by the X-ray diffraction method, in addition to the diffraction peak due to the superhard material, diffraction peaks due to aluminum nitride as well as the formed diamond were observed. It was found from the diffraction peak that the diamond coating has extremely high crystallinity and at the same time has a value close to the lattice constant of undistorted diamond, as compared to the diamond coating directly formed on the cemented carbide material. . In addition, the observation by a scanning electron microscope showed cubic crystal growth unique to the diamond film.However, the diamond film was formed directly on the cemented carbide and the diamond was formed without applying high frequency power when forming the aluminum nitride layer. About 1 to 1 for coated samples
While there were many diamond crystal particles with a size of 2 μm and graphite, and at the same time there were large irregularities,
The sample produced by this method has no graphite component,
The size of the crystal particles of the diamond coating was 1 μm or less, and the surface was flat with few irregularities.
【００１５】また、レーザー・ラマン分光分析によって
も，いわゆるダイヤモンド構造ＳＰ３結合炭素成分も直
接超硬合金上にダイヤモンドを被覆した試料や窒化アル
ミニウム層形成時に高周波電力を投入せずにダイヤモン
ド被膜を形成した試料に比べ多く存在していることが認
められた。一方、中間層である窒化アルミニウムの結晶
粒径を透過型電子顕微鏡と走査型電子顕微鏡を用いて調
べたところ、高周波電力を投入した試料では平均粒径が
約２００オングストロームの緻密な構造を有していたの
に対し、投入しなかった試料では柱状晶となっており密
度も低いものであると推定された。Also by laser Raman spectroscopic analysis, so-called diamond structure SP3-bonded carbon component was also used to form a diamond coating without applying high frequency power when forming a sample in which diamond was directly coated on a cemented carbide or an aluminum nitride layer was formed. It was confirmed that the amount thereof was higher than that of the sample. On the other hand, when the crystal grain size of the intermediate layer, aluminum nitride, was examined using a transmission electron microscope and a scanning electron microscope, the sample to which high frequency power was applied had a dense structure with an average grain size of about 200 Å. On the other hand, it was presumed that the sample that was not charged had columnar crystals and had a low density.
【００１６】このようにダイヤモンドコーティングされ
た直径１ｍｍのドリルを用いて回転数５３００ｒｐｍ、
穴開け深さ５ｍｍ、送り１００ｍｍ／ｍｉｎの条件でダ
イヤモンド工具による切削で最も効果のあるＡｌ−Ｓｉ
（１２％）合金に対して穴開け（貫通）テストを行った
ところ、１００００回の穴開けに対しても、ドリルには
何等損傷無く、同時に被削材においては貫通によるバリ
発生も無かった。一方、コーティングを行わなかった超
硬合金製ドリルでは３０回の穴開けで破損（折れ）し
た。これは、超硬合金では被削材であるアルミニウム合
金と焼き付きによる構成刃先を生じたためによるものと
考えられるが、ダイヤモンドコーティングしたものを調
べたところ被削材の焼き付きなども生じていなかった。
また、窒化アルミニウム層形成時に高周波電力を投入し
なかった試料では１回の穴開けテストでダイヤモンド被
膜、窒化アルミニウム層とも剥離しており、なんらコー
ティングの効果を示さなかった。Using a diamond-coated drill having a diameter of 1 mm, the rotation speed was 5300 rpm,
Al-Si which is most effective in cutting with a diamond tool under the conditions of a drilling depth of 5 mm and a feed of 100 mm / min
A drilling (penetration) test was conducted on the (12%) alloy, and even after drilling 10,000 times, the drill had no damage, and at the same time, there was no burring due to penetration in the work material. On the other hand, the cemented carbide drill without coating was broken (broken) after 30 times of drilling. This is considered to be due to the fact that the cemented carbide produced an aluminum alloy, which is the work material, and the constituent cutting edge due to seizure, but when the diamond-coated material was examined, seizure of the work material did not occur.
Further, in the sample to which the high frequency power was not applied at the time of forming the aluminum nitride layer, the diamond coating and the aluminum nitride layer were peeled off in one perforation test, and no coating effect was shown.
【００１７】なお、ここで超硬合金として比較的Ｃｏ量
の多いもの用いたのは小型のドリルのように工具作製に
おいて加工性が良さを必要とすることに加え、強度（抗
折力）を大きくすることが好ましことと、ダイヤモンド
膜合成時（８００℃）に受ける焼き鈍し効果による強度
の低下を小さくするためである。したがって、これらの
問題が無いような場合にはＣｏ含有量の少ない超硬合金
でも良い。The cemented carbide having a relatively large amount of Co is used as a small drill in addition to requiring good workability in the production of a tool, and has a high strength (flexural strength). This is because it is preferable to increase the size and to reduce the decrease in strength due to the annealing effect during the synthesis of the diamond film (800 ° C). Therefore, if these problems do not occur, a cemented carbide with a small Co content may be used.
【００１８】（実施例２）次に、直径１ｍｍの２枚刃エ
ンドミルに本発明を適用した例について述べる。使用し
た超硬合金は実施例−１で用いたＪＩＳ規格でＫ−４０
相当品とした。実施例１と同じ方法で窒化アルミニウム
層およびダイヤモンド被膜を形成した。窒化アルミニウ
ムの膜厚は１μｍとし、ダイヤモンド被膜の膜厚は２μ
ｍとした。ＮＣフライス盤を用いて表１の切削条件を行
ったところ図４及び図５に示す結果が得られた。図４か
らコーティングしたエンドミルＢは未コーティングのエ
ンドミルＡと比べてほとんど摩耗がないことが分かる。
また、図５から被削材の切削面の表面粗さも超硬合金Ａ
では切削開始直後から大きくなってしまったのに対し、
コーティング品Ｂでは極めて平坦であると同時にほとん
ど変化を生じなかった。さらに、切削面を顕微鏡で観察
したところ未コーティング品では滑りを起こしていた
が、コーティング品では綺麗な切削傷のみがみられた。(Embodiment 2) Next, an example in which the present invention is applied to a 2-flute end mill having a diameter of 1 mm will be described. The cemented carbide used was K-40 according to the JIS standard used in Example-1.
Considered equivalent. An aluminum nitride layer and a diamond film were formed by the same method as in Example 1. Aluminum nitride film thickness is 1μm, diamond film thickness is 2μm
m. When the cutting conditions shown in Table 1 were performed using an NC milling machine, the results shown in FIGS. 4 and 5 were obtained. It can be seen from FIG. 4 that the coated end mill B has almost no wear compared to the uncoated end mill A.
Further, from FIG. 5, the surface roughness of the cutting surface of the work material is also the cemented carbide A.
Then, while it became large immediately after the start of cutting,
The coated product B was extremely flat and hardly changed at the same time. Further, when the cut surface was observed with a microscope, slippage occurred in the uncoated product, but only clean cutting scratches were observed in the coated product.
【００１９】なお、この実施例で膜厚をドリルと比べ薄
くしたのはエンドミルでは被削材加工後の平坦性や表面
粗さが問題となるため、極力コーティングによる工具の
凹凸を小さくするためであるが、目的により膜厚を変え
ても切削性そのものには大きな問題は無い。In this embodiment, the film thickness is made smaller than that of the drill because the end mill has a problem of flatness and surface roughness after processing the work material, and therefore, the unevenness of the tool by coating is reduced as much as possible. However, even if the film thickness is changed depending on the purpose, there is no big problem in the machinability itself.
【００２０】[0020]
【表１】[Table 1]
【００２１】（実施例３）超硬合金性スローアウェイチ
ップに適用した例について述べる。使用した超硬合金は
ＪＩＳ規格のＫ−１０（重量比でＣｏ４％含有のＷＣ基
超硬合金）とし、中間層として微量（重量比でアルミニ
ウムの５％）のケイ素を含む窒化アルミニウム−窒化ケ
イ素複合体層を用いた。また、この複合体層は耐熱金属
（タングステン）棒からなる陽極と陰極ターゲットとの
間でアーク放電を起こすことにより蒸発される陰極ター
ゲット材と雰囲気である窒素ガスと反応させ基板上に化
合物膜を堆積させる薄膜形成装置によりアルミニウム−
ケイ素（重量で５％ケイ素）合金と窒素ガスを原料とし
て２μｍ形成したが、このとき基板であるスローアウェ
イチップには１３．５４ＭＨｚの高周波電力をかけてお
いた。この層をＸ線回折法で調べたところ結晶性はもっ
ておらずアモルファス状であっ次にダイヤモンド膜は図
３に示したマイクロ波ＣＶＤ装置により実施例１の条件
で６μｍ形成した。Example 3 An example applied to a cemented carbide throw-away tip will be described. The cemented carbide used was JIS K-10 (WC-based cemented carbide containing 4% Co by weight), and aluminum nitride-silicon nitride containing a trace amount (5% by weight of aluminum) of silicon as an intermediate layer. A composite layer was used. In addition, this composite layer reacts with the cathode target material evaporated by arc discharge between the anode and the cathode target made of a refractory metal (tungsten) rod and the nitrogen gas as the atmosphere to form a compound film on the substrate. Aluminum can be deposited by a thin film forming device.
A silicon (5% by weight silicon) alloy and nitrogen gas were used as raw materials to form a film having a thickness of 2 μm. At this time, a high-frequency power of 13.54 MHz was applied to the throw-away chip as the substrate. When this layer was examined by X-ray diffractometry, it had no crystallinity and was amorphous, and a diamond film was formed to 6 μm under the conditions of Example 1 by the microwave CVD apparatus shown in FIG.
【００２２】このようにしてできたダイヤモンド被覆超
硬合金製スローアウェイチップを用いて難削材であるＡ
ｌ−Ｓｉ合金の切削テストをＮＣ旋盤を用いて表２に示
した条件で行ったところ、図６に示した逃げ面摩耗に関
する結果が得られた。未被覆の超硬合金性製スローアウ
ェイチップでは、切削テスト開始直後に焼き付きを起こ
し、大きな摩耗を生じた。また、超硬製スローアウェイ
チップに直接ダイヤモンド膜を被覆したものについては
切削テスト開始直後にチッピング、剥離を起こしてしま
いダイヤモンド膜の被覆効果が全くなかった。これに対
して、中間層を形成したものではチッピングや剥離とい
った現象は起こらず極めて高い切削性をしめした。A diamond-coated cemented carbide throw-away tip made in this way is used to make a difficult-to-machine material.
When the cutting test of the 1-Si alloy was performed using an NC lathe under the conditions shown in Table 2, the results regarding flank wear shown in FIG. 6 were obtained. The uncoated cemented carbide throw-away tip caused seizure immediately after the start of the cutting test, resulting in large wear. Further, in the case of the cemented carbide throw-away tip directly coated with the diamond film, chipping and peeling occurred immediately after the start of the cutting test, and there was no coating effect of the diamond film. On the other hand, in the case where the intermediate layer was formed, phenomena such as chipping and peeling did not occur, and extremely high machinability was exhibited.
【００２３】ここで超硬合金としてＣｏ含有率の小さな
ものを使用したのはスローアウェイチップでは上述の小
型ドリルやエンドミルとは異なり加工性が比較的容易で
あることに加え、高い硬度であることが好ましいためで
ある。The cemented carbide having a small Co content is used in the throw-away tip because it has relatively high workability, unlike the small drills and end mills described above, and has a high hardness. Is preferable.
【００２４】[0024]
【表２】[Table 2]
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上、この発明によれば工具、耐摩耗工
具、金型、耐摩耗部品等の材料として汎用性の高い炭化
タングステンーコバルト焼結体をはじめとする焼結体を
基材とするダイヤモンド膜または硬質炭素膜が被覆され
た被覆焼結体を提供できる。すなわち、炭化タングステ
ンーコバルト焼結体をはじめとする焼結体とダイヤモン
ド膜と中間層として平均結晶粒径５００オングストロー
ム以下またはアモルファス状の窒化アルミニウム層また
は窒化アルミニウムを主成分とする層を用いることによ
り密着性、結晶性、粒子径、緻密さ等に優れたダイヤモ
ンド被覆焼結体とすることができるのである。As described above, according to the present invention, a sintered body including a tungsten carbide-cobalt sintered body having high versatility as a material for tools, wear-resistant tools, dies, wear-resistant parts, etc. is used as a base material. It is possible to provide a coated sintered body coated with a diamond film or a hard carbon film. That is, by using a sintered body such as a tungsten carbide-cobalt sintered body, a diamond film, and an intermediate layer having an average crystal grain size of 500 Å or less or an amorphous aluminum nitride layer or a layer containing aluminum nitride as a main component. It is possible to obtain a diamond-coated sintered body that is excellent in adhesion, crystallinity, particle size, denseness, and the like.
【００２６】なお、実施例ではタングステンーコバルト
系超硬合金製のドリル、エンドミルおよびスローアウェ
イチップについて取り上げたが、この他の超硬合金材料
や部品についても本発明が適用できることは明かであ
る。また、実施例では中間層の結晶粒径を約２００オン
グストロームまたはアモルファス状としたが、平均粒径
５００オングストローム程度の大きさまでが有効である
ことが確認できている。さらに、ダイヤモンド膜の合成
ではマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いたが、熱フィラ
メント法やプラズマジェット法などの方法によっても同
様の効果が得られることも明白である。In the examples, the drill, end mill and throw-away tip made of tungsten-cobalt cemented carbide are taken up, but it is obvious that the present invention can be applied to other cemented carbide materials and parts. Further, in the examples, the crystal grain size of the intermediate layer is about 200 Å or amorphous, but it has been confirmed that the average grain size up to about 500 Å is effective. Further, although the microwave plasma CVD method was used in the synthesis of the diamond film, it is also clear that the same effect can be obtained by a method such as a hot filament method or a plasma jet method.
【図１】本発明の被覆焼結体の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a coated sintered body of the present invention.
【図２】ホローカソード型イオンプレーティング装置の
縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a hollow cathode type ion plating device.
【図３】マイクロ波プラズマＣＶＤ装置の縦断面図であ
る。FIG. 3 is a vertical sectional view of a microwave plasma CVD apparatus.
【図４】切削距離とエンドミルの逃げ面摩耗の関係を示
す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between a cutting distance and flank wear of an end mill.
【図５】切削距離と切削面の表面粗さの関係を示す説明
図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between a cutting distance and a surface roughness of a cutting surface.
【図６】切削距離とスローアウェイチップの逃げ面摩耗
の関係を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between a cutting distance and flank wear of a throw-away tip.
１ 超硬合金母材 ２ 窒化アルミニウム層 ３ ダイヤモンドまたは硬質炭素層 ４ 真空槽 ５ 真空排気系 ６ ホローカソード型電子銃 ７ 水冷銅るつぼ ８ ガス導入系 ９ シャッター １０ 超硬合金製ドリル １１ 高周波電源 １２ ガス導入系 １３ マイクロ波発生電源 １４ 導波管 １５ 反応管 １６ 超硬合金製ドリル Ａ 未被覆の超硬合金製エンドミル Ｂ 本発明の中間層を用いダイヤモンド膜被覆した超硬
合金製エンドミル Ｄ 未被覆の超硬合金製スローアウエイチップ Ｅ 中間層を介さず直接ダイヤモンド膜を形成した超硬
合金製スローアウェイチップ Ｆ 本発明の中間層を用いダイヤモンド膜被覆した超硬
合金製スローアウェイチップ1 Cemented Carbide Base Material 2 Aluminum Nitride Layer 3 Diamond or Hard Carbon Layer 4 Vacuum Chamber 5 Vacuum Evacuation System 6 Hollow Cathode Electron Gun 7 Water-Cooled Copper Crucible 8 Gas Introduction System 9 Shutter 10 Cemented Carbide Drill 11 High Frequency Power Supply 12 Gas Introduction system 13 Microwave generating power source 14 Waveguide 15 Reaction tube 16 Cemented carbide drill A Uncoated cemented carbide end mill B Cemented carbide end mill diamond film coated with an intermediate layer of the present invention D Uncoated Cemented Carbide Throwaway Tip E Cemented Carbide Throwaway Tip with a Diamond Film Directly Formed Without an Intermediate Layer F Cemented Carbide Throwaway Tip Coated with a Diamond Film Using the Intermediate Layer of the Present Invention
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 28/04 (72)発明者 恒吉 潤 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内Front page continuation (51) Int.Cl.5 Identification number Office reference number FI technical display location C23C 28/04 (72) Inventor Jun Tsuneyoshi 6-31-1, Kameido, Koto-ku, Tokyo Seiko Electronic Industry Co., Ltd. Within
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|---|---|---|---|
| JP5039018AJPH06248422A (en) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Coated sintered compact and its production |
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| JPH06248422Atrue JPH06248422A (en) | 1994-09-06 |
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| JP5039018APendingJPH06248422A (en) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Coated sintered compact and its production |
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