[发明专利]耐剥离性和耐磨性优异的金刚石包覆工具

说明书

技术领域

该发明涉及一种在由碳化钨基硬质合金构成的基体表面包覆金刚石薄膜的金刚石包覆工具，尤其涉及一种在高速切削比强度、比刚性高于金属材料的CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics。碳素纤维强化塑料)或溶敷性高的Al合金等难切削材料时，在长期使用中发挥优异的耐剥离性和优异的耐磨性的金刚石包覆工具。

背景技术

以往公知有在由碳化钨基(WC基)硬质合金构成的基体包覆金刚石薄膜的金刚石包覆工具，例如公知有如下金刚石包覆工具：在基体表面反复进行成为金刚石的结晶生长的起点的核附着工序及使金刚石结晶生长的结晶生长工序，由此包覆结晶粒径微细的金刚石薄膜，并且公知有在使用该包覆工具的Al合金的切削加工中可获得优异的表面精度。

并且，还公知有交替层压金刚石薄膜，即交替层压根据拉曼光谱的非金刚石碳的峰值强度I₂对金刚石的峰值强度I₁的强度比I₂/I₁为0.7以下的层和I₂/I₁为0.9以上的层的金刚石包覆工具，并且还公知有将该包覆工具使用于Al合金的切削加工中时，韧性、耐缺损性、耐磨性优异。

专利文献1：日本专利公开2002-79406号公报

专利文献2：日本专利公开平6-297207号公报

近几年的切削加工装置的FA化非常显著，另一方面对切削加工的节省劳力化及节能化以及低成本化的要求强烈，伴随此切削条件逐渐高速化。上述以往包覆工具在将此使用于通常条件下的切削加工中时，虽然没有产生特别的问题，但将此使用于与一般的金属材料相比，比强度、比刚性优异的CFRP、溶敷性高的Al合金等难切削材料的高速切削中时，由于CFRP为碳素纤维和环氧类树脂的复合材料，所以工具磨损强烈。此外，存在如下问题点：由于金刚石的热膨胀系数小，且与由WC基硬质合金构成的基体的热膨胀差大，所以根据切削加工时的高热在基体-金刚石膜的界面产生热应力，尤其在长时间使用之后，随着金刚石包覆的膜厚变薄，变得容易产生基于上述应力的金刚石膜的剥离，工具寿命变短。

因此，在长期使用中，期望不会产生金刚石膜的剥离，同时发挥优异的耐磨性的金刚石包覆工具。

本发明者们从如上所述的观点出发，为了开发如下金刚石包覆工具进行了深入研究的结果，获得了以下见解：该开发目的的金刚石包覆工具尤其在难切削材料CFRP或溶敷性高的Al合金等的高速切削加工中，金刚石膜具有优异的耐剥离性的同时具有耐磨性，在长期使用中发挥优异的切削性能。

本发明的金刚石包覆工具通过在由WC基硬质合金构成的基体(基材)表面，例如根据热灯丝法等金刚石气相合成法交替层压结晶性分别不同的金刚石膜A层及B层(与A层相比，B层的结晶性相对高)来构成，但在交替层压A层、B层时，若以如下方式形成交替层压，即在WC基硬质合金基体(基材)侧，A层的合计层厚La和B层的合计层厚Lb满足0.6≤La/(La+Lb)的关系，并且在金刚石包覆表面侧，A层的合计层厚La和B层的合计层厚Lb满足0.6≤Lb/(La+Lb)的关系，则由这种交替层压结构构成的金刚石包覆工具即使长时间使用也看不到金刚石薄膜的剥离，其结果发现在长期使用中发挥优异的耐磨性。

在图1示出本发明的金刚石包覆工具的侧截面的简要图，但在图1所示的金刚石包覆工具的侧截面观察时，若对形成交替层压的A层、B层的层厚分别进行调节，以使在基体侧，沿层厚方向形成的A层所占的层厚比例多于B层所占的层厚比例，另一方面，在金刚石包覆表面侧，沿层厚方向形成的B层所占的层厚比例多于A层所占的层厚比例，则可通过切削加工时的高热缓和根据WC基硬质合金基体(基材)与金刚石膜的热膨胀差产生的界面的热应力，其结果，即使在长时间使用之后也能够抑制产生金刚石薄膜的剥离，可以谋求工具的长寿命化的同时，在金刚石包覆表面侧以高比例存有与A层相比硬度相对高的B层，由此在长时间切削加工中，能够发挥充分的耐磨性。

并且，本发明者们发现了如下内容：关于构成形成于金刚石包覆表面侧的B层的金刚石膜，在利用场致发射型扫描电子显微镜测定并制作的结晶面的倾斜角度数分布图中，(110)面或(111)面由该倾斜角度数分布图的以0～10度的倾斜角划分占50％以上度数的取向金刚石膜构成时，B层的硬度进一步提高，其结果，耐磨性更进一步提高。

发明内容

该发明是基于上述见解而完成的，其具有如下特征：