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JP2940982B2 - 硬質窒化ホウ素被覆ダイヤモンド基焼結体 - Google Patents

硬質窒化ホウ素被覆ダイヤモンド基焼結体

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JP2940982B2
JP2940982B2 JP5340090A JP5340090A JP2940982B2 JP 2940982 B2 JP2940982 B2 JP 2940982B2 JP 5340090 A JP5340090 A JP 5340090A JP 5340090 A JP5340090 A JP 5340090A JP 2940982 B2 JP2940982 B2 JP 2940982B2
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boron nitride
sintered body
diamond
based sintered
coating
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護 木幡
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Tungaloy Corp
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Toshiba Tungaloy Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、立方晶窒化ホウ素の含有した薄い被膜を表
面に形成してなるダイヤモンド基焼結体に関するもので
ある。
(従来の技術) 高硬度で高密度な窒化ホウ素である立方晶窒化ホウ素
の被膜を形成して、工具に応用しようという試みが行わ
れている。その代表的なものに、特開昭57−95881号公
報及び特開昭61−41768号公報がある。
(発明が解決しようとする課題) 特開昭57−95881号公報には、窒化ケイ素基焼結体の
基材の表面に立方晶窒化ホウ素の被膜を設けた被覆セラ
ミック工具が開示されており、特開昭61−41768号公報
には、硬質合金,サーメット,セラミックスの基材の表
面に立方晶窒化ホウ素と六方晶窒化ホウ素,非晶質窒化
ホウ素,周期律表4a,5a,6a族金属の炭化物,窒化物,ホ
ウ化物及びAl2O3の少なくとも1種との複合硬質膜を形
成してなる被覆工具が開示されている。これら両公報に
開示の被覆工具は、立方晶窒化ホウ素の薄膜を形成する
こと自体が非常に困難であるにもかかわらず、基材の材
質又は被膜の構成を検討することによって立方晶窒化ホ
ウ素を含む被膜を形成しようとした先見性のある発明で
ある。
しかしながら、これら両公報に開示の被覆工具は、基
材と被膜との密着性が劣ること及び被膜中に含有する立
方晶窒化ホウ素が少なくて被膜の硬度も低く、耐摩耗性
が劣るという問題がある。
本発明は、上述のような問題点を解決したもので、具
体的には、高硬度で緻密な被膜を形成し、しかも基材と
被膜との密着性を向上させて、耐摩耗性及び耐剥離性を
高めた硬質窒化ホウ素被覆ダイヤモンド基焼結体の提供
を目的とするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明者は、立方晶窒化ホウ素の含有量の多い膜質の
すぐれた硬質窒化ホウ素の被膜を生成するための検討を
行なっていた所、 ダイヤモンドの表面には、立方晶窒化ホウ素の含有量
の多い膜質のすぐれた被膜が生成しやすいこと、及びダ
イヤモンドと立方晶窒化ホウ素との密着性が著しくすぐ
れているという知見を得て、本発明を完成するに至った
ものである。
すなわち、本発明の硬質窒化ホウ素被覆ダイヤモンド
基焼結体は、ダイヤモンドを含有してなる焼結体の基材
の表面に立方晶窒化ホウ素を含有した被膜を形成してな
ることを特徴とするものである。
本発明の硬質窒化ホウ素被覆ダイヤモンド基焼結体に
おける基材は、高圧高温により作製される従来のダイヤ
モンド基焼結体を用いることが可能であるが、特に被膜
の生成を容易にさせること及び被膜の材質を向上させる
ために、70体積%以上のダイヤモンドを含有したダイヤ
モンド基焼結体が好ましく、さらに90体積%以上のダイ
ヤモンドを含有したダイヤモンド基焼結体が好ましいこ
とである。
この基材の表面に形成される被膜は、立方晶窒化ホウ
素のみからなる場合、又は立方晶窒化ホウ素と残り、例
えば周期律表4a,5a,6a族金属の窒化物,炭化チタン,ホ
ウ化物、六方晶窒化ホウ素,非晶質窒化ホウ素、窒化ア
ルミニウム,窒化ケイ素とからなる場合である。この
内、被膜の作製の容易性、被膜と基材との密着性から被
膜が立方晶窒化ホウ素と残り六方晶窒化ホウ素,非晶質
窒化ホウ素、窒化アルミニウム,周期律表4a,5a,6a族金
属の窒化物及びこれらの相互固溶体の金属窒化物の中の
少なくとも1種とからなる単層又は複層とからなる場合
も好ましいことである。特に、被膜と基材との密着性か
ら基材に隣接する被膜を六方晶窒化ホウ素,非晶質窒化
ホウ素,金属窒化物の中の少なくとも1種と立方晶窒化
ホウ素とからなる単層又は複層の中間層の被膜とし、こ
の中間層の表面を立方晶窒化ホウ素の外層の被膜とする
ことも好ましいことである。これらの被膜の厚さは、0.
5〜20μm、特に切削工具や耐摩耗性工具の中でもドリ
ル,エンドミル,スリッターなどの鋭角な刃先を必要と
する場合には、0.5〜5μmと薄い膜厚にすることが好
ましいことである。
本発明の硬質窒化ホウ素被覆ダイヤモンド基焼結体を
作製するには、従来の高圧高温でもって焼結されている
ダイヤモンド基焼結体を基材として用いて、この基材の
表面に、従来のプラズマ化学蒸着法又は物理蒸着法(PV
D法)でもって被膜を形成することによって得られる。
(作用) 本発明の硬質窒化ホウ素被覆ダイヤモンド基焼結体に
おける基材に含有するダイヤモンドが被膜の生成を容易
にするという作用をすると共に、基材と被膜との密着性
を高めるという作用をしているものである。
実施例 TNGN160408(JIS規格による寸法)形状の調超硬合金
のコーナ切刃部に95vol%ダイヤモンド−残り(ZrC−C
o)組成からなるダイヤモンド基焼結体の基材を鑞付け
した複合焼結体をPVD反応容器内に設置し、この反応容
器内を1×10-6Torrまで排気すると共に、複合焼結体を
600℃に加熱した後、反応容器内にArガス(純度5N)を
導入し、10-2Torrの圧力にした。次に、複合焼結体に−
500Vの直流電圧を印加し、反応容器内をグロー放電状態
にすることにより複合焼結体の表面のクリーニングを10
分間行った。次いで、反応容器内を1×10-6Torrにした
後、電子銃(出力4kw)にて、Al含有金属ホウ素(純度9
9.9%のAlB12)を徐々に加熱蒸発させ、これと同時に複
合焼結体の方向にイオン源より水素含有窒素ガスをイオ
ン化して照射した。この時の反応容器内の圧力は、5×
10-5Torrにして40分間保持し、複合焼結体のダイヤモン
ド焼結体の基材表面に被膜を形成して本発明品を得た。
このダイヤモンド焼結体の基材表面の被膜を調査した
所、被膜厚さ2.5μm、被膜硬さ5200kg/mm2(ヌープ硬
さ)、ロックウエルのダイヤモンド圧子によるスクラッ
チテストでは8kg荷重まで被膜の剥離が生じなかった。
また、X線回折の結果、被膜の組成は立方晶窒化ホウ素
と20vol%以下の六方晶窒化ホウ素及び窒化アルミニウ
ムとからなっていた。
比較としてTNGN160408形状の超硬合金の基材を用い
て、上述と同様の条件でもって被膜を形成して比較品を
得た。この比較品の被膜を上述と同様にして調べた所、
被膜厚さ2.5μm、被膜硬さ4500kg/mm2(ヌープ硬
さ)、スクラッチテストでは3kg荷重で被膜の剥離が生
じた。また、X線回折の結果、被膜中の立方晶窒化ホウ
素含有量は20vol%であった。
次に、上述の本発明品と比較品を用いて、被削材SKD1
1(HRc59.9)、切削速度35m/min、切込み0.5mm、送り0.
1mm/rev、切削時間20分、乾式切削の条件でもって、旋
削試験を行った結果、本発明品は、平均逃げ面摩耗量
(VB)=0.03mmであったのに対し、比較品は平均逃げ面
摩耗量(VB)=0.1mmで、被膜の剥離が生じていた。
(発明の効果) 本発明の硬質窒化ホウ素被覆ダイヤモンド基焼結体
は、従来の窒化ホウ素被覆焼結体に比較して、被膜中の
立方晶窒化ホウ素含有量が多く、膜質がすぐれており、
その結果高硬度の被膜で、しかも基材との耐剥離性にす
ぐれており、耐摩耗性が顕著に向上するという効果があ
る。また、従来のダイヤモンド基焼結体ではダイヤモン
ド自体の鉄族金属との親和性の高さから、例えば切削工
具として用いた場合、被削材がカーボンやAl合金等非鉄
金属にしか効果がなかったのに対し、本発明の硬質窒化
ホウ素被覆ダイヤモンド基焼結体は、硬質鉄系材料の切
削工具としても用いることができるという効果がある産
業上有用な材料である。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ダイヤモンドを含有してなる焼結体の基材
    の表面に立方晶窒化ホウ素を含有した被膜を形成してな
    ることを特徴とする硬質窒化ホウ素被覆ダイヤモンド基
    焼結体。
  2. 【請求項2】上記被膜は、六方晶窒化ホウ素,非晶質窒
    化ホウ素,金属窒化物の中の少なくとも1種と立方晶窒
    化ホウ素とからなる単層又は複層であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の硬質窒化ホウ素被覆ダイ
    ヤモンド基焼結体。
  3. 【請求項3】ダイヤモンドを含有してなる焼結体の基材
    の表面に六方晶窒化ホウ素,非晶質窒化ホウ素,金属窒
    化物の中の少なくとも1種と立方晶窒化ホウ素とからな
    る単層又は複層の中間層の被膜と、立方晶窒化ホウ素の
    外層の被膜とを形成してなることを特徴とする硬質窒化
    ホウ素被覆ダイヤモンド基焼結体。
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