切削工具用金剛石被膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供切削工具用金剛石被膜，其韌性高、緊密接合性好且硬度高，能夠大幅提高對超硬合金等極高硬度被切削材料進行切削的工具的工具壽命。切削工具用金剛石被膜是形成在基材上的切削工具用金剛石被膜，包括至少一層以上的多層被膜層[A]，該多層被膜層[A]通過將膜厚1μm以上且15μm以下的被膜層[α]與膜厚1μm以上且20μm以下的被膜層[β]以所述被膜層[α]配置在基材側且所述被膜層[β]配置在表層側的方式層疊而構成，該金剛石被膜整體的膜厚設定為4μm以上且30μm以下，所述被膜層[α]以及被膜層[β]具有預定的被膜組織。
【專利說明】切削工具用金剛石被膜
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金剛石被膜，該金剛石被膜被覆在對超硬合金等高硬度的非鐵系被切削材料的切削加工等所使用的工具上。
【背景技術】
[0002]以往，作為切削工具廣泛使用超硬合金工具。一般來說，出于提高耐磨損性的目的，在該超硬合金工具被覆有TiN (氮化鈦)或TiAlN (氮化鋁鈦)等硬質(zhì)被膜。
[0003]而且，近來，面向硬質(zhì)碳材和含Si鋁合金等非鐵系高硬度被切削材料，還使用了例如專利文獻I所公開那樣的利用CVD (化學氣相沉積)法而被覆有金剛石被膜的超硬合
金工具。
[0004]然而，現(xiàn)狀卻是，相對于超硬合金等極高硬度的被切削材料，在切削時會出現(xiàn)金剛石被膜破損等癥狀，無法獲得充分的耐磨損性。
[0005]專利文獻1:日本特開2003-25117號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是鑒于所述那樣的現(xiàn)狀而做出的，發(fā)明人等對金剛石被膜的被膜組織以及被膜層構成進行了研究，結果得到了通過對該被膜組織以及被膜層構成進行處理能夠解決所述課題的見解從而完成了本發(fā)明，本發(fā)明提供一種切削工具用金剛石被膜，所述切削工具用金剛石被膜韌性高，緊密附著性好，而且硬度高，能夠大幅提高對超硬合金等極高硬度的被切削材料進行切削的工具的工具壽命，實用性極佳。
[0007]說明本發(fā)明的要點。
[0008]技術方案I涉及一種切削工具用金剛石被膜，所述切削工具用金剛石被膜形成在基材上，所述切削工具用金剛石被膜的特征在于，所述切削工具用金剛石被膜包括一層以上的多層被膜層[A]，所述多層被膜層[A]通過將膜厚Iym以上且15 μπι以下的被膜層[α]與膜厚Iym以上且20 μπι以下的被膜層[β]以如下方式層疊而構成:所述被膜層[α]配置于基材側、所述被膜層[β]配置于表層側，所述切削工具用金剛石被膜整體的膜厚被設定為4 μ m以上且30 μ m以下，而且，在以剖面TEM(瞬變電磁)法觀察所述多層被膜層[A]的剖面時，所述被膜層[α]的結晶與所述被膜層[β]的結晶連續(xù)，并且，對于沿著與所述基材表面平行的假想線測定的結晶粒徑的平均值，所述被膜層[α]的所述結晶粒徑的平均值比所述被膜層[β]的所述結晶粒徑的平均值小，所述被膜層[β]的所述結晶粒徑的平均值為0.2 μ m以上且6 μ m以下，并且，在以SEM (掃描電子顯微鏡)法觀察所述多層被膜層[A]的斷裂面時，所述被膜層[β]的斷裂面比所述被膜層[α]的斷裂面光滑，并且，在所述被膜層[β]的斷裂面包含在膜厚方向延伸的柱狀圖案。
[0009]而且，技術方案2涉及一種切削工具用金剛石被膜，所述切削工具用金剛石被膜形成在基材上，所述切削工具用金剛石被膜的特征在于，所述切削工具用金剛石被膜包括一層以上的多層被膜層[Α]，所述多層被膜層[Α]通過將膜厚Iym以上且15 μ m以下的被膜層[α ]與膜厚I μ m以上且20 μ m以下的被膜層[β ]以如下方式層疊而構成:所述被膜層[α]配置于基材側、所述被膜層[β]配置于表層側，所述切削工具用金剛石被膜整體的膜厚被設定為4μπι以上且30 μ m以下，在對所述多層被膜層[A]的剖面的結晶部照射電子束來進行電子能量損失譜分析(EELS)時，對于如下定義的X，所述被膜層[β]的所述X比所述被膜層[α]的所述X小，并且，所述被膜層[β]的所述X為0.005?0.05，其中，
[0010]當將通過所述EELS測定的電子能量損失分光光譜假定為下述(I)?(4)這四個高斯函數(shù)之和、對所述電子能量損失分光光譜進行峰值分離時，在將J的峰值強度設為Ij、將K的峰值強度設為Ik時，將Ij / (Ij + Ik)定義為X，其中所述(I)?(4)這四個高斯函數(shù)為:
[0011](I)在280?290eV具有峰值的J
[0012](2)在285?295eV具有峰值的K
[0013](3)在290?300eV具有峰值的L
[0014](4)在300?310eV具有峰值的M。
[0015]另外，技術方案3涉及一種切削工具用金剛石被膜，所述切削工具用金剛石被膜形成在基材上，所述切削工具用金剛石被膜的特征在于，所述切削工具用金剛石被膜包括一層以上的多層被膜層[A]，所述多層被膜層[A]通過將膜厚Iym以上且15 μ m以下的被膜層[α ]與膜厚I μ m以上且20 μ m以下的被膜層[β ]以如下方式層疊而構成:所述被膜層[α]配置于基材側、所述被膜層[β]配置于表層側，所述切削工具用金剛石被膜整體的膜厚被設定為4μπι以上且30 μ m以下，而且，在以剖面TEM法觀察所述多層被膜層[A]的剖面時，所述被膜層[α]的結晶與所述被膜層[β]的結晶連續(xù)，并且，對于沿著與所述基材表面平行的假想線測定的結晶粒徑的平均值，所述被膜層[α]的所述結晶粒徑的平均值比所述被膜層[β]的所述結晶粒徑的平均值小，所述被膜層[β]的所述結晶粒徑的平均值為0.2μπι以上且6μπι以下，并且，在以SEM法觀察所述多層被膜層[Α]的斷裂面時，所述被膜層[β]的斷裂面比所述被膜層[α]的斷裂面光滑，并且，在所述被膜層[β]的斷裂面包含在膜厚方向延伸的柱狀圖案，并且，在對所述多層被膜層[Α]的剖面的結晶部照射電子束來進行電子能量損失譜分析(EELS)時，對于如下定義的X，所述被膜層[β]的所述X比所述被膜層[α]的所述X小，并且，所述被膜層[β]的所述X為0.005?0.05，其中，
[0016]當將通過所述EELS測定的電子能量損失分光光譜假定為下述(I)?(4)這四個高斯函數(shù)之和、對所述電子能量損失分光光譜進行峰值分離時，在將J的峰值強度設為Ij、將K的峰值強度設為Ik時，將Ij / (Ij + Ik)定義為X，其中所述(I)?(4)這四個高斯函數(shù)為:
[0017](I)在280?290eV具有峰值的J
[0018](2)在285?295eV具有峰值的K
[0019](3)在290?300eV具有峰值的L
[0020](4)在300?310eV具有峰值的M。
[0021]而且，技術方案4涉及一種切削工具用金剛石被膜，在技術方案I所述的切削工具用金剛石被膜的基礎上，其特征在于，在最表層以0.5μπι以上且10 μ m以下的膜厚形成被膜層[B]，在以剖面TEM法觀察所述被膜層[B]的剖面時，對于沿著與基材表面平行的假想線測定的結晶粒徑的平均值，所述被膜層[B]的所述結晶粒徑的平均值比所述被膜層[β]的所述結晶粒徑的平均值小，而且，當以SEM法觀察所述被膜層[B]的斷裂面時，所述被膜層[B]的斷裂面的凹凸比被膜層[β]的斷裂面的凹凸多。
[0022]而且，技術方案5涉及一種切削工具用金剛石被膜，在技術方案2所述的切削工具用金剛石被膜的基礎上，其特征在于，在最表層以0.5μπι以上且10 μ m以下的膜厚形成被膜層[B]，在以剖面TEM法觀察所述被膜層[B]的剖面時，對于沿著與基材表面平行的假想線測定的結晶粒徑的平均值，所述被膜層[B]的所述結晶粒徑的平均值比所述被膜層[β]的所述結晶粒徑的平均值小，而且，當以SEM法觀察所述被膜層[B]的斷裂面時，所述被膜層[B]的斷裂面的凹凸比被膜層[β]的斷裂面的凹凸多。
[0023]而且，技術方案6涉及一種切削工具用金剛石被膜，在技術方案3所述的切削工具用金剛石被膜的基礎上，其特征在于，在最表層以0.5μπι以上且10 μ m以下的膜厚形成被膜層[B]，在以剖面TEM法觀察所述被膜層[B]的剖面時，對于沿著與基材表面平行的假想線測定的結晶粒徑的平均值，所述被膜層[B]的所述結晶粒徑的平均值比所述被膜層[β]的結晶粒徑的平均值小，而且，當以SEM法觀察所述被膜層[B]的斷裂面時，所述被膜層[B]的斷裂面的凹凸比被膜層[β]的斷裂面的凹凸多。
[0024]而且，技術方案7涉及一種切削工具用金剛石被膜，在技術方案2所述的切削工具用金剛石被膜的基礎上，其特征在于，在最表層以0.5μπι以上且10 μ m以下的膜厚形成被膜層[B]，在對所述被膜層[B]的剖面的結晶部照射電子束來進行電子能量損失譜分析(EELS)時，所述被膜層[B]的所述X比被膜層[β]的所述X大。
[0025]而且，技術方案8涉及一種切削工具用金剛石被膜，在技術方案3所述的切削工具用金剛石被膜的基礎上，其特征在于，在最表層以0.5μπι以上且10 μ m以下的膜厚形成被膜層[B]，在對所述被膜層[B]的剖面的結晶部照射電子束來進行電子能量損失譜分析(EELS)時，所述被膜層[B]的所述X比被膜層[β]的所述X大。
[0026]而且，技術方案9涉及一種切削工具用金剛石被膜,在技術方案I?8的任一項所述的切削工具用金剛石被膜的基礎上，其特征在于，在基材上直接配置所述多層被膜層[Α]。
[0027]而且,技術方案10涉及一種切削工具用金剛石被膜,在技術方案I?8的任一項所述的切削工具用金剛石被膜的基礎上，其特征在于，基材是由以WC (碳化鎢)為主成分的硬質(zhì)顆粒和以Co (鈷)為主成分的結合材料構成的超硬合金。
[0028]而且，技術方案11涉及一種切削工具用金剛石被膜，在技術方案9所述的切削工具用金剛石被膜的基礎上，其特征在于，基材是由以WC為主成分的硬質(zhì)顆粒和以Co為主成分的結合材料構成的超硬合金。
[0029]本發(fā)明如上所述地構成，所以成為韌性高、緊密附著性好、同時硬度高、能夠大幅提高對超硬合金等極高硬度的被切削材料進行切削的工具的工具壽命的實用性極佳的切削工具用金剛石被膜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是表示剖面TEM像(明視場圖像)的照片。
[0031]圖2是表示剖面TEM像(暗視場圖像)的照片。[0032]圖3是表示斷裂面的SEM像的照片。
[0033]圖4是表示電子能量損失譜分析(EELS)以及峰值分離的結果的曲線圖。
[0034]圖5是表不實驗結果的表。
【具體實施方式】
[0035]簡單地說明被認為是優(yōu)選的本發(fā)明的實施方式并示出本發(fā)明的作用。
[0036]將具有所述的預定被膜組織的被膜層[α ]以及被膜層[β ]層疊而構成所述預定構成的多層被膜層[Α]，利用所述多層被膜層[Α]，能夠抑制切削時的被膜剝離和工具缺損，相應地提高了對超硬合金等極高硬度的被切削材料進行切削的工具的工具壽命。
[0037][實施例]
[0038]基于附圖對本發(fā)明的具體實施例進行說明。
[0039]本實施例涉及形成在基材上的切削工具用金剛石被膜，其中，所述切削工具用金剛石被膜包括至少一層多層被膜層[Α]，所述多層被膜層[Α]通過將膜厚Iym以上且15 μ m以下的被膜層[α]與膜厚Ιμπι以上且20μπι以下的被膜層[β]以如下方式層疊而構成:所述被膜層[α ]配置于基材側而所述被膜層[β ]配置于表層側，所述金剛石被膜整體的膜厚設定為4 μ m以上且30 μ m以下，而且，在以剖面TEM(瞬變電磁)法觀察所述多層被膜層[A]的剖面(相對于基材表面垂直的剖面)時，被膜層[α]的結晶與被膜層[β]的結晶連續(xù)，并且，對于沿著與所述基材表面平行的假想線測定的結晶粒徑(在將膜厚方向設為上下方向時在左右方向測定結晶粒徑得到的值)的平均值，所述被膜層[α]的所述結晶粒徑的平均值比所述被膜層[β]的所述結晶粒徑的平均值小，所述被膜層[β]的所述結晶粒徑的平均值為0.2μπι以上且6μπι以下，并且，在以SEM (掃描電子顯微鏡)法觀察所述多層被膜層[Α]的斷裂面(相對于基材表面垂直地斷裂而得的面)時，所述被膜層[β]的斷裂面比所述被膜層[α]的斷裂面光滑，并且，在所述被膜層[β]的斷裂面包含在膜厚方向延伸的柱狀圖案，并且，在對所述多層被膜層[Α]的剖面的結晶部照射電子束來進行電子能量損失譜分析(EELS)時，對于如下定義的X，所述被膜層[β]的所述X比所述被膜層[α]的所述X小，并且，所述被膜層[β]的所述X為0.005?0.05，關于所述X，當將由所述EELS測定的電子能量損失分光光譜假定為J、K、L、M這四個高斯函數(shù)之和、對所述電子能量損失分光光譜進行峰值分離，其中，J在280?290eV具有峰值，K在285?295eV具有峰值，L在290?300eV具有峰值，M在300?310eV具有峰值時，在將J的峰值強度設為Ij、將K的峰值強度設為Ik時，將Ij / (Ij + Ik)定義為X。
[0040]對各部分進行具體說明。
[0041]基材采用的是由以WC (碳化鎢)作為主成分的硬質(zhì)顆粒和以Co (鈷)作為主成分的結合材料構成的超硬合金制基材。具體來講，采用的是所述WC顆粒的平均粒徑設定為0.1 μ m?2 μ m、所述Co的含有量按質(zhì)量％設定為5%?15%的基材。
[0042]在所述基材上直接設有多層被膜層[A]，所述多層被膜層[A]以所述被膜層[α ]配置于基材側、所述被膜層[β]配置于表層側的方式層疊構成。
[0043]而且，在所述切削工具用金剛石被膜的最表層(多層被膜層[Α]之上)，以0.5μπι以上且10 μ m以下的膜厚形成了被膜層[B]。
[0044]在以剖面TEM法觀察所述被膜層[B]的剖面時，對于沿著與基材表面平行的假想線測定的結晶粒徑的平均值，所述被膜層[B]的所述結晶粒徑的平均值比所述被膜層[β]的所述結晶粒徑的平均值小，而且，在以SEM法觀察所述被膜層[B]的斷裂面時，所述被膜層[B]的斷裂面的凹凸比被膜層[β]的斷裂面的凹凸多。
[0045]并且，在對被膜層[B]的剖面的結晶部照射電子束來進行電子能量損失譜分析(EELS)時，被膜層[B]的所述X比被膜層[β ]的所述X大。
[0046]另外，不僅僅對于在超硬合金基材上配置多層被膜層[Α]并在所述多層被膜層[Α]上層疊被膜層[B]的構成，而且對于在超硬合金基材上層疊2層以上的多層被膜層[Α]并在最表層配置被膜層[B]的情況、在超硬合金基材上配置多層被膜層[Α]并在所述多層被膜層[Α]上層疊被膜層[α ]且在最表層配置被膜層[B]的情況、在超硬合金基材上配置多層被膜層[Α]并在所述多層被膜層[Α]上配置被膜層[B]進一步在所述被膜層[B]上層疊多層被膜層[Α]且在最表層配置被膜層[B]的情況等，也可獲得與本實施例同樣的作用效果。
[0047]下面，對采用所述構成的理由以及依靠所述構成獲得的作用效果進行說明。
[0048]對多層被膜層[Α]進行說明。
[0049]本發(fā)明人等將成膜條件改變成各種各樣地在超硬合金基材上進行金剛石被膜的成膜，以SEM法觀察金剛石被膜的斷裂面。其結果為，在以SEM法觀察到的斷裂面，確認出兩種模式:斷裂表面相對光滑且包含在膜厚方向延伸的柱狀圖案的模式(下面，稱為斷裂面模式II。)；以及斷裂表面相對粗糙且柱狀圖案不清楚的模式(下面，稱為斷裂面模式I。)。
[0050]接著，將成膜條件改變成各種各樣地在超硬合金制球頭立銑刀進行金剛石被膜的成膜，將超硬合金作為被切削材料來進行切削測試，而且，通過SEM、剖面ΤΕΜ、電子能量損失譜分析(對于按IOOnm以下的厚度切下的基材，對與所述基材表面垂直的面的結晶部照射點徑1.5nm的電子束來進行分析)來觀察和評價所述金剛石被膜。
[0051]其結果是確認到:對于斷裂面模式II的金剛石被膜，在與基材表面平行地畫出假想線時，在沿著所述假想線測定的結晶粒徑的平均值大的情況下，金剛石被膜的耐磨損性變高。而且，也確認出:結晶粒徑的平均值不足0.2μπι的話，耐磨損性稍稍變低，當結晶粒徑的平均值超過6 μ m時，在施加大的加工負荷的切削條件下被膜有時會發(fā)生破裂。
[0052]S卩，能夠確認出:在斷裂面模式II中，結晶粒徑的平均值為0.2 μ m以上且6 μ m以下的金剛石被膜在耐磨損性上優(yōu)異，而結晶粒徑的平均值為0.4 μ m以上且4 μ m以下的金剛石被膜表現(xiàn)優(yōu)異，因此是優(yōu)選的。
[0053]而且，還確認出:對金剛石被膜進行電子能量損失譜分析時的所述X的值越小，則耐磨損性越高。當X的值超過0.05時，耐磨損性稍稍變低，而X的值不足0.005的被膜難以制作。另外，在電子能量損失分光光譜的解析中，利用了經(jīng)常使用于光譜解析的seasolve公司制軟件“PeakFit ver.4.12” (利用非線性最小平方法將光譜波形分離成多個重合的高斯函數(shù)、計算所述高斯函數(shù)的峰值位置、面積、半值幅度等的軟件)。
[0054]S卩，能夠確認出:X的值為0.005以上且0.05以下的金剛石被膜在耐磨損性上優(yōu)異，而X的值為0.005以上且0.04以下的金剛石被膜表現(xiàn)優(yōu)異，因此是優(yōu)選的。
[0055]電子能量損失分光光譜的280?290eV的峰值(J)由于與石墨對應,所以，意味著X的值越小則是純度越高的金剛石。猜測X的值越小則耐磨損性越高可能是受此影響。
[0056]但是，所述的耐磨損性優(yōu)異的金剛石被膜在切削測試中存在從基材剝離的情況，在緊密附著性方面稍微存在問題。切削測試的結果是，可知在斷裂面模式I的金剛石被膜中，當該金剛石被膜的結晶粒徑的平均值與所述的耐磨損性優(yōu)異的金剛石被膜的結晶粒徑的平均值相比相對較小時，緊密附著性優(yōu)異。而且，還可知，當對金剛石被膜進行電子能量損失譜分析時的所述X的值與所述的耐磨損性優(yōu)異的金剛石被膜的所述X的值相比相對較大時，緊密附著性優(yōu)異。
[0057]基于以上認識，在基材(超硬合金制球頭立銑刀)上直接進行緊密附著性優(yōu)異的金剛石被膜(被膜層[a ])的成膜，在所述金剛石被膜(被膜層[a ])上進行耐磨損性優(yōu)異的金剛石被膜(被膜層[P])的成膜，將超硬合金作為被切削材料進行了切削測試。其結果確認出:與被膜層[a ]單層的情況或被膜層[P ]單層的情況相比，到發(fā)生工具缺損或被膜剝離為止的切削距離(工具壽命)得到大幅改進。
[0058]對于被膜層[a]的膜厚，出于確保緊密附著性的目的，若被膜層[a]的膜厚過薄，則效果變小，被膜層[a]的膜厚需要在Ium以上，另一方面，若被膜層[a]的膜厚過厚，則多層被膜層[A]的耐磨損性稍稍變差，因而優(yōu)選被膜層[a]的膜厚在15 以下。
[0059]而且，對于被膜層[0]的膜厚，出于確保耐磨損性的目的，若被膜層[P]的膜厚過薄，則效果變小，被膜層[P]的膜厚需要在Ium以上，另一方面，若被膜層[0]的膜厚過厚，則被膜表面的粗糙度變大，因而優(yōu)選被膜層[P ]的膜厚在20 y m以下。
[0060]而且，被膜整體的膜厚若過薄，則無法延長工具壽命，因此被膜整體的膜厚需要在 以上，另一方面，若被膜整體的膜厚過厚，則被膜的內(nèi)部應力變大或是容易發(fā)生剝離，
因而優(yōu)選被膜整體的膜厚在30 y m以下。
[0061]對被膜層[B]進行說明。
[0062]金剛石被覆立銑刀是在基材(超硬合金制球頭立銑刀)上直接進行了被膜層[a ]的成膜、在所述被膜層[a]上進行了被膜層[0]的成膜(多層被膜層[A]的成膜)，所述金剛石被覆立銑刀與被膜層[a ]單層的情況或被膜層[P ]單層的情況相比雖大幅改進了工具壽命，但卻存在當切削時發(fā)生折損的情況。其原因被認為可能是由于被膜層[P]的結晶粒徑比較大，因此在表面存在大致直線狀的長晶粒間界，從而具有被膜層[P]稍稍容易破裂(韌性稍低)的特性，因此，在最表層形成與被膜層[P ]相比結晶粒徑的平均值相對較小、而且呈斷裂面模式I的被膜層，并進行了切削測試。其結果是，切削時的折損大幅降低。
[0063]而且，在最表層形成當對金剛石被膜進行電子能量損失譜分析時的所述X的值與被膜層[P]相比相對較大的被膜層的情況下，切削時的折損也大幅降低。
[0064]通過在最表層形成與被膜層[P ]相比結晶粒徑的平均值相對較小且呈斷裂面模式I的被膜層、或是當對金剛石被膜進行電子能量損失譜分析時的所述X的值與被膜層[3]相比相對較大的被膜層(被膜層[B])，耐折損性(韌性)大幅提高，而由于被膜層[B]以覆蓋被膜層[P]的大致直線狀的長晶粒間界為目的，因此結晶粒徑的平均值越小越好，更為優(yōu)選的是結晶粒徑的平均值比被膜層[a]的結晶粒徑的平均值小。而且，被膜層[B]的膜厚若過薄，則覆蓋被膜層[P]的晶粒間界的效果變小，因而優(yōu)選被膜層[B]的膜厚為
0.5iim以上，若被膜層[B]的膜厚過厚，則耐磨損性稍稍變低，故而優(yōu)選被膜層[B]的膜厚為10 u m以下。
[0065]對基材進行說明。
[0066]作為立銑刀母材的材料種類，優(yōu)選的是這樣的超硬合金:與金剛石被膜的緊密附著性好且經(jīng)常使用于高硬度被切削材料的切削，由以WC為主成分的硬質(zhì)顆粒與以Co為主成分的結合材料構成。
[0067]本實施例由于如上述那樣構成，所以，利用由具有預定的被膜組織的被膜層[a ]和被膜層[P]層疊而成的多層被膜層[A]，能夠抑制切削時的被膜剝離和工具缺損，相應地提高了對超硬合金等極高硬度的被切削材料進行切削的工具的工具壽命。
[0068]而且，利用被膜層[B]，提高了耐折損性，進一步延長了工具壽命。
[0069]因而，本實施例的韌性高，緊密附著性好，而且硬度高，能夠大幅提高針對超硬合金等極高硬度的被切削材料進行切削的金剛石被覆超硬合金工具的工具壽命，極富實用性。
[0070]對支持本實施例的效果的實驗例進行說明。
[0071]〈實驗例I>
[0072]超硬合金制球頭立銑刀(柄徑04、直徑Ol)以超硬合金母材為材料，該超硬合金母材由以WC為主成分的硬質(zhì)顆粒和以Co為主成分的結合材料構成，對該超硬合金制球頭立銑刀，使用熱絲型CVD (化學氣相沉積)裝置，一邊導入H2氣體(氫氣)、CH4氣體(甲烷)以及O2氣體(氧氣)以使立銑刀的溫度達到650?800°C、氣體壓力達到500Pa，一邊進行金剛石被膜的成膜。氣體流量比為H2 = CH4:02 = 100:1?5:0?5。
[0073]使用被覆有所述金剛石被膜的球頭立銑刀，將超硬合金VM-40 (JIS標準)作為被切削材料，進行切削測試。設定成旋轉速度JOOOOmirT1,進給速度:300mm/min,軸向切入深度:0.1臟，橫向切入深度:0.05mm，冷卻劑:油霧，評價能切削出幾個4.3mm X 4.3mm X深度
0.6mm的四方袋。
[0074]切削測試的結果表示在圖5中。根據(jù)圖5的結果可知，與以往事例的被覆金剛石被膜的球頭立銑刀相比，被覆了本實施例的金剛石被膜的立銑刀在對超硬合金的切削方面可獲得優(yōu)異的工具壽命。
[0075]<實驗例2 >
[0076]圖5的試樣N0.3的剖面TEM像表示在圖1以及圖2中。圖1表示明視場圖像，圖2表示暗視場圖像。圖2右上方的電子束衍射像是對該試樣的金剛石被膜照射電子束而得的電子束衍射像，但是，是使其圓形標記圍住的結晶面((111)面)成像而拍攝出了圖2的暗視場圖像。根據(jù)圖1以及圖2可確認到:被膜層[a ]與被膜層[P ]的結晶連續(xù)，與被膜層[3]相比被膜層[a]以及被膜層[B]的結晶粒徑相對較小。
[0077]另外，試樣N0.3在下述條件下成膜。即，超硬合金制球頭立銑刀(柄徑04、直徑Ol)以超硬合金母材為材料，該超硬合金母材由以WC為主成分的硬質(zhì)顆粒和以Co為主成分的結合材料構成，對該超硬合金制球頭立銑刀，使用熱絲型CVD裝置，導入H2氣體、CH4氣體以及O2氣體以使立銑刀的溫度達到750°C、氣體壓力達到500Pa，并進行成膜。關于氣體流量比，按照H2: CH4:02，第一層的氣體流量比為100:1:0，第二層的氣體流量比為100:2:1，第三層的氣體流量比為100:4:0。
[0078]接著，圖5的試樣N0.3的斷裂面的SEM像表示在圖3中。根據(jù)圖3可確認到:被膜層[0]的斷裂面與被膜層[a]以及被膜層[B]的斷裂面相比要相對光滑，在被膜層[3]的斷裂面包含在膜厚方向延伸的柱狀圖案。
[0079]圖4是電子能量損失譜分析(EELS)的事例以及峰值分離的結果?？v軸表示電子能量損失分光光譜的強度，橫軸表示電子能量損失分光光譜的能量。在對金剛石被膜的結晶部照射點徑1.5nm的電子束來進行EELS之后，將電子能量損失分光光譜假定為J、K、L、M這四個高斯函數(shù)之和、并利用seasolve公司制軟件“PeakFit ver.4.12”來進行峰值分離,其中，J在280?290eV具有峰值(在圖4的示例中在285.5eV具有峰值)，K在285?295eV具有峰值(在圖4的示例中在293eV具有峰值)，L在290?300eV具有峰值(在圖4的示例中在298.5eV具有峰值)，M在300?310eV具有峰值(在圖4的示例中在307.5eV具有峰值)。為了驗證峰值分離的恰當性，在圖4中將J、K、L、M這四個高斯函數(shù)之和記載為擬合(fitting)函數(shù)。測定值與擬合函數(shù)很一致，可知利用了 seasolve公司制軟件“PeakFitver.4.12”的峰值分離的方法是恰當?shù)摹?br> [0080]根據(jù)以上內(nèi)容可確認的是:利用將具有所述的被膜組織的被膜層[a ]和被膜層
[3]層疊而成的多層被膜層[A]和被膜層[B]，能夠抑制切削時的被膜剝離、工具缺損和工具折損，能夠相應地提高對超硬合金等極高硬度的被切削材料進行切削的工具的工具壽命。
【權利要求】
1.一種切削工具用金剛石被膜，所述切削工具用金剛石被膜形成在基材上，所述切削工具用金剛石被膜的特征在于， 所述切削工具用金剛石被膜包括一層以上的多層被膜層[A]，所述多層被膜層[A]通過將膜厚I μ m以上且15 μ m以下的被膜層[α ]與膜厚I μ m以上且20 μ m以下的被膜層[β]以如下方式層疊而構成:所述被膜層[α]配置于基材側、所述被膜層[β]配置于表層側，所述切削工具用金剛石被膜整體的膜厚設定為4 μ m以上且30 μ m以下，而且，在以剖面瞬變電磁法觀察所述多層被膜層[A]的剖面時，所述被膜層[α]的結晶與所述被膜層[β]的結晶連續(xù)，并且，對于沿著與所述基材表面平行的假想線測定的結晶粒徑的平均值，所述被膜層[α]的所述結晶粒徑的平均值比所述被膜層[β]的所述結晶粒徑的平均值小，所述被膜層[β ]的所述結晶粒徑的平均值為0.2 μ m以上且6 μ m以下，并且，在以掃描電子顯微鏡法觀察所述多層被膜層[A]的斷裂面時，所述被膜層[β]的斷裂面比所述被膜層[α]的斷裂面更光滑，并且，在所述被膜層[β]的斷裂面包含在膜厚方向延伸的柱狀圖案。
2.一種切削工具用金剛石被膜，所述切削工具用金剛石被膜形成在基材上，所述切削工具用金剛石被膜的特征在于， 所述切削工具用金剛石被膜包括一層以上的多層被膜層[Α]，所述多層被膜層[Α]通過將膜厚I μ m以上且15 μ m以下的被膜層[α ]與膜厚I μ m以上且20 μ m以下的被膜層[β]以如下方式層疊而構成:所述被膜層[α]配置于基材側、所述被膜層[β]配置于表層側，所述切削工具用金剛石被膜整體的膜厚設定為4μπι以上且30 μ m以下，在對所述多層被膜層[A]的剖面的結晶部照射電子束來進行電子能量損失譜分析時，對于如以下那樣定義的X，所述被膜層[β]的所述X比所述被膜層[α]的所述X小，并且，所述被膜層[β]的所述X為0.005~0.05，其中， 當將通過所述電子能量損失譜分析測定的電子能量損失分光光譜假定為下述(I)~(4)這四個高斯函數(shù)之和、對所述電子能量損失分光光譜進行峰值分離時，在將J的峰值強度設為Ij、將K的峰值強度設為Ik時，將Ij / (Ij + Ik)定義為X，其中所述(I)~(4)這四個高斯函數(shù)為: (1)在280~290eV具有峰值的J (2)在285~295eV具有峰值的K (3)在290~300eV具有峰值的L (4)在300~310eV具有峰值的M。
3.一種切削工具用金剛石被膜，所述切削工具用金剛石被膜形成在基材上，所述切削工具用金剛石被膜的特征在于， 所述切削工具用金剛石被膜包括一層以上的多層被膜層[A]，所述多層被膜層[A]通過將膜厚I μ m以上且15 μ m以下的被膜層[α ]與膜厚I μ m以上且20 μ m以下的被膜層[β]以如下方式層疊而構成:所述被膜層[α]配置于基材側、所述被膜層[β]配置于表層側，所述切削工具用金剛石被膜整體的膜厚設定為4μπι以上且30μπι以下，而且，在以剖面瞬變電磁法觀察所述多層被膜層[Α]的剖面時，所述被膜層[α]的結晶與所述被膜層[β]的結晶連續(xù)，并且，對于沿著與所述基材表面平行的假想線測定的結晶粒徑的平均值，所述被膜層[α]的所述結晶粒徑的平均值比所述被膜層[β]的所述結晶粒徑的平均值小，所述被膜層[β ]的所述結晶粒徑的平均值為0.2 μ m以上且6 μ m以下，并且，在以掃描電子顯微鏡法觀察所述多層被膜層[A]的斷裂面時，所述被膜層[β]的斷裂面比所述被膜層[α]的斷裂面光滑，并且，在所述被膜層[β]的斷裂面包含在膜厚方向延伸的柱狀圖案，并且，在對所述多層被膜層[Α]的剖面的結晶部照射電子束來進行電子能量損失譜分析時，對于如以下那樣定義的X，所述被膜層[β]的所述X比所述被膜層[α]的所述X小，并且，所述被膜層[β]的所述X為0.005~0.05，其中， 當將通過所述電子能量損失譜分析測定的電子能量損失分光光譜假定為下述(I)~(4)這四個高斯函數(shù)之和、對所述電子能量損失分光光譜進行峰值分離時，在將J的峰值強度設為Ij、將K的峰值強度設為Ik時，將Ij / (Ij + Ik)定義為X，其中所述(I)~(4)這四個高斯函數(shù)為: (1)在280~290eV具有峰值的J (2)在285~295eV具有峰值的K (3)在290~300eV具有峰值的L (4)在300~310eV具有峰值的M。
4.如權利要求1所述的切削工具用金剛石被膜，其特征在于， 在最表層以0.5 μ m以上且10 μ m以下的膜厚形成被膜層[B]，在以剖面瞬變電磁法觀察所述被膜層[B]的剖面時，對于沿著與基材表面平行的假想線測定的結晶粒徑的平均值，所述被膜層[B]的所述結晶粒徑的平均值比所述被膜層[β]的所述結晶粒徑的平均值小，而且，當以掃描電子顯微鏡法觀察所述被膜層[B]的斷裂面時，所述被膜層[B]的斷裂面的凹凸比被膜層[β]的斷裂面的凹凸多。
5.如權利要求2所述的切削工具用金剛石被膜，其特征在于， 在最表層以0.5 μ m以上且10 μ m以下的膜厚形成被膜層[B]，在以剖面瞬變電磁法觀察所述被膜層[B]的剖面時，對于沿著與基材表面平行的假想線測定的結晶粒徑的平均值，所述被膜層[B]的所述結晶粒徑的平均值比所述被膜層[β]的所述結晶粒徑的平均值小，而且，當以掃描電子顯微鏡法觀察所述被膜層[B]的斷裂面時，所述被膜層[B]的斷裂面的凹凸比被膜層[β]的斷裂面的凹凸多。
6.如權利要求3所述的切削工具用金剛石被膜，其特征在于， 在最表層以0.5 μ m以上且10 μ m以下的膜厚形成被膜層[B]，在以剖面瞬變電磁法觀察所述被膜層[B]的剖面時，對于沿著與基材表面平行的假想線測定的結晶粒徑的平均值，所述被膜層[B]的所述結晶粒徑的平均值比所述被膜層[β]的所述結晶粒徑的平均值小，而且，當以掃描電子顯微鏡法觀察所述被膜層[B]的斷裂面時，所述被膜層[B]的斷裂面的凹凸比被膜層[β]的斷裂面的凹凸多。
7.如權利要求2所述的切削工具用金剛石被膜，其特征在于， 在最表層以0.5μπι以上且10 μ m以下的膜厚形成被膜層[B]，在對所述被膜層[B]的剖面的結晶部照射電子束來進行電子能量損失譜分析時，所述被膜層[B]的所述X比被膜層[β]的所述X大。
8.如權利要求3所述的切削工具用金剛石被膜，其特征在于， 在最表層以0.5μπι以上且10 μ m以下的膜厚形成被膜層[B]，在對所述被膜層[B]的剖面的結晶部照射電子束來進行電子能量損失譜分析時，所述被膜層[B]的所述X比被膜層[β]的所述X大。
9.如權利要求1~8中任一項所述的切削工具用金剛石被膜，其特征在于， 在基材上直接配置有所述多層被膜層[Α]。
10.如權利要求1~8中任一項所述的切削工具用金剛石被膜，其特征在于， 基材是由以碳化鎢為主成分的硬質(zhì)顆粒和以鈷為主成分的結合材料構成的超硬合金。
11.如權利要求9所述的切削工具用金剛石被膜，其特征在于， 基材是由以碳化鎢為主成分的硬質(zhì)顆粒和以鈷為主成分的結合材料構成的超硬合金。
【文檔編號】C23C14/06GK103480877SQ201210495026
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年11月28日 優(yōu)先權日:2012年6月7日
【發(fā)明者】佐藤彰, 渡邊裕二, 大堀鐵太郎, 鈴木俊太郎, 佐藤和崇 申請人:佑能工具株式會社