專利名稱：金剛石包覆切削工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在由碳化鎢(WC)基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦(TiCN)基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體(以下簡稱為工具基體)的表面至少包覆有結(jié)晶性金剛石層的金剛石包覆切削工具，尤其涉及一種在CFRP(Carbon fiber reinforced plastic)材料、含高Si的招合金、石墨等難切削材料的切削加工中切屑排出性優(yōu)異且在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性的金剛石包覆切削工具(以下稱為金剛石包覆工具)。
背景技術(shù)：
以往，已知有在工具基體的表面包覆有金剛石皮膜的金剛石包覆工具，并且已知有為了提高皮膜的強(qiáng)度和韌性，作為結(jié)晶性較高的金剛石和微晶金剛石(或者非晶質(zhì)金剛石)的層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成金剛石皮膜，并且以提高皮膜的表面平滑性、工件的精加工面精度為目的，作為粒徑為2 y m以下的微晶金剛石的多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成金剛石皮膜。例如，如專利文獻(xiàn)I所示，已知有通過以層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成金剛石皮膜來提高強(qiáng)度和韌性的金剛石包覆工具，所述層疊結(jié)構(gòu)包括第I層，粒徑為0. I 10 i! m的多晶金剛石層；以及第2層，粒徑為0. 05 Sym的雙晶金剛石層或非晶質(zhì)金剛石層。并且，如專利文獻(xiàn)2所示，已知有如下金剛石包覆工具反復(fù)進(jìn)行使成為金剛石結(jié)晶成長的起點的核附著于表面的核附著工序和以該核為起點通過CVD法使金剛石結(jié)晶成長的結(jié)晶成長工序，由此以結(jié)晶粒徑為2 以下的微晶金剛石的多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成金剛石皮膜，從而提高皮膜的表面平滑性，并且，提高工件的精加工面精度。并且，如專利文獻(xiàn)3、4所示，已知有具備形成有切削刃的基體和包覆切削刃的金剛石包覆膜的金剛石包覆工具，該金剛石包覆工具通過磨削加工該包覆膜以使刀尖部分鋒利，從而提聞工件的精加工面精度。另外，如專利文獻(xiàn)5所示，已知有具備形成有切削刃的基體和包覆切削刃的金剛石包覆膜的金剛石包覆工具，該金剛石包覆工具通過向該包覆膜照射紫外線激光以使刀尖部分鋒利，從而能夠高精度地加工黑鉛、鋁合金等。專利文獻(xiàn)I :日本專利公開平4-236779號公報專利文獻(xiàn)2 :日本專利第3477162號說明書專利文獻(xiàn)3 :日本專利第3477182號說明書專利文獻(xiàn)4 :日本專利第3477183號說明書專利文獻(xiàn)5 :日本專利公開2009-6436號公報近幾年，在CFRP、含高Si的Al合金、石墨等難切削材料的切削加工中，一直要求加工精度，為了提高加工精度，需要使切削刃尖銳。例如，在利用專利文獻(xiàn)1、2所示的金剛石包覆工具的難切削材料的切削中，由于 金剛石膜的磨損較快，所以需要增厚金剛石膜的膜厚，但相反，在增厚膜厚時難以形成尖銳的切削刃，因此產(chǎn)生造成加工精度降低之類的問題點。并且，由金剛石燒結(jié)體構(gòu)成的切削工具與金剛石包覆工具相比，雖然耐磨性優(yōu)異，但難以形成尖銳的切削刃，因此還很難謀求提高加工精度。
在專利文獻(xiàn)3 5所示的金剛石包覆工具中，由于形成有尖銳的切削刃，因此雖然能夠期待加工精度的提高，但切削刃的金剛石膜脆弱并容易產(chǎn)生崩刀，因此存在使用壽命較短之類的問題點。因此，本發(fā)明人等為了開發(fā)出即使在CFRP、含高Si的Al合金、石墨等難切削材料的切削中使用也不產(chǎn)生崩刀且加工精度、切屑排出性優(yōu)異、在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性的金剛石包覆工具，進(jìn)行深入研究的結(jié)果，得到了如下見解。S卩，發(fā)現(xiàn)了如下內(nèi)容在由WC基硬質(zhì)合金或TiCN基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體表面包覆形成規(guī)定層厚的結(jié)晶性金剛石層，在其上進(jìn)一步包覆形成由納米金剛石和結(jié)晶性金剛石構(gòu)成的交替層疊膜(或僅為納米金剛石層)之后，例如對前刀面的表面照射紫外線激光以照射去除切削刃以外的上述交替層疊膜(或者納米金剛石層)，由此形成由結(jié)晶性金剛石層和交替層疊膜包覆的尖銳的切削刃，并且，在切削刃的交替層疊膜(或者納米金剛石層)的前刀面?zhèn)鹊谋韺有纬杉{米金剛石的局部通過紫外線激光改性的平滑的非晶質(zhì)碳膜，由此金剛石包覆工具具備耐磨性、耐沖擊性、韌性、耐崩刀性、潤滑性、切屑排出性優(yōu)異的切削刃，其結(jié)果，在CFRP等難切削材料的切削加工中，經(jīng)長期使用而發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性，工具壽命大幅延長。另外，還發(fā)現(xiàn)了如下內(nèi)容進(jìn)一步對后刀面的表面照射紫外線激光，以照射去除切削刃以外的上述交替層疊膜(或者納米金剛石層)，由此形成由結(jié)晶性金剛石層和交替層疊膜(或者納米金剛石層)包覆的尖銳的切削刃，并且，在切削刃的交替層疊膜(或者納米金剛石層)的后刀面?zhèn)鹊谋韺有纬山饎偸木植客ㄟ^紫外線激光改性的平滑的非晶質(zhì)碳膜，由此金剛石包覆工具具備耐磨性、耐沖擊性、韌性、耐崩刀性、潤滑性優(yōu)異的切削刃和摩擦系數(shù)較低的后刀面，其結(jié)果，在CFRP等難切削材料的切削加工中，經(jīng)長期使用而發(fā)揮進(jìn)一步優(yōu)異的耐磨性，工具壽命大幅延長。另外，在由WC基硬質(zhì)合金或TiCN基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體表面包覆形成預(yù)定層厚的結(jié)晶性金剛石層的基礎(chǔ)上，僅形成納米金剛石層，這時也能夠獲得相同的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于上述見解而完成的，具體如下。(I) 一種金剛石包覆切削工具，在由碳化鎢基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體表面包覆有3 30 層厚的結(jié)晶性金剛石層，所述金剛石包覆切削工具的特征在于，在上述金剛石包覆切削工具的切削刃的上述結(jié)晶性金剛石層的表面包覆形成有以0. 2 2. 0 y m的層疊間隔交替層疊有平均粒徑為I 50nm的納米金剛石膜和平均粒徑為0. I 2 y m的結(jié)晶性金剛石膜的交替層疊膜，從由該交替層疊膜構(gòu)成的切削刃的最前端至上述結(jié)晶性金剛石層的最短距離為3 15pm，并且，在切削刃的交替層疊膜的前刀面?zhèn)缺韺有纬捎斜砻娲植诙萊a為0. I ii m以下且膜厚為10 200nm的非晶質(zhì)碳膜。(2)上述⑴所述的金剛石包覆切削工具，其特征在于，在上述金剛石包覆切削工具的后刀面的上述結(jié)晶性金剛石層的表面包覆形成有以0. 2 2. 0 y m的層疊間隔交替層疊有平均粒徑為I 50nm的納米金剛石膜和平均粒徑為0. I 2 ii m的結(jié)晶性金剛石膜的交替層疊膜。
(3)上述(I)所述的金剛石包覆切削工具，其特征在于，在上述金剛石包覆切削工具的切削刃的交替層疊膜的后刀面?zhèn)缺韺有纬捎斜砻娲植诙萊a為0. I ii m以下且膜厚為10 200nm的非晶質(zhì)碳膜。(4) 一種金剛石包覆切削工具，在由碳化鎢基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體表面以3 30 層厚包覆有結(jié)晶性金剛石層，所述金剛石包覆切削工具的特征在于，在上述金剛石包覆切削工具的切削刃的上述結(jié)晶性金剛石層的表面包覆形成有平均粒徑為I 50nm的納米金 剛石層，從切削刃的最前端至上述結(jié)晶性金剛石層的最短距離為3 15 y m，并且，在切削刃的上述納米金剛石層的前刀面?zhèn)缺韺有纬捎斜砻娲植诙萊a為0. I ii m以下且膜厚為10 200nm的非晶質(zhì)碳膜。(5)上述⑷所述的金剛石包覆切削工具，其特征在于，在上述金剛石包覆切削工具的上述納米金剛石層的后刀面?zhèn)缺韺有纬捎斜砻娲植诙萊a為0. I ii m以下且膜厚為10 200nm的非晶質(zhì)碳膜。以下，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。結(jié)晶性金剛石層在本發(fā)明中，將包覆于由WC基硬質(zhì)合金(將配合組成的例子例如示于表I)或TiCN基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體表面的結(jié)晶性金剛石層的層厚規(guī)定為3 30i!m，但層厚小于3 時，在長期使用中無法發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性，另一方面，若結(jié)晶性金剛石層的層厚超過30 u m,則不但晶粒容易粗大化，導(dǎo)致耐缺損性降低，而且還容易產(chǎn)生剝離，因此本發(fā)明中將結(jié)晶性金剛石層的層厚規(guī)定為3 30 y m。切削刃的交替層疊膜在本發(fā)明的金剛石包覆工具的切削刃中，在上述結(jié)晶性金剛石層的表面包覆形成交替層疊有納米金剛石膜和結(jié)晶性金剛石膜的交替層疊膜。切削刃的交替層疊膜的形成方法例如如下。如圖I所示，首先，在工具基體9的表面包覆形成3 30 iim層厚的結(jié)晶性金剛石層I之后，在其上還包覆形成由平均粒徑為I 50nm的納米金剛石膜和平均粒徑為0. I 2.0um的結(jié)晶性金剛石膜構(gòu)成的交替層疊膜2 (將成膜條件的例子例如示于表2)。以交替層疊膜2的層疊間隔成為0. 2 2. 0 ii m的方式層疊。接著，例如如圖I所示，從切削刃的最前端4遍及A照射紫外線激光，照射去除如圖2形成于切削刃以外的前刀面的交替層疊膜2，同時形成金剛石的局部改性的平滑的非晶質(zhì)碳膜。并且，將從切削刃的交替層疊膜的最前端4至結(jié)晶性金剛石層的最短距離7設(shè)為3 15 u m。其中，在將前刀面的假設(shè)延長面與后刀面的假設(shè)延長面的交叉線設(shè)為假設(shè)前端時，將位于該假設(shè)前端的最近處的交替層疊膜的前端(即與假設(shè)前端的距離最短的交替層疊膜的前端)定義為本發(fā)明中所說的“最前端”。S卩，通過照射紫外線激光，在切削刃構(gòu)成由形成于結(jié)晶性金剛石上的交替層疊膜包覆的尖銳的切削刃，并且，在切削刃的交替層疊膜的前刀面?zhèn)缺韺有纬山饎偸木植客ㄟ^紫外線激光改性的平滑的非晶質(zhì)碳膜，構(gòu)成耐磨性、耐沖擊性、韌性、耐崩刀性、潤滑性、切屑排出性優(yōu)異的切削刃。
另外，如圖3所示，從前刀面的切削刃的最前端4至露出于前刀面的結(jié)晶性金剛石層的距離5優(yōu)選為5 25 ii m。 并且，關(guān)于切削刃的交替層疊膜的后刀面?zhèn)缺韺?，也相同地形成金剛石的局部通過紫外線激光改性的平滑的非晶質(zhì)碳膜，構(gòu)成耐磨性、耐沖擊性、韌性、耐崩刀性、潤滑性、切屑排出性優(yōu)異的切削刃，并且能夠降低與工件的摩擦阻力，提高加工精度。在此，構(gòu)成上述交替層疊膜的納米金剛石的平均粒徑小于Inm時，降低耐磨性，另一方面，若超過50nm，則容易產(chǎn)生崩刀，因此納米金剛石的平均粒徑規(guī)定為I 50nm。另外，若構(gòu)成上述交替層疊膜的結(jié)晶性金剛石的平均粒徑小于0. I y m，則耐磨性下降，另一方面，若超過2. 0 y m，則晶粒粗大化，容易產(chǎn)生崩刀和剝離，因此結(jié)晶性金剛石的平均粒徑規(guī)定為0. I 2. 0 ii m。此外，交替層疊膜的層疊間隔小于0.2 時，耐磨性變差，另一方面，若超過2.0um,則容易產(chǎn)生崩刀，因此交替層疊膜的層疊間隔規(guī)定為0. 2 2. 0 y m。在使用金剛石包覆鉆頭的CFRP切削中，若切削刃由結(jié)晶性金剛石單層構(gòu)成，則由于晶粒較大且韌性較低，因此容易在刀尖產(chǎn)生缺損及崩刀，銳度下降，成為提前在CFRP的工件上產(chǎn)生脫層(剝離、毛刺、飛邊、擠裂等)的原因。并且，當(dāng)為納米金剛石單層時，雖然耐缺損性較高，但是由于無充分的耐磨性，因此刀尖磨耗而銳度下降，同樣在CFRP材料上產(chǎn)生脫層。因此，通過將層疊納米金剛石和結(jié)晶性金剛石的交替層疊膜設(shè)置于切削刃來提高切削刃的耐沖擊性和韌性，不易產(chǎn)生缺損及崩刀，并且，在切削刃的交替層疊膜的前刀面?zhèn)缺韺有纬善交姆蔷з|(zhì)碳膜，提高潤滑性和切屑排出性，由此能夠在長期使用中維持充分的加工精度，并且發(fā)揮充分的耐磨性。另外，在切削刃的交替層疊膜的后刀面?zhèn)缺韺右残纬善交姆蔷з|(zhì)碳膜，由此提高潤滑性和切屑排出性，并且，降低與工件的摩擦阻力，能夠在長期使用中維持充分的加工精度，并且發(fā)揮充分的耐磨性。通過上述激光照射去除暫時在前刀面的結(jié)晶性金剛石層上形成的交替層疊膜，但是尤其在切削刃的交替層疊膜的前刀面?zhèn)鹊谋韺?或者，進(jìn)一步在后刀面?zhèn)鹊谋韺?，使交替層膜的金剛石的局部改性，形成表面粗糙度為0. I y m以下、膜厚為10 200nm的非晶質(zhì)碳膜。在此，當(dāng)上述非晶質(zhì)碳膜的表面粗糙度Ra超過0. I y m時，切屑排出性下降，因此上述非晶質(zhì)碳膜的表面粗糙度Ra規(guī)定為0. I y m以下。并且，當(dāng)上述非晶質(zhì)碳膜的膜厚小于IOnm時，無法維持經(jīng)長期使用的潤滑性，因此切屑排出性不充分。另一方面，若非晶質(zhì)碳膜的膜厚超過200nm，則出現(xiàn)耐磨性下降的傾向，因此非晶質(zhì)碳膜的膜厚規(guī)定為10 200nm。粗加工中兼顧銳度和耐缺損性很重要，因此即使僅對切削刃的前刀面?zhèn)燃昂蟮睹鎮(zhèn)冗M(jìn)行激光加工也可獲得提高銳度的效果，并可延長工具壽命。此外，如圖3所示，例如從圖I的最前端4遍及A及從最前端4遍及B通過紫外線激光照射去除形成于切削刃以外的前刀面和后刀面的交替層疊膜，從而如圖3所示在切削刃形成由交替層疊膜包覆的更加尖銳的切削刃，并且在切削刃的交替層疊膜的前刀面?zhèn)鹊谋韺蛹昂蟮睹鎮(zhèn)鹊谋韺有纬山饎偸木植客ㄟ^紫外線激光改性的平滑的非晶質(zhì)碳膜。此時，從前刀面的切削刃的最前端4至露出于前刀面的結(jié)晶性金剛石層的距離5及從后刀面的切削刃的最前端4至露出于后刀面的結(jié)晶性金剛石層的距離8均優(yōu)選為5 25 y m。除了前刀面以外還激光加工后刀面，由此雖然刀尖的韌性稍微下降，但是銳度進(jìn)一步提高，因此在CFRP的切削中不易產(chǎn)生毛刺或脫層，有時可以謀求進(jìn)一步延長工具壽命。激光加工時在表層產(chǎn)生的非晶質(zhì)碳膜有在前刀面中有助于提高切屑的排出性、在后刀面中降低與工件的摩擦阻力以提高加工精度的效果。并且，如圖2及圖3所示，使形成于切削刃的交替層疊膜的形狀及尺寸成為從切削刃的最前端4至結(jié)晶性金剛石膜的最短距離7，即，使交替層疊膜的膜厚成為3 15 y m。這是因為，當(dāng)切削刃的交替層疊膜的膜厚較薄且從切削刃的最前端至上述結(jié)晶性金剛石層的最短距離小于3 y m時，無法形成尖銳的切削刃，因此無法期待提高或維持長期使用中的加工精度，另一方面，當(dāng)該距離超過15 iim時，容易產(chǎn)生崩刀。結(jié)晶性金剛石層在工具基體表面的成膜例如能夠在以下條件下通過用熱絲法蒸鍍來進(jìn)行燈絲溫度2300°C、基板溫度800°C、反應(yīng)壓力30Torr、反應(yīng)氣體流量CH480sccm, H2 :3000sccm。并且，交替層疊膜的成膜例如在燈絲溫度2200°C基板溫度700°C反應(yīng)壓力8Torr反應(yīng)氣體流量CH460sccm, H2 1500sccm的條件下通過熱絲法將納米金剛石膜蒸鍍成規(guī)定膜厚之后，在與上述結(jié)晶性金剛石膜的成膜條件相同的條件下蒸鍍規(guī)定膜厚的結(jié)晶性金剛石膜，并將納米金剛石膜的成膜和結(jié)晶性金剛石膜的成膜交替反復(fù)進(jìn)行至成為規(guī)定的交替層疊膜的膜厚而能夠進(jìn)行成膜。另一方面，當(dāng)僅形成納米金剛石層時，除了不在已形成的納米金剛石膜上成膜結(jié)晶性金剛石膜以外，在與形成上述交替層疊膜的情況全部相同的條件下，如圖3所示，將從切削刃的最前端至結(jié)晶性金剛石膜的最短距離設(shè)為3 15 U m來形成在切削刃上形成的納米金剛石層。本發(fā)明的金剛石包覆工具具有如下效果在工具基體表面包覆形成結(jié)晶性金剛石層，并且在切削刃上僅形成由納米金剛石膜和結(jié)晶性金剛石膜構(gòu)成的規(guī)定的形狀或尺寸的交替層疊膜或者納米金剛石層，并且，在由激光的加工后的切削刃的交替層疊膜的前刀面?zhèn)鹊谋韺由闲纬捎幸?guī)定的表面粗糙度、規(guī)定膜厚的平滑的非晶質(zhì)碳膜，顯現(xiàn)尖銳的切削刃和耐沖擊性、潤滑性、切屑排出性優(yōu)異 的特性。另外，對后刀面也實施激光加工，由此在切削刃的交替層疊膜的后刀面?zhèn)鹊谋韺右残纬煞蔷з|(zhì)碳膜，顯現(xiàn)尖銳的切削刃和優(yōu)異的潤滑性、切屑排出性，降低與工件的摩擦阻力，提高加工精度。由此，即使在CFRP、含高Si的Al合金、石墨等難切削材料的切削中使用時，也不會產(chǎn)生崩刀，且加工精度、切屑排出性優(yōu)異，在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性，可以謀求工具的長壽命化。


圖I表示由本發(fā)明的金剛石包覆工具的激光加工前的結(jié)晶性金剛石層和交替層疊膜構(gòu)成的切削刃附近的膜結(jié)構(gòu)的概要截面示意圖。圖2表示激光加工本發(fā)明的金剛石包覆工具的前刀面之后，僅在前刀面?zhèn)鹊那邢魅行纬煞蔷з|(zhì)碳膜的切削刃附近的膜結(jié)構(gòu)的概要截面示意圖。圖3表示激光加工本發(fā)明的金剛石包覆工具的前刀面和后刀面之后，在切削刃的前刀面?zhèn)燃昂蟮睹鎮(zhèn)入p方形成非晶質(zhì)碳膜的切削刃附近的膜結(jié)構(gòu)的概要截面示意圖。符號說明I-結(jié)晶性金剛石層，2-交替層疊膜，3-切削刃的前端部，4-最前端，5-從前刀面的最前端至結(jié)晶性金剛石層的距離，6-非晶質(zhì)碳膜，7-從最前端至結(jié)晶性金剛石層的最短距離，8-從后刀面的最前端至結(jié)晶性金剛石層的距離，9-工具基體。
具體實施例方式接著，通過實施例具體說明本發(fā)明的金剛石包覆工具。在此，對于交替層疊膜舉出用作Al合金的切削用刀片時的例子和用作CFRP的切削用鉆頭時的例子進(jìn)行說明，進(jìn)一步，對于僅形成納米金剛石層舉出用作CFRP的切削用立銑刀時的例子來進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不限定于此，還能夠應(yīng)用于其他各種切削工具。尤其在使用金剛石包覆鉆頭的CFRP切削中，除了切削刃的尖銳度以外，還對切削刃要求韌性及耐磨性，因此本發(fā)明工具適合于CFRP切削用金剛石包覆鉆頭。[實施例I](僅激光加工前刀面)作為原料粉末，準(zhǔn)備均具有I 3 ii m平均粒徑的WC粉末、TiC粉末、TaC粉末、NbC粉末及Co粉末,將這些原料粉末配合成如表I所示的配合組成,用球磨機(jī)濕式混合96小時，干燥之后，以IOOMPa的壓力沖壓成型為壓還，在6Pa真空中以1400°C的溫度保持I小時的條件下燒結(jié)該壓坯，實施研磨加工，對切削刃的前刀面進(jìn)行鏡面精加工，由此制造均由WC基硬質(zhì)合金構(gòu)成且具有ISO標(biāo)準(zhǔn)為SPGN120308的刀片形狀的硬質(zhì)合金基體I 10。(a)將上述硬質(zhì)合金基體I 10裝入CVD裝置中，首先，在表2所示的條件下，在上述基體I 10的切削刃、前刀面、后刀面蒸鍍形成規(guī)定的平均層厚、平均粒徑的結(jié)晶性金剛石層，(b)接著，相同地在表2所示的條件下，蒸鍍規(guī)定的平均膜厚、平均粒徑的納米金剛石膜，在其上相同地在表2所示的條件下蒸鍍規(guī)定的平均膜厚、平均粒徑的結(jié)晶性金剛石膜，交替反復(fù)進(jìn)行納米金剛石膜的蒸鍍和結(jié)晶性金剛石膜的蒸鍍，由此在上述基體I 10的切削刃、前刀面、后刀面蒸鍍形成規(guī)定的平均膜厚的交替層疊膜，(c)接著，將蒸鍍形成有上述結(jié)晶性金剛石層和交替層疊膜的硬質(zhì)合金基體裝配于激光加工裝置，驅(qū)動紫外線激光(波長262nm)的激光光源，使聚焦透鏡沿紫外線激光的光軸方向移動，使紫外線激光在與試料載物臺的中心重疊的位置聚光，接著，使試料載物臺移動，將紫外線激光照射于切削刃，用電掃描儀對前刀面掃描激光，從而去除前刀面的切削 刃以外的交替層疊膜，(d)在切削刃上包覆形成表3所示的結(jié)晶性金剛石層和交替層疊膜，并且在交替層疊膜的前刀面?zhèn)鹊谋韺有纬杀?所示的非晶質(zhì)碳膜。(e)另外，對于基體I 5還通過研磨后刀面的切削刃來去除后刀面的切削刃以外
的交替層疊膜。以上，通過(a) (e)制造出作為相應(yīng)于權(quán)利要求I的本發(fā)明金剛石包覆工具的本發(fā)明包覆工具(刀片)I 5，即在前刀面?zhèn)鹊那邢魅行纬捎蟹蔷з|(zhì)碳膜，并且，研磨后刀面的切削刃，后刀面?zhèn)鹊那邢魅杏山惶鎸盈B膜形成，在除切削刃以外的后刀面僅包覆有結(jié)晶性金剛石層。
另外,通過(a) (d)制造出相應(yīng)于權(quán)利要求2的本發(fā)明包覆工具(刀片)6 10,即在前刀面?zhèn)鹊那邢魅行纬捎蟹蔷з|(zhì)碳膜，在后刀面包覆形成有結(jié)晶性金剛石層和交替層疊膜。為了比較，(a’ )將上述硬質(zhì)合金基體I 10裝入CVD裝置中，首先，在表4所示的條件下，在上述基體的切削刃、前刀面、后刀面蒸鍍形成規(guī)定的平均層厚、平均粒徑的結(jié)晶性金剛石層，(b’)接著，相同地在表4所示的條件下，蒸鍍規(guī)定的平均膜厚、平均粒徑的納米金剛石膜，在其上相同地在表4所示的條件下蒸鍍規(guī)定的平均膜厚、平均粒徑的結(jié)晶性金剛石膜，交替反復(fù)進(jìn)行納米金剛石膜的蒸鍍和結(jié)晶性金剛石膜的蒸鍍，由此在上述基體的切削刃、前刀面、后刀面蒸鍍形成規(guī)定的平均膜厚的交替層疊膜，(c’)接著，將蒸鍍形成有上述結(jié)晶性金剛石層和交替層疊膜的硬質(zhì)合金基體裝配于激光加工裝置，驅(qū)動紫外線激光(波長262nm)的激光光源，使聚焦透鏡沿紫外線激光的光軸方向移動，使紫外線激光在與試料載物臺的中心重疊的位置聚光，接著，使試料載物臺移動，將紫外線激光照射于切削刃，用電掃描儀對前刀面掃描激光，從而去除除了切削刃以外的交替層疊膜，(d’ )在前刀面的切削刃和后刀面包覆形成表5所示的結(jié)晶性金剛石層和交替層疊膜，并且在交替層疊膜的前刀面?zhèn)鹊谋韺有纬杀?所示的非晶質(zhì)碳膜。(e，)另外，對于在上述(a’) (d’)中獲得的部分基體，進(jìn)一步研磨后刀面的切削刃，從而去除后刀面的除切削刃以外的交替層疊膜。以上，通過(a’) (e’)制造作為比較例金剛石包覆工具的比較包覆工具(刀片)I 6，即在前刀面?zhèn)鹊那邢魅行纬捎蟹蔷з|(zhì)碳膜，且后刀面的切削刃被研磨，后刀面?zhèn)鹊那邢魅杏山惶鎸盈B膜形成，在除了切削刃以外的后刀面僅包覆有結(jié)晶性金剛石層，并且，通過(a’) (d’)制造出作為比較例金剛石包覆工具的比較包覆工具(刀片)8 15，SP在前刀面?zhèn)鹊那邢魅行纬捎蟹蔷з|(zhì)碳膜，在后刀面包覆形成有結(jié)晶性金剛石層和交替層疊膜。另外，對于比較包覆工具(刀片)7，未進(jìn)行交替層疊膜的形成。對于由該結(jié)果獲得的本發(fā)明包覆工具I 10及比較包覆工具I 15，使用掃描型電子顯微鏡測定(縱截面測定)上述各膜的膜厚和結(jié)晶性金剛石層的層厚的結(jié)果，均顯示出實際上與目標(biāo)層厚相同的平均層厚(5點測定的平均值)。另外，通過使用由Ar氣體激光獲得的可視光的拉曼光譜分析根據(jù)1333CHT1的拉曼峰值中的半峰寬評價切削刃的前刀面?zhèn)缺韺拥哪さ慕Y(jié)晶性。切削刃的前刀面?zhèn)缺韺拥哪さ谋砻娲植诙萊a通過激光顯微鏡進(jìn)行了測定。金剛石的平均粒徑由與界面平行的線段除以線段中所占的金剛石顆粒的總數(shù)的值計算。并且，從交替層疊膜的最前端至結(jié)晶性金剛石層的最短距離在截面加工試料之后，通過顯微鏡進(jìn)行測定。在表3、5、6中示出這些結(jié)果。[表 I]

[表2]
權(quán)利要求
1.一種金剛石包覆切削工具，在由碳化鎢基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構(gòu)成的エ具基體表面包覆有3 30 y m層厚的結(jié)晶性金剛石層，所述金剛石包覆切削工具的特征在于， 在上述金剛石包覆切削工具的切削刃的上述結(jié)晶性金剛石層的表面包覆形成有以0.2 2. 0 y m的層疊間隔交替層疊有平均粒徑為I 50nm的納米金剛石膜和平均粒徑為0.I 2 的結(jié)晶性金剛石膜的交替層疊膜，從由該交替層疊膜構(gòu)成的切削刃的最前端至上述結(jié)晶性金剛石層的最短距離為3 15i!m，并且，在切削刃的交替層疊膜的前刀面?zhèn)缺韺有纬捎斜砻娲植诙萊a為0. I y m以下且膜厚為10 200nm的非晶質(zhì)碳膜。
2.如權(quán)利要求I所述的金剛石包覆切削工具，其特征在干， 在上述金剛石包覆切削工具的后刀面的上述結(jié)晶性金剛石層的表面包覆形成有以0.2 2. 0 y m的層疊間隔交替層疊有平均粒徑為I 50nm的納米金剛石膜和平均粒徑為0.I 2 ii m的結(jié)晶性金剛石膜的交替層疊膜。
3.如權(quán)利要求I所述的金剛石包覆切削工具，其特征在干， 在上述金剛石包覆切削工具的切削刃的交替層疊膜的后刀面?zhèn)缺韺有纬捎斜砻娲植诙萊a為0. I ii m以下且膜厚為10 200nm的非晶質(zhì)碳膜。
4.一種金剛石包覆切削工具，在由碳化鎢基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構(gòu)成的エ具基體表面以3 30 pm層厚包覆有結(jié)晶性金剛石層，所述金剛石包覆切削工具的特征在于， 在上述金剛石包覆切削工具的切削刃的上述結(jié)晶性金剛石層的表面包覆形成有平均粒徑為I 50nm的納米金剛石層，從切削刃的最前端至上述結(jié)晶性金剛石層的最短距離為3 15 y m，并且，在切削刃的上述納米金剛石層的前刀面?zhèn)缺韺有纬捎斜砻娲植诙萊a為0.I U m以下且膜厚為10 200nm的非晶質(zhì)碳膜。
5.如權(quán)利要求4所述的金剛石包覆切削工具，其特征在干， 在上述金剛石包覆切削工具的上述納米金剛石層的后刀面?zhèn)缺韺有纬捎斜砻娲植诙萊a為0. I ii m以下且膜厚為10 200nm的非晶質(zhì)碳膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金剛石包覆切削工具，在由碳化鎢基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體表面包覆結(jié)晶性金剛石層，在其上包覆以0.2～2.0μm的層疊間隔交替層疊有平均粒徑為1～50nm的納米金剛石膜和平均粒徑為0.1～2μm的結(jié)晶性金剛石膜的交替層疊膜，從切削刃的最前端至上述結(jié)晶性金剛石層的最短距離設(shè)為3～15μm，并且，在切削刃的上述納米金剛石層的前刀面?zhèn)缺韺有纬杀砻娲植诙萊a為0.1μm以下且膜厚為10～200nm的非晶質(zhì)碳膜。
文檔編號B23B51/00GK102626853SQ201210023629
公開日2012年8月8日 申請日期2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月7日
發(fā)明者高岡秀充, 高島英彰 申請人:三菱綜合材料株式會社