金刚石薄膜的涂膜法及包覆金刚石的硬质合金部件制造技术

本发明专利技术提供一种金刚石薄膜的涂膜法，其不必形成中间层便能形成金刚石薄膜。由于硬质合金的结合相中所含有的钴具有形成石墨的催化剂作用，该金刚石薄膜在以往是难以形成的。本发明专利技术的金刚石薄膜的涂膜法是，将由碳化物（２）的硬质相和含有钴的结合相（１）构成的硬质合金表面上存在的结合相（１１）的钴硅化而成为硅化物（３），然后形成上述金刚石薄膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及金刚石薄膜的涂膜法及使用该涂膜法得到的包覆金刚石的硬质合金部件。
技术介绍
以WC-Co为代表例子，由碳化物的硬质相和含钴的结合相构成的硬质合金，由于高硬度、耐磨性等优良，应用于切削工具和卡盘夹具等各种部件。为了进一步提高这样的硬质合金部件的耐磨性、耐久性，实施了将比硬质合金更硬质的薄膜，例如TiC薄膜涂覆在硬质合金部件的表面上。在公知的硬质薄膜中，金刚石薄膜的硬度最高，而且耐磨性优良，如果将金刚石薄膜涂覆在硬质合金的基材上，可以期待优良的特性。但是，以往要在硬质合金的基材上涂覆金刚石薄膜是困难的。其原因是，作为硬质合金的结合相的主要成分的钴，或者根据需要在结合相中所包含的镍或铁，一般是可以作为生成石墨时的催化剂的成分，因此，在硬质合金的基材表面存在着这些成分的状态下，即使试着涂覆金刚石薄膜，也都会形成石墨。作为目前所提出的用于在硬质合金部件上涂覆金刚石薄膜的方法，有对硬质合金部件进行酸洗，用酸除去部件表面的钴后再涂覆金刚石薄膜的方法。但是，即使利用该方法暂时将硬质合金部件表面的钴除去，但在用于形成金刚石薄膜的高温环境下，由于硬质合金部件内部的钴因扩散而向表面移动，因而其效果很差。此外，还提出了以下方法在用酸除去硬质合金表面的钴之后，形成以TiN等薄膜的层间膜来抑制钴的催化剂作用，在该层间膜上再形成金刚石薄膜的方法。在通过这样的层间膜来形成金刚石薄膜的情形下，有可能产生该层间膜和金刚石薄膜之间的密合性的问题或源于热膨胀系数不同而引起的剥离等问题。另外，在该方法中为了设置上述层间膜一般采用蒸镀法或溅射法，但由于这样的蒸镀法、溅射法是与用于形成金刚石薄膜的CVD法完全不同的方法，因而增加了工序。而且，由于这样的蒸镀法、溅射法在原理上是通过使材料粒子一直前进而附着并堆积在目标材料上而形成薄膜的方法，因而存在的问题是，对于具有凹凸的部件及复杂形状的部件等特殊形状的部件，层间膜难以均匀地附着。此外，在专利文献1-日本特开平7-305170号公报中，提出了包覆硬质膜的硬质合金部件，其为，在WC基硬质合金的表面上，以0.2～10μm的厚度包覆其碳化物的标准生成能量从常温到1500℃的特定范围内为负值的金属膜之后，再包覆金刚石薄膜。该日本特开平7-305170号公报所公开的技术，通过使包覆在硬质合金表面的金属膜与金刚石成膜时的C进行反应而转化成碳化物，从而包覆密合强度高的金刚石薄膜。而且，包覆在硬质合金表面的金属膜利用真空蒸镀法、电镀法或者溅射法来形成。因此，由于与用于形成金刚石薄膜的CVD法是完全不同的方法，因而增加了作业工序和时间。另外，在用这样的蒸镀法、溅射法进行包覆时，如上上述在具有凹凸的部件、复杂形状的部件等特殊形状的部件上，难以均匀地附着金属膜；此外，在电镀法中，所使用的金属受到限制，例如无法由电镀法来包覆Si膜。还有，在专利文献2-日本特开2000-178736号公报中提出了在母材和包覆了金刚石状碳膜中，具有周期表中的5A和6A的硅化物、硅碳化物等的中间层的部件。该日本特开2000-178736号公报所公开的技术，由于基本上是形成中间层，因而有可能产生的问题是，该中间层和金刚石薄膜的密合性的问题和源于热膨胀率不同而引起的剥离等。
技术实现思路
本专利技术就是为解决上述问题而提出的，其目的在于同时提供金刚石薄膜的涂膜法和使用该方法包覆金刚石薄膜的硬质合金部件，它能在不怎么增加处理工序、时间的情况下，在硬质合金的基材上形成良好的金刚石薄膜，还能在具有凹凸的部件或复杂形状的部件上均匀地形成金刚石薄膜。本专利技术的金刚石薄膜的涂膜法是，在以由碳化物的硬质相和含有钴的结合相构成的硬质合金为基材，在该基材上形成金刚石薄膜的金刚石薄膜的涂膜法中，其特征是，将存在于上述基材的表面的上述结合相的钴硅化而形成硅化物，然后形成上述的金刚石薄膜。另外，本专利技术的金刚石薄膜的涂膜法是，在以由碳化物的硬质相和含有钴的结合相构成的硬质合金为基材，在该基材上形成金刚石薄膜的金刚石薄膜的涂膜法中，其特征是，在将上述基材放入CVD装置的反应容器中的同时，向该反应容器供给硅的原料气体，将在上述基材表面上存在的上述结合相的钴硅化而形成硅化物，然后在同一CVD装置中形成金刚石薄膜。此外，本专利技术的包覆金刚石薄膜的硬质合金部件的特征是，在由碳化物的硬质相和含有钴的结合相构成的硬质合金基材的表面上，具有将上述结合相的钴硅化而形成的硅化物。根据本专利技术的金刚石薄膜的涂膜法，由于将存在于硬质合金的基材表面上的钴硅化而成为硅化物，因而在硬质合金的基材表面上不存在钴，因而能抑制钴的催化剂作用，可以有利地防止在金刚石薄膜时生成石墨的不良现象。因此，可以在硬质合金上进行金刚石薄膜的涂覆，可以形成良好的金刚石薄膜。此外，如果硅化物只在硬质合金的基材表面中呈现结合相的区域中形成，由于能获得所希望的效果，因而不需要为形成硅化物的处理工序、时间，可以比以往简化金刚石薄膜的涂覆工序。由于不需要如现有技术那样的酸洗硬质合金的基材表面而除去钴的作业，因而在这一点上也能实现制作工序的简化。而且，由于不必形成硅化物作为层间膜，因而可以得到密合力高的金刚石薄膜。此外，在利用CVD法进行将存在于硬质合金基材表面的钴硅化而成为硅化物的工序时，即使是具有凹凸的部件或复杂形状的部件，均可形成均质的硅化物，而且，由于可以利用与用于金刚石薄膜的CVD装置相同的装置来进行上述的硅化工序，因而可以进一步简化处理工序，缩短制造时间。附图说明图1是WC-Co系硬质合金的表面附近的断面组织的示意图。图2是在表面上形成了硅化物的WC-Co系硬质合金的表面附近的断面组织的示意图。图3是在表面上形成了金刚石薄膜的WC-Co系硬质合金的表面附近的断面组织的示意图。图4是表示形成了金刚石晶粒的硬质合金表面的显微镜照片。图5是表示形成了石墨的硬质合金表面的显微镜照片。具体实施例方式下面，对本专利技术的金刚石薄膜的涂膜法及包覆金刚石的硬质合金部件进行更具体的说明。图1～3示意地表示作为硬质合金的代表例子的硬质相为碳化钨(WC)，结合相为钴(Co)的WC-Co系硬质合金表面附近的断面组织图。如图1所示，WC-Co系硬质合金是通过作为结合相的钴1将作为硬质相的块形的粉粒状的碳化钨2结合起来的组织。此外，并不限于WC-Co系硬质合金，对于具有其他成分组成的硬质合金，也可以形成由结合相将碳化物相结合起来的同样的组织。也就是说，在表面不进行任何处理的WC-Co系硬质合金的基材的表面上，同时出现了钴1和碳化钨2。图1中，在基材的表面上存在的钴用符号11表示，在基材表面存在的碳化钨用符号12表示。由于这样的呈现在表面的钴11在形成金刚石薄膜时成为生成石墨的催化剂，因而以往不形成金刚石薄膜而形成石墨的现象已如前述。因此，本专利技术如图2所示，将基材表面存在的钴11经硅化而成为硅化物3。钴的硅化物3根据温度不同为CoSi和/或CoSi2。如果将基材表面存在的钴11硅化而成为硅化物3，硬质合金基材的表面则不存在钴11。而且，表面的硅化物3还成为妨碍在基材内部存在的钴1向表面扩散移动的壁垒。因此，在形成金刚石薄膜时，可以防止因为在硬质合金基材表面存在钴11而引起的不良现象，所以，如图3所示，可以形成所希望的金刚石薄膜4。此外，作为钴的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金刚石薄膜的涂膜法，在以由碳化物的硬质相和含有钴的结合相构成的硬质合金为基材，在该基材上形成金刚石薄膜的金刚石薄膜的涂膜法中，其特征是，将存在于上述基材表面上的上述结合相的钴硅化而形成硅化物，然后形成上述的金刚石薄膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：一色秀夫，
申请(专利权)人：国立大学法人电气通信大学，株式会社校园创新，
类型：发明
国别省市：JP[日本]