金刚石包覆硬质合金切削工具制造技术

该金刚石包覆硬质合金切削工具中，(1)WC粒子的平均粒径为0.5～0.9μm，(2)基体的界面的凹凸的最大高低差(R

Diamond coated carbide cutting tools

In the diamond coated carbide cutting tool, (1) the average particle size of WC particles is 0.5-0.9 \u03bc m, (2) the maximum height difference (R) of the concave convex of the matrix interface

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金刚石包覆硬质合金切削工具
本专利技术涉及一种金刚石包覆碳化钨(WC)基硬质合金制切削工具，其通过在CFRP(碳纤维强化塑料)等难切削材料的高速切削加工中，具备优异的耐冲击性及密合性，从而发挥优异的耐崩刀性及耐剥离性，并改善工具寿命。本申请主张基于2017年3月22日在日本申请的专利申请2017-056084号的优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
以往，已知有在由WC基硬质合金(以下，称为“硬质合金”)构成的工具基体上包覆有金刚石膜的金刚石包覆硬质合金制切削工具(以下，称为“金刚石包覆工具”)，为了改善工具基体与金刚石膜的密合性，提出有在工具基体上形成金刚石膜等各种提议。例如，专利文献1中公开有切削工具，该切削工具通过在具有凹凸的硬质基材的表面，隔着防止硬质基材的构成成分扩散的中间层，包覆金刚石皮膜来获得。而且，专利文献2中公开有如下内容：为了以较高的表面加工精度进行加工，层叠金刚石皮膜并将表面的晶体粒径设为2μm以下。专利文献1：日本特开平11-193479号公报专利文献2：日本特开2002-79406号公报在近年的切削加工的
中对省力化及节能化以及低成本化的要求强烈，伴随此，切削加工处于越来越高速化的趋势。另一方面，将以往的金刚石包覆工具例如用于以高加工精度对CFRP等难切削材料进行高速切削的情况时，对钻头要求锐利的刀尖，因此尤其要求较高的刀尖强度，但以往的金刚石包覆工具的刀尖强度并不充分，并且，易产生金刚石膜的剥离。因此，在长期使用中无法发挥令人满意的耐崩刀性及耐磨性，很难维持高加工精度，其结果，通常会在比较短的时间内达到使用寿命。在专利文献1中公开的在基体表面设置凹凸而包覆金刚石的工具中，说明了该工具适用于铝板的切削加工中，但并没有说明该工具适用于CFRP等难切削材料的切削加工中。若基体表面的凹凸大，则由于产生崩刀的可能性和随着金刚石皮膜的生长而金刚石皮膜的表面粗糙度变粗糙，因此很难将该文献中记载的技术直接适用于CFRP等难切削材料的切削加工中。并且，专利文献2对铝合金等非铁金属的切削加工的加工面的粗糙度进行了说明，但并没有说明适用于CFRP等难切削材料。若工具表面金刚石的微晶粒的比例变高，则耐磨性有可能下降，无法直接适用于CFRP等难切削材料。即，处于如下情况：无法充分断言通过在CFRP等难切削材料的高速切削加工中，具备优异的耐冲击性及密合性，从而发挥优异的耐崩刀性及耐剥离性，并获得高寿命的金刚石包覆WC基硬质合金制切削工具。
技术实现思路
因此，本专利技术欲解决的技术课题即本专利技术的目的在于提供一种金刚石包覆工具，该金刚石包覆工具提高金刚石皮膜与工具基体的密合性并且提高金刚石包覆工具的刀尖强度(耐冲击性)，在CFRP等难切削材料的高速切削加工中，耐崩刀性及耐剥离性得到提高且切削寿命长。为了解决上述以往的金刚石包覆工具所具有的课题，本专利技术人反复进行了深入研究和实验。即，对在CFRP的立铣刀加工中产生突发性崩刀且提前达到工具的寿命的现象进行了详细分析，其结果得出如下见解，即，通过兼顾金刚石皮膜的平滑性和密合力，抑制金刚石皮膜工具的崩刀并提高耐剥离性，延长工具寿命。而且，已知通过热丝CVD法在硬质合金基体上气相生长的金刚石皮膜以柱状生长，关于与金刚石皮膜相接的基体界面的凹凸的性状对金刚石皮膜的平滑性带来的影响进行了详细检查，其结果如图1所示，若与金刚石皮膜相接的基体界面的凹凸大，则从基体界面以柱状生长的金刚石粒子的晶体在其生长过程中与相邻的金刚石粒子的晶体相冲突，内包畸变而生长，并且，在金刚石皮膜的外表面产生较大的凹凸而平滑性大幅受损，导致易产生崩刀。因此，本专利技术人进行了进一步的研究，其结果发现如下内容：为了使金刚石皮膜的外表面性状平滑，除了基体界面的凹凸的性状以外，金刚石皮膜的生长初期的晶粒的大小、之后的生长方向和/或取向率也会带来影响。本专利技术中，将硬质合金基体的界面的凹凸的性状设为规定性状，而且将金刚石皮膜的生长初期的晶体粒径设为规定的范围，进一步将之后生长的金刚石的生长方向或取向率中的至少一个设为规定的范围，由此减少金刚石皮膜中内包的畸变，并确保兼顾金刚石皮膜与基体的密合性和平滑性，能够抑制金刚石包覆工具的崩刀并提高金刚石皮膜的耐剥离性，延长工具寿命。即，本专利技术如下。(1)一种金刚石包覆硬质合金切削工具，其在包含3～15质量％的Co的WC基硬质合金基体包覆形成金刚石皮膜而成，该金刚石包覆硬质合金切削工具的特征在于，在该金刚石包覆硬质合金切削工具的金刚石皮膜厚度方向的切断面中，(a)构成所述基体的WC粒子的平均粒径为0.5～0.9μm，(b)与所述金刚石皮膜相接的所述基体的界面的凹凸的最大高低差(Rz)为0.5～1.0μm，该界面中的相邻的所述基体的凹凸之间的距离的最大值(Δ)为0.5～1.5μm，且基体中去除结合相的区域在金刚石皮膜的厚度方向上的长度(Ye)为0.5～2.0μm，(c)将与所述金刚石皮膜相接的各WC粒子在所述界面中所占的面积之和设为100面积％时，界面中的与金刚石皮膜相接的WC粒子的顶点间距离的最大值(L1)为0.4～0.8μm、与WC粒子内切的内切圆的直径或者对置面的切线之间的距离的最小值(L2)为0.2～0.4μm、且(L1)/(L2)为1.5～2.5的WC粒子的面积和为70面积％以上，(d)从所述基体界面朝向金刚石皮膜在0.5～1.5μm的区域中的金刚石晶体的平均粒径为0.1～0.3μm，(e)具有与所述金刚石晶体的上部相接且构成金刚石皮膜的柱状晶，该柱状晶满足以下条件中的至少一种：该柱状晶的生长方向相对于金刚石皮膜的厚度方向偏离10度以内的角度的比例为90％以上或＜110＞取向率为30～70％。(2)根据(1)所述的金刚石包覆硬质合金切削工具，其特征在于，所述金刚石皮膜的平均膜厚为3～30μm。本专利技术能够发挥如下的显著效果：即，能够实现金刚石皮膜与工具基体的密合力的提高和金刚石皮膜中内包的畸变的减少以及其外表面的高平滑性，因此能够抑制金刚石包覆切削工具的崩刀，能够延长切削工具寿命。附图说明图1是表示硬质合金基体的凹凸的性状对金刚石皮膜的凹凸的性状带来影响的现象的金刚石皮膜的厚度方向剖面(纵剖面)的示意图。图2是放大表示本专利技术的一实施方式所涉及的金刚石包覆工具的纵剖面的示意图(由于是示意图，因此标尺并不准确，为了强调结合相的存在而将其面积显示为比实际大)。图3是说明金刚石皮膜与基体的界面中的WC粒子的凹凸之间的距离的图。图4是图2的去除结合相的区域的WC粒子的形状的示意图，是说明WC粒径的顶点间距离的最大值(L1)及与WC粒子内切的内切圆的直径或者对置面的切线之间的最小距离(L2)的图。具体实施方式如上述，本专利技术是基于如下新发现的专利技术，即，通过实现金刚石皮膜与工具基体的密合性的提高、内包的畸变的减少和该金刚石皮膜的外表面的高平滑性，抑制金刚石皮膜工具的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金刚石包覆硬质合金切削工具，其在包含3～15质量％的Co的WC基硬质合金基体包覆形成金刚石皮膜而成，该金刚石包覆硬质合金切削工具的特征在于，/n在该金刚石包覆硬质合金切削工具的金刚石皮膜厚度方向的切断面中，/n(1)构成所述基体的WC粒子的平均粒径为0.5～0.9μm，/n(2)与所述金刚石皮膜相接的所述基体的界面的凹凸的最大高低差R

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170322 JP 2017-0560841.一种金刚石包覆硬质合金切削工具，其在包含3～15质量％的Co的WC基硬质合金基体包覆形成金刚石皮膜而成，该金刚石包覆硬质合金切削工具的特征在于，
在该金刚石包覆硬质合金切削工具的金刚石皮膜厚度方向的切断面中，
(1)构成所述基体的WC粒子的平均粒径为0.5～0.9μm，
(2)与所述金刚石皮膜相接的所述基体的界面的凹凸的最大高低差Rz为0.5～1.0μm，该界面中的相邻的所述基体的凹凸之间的最大距离Δ为0.5～1.5μm，且基体中去除结合相的区域在金刚石皮膜的厚度方向上的长度Ye为0.5～2.0μm，
(3)将与所述金刚石皮膜相接的各WC粒子在所述界面中所占的面积之和设为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：鹿田信一，富永哲光，高岛英彰，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP