[发明专利]非晶性碳被覆工具及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在转削工具(钻头、立铣刀、铰刀等)、铣刀工具及旋削工具中使用的刀尖交换型切削刀端、切断工具(车刀、手术刀、剪切机等)的表面形成具有耐磨耗性及耐熔敷性的非晶性碳膜的工具。另外还涉及这些工具的制造方法。

现有技术

此前，一直谋求一种工具表面损伤小、可高寿命·高效率加工，以及可高质量地进行被切削材料的加工(保持表面形状、保持母材硬度、保持尺寸精度等)的切削工具。

最近，从环境保护及节能的观点考虑，强烈要求开发一种可以降低切削阻力的工具或即使减少切削油剂而寿命及切削效率仍不下降的工具等。

另外，近年来，被切削材料的种类各种各样，在铝合金等软金属的场合以及在钛、镁、铜等非铁金属的场合，或者在有机材料的场合、含石墨等硬质粒子材料的场合，印刷线路基板加工及铁系材料和铝同时切削加工的场合，被切削材料凝结在切削工具的刀刃部分，出现切削阻力加大，或有时有刀尖损伤等问题。这些特定的被切削材料，与其他的被切削材料相比，更激烈地产生工具的磨耗。

而且，在金属加工现场切实具有既不降低性能又能大幅削减成本的要求。

在把这些铝及其合金或有机材料进行加工的特定用途中，早先使用金刚石工具。在基材上形成金刚石膜的工具，其金刚石膜的生长速度因结晶方位而大幅度变化，所以，表面的凹凸大，为了作为精密加工工具，必须把复杂形状的表面进行研磨。

然而，由于金刚石膜在现有的材料中是最硬的材料，所以，对其进行研磨加工，除了用昂贵的金刚石以外别无他法，成为成本非常高的重要原因。

另外，采用TiN等的PVD(物理蒸气淀积)涂布得到的陶瓷被膜通常为2～3μm。另一方面，在金刚石膜中，由于结晶成长速度因结晶方位的不同而不同，因此可得到平滑的研磨面，必须加工成20～30μm这样的膜厚。因此，一边使金刚石生长时同时要蚀刻除去生长的石墨一边进行成膜，成膜速度非常低，仅为通常涂布时的1/10以下，而且，包括涂布的制造成本非常高，这是个问题。

另外，对于在基材上进行低涂布金刚石烧结体的工具，难以制成复杂形状的工具或直径数毫米的小径工具，这是个问题。

特开2000-176705号公报中公开了一种在工具上涂布TiN、TiCN、TiAlN、Al₂O₃或含这些物质组合的硬质物质后，再用硬质碳被覆润滑膜的工具部件。在这里，发明者提供一种为了具有稳定的耐久性，并且适于批量生产的廉价硬质碳系润滑被膜，设置含有硅和碳，或含有硅、碳及氮成分构成的中间层，在中间层下，形成与界面接触的厚度0.02μm以上～0.5μm以下的硅层。

然而，该发明中最表面层的硬质碳被膜，由于使用羟类气体，通过离子镀和等离子体CVD(化学蒸气淀积)方法而形成的，在被膜中含有氢原子。通常，硬质碳中的氢原子，已知在大气中于约350℃以上的温度从膜中脱离，在氢脱离后，硬质碳被膜变成石墨，硬度急剧下降。不能不说这样的被膜是难以在苛刻的切削环境下使用。

发明概要

因此，本发明的主要目的是提供一种非晶性碳的被覆工具，其在软金属、非铁金属、有机材料、含硬质粒子的材料、印刷电路基板、铁系材料和软质金属材料同时切削加工等切削时，难以发生被切削材料的凝结或刀尖的缺损，而且，通过被覆导热性高的非晶性碳，可以抑制刀尖温度上升，即使在干的切削或高速加工等苛刻切削环境下仍然耐用的非晶性碳被覆工具。另外，还提供其制造方法。

本发明通过特别限定基材的组成以及非晶性碳膜的厚度而达到上述目的。

即，本发明的非晶性碳被覆工具是由WC基超硬质合金构成的基材，并在该基材上至少在刀尖端被覆的非晶体碳被膜的工具，其特征在于，所述基材的钴含量小于12％(质量)，在该非晶性碳膜中含氢量小于5％(原子)，在该非晶性碳膜的刀尖最大厚度为0.05μm以上～0.5μm以下。

另外，本发明的非晶性碳被覆工具的特征是由WC基超硬质合金构成的基材并在该基材上至少是刀尖用非晶性碳进行被覆的工具，所述基材含钴量小于12％(质量)，所述非晶性碳膜是以石墨作为原料，在实质上是在不含氢的气氛下用物理蒸镀法形成的，在非晶性碳膜的刀尖最大厚度达到0.05μm以上～0.5μm以下。

本发明非晶性碳被覆工具的制造方法，其特征在于，通过使由WC基超硬质合金构成的基材保存在真空容器内的工序、在对基材施加零或负的直流偏压的同时，使作为原料的石墨蒸发，形成非晶性碳膜的工序、刀尖的非晶性碳膜的最大厚度控制在0.05～0.5μm范围内。

附图的简单说明