[发明专利]金刚石包覆切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种金刚石包覆切削工具，例如涉及一种在比强度、比刚性高于金属材料的CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics。碳素纤维强化塑料)或者熔敷性高的Al合金等的切削加工中使用时，通过提高金刚石薄膜的表面平滑性来降低切削阻力，并且使其经长期使用发挥优异的耐磨性的金刚石包覆切削工具(以下称为金刚石包覆工具)。

背景技术

金刚石包覆部件利用于工具部件、耐磨部件以及滑动部件等多方面的用途。一直以来由于与基体的粘附性不充分，所以为了改善此现象提出有各种方案。

例如已知有如下金刚石包覆工具(以下，成为以往金刚石包覆工具)：对基体撞击粒径为0.1～100μm的金刚石颗粒来划伤表面，并且，使金刚石颗粒进入到所形成的凹坑内，以这些伤痕及金刚石颗粒为成长核，通过气相合成法形成金刚石膜，由此，在某些程度上改善了薄膜粘附性，但是，将这种以往金刚石包覆工具部件作为CFRP或Al合金等难切削材料的切削工具中使用时，存在以下问题点：切削阻力大，或者由于金刚石薄膜的粘附性不充分，所以产生缺损或剥离，或者经过长期使用无法确保充分的耐磨性，工具寿命缩短等。

专利文献1：日本专利公开平4-129622号公报

近几年的切削加工装置的FA化显著，另一方面对于切削加工的节省劳力化及节能化、以及低成本化的要求强烈，另外，切削条件变得越来越严峻。即使在将上述的以往金刚石包覆工具使用于通常条件下的切削加工时不产生特别问题的情况下，在将此工具使用于与一般的金属材料相比比强度、比刚性优异的CFRP的切削、以及软质且熔敷性高的Al合金等的切削时，由于CFRP为碳素纤维和环氧系树脂的复合材料，所以不仅工具磨损强烈而且容易产生缺损，另外，Al合金等不仅因切削时的高热发生容易产生向刀片的熔敷，很难维持锋利的刀片，而且容易产生缺损，工具寿命缩短，因此，在CFRP、Al合金等难切削材料的切削中，也要求不产生缺损或剥离等，且具备优异的耐磨性的金刚石包覆工具。

因此，从如上述的观点考虑，本发明人们为了开发在尤其作为难切削材料的CFRP或熔敷性高的Al合金等的切削加工中，切削阻力低且经长期使用显示优异的耐磨性的金刚石包覆工具，进行深入研究的结果，得到以下见解。

本发明人们的见解为如下：图1为表示本发明的金刚石包覆工具的金刚石薄膜的成膜阶段的示意图，在图1的(a)中，于初始阶段中在工具基体(母材)表面生成大小不同的初始核，在图1的(b)所示的成膜阶段中，从不同大小的初始核分别成长金刚石颗粒时，通过微粒金刚石晶粒及粗粒金刚石晶粒之类的颗粒大小不同的金刚石晶粒构成金刚石薄膜，但通过将微粒金刚石晶粒及粗粒金刚石晶粒在金刚石薄膜整体中所占的含有比例分别规定成预定的比例，包覆这种金刚石薄膜的金刚石包覆工具显示低切削阻力的同时，经过长期使用发挥优异的耐磨性。

发明内容

该发明是基于上述见解而完成的，其具有如下特征：

一种金刚石包覆切削工具，其在切削工具基体表面包覆形成金刚石薄膜，其特征在于，

取与上述金刚石薄膜的膜厚方向垂直的平面内的金刚石晶粒的粒径分布时，在平均粒径为0.05～0.5μm的位置和平均粒径为0.8～5μm的位置存在2个粒径分布的峰值，并且，由平均粒径为0.05～0.5μm的颗粒的面积比例占整体的20～40％且平均粒径为0.8～5μm的颗粒的面积比例占整体的40～80％的金刚石晶粒构成金刚石薄膜。

接着，对该发明的金刚石包覆工具的包覆层进行详细说明。

初始核的生成：

本发明的金刚石薄膜的形成通过初始核的生成及金刚石颗粒的成长这样的2个阶段进行，但在成膜初期阶段的初始核的生成中，首先，在工具基体表面生成大小不同的2种初始核。具体而言，首先，在分散中心粒径不同的金刚石颗粒的泥浆中超声波处理基板，从而形成大小不同的核生成位置。例如，在包含中心粒径为5～20nm和0.1～3.0μm的2种金刚石颗粒的泥浆中超声波处理之后，在预定的合成条件下合成金刚石膜，从而使大小为10～80nm的微细初始核和大小为100～500nm的粗大初始核的2种不同大小的初始核生成于工具基体表面。

另外，在本发明中所说的大小、粒径是指与膜厚方向垂直的面内的各个初始核、颗粒的最大直径，膜厚方向的初始核、颗粒的各个最大直径称为“长度”。