本发明专利技术提供提高刀尖强度的金刚石包覆硬质合金制切削工具，提高金刚石膜与工具基体之间的耐剥离性、提高刀尖强度，并且提高耐崩刀性及耐磨损性。该金刚石包覆硬质合金制切削工具，具有从碳化钨基硬质合金制的工具基体和金刚石膜的界面向工具基体内部最深至8μm的深度的金属结合相的一部分通过化学处理被去除的部分去除金属结合相区域，通过从刀尖附近（从刀尖前端最大不超过100μm的区域）的后刀面的直角截面观察，在除部分去除金属结合相区域内的碳化钨之间及碳化钨与其他碳化物之间的结合晶界以外的碳化钨晶界，10～300nm厚度的金属结合相以碳化钨晶界长度的50%以上的比例存在，且存在于碳化钨晶界中的金属结合相的铬相对于钴的质量比例为0.21以上0.40以下。
【技术实现步骤摘要】
提高了刀尖强度的金刚石包覆硬质合金制切削工具
本专利技术涉及一种通过在碳纤维增强复合材料(CFRP:Carbon Fiber ReinforcedPolymer)等难切削材料的高速切削加工中具备优异的韧性及强度，从而使刀尖发挥优异的耐缺损性的金刚石包覆碳化钨基硬质合金制切削工具。
技术介绍
以往，在由碳化钨基(WC基)硬质合金(以下仅称为“硬质合金”)构成的基体中已知有包覆有金刚石膜的金刚石包覆硬质合金制切削工具，但在现有的金刚石包覆硬质合金制切削工具中，由于硬质合金基体和金刚石膜的粘附性不充分，因此为了改善这一点提出了在硬质合金基体上形成金刚石膜时，在去除阻碍金刚石的形成的钴的基体上进行成膜等各种方案。例如，如专利文献I所示，提出有在金刚石包覆硬质合金制切削工具中，将从该硬质合金的表面至100 μ m为止之间的结合相与该硬质合金内部的结合相进行比较而使其减少，另一方面，使存在于从硬质合金表面至5?100 μ m之间的结合相富集层的结合相的量相对于合金内部的结合相的量富化至1.2?5倍的方案，由此，使金刚石膜与硬质合金基体的粘附性得到改善的方案。并且，如专利文献2所示，提出有在金刚石包覆硬质合金制切削工具中，通过热处理，使从硬质合金的表面朝向其内部至少I μ m(优选3?100 μ m、尤其优选10?50 μ m)的表面层的平均结合相的量比该合金内部的平均结合相的量减少，将该表面层的结合相的量设为在该合金的表面最小，并且使该表面层的结合相的量朝向该合金的内部递增而使其达到内部的平均结合相的量，由此实现改善金刚石膜与硬质合金的粘附性的方案。另外，例如，如专利文献3所示，提出有以金刚石包覆WC基硬质合金制工具基体时,将其表面在村上(Murakami )试剂中进行蚀刻，接着，通过在硫酸与过氧化氢的溶液中进行蚀刻来改善工具基体与金刚石膜的粘附性。专利文献1:日本专利第2539922号说明书专利文献2:日本专利公开平3-115571号公报专利文献3:日本专利第3504675号说明书近几年在切削工具的
中对节省劳力化、节能化及进一步低成本化的要求强烈，随此，切削加工存在日益高速化的趋势，但将所述现有金刚石包覆合金制切削工具(以下仅称为“金刚石包覆工具”)例如用于要求CFRP等难切削材料的钻头加工的各种锐利的刀尖的切削加工时，硬质合金制工具基体的韧性不够充分，因此容易产生崩刀，存在提前达到寿命的情况。并且，对CFRP等难切削材料进行高速切削时，要求特别高的刀尖强度，但现有金刚石包覆工具，刀尖强度不够充分，并且容易产生金刚石膜的剥离，因此经长期使用无法发挥令人满意的耐崩刀性及耐磨损性，其结果，大多在较短时间内达到使用寿命。本专利技术人等对于如上述的金刚石包覆工具的课题进行深入研究的结果，发现在金刚石包覆工具中，为了如上述提高金刚石膜与工具基体的粘附性，会进行去除存在于工具基体的最表面的金属结合相中的钴的处理，但其结果，导致刀尖的韧性的降低，成为刀尖强度下降的原因。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术性课题，即本专利技术的目的在于提供一种在金刚石包覆工具中，提高金刚石膜与工具基体的粘附性的同时提高刀尖的韧性，由此提高刀尖强度、耐崩刀性及耐磨损性的金刚石包覆工具。因此，本专利技术人等为提供例如如CFRP的高速钻孔加工和高速切削这种即使在高负荷作用于切削刃的切削条件中使用时，刀尖附近(从刀尖前端最大不超过100 μ m的区域)也具备优异的韧性，并且经长期使用发挥优异的耐磨损性的金刚石包覆工具而反复进行深入研究的结果得到了如下见解。本专利技术中得到如下见解，S卩(I)将硬质合金基体的表面附近的金属结合相(主要为Co及Co合金)通过化学蚀刻(硫酸+过氧化氢)去除。(2)若进行在工具基体表面附近(从基体表面向内部最深至8 μ m)的WC晶界(其中，除WC之间及WC与其他碳化物的接合晶界)使金属结合相中的Cr浓度变浓的烧结(预定的冷却速度，例如以I?5°C /min进行烧结后控制流经加热器的电流而进行冷却，进行所谓通电致冷)，则缓慢冷却时WC粒子生长，同时在WC的生长界面Cr浓度变浓。(3)通过所述工序获得的烧结体在工具基体表面附近区域的WC晶界附近的金属结合相变得难以被蚀刻，在刀尖附近的金属结合相被去除的区域(以下称为“部分去除金属结合相区域”)构成硬质合金的WC晶界(其中，除WC之间及WC与其他碳化物的接合晶界以外)为Cr浓度较高的金属结合相，通过Co-W-Cr合金被强化。(4)由于工具最表面的Co被去除，因此不会阻碍在该基体上形成金刚石膜，并且能够获得会因金属结合相被去除而降低的工具刀尖的韧性和强度通过残留在WC晶界附近而不被蚀刻的Co-W-Cr合金被强化的金刚石包覆工具。本专利技术是基于上述见解而完成的，具有如下特征:一种金刚石包覆硬质合金制切削工具，其以碳化钨和钴为主成分，在至少含有3?15质量％的钴及0.2?3质量％的铬的碳化钨基硬质合金基体包覆形成有金刚石膜，其中，所述金刚石膜具有平均膜厚3?30 μ m的层厚，且具有部分去除金属结合相区域，该部分去除金属结合相区域通过化学处理去除从所述碳化钨基硬质合金制基体和金刚石膜的界面向基体内部方向最深至8 μ m的深度的金属结合相的一部分而形成，通过从该工具的刀尖附近的后刀面的直角截面观察，在除所述部分去除金属结合相区域内的碳化钨之间及碳化钨与其他碳化物之间的结合晶界以外的碳化钨晶界中，IO?300nm厚度的金属结合相以所述碳化钨晶界长度的50%以上的比例存在，且存在于所述碳化钨晶界中的金属结合相的铬相对于钴的质量比例为0.21以上0.40以下。以下对本专利技术进行详细说明。部分去除金属结合相区域的深度:去除基体表面的金属结合相(主要为钴/钴合金)的目的是为了在基体上形成金刚石膜，但对于其深度并无特别限定，但若低于I μ m则残留的钴/钴合金的影响仍然较大且耐剥离性不充分，故不优选。另一方面，若超过8 μ m,则大量的结合金属从基体表面被去除，从而使硬质合金的韧性大大降低，其结果，耐崩刀性降低。因此，部分去除金属结合相区域的深度定为向基体内部方向最深至8 μ m。通过化学处理去除的金属结合相的一部分:本专利技术中，“通过化学处理去除的金属结合相的一部分”主要指钴和/或钴合金，但根据硬质合金，有时为增加耐热性而在金属结合相中混合碳化钛(TiC)和碳化钽铌((TaNb) C)，或为增加耐蚀性而将钴的一部分置换为镍(Ni)，这种情况下，“通过化学处理去除的金属结合相的一部分”中除钴和/或钴合金之外，还包含碳化钛(TiC)、碳化钽铌((TaNb) C)及 Ni 等。工具基体的组成:本专利技术的金刚石包覆工具的工具基体至少含有作为硬质相成分的碳化钨(以WC表不)和作为金属结合相成分的Co,并且,将Co含量设为3?15质量％。Co成分具有形成金属结合相而提高基体的强度及韧性的作用，但WC基硬质合金中的Co含量低于3质量％时，不特别期待韧性的提高，另一方面，若Co含量超过15质量％，则变得容易引起塑性变形而加快偏磨损的进行，因此将WC基硬质合金中的Co含量定为3?15质量％。金刚石膜的平均膜厚:包覆在工具基体表面的金刚石膜，若其厚度低于3 μ m,则无法经长期使用发挥充分的耐磨损性，另一方本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金刚石包覆硬质合金制切削工具，其以碳化钨和钴为主成分，在至少含有3～15质量%的钴及0.2～3质量%的铬的碳化钨基硬质合金基体包覆形成有金刚石膜，所述金刚石包覆硬质合金制切削工具的特征在于，所述金刚石膜具有平均膜厚3～30μm的层厚，且具有部分去除金属结合相区域，该部分去除金属结合相区域通过化学处理去除从所述碳化钨基硬质合金制基体和金刚石膜的界面向基体内部方向最深至8μm的深度的金属结合相的一部分而形成，通过从该工具的刀尖附近的后刀面的直角截面观察，在除所述部分去除金属结合相区域内的碳化钨之间及碳化钨与其他碳化物之间的结合晶界以外的碳化钨晶界中，10～300nm厚度的金属结合相以所述碳化钨晶界长度的50%以上的比例存在，且存在于所述碳化钨晶界中的金属结合相的铬相对于钴的质量比例为0.21以上0.40以下。
【技术特征摘要】
2013.02.25 JP 2013-034568;2014.02.18 JP 2014-028731.一种金刚石包覆硬质合金制切削工具，其以碳化钨和钴为主成分，在至少含有3?15质量％的钴及0.2?3质量％的铬的碳化钨基硬质合金基体包覆形成有金刚石膜，所述金刚石包覆硬质合金制切削工具的特征在于， 所述金刚石膜具有平均膜厚3?30 μ m的层厚， 且具有部分去除金属...
【专利技术属性】
技术研发人员：高冈秀充，高岛英彰，大岛秀夫，
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
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