[发明专利]金刚石包覆切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种在由碳化钨(WC)基硬质合金构成的工具基体(以下，仅称为工具基体)的表面包覆金刚石皮膜的立铣刀、钻头等金刚石包覆切削工具，尤其涉及一种在碳纤维增强复合材料(CFRP材)、含高Si的铝合金、石墨等难切削材的切削加工中经长期使用而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

以往，已知有在工具基体的表面包覆金刚石皮膜的金刚石包覆工具，且已知有为了提高皮膜的强度及韧性而设为高结晶性金刚石和微晶金刚石(或非晶质金刚石)的层叠结构来构成金刚石皮膜，并且以提高皮膜的表面平滑性及工件的精加工面精度为目的设为粒径2μm以下的微晶金刚石的多层结构来构成金刚石皮膜。

例如，已知有如专利文献1所示，通过由第1层包括粒径0.1～10μm的多晶金刚石层、第2层包括粒径0.05～8μm的双晶金刚石层或非晶质金刚石层的层叠结构构成金刚石皮膜来提高强度和韧性的金刚石包覆工具。

并且，已知有如专利文献2所示，通过重复使成为金刚石的结晶成长的起点的核附着于表面的核附着工序和以该核为起点通过CVD法使金刚石结晶成长的结晶成长工序，从而通过由结晶粒径2μm以下的微晶金刚石的多层结构构成金刚石皮膜来提高皮膜的表面平滑性且提高工件的精加工面精度的金刚石包覆工具。

并且，虽然不是金刚石包覆工具，但是如专利文献3所示，已知有例如蒸镀形成TiCN、TiN、(Ti，Al)N、(Al，Cr)N和(Al，Cr)CN等的硬质被膜的包覆工具，其通过在硬质被膜内形成如从被膜表面至被膜的中间点为止压缩应力连续减少而在中间点显示极小点、从中间点至被膜底面为止压缩应力连续增加的压缩应力分布来改善韧性、耐崩刀性和耐磨性。

专利文献1：日本专利公开平4-236779号公报

专利文献2：日本专利公开2002-79406号公报

专利文献3：日本专利公开2006-62074号公报

上述以往的金刚石包覆工具中，由层叠结构构成金刚石，因此在Si含量较少的Al合金等的连续切削或断续切削中显示优异的强度、韧性和精加工面精度等，但是当使用于比强度、比刚性高于金属材料的CFRP或熔敷性较高的含高Si的Al合金、石墨等难切削材的切削加工时，由于金刚石膜表面的耐磨性不充分，因此现状为在比较短时间内达到使用寿命。

因此，本发明人等为了开发即使使用于CFRP、含高Si的Al合金和石墨等难切削材的切削中也发挥优异的耐磨性的金刚石包覆工具而深入研究的结果，发现了如下情况：在包覆由结晶性金刚石膜构成的下部层和由微晶纳米金刚石膜构成的上部层的金刚石包覆切削工具中，例如通过湿式喷砂处理去除刀尖棱线部的上部层，使下部层露出于刀尖棱线部，通过在刀尖棱线部的下部层形成将该露出的下部层的表面中的压缩残余应力σs设为1.5～3GPa、且将形成于刀尖棱线部的下部层的膜厚的1/2位置处的残余应力值设为σ_1/2时σs/σ_1/2值成为0.8～1.0这样的膜厚方向的压缩残余应力分布来格外提高金刚石膜的耐磨性，并且作为其结果使金刚石包覆切削工具的工具寿命大幅度长寿命化。

发明内容

该发明是基于上述见解完成的，其特征如下：

一种金刚石包覆切削工具，其特征在于，其在由碳化钨基硬质合金构成的工具基体表面包覆由5～30μm膜厚的结晶性金刚石膜构成的下部层和由0.2～3μm膜厚的微晶纳米金刚石膜构成的上部层，刀尖棱线部去除上部层而露出下部层，

当从下部层截面方向用拉曼光谱对露出于上述刀尖棱线部的下部层的上述结晶性金刚石膜测定其膜厚方向的压缩残余应力分布时，上述露出的下部层的表面的残余应力值σs为1.5～3GPa，并且将形成于刀尖棱线部的下部层的膜厚的1/2位置处的残余应力值设为σ_1/2时，σs/σ_1/2值为0.8～1.0。

以下，对本发明进行详细说明。

该发明中，将由结晶性金刚石膜构成的下部层的膜厚规定为5～30μm，下部层的膜厚小于5μm时，经长期使用而无法发挥优异的耐磨性，另一方面，若下部层的膜厚超过30μm，则晶粒容易粗大化，例如即使在其上包覆微晶纳米金刚石膜，也会导致表面粗糙度下降，耐缺损性下降，从这种理由考虑，本发明中将下部层的膜厚规定为5～30μm。