(57)【要約】コーティングされた支持体、特にダイヤモンドをコーティングした支持体を製造する方法が開示される。一つの態様において、この方法は、支持体の上に中間層を堆積させることによって中間層の表面を形成し、この中間層の表面をピーニング用化合物を用いてピーニング処理することによってピーニングされた中間層の表面を形成し、そしてこのピーニングされた中間層の表面の上にコーティングを堆積させることによってコーティングした支持体を形成することを含み、このときピーニング用化合物はコーティングの粒子を含む。また、ほんの最低限の潤滑剤を用いてアルミニウムなどの非鉄の支持体を穿孔する方法も提供される。この方法は、前記の方法によって製造されるダイヤモンドコーティングしたドリルを用意し、そしてこのドリルを非鉄の支持体に対して十分な力の下で移動させ、それによってドリルにより支持体の一部が切削および除去されることを含み、このとき、最低限の潤滑条件の下で支持体に対するドリルの移動が行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品の上にコーティングした支持体を製造する方法であって、
物品の支持体の上に中間層を堆積させることによって中間層の表面を形成し、
中間層の表面をピーニング用化合物を用いてピーニング処理することによってピーニングされた中間層の表面を形成し、そして
ピーニングされた中間層の表面の上にコーティングを堆積させることによってコーティングした支持体を形成することを含み、
このときピーニング用化合物はコーティングと同じ組成の粒子を含む、前記方法。
【請求項２】
ピーニングすることは、ピーニングされた中間層の表面の上にピーニング用化合物の粒子を堆積させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
中間層は少なくとも二つの下位層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも一つの下位層はセラミックを含み、そして少なくとも一つの他の下位層は金属を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
セラミックの下位層は、少なくとも一つの金属の下位中間層よりも支持体に近い、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
中間層は金属質物質を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ピーニング用化合物は脆い粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ピーニングすることは、粒子が中間層の表面に衝突するときに粒子が壊れるのに十分な速度で、ピーニング用化合物の粒子をキャリヤー流体を用いて加速することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
コーティングを堆積させることは、化学気相成長（CVD）、プラズマ促進化学気相成長（PACVD）、または炭素誘導炭化物法のうちの少なくとも一つを用いてコーティングを堆積させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ピーニングされた中間層の表面の上に堆積されるコーティングはダイヤモンドコーティングを含み、そしてピーニング用化合物はダイヤモンド粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
支持体は、金属切削用工具、ドリル、タップ、カッター、金属成形用工具、金属成形用ダイ、金属成形用パンチ、または液体金属のための鋳物である少なくとも一つの工具の表面である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
物品の上にコーティングした支持体を製造する方法であって、
物品の支持体の上に中間層を堆積させることによって中間層の表面を形成し、
中間層の表面をピーニング用化合物を用いてピーニング処理することによってピーニングされた中間層の表面を形成し、
ピーニングされた中間層の表面を別のピーニング用化合物を用いてピーニング処理することによって繰返しピーニングされた表面を形成し、そして
繰返しピーニングされた表面の上にコーティングを堆積させることによってコーティングした支持体を形成することを含む、前記方法。
【請求項１３】
ピーニングされた中間層の表面をピーニングすることは１回よりも多く繰り返される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法によって製造されたコーティングした支持体を有する物品。
【請求項１５】
ダイヤモンドをコーティングした切削工具である、請求項１４に記載のコーティングした物品。
【請求項１６】
ドリル、タップ、カッター、金属成形用工具、金属成形用ダイ、金属成形用パンチ、または液体金属のための鋳造を行うための型のうちの少なくとも一つであるダイヤモンドをコーティングした切削工具である、請求項１５に記載のコーティングした物品。
【請求項１７】
ほんの最低限の潤滑剤を用いて非鉄の支持体を切削加工する方法であって、
請求項１に記載の方法によって製造されたダイヤモンドをコーティングした切削工具を用意し、そして
非鉄の支持体に対して十分な力で工具を移動させ、それによって工具が支持体の一部を切削して除去するようにすることを含み、
このとき支持体に対して工具を移動させることは最低限の潤滑条件の下で行われる、前記方法。
【請求項１８】
支持体はアルミニウム、アルミニウム含有合金、マグネシウム、マグネシウム含有合金、黒鉛のうちの少なくとも一つを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
工具はドリルである、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
ダイヤモンドコーティングしたドリルは、
WCを含むドリルの表面上にCr/CrNを含む中間層を堆積させることによって中間層の表面を形成し、
中間層の表面をダイヤモンド粒子を含むピーニング用化合物を用いてピーニング処理することによってピーニングされた中間層の表面を形成し、そして
ピーニングされた中間層の表面の上にダイヤモンドコーティングを堆積させることによってダイヤモンドをコーティングしたドリルを形成すること
を含む方法によって製造されたものである、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
開示される方法は、金属の支持体（substrate）および物品の上へのダイヤモンドコーティングおよびフィルムの製作に関する。一つの態様において、開示される方法は、アルミニウムなどの非鉄の支持体を穿孔するために用いられる物品の上へのダイヤモンドコーティングの製作に関する。
【０００２】
発明の背景
ダイヤモンドコーティングまたはフィルムを有する物品または支持体は、幾つかの理由から重要なものである。ダイヤモンドコーティングまたはフィルムは典型的に、非常に高い硬度、体積弾性率で測定した高い強度、および圧縮性、深紫外線（deep UV）から遠赤外線までの広い光透過性、良好な電気絶縁性、生物学的適合性、低い摩擦係数、高い耐摩耗性、高い熱伝導性および化学的不活性などの１以上の望ましい特性を示すだろう。
【０００３】
ダイヤモンドをコーティングした支持体と物品についての重要な用途としては、レーザーダイオードや集積回路などの熱制御の用途、切削工具、耐摩耗性コーティング、光学素子、電子デバイス（ドーピングしたダイヤモンドコーティングとフィルムのためのもの）、および複合材料がある。
【０００４】
その結果、ダイヤモンドコーティングとフィルムは、鋼、非炭化物形成支持体、炭化物含有支持体、焼結合金または超硬合金、その他同種類のものを含めた、幾つかの異なる支持体に関して重要なものである。
【０００５】
幾つかの適用において、ダイヤモンドをコーティングした支持体または物品は増大する温度、摩擦力および剪断力の条件を受ける。支持体からのコーティングの剥離、スポーリング（層状剥離）、コーティングの破壊、その他同種類のものなどの状況を最少にするかあるいは避けることが有利であろうが、それらの状況はしばしば、物品の表面での支持体とダイヤモンドコーティングの間の不十分な付着力を原因とする。従って、幾つかの適用においては、下にある支持体へのダイヤモンドコーティングの付着力の向上が望まれる。
【０００６】
発明の概要
物品の上でのコーティングした支持体、特にダイヤモンドをコーティングした支持体を製造する方法が開示される。一つの態様において、この方法は、ダイヤモンドをコーティングした炭化物支持体をドリルの上に製造する方法を提供する。
【０００７】
一つの典型的な態様において、この方法は、支持体の上に中間層を堆積させることによって中間層の表面を形成し、この中間層の表面を脆い粒子を含むピーニング用化合物を用いてピーニング処理することによってピーニングされた中間層の表面を形成し、そしてこのピーニングされた中間層の表面の上にコーティングを堆積させることによってコーティングした支持体を形成することを含む。
【０００８】
別の態様において、コーティングした支持体を物品の上に製造するための方法が開示され、この方法は、WCを含む支持体の上にCr/CrNを含む中間層を堆積させることによって中間層の表面を形成し、この中間層の表面を脆いダイヤモンド粒子を含むピーニング用化合物を用いてピーニング処理することによってピーニングされた中間層の表面を形成し、そしてこのピーニングされた中間層の表面の上にダイヤモンドコーティングを堆積させることによってコーティングした表面を形成することを含む。
【０００９】
また、ほんの最低限の潤滑剤を用いて非鉄のアルミニウムを穿孔する方法も提供される。一つの態様において、この方法は、開示された方法によって製造されたダイヤモンドをコーティングしたドリルを用意し、そして非鉄のアルミニウム支持体に対して十分な圧力と力の下でドリルを回転させ、これによってドリルが支持体の中に除去部分を形成するようにして、このとき最低限の潤滑条件の下でドリルの回転が行われることを含む。一つの典型的な態様において、ドリルの回転は実質的に潤滑剤を用いずに行われるだろう。
【００１０】
好ましい態様の説明
一つの態様において、物品の上にコーティングした支持体を製造するための開示された方法は、支持体の上に中間層を堆積させることによって中間層の表面を形成し、この中間層の表面をピーニング用化合物を用いてピーニング処理することによってピーニングされた中間層の表面を形成し、そしてこのピーニングされた中間層の表面の上にコーティングを堆積させることによってコーティングした支持体を形成することを含み、このときピーニング用化合物はコーティングの粒子を含む。一つの典型的な態様において、この方法は、ダイヤモンドをコーティングした炭化物支持体を切削工具の上に製造する方法および乾式の穿孔（dry drilling）を行う方法を提供する。
【００１１】
開示された方法において用いるのに適した支持体は一般に、約１０００〜１４００Ｋ、すなわちダイヤモンドの成長のために必要な温度よりも高い融点を有し、そしてそれには金属支持体と非金属支持体があるだろう。一つの典型的な態様において、この支持体は、ドリルやドリルビットなどの複雑な形状の物品を成形するのに有用な材料を含むだろう。
【００１２】
適当な非金属支持体の実例としては、SiやBを主成分とするものや、SiO2 、石英およびSi3N4などの化合物、その他同種類のものがあり、一方、適当な金属支持体としては鉄系合金や非鉄系合金がある。適当な鉄系合金の実例としては、工具鋼やその他同種類のものなどの鋼がある。一つの態様において、支持体は工具鋼であろう。工具鋼は、高いレベルの硬度を達成することができて、そしてこの硬度を高温下で維持することのできる鋼である。これらの鋼は通常、おおよそ１％の高い含有量の炭素を含み、そしてW、V、Cr、Mn、その他同種類のものなどの１以上の数の炭化物形成金属を含んでいてもよい。適当な非鉄系合金としては、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Co、Ni、Y、Al、その他の希土類金属などの金属を１以上含むもの、およびWCやTiCなどの炭化物を主成分とする支持体がある。一つの態様において、支持体は焼結炭化物合金（cemented carbide）であろう。焼結炭化物合金は、金属の母相（通常はCo、NiまたはCr）の中にセラミックの硬質粒子（通常はWC、TaC、TiCまたはその他のもの）が同時に含まれている複合材料を意味する。一つの典型的な態様において、支持体はWCを含む焼結炭化物合金であろう。
【００１３】
一つの態様において、支持体は複雑な形状を有する物品の少なくとも一つの表面であろう。適当な物品の実例としては、ドリル、ドリルビット、カッター、フライス、タップ、その他同種類のものなどの切削工具がある。
【００１４】
図１に示すように、開示された方法は、支持体（2）の上に中間層（4）を堆積させることによって中間層の表面（6）を形成することを含む。図２は、後述するようにして中間層の表面（6）がピーニングされ、それによってピーニングされた表面（8）が形成されることを示す。次いで、ピーニングされた表面（8）の上にコーティング（10）が堆積され、それによってコーティングした支持体または物品（12）が得られる。
【００１５】
一つの態様において、適当な中間層はさらに、下にある支持体と後に付加されるダイヤモンドコーティングの両者に対して付着力のある材料として特徴づけることができる。さらに別の態様において、適当な中間層は、下にある支持体から後に付加されるダイヤモンドコーティングへのコバルトなどの金属の拡散を遮るかまたは防ぐように機能する材料として特徴づけることができる。一つの典型的な態様において、適当な中間層は、（i）コバルトと金属間化合物を形成せず、（ii）下にある支持体と後に付加されるダイヤモンドコーティングの両者に対して付着力があり、そして（iii）下にある支持体から後に付加されるダイヤモンドコーティングへのコバルトなどの金属の拡散を遮るかまたは防ぐように機能する材料として特徴づけることができる。
【００１６】
開示された方法において中間層または中間層の表面として用いるのに適した材料の実例としては、セラミックス、金属質物質（metallics）、およびそれらの混合物がある。適当な金属質物質の中間層の実例としては、Ti、W、Mo、Zr、Cr、CrN、CrCN、これらの混合物、およびその他同種類のものがある。一つの典型的な態様において、適当な中間層の
材料または中間層の表面はCrを含むものであろう。
【００１７】
中間層は、いかなる利用可能な技術によって堆積されてもよい。一つの態様において、中間層は、化学気相成長（CVD）、プラズマ促進化学気相成長（PACVD）、または炭素誘導炭化物法のうちの少なくとも一つを用いて堆積されるだろう。一つの典型的な態様において、中間層はPVDによって堆積されるだろう。
【００１８】
堆積した中間層の材料の組成を変化させるような追加の技術またはプロセスを用いることによって、堆積した中間層とは異なる中間層の表面を付与してもよい。すなわち、中間層の表面は、堆積した中間層の材料と同じものであっても、あるいは異なるものであってもよい。例えば、一つの典型的な態様において、中間層にPVD法によってCrが堆積され、次いで、窒化を行うことによってCrNからなる中間層表面が付与されるだろう。
【００１９】
中間層は一般に、少なくとも３ミクロンの厚さの中間層表面を付与するために支持体の上に堆積されるだろう。一つの態様において、中間層の表面は３〜６ミクロンのフィルム厚さを有するだろう。
【００２０】
一つの態様において、図３に示すように、コーティング（18）で被覆された中間層（4）は１以上の下位層（sub layer）（14）および（16）を含んでいてもよい。中間層の下位層は同じものであっても、異なっていてもよい。一つの態様において、少なくとも一つの下位層はセラミックを含み、一方、少なくとも一つの他の下位層は金属を含むだろう。一つの典型的な態様において、セラミックの下位層（14）は、少なくとも一つの金属の下位層（16）よりも支持体（2）に近いだろう。
【００２１】
次いで、得られた中間層の表面はピーニング用化合物を用いてピーニングされる。ここで用いられる「ピーニング（peening）」とは、ピーニング用化合物の粒子が表面に向けて飛ばされて、大きな力で表面に衝突するプロセスを指す。別の言い方をすると、ピーニングは、予め選択された粒子の高速の流れで表面に衝撃を与える技術である。
【００２２】
ピーニングの処理を行う間、ピーニング用化合物の粒子は、空気またはその他の気体の噴流（ジェット）によって、そしてその中で、運ばれて加速される。加速された粒子は、自由に、しかし高速で移動し、そして表面に向かって速度を増す。それらが表面に達したとき、それらはかなりの力で衝突し、表面をたたき、そして表面に影響を及ぼす。この力は、粒子が表面に向かう速度によって決定され、そして粒子の速度が増大するにつれて増大する。この衝撃の結果、表面は変形して、小さなくぼみ、かき跡およびクレーターが形成する。また、このプロセスの結果として、粒子は砕け、そして粒子のあるものは表面にめり込むかもしれない。従って、一つの態様において、ピーニング用化合物の粒子のあるものはピーニングされた表面に埋め込まれ、あるいは表面に含まれることになるだろう。
【００２３】
ピーニングのプロセスの間の粒子の加速によって、粒子にかなりの運動エネルギーと運動量が与えられる。ここで用いられる運動エネルギーとは、動きに伴うエネルギーである。ここで用いられる運動量とは、物体がその質量と動きのために有する動く物体の性質であり、物体の質量と速度の積に等しい。この運動量は、粒子から表面上に作用する力の根拠である。この運動エネルギーは、粒子が表面に衝突するときに引き渡される。それは表面が変形する過程で費やされ、このとき、粒子の粉砕と表面の内部への粒子のめり込みがあるかもしれない。
【００２４】
ピーニングのプロセスにおける粒子の速度は、粒子を推進するキャリヤー流体の速度によって決定される。適当なキャリヤー流体の例としては、空気またはその他の気体がある。キャリヤー流体の速度または速力が増大すると、それに相応して、粒子の速度または速力が増大する。
【００２５】
ピーニングのプロセスの間に、キャリヤー流体の中で多くのピーニング用化合物の粒子が高い速度と速力に加速され、高い運動エネルギーと運動量が与えられ、そして表面に向けて飛ばされていく。それらは表面に衝突し、そして表面上に小さなくぼみやクレーターなどの痕跡を残す。
【００２６】
一つの態様において、ピーニングされた表面の少なくとも３０％は、ピーニング用化合物の粒子の衝撃の結果として形成されるクレーターで覆われるだろう。別の態様において、ピーニングされた表面の５０〜８０％は、ピーニング用化合物の粒子によって形成されるクレーターで覆われるだろう。
【００２７】
一つの態様において、キャリヤー流体は少なくとも３０psiの圧力を有するだろう。一つの典型的な態様において、キャリヤー流体は３０〜１００psiの圧力を有し、別の態様において、キャリヤー流体は５０〜８０psiの圧力を有するだろう。
【００２８】
適当なピーニング用化合物の実例としては、ダイヤモンド化合物、セラミックス、窒化ホウ素などの金属窒化物、金属炭化物、およびこれらの混合物がある。
一つの態様において、ピーニング用化合物の粒子は、中間層（4）のうちの一つの硬度に少なくとも等しいか、あるいはそれよりも大きな平均硬度を有するだろう。
【００２９】
一つの態様において、適当なピーニング用化合物は少なくとも３ミクロンの平均の粒子直径を有する粒子を含み、別の態様において、適当なピーニング用化合物は３〜２００ミクロンの平均の粒子サイズを有する粒子を含むだろう。一つの典型的な態様において、適当なピーニング用化合物は３０〜１５０ミクロンの平均の粒子直径を有する粒子を含み、一つの特に典型的な態様において、ピーニング用化合物は７５〜１５０ミクロンの平均の粒子直径を有する粒子を含むだろう。一つの態様において、適当なピーニング用化合物は少なくとも３ミクロンの平均の粒子直径を有し、別の態様において、適当なピーニング用化合物は３〜２００ミクロンの平均の粒子サイズを有するだろう。一つの態様において、適当なピーニング用化合物は３０〜１５０ミクロンの平均の粒子直径を有する粒子を含み、一つの特に典型的な態様において、ピーニング用化合物は７５〜１５０ミクロンの平均の粒子直径を有するだろう。
【００３０】
一つの典型的な態様において、ピーニング用化合物は、ピーニングされた中間層の表面に後に付与されるべきコーティングの粒子を含むだろう。すなわち、ピーニング用化合物と後に付与されるコーティングは同じ組成物を含むだろう。例えば、適当なピーニング用化合物の粒子は、ピーニングされた中間層の表面が後にダイヤモンドでコーティングされるのであれば、ダイヤモンドの粒子を含んでいてもよく、ピーニングされた中間層の表面が後に窒化ホウ素でコーティングされるのであれば、窒化ホウ素の粒子、その他同種類のものを含んでいてもよい。一つの典型的な態様において、ピーニングされた中間層の表面に付与されるべきコーティングがダイヤモンドコーティングを含むとき、ピーニング用化合物はダイヤモンドの粒子を含むだろう。
【００３１】
一つの態様において、開示された方法において用いられるピーニング用化合物は脆い粒子を含むだろう。ここで用いられる「脆い（friable）」とは、ピーニングのために用いられる圧力で加圧された空気の噴流によって推進された後に表面に衝突したときに砕けて、そして結晶の線に沿ってもっと小さな粒子に剪断しうる粒子を指す。少なくとも３ミクロンの平均の粒子直径を有する脆い粒子を含む化合物が特に適していて、そして７５〜１５０ミクロンの平均の粒子直径を有する脆い粒子を含む化合物が一つの典型的な態様において用いられる。
【００３２】
適当な脆い粒子は、硬度、破壊靭性、および破壊を促進する結晶学的な欠陥の存在などの特性によって特徴づけることもできる。例えば、一つの典型的な態様において、適当な脆い粒子は焼結されたダイヤモンド粒子であって、継ぎ目に沿って欠陥を有するものであろう。
【００３３】
一つの典型的な態様において、ピーニング用化合物は、後に付与されるべきコーティングの脆い粒子を含むだろう。すなわち、一つの典型的な態様において、ピーニング用化合物の脆い粒子の組成物と後に付与されるコーティングは、同じものである。実例としてのピーニング用化合物としては、ダイヤモンド、窒化ホウ素、これらの混合物、およびその他同種類のものの脆い粒子がある。一つの典型的な態様において、ピーニングされた中間層の表面に付与されるべきコーティングがダイヤモンドコーティングを含むとき、ピーニング用化合物は脆いダイヤモンドの粒子を含むだろう。
【００３４】
別の態様において、物品の上にコーティングした支持体を製造するための開示された方法はさらに、中間層を堆積させることによって中間層の表面を形成し；得られた中間層の表面を第一のピーニング用化合物を用いてピーニング処理することによって第一のピーニングされた中間層の表面を形成し；第一のピーニングされた中間層の表面を第二のピーニング用化合物を用いてピーニング処理することによって第二のピーニングされた中間層の表面を形成し、そして前記ピーニングのプロセスを１以上の追加のピーニング用化合物を用いて繰り返すことによって繰返しピーニングされた中間層の表面を付与し、そしてこの繰返しピーニングされた表面の上にコーティングを堆積させることによってコーティングした表面または支持体を形成することを含む。このような繰返しのピーニングにおいて用いられるピーニング用化合物は同じものであっても異なっていてもよいが、一つの態様においては、それらは異なっているだろう。同様に、繰返しのピーニング工程は、同じかまたは異なる速度または速力で行ってもよい。そのようなピーニングは上述のようにして行うことができる。例えば、図２を参照すると、中間層（4）の表面（8）は繰返しピーニングされた表面であってもよく、これは同じかまたは異なるピーニング用化合物を用いる連続したピーニングによって形成される、ということがわかる。
【００３５】
中間層（4）の個々の下位層は、それぞれがピーニングを受けてもよい。例えば、図３に示すように、第一の下位層（14）の表面は第一のピーニング用化合物でピーニングされて第一のピーニングされた中間層の表面（20）が付与され、一方、下位層（16）の表面は第二のピーニング用化合物でピーニングされて第二のピーニングされた中間層の表面（22）が付与されてもよい。一つの態様において、第二のピーニング用化合物はコーティング（18）の粒子を含むだろう。また、ピーニングされた表面（20）または（22）のうちの一方または両者が、繰返しピーニングされた表面であってもよい、ということも理解されよう。
【００３６】
例えば、一つの態様において、第一のピーニングを、ピーニング装置の中で１５〜６０秒間にわたって、２５psiから５０psiの間の空気圧によって加速される１５０ミクロンの平均直径を有するダイヤモンド粒子を含む第一のピーニング用化合物を用いて行い、それによって表面の６０％超が粒子の衝突を受け、次いで、第二のピーニングを、６０秒間にわたって、８０psiから９０psiの間の空気圧によって加速される３０ミクロンの平均直径を有するダイヤモンド粒子を含む第二のピーニング用化合物を用いて行い、それによって表面の８５％超が粒子の衝突を受けるようにすることができる。
【００３７】
一つの態様において、ピーニングされた中間層を、堆積されるコーティングの粒子を用いて種付け（seeding）する選択的な工程を用いてもよい。一つの典型的な態様において、ピーニングされた中間層を種付けする選択的な工程が用いられるだろう。例えば、種付けされるべき粒子を含む超音波懸濁液の中に支持体を沈めることによって、支持体の上に粒子を種付けすることができる。超音波処理（ultrasonification）による種付けを用いてもよい。一つの典型的な態様において、種付けされるべき粒子は０.３〜１.０ミクロンの平均の粒子サイズを有し、別の態様においては、種付け粒子は０.５ミクロンの平均の直径を有するだろう。
【００３８】
中間層の表面のピーニングによって、コーティングした支持体を与えるために上にコーティングが堆積されるピーニングされた中間層表面が形成される。適当なコーティングの実例としては、ダイヤモンドコーティング、セラミックコーティング、窒化ホウ素などの金属窒化物、金属炭化物、およびその他同種類のものを含むコーティング、およびこれらの組合せがある。一つの典型的な態様において、コーティングはダイヤモンドコーティングであり、得られるコーティングされた支持体は、ダイヤモンドをコーティングした支持体である。
【００３９】
ここで用いられるダイヤモンドコーティングは、化学気相成長（CVD）、プラズマ促進化学気相成長（PACVD）、または炭素誘導炭化物法のうちの少なくとも一つによって調製される非晶質または多結晶の両者のダイヤモンドコーティングまたはフィルムを指す。一つの典型的な態様において、コーティングはPACVDによって堆積されたダイヤモンドコーティングであろう。例えば、一つの態様において、ダイヤモンドコーティングは、チャンバー内で７００〜８５０℃の温度において、３〜９ミリトルの圧力の下で流れる水素およびアセチレンなどの炭化水素の雰囲気中で、立方センチメートル当り１０15個の装填粒子の平均装填密度を有するマイクロ波プラズマ雰囲気中で成長させることができる。
【００４０】
一つの典型的な態様において、開示された方法は、ダイヤモンドをコーティングした炭化タングステンの支持体の製造、特に焼結した炭化タングステンの支持体の製造に関するだろう。この場合、開示された方法は、WCを含む支持体の上にCr/CrNを含む中間層を堆積させることによって中間層の表面を形成し、この中間層の表面を脆いダイヤモンド粒子を含むピーニング用化合物を用いてピーニング処理することによってピーニングされた中間層の表面を形成し、そしてこのピーニングされた中間層の表面の上にダイヤモンドコーティングを堆積させることによってコーティングした表面を形成することを含む。
【００４１】
一つの典型的な態様において、支持体にダイヤモンドコーティングする方法が開示され、この方法は、WCを含む支持体の上にCr/CrNを含む中間層を堆積させることによって中間層の表面を形成し、この中間層の表面を脆いダイヤモンド粒子を含むピーニング用化合物を用いてピーニング処理することによってピーニングされた中間層の表面を形成し、そしてこのピーニングされた中間層の表面の上にダイヤモンドコーティングを堆積させることによってダイヤモンドコーティングした支持体を形成することを必要とする。
【００４２】
一つの態様において、コーティングした支持体は切削工具などの物品の支持体である。切削工具の実例としては、ドリル、ドリルビット、フライス、回転カッター、カッターインサート、その他同種類のものがある。一つの特に典型的な態様において、コーティングした支持体はドリルビットのダイヤモンドコーティングした超硬炭化タングステン（cemented tungsten carbide）支持体であり、そして開示された物品はドリルまたはドリルビットである。
【００４３】
この開示された方法に従って製造された切削工具は、アルミニウム、マグネシウム、チタン、その他同種類のものなどの金属を含む非鉄の支持体を穿孔または切削するのに特に有益であることが見出された。
【００４４】
一つの態様において、開示された物品は、乾式切削加工または半乾式切削加工として知られる特定の切削加工方法において用いることができ、これにおいては、工具は増大する温度、摩擦力および剪断力の条件を受ける。ここで用いられる切削加工（machining）とは一般に、切削工具を支持体に対して十分な力と圧力の下で移動させ、それによって支持体の中に除去部分を形成するプロセスを指す。実例としての切削加工プロセスとしては、切断と穿孔がある。
【００４５】
従って、ほんの最低限の潤滑剤を用いて、そして一つの典型的な態様においては実質的に潤滑剤を用いずに、支持体を、特に非鉄の支持体を切削加工する方法も開示される。
ここで用いられる「最低限の潤滑条件」とは、工具が支持体と相互に作用する位置、すなわち切断領域または変形領域にわずかの量の潤滑剤が分配されるような穿孔操作を指す。潤滑の量は非常に少ないので、切断または変形が行われる間、それは切断または変形の操作の間に発生する熱によって実質的に蒸発される。このような切削加工操作は「半乾式」のプロセスと呼ぶことができる。
【００４６】
ここで用いられる「実質的に潤滑剤を用いずに」とは、何らの潤滑剤も加えることなく行われ、そして圧縮空気または気体、冷却空気または気体、またはその種の他のものなどの補助物だけによって補助される穿孔操作を指す。この後者のプロセスは「乾式切削加工」と呼ぶこともできる。例えば、一つの態様において、穿孔の操作は、穿孔位置に面するノズル装置から５kg/cm2の圧力を有する圧縮空気が吹きつけられ、それによって削りくずが吹き飛ばされ、そして穿孔を行う間に発生した熱が消散するようにして行われる。
【００４７】
一つの態様において、開示された方法は、前記の開示された方法によって製造されたコーティングした切削工具を支持体に対して十分な圧力と力の下で回転させ、それによって工具により支持体の中に除去部分が形成され、このとき、最低限の潤滑条件の下で、あるいは実質的に潤滑剤を用いずに、ドリルの回転が行われることを含む。
【００４８】
別の態様において、ほんの最低限の潤滑剤を用いて非鉄の支持体を切削加工する方法が開示される。この方法は、WCを含むドリルの表面上にCr/CrNを含む中間層を堆積させることによって中間層の表面を形成し、中間層の表面を脆いダイヤモンド粒子を含むピーニング用化合物を用いてピーニング処理することによってピーニングされた中間層の表面を形成し、そしてこのピーニングされた中間層の表面の上にダイヤモンドコーティングを堆積させることによってダイヤモンドをコーティングしたドリルを形成することを含む方法によって製造されるダイヤモンドコーティングしたドリルを用意し、そしてこのダイヤモンドコーティングしたドリルを非鉄の支持体に対して十分な力で移動させ、それによってドリルにより支持体の一部が排除される、すなわち切削および除去されることを必要とし、このとき、最低限の潤滑条件の下で移動と切削が行われる。一つの典型的な態様において、切削加工は実質的に潤滑剤を用いずに行われ、また別の態様においては、非鉄の支持体はアルミニウムを含むだろう。
【００４９】
比較例
先行技術に従うダイヤモンドコーティングが支持体の上に堆積された。この支持体は、支持体の総重量に基づいて、９４wt％のWCと６wt％のCoの組成を有する研磨した焼結炭化物合金（cemented carbide）の支持体であった。およそ５ミクロンの厚さのCr/CrNコーティングを含む中間層が、PVDプロセスで支持体の上に堆積された。次いで、得られたCr/CrN中間層は、超音波浴で直径１ミクロンのダイヤモンド粒子の懸濁液中で種付けされた。次いで、この超音波を用いて調製された中間層は、PACVDプロセスでおよそ７５０℃において、１０ミクロンの厚さのダイヤモンドコーティングでコーティングされた。
【００５０】
実施例１
開示されたプロセスに従うダイヤモンドコーティングが支持体の上に堆積された。この支持体は、支持体の総重量に基づいて、９４wt％のWCと６wt％のCoの組成を有する研磨した焼結炭化物合金の支持体であった。およそ５ミクロンの厚さのCr/CrNコーティングを含む中間層が、PVDプロセスで支持体の上に堆積された。次いで、得られたCr/CrN中間層は、７５ミクロンの平均直径を有するダイヤモンド粒子を用いて、３０秒間にわたってピーニングされた。ピーニングされたCr/CrN中間層を図５の顕微鏡写真で示す。次いで、ピーニングされたCr/CrN中間層は、超音波浴で直径１ミクロンのダイヤモンド粒子の懸濁液中で種付けされた。
【００５１】
実施例２
比較例と実施例のコーティングの支持体への付着力が、各々のコーティングした支持体に対してロックウェル圧子を押し込むことによって評価された。これは、コーティングした表面の中にダイヤモンドの圧子が１５０kgの力で打ち込まれる、標準的な手順である。このロックウェル押込みによって、表面が変形し、支持体に幾つかの欠陥が導入される。支持体に導入された変形によって、コーティングと支持体の間の境界面が調べられる。境界面が弱いほど、コーティングは剥離しやすい。図４に示すように、比較例のピーニングされなかった表面の上のコーティングは、圧痕から３００ミクロンよりも離れた領域で剥離している。領域１は焼結炭化物合金の支持体における亀裂を示し、一方、領域２はダイヤモンドコーティングのスポーリング（層状剥離）を示す。領域３はWC支持体からのCr/CrN中間層の剥離を示す。しかし、図６に示すように、ピーニングされた中間層の表面の上のコーティングは、圧痕の縁に沿って、そして圧痕からおよそ５０ミクロンの領域の範囲内でだけ剥離する。このことは、開示されたプロセスに従って実施例１において調製されたダイヤモンドコーティングした支持体において、ダイヤモンドコーティングの支持体への付着力が向上していることを示す。
【００５２】
本発明を好ましい態様に関して説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことができて、また本発明の構成要素に対して同等物を置換しうることが、当業者であれば理解するであろう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に従って、特定の条件または材料を改変するために多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の様態として開示された特定の態様に限定されるのではなく、本発明は添付した特許請求の範囲に入る全ての態様を包含する、ということが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は開示された発明の一つの態様の側面図である。
【図２】図２は本発明の別の態様の側面図である。
【図３】図３は本発明の第三の態様の側面図である。
【図４】図４はピーニングされていないCr/CrN/ WC支持体の上のダイヤモンドコーティング上のロックウェル圧痕の顕微鏡写真であり、不合格のモデルを示す。
【図５】図５はダイヤモンド粉末でピーニングした後のCr中間層の顕微鏡写真である。
【図６】図６は図５のダイヤモンドコーティングした表面の上のロックウェル圧痕の顕微鏡写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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