CN106232276B

CN106232276B - 被覆工具

Info

Publication number: CN106232276B
Application number: CN201580020556.XA
Authority: CN
Inventors: 胁真宏
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2019-04-05
Anticipated expiration: 2035-04-24
Also published as: EP3257968A1; EP3257968A4; EP3257968B1; JP6330031B2; US10118229B2; CN106232276A; JPWO2015163470A1; WO2015163470A1; US20170043406A1

Abstract

本发明提供一种具有金刚石层的被覆工具，该金刚石层的耐缺损性得以提高，而能够抑制金刚石层的卷刃或剥离等的发生，并且该金刚石层的耐磨损性高。所述被覆工具是钻头(1)等被覆工具，其中，在基体(5)的表面覆盖金刚石层(6)，金刚石层(6)具有配置在基体(5)侧的第一被覆层(17)、以及配置在第一被覆层(17)上的第二被覆层(18)，构成第二被覆层(18)的第二金刚石粒子的平均粒径比构成第一被覆层(17)的第一金刚石粒子的平均粒径小，金刚石层(6)含有氢，第二被覆层(18)中的含氢量比第一被覆层(17)中的含氢量多。

Description

被覆工具

技术领域

本发明涉及在基体的表面设置了金刚石层的被覆工具。

背景技术

公知有在基体的表面膜状形成由金刚石构成的金刚石层的切削工具等被覆工具。虽然金刚石层的硬度较高而耐磨损性有所提高，但随着金刚石粒子进行粒成长，存在成为金刚石粒子在金刚石层的表面突出的形态的情况。在那样的情况下，当进行切削加工时，被切削材料成分会被在金刚石层的表面突出来的金刚石粒子勾挂，从而切削阻力变高，存在金刚石层剥离或产生卷刃的情况。

因此，例如，在专利文献1中公开了在超硬合金制的基体的表面依次膜状形成结晶性的金刚石层和平均粒径为1nm～50nm的纳米金刚石层的切削工具。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-176471号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在覆盖了金刚石层的上述专利文献1的切削工具中，当对作为被切削材料的CFRP等难切削材料进行切削加工时，存在产生金刚石层的卷刃、剥离的情况，寻求耐缺损性的改善。同时，也寻求耐磨损性的改善。

本发明提供具有金刚石层的切削工具等的被覆工具，所述金刚石层的耐缺损性得以提高，而能够抑制金刚石层的卷刃、剥离的产生等，并且所述金刚石层的耐磨损性高。

用于解决课题的手段

本实施方式的被覆工具具备基体和覆盖在该基体的表面上的金刚石层，所述金刚石层具有配置在所述基体侧的第一被覆层、以及配置在该第一被覆层上的第二被覆层，构成所述第二被覆层的第二金刚石粒子的平均粒径比构成所述第一被覆层的第一金刚石粒子的平均粒径小，所述金刚石层含有氢，所述第二被覆层中的含氢量比所述第一被覆层中的含氢量多。

[发明的效果]

根据本实施方式的被覆工具，能够提供具有耐缺损性及耐磨损性高的金刚石层的被覆工具。

附图说明

图1是表示作为本实施方式的被覆工具的一例的切削工具即钻头的一例的图，(a)是侧视图，(b)是(a)的a-a线剖视图，(c)是从前端观察到的图。

图2是用于说明图1的钻头中的金刚石层的构成的剖面示意图。

图3是用于说明图1的钻头的制造工序中的、基体的蚀刻处理工序的示意图。

图4是用于说明图1的钻头制造工序中的、金刚石层的膜状形成工序的示意图。

具体实施方式

作为本实施方式的被覆工具的优选例的切削工具的一例，基于有关实心型的钻头的附图来进行说明。如图1所示，钻头1具有棒状的基体5，该棒状的基体5具有旋转轴O，且钻头1具备形成于前端A的切削刃2、以及沿着切削刃2而在切削刃2的旋转方向侧形成、且朝向后方形成为螺旋状的切屑排出槽4。在具备切削刃2和切屑排出槽4的切削刃部15的后端侧设有柄部3，通过柄部3被加工装置(未图示)把持而将钻头1安装于加工装置。

基体5由含有硬质相和结合相的硬质合金构成。作为硬质合金，举出结合相由铁族金属构成、且硬质相由碳化钨构成的超硬合金、硬质相由碳氮化钛构成的金属陶瓷。根据本实施方式，结合相的含量为5～15质量％，特别是6～10质量％。

切削刃部15处的基体5的表面被金刚石层6覆盖。也可以将包含柄部3在内的基体5整体由金刚石层6覆盖。切削刃2处的金刚石层6具有金刚石粒子，根据情况不同，含有金刚石粒子和石墨相。

根据本实施方式，如图2所示，金刚石层6具有配置于基体5侧的第一被覆层17和配置于第一被覆层17上的第二被覆层18。并且，构成第二被覆层18的第二金刚石粒子的平均粒径比构成第一被覆层17的第一金刚石粒子的平均粒径小，金刚石层6含有氢，第二被覆层18中的含氢量比第一被覆层17中的含氢量多。

第一被覆层17由于金刚石粒子的平均粒径较大且含氢量较低，因此硬度较高。由此，金刚石层6的耐磨损性提高。另外，与第一被覆层17相比，第二被覆层18的金刚石粒子的平均粒径较小且含氢量较高，因此，硬度较低且与被加工物成分的亲和性较低。因此，被切削材料等的被加工物成分的滑动性得到改善，能够降低切削阻力。另外，第一被覆层17的金刚石粒子的平均粒径较大而在第一被覆层17的表面形成有凹凸，在第一被覆层17与第二被覆层18之间的界面作为锚固效应起作用，因此，能够抑制第二被覆层18的剥离，因此，金刚石层6的耐缺损性优异。另外，第二被覆层18的表面平滑而滑动性较高且耐熔敷性较高，因此，金刚石层6的耐磨损性也提高。需要说明的是，利用扫描型电子显微镜(SEM)、透过型电子显微镜(TEM)或者电子背散射衍射(EBSD)法，通过用于确认金刚石粒子的取向性的颜色匹配，从金刚石层6的表面观察组织，通过LUZEX图像解析法能够算出金刚石层6中的金刚石结晶的平均粒径。另外，第一被覆层17及第二被覆层18中的含氢量能够经由二次离子质谱(SIMS)来测定。在测定第一被覆层17中的含氢量时，也可以在通过研磨等除去第二被覆层18之后进行测定。

在本实施方式中，第一被覆层17中的第一金刚石粒子的平均粒径为0.1μm～3μm，第二被覆层18中的第二金刚石粒子的平均粒径为0.001μm～0.09μm。由此，第一金刚石粒子的硬度较高，第一被覆层17的硬度变高，因此，金刚石层6的耐磨损性变高。并且，只不过第一被覆层17的表面、即、第一被覆层17与第二被覆层18的界面变粗，能够使金刚石层6的表面平滑。另外，第二金刚石粒子的平均粒径较小，第二被覆层18的表面光滑，因此，不会导致金刚石层6的表面过度变粗。因此，能够抑制切削刃2处的金刚石层6的切削阻力，从而能够抑制钻头1折损。其结果是，能够使金刚石层6的耐磨损性及耐缺损性最佳化。

在本实施方式中，第二被覆层18中的含氢量比第一被覆层17中的含氢量多，第一被覆层17中的含氢量为0.2原子％～3.0原子％，第二被覆层18中的含氢量为1原子％～20原子％。由此，第一被覆层17的硬度变高，因此，金刚石层6的耐磨损性变高。另外，第二被覆层18的硬度比第一被覆层17的硬度低，因此，第二被覆层18的表面在加工初期被弄平而光滑，因此，抑制切削刃2处的金刚石层6的切削阻力，从而能够抑制钻头1折损。其结果是，能够使金刚石层6的耐磨损性及耐缺损性最佳化。

另外，第一被覆层17的厚度为5μm～15μm，第二被覆层18的厚度为0.5μm～3μm。由此，提高金刚石层6的耐磨损性及耐缺损性。第一被覆层17及第二被覆层18的厚度基本上能够通过利用显微镜观察金刚石层6的截面来确认。在显微镜观察中，在第一被覆层17与第二被覆层18的界面难以判别的情况下，关于截面，利用电子背散射衍射(EBSD)法通过颜色匹配显示第一金刚石粒子的取向性，从而来确认各粒子的轮廓。此时，第二金刚石粒子的平均粒径比第一金刚石粒子的平均粒径小，因此，能够确认第一被覆层17与第二被覆层18的边界。另外，即使在第二金刚石粒子的粒径为EBSD分析装置的分辨率以下的情况下，由于第二金刚石粒子被观察为无彩色，因此，能够将第一被覆层17的彩色的区域与第二被覆层18的无彩色的区域的边界判定为第一被覆层17与第二被覆层18的界面。

在此，在第一被覆层17与第二被覆层18的界面的粗糙度比第二被覆层的表面的粗糙度大的情况下，由于金刚石层6的表面平滑，因此，切削阻力较低，且第一被覆层17与第二被覆层18的密接性变高，因此，金刚石层6的耐磨损性变高。

在本实施方式中，第一被覆层17与第二被覆层18的界面的粗糙度为0.4μm～2μm，第二被覆层18的表面的粗糙度为0.05μm～0.25μm时，金刚石层6的耐磨损性较高。在此，在本实施方式中，关于第一被覆层17与第二被覆层18的界面的粗糙度以及第二被覆层的表面的粗糙度，可以如下测定：从包含基体5的与金刚石层6的界面的截面观察，追踪第一被覆层17与第二被覆层18的界面，根据其轨迹算出基于ISO4287(JISB0601)的算术平均粗糙度Ry，而将该算术平均粗糙度Ry作为界面粗糙度。在截面观察中，在SEM照片中第一被覆层17与第二被覆层18的界面清楚的情况下，能够根据SEM照片确定界面，但在SEM照片中第一被覆层17与第二被覆层18的界面不明确的情况下，利用上述的电子背散射衍射(EBSD)法通过颜色匹配来显示第一金刚石粒子的取向性，确认各粒子的轮廓，从而确认第一被覆层17与第二被覆层18的界面。需要说明的是，第一被覆层17与第二被覆层18的界面的粗糙度、以及第二被覆层的表面的粗糙度在被覆工具的平坦的位置处测定，在图1的钻头1中在切屑排出槽4处测定。第一被覆层17与第二被覆层18的界面的粗糙度的优选范围为0.4μm～1.5μm，第二被覆层的表面的粗糙度为0.05μm～0.09μm。

另外，在本实施方式中，切削刃2处的基体5的表面的界面粗糙度为0.12μm～1.5μm，切屑排出槽4处的基体5的表面的界面粗糙度为0.01μm～0.1μm。由此，能够使切削刃2以及切屑排出槽4处的金刚石层6的密接性最佳化。关于界面粗糙度，可以如下测定：基于对包括基体5的与金刚石层6之间的界面在内的截面的SEM观察，追踪基体5与金刚石层6的界面，根据其轨迹来算出基于ISO4287(JISB0601)的算术平均粗糙度Rz，而将该算术平均粗糙度Rz作为界面粗糙度。

而且，在使用拉曼分光分析法来测定金刚石层6时，第二被覆层18中的第二金刚石粒子的特定峰值强度比小于第一被覆层17中的第一金刚石粒子的特定峰值强度比。具体而言，关于第一被覆层17以及第二被覆层18，可以通过测定1333cm^-1附近的金刚石峰SP3的峰值强度(SP3强度)和1400～1600cm^-1的石墨峰SP2的峰值强度(SP2强度)，而根据SP3强度/(SP3强度+SP2强度)来算出各被覆层17、18中的金刚石粒子的特定峰值强度(SP3比)。通过第一被覆层17的SP3比高，由此第一被覆层17的硬度得以提高。另外，关于第二被覆层18的拉曼光谱，与SP3峰值的测定分开而在1140cm^-1附近检测纳米晶金刚石峰。

另外，在本实施方式中，在第一被覆层17的厚度的中间位置处的残余应力为压缩应力，且第二被覆层18的厚度的中间位置处的残余应力为拉伸应力的情况下，能够提高金刚石层6的耐磨损性。第一被覆层17以及第二被覆层18的残余应力可以通过确认上述的拉曼分光分析法中的金刚石峰SP3的峰顶的波数来确认。即，可以判断：在金刚石峰SP3的峰顶的波数小于1333cm^-1的情况下，在被覆层上施加拉伸应力，在金刚石峰SP3的峰顶的波数大于1333cm^-1的情况下，在被覆层上施加压缩应力。就各层的厚度的中间位置来说，通过基于上述各层的交界来算出各层的平均厚度，并将该厚度的一半的位置作为各层的厚度的中间位置。

在此，根据本实施方式，在切削刃2中，基体5的表面部处的结合相的含有率小于基体5的内部处的结合相的含有率的0.9倍，切削刃2的表面由金刚石层6覆盖。在本实施方式中，切削刃2的基体5的表面部处的结合相的含有率为基体5的内部处的结合相的含有率的0.1～0.3倍。另一方面，在切屑排出槽4中，基体5的表面部处的结合相的含有率为基体5的内部处的结合相的含有率的0.9～1.1倍，切屑排出槽4的表面由金刚石层6覆盖或者基体5在表面露出。由此，在切削刃2中，金刚石层6的密接性高，能够抑制切削刃2处的磨损的加剧。在切屑排出槽4中，金刚石层6未膜状形成或者金刚石层6的密接性差而使金刚石层6提前剥离。因此，切屑排出槽4的表面平滑，切屑排出性提高。

在本实施方式中，在切削刃2中，金刚石层6具有上述的第一被覆层17与第二被覆层18。由此，金刚石层6的耐磨损性以及耐缺损性提高。

另外，在本实施方式中，在切屑排出槽4覆盖有金刚石层6的情况下，在切屑排出槽4中，金刚石层6也具有第一被覆层17与第二被覆层18，但在切屑排出槽4上覆盖的金刚石层6中存在石墨。切屑排出槽4的金刚石层6中，石墨在第一被覆层17和第二被覆层18中的任一方大量存在即可，但在本实施方式中，石墨在第一被覆层17和第二被覆层18这两方中大量存在。并且，切削刃2处的金刚石层6相比于切屑排出槽4处的金刚石层6，存在于金刚石层6中的金刚石与石墨的中的金刚石的含有率更高。另外，切屑排出槽4处的金刚石层6相比于切削刃2处的金刚石层6，金刚石层6的厚度更薄。由此，能够使切削加工前的切削刃2以及切屑排出槽4处的金刚石层6的表面粗糙度适当化，从而抑制在切削初期过度地施加切削阻力的情况。在切屑排出槽4处的第一被覆层17的厚度比切削刃2处的第一被覆层17的厚度薄的情况下，切屑排出槽4的表面平滑，能够抑制在切削初期过度地施加切削阻力的情况。切屑排出槽4处的第二被覆层18的厚度可以与切削刃2处的第一被覆层17的厚度相同，但切屑排出槽4处的第二被覆层18的厚度也可以比切削刃2处的第一被覆层17的厚度薄。

切削刃2处的金刚石层6的厚度是指钻头1的前端(旋转轴O的位置)处的金刚石层6的厚度。在切屑排出槽4由金刚石层6覆盖的情况下，在切削刃长度L1的中间的位置处的与旋转轴O垂直的横截面上，切屑排出槽4处的金刚石层6的厚度是指切屑排出槽4内的最深部处的金刚石层6的厚度。切屑排出槽4内的最深部是指基体1的表面中距旋转轴O最短的距离所在的位置。以旋转轴O为中心，通过所述最短距离所在的位置的圆、即钻头1内绘制的最大的圆c(图1(b)所示的圆c)的直径为芯厚。

根据本实施方式，切削刃2处的金刚石层6的厚度t_e(未图示)与切屑排出槽4处的金刚石层6的厚度t_g(未图示)之比(t_g/t_e)为0.2～0.9。由此，能够在切削刃2中抑制金刚石层6的磨耗，能够在切屑排出槽4中保持金刚石层6的平滑性。

进而，根据本实施方式，在切屑排出槽4上覆盖金刚石层6(第一被覆层17以及第二被覆层18)的情况下，切屑排出槽4处的第二被覆层18中的第二金刚石粒子的平均粒径比切削刃2处的第二被覆层18中的第二金刚石粒子的平均粒径小。在本实施方式中，切削刃2处的第二被覆层18中的第二金刚石粒子的平均粒径的优选范围为0.010μm～0.050μm，切屑排出槽4处的第二被覆层18中的第二金刚石粒子的平均粒径的优选范围为0.008μm～0.035μm。由此，后方侧的第二被覆层18以及金刚石层6的表面更为平滑，在切削加工初期，切屑排出槽4中的切屑排出性也得以提高。

在此，在图1(c)中，虽然观察不到前刀面8，但以带括号的书写方式示出前刀面8的位置。本发明中的切削刃2包括从图1(c)的前端观察到的后刀面9全部(虚线的阴影部)的范围，并且从图1(a)的侧面观察，是指包含设置在基体5的前端的棱线7且从棱线7向前刀面8侧的宽度100μm(从前端的棱线7向后方100μm为止)的范围。从图1(a)的侧面观察，在钻头1的前端侧的三角形的部分，在前端侧存在切削刃2，在切削刃2的后方存在前刀面8。切屑排出槽4是指从前刀面8的终端靠后方设置的凹状的槽的部分。即，在基体5的切削刃2的后方，存在与前刀面8相连的切屑排出槽4、与切削刃2的棱线7相连的侧方棱线部10、与后刀面9相连的刃带部11。需要说明的是，本发明中的基体5的内部是指距基体5的表面的深度为5μm以上这么深的旋转轴O侧的位置。另外，结合相的含有率是指硬质合金中的结合相的含量相对于总金属含量的比率。

需要说明的是，金刚石层6从钻头1的前端A形成至设有切屑排出槽4的终端附近，在这后方，基体5成为露出的状态。另外，也可以对钻头1的前端侧施加刷涂加工或喷丸加工等研磨加工，而使切削刃2处的金刚石层6的第二被覆层18的表面平滑。在该情况下，在切屑排出槽4的表面，即便金刚石层6是膜状形成，密接性也差，因此存在金刚石层6剥离而导致基体5露出的情况。此时，由于切屑排出槽4的表面位于不易被研磨的位置，因此切屑排出槽4的表面不会被过度地研磨加工，切屑排出槽4的基体5的表面处的平滑度不易受损。另外，也可以对膜状形成金刚石层6之前的基体的前端侧实施刷涂加工或喷丸加工等研磨加工，来调节切削刃2处的基体5的表面粗糙度。

需要说明的是，在上述金刚石层6与基体5之间，也可以层叠其它的被覆层(未图示)。另外，本实施方式的被覆工具并不限定为上述实施方式的钻头，能够应用于所有的切削工具，特别优选应用于可装拆的切削镶刀。其中，也可以是形成为工具主体为棒状，在前端具有底刃且在外周的前端侧具有外周刃，并且具有与底刃和外周刃相邻而从前端朝向后方的切屑排出槽这样的立铣刀或铰刀、刨刀(router)。在该情况下，优选在外周刃上，从棱线至前刀面侧的50μm以下的范围为上述切削刃的结构。除此以外，还能够适用于滑动构件、耐磨损件。

(制造方法)

接下来，对具有上述的金刚石层的被覆工具的制造方法进行说明。

首先，准备基体。例如，在被覆工具为钻头的情况下，对圆柱状的硬质合金的表面实施无心磨加工之后，进行上刃加工，从而制作钻头形状的基体。根据期望，在基体的切削刃侧实施研磨加工。接下来，在基体的表面进行酸处理以及碱处理的蚀刻处理。在本实施方式中，在进行蚀刻处理时，其中在进行酸处理之际，如图3所示那样，主要是以仅将切削刃2浸于酸溶液15的方式仅使基体5的规定部分浸渍于酸溶液8，将基体5的长度方向作为旋转轴而一边使基体5旋转一边进行蚀刻。由此，能够控制基体的表面上的结合相的含有率。此时，通过调节酸溶液15的浓度以及浸渍时间，由此能够调节切削刃处的结合相的含有率。对蚀刻后的基体用水等进行清洗、并进行干燥。

之后，膜状形成金刚石层。作为金刚石层的成膜方法，优选使用热灯丝方式的CVD法。对成膜方法的一例详细进行说明。如图4所示，成膜装置20具有腔室21，在腔室21内设有安置试样(基体)22的试样台23。根据本实施方式，棒状的基体22在以前端朝上的方式竖立的状态下被安置。在图4中，省略基体22的上刃部(包括切削刃以及切屑排出槽在内的部分)的记载。

并且，在基体22的周围配置灯丝等加热件24。加热件24与配置在腔室21外的电源25连接。根据本实施方式，优选使用多个加热件24，通过调节多个加热件24的配置、以及向各加热件24供给的电流值，由此以使安置在试样台23上的棒状的基体22的温度在基体22的长度方向上变化的方式进行调节。具体而言，以使基体22的前端处的温度最高，在基体22的后方侧温度逐渐降低的方式进行调节。需要说明的是，加热件24由支承体28支承。

在腔室21设有原料气体供给口26、气体排气口27。从原料气体供给口26向抽真空了的腔室21内供给氢气和沼气并将它们朝向基体22喷吹，由此能够形成金刚石层6。

在本实施方式中，在第一被覆层的成膜温度与第二被覆层的成膜温度相同的状态下，以相对于膜状形成第一被覆层时的真空度3～5kPa，而使膜状形成第二被覆层时的真空度成为0.5～2kPa的方式，来提高真空度。另外，以相对于膜状形成第一被覆层时的甲烷的混合比(体积％)，而使膜状形成第二被覆层时的甲烷的混合比提高的方式进行调节。由此，构成第二被覆层18的第二金刚石粒子的平均粒径小于构成第一被覆层17的第一金刚石粒子的平均粒径，第二被覆层中的氢含有比多于第一被覆层中的氢含有比。

[实施例]

以金属钴(Co)粉末7.0质量％、碳化铬(Cr₃C₂)粉末0.8质量％、剩余部分为平均粒径0.5μm的碳化钨(WC)粉末这样的比例进行添加、混合，以圆柱形状成型并烧成。然后，经过无心磨加工以及上刃加工工序而制作出钻头形状(钻头径6mm、芯厚3mm、刃长10mm、双刃)的基体。

之后，如图3所示那样，利用使基体的旋转轴在相对于酸溶液以及碱溶液的液面倾斜30°的状态下旋转的方法，将基体以0.5mm的深度依序浸渍于酸溶液(在表1的浓度的盐酸中浸渍15分钟)、碱溶液(在村上试剂中浸渍5～30秒)来进行蚀刻处理。之后，利用蒸馏水对表面进行清洗，制作出钻头基体。需要说明的是，关于试样编号5，以基体的旋转轴相对于酸溶液以及碱溶液的液面垂直的方式以1mm的深度进行浸渍。

将该基体安置于图4所示的成膜装置，利用热灯丝CVD法在基体的表面膜状形成金刚石层。成膜装置中，在直径为25cm、高度为20cm的反应腔室内，将粗细度为0.4mm的钨灯丝在基体的前端侧配置一根，以夹着基体的方式在侧面配置两根，共计配置三根。钻头形状的基体在以前端朝上的方式竖立的状态下被安置。需要说明的是，通过调节向钨灯丝供给的电流值，由此将基体的前端(切削刃)、以及从前端向后方离开3mm的切屑排出槽的位置处的温度设成表1所示的温度。并且，在表1所示的真空度中，反应气体组成：将甲烷(表1所示的容量％)+氢(其余)自供给口向反应炉导入，膜状形成由第一被覆层以及第二被覆层构成的金刚石层。需要说明的是，关于试样编号1～5、7，在表1所示的相同温度下膜状形成第一被覆层和第二被覆层。在试样编号6中，在表1所示的温度下膜状形成第一被覆层，之后以将第二被覆层的成膜温度在切削刃处设为820℃且在切屑排出槽处设为650℃的方式膜状形成第二被覆层。

针对膜状形成后的金刚石层的第一被覆层和第二被覆层，利用拉曼散射分光来测定钻头的切削刃以及切屑排出槽处的结晶状态，根据1333cm^-1附近的金刚石峰SP3的峰值强度SP3以及1400～1600cm^-1的石墨峰SP2的峰值强度SP2强度来算出SP3比(SP3强度/(SP3强度+SP2强度))，并且估算出切屑排出槽处的金刚石含有比相对于切削刃处的金刚石含有比的比率(表中记为P)。另外，对膜状形成在钻头的表面上的金刚石层进行SEM观察，使用LUZEX解析法来求出切削刃处的金刚石粒子的平均粒径。进而，针对包括钻头前端的切削刃在内的区域处的被覆层进行SIMS分析，从金刚石层的表面朝向基体侧测定氢含有比的分布，算出第一被覆层以及第二被覆层中的氢含有比。需要说明的是，在金刚石层的深度方向上氢含有比存在偏差的情况下，对照SEM照片来确定第一被覆层与第二被覆层的交界，在第一被覆层内以及第二被覆层内算出平均值。

而且，对钻头的前端(切削刃)、以及从前端向后方离开3mm的切屑排出槽的位置处的金刚石层的截面进行SEM观察，而测定出第一被覆层和第二被覆层的厚度。另外，根据该SEM观察，追踪基体与金刚石层(第一被覆层)的界面，根据其轨迹算出基于JISB0601的最大高度Ry，而将该最大高度Ry作为界面粗糙度。进而，根据EPMA分析，针对钻头前端的切削刃处的基体的表面(表中记为切削刃e)、切屑排出槽(从钻头前端向后方离开3mm的位置)处的基体的表面(表中记为切屑排出槽g)及其中央部(表中记为内部i)，测定出超硬合金中的结合相(Co)相对于总金属成分的含有率。结果如表1-3所示。

而且，使用得到的钻头在以下的切削条件下进行切削试验，评价了切削性能。结果记载于表4中。

切削方法：开孔(通孔)

被切削材料：CFRP

切削速度(进给)：120mm/分

进给：0.075mm/刃

切深：深度8mm、加工径

切削状态：干式

评价方法：在加工1000孔后(针对不再能加工的加工数小于1000孔的试样为加工结束时刻)，测定切削刃的前端磨损幅度(表中记为磨损幅度)、以及产生了飞边的加工孔数，并且确认不再能加工时的钻头的状态(表中记为切削状态)。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

根据表1-4可知，在金刚石层仅由1层构成的试样编号7中，切削阻力变高，产生卷刃而使钻头提前发生缺损。另外，在金刚石层的第一层与第二层的氢含有比相同的试样编号6中，切削阻力也变高，产生卷刃而使钻头提前发生缺损。而且，在构成第一被覆层的第一金刚石粒子的平均粒径与构成第二被覆层的第二金刚石粒子的平均粒径相同的试样编号8中，耐磨损性差。

相对于此，在处于本发明的范围内的试样编号1～5、9、10中，均表现为切削刃的耐磨损性良好，卷刃也少而使加工孔数变多。尤其是在第一金刚石粒子的平均粒径为0.1μm～3μm且第二金刚石粒子的平均粒径为0.001μm～0.25μm的试样编号1～5中，加工孔数变多。另外，在第一被覆层的厚度为5μm～15μm且第二被覆层的厚度为0.5μm～3μm的试样编号1、3～5中，磨损幅度变小。而且，在第一被覆层与第二被覆层的界面的粗糙度比第二被覆层的表面的粗糙度大的试样编号1～5、10中，加工孔数多，在第一被覆层的中间厚度处的残余应力为压缩应力且第二被覆层的中间厚度处的残余应力为拉伸应力的试样编号1、3、5中，加工孔数多。另外，在表中的e/i小于0.9倍且g/i为0.9～1.1倍的试样编号1～5、10中，切屑排出性良好。

[附图标记说明]

1 钻头

2 切削刃

3 柄部

4 切屑排出槽

5 基体

6 金刚石层

17 第一被覆层

18 第二被覆层

7 棱线

8 前刀面

9 后刀面

10 侧方棱线部

11 刃带部

15 切削刃部

A 前端

B 后端

O 中心旋转轴

Claims

1.一种被覆工具，其特征在于，具备：

基体；以及

覆盖在该基体的表面上的金刚石层，

所述金刚石层具有：

配置在所述基体侧的含有结晶性的第一金刚石粒子的第一被覆层；以及

配置在该第一被覆层上且配置于最表层的含有结晶性的第二金刚石粒子的第二被覆层，

构成所述第二被覆层的第二金刚石粒子的平均粒径比构成所述第一被覆层的第一金刚石粒子的平均粒径小，所述第一被覆层的厚度的中间位置处的残余应力为压缩应力，并且所述第二被覆层的厚度的中间位置处的残余应力为拉伸应力，所述第一被覆层和所述第二被覆层含有氢，所述第二被覆层中的含氢量比所述第一被覆层中的含氢量多。

2.根据权利要求1所述的被覆工具，其中，

所述第一金刚石粒子的平均粒径为0.1μm～3μm，所述第二金刚石粒子的平均粒径为0.001μm～0.25μm。

3.根据权利要求1或2所述的被覆工具，其中，

所述第一被覆层的厚度为5μm～15μm，所述第二被覆层的厚度为0.5μm～3μm。

4.根据权利要求1或2所述的被覆工具，其中，

所述第一被覆层与所述第二被覆层的界面的粗糙度比所述第二被覆层的表面的粗糙度大。

5.根据权利要求1或2所述的被覆工具，其中，

所述基体由含有硬质相和结合相的硬质合金构成，且形成为棒状，

所述基体具备：

至少设置在前端的切削刃；以及

与该切削刃相邻而从所述前端朝向后方设置的切屑排出槽。

6.根据权利要求5所述的被覆工具，其中，

所述切削刃的所述基体的表面部处的所述结合相的含有率小于该基体的内部处的所述结合相的含有率的0.9倍，所述切屑排出槽的所述基体的表面部处的所述结合相的含有率为该基体的内部处的所述结合相的含有率的0.9～1.1倍。

7.根据权利要求1或2所述的被覆工具，其中，

所述第一被覆层中的含氢量为0.2原子％～3.0原子％。

8.根据权利要求1或2所述的被覆工具，其中，

所述第二被覆层中的含氢量为1原子％～20原子％。

9.根据权利要求1或2所述的被覆工具，其中，

所述第一被覆层中的含氢量为0.2原子％～3.0原子％，所述第二被覆层中的含氢量为1原子％～20原子％。