鉄系材料の超精密切削加工におけるダイヤモンド工具の摩耗抑制－被削材の窒化処理による摩耗抑制効果

摘要

次世代光学素子は形状の複雑化·微細化が一層進むと予想され, その成形用金型の加工には, 形状創成自由度が高い超精密切削加工が適している．しかし現状では, 超精密切削はプラスチック成形用の無電解ニッケルめっき製金型の加工に用いられるのみで, ガラス成形用の耐熱性の高い鉄系金型の加工は, 単結晶ダイヤモンド工具の激しい熱化学的摩耗のため困難である．第一原理計算によると, 熱化学的摩耗の根本原因は, 鉄との相互作用によってダイヤモンド表面原子のバックボンド電子が減少し, 炭素原子が脱離しやすくなることである．これに対し, 鉄中に窒素を含有させることでダイヤモンドのバックボンド電子の減少を抑制し得ることが, やはり第一原理計算で明らかにされ, 工具摩耗低減の可能性が示唆されている．本研究では炭素鋼, および光学部品成形用の代表的金型材料である13%Cr 系マルテンサイト系ステンレス鋼にプラズマ窒化処理を施し, 切削実験によってダイヤモンド工具の摩耗抑制効果を検証した．