KR100305885B1 - 절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질합금 - Google Patents

절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질합금 Download PDF

Info

Publication number
KR100305885B1
KR100305885B1 KR1019990045516A KR19990045516A KR100305885B1 KR 100305885 B1 KR100305885 B1 KR 100305885B1 KR 1019990045516 A KR1019990045516 A KR 1019990045516A KR 19990045516 A KR19990045516 A KR 19990045516A KR 100305885 B1 KR100305885 B1 KR 100305885B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tialn
tool
coat layer
hard coat
coated
Prior art date
Application number
KR1019990045516A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20010037811A (ko
Inventor
조상무
김경배
최시영
김병찬
Original Assignee
유창종
한국야금 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 유창종, 한국야금 주식회사 filed Critical 유창종
Priority to KR1019990045516A priority Critical patent/KR100305885B1/ko
Publication of KR20010037811A publication Critical patent/KR20010037811A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100305885B1 publication Critical patent/KR100305885B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/027—Graded interfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/003—Alloys based on aluminium containing at least 2.6% of one or more of the elements: tin, lead, antimony, bismuth, cadmium, and titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C23C14/165—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/10—Coatings

Abstract

내마모성과 내열성이 향상되고 우수한 절삭성능을 갖는 절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질합금이 개시되어 있다. 본 발명에 따르면, 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 표면에 TiAlN 경질피복층을 코팅함에 있어서, TiAlN 경질피복층의 금속성분중 알루미늄(Al)의 함량이 적어도 80at% 이상이 되도록 하고 TiAlN 경질피복층의 우선성장방위가 (111)면이 되도록 유도하면서 0.5∼10㎛의 두께로 코팅한다. 또한, 필요에 따라서, 상기 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 표면과 상기 TiAlN 경질 피복층 사이에, 티타늄(Ti)의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 그리고 알루미늄(Al)의 함량이 80at% 미만인 TiAlN으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘이상의 성분으로 구성되는 중간층을 제공한다.

Description

절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질합금{Coating alloy for a cutting tool/an abrasion resistance tool}
본 발명은 내마모성과 내열성이 향상되고 우수한 절삭성능을 갖는 절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질합금에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 공업등과 같은 기계 산업이 고도로 발달하고 그 결과로서 제조 공정이 자동화 및 고속화됨에 따라서, 기계 산업 분야에서 널리 사용되는 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 수명을 증진시키는 것이 필수적으로 요구되고 있다. 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 수명을 증진시키기 위해서는 절삭 공구 또는 내마모성 공구에 우수한 고온 경도 및 내산화성을 부여하여야 한다. 이를 위해서, 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 표면에 피복 경질 합금이 적층된다.
통상적으로, 절삭 공구 또는 내마모성 공구들은, 탄화 텅스텐(WC)계열의 초경합금, 탄화티탄(TiC)계열의 각종 서멧(cermet) 합금, 세라믹 또는 고속도강 등의 강철과 같은 분말 원료를 소결하여 소결체를 형성하고 통상적인 초음파 세척 공정을 거친 후, 내마모성 및 내충격성을 부여하기 위해서 소결체 표면에 경질 피복층을 적층하는 것에 의해서 형성된다.
상기 경질 피복 층은 모재 상에 형성된다. 즉, 경질 피복 층은, IV-A족 금속인 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 또는 하프늄(Hf)의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 탄산화물 또는 알루미늄 산화물로 이루어지는 적어도 하나의 층을 공지의 코팅 방법인 물리적인 증기 증착(Physical Vapor Deposition; 이하, PVD라 칭함) 또는 화학적인 증기 증착(Chemical Vapor Deposition; 이하, CVD라 칭함)에 의해서 모재의 표면 상에 형성시킨 것이다.
이와 같은 공지의 PVD 또는 CVD를 이용하여 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 모재에 표면 경질 피복 층을 형성시키면, 모재의 인성과 경질 피복 층의 내마모성이 복합된다. 따라서, 경질 피복 층을 적층시킨 절삭 공구 또는 내마모성 공구는 경질 피복 층이 적층되지 않은 절삭 공구 또는 내마모성 공구 보다 그 수명이 연장되며, 우수한 성능을 발휘하고, 작업 능률이 향상된다.
최근에는, 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 성능을 보다 향상시키기 위하여, IV-A족 금속에 알루미늄(Al)을 첨가한 것의 탄화물, 질화물, 탄질화물을 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 표면 상에 피복시키는 방법이 개발된 바 있다. 즉, IV-A족 금속과 알루미늄(Al)과의 탄화물, 질화물, 탄질화물을 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 표면 상에 피복시키면, 알루미늄(Al)의 첨가 효과에 의해서 피복막의 고온 경도와 내산화성이 증가하기 때문에, 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 수명이 연장되고 성능이 한층 개선된다.
그런데, IV-A족 금속과 알루미늄(Al)과의 탄화물, 질화물, 탄질화물을 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 표면 상에 피복시키는 경우, 알루미늄(Al)의 함유량이 소정의 양 보다 적으면 알루미늄(Al)의 첨가 효과가 나타나지 않는다.
IV-A족 금속의 탄화물, 질화물, 탄질화물 중의 대표적인 예로서는 질화티타늄(TiN)을 들 수 있으며, 이의 고온 경도와 내마모성을 증가시키기 위해서 알루미늄(Al)을 첨가한 TiAlN이 실용화되었다. 그런데, 알루미늄(Al) 첨가품의 화학식이 Ti1-xAlxN 일 때, x가 0.25 미만이면 알루미늄(Al)의 첨가 효과가 나타나지 않으며, x가 0.25 이상일 경우에만 비로서 피복막의 고온 경도와 내산화성이 증가하게 된다.
TiAlN에 관한 공지기술로서 가장 먼저 알려진 것으로는 일본특개소 제 62-56565 호가 있으며, Ti1-xAlxN박막에 있어서 티타늄(Ti)과 알루미늄(Al)의 조성비를 한정한 기술로는 일본특개소 제 63-255358 호가 있다.
상기 일본 특개소 제 63-255358 호에서는 알루미늄(Al)의 함량이 5∼60at%의 범위에서 가변하는 것을 특징으로하고 있는데, 그 가변의 기구는 피코팅물에 인가되는 인가전압이다. 티타늄(Ti)과 알루미늄(Al)의 아크법에 의한 코팅시 이온화율이 서로 달라서 티타늄(Ti)은 80∼100%이지만 알루미늄(Al)은 약 50%정도를 나타낸다. 따라서, 티타늄(Ti)의 이온화율이 알루미늄(Al) 보다 높기 때문에 피코팅물에인가되는 인가전압이 제로(0)V에서 수백V로 증가되면, 피코팅물로 티타늄(Ti)을 더욱 많이 끌어들이기 되고, 그 결과 TiAlN박막에서 알루미늄(Al)의 농도가 감소된다. 그러므로, 박막을 제작함에 있어서 코팅시간중 피코팅물에 인가전압을 시간에 따라 변화시킴에 의하여 알루미늄(Al)의 농도가 5∼60%의 범위에서 가변하는 박막이 얻어진다는 것이다.
그런데, 이러한 종래 기술에 있어서는 TiAlN에 있어서 알루미늄(Al)의 농도변화에 따른 효과가 불분명하고, 특히 알루미늄(Al)의 최대 농도가 60%에 불과하여 내산화성의 면에서 불충분한 점이 있다.
한편, TiAlN에 관한 공지기술로서 일본 특개평 제 2-194159 호가 있는데, 여기에서는 알루미늄(Al)의 양이 56∼75at%의 범위인 TiAlN박막으로 AlN이 56at% 미만일 경우에는 알루미늄(Al)의 첨가효과가 크지 않아 내산화성이 그다지 개선되지 않고, 반대로 알루미늄(Al)의 양이 75at% 이상으로 많으면 TiAlN의 경도가 저하되어 내마모성에서 문제가 생긴다고 주장하고 있다.
이와 동일한 내용이 일본금속학회지 제57권 제8호 1993년 919∼925페이지에 발표되었는데, 알루미늄(Al)의 양에 따른 내산화성, XRD 회절분석, 경도 등이 잘 설명되어 있다. 여기에는 알루미늄(Al)의 양이 56at%에서 75at%사이인 TiAlN코팅막이 공지되어 있는데, 내산화성은 알루미늄(Al)의 증가에 따라 계속 증가되었고 알루미늄(Al)의 양이 75at%를 넘어서면서 경도가 감소되었다. 각 조성에 따른 XRD 회절분석 결과, 알루미늄(Al)의 양이 70at%일 경우 AlN (100) 피크가 마이너피크로 검출되었고, 알루미늄(Al)의 양이 85at%일 경우 AlN (100) 피크가 메이저피크로 우선성장됨을 보여준다.
여기에서 특히 고려되어야할 점은 Ti와 Al이 50:50인 박막까지는 TiAlN의 (111)피크가 우선성장되었으나, 알루미늄(Al)이 60at%, 70at%의 경우에는 TiAlN (200)피크가 우선성장되었고, 60at%까지는 AlN에서 기인된 피크는 없이 NaCl 큐빅(Cubic) 구조를 보이는 점이다.
박막 피복시 조성만큼이나 중요한 것의 하나가 우선성장 방위가 무엇이냐라는 것이다. 일반적으로 (111)우선성장된 박막이 (200)우선성장된 박막보다 경도가 높고 내마모성이 우수하며, (200)우선성장된 박막은 기계적충격(인성)이 우수하다고 알려져 있다. 따라서, 상기의 특허 및 문헌에서 알루미늄(Al)이 75at%를 넘어설 때 나타나는 경도저하는 (200)우선성장된 점에 기인하는 것으로 분석되는 것이다.
이에, 본 출원인은 박막 피복시 우선성장방위에 주목하여, 절삭공구 또는 내마모성 공구의 표면상에 코팅되는 경질합금의 특성을 개선시키고자 하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점 및 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 내마모성과 내열성이 향상되고 우수한 절삭성능을 갖는 절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질합금을 제공하는데 있다.
도 1은 TiN과 AlN의 XRD 피크를 나타낸 그래프이고,
도 2는 WC-Co-TiC 모재위에 TiAlN 코팅박막의 XRD 회절 피크를 나타낸 그래프이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,
표면에 TiAlN 경질피복층이 코팅된 절삭 공구 또는 내마모성 공구에 있어서,
상기 TiAlN 경질피복층의 금속성분 중 알루미늄(Al)의 함량이 적어도 80at%이상이고, 상기 TiAlN 경질피복층의 우선성장방위가 (111)면이며, 상기 TiAlN 경질피복층이 0.5∼10㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭공구 또는 내마모성 공구용 표면 피복 경질합금을 제공한다.
또한, 본 발명은,
표면에 TiAlN 경질피복층이 코팅된 절삭 공구 또는 내마모성 공구에 있어서,
상기 TiAlN 경질피복층을 XRD로 분석할 때 모재에서는 검출되지 않으면서 박막에서 검출되는 피크로 56∼58도 범위에서 우르짜이트(wurtzite) AlN에서 기인된 피크가 존재하며, 상기 TiAlN 경질피복층의 우선성장방위가 (111)면이며, 상기 TiAlN 경질피복층이 0.5∼10㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭공구 또는 내마모성 공구용 표면 피복 경질합금을 제공한다.
상기 피복 경질 합금은, 상기 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 표면과 상기 TiAlN 경질 피복층 사이에 제공되고 티타늄(Ti)의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 그리고 알루미늄(Al)의 함량이 80at% 미만인 TiAlN으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘이상의 성분으로 구성되는 중간층을 더 포함할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따르면, 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 표면 상에 알루미늄(Al)의 함량이 적어도 80at% 이상이고 우선성장방위가 (111)면인 TiAlN 경질피복층을 0.5∼10㎛의 두께로 형성함으로써, 내마모성과 내열성 및 절삭성능이 우수한 표면 피복 경질합금이 얻는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 따른 절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질합금의 제조과정을 상세히 설명한다.
본 출원인은 TiAlN 박막에 있어서 Al 혹은 AlN이 성능을 좌우한다는 점에 주목하였다. 또한, PVD 코팅박막은, 제조조건, 특히 인가전압과 코팅압력 그리고 반응가스의 양에 따라 다양한 성능을 보이며 그들 물성은 예를 들면 경도, 조성비, 박막의 밀착도, 잔류응력 등으로 분석되어지는데, 특히 X선 회절 결정(이하, XRD라 칭함) 분석시 우선 성장방위, 반가폭 등에 가장 큰 영향을 받는다는 점에 주목하였다.
그러므로, 본 발명에서는, 박막 피복시 조성만큼이나 중요한 것의 하나가 우선성장 방위라는 사실에 주목하여, TiAlN에서 XRD 분석으로 우르짜이트(wurtzite) AlN이 마이너 페이스(minor phase)로 나타나면서 TiAlN의 우선성장방위가 (111)인 박막을 제조하였다.
TiAlN 박막에 있어서 내산화성은 알루미늄(Al)의 양에 의하여 지배 받으므로, 알루미늄(Al)이 충분히 많은 TiAlN박막으로서 AlN이 과도하게 많은 증거인 우르짜이트(wurtzite) AlN 피크가 나올정도로 알루미늄(Al)을 첨가시키고, 과도한 알루미늄(Al)의 양에 따라서 경도가 저하하는 것을 방지하기 위하여 적절한 진공도와 인가전압을 이용하여 TiAlN 경질피복층을 우선성장방위 (111)면으로 우선성장시킴에 의하여 내산화성과 내마모성이 우수한 박막을 제작하고자 하였다.
본 발명에서는, 시료제작을 위하여 PVD 코팅법중 아크법과 UBM(Unbalanced Magnetron Sputtering)법을 조합한 하이브리드 방식의 장비를 이용하여 코팅을 실시하였다.
아크법은 코팅용 원료를 음극으로 하여 기계적 트리거를 통하여 아크를 발생시킴과 동시에 아크전원을 통하여 아크가 유지될 수 있도록 하였고, UBM법은 종래의 마그네트론 스퍼터법에 별도의 추가자장을 만들어주어 스퍼터된 전자와 이온들이 자장에 구속되어 피코팅물까지 도달할 수 있도록 하였다. 아크법은 티타늄(Ti)을 원료로 사용하였고, UBM은 알루미늄(Al)을 원료로 사용하였다. 반응가스로는 질소를 사용하였다.
제조공정을 간략하게 설명하자면, 코팅로 내부를 로타리펌프, 부스터펌프, 터보펌프를 이용하여 0.005Pa이하로 진공배기하고, 히터를 이용하여 코팅로 내부 온도를 400℃까지 승온시켰다. 승온후 아르곤 가스압력 2Pa에 피코팅물 인가전압을 -1,000V로하고 10분동안 아르곤 이온충돌을 실시하여 피코팅물 표면을 세정하였다.
가스이온 세정후 아르곤 가스를 0.4Pa까지 줄이고 아크 음극과 양극사이에 아크를 발생시켜 아크전류 60A, 피코팅물 인가전압 -800V로 Ti이온에 의한 피코팅물 표면세정을 5분간 실시하였다. 이는 이후에 코팅될 박막이 피코팅물에 밀착도 높게 코팅될 수 있도록 하는 것으로, PVD코팅에서 널리 알려져 있는 방법이다.
금속이온 세정후 아크전류는 100A로 고정시키고 스퍼터전류는 9∼13A로 각각 Ti와 Al을 공급하고 반응가스로는 질소를 투입하여 TiAlN을 성막하였다.
TiAlN에서 금속간 조성을 조절하기 위한 방법으로는 일정조성의 합금을 이용하여 아크법 혹은 UBM법을 단독으로 적용이 가능하지만, 일정 조성의 합금을 이용할 경우에 아크법에 있어서는 Al의 양이 많아지면 조대입자가 많이 발생되어 박막품질을 떨어뜨릴 염려가 있고, 조대입자 문제가 없는 UBM법의 경우에는 금속이온세정을 실시할수가 없어서 아크법에 비하여 박막의 밀착도가 열세할 염려가 있다. 따라서, Ti는 아크법으로, Al은 UBM법으로 코팅을 실시하였다.
Ti의 공급을 일정하게 유지하고 스퍼터전류를 변화시켜 Al의 박막중 양을 증대시킨 결과 AES법으로 조성분석과 XRD법으로 회절피크를 조사하였고, 경도 및 밀착도의 측정 및 절삭성능테스트를 실시하였다.
하기에서는, 본 발명의 실시 예들이 보다 상세하게 설명된다.
< 실시 예1 >
먼저, 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 모재로서 P30 등급의 초경합금을 마련하고, 코팅방법은 위에서 설명한 바와 같이 가스이온세정 및 금속이온세정을 실시하고, Ti 아크 전류는 100A로 고정시키고, 스퍼터전류를 9A, 10A, 13A로 변화시키고, 피코팅물 인가전압을 30V, 65V, 100V로 변화시켜서 막두께 3㎛의 TiAlN 코팅공구를 제작하였다.
이때, 상기 초경합금의 표면과 TiAlN 층 사이에 티타늄(Ti)의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 그리고 알루미늄(Al)의 함량이 80at% 미만인 TiAlN으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘이상의 성분으로 구성되는 중간층을 약 0.5 내지 5μm의 범위내에서 적절하게 제공한다.
또한, 비교를 위해서, 동일한 장비를 이용하여 초경합금의 표면 상에 TiAlN 또는 TiN을 코팅시킨다. 이때, 하기표 1에 나타낸 바와 같이, TiAlN을 피복시킨 비교예에서는 TiAlN에 존재하게될 알루미늄(Al)의 함량을 달리하기 위하여 스퍼터 전류와 인가전압을 변화시켜 가면서 TiAlN을 코팅하였다.
표 1
시료 인가전압 질소량 스퍼터전류 Al/(Al+Ti) TiAlN우선성장면 56-58도피크 미소경도 밀착력N 절삭성능1차 절삭성능2차
본발명1 30 60 13 83.95 (111) 유 2721 59.6 17 29
본발명2 65 60 13 81.07 (111) 유 2730 68.8 13 27
비교1 100 60 13 *77.61 (111) *무 2953 77.7 9 27
비교2 30 75 13 *54.31 * *무 2669 56.4 5 17
비교3 5 60 13 85.31 * 유 2353 48.3 3 11
비교4 30 50 13 *73.26 * *무 2673 50.8 9 23
비교5 30 50 10 *54.45 (111) *무 2742 72.4 7 21
비교6 30 35 9 *54.95 (111) *무 2665 57.4 5 19
비교7 30 60 0 *0 *TiN(111) *무 2200 70.0 4 13
★비교예에서 *표시는 본발명의 범위를 벗어난 것을 나타냄.
이러한 제조 공정을 통해서 얻은 TiAlN 피복 공구와 TiN 피복 공구의 AES 조성분석과 XRD 분석, 경도 및 밀착도를 측정하였고, 최종적으로 내마모성을 평가할 목적으로 밀링 내마모성 테스트를 아래와 같이 실시하였다.
절삭 테스트 조건
피삭재:SCM440(경도 HB250의 각재; 폭 150mm, 길이 265mm)
커터:160mm 직경, 공구 형상:SPKN1203EDTR
절삭속도: 1차 271m/min, 2차 188m/min
이송속도: 1차 0.17mm/tooth, 2차 0.2mm/tooth
절입깊이:2.0 mm 건식, 단인 테스트
절삭시간: 여유면 마모량이 0.2mm가 될 때를 수명판정 기준으로 정함.
〈결과 및 고찰〉
본 발명에 따른 실시예의 절삭성능평가 1차 고속 및 2차 중속 테스트 결과에서 잘 나타나 있듯이, 알루미늄(Al)의 양이 80at%를 넘어서면 내산화성이 증대되어 고속절삭성능이 양호해지지만, 알루미늄(Al)의 양이 너무 많아져서 비교예 3과 같이 TiAlN의 (111)면 회절피크가 나타나지 않으면 경도가 저하되어 절삭성능이 우수하지 못하게 나타나고, 반대로 알루미늄(Al)의 양이 80at%미만이면 56도∼58도 부근의 AlN에서 기인된 피크가 보이지 않기 때문에 고속에서의 성능이 본발명과 비교하여 열세한 결과를 보이게 된다. 이외의 비교품의 경우도 모두 본 발명품에 비하여 고속에서의 절삭성능이 열세하게 나타났다.
본 발명에 따른 경질피복막도 두께가 0.5㎛이하가 되면 내마모성 향상 효과가 적어져서 소정의 내마모성이 얻어지지 않고, 다시 두께가 10㎛를 넘어서면 박막이 파손되기 쉬워서 공구류에 적용하기 어려워진다. 따라서, 그 두께를 0.5∼10㎛로 한정하는 것이 바람직하다.
또한, 널리 알려져 있는 바와 같이 박막코팅 공구는 다층화가 가능한데, 본 발명의 경우도 마찬가지로 본 발명에 따른 경질피복막과 모재사이에 일반의 TiC, TiN, TiCN 혹은 TiAlN(단, 금속성분 중 Al의 양이 80at% 미만인 TiAlN) 등이 삽입되어도 최종 경질피복막의 효과는 감소되지 않았다.
이상에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따르면, 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 표면 상에 알루미늄(Al)의 함량이 적어도 80at% 이상이고 우선성장방위가(111)면인 TiAlN 경질피복층을 0.5∼10㎛의 두께로 형성함으로써, 내마모성과 내열성 및 절삭성능이 우수한 표면 피복 경질합금이 얻어진다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 표면에 TiAlN 경질피복층이 코팅된 절삭 공구 또는 내마모성 공구에 있어서,
    상기 TiAlN 경질피복층의 금속성분 중 알루미늄(Al)의 함량이 적어도 80at% 이상이고, 상기 TiAlN 경질피복층의 우선성장방위가 (111)면이며, 상기 TiAlN 경질피복층이 0.5∼10㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭공구 또는 내마모성 공구용 표면 피복 경질합금.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 피복 경질 합금은, 상기 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 표면과 상기 TiAlN 경질 피복층 사이에 제공되고 티타늄(Ti)의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 그리고 알루미늄(Al)의 함량이 80at% 미만인 TiAlN으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘이상의 성분으로 구성되는 중간층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 내마모성 공구용 표면 피복 경질합금.
  3. 표면에 TiAlN 경질피복층이 코팅된 절삭 공구 또는 내마모성 공구에 있어서,
    상기 TiAlN 경질피복층을 XRD로 분석할 때 모재에서는 검출되지 않으면서 박막에서 검출되는 피크로 56∼58도 범위에서 우르짜이트(wurtzite) AlN에서 기인된 피크가 존재하며, 상기 TiAlN 경질피복층의 우선성장방위가 (111)면이며, 상기 TiAlN 경질피복층이 0.5∼10㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭공구 또는 내마모성 공구용 표면 피복 경질합금.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 피복 경질 합금은, 상기 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 표면과 상기 TiAlN 경질 피복층 사이에 제공되고 티타늄(Ti)의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 그리고 알루미늄(Al)의 함량이 80at% 미만인 TiAlN으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘이상의 성분으로 구성되는 중간층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 내마모성 공구용 표면 피복 경질합금.
KR1019990045516A 1999-10-20 1999-10-20 절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질합금 KR100305885B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990045516A KR100305885B1 (ko) 1999-10-20 1999-10-20 절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질합금

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990045516A KR100305885B1 (ko) 1999-10-20 1999-10-20 절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질합금

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010037811A KR20010037811A (ko) 2001-05-15
KR100305885B1 true KR100305885B1 (ko) 2001-11-14

Family

ID=19616090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990045516A KR100305885B1 (ko) 1999-10-20 1999-10-20 절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질합금

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100305885B1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003085152A2 (de) * 2002-04-11 2003-10-16 Cemecon Ag Beschichteter körper und ein verfahren zur beschichtung eines körpers
KR100622912B1 (ko) * 2004-06-08 2006-09-19 한국야금 주식회사 내충격 및 내마모성이 우수한 ＴｉＡｌＮ계 다층경질 박막
KR100729208B1 (ko) * 2005-12-22 2007-06-19 한국야금 주식회사 표면 조도 및 광택이 우수한 경질 박막 및 이의제조방법
KR100966593B1 (ko) * 2007-11-19 2010-06-29 주식회사 엠에스테크 활성탄 여과지의 재생장치
EP3394320B1 (en) * 2015-12-22 2020-07-29 Sandvik Intellectual Property AB Method of producing a pvd layer and a coated cutting tool

Also Published As

Publication number Publication date
KR20010037811A (ko) 2001-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102268364B1 (ko) 표면 피복 절삭 공구 및 그 제조 방법
US8173278B2 (en) Coated body
KR100837018B1 (ko) 경질피막
JP4373897B2 (ja) 硬質皮膜被覆部材及びその被覆方法
EP2098611A2 (en) Layered coated cutting tool
JP4018480B2 (ja) 被覆硬質工具
KR101170396B1 (ko) 경질 피막 및 그 제조 방법
EP1710032B1 (en) Cutting tool made of surface-coated super hard alloy, and method for manufacture thereof
JP2015037834A (ja) 表面被覆切削工具
JPH07171706A (ja) 被覆工具及び切断方法
JP4975906B2 (ja) Ｐｖｄ酸化アルミニウムで被覆された切削工具の製造方法
JP3914686B2 (ja) 切削工具とその製造方法
JP4155641B2 (ja) 耐摩耗性被膜およびその製造方法ならびに耐摩耗部材
KR20100034013A (ko) 다층 금속 산화물 코팅을 구비한 공구 및 코팅된 공구의 제조 방법
US10994341B2 (en) Surface-coated cutting tool and method for manufacturing same
JP5416429B2 (ja) 表面被覆切削工具
CN114945708B (zh) 具有改善的涂层粘附力的pvd涂覆硬质合金切削工具
EP3394312B1 (en) A coated cutting tool and method
KR100305885B1 (ko) 절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질합금
JP5035980B2 (ja) 高速ミーリング加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法
JP4968674B2 (ja) 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法
JP5035979B2 (ja) 高速ミーリング加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具およびその製造方法
JP2011104737A (ja) 表面被覆切削工具
JP2009166193A (ja) 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具
JPH10317123A (ja) 結晶配向性硬質被覆部材

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20080122

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee