KR101157434B1

KR101157434B1 - 산화물로 피복된 절삭 공구

Info

Publication number: KR101157434B1
Application number: KR1020040021976A
Authority: KR
Inventors: 융베리비에른
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2012-06-22
Also published as: SE526526C2; IL160911A0; EP1464727A3; EP1947213B1; JP2011045994A; EP1947213A1; CN1570203B; JP5363445B2; KR20120040163A; SE0300930D0; US20040253446A1; ATE533871T1; US7306636B2; JP4685364B2; ATE528419T1; SE0300930L; US7531214B2; KR101260694B1; US20070020393A1; SE526526C3

Abstract

본 발명은, 625 ~ 800 ℃ 의 온도에서, 화학 증착으로 절삭 공구 인서트에 결정화된 α-Al₂O₃ 층을 증착시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 다음의 단계,

0.1 ~ 1.5 ㎛ 의 TiC_xN_yO_z 층 (x+y+z≥1 이고 z>0, 바람직하게는 z>0.2) 을 증착하는 단계,

약 0.5 ~ 4 min 의 단시간에, 바람직하게는 CO₂+ H₂ 또는 O₂+ H₂ 로서 0.5 ~ 3 부피% O₂를 함유하는 가스 혼합물내에서, 선택적으로 0.5 ~ 6 부피% HCl 의 존재하에서, 상기 층을 625 ~ 1000 ℃ 에서 처리하는 단계, 및

40 ~ 300 mbar 의 처리 압력에서, 상기 처리된 층을, 2 ~ 10 부피% AlCl₃, 16 ~ 40 부피% CO₂, 바람직하게는 H₂S 와 같은 0.8 ~ 2 부피% 황 함유제, 및 H₂ 를 함유하는 가스 혼합물과 접촉시킴으로써 Al₂O₃층을 증착하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 1 이상의 α-Al₂O₃ 층을 포함하는 피복물을 갖춘 절삭 공구 인서트를 포함한다.

절삭 공구

Description

산화물로 피복된 절삭 공구{OXIDE COATED CUTTING TOOL}

도 1 은 690 ℃ 에서 PVD TiN 초기 피복된 공구에 증착된 α-Al₂O₃ 층을 도시한 도면,

도 2 는 690 ℃ 에서 Ti(C, O) 중간층으로 CVD Ti(C, N) 초기 피복된 공구에 증착된 α-Al₂O₃ 층을 도시한 도면,

도 3 은 625 ℃ 에서 Ti(C, O) 중간층으로 CVD Ti(C, N) 초기 피복된 공구에 증착된 α-Al₂O₃ 층을 도시한 도면, 및

도 4 는 본 발명의 저온 Al₂O₃ 공정에 의해서 증착된 층을 포함하는 피복의 XRD-회절 무늬를 도시한 도면.

본 발명은, 저온에서 α-Al₂O₃ 층을 증착시키는 CVD 피복 공정과, 칩 형성 기계가공을 위한 피복된 절삭 공구에 관한 것이다. 피복된 절삭 공구는 본 발명의 공정에 따라서 증착된 1 이상의 Al₂O₃-층을 포함한다. 피복된 공구는, 단 속 절삭 작업에 사용될 때 개선된 인성 (toughness) 거동과, PVD-초기 피복된 공구에 Al₂O₃-층이 증착될 때 개선된 내마모성을 나타낸다.

다양한 유형의 경질층, 즉 TiC, TiCN, TiN, 및 Al₂O₃ 로 피복된 초경합금 (cemented carbide) 절삭 공구가 수년동안 상업적으로 이용되었다. 일반적으로, 다층 구조로 된 여러 개의 경질층에 의해 상기 공구의 피복이 형성되었다. 개별 층들의 배열과 두께는, 상이한 절삭가공의 적용과 가공물의 재료, 예를 들어 주조철과 스테인리스 강에 적절하도록 신중하게 선택된다.

공구 피복은, 대개 화학 증착 (CVD) 공법 또는 물리 증착 (PVD) 공법에 의해서 증착되었다. 또한, 일부 드문 경우에 있어서, 플라즈마 화학 증착법 (PACVD) 이 사용되었다. 초경합금 공구를 피복하는데 사용되는 CVD 공법은 다소 고온인, 약 880 ~ 1000 ℃ 에서 실시된다. 이러한 높은 증착 온도와, 증착된 피복 물질과 초경합금 공구간의 열팽창 계수의 차이로 인하여, CVD 공법은 냉각 균열과 인장 응력을 받는 피복을 형성하게 된다. PVD 공법은 약 450 ~ 700 ℃ 의 상당히 저온에서 실시되고, 냉각 균열이 없고 피복내에 높은 압축 응력을 유발하는 이온 충격 (ion bombardment) 하에서 실시된다. 상기 공정의 차이로 인하여, CVD-피복된 공구는 보다 더 취성으로 되기 때문에 PVD 피복된 공구와 비교하여 열등한 인성 거동을 가지게 된다.

CVD 공법으로 다양한 경질의 내마모성 피복 재료, 예를 들어 Al₂O₃, TiC, Ti(C, N), TiN, TiC_xN_yO_z 및 ZrO₂ 를 증착시킬 수 있다. 증착 조건을 변화시켜 서 피복물의 미세구조와 이에 따른 피복물의 특성이 꽤 상당히 변할 수 있다. 표준 CVD 증착 온도가 상당히 하강될 수 있다면, 피복된 공구의 인성이 증가될 것으로 예상할 수 있다.

약 5 ~ 10 년전에 공구 산업 분야에 MTCVD (Moderate Temperature CVD) 공법이 처음 소개되었을 때, CVD-피복된 공구의 성능이 두드러지게 개선되었다. 공구의 인성 거동도 개선되었다. 오늘날 대다수의 공구 생산업체는 상기 공법을 사용한다. 불행하게도, MTCVD 공법은 Ti(C, N) 층의 형성에만 한정된다. 여기에서 증착 공정은 700 ~ 900 ℃ 의 온도에서 실시된다. MTCVD 공법은 CH₃CN, TiCl₄, 및 H₂ 의 가스 혼합물을 사용한다.

또한, 현대의 공구 피복은 높은 크레이터 (crater) 내마모성을 달성하기 위해서 1 이상의 Al₂O₃ 층을 포함해야 한다는 것을 일반적으로 받아들이고 있다. 따라서, 고품질의 Al₂O₃ 층이, MTCVD TiCN 공정의 온도 범위와 유사한 온도 범위에서 또한 결합된 PVD-CVD 피복이 소망된다면 PVD 공정 온도에 더 가까운 온도 범위에서, CVD 공정으로 증착될 수 있다면 바람직할 것이다.

Al₂O₃ 는 여러 개의 상이한 상, 즉 α, κ, γ, δ, θ등으로 결정화된 것이 잘 알려져 있다. Al₂O₃에 대해 가장 일반적인 CVD 증착 온도는 980 ~ 1050 ℃ 의 범위이다. 이 온도에서, 단일상 κ-Al₂O₃ 와 단일상 α-Al₂O₃가 생성되고 또는 그 혼합물이 생성될 수 있다. 또한, 종종 θ-상이 더 적은 양으로 존재 할 수 있다.

US 5,674,564 호에서는, 황화 화합물의 고농도와 낮은 증착 온도를 사용하여 세립자의 κ-알루미나 층을 성장시키는 방법을 개시하였다.

US 5,487,625 호에서는, 작은 단면 (약 1 ㎛) 을 가진 주상정 (columnar grains) 으로 구성되는 세립자의 (012)-텍스쳐의 α-Al₂O₃층을 얻는 방법을 개시하였다.

US 5,766,782 호에서는, 세립자 (104)-텍스쳐의 α-Al₂O₃층을 얻는 방법을 개시하였다.

나노결정의 α-Al₂O₃층은, US 5,698,314 호, US 6,139,921 호, 및 US 5,516,588 호에 개시된 바와 같이 저온에서 PVD 공법과 PACVD 공법으로 증착될 수 있다. 하지만, 상기 공법은 훨씬 더 기술적으로 복잡한 공정 민감성을 가지고 또한 α-Al₂O₃을 증착하는데 사용될 때 CVD 공법보다 덜 균일한 전착성을 가진다.

κ-Al₂O₃층, γ-Al₂O₃층, 및 α-Al₂O₃층은 상이한 재료를 절삭할 때 약간 상이한 마모 특성을 가진다. 일반적으로, 주조철을 절삭할 때 α-상이 사용되는 것이 바람직한 반면, 저탄소강을 절삭할 때 κ-상이 보다 종종 사용된다. 또한, 예를 들어 700 ℃ 미만의 온도에서, MTCVD Ti(C, N) 층과 결합될 수 있거나 심지어 PVD-피복층에 증착될 수 있는 α-Al₂O₃층을 생성할 수 있는 것이 바람직하다. κ-Al₂O₃와 γ-Al₂O₃를 위한 저온 공정은 US 5,674,564 호와 EP-A-1122334 호에 개시되어 있다. 800 ~ 950 ℃ 및 700 ~ 900 ℃ 범위의 증착 온도가 개시되어 있다.

DE-A-101 15 390 호에서는, 중간 온도에서 CVD 공법으로 증착된 Al₂O₃의 상부층과, PVD-피복된 내부층으로 구성된 피복을 개시하였다. Al₂O₃층은 실질적으로 어떠한 변종, κ, α, δ, 및 비결정질일 수 있다. 증착 공정에는 700 ~ 850 ℃ 의 온도 범위가 요구된다. 하지만, 850 ℃ 미만의 온도에서 α-Al₂O₃상을 증착시키는 방법은 개시되어 있지 않다.

α-Al₂O₃은 고온에서 안정화되는 산화알루미늄 상이기 때문에, 800 ℃ 미만의 온도에서 α-Al₂O₃이 형성될 것이라고는 예상하지 못할 것이다. EP-A-1122334 호와 US 5,674,564 호에서는, 상기 저온에서 준안정 상만이 획득가능하다는 적절한 가정을 교시하였다. 지금까지, 공구용 피복으로서 사용될 수 있는 양호한 결정질의 α-Al₂O₃를 800 ℃ 미만의 온도에서 증착시킬 수 있는 어떠한 CVD 공정도 알려지지 않았다. 하지만, Al-금속 (metallo)-유기 화합물을 사용하는 저온의 Al₂O₃CVD 공정이 알려져 있다. 이러한 피복은, 일반적으로 불순물을 함유하고, 결정성이 낮거나 없으며, 따라서 공구용 피복으로서 적절하지 않다.

피복된 절삭 공구의 수명과 성능은 피복이 형성되는 방법과 밀접하게 관련이 있다. 전술한 바와 같이, 고온 증착 공정은 일반적으로 저온에서 증착된 피복과 비교하여 절삭 공구에 낮은 인성 거동을 부여한다. 이는, 다양한 인자, 즉 피복내에 형성된 냉각 균열의 개수 차이, 인장 응력 상태의 차이, 공정이 초경합금의 공구 본체에 미치는 영향, 예를 들어 탈탄 정도 및 초경합금으로부터 원소가 피복물로 확산하는 정도에 기인하는 것이다.

다른 한편으로는, 고온 증착 공정은, 일반적으로 공구 본체로부터 물질을 성장중의 피복물에 실질적으로 상호확산시킴으로써, 보다 나은 피복 접착성을 제공해준다.

하지만, 많은 절삭 작업에서는 높은 피복 접착성보다 공구의 고인성이 더 중요하다. 이러한 절삭 작업에서 보다 더 인성이 큰 PVD 피복 공구가 자주 사용된다.

일반적으로, PVD 피복 공구는 CVD 피복 공구보다 내마모성이 부족하다. 모든 피복 단계에 대해서 또는 적어도 대부분의 피복 단계에 대해서 CVD 공정의 온도가 저하되면, 더 높은 인성이 예상되고, 인성과 고내마모성이 필요한 작업에서 이러한 CVD 피복 공구는 순수한 PVD 공구를 보다 잘 보완할 것이다.

본 발명의 목적은, 800 ℃ 이하의 온도에서 α-Al₂O₃층을 증착시키는 CVD 공정을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 800 ℃ 이하의 온도 (T) 에서 CVD 로 증착된 α- Al₂O₃로 실질적으로 구성되는 1 이상의 층을 포함하는 내마모성 피복을 경질의 공구 본체에 제공하는 것이다. 피복내의 다른 층은 저온에서 MTCVD 또는 PVD 공법과 PACVD (플라즈마 CVD) 공법에 의해서 증착될 수 있다.

본 발명의 다른 목적은, 강에 대해 개선된 절삭 성능을 가지며 알루미나로 피복된 절삭 공구 인서트, 탄화물 엔드밀 (end-mill) 또는 초경 드릴 (solid carbide drill) 을 제공하는 것이다.

도 1 ~ 도 3 에서는 본 발명에 따라서 증착된 α-Al₂O₃층의 평면 투영도를 10000 배로 확대한 주사 전자 현미경 (SEM) 의 사진을 도시하였다.

많은 증착 실험을 수행한 후에, 산소 함유 가스 혼합물로 우선 처리된 바람직하게는 산소 농후층에 Al₂O₃를 증착하고 후속의 Al₂O₃공정에서 고농축 CO₂ 와 황 혼입제, 바람직하게는 H₂S 를 사용하면, 625 ℃ 로 저하된 저온에서 100% α-Al₂O₃의 양호하게 결정화된 층을 증착할 수 있음을 놀랍게 발견하였다. 산소 처리 단계가 배제된다면, 주로 Al₂O₃의 비결정질 또는 준안정 상이 형성된다.

따라서, 본 발명은, 피복물과 기재를 포함하는 선삭, 밀링, 및 드릴링과 같은 금속 기계가공용 절삭 공구를 만드는 방법에 관한 것이다. 피복물은, 화학 증착 공법을 사용하여 625 ~ 800 ℃ 에서 증착된 100% α-Al₂O₃로 구성되는 1 이상의 양호하게 결정화된 층을 포함한다. 기재는, 초경합금, 도성합금 (cermet), 세라믹 또는 고속도 강 등의 경질 합금 또는 입방정 질화 붕소나 다이아몬드 등의 초경질 재료로 구성된다.

일반적으로, 본 발명에 따른 Al₂O₃층은, 종래에 알려진 바와 같이, 1 이상의 내마모성 내부층으로 초기 피복된 기재상에 증착된다. 0.1 ~ 1.5 ㎛ 의 TiC_xN_yO_z 의 중간층 (여기에서, x+y+z ≥1 및 z>0, 바람직하게는 z>0.2) 은, 우선 PVD 공법을 사용하여 450 ~ 600 ℃ 에서 또는 CVD 공법을 사용하여 1000 ~ 1050 ℃ 에서 증착된다. Al₂O₃피복 단계를 시작하기 전에, TiC_xN_yO_z 층은, 625 ~ 1050 ℃ 의 온도에서, 바람직하게는 중간층이 CVD 로 증착되는 경우 약 1000 ℃ 의 온도에서, 또는 내부층이 PVD 로 증착되는 경우 약 625℃ 의 온도에서, 약 0.5 ~ 4 min 의 단시간 동안, 바람직하게는 CO₂ + H₂또는 O₂ + H₂ 로서 0.5 ~ 3 부피% O₂ 를 함유하고, 선택적으로 0.5 ~ 6 부피% HCl 이 첨가된 가스 혼합물로 처리된다. 상기 단계는 중간층의 표면 구역에서 산소 함량을 증가시키기 위해서 수행된다. 다음의 농도, 즉 16 ~ 40 부피% CO₂, 0.8 ~ 2 부피% H₂S, 2 ~ 10 부피% AlCl₃, 바람직하게는 2 ~ 7 부피% HCl 및 나머지 H₂ 로, 40 ~ 300 mbar 의 처리 압력과 625 ~ 800 ℃ 의 온도, 바람직하게는 625 ~ 700 ℃ 의 온도, 가장 바람직하게는 650 ~ 695 ℃ 의 온도에서 후속의 Al₂O₃증착 공정이 수행된다.

다른 실시형태에 있어서, TiC_xN_yO_z 중간층이 배제되고, 내부층의 표면은 Al₂O₃피복 단계(들) 이전에 초음파 세척기내에 또는 블래스팅 처리에 의해서 다이아몬드 등의 경질 입자로 스크래치된다. 이러한 처리는, 특히 PVD 초기 피복된 표면에 또는 675 ℃ 이하의 온도에서 증착될 때 사용한다.

또한, 본 발명은, 소결된 초경합금, 도성합금, 세라믹 또는 고속도 강 또는 입방정 질화 붕소나 다이아몬드 등의 초경질 재료로 된 본체를 포함하고, 0.5 ~ 10 ㎛ 두께의 결정화된 α-Al₂O₃로 실질적으로 구성되는 1 이상의 층을 포함하는 경질의 내마모성 피복물이 적어도 상기 본체 표면의 작용부상에 형성되어 있는 절삭 공구에 관한 것으로, 상기 결정화된 α-Al₂O₃는, 625 ~ 800 ℃ 의 온도에서 증착되고 0.1 ~ 1.1 ㎛ 의 평균 입자 폭을 가진 주상정을 가진다. 상기 피복물은, 885 ℃ 미만의 온도에서 MTCVD 공법으로 증착되고 0.5 ~ 10 ㎛ 의 두께를 가지며 Ti(C, N) 으로 된 1 이상의 층을 포함하며, 또한 바람직하게는 α-Al₂O₃층과 MTCVD 로 피복된 Ti(C, N) 층 사이에는 0.5 ~ 1.5 ㎛ 의 두께를 가진 TiC_xN_yO_z 의 중간층 (여기에서, x=z=0.5 이고 y=0) 이 형성된다. 다른 방법으로, 상기 피복물은 PVD 또는 PACVD 로 증착된 공구 본체에 인접한 층(들)을 포함하며, 바람직하게는, α-Al₂O₃와 PVD 또는 PACVD 층(들) 사이에는, 0.1 ~ 1.5 ㎛ 의 두께를 가진 TiC_xN_yO_z 의 중간층 (바람직하게는 x<0.1) 이 형성된다. 이 경우에 있어서, α-Al₂O₃층은 0.5 ㎛ 보다 작은 입자 폭을 가진 두드러진 주상정 조직을 가진다. 상기 하나의 α-Al₂O₃층은 적어도 절삭날 라인을 따라서 상부에서 보여질 수 있는 층인 것이 바람직하다. 절삭날 라인을 따라서 경사면상의 피복물은, 브러싱 또는 블래스팅에 의해서, 0.2 ㎛ 미만의 표면 조도 (R_a) (측정 길이는 5 ㎛) 로 평탄화된다.

본 발명에 따라서 피복된 공구는 절삭 인서트 또는 초경 드릴이나 탄화물 엔드밀일 수 있다.

상기 평탄화 작업 후에 평면 투사로 Al₂O₃층의 입자 크기를 결정하고자 한다면, Al₂O₃층은 우선 HF 와 HNO₃ 의 혼합물로 에칭되는 것이 바람직하고, 또는 주사 전자 현미경으로 파단 샘플상에서 입자의 폭으로서 상기 입자 크기를 측정할 수 있다.

이하의 예에서 증착된 피복물은, 수천 개의 절삭 공구 인서트를 수용할 수 있는 CVD 및 PVD 공구 피복기 (coaters) 내에서 실시된다.

예 1

A) 7.5 중량% CO, 1.8 중량% TiC, 0.5 중량% TiN, 3 중량% TaC, 0.4 중량% NbC, 및 나머지 WC 조성물을 갖춘 CNMG 120408-PM 형 초경합금 절삭 인서트는, 930 ℃ 에서 종래의 CVD 공법을 사용하여 1 ㎛ 두께의 TiN 층으로 피복된 후, 700 ℃ 의 온도에서 처리 가스로서 TiCl₄, H₂, N₂, 및 CH₃CN 을 사용하여 MTCVD 공법을 사용하여 5 ㎛ 의 TiCN 층으로 피복된다. 동일한 피복 사이클 중에, 후속 공정 단계에서, 약 0.5 ㎛ 두께의 Ti(C, O) 층이 1000 ℃ 에서 증착된 후, 반응기는 아르곤 분위기내에서 690 ℃ 로 냉각되기 전에 2 분 동안 2% CO₂, 5% HCl, 및 93% H₂ 의 혼합물로 플러쉬되고, 상기 온도에서 2 ㎛ 두께의 α-Al₂O₃층이 본 발명의 피복 공정 조건에 따라서 증착된다. 증착 단계시 공정 조건은 다음과 같다:

증착된 Al₂O₃층의 XRD 분석결과는, 도 4 에 도시된 바와 같이, α-상으로만 구성된다는 것을 나타내었다. κ-상 또는 γ-상으로부터 어떠한 회절 피크도 검출되지 않았다.

평면 투사 SEM-사진은 도 2 에 도시되었다.

α-Al₂O₃층은 690 ℃ 의 저온에서 증착되도록 놀랍게도 양호하게 결정화되었 다. 약 1 ㎛ 의 입자 크기가 관찰되었다.

B) 7.5 중량% CO, 1.8 중량% TiC, 0.5 중량% TiN, 3 중량% TaC, 0.4 중량% NbC, 및 나머지 WC 조성물을 갖춘 CNMG 120408-PM 형 초경합금 절삭 인서트는, 930 ℃ 에서 종래의 CVD 공법을 사용하여 1 ㎛ 두께의 TiN 층으로 피복된 후, 700 ℃ 의 온도에서 처리 가스로서 TiCl₄, H₂, N₂, 및 CH₃CN 을 사용하여 MTCVD 공법을 사용하여 5 ㎛ 의 TiCN 층으로 피복된다. 동일한 피복 사이클 중에, 후속 공정 단계에서, 0.5 ㎛ 의 Ti(C, O) 층이 1000 ℃ 에서 증착된다. 그 후, 2 ㎛ 두께의 α-Al₂O₃층이 1010 ℃ 에서 US 5,487,625 호에 개시된 공법과 유사한 종래의 공법에 따라서 증착된다. Al₂O₃증착시 공정 조건은 다음과 같다:

증착된 Al₂O₃층의 XRD 분석결과는 α-상으로만 구성된다는 것을 나타내었다.

예 2

C) 7.5 중량% CO, 1.8 중량% TiC, 0.5 중량% TiN, 3 중량% TaC, 0.4 중량% NbC, 및 나머지 WC 조성물을 갖춘 CNMG 120408-PM 형 인서트는, PVD (이온 도장 공법) 에 의해서 2 ㎛ 의 TiN 으로 피복된다.

D) C) 와 동일한 형과 조성물을 갖는 초경합금 기재는 PVD (이온 도장 공법) 에 의해서 4 ㎛ 의 TiN 으로 피복된다.

E) C) 의 TiN 초기 피복된 인서트는 본 발명의 공정에 따라서 2 ㎛ 의 Al₂O₃로 피복된다.

아래의 공정 조건에 따라서 피복이 실시된다.

증착된 Al₂O₃층의 XRD 분석결과는 α-상으로만 구성된다는 것을 나타내었다. κ-상 또는 γ-상으로부터 어떠한 회절 피크도 검출되지 않았다. 얻어진 피복물의 평면 투사 SEM-사진이 도 1 에 도시되었다. 약 0.25 ㎛ 의 평균 입자 크기가 관찰되었다.

F) C) 의 TiN 초기 피복된 인서트는 US 5,487,625 호에 개시된 공법과 유사한 종래의 공법에 따라서 2 ㎛ 의 α-Al₂O₃층으로 피복된다.

아래의 공정 조건에 따라서 피복이 실시된다:

증착된 Al₂O₃층의 XRD 분석결과는 α-상으로 구성된다는 것을 나타내었다.

A), B), E), 및 F) 로부터 얻어진 인서트는 피복면을 평탄화하기 위해서 SiC 입자를 포함하는 나일론 브러시로 브러시되었다. D) 로부터 얻어진 PVD 피복된 인서트는 피복되었을 때 이미 높은 평활성 (smoothness) 을 나타내었고 따라서 브러시되지 않았다.

그 후, A) 와 B) 로부터 얻어진 피복된 인서트는 특별하게 구성된 가공물에서 인성에 대하여 시험되었다. 재료 SS1312 의 2 개의 편평한 강판으로 구성된 가공물은, 이 강판 사이에서 틈을 유지하는 디스턴스 바아 (distance bar) 로 측면과 측면이 서로 고정되었다. 강판은 절삭날이 파손될 때까지 증가된 이송 속도로 종방향으로 절삭되었다. 각각의 시험된 인서트에 대해서 파손 시간이 기록되었다. 각각의 변형 집단내에서, 일부 절삭날은 다른 절삭날보다 오래 지 속되고, 각각의 시험된 절삭날의 수명이 기록되었다. 얻어진 결과는, 가장 짧은 수명을 가진 인서트에 대한 시간, 가장 긴 수명을 가진 인서트에 대한 시간, 및 상기 집단에서 절삭날의 50% 가 파손될 때의 시간에 대해서 이하에 도시되었다. A) 와 B) 로부터 10 개의 인서트의 절삭날이 파손되었다.

절삭 작업 1 :

건조 조건

V = 100 m/min

A = 1.5 mm

이송 속도= 0.15 - 0.35 mm/rev

이송속도 증가율 0.1 mm/min

결과:

	최초 파손 시간, s	인서트의 50% 가 파손되는 시간, s	최종 인서트가 파손되는 시간, s
B) 종래 기술	24	66	83
A) 본 발명	62	80	105

절삭 작업 2 :

합금강 (AISI 1518, W-no 1.0580) 의 면절삭 작업이 실시되었다. 가공물의 형상은 절삭날이 회전당 3 번의 절삭을 실시하도록 되어 있다.

절삭 데이터 :

속도 : 130 ~ 220 m/min

이송 속도 : 0.2 mm/rev.

절삭 깊이 : 2.0 mm

5 개의 인서트 (절삭날) 가 가공물에 걸쳐서 한번 절삭을 실시하였다. 표 2 의 결과는 절삭시 피복물이 박리되는 절삭날-라인의 퍼센트로 나타내었다.

경우	절삭날 라인 박리 평균
B) 종래 기술	<10% 단지 작은 지점만 박리됨
A) 본 발명	<10% 단지 작은 지점만 박리됨

절삭 시험 1 과 2 의 결과로부터, 본 발명에 따른 인서트는, 종래의 인서트와 비교하여, 더 높은 인성을 가지고 동일한 박리 저항성을 가지고 있다고 결론지을 수 있다.

절삭 작업 3 :

D), E), F) 로부터의 절삭 인서트는 볼 베어링 강 Ovako 825B 의 길이방향의 선삭 작업시 시험되었다.

절삭 데이터 :

절삭 속도 : 210 m/min,

이송 속도: 0.25 mm/rev.,

절삭 깊이 : 2.0 mm, 냉매가 사용되었다.

절삭 작업은, 크레이터 마모 (crater wear) 의 성장에 밀접하게 따르도록 주기적으로 중단되었다. 상기 마모는 현미경으로 측정(관찰)되었다. 피복이 파손되어 크레이터 마모 부위의 바닥에서 탄화물 기재가 보여질 때까지의 기계가공 시간이 기록되었다.

경우	탄화물이 보여지는 시간
D) PVD TiN 초기 피복	1 min 미만
E) 본 발명에 따른 PVD-TiN+α-Al₂O₃	약 5 min
F) 종래 기술에 따른 PVD-TiN+α-Al₂O₃	약 5 min

절삭 작업 4 :

D), E), F) 로부터의 절삭 인서트는 합금강 (AISI 1518, W-no 1.0580) 의 면절삭 작업시 절삭날 라인의 박리에 대하여 시험되었다. 가공물의 형상은, 절삭날이 회전당 3 번의 절삭을 실시하도록 되어 있다.

절삭 데이터 :

절삭 속도 : 130 ~ 220 m/min

이송 속도: 0.2 mm/rev.

절삭 깊이 : 2.0 mm

인서트는 가공물에 걸쳐서 한번 절삭을 실시하였다. 결과는 절삭시 박리되는 절삭날 라인의 퍼센트로 나타내었다.

경우	박리되는 절삭날 라인의 퍼센트
D) PVD-TiN	약 5%
E) 본 발명에 따른 PVD-TiN+α-Al₂O₃	약 15%
F) 종래 기술에 따른 PVD-TiN+α-Al₂O₃	약 75% + 박리가 경사면으로 퍼짐

절삭 작업 3 과 4 에서 얻어진 결과로부터, 본 발명에 따른 인서트는, PVD-TiN 층의 상부상에 종래의 고온 CVD Al₂O₃ 를 가진 경우 F) 보다 양호한 피복 접착성과 PVD 피복된 공구에 대해 개선된 크레이터 마모 특성을 가진다고 결론지을 수 있었다. 명백하게는, PVD TiN 초기 피복은 종래 기술의 Al₂O₃ 공정의 고온 을 견딜 수 없다.

본 발명에 따른 인서트는, PVD-TiN 층의 상부상에 고온 CVD Al₂O₃ 를 가지는 종래 기술보다 양호한 피복 접착성과 PVD 피복된 공구에 대해 개선된 크레이터 마모 특성을 가진다.

Claims

화학 증착으로 절삭 공구 인서트에 결정화된 α-Al₂O₃ 층을 증착시키는 방법에 있어서,

0.1 ~ 1.5 ㎛ 의 TiC_xN_yO_z 층 (x+y+z≥1 이고 z>0) 을 증착하는 단계,

0.5 ~ 4 min 의 단시간에, CO₂+ H₂ 또는 O₂+ H₂ 로서 0.5 ~ 3 부피% O₂ 를 함유하는 가스 혼합물내에서, 상기 층을 625 ~ 1000 ℃ 에서 처리하는 단계, 및

40 ~ 300 mbar 의 처리 압력과 625 ~ 800 ℃ 의 온도에서, 상기 처리된 층을, 2 ~ 10 부피% AlCl₃, 16 ~ 40 부피% CO₂, 0.8 ~ 2 부피% 황 함유제, 및 H₂ 를 함유하는 가스 혼합물과 접촉시킴으로써 Al₂O₃층을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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제 1 항에 있어서, 625 ~ 1000 ℃ 에서의 상기 처리는 0.5 ~ 6 부피% HCl 의 존재하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.