KR101257375B1 - 표면 피막 부재 및 그 제조 방법 그리고 절삭 공구 및 공작 기계 - Google Patents

Abstract

높은 경도와 우수한 내산화성을 갖는 표면 피복 부재 및 그 제조 방법 그리고 절삭 공구 및 절삭 장치를 제공한다. Li 를 함유하고, 적어도 Al 과의 복합 산화물을 주성분으로 하는 내산화 피막층이 경질 재료로 이루어지는 기재 표면에 직접 혹은 고경도 피막층을 개재하여 피복되어 있다. 또, 표면 피복 부재의 제조 방법에 있어서, 밀폐 가능한 용기 내에 배치된 홀더에 의해 상기 기재 그 상태로 혹은 상기 기재 표면에 고경도 피막층이 피복된 고경도 피막층 피복재를 상기 용기 내에 지지하고, Li 와 적어도 Al 을 주성분으로 하여 형성된 복합 산화물 형성용 타겟을 그 용기 내에 배치하고, 상기 용기 중에 산소를 공급하고, 상기 내산화 피막층 형성용 타겟을 양극으로 하고, 상기 홀더를 음극으로 하여, 그 내산화 피막층 형성용 타겟과 그 홀더 사이에 방전을 발생시키고, 상기 기재 상 혹은 고경도 피막층 피복재의 표면에 내산화 피막층을 형성한다.

Description

표면 피막 부재 및 그 제조 방법 그리고 절삭 공구 및 공작 기계{SURFACE FILM MEMBER, PROCESS FOR PRODUCING THE SURFACE COVERING MEMBER, CUTTING TOOL, AND MACHINE TOOL}

본 발명은 경질 재료로 이루어지는 기재에 직접 혹은 간접적으로 피막되어 형성된 표면 피막 부재 및 그 제조 방법 그리고 절삭 공구 및 절삭 장치에 관한 것이다.

최근, 환경 문제에 대한 의식이 높아지고 있는 가운데, 절삭에 관한 분야에 있어서도 이 문제에 대한 의식이 높아져, 윤활유에 대한 환경 부적합성이 강하게 지적되고 있다. 그래서 환경에 대한 악영향을 저감시키고, 또 동시에 비용 삭감의 관점에서 윤활유를 전혀 사용하지 않는 건식 절삭 기술에 대한 필요성이 높아지고 있다.

건식 절삭 가공에 있어서의 이점은 절삭유제나 첨가물에 의해 환경 문제가 발생하지 않는 것, 재활용이 용이한 것, 윤활유제의 사용이나 처리에 드는 비용의 삭감 등을 들 수 있다. 그러나 한편으로, 윤활유를 사용하지 않음으로써, 절삭 공구 및 피삭재의 윤활, 냉각 등의 윤활유에 의한 효과가 없어지기 때문에, 엄격한 절삭 조건이 요구되고 있다.

건식 절삭 가공에 대응할 수 있도록, 물리 증착 기술에 의해 기재 상에 고경도 피막을 형성하는 기술이 개발되고, TiN 계 피막이나 TiAlN 계 피막에서 볼 수 있는 바와 같이 공구 등에 적용되었다. 그러나, TiN 계 피막은 약 500℃, TiAlN 계 피막은 약 800℃ 에서 산화되기 시작하기 때문에, 고온 하에서의 절삭 조건의 공구에는 사용할 수 없는 문제점을 갖고 있다.

그 후, 특허 문헌 1 (일본 공개특허공보 평10-25565호) 에 개시된 TiAlN 계 피막이 개발되었다. 특허 문헌 1 에 기재된 TiAlN 계 피막은 약 1000℃ 내지 1200℃ 에서 산화되기 시작하기 때문에, 고온 하에서의 절삭 조건에도 대응할 수 있게 되었다.

그러나, 특허 문헌 1 에 기재된 TiAlN 계 피막은 고온 하에서의 절삭 조건에 대응할 수 있지만, 박리가 일어나기 쉽다. 또, 보다 고온에 노출된 조건 하에서 사용한 경우, 내산화성이 충분하지 않다.

발명의 개시

따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여, 높은 경도와 우수한 내산화성을 갖는 표면 피복 부재 및 그 제조 방법 그리고 절삭 공구 및 절삭 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하는 것으로서, Li 를 함유하고, 적어도 Al 과의 복합 산화물을 주성분으로 하는 내산화 피막층이 경질 재료로 이루어지는 기재 표면에 고경도 피막층을 개재하여 피막되어 있음과 함께, 상기 기재와 내산화 피막층 사이에 위치하는 고경도 피막층이 질화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 표면 피막 부재에 있다.

Li 를 함유하고, 적어도 Al 과의 복합 산화물을 주성분으로 하는 내산화 피막층을 구비한 표면 피막 부재는 높은 경도와 우수한 내산화성에 추가로, 마찰 계수가 작아 잘 발열되지 않기 때문에 온도 상승을 억제하는 효과가 있고, 우수한 내마모성도 겸비하고 있다. 또, 본 발명의 표면 피막 부재에 있어서, 기재는 초경합금 혹은 고속도강 (고속도 공구강도 포함한다) 등의 경질 재료가 바람직하다.

또 본 발명에 의한 표면 피막 부재는 높은 경도와 우수한 내산화성을 겸비하고 있기 때문에, 공구나 금형의 표면 처리용의 피막 재료로서 바람직하게 사용되고, 공업상의 이용 가치가 높다. 또한 본 발명은 높은 경도 내산화성에 추가로 높은 밀착성에 의해 우수한 내마모성을 갖기 때문에, 절삭유를 이용하지 않는 건식 컷 가공 (절삭액을 이용하지 않는 절삭 가공) 용의 절삭 공구의 피막 재료로서 바람직하게 사용된다.

또, 이러한 발명에 있어서, Li 와 다른 금속의 산화물을 함유하여 형성된 복합 산화물로 이루어지는 내산화 피막층이 상기 경질 재료로 이루어지는 기재 상에 형성된 고경도 피막층의 표면에 피막되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고 보다 바람직하게는 상기 복합 산화물이 Li 와 Al, Li 와 Al 과 Mg 혹은 Si 금속의 산화물을 함유하여 형성된 복합 산화물인 것이 좋다.

또한 상기한 표면 피막 부재에 있어서, 상기 내산화 피막층은 상기 표면 피막 부재의 최외층에 위치하고, 사용 환경하에서 다른 부재와 접촉하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기한 표면 피막 부재에 있어서, 상기 고경도 피막층은 Al, Si 에 추가로, Zr, Hf, Pd, Ir 및 희토류 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 원소의 질화물을 함유하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 고경도 피막층은 Al, Si 에 추가로, Cr, Ti 중 적어도 1 종 원소의 질화물을 함유하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기한 표면 피막 부재에 있어서, 상기 내산화 피막층의 막두께를 A 로 하고, 상기 고경도 피막층의 막두께를 B 로 했을 경우 A≤B 인 것을 특징으로 한다.

내산화 피막층에 함유되는 Li 는 고경도 피막층에 함유되는 질화물에 대한 친화성이 크고, 질화물과의 결정 구조의 통합성을 갖추고 있다. 그 때문에, 내산화 피막층과 고경도 피막층의 밀착성이 높아져, 잘 박리되지 않게 된다.

또, 상기한 표면 피막 부재에 있어서, 상기 기재와 상기 고경도 피막층의 사이에, 추가로, Al, Ti, Cr 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 원소의 질화물, 탄화물 및 탄질화물 중 적어도 1 종을 함유하는 중간층을 갖는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 중간층을 형성함으로써, 기재와 고경도 피막층의 밀착성이 높아져, 고경도 피막층이 잘 박리되지 않게 되기 때문에, 내산화 피막층의 내마모성이 향상된다.

또, 본 발명에 있어서의 표면 피막 부재의 제조 방법에 있어서, 밀폐 가능한 용기 내에 배치된 홀더에 의해, 경질 재료로 이루어지는 기재 표면에, 질화물을 함유하는 고경도 피막층이 피복된 고경도 피막층 피복재를 상기 용기 내에 지지하고,

Li 와 적어도 Al 을 주성분으로 하여 형성된 복합 산화물 형성용 타겟을 그 용기 내에 배치하고, 상기 용기 중에 산소를 공급하고,

상기 내산화 피막층 형성용 타겟을 양극으로 하고, 상기 홀더를 음극으로 하여, 그 내산화 피막층 형성용 타겟과 그 홀더 사이에 방전을 발생시키고, 상기 기재 상 고경도 피막층 피복재의 표면에 내산화 피막층을 형성함으로써, 상기 표면 피막 부재를 얻는 것을 특징으로 한다.

이 제조 방법에 의해, 높은 경도와 우수한 내산화성에 추가로 우수한 내마모성을 갖는 표면 피막 부재가 형성된다.

또, 본 발명의 절삭 공구는 기재가 강에 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 바나듐으로 이루어지는 금속 성분을 첨가하여, 담금질 등의 열처리를 실시한 고속도강 (고속도 공구강도 포함한다), 혹은 경질 금속 탄화물의 분말을 소결하여 만들어진 초경합금 중 어느 하나의 공구 기재이고, 그 공구용 기재 상에 형성된 고경도 피막층의 표면에, Li 를 함유하고 적어도 Al 과의 복합 산화물을 주성분으로 하는 내산화 피막층을 피막한 표면 피막 부재를 사용함과 함께, 상기 내산화 피막층은 상기 표면 피막 부재의 최외층에 위치하고, 사용 환경하에서 피삭재와 접촉하도록 형성되고, Li 를 함유하고, 적어도 Al 과의 복합 산화물을 주성분으로 하는 내산화 피막층이 경질 재료로 이루어지는 기재 표면에 고경도 피막층을 개재하여 피막되어 있음과 함께, 상기 기재와 내산화 피막층 사이에 위치하는 고경도 피막층이 질화물을 함유하는 것을 특징으로 한다.

이로써, 높은 경도와 우수한 내산화성 및 내마모성을 갖는 절삭 공구가 얻어진다.

또, 상기 절삭 공구는 건식 컷 가공 (절삭액을 사용하지 않은 절삭 가공) 으로 작업물을 가공하는 것을 특징으로 하는 공작 기계, 특히 바람직하게는 호브 커터 (hob cutter), 피니언 커터 (pinion cutter), 혹은 브로치 (broach) 를 포함하는 기어 절삭 공구로서 구성하고, 그 구성된 기어 절삭 공구에 의해 목적으로 하는 작업물을 가공하는 것을 특징으로 하는 기어 절삭용 공작 기계에 적용하는 것이 좋다.

이 절삭 장치는 절삭 공구에 높은 경도와 우수한 내산화성 및 내마모성이 요구되는 절삭 가공에, 특히 건식 컷 가공 (절삭액을 사용하지 않은 절삭 가공) 용의 절삭 가공에 사용되기 때문에, 환경 보전 및 비용면에서 우수하다.

또한, 이상 서술한 각 구성은 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 한, 서로 조합할 수 있다.

이상 기재된 바와 같이 본 발명의 표면 피막 부재는 높은 경도와 우수한 내산화성을 갖고 있기 때문에, 공구나 금형으로서 바람직하게 사용된다. 또한 질화물을 함유하는 고경도 피막층과의 밀착성이 높아 잘 박리되지 않고, 내마모성도 우수하기 때문에, 절삭유를 사용하지 않은 건식 절삭 가공용의 절삭 공구나 절삭 장치에도 바람직하게 사용된다.

또 본 발명에서는, 높은 경도와 우수한 내산화성에 추가로, 우수한 내마모성을 갖는 표면 피막 부재를 제조할 수 있다.

특히 본 발명에 의하면 물리 증착법에 의해 높은 경도와 우수한 내산화성을 겸비하고 있기 때문에, 공구나 금형의 표면 처리용의 피막 재료로서 바람직하게 사용되고, 공업상의 이용 가치가 높다. 또한 본 발명은 높은 경도 내산화성에 추가로, 높은 밀착성에 의해 우수한 내마모성을 갖기 때문에 공구나 금형의 제조에 바람직하게 사용될 뿐만 아니라, 절삭유를 사용하지 않은 건식 컷 가공 (절삭액을 사용하지 않은 절삭 가공) 용의 절삭 공구의 피막 재료로서 바람직하게 사용된다.

특히 바람직하게는 홉 컷터, 피니온 컷터, 혹은 브로치를 포함하는 기어 절삭 공구에 적합하게 사용된다.

도 1 은 본 발명의 실시형태 1 을 나타내는 개략적인 단면도이다.

도 2 는 본 발명의 실시형태 2 를 나타내는 개략적인 단면도이다.

도 3 은 본 발명의 실시형태 3 을 나타내는 개략적인 단면도이다.

도 4 는 기재 혹은 고경도 피막층 피복재에 내산화 피막층을 형성하는 막형성 장치의 개략도이다.

도 5 는 고경도 피막층 (질화물) 및 내산화 피막층 (산화물) 타겟 조성을 바꾼 비교예 및 실시예 1 ∼ 6 의 막형성 시험 결과를 나타내는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 상세하게 설명한다. 단 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한은 본 발명의 범위를 거기에 한정하는 취지가 아니라, 단순한 설명예에 지나지 않는다.

(실시형태 1)

도 1 은 본 발명의 실시형태 1 을 나타내는 개략 단면도이다. 실시형태 1 의 표면 피막 부재는 기재 (1) 와, Li 및 다른 금속의 산화물을 함유하여 형성된 복합 산화물로 이루어지는 내산화 피막층 (2) 을 갖고 있다. 여기서, 기재 (1) 는 초경합금 혹은 고속도강 (고속도 공구강도 포함한다) 등의 경질 재료가 사용된 다.

(실시형태 2)

도 2 는 본 발명의 실시형태 2 를 나타내는 개략 단면도이다. 실시형태 2 의 표면 피막 부재는 기재 (1) 상에 형성된 고경도 피막층 (3) 의 표면에 내산화 피막층 (2) 이 피막되어 이루어진다.

이 때, 내산화 피막층 (2) 의 막두께는 적어도 고경도 피막층 (3) 의 막두께보다 작은 것이 바람직하지만, 모든 조건에 따라서는 내산화 피막층 (2) 과 고경도 피막층 (3) 의 막두께를 동일하게 할 수도 있다.

(실시형태 3)

도 3 은 본 발명의 실시형태 3 을 나타내는 개략 단면도이다. 실시형태 3 의 표면 피막 부재는 기재 (1) 상에, Al, Ti, Cr 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 원소의 질화물, 탄화물 및 탄질화물 중 적어도 1 종을 함유하는 중간층 (4) 을 형성한다. 그리고, 중간층의 표면에 고경도 피막층 (3) 을 형성하고, 그 후 내산화 피막층 (2) 을 형성하여 이루어진다.

상기 실시형태 2 및 실시형태 3 에 있어서, 고경도 피막층 (3) 과 중간층 (4) 은 밀착성이 높아지고, 내마모성이 우수한 표면 피막 부재를 형성할 수 있도록 고주파 스퍼터링이나 이온 플레이팅 등의 물리 증착법에 의해 형성하는 것이 바람직하다.

도 4 는 기재 혹은 고경도 피막층 피복재에 내산화 피막층을 형성하는 막형성 장치의 개략도이다.

막형성 장치 (10) 는 대기에 대해 밀봉한 케이싱 (12) 을 형성하고, 그 천정부에는 타겟 (13) 을 배치하고, 케이싱 (12) 의 실내 (20) 에는 테이블 형태의 홀더 (17) 가 배치되어 있다. 홀더 (17) 는 회전축 (19) 를 통하여 모터 (18) 와 연결되고, 홀더 (17) 는 그 둘레 방향으로 회전이 가능하다. 그리고, 타겟 (13) 과 홀더 (17) 사이에는 직류의 전원 (11) 이 접속되고, 타겟 (13) 은 전원 (11) 의 ＋측과 접속되고, 홀더 (17) 는 전원 (11) 의 - 측에 접속되어 있다.

도 4 에서는, 타겟 (13) 이 1 개인 경우를 모식적으로 나타내고 있지만, 필요에 따라 타겟 (13) 은 2 개 이상 형성할 수 있다. 그 경우에는, 홀더 (17) 로부터 거의 동일한 거리에 2 개 이상의 타겟 (13) 을 설치한다.

케이싱 (12) 의 실내 (20) 에는 실내 (20) 를 진공으로 하기 위한 진공 펌프 (14) 가 제어 밸브 (22) 를 통하여 접속되어 있다. 또, 실내 (20) 에는 실내 (20) 의 불활성 가스를 공급하기 위한 아르곤의 가스원 (15) 이 제어 밸브 (23) 를 통하여 접속되어 있다. 또한 실내 (20) 에는 실내 (20) 에 산소를 공급하기 위한 산소 가스원 (16) 이 제어 밸브 (24) 를 통하여 접속되어 있다.

상기 각 실시형태에서는, 기재 혹은 고경도 피막층 피복재 (21) 에 형성하는 층에 따라, 타겟 (13) 의 종류 및 수를 조정하여 막을 형성한다.

막형성 장치 (10) 는 홀더 (17) 상에 기재 그 상태로 혹은, 상기 기재 표면에 고경도 피막층이 피복된 고경도 피막층 피복재 (21) 를 탑재하고, 처음에 제어 밸브 (22 및 23) 를 열어, 실내 (20) 에 아르곤 가스를 공급함과 함께, 실내 (20) 를 진공으로 한다.

진공화가 완료되고, 실내 (20) 가 아르곤 분위기가 되면, 모터 (18) 에 의해 홀더 (17) 를 회전시킨다. 다음으로, 제어 밸브 (22 및 23) 를 닫아 타겟 (13) 과 홀더 (17) 사이에 직류 전압을 인가시키고, 플라즈마를 발생시켜 실내 (20) 의 온도를 상승시킨다. 실내 (20) 의 온도가 일정 온도에 이르렀을 때, 제어 펌프 (24) 를 열어, 산소 가스원 (16) 으로부터 실내 (20) 에 산소를 공급하여 방전을 발생시킨다.

이로써, 상기 기재 표면, 혹은 상기 기재 상에 고경도 피막층이 피복된 고경도 피막층 피복재의 표면에 내산화 피막층이 형성되어, 높은 경도와 우수한 내산화성 및 내마모성을 갖는 표면 피막 부재가 얻어진다.

본 실시 형태의 표면 피막 부재는 초경합금 (WC) 을 기판으로 하여, 기판 상에 내산화 피막층 (산화물) 을 형성하는 단층 구조이거나, 또는 기판 상에 형성된 고경도 피막층 (질화물) 의 표면에 산화물 피막을 형성한 다층막 구조이다.

내산화 피막층 (산화물) 은 경질인 고경도 피막층 (질화물) 의 표면에 마찰 계수나 산화 개시 온도 등의 특성 개선을 위해 막을 형성하는 것이다. 단층 구조의 경우에는 내산화 피막층을 약 3㎛ 형성하고, 다층막 구조인 경우에는 고경도 피막층을 약 3.5㎛ 형성 후, 그 위에 내산화 피막층을 약 1㎛ 형성하였다.

도 5 는 고경도 피막층 (질화물) 및 내산화 피막층 (산화물) 타겟 조성을 바꾼 비교예 및 실시예 1 ∼ 6 의 막형성 시험 결과를 나타내는 도면이다.

여기서 질화물의 막형성은 직경 4 인치의 AlN 타겟 상에 질화물 원료 분말의 원반형 성형체 (직경 50㎜, 두께 약 3㎜) 를 설치하고, 고주파 스퍼터법을 사용하 여 실시하였다. 질화물 막형성의 성형체의 주입 조성은 높은 경도와 산화 개시 온도가 얻어지는 Al_{0 .7}Zr_{0 .2}Si_{0 .1}N 을 사용하였다.

산화물 피막의 형성은 직경 4 인치의 Al₂O₃ 타겟 상에 산화물 원료 분말의 원반형 성형체 (직경 50㎜, 두께 약 3㎜) 를 설치하고, 고주파 스퍼터법을 사용하여 실시하였다. 막형성에 사용한 기판은 사이즈 약 12×12×5㎜ 의 초경합금 (WC) 이다.

스퍼터용의 질화물 성형체는 AlN, ZrN, Si₃N₄ 원료 분말을 소정의 조성으로 혼합하고, 내경 50㎜ 의 금형에서 성형하여 제조하였다. 동일하게 산화물 성형체는 LiAlO₂, MgO, Al₂O₃, Cr₂O₃, SiO₂ 등의 원료 분말을 소정의 조성으로 혼합하고, 내경 50㎜ 의 금형에서 성형하여 제조하였다. LiAlO₂ 분말에 대해서는, LiCO₃ 과 Al₂O₃ 원료 분말을 1250℃ 에서 2 시간 예비 소성하여 합성하였다.

또, 실시예에 있어서, Li 와 Al 의 혼합비는 LixAlyOz 로 했을 때, y/x = 0.9 ∼ 40 으로 하였다. y/x = 0.9 이하가 되면, Li₂O 의 단독층이 형성될 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다.

예를 들어 실시예 7 과 같이, 막 조성 Li_2.5Mg_0.8Al₃₇O_59.7 의 산화층을 스퍼터법으로 제조하여 실시예 7 의 (질화물/산화물) : (Al_0.7Zr_0.2Si_0.1N/Li_0.17Mg_0.05Al_2.804) 의 타겟 조성체를 얻을 수 있었다.

막형성 후의 표면 피막 부재의 경도는 마이크로 비커스 경도계를 사용하여 10g, 10sec 의 하중 조건으로 측정하였다.

또, 표면 피막 부재의 산화 개시 온도는 사이즈 약 12×5×0.05㎜ 의 Pt 판상에 형성한 질화물 피막을 시차열천칭 (TG-DTA) 중에서 가열하고, 산화에 수반되는 중량 증가와 발열이 일어나기 시작하는 온도를 분석하여 결정하였다. TG-DTA 분석시의 최고 가열 온도는 1400℃, 승온 속도는 10℃/min 이다. 피막의 결정 구조는 X 선 회절에 의해 측정하였다.

여기서는 대표예인 하층의 질화물층으로서 AlZrSiN 계의 질화물을 사용하여 시험을 실시하였다. 도 5 에 나타낸 표면 피막 부재의 경도와 산화 개시 온도의 측정 결과로부터, Li 와 다른 금속의 산화물을 함유하여 형성된 복합 산화물로 이루어지는 내산화 피막층 (실시예 1 ∼ 6) 은 Li 를 함유하지 않은 내산화 피막층 (비교예 1) 에 비해 잘 박리되지 않는다는 것을 알 수 있었다.

또, Si 를 첨가한 실시예 6 은 실시예 1 의 마찰 계수의 값을 거의 유지한 상태에서, 질화물과의 밀착성을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.

이상의 효과는 다른 질화물, 예를 들어 Al, Cr, Si 로 이루어지는 질화물이나, Al, Ti, Si 로 이루어지는 질화물의 막 상에 본 발명의 산화물 코팅을 실시해도, 동일하게 저마찰 계수로 장수명의 코팅이 얻어진다.

또 산화 개시 온도는 비교예 1 이 1200℃ 인데 반해, 예를 들어 실시예 1 에서는 1310℃, 실시예 2 에서는 1350℃ 로 보다 고온이 된다. 따라서, 절삭 온도가 상승해도 잘 산화되지 않아, 절삭 공구 등의 수명이 길어진다. 또한, 마 찰 계수도 비교예 1 이 0.3 인데 반해, 예를 들어 실시예 1 에서는 0.2, 실시예 2 에서는 0.23 으로 보다 작아지기 때문에, 마찰에 의한 열량이 작아진다. 그 때문에, 절삭 속도 (회전수) 를 빠르게 해도 절삭 공구 등의 수명이 길어진다.

또 실시예 7 에서는 산화 개시 온도는 1340℃ 로 보다 고온이 된다. 따라서, 절삭 온도가 상승해도 잘 산화되지 않아, 절삭 공구 등의 수명이 길어진다. 또한, 마찰 계수도 비교예 1 이 0.3 인데 반해, 실시예 1 의 0.2 보다 더욱 낮고, 0.165 로 매우 낮다. 이것은 비교예 1 (0.3) 의 2/3 이하이며, 거의 1/2 이고, 질화붕소에 필적할 저마찰 계수에 의해 장수명의 공구 코팅이 제공된다.

따라서, 상기 Li 와 다른 금속의 산화물을 함유하여 형성된 복합 산화물로 이루어지는 내산화 피막층을 형성함으로써, 산화 개시 온도가 상승하고, 고온에서도 잘 산화되지 않고, 또 저마찰 계수가 되어, 잘 박리되지 않는다는 것을 알 수 있었다. 여기서 질화물층의 대표예로서 사용한 AlZrSiN 계 화합물 중의 Zr 대신에 Cr, Ti, Hf, Pd, Ir 및 희토류 원소 등을 사용해도 격자상수는 크게 변화하지 않기 때문에 결과는 동일하다.

본 발명에 의하면, 높은 경도와 우수한 내산화성에 추가하여, 우수한 내마모성을 갖는 표면 피막 부재와 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 표면 피막 부재는 그 특성을 살려 절삭 공구나 절삭 장치로서의 사용도 가능하다.

Claims (11)

1. Li 를 함유하고, 적어도 Al 과의 복합 산화물을 포함하는 내산화 피막층이 경질 재료로 이루어지는 기재 표면에 고경도 피막층을 개재하여 피막되어 있음과 함께,

   상기 기재와 내산화 피막층 사이에 위치하는 고경도 피막층이 질화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 표면 피막 부재.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고경도 피막층은 Al, Si 에 추가로, Zr, Hf, Pd, Ir 및 희토류 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 원소의 질화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 표면 피막 부재.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 내산화 피막층의 막두께를 A 로 하고, 상기 고경도 피막층의 막두께를 B 로 한 경우 A≤B 인 것을 특징으로 하는 표면 피막 부재.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 기재와 상기 고경도 피막층 사이에, 추가로, Al, Ti, Cr 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 원소의 질화물, 탄화물 및 탄질화물 중 적어도 1 종을 함유하는 중간층을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 피막 부재.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 고경도 피막층은 Al, Si 에 추가로, Cr, Ti 중 적어도 1 종 원소의 질화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 표면 피막 부재.
6. 표면 피막 부재의 제조 방법에 있어서,

   밀폐 가능한 용기 내에 배치된 홀더에 의해, 경질 재료로 이루어지는 기재 표면에, 질화물을 함유하는 고경도 피막층이 피복된 고경도 피막층 피복재를 상기 용기 내에 지지하고,

   Li 와 적어도 Al 을 포함하여 형성된 복합 산화물 형성용 타겟을 그 용기 내에 배치하고, 상기 용기 내에 산소를 공급하고,

   상기 내산화 피막층 형성용 타겟을 양극으로 하고, 상기 홀더를 음극으로 하여, 그 내산화 피막층 형성용 타겟과 그 홀더 사이에 방전을 발생시키고, 상기 기재 상 고경도 피막층 피복재의 표면에 내산화 피막층을 형성함으로써, 상기 표면 피막 부재를 얻는 것을 특징으로 하는 표면 피막 부재의 제조 방법.
7. 기재가 강에 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 바나듐으로 이루어지는 금속 성분을 첨가하여, 열처리를 실시한 고속도강 (고속도 공구강도 포함한다), 혹은 경질 금속 탄화물의 분말을 소결하여 만들어진 초경합금 중 어느 하나의 공구 기재이고, 그 공구용 기재 상에 형성된 고경도 피막층의 표면에, Li 를 함유하고 적어도 Al 과의 복합 산화물을 포함하는 내산화 피막층을 피막한 표면 피막 부재를 사용함과 함께,

   상기 내산화 피막층은 상기 표면 피막 부재의 최외층에 위치하고, 사용 환경하에서 피삭재와 접촉하도록 형성되고,

   Li 를 함유하고, 적어도 Al 과의 복합 산화물을 포함하는 내산화 피막층이 경질 재료로 이루어지는 기재 표면에 고경도 피막층을 개재하여 피막되어 있음과 함께, 상기 기재와 내산화 피막층 사이에 위치하는 고경도 피막층이 질화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 내산화 피막층이 Li 와 Al 의 금속 산화물, Li 와 Al 과 Mg 의 금속 산화물, 혹은 Li 와 Al 과 Si 금속 산화물을 함유하여 형성된 복합 산화물인 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
9. 제 7 항에 기재된 절삭 공구는 건식 컷 가공 (절삭액을 사용하지 않은 절삭 가공) 으로 작업물을 가공하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
10. 제 7 항에 기재된 절삭 공구는 호브 커터, 피니언 커터, 혹은 브로치를 포함하는 기어 절삭 공구로서 구성하고, 그 구성된 기어 절삭 공구에 의해 목적으로 하는 작업물을 가공하는 것을 특징으로 하는 기어 절삭용 공작 기계.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 내산화 피막층은 상기 표면 피막 부재의 최외층에 위치하고, 사용 환경하에서 다른 부재와 접촉하는 것을 특징으로 하는 표면 피막 부재.

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