KR101359254B1

KR101359254B1 - 코팅된 절삭 공구

Info

Publication number: KR101359254B1
Application number: KR1020070105190A
Authority: KR
Inventors: 잉그리드 린네크; 마리안네 콜린; 트린 데이빗 후위; 한스 회그베르그; 라르스 훌트만
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2014-02-05
Also published as: EP1918422B1; JP4949991B2; EP1918422A3; CN101164772A; JP2008100344A; CN101164772B; IL186534A0; KR20080035496A; EP1918422A2

Abstract

본 발명은 적어도 기재 표면의 작용면 상에, 점착성의 경질 및 내마모성 박코팅이 증착되는 초경합금, 서멧, 세라믹, 입방정계 붕소 질화물 또는 고속도강의 기재를 구비하는 절삭 공구에 있어서, 상기 코팅은 선택적인 PVD 또는 PECVD 금속 산화물층, Me₁X + Me₂X + Me₁X +Me₂X...., 의 적층된 다중층을 포함하며, 여기서, 금속 원자 (Me₁ , Me₂) 는 Ti, Nb, V, Mo, Zr, Cr, Al, Hf, Ta, Y 또는 Si 중 하나 이상이며, 바람직하게는 Hf, Ta, Cr, Zr 및 Al 이며, 가장 바람직하게는 Zr 과 Al 이며, 하나 이상의 Me₁X 와 Me₂X 는, 성분이 한 금속 원소의 단일상 또는 2 이상의 금속 산화물의 고용체로 이루어진 상이한 조성과 상이한 조직을 갖는 2 성분 (A, B) 으로 이루어진 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재 층이며, Me₁X 와 Me₂X 층은 조성 또는 조직이 상이하거나 또는 이들 두개의 특성이 모두 상이하며, 각 층의 두께는 0.4 ㎚ ~ 50 ㎚ 이며, 상기 적층된 다중층의 총 두께는 0.2 ㎛ ~ 20 ㎛ 이며, 코팅의 외부면으로부터 기재를 향하는 방향으로 하나 이상의 금속 원자의 조성에 관한 조성 구배를 가지며, 이 조성 구배는 다중층의 최외각부의 평균 조성과 다중층의 최내각부의 평균 조성과의 차이가 절대 단위로 5 원자 % 이상이도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 공구에 관한 것이다.

Description

코팅된 절삭 공구 {COATED CUTTING TOOL}

본 발명은 경합금 기재, 이 경합금 기재의 표면 상에 물리적 기상 증착 (PVD) 또는 플라즈마 화학 기상 증착 (PECVD) 에 의해 증착되는 경질의 내마모성 내화물 코팅을 갖는 금속 가공용의 코팅된 절삭 공구에 관한 것이다.

예컨대, 초경 합금 절삭 공구 위에 알루미나, 티타늄 탄화물 및/또는 티타늄 질화물 등의 재료의 세라믹 박코팅 (1 ~ 20 ㎛) 을 증착하는 처리에 대한 기술은 아주 잘 발달되어 있으며, 또한 금속 가공시, 코팅된 절삭 공구의 공구 수명이 상당히 오래 지속되고 있다. 공구의 지속되는 수명은 소정의 조건하에서 코팅되지 않은 절삭 공구의 수명보다 수백 % 이상까지 늘어나게 된다. 일반적으로, 이들 세라믹 코팅은 단일 층 또는 조합층을 포함한다. 현대의 상업용 절삭 공구는 이중 또는 다중층 구조를 갖는 복수 층의 조합을 특징으로 한다. 코팅의 총두께는 1 ~ 20 ㎛ 에서 변하며, 개별 하위 층의 두께는 수마이크로미터 ~ 수백 마이크로미터 사이에서 변한다.

이러한 층을 증착하는 방법은 CVD 및 PVD (예컨대, U.S. 4,619,866 및 U.S. 4,346,123 참조) 이다. 초경 합금 또는 고속도강의 PVD 코팅된 상업용 절삭 공 구는 통상 균일한 조성의 TiN, Ti (C,N) 또는 (Ti, Al) N 의 단일층, 또는 상기 상의 다중층 코팅을 가지며, 각각의 층은 단일상 재료이다.

절삭 공구상에 내화물 박코팅을 제조할 수 있는 수개의 PVD 방법이 존재한다. 가장 발전된 방법은 이온 도금, 마그네트론 스퍼터링, 아크 방전 증착 및 IBAD (이온 비임 보조 증착) 뿐만 아니라 전술한 방법의 혼성 처리이다. 각각의 방법은 그 자체로 장점을 가지고 있으며, 미세 조직 및 입도, 경도, 응력 상태, 응집력 및 아래에 놓인 기재에 대한 부착성과 같은 제조되는 층의 고유 특성은 선택된 PVD 법에 따라 변할 수 있다. 특정의 가공 작업에 사용되는 PVD 코팅된 절삭 공구의 내마모성 또는 절삭날 무결성의 개선은 전술한 특징중 하나 또는 수개를 최적화시킴으로써 이루어질 수 있다.

입자 강화 세라믹은 벌크 형태로 구조 재료로서 공지되어 있지만, 최근까지는 나노 복합재는 아니었다. 상이한 나노-분산 입자의 알루미나 벌크 세라믹이 J. F. Kuntz 등에 의해 MRS Bulletin (2004년 1월자, pp 22 - 27) 에 개시되어 있다. 지르코니아 및 티타니아 인성강화 (toughened) 알루미나 CVD 층이 U.S. 6, 660,371 및 U.S. 4,702,907 및 U.S. 4,701,384 에 개시되어 있다. 이들 중 후자의 명세서에서는, CVD 법에 의해 층이 증착되며, 따라서 형성된 ZrO₂ 상은 열동력학적으로 안정상, 즉 단사정계 상 (monoclinic phase) 이다. 게다가, CVD 증착된 층은 일반적으로 인장 응력을 받거나 또는 낮은 레벨의 압축 응력을 받지만, PVD 또는 PECVD 층은 이들 증착 처리의 고유의 특성에 기인하여 통상 높은 레벨의 압축 응력을 받게 된다. U.S. 2005/0260432 에서, 알루미나 + 지르코니아 CVD 층에 블래스팅을 실시하여 압축 응력 레벨을 부여하는 것이 개시되어 있다. 블래스팅 처리는 압축 응력을 적절한 레벨로 도입하는 것으로 공지되어 있다.

정방정계 또는 입방정계 상 등의 지르코니아의 준안정상은 변태 인성강화 (transformation toughening) 로 공지된 기구를 통해 벌크 세라믹을 더 강화시키는 것으로 알려져 있다 (J. Am. Ceram. Soc. 83 (3) 461 - 87, Hannink 등; Am. Ceram. Soc. 73 (2) 187 - 206, Evans (1990)). 이러한 준안정상은 통상 PVD 적용분야에 요구되는 진공 등의 산소 결핍 분위기의 존재에 의해 또는 Y 또는 Ce 등의 안정화 원소를 첨가함으로써 촉진되는 것으로 알려져 있다 (J. Mater. Sci. Lett 7 (1988) 778-80, Tomaszewski 등). PVD 처리 파라미터의 변동은 산소의 화학양론비의 변형 및 지르코니아, 특히 입방정계 지르코니아 상에서의 준안정상의 형성에서의 변동을 유발하는 것으로 알려져 있다 (Mater. Sci. Eng. B57 (1998) 28, Ben Amor 등).

절삭 적용분야를 위해 금속 질화물 또는 탄화물을 이루는 다중층으로된 PVD층은, 금속 질화물 및 탄화물의 대칭의 다중층 구조가 드러나 있는 EP 0709483 및 금속 질화물 및 탄화물의 불규칙하게 적층된 다중층을 개시하는 U.S. 6,103,357 에 개시되어 있다.

스웨덴 특허 출원 SE 0500867-7 및 SE 0600104-4 는, 적어도 그 표면의 작용부 상에 점착성의 경질의 내마모성 박코팅이 적용되는 금속 가공용 절삭 공구 인서트를 개시하고 있다. 이 코팅은 금속 산화물 + 1 ~ 100 ㎚ 의 입도를 갖는 2 성분으로 이루어진 금속 산화물 나노-복합재층을 포함한다.

본 발명의 목적은, 코팅이 개선된 점착 특성과 함께 개선된 내마모성을 갖는 PVD 또는 PECVD 코팅된 절삭 공구를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 초경합금, 서멧, 세라믹, 입방정계 붕소 질화물 또는 고속도강, 바람직하게는 초경 합금 또는 서멧의 경합금의 기재를 구비하고, 적층된 다중층을 구비하는 내마모성 코팅이 상기 기재 상에 증착되어 있는 선삭, 밀링 및 드릴링 등의 금속 가공용 절삭 공구가 제공된다. 절삭 공구의 형상은 드릴, 엔드밀 등의 생크형 공구뿐만 아니라 인덱서블 인서트도 포함한다. 종래 기술에 따라, 상기 코팅은, 적층된 다중층 아래에서, 금속 탄화물, 질화물 또는 탄질화물로 된 제 1 의 내부 단일 층 또는 다중층을 0.2 ~ 20 ㎛ 의 두께로 더 포함하며, 여기서, 금속 원자는 Ti, Nb, V, Mo, Zr, Cr, Al, Hf, Ta, Y 또는 Si 중 하나 이상이다. 이 코팅은 전체 기재 위에 형성되거나 또는 적어도 기재의 작용면, 예컨대 절삭날, 레이크면, 플랭크면 및 금속 절삭 처리에 참여하는 다른 면에 형성된다.

본 발명에 따른 코팅은 기재에 부착되며, PVD 또는 PECVD 금속 산화물층이 교대로 적층된 다중층 (Me₁X + Me₂X + Me₁X +Me₂X....) 을 포함하며, 여기서, 금속 원자 (Me₁ , Me₂) 는 Ti, Nb, V, Mo, Zr, Cr, Al, Hf, Ta, Y 또는 Si 중 하나 이상이며, 바람직하게는 Hf, Ta, Zr 및 Al 이며, 가장 바람직하게는 Zr 과 Al 이고, Me₁X 와 Me₂X 중 하나 이상은, 금속 산화물 매트릭스에 분산된 금속 산화물 성분의 나노-복합재층 (이하, 금속 산화물+금속 산화물 나노-복합재로 언급함) 이며, 적층된 다중층은 코팅의 외부면으로부터 기재를 향하는 방향으로 하나 이상의 금속 원자의 농도에 관한 조성 구배를 가지며, 이 조성 구배는 다중층의 최외각부의 평균 농도와 다중층의 최내각부의 평균 농도와의 차이가 절대 단위로 5 원자 % 이상이도록 되어 있다. Me₁X 와 Me₂X 층은 조성 또는 조직에 있어 상이하거나, 조성과 조직 모두에 있어 상이하다. 개별 Me₁X 또는 Me₂X 층 두께의 순서는 전체 다중층에 걸쳐 불규칙한 것이 바람직하다. 여기서 "불규칙" 이라 함은, 적층된 다중층 내의 특별한 개별 층의 두께는 바로 아래의 개별 층의 두께에 따르지 않으며, 또한 특별한 개별 층 위의 개별 층과 어떠한 관계도 없음을 뜻한다. 따라서, 적층된 다중층은 개별 코팅 두께의 순서에 반복 주기를 갖지 않는다. 게다가, 개별 층 두께는 0.4 ㎚ ~ 50 ㎚ 이며, 바람직하게는 1 ㎚ ~ 30 ㎚ 이며, 가장 바람직하게는 5 ㎚ ~ 20 ㎚ 이다. 적층된 다중층의 총두께는 0.2 ㎛ ~ 20 ㎛ 이며, 바람직하게는 0.5 ㎛ ~ 5 ㎛ 이다.

하나의 개별 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재층은 상이한 조성 및 상이한 조직의 2 성분으로 이루어진다. 각각의 성분은 한 금속 원소의 단일상 산화물이거나 또는 2 이상의 금속 산화물 고용체이다. 재료의 미세조직은 성분 (B) 으로 둘러싸인 1 ㎚ ~ 100 ㎚, 바람직하게는 1 ㎚ ~ 70 ㎚, 가장 바람직하게는 1 ㎚ ~ 20 ㎚ 의 평균 입자 또는 칼럼 크기를 갖는 성분 (A) 의 나노 크기의 입자 또는 칼럼에 의해 특성화된다. 성분 (B) 의 평균 선형 인터셉트 (mean linear intercept) 는 0.5 ㎚ ~ 200 ㎚, 바람직하게는 0.5 ㎚ ~ 50 ㎚, 가장 바람직하게는 0.5 ㎚ ~ 20 ㎚ 이다.

금속 산화물 + 금속 산화물 나노 복합재 층은, 화학양론적 산소:금속 원자비의 85 % ~ 99 %, 바람직하게는 90 % ~ 97 % 인 낮은 화학양론적 산소:금속 원자비의 산소 함량을 갖는다.

성분 (A, B) 의 부피 함량은 각각 40 % ~ 95 %, 5 % ~ 60 % 이다.

본 발명의 예시적 실시예에서, 적층된 다중층은, 두께가 0.2 ~ 20 ㎛ 이며,금속 원자가 Ti, Nb, V, Mo, Zr, Cr, Al, Hf, Ta, Y 또는 Si 중 하나 이상인 금속 탄화물, 질화물 또는 탄질화물의 제 1 내부 단일층 또는 다중층 위에 직접 층착되며, 1 이상의 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재 층의 1 이상의 금속 원자는 제 1 내부 단일층 또는 다중층에 있는 1 이상의 금속 원자보다 더 강한 탄화물 또는 질화물 형성자이다. 게다가, 적층된 다중층에서, 1 이상의 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재 층의 더 강한 탄화물 또는 질화물 형성자인 금속 원자의 농도는 코팅의 외부면으로부터 기재를 향한 방향으로 증가하는 것이 바람직하다.

본 발명의 예시적 실시예에서, Me₁X 는 성분 (A) 및 주변 성분 (B) 의 입자 또는 칼럼을 포함하는 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재 층이며, Me₂X 는 성 분 (A) 및 주변 성분 (B) 의 입자 또는 칼럼을 포함하는 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재 층이다. Me₁X 의 성분 (A) 은 Me₁X 및 Me₂X 의 성분 (B) 에서와 같이 Me₂X 의 성분 (A) 과 동일하지만, 성분 (A) 의 금속 원자는 성분 (B) 의 금속 원자와 상이하다. Me₁X 의 성분 (A) 의 부피 함량은 Me₂X 의 성분 (A) 의 부피 함량보다 크며, 바람직하게는 Me₁X 의 성분 (A) 의 부피 함량은 Me₂X 의 성분 (A) 의 부피 함량보다 절대단위로 2.5 % 이상 더 많으며, 가장 바람직하게는 Me₁X 의 성분 (A) 의 부피 함량은 Me₂X 의 성분 (A) 의 부피 함량보다 절대단위로 5 % 이상 더 많다. 적층된 다중층은, 다중층 전체를 통해 평균 Me₁X 및/또는 Me₂X 층 두께에 관한 변화에 기인하여, 성분 (A) 의 금속 원자의 조성 구배 뿐만 아니라 성분 (B) 의 금속 원자의 조성 구배를 가지며, 적층된 다중층에서의 금속 원자 함량이 증가하는 방향은 성분 (A) 과 성분 (B) 의 경우에 서로 다르다.

본 발명의 또다른 예시적 실시예에서, Me₁X 는 금속 산화물 + 금속 산화물 나노 복합재 층이며, Me₂X 는 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재층이다. Me₁X 의 성분 (A) 의 금속 원자는 Me₂X 의 성분 (A) 의 금속 원자와 상이하다. Me₁X 의 성분 (B) 은 Me₂X 의 성분 (B) 과 동일하다. Me₁X 의 성분 (A) 의 부피 함량은 Me₂X 의 성분 (A) 의 부피 함량과 동일하다. 적층된 다중층은 다중층 전 체에 걸쳐 평균 Me₁X 및/또는 Me₂X 층 두께에 관한 변화에 기인하여, 성분 (A) 의 금속 원자의 조성 구배를 갖는다. Me₁X 의 성분 (A) 의 금속 원자의 평균 함량은 예컨대, 다중층의 최내각부에서 0 % 에 근접할 수 있으며, 즉 Me₁X 층의 평균 두께는 0 에 가까우며, 따라서 Me₂X 의 성분 (A) 의 금속 원자의 평균 함량이 최대화된다. 다중층의 최외각부를 향해 Me₁X 층의 평균 두께가 점진적으로 증가하기 때문에 Me₁X 의 성분 (A) 의 금속 원자의 평균 함량은 다중층의 최외각부를 향해 최대 함량까지 증가할 수 있다.

본 발명의 또다른 예시적 실시예에서, 제 1 내부 단일층 또는 다중층은 Ti 계 탄화물, 질화물 또는 탄질화물을 포함한다. Me₁X 는 바람직하게는 정방정계 또는 입방정계 지르코니아 형태의 성분 (A) 및 알파 (α) 상 및 감마 (γ) 상 중 어느 하나 또는 모두인 비정질 또는 결정질 알루미나의 형태인 주변 성분 (B) 의 입자 또는 칼럼을 포함하는 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재 층이며, Me₂X 는 바람직하게는 알파 (α) 상 및 감마 (γ) 상 중 어느 하나 또는 모두인 Al₂O₃ 층이다. 적층된 다중층은 다중층 전체에 걸쳐 평균 Me₁X 및/또는 Me₂X 층 두께에 관한 변화에 기인하여, 성분 (A) 의 금속 원자의 조성 구배를 갖는다.

본 발명의 또다른 예시적 실시예에서, 제 1 내부 단일층 또는 다중층은 Ti 계 탄화물, 질화물 또는 탄질화물을 포함한다. Me₁X 는 하프늄 산화물 형태의 성분 (A) 및 알파 (α) 상 및 감마 (γ) 상 중 어느 하나 또는 모두인 비정질 또는 결정질 알루미나의 형태인 주변 성분 (B) 의 입자 또는 칼럼을 포함하는 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재 층이며, Me₂X 는 바람직하게는 알파 (α) 상 및 감마 (γ) 상 중 어느 하나 또는 모두인 Al₂O₃ 층이다. 적층된 다중층은 다중층 전체에 걸쳐 평균 Me₁X 및/또는 Me₂X 층 두께에 관한 변화에 기인하여, 성분 (A) 의 금속 원자의 조성 구배를 갖는다.

이 코팅은, 적층된 다중층의 최상부에서 금속 원자가 Ti, Nb, V, Mo, Zr, Cr, Al, Hf, Ta, Y 또는 Si 중 하나 이상인 금속 탄화물, 질화물 또는 탄질화물의 외부 단일층 또는 다중층을 더 포함한다. 이 층의 두께는 0.2 ~ 5 ㎛ 이다.

본 발명에 따른 층은 PVD 법, PECVD 법 또는 이러한 방법들의 병용에 의해 이루어진다. 이러한 방법의 예로는 RF(Radio Frequency) 마그네트론 스퍼터링, DC 마그네트론 스퍼터링 및 펄스성 듀얼 마그네트론 스퍼터링 (DMS) 이 있다. 이 층은 200 ℃ ~ 850 ℃ 의 기재 온도에서 형성된다.

PVD 처리가 허용되면, 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재 층은 복합재 산화물 타겟 재료를 사용하여 증착된다. 주변 반응 가스 중의 금속 타겟을 사용하는 반응성 처리가 선택적인 처리 루트이다. 마그네트론 스퍼터링 방법에 의해 금속 산화물 층을 제조하는 경우, 2 이상의 단일 금속 타겟이 이때 사용될 수도 있는데, 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재 조성은 개별 타겟의 스위칭 온 및 오프에 의해 조정된다. 바람직한 방법에서, 타겟은 소망하는 층 조성을 반 영하는 조성을 갖는 화합물이다. 교류 (RF) 스퍼터링의 경우에, 조성은 개별 타겟에 독립적으로 제어된 파워 레벨을 적용시킴으로써 제어된다.

불규칙한 층 조직은 대규모 PVD 또는 PECVD 처리에서 기재의 다중 회전을 통해 형성될 수도 있다.

도 1 은 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재 층 (C) 및 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재 층 (D) 이 교대로 적층된 다중층 (B) 으로 코팅된 기재 (A) 를 나타내는 본 발명의 코팅된 절삭 공구의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.

실시예 1

금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재 Al₂O₃ + ZrO₂ 층 및 Al₂O₃ 층이 교대로 적층되어 이루어진 불규칙한 다중층이 RF 스퍼터링 PVD 법을 사용하여 기재에 증착되었다.

나노-복합재 층은 알루미나 대 지르코니아의 비와 온도에 대한 상이한 처리 조건을 적용시켜 고순도 산화물 타겟으로 증착되었다. 형성된 나노-복합재 층에 있는 2 종의 산화물의 함량은 지르코니아 타겟에 한 파워 레벨을 적용하고 알루미나 타겟에는 개별 파워 레벨을 적용시킴으로써 제어되었다. 준안정 ZrO₂ 상을 갖는 복합재 재료를 형성하기 위해서 지르코니아 융제에 알루미나가 첨가되었다. 이 경우의 타겟 파워 레벨은 각각의 산화물 타겟에서 80W 이었다. 스퍼터 속 도 (sputter rate) 는 알루미늄에 비해 지르코늄이 2 배 더 높은 원자% (at-%) 를 얻도록 조절되었다. 산소: 금속 원자비는 화학양론적 산소: 금속 원자비의 94 % 이다.

Al₂O₃ 층은 아르곤 분위기에서 알루미나 타겟을 사용하여 증착되었다.

각각의 교대배치 층에 대한 스터퍼 시간은 코팅 표면을 향해 Al₂O₃ 층 두께가 연속적으로 증가하도록 선택되었다.

결과적으로 얻어진 층은 XRD 및 TEM 에 의해 분석되었다. XRD 분석 결과, 나노-복합재 층에 미량의 결정질 Al₂O₃ 도 없는 것으로 나타났으며, Al₂O₃ 층은 주로 감마 Al₂O₃로 이루어진 것으로 나타났다.

TEM 분석 결과, 증착된 코팅은 2 ㎚ 의 선형 인터셉트를 갖는 비정질상 (성분 B) 에 의해 둘러싸인 4 ㎚ 의 평균 입도를 갖는 입자 (성분 A) 를 포함하는 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재 층과 감마 Al₂O₃ 층이 교대로 적층된 다중층으로 이루어진 것으로 나타났다. 나노-복합재 층의 입자는 입방정계 ZrO₂ 이며, 주변상은 높은 알루미늄 함량을 가졌다. 개별 층 두께는 4 ~ 20 ㎚ 이며, 다중층의 총두께는 약 1 ㎛ 이었다. 코팅면을 향한 Al₂O₃ 층 두께의 연속적인 증가의 결과, EDS 를 이용해 각각의 부분에서 수개의 연속된 층에 걸쳐 평균 Zr 함량으로 측정했을 때, Zr 구배가 나타났으며, 평균 Zr 함량은 다중층의 최외각부보다 최내각부에서 절대 단위로 약 30 원자 % (at-%) 더 많았다.

2 성분 (A, B) 의 상대 부피 함량은 TEM 이미지로부터 EDS 라인 스캔 및 ERDA 분석에 의해 판정했을 때 각각 약 70 % 와 30 % 이었다.

도 1 은 불규칙하게 코팅된 기재 (1), 개별 층 두께 (5) 를 각각 갖는 개별 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재 층 Me₁X (3), Me₂X (4) 를 갖는 적층된 다중층 (2) 을 나타내는 본 발명의 코팅된 절삭 공구의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.

Claims

초경합금, 서멧, 세라믹, 입방정계 붕소 질화물 또는 고속도강의 기재를 구비하며, 적어도 이 기재 표면의 작용면 상에, 부착성의 경질 및 내마모성 박코팅이 증착되어 있는 절삭 공구에 있어서,

상기 코팅은 PVD 또는 PECVD 금속 산화물층이 교대로 적층된 다중층 (Me₁X + Me₂X + Me₁X +Me₂X....) 을 포함하며, 여기서, 금속 원자 (Me₁ , Me₂) 는 Ti, Nb, V, Mo, Zr, Cr, Al, Hf, Ta, Y 또는 Si 중 하나 이상이며, 상기 Me₁X 와 Me₂X 중 하나 이상은, 상이한 조성과 상이한 조직을 갖는 2 성분 (A, B) 으로 이루어진 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재 층이며, 상기 성분은 한 금속 원소의 단일상 산화물 또는 2 이상의 금속 산화물의 고용체로 이루어지며, 상기 Me₁X 와 Me₂X 층은 조성 또는 조직에 있어 상이하거나 또는 조성과 조직 모두에 있어 상이하며, 각 층의 두께는 0.4 ㎚ ~ 50 ㎚ 이며, 상기 적층된 다중층의 총 두께는 0.2 ㎛ ~ 20 ㎛ 이며, 코팅의 외부면으로부터 기재를 향하는 방향으로 하나 이상의 금속 원자의 농도에 관한 조성 구배를 가지며, 이 조성 구배는 다중층의 최외각부의 평균 농도와 다중층의 최내각부의 평균 농도의 차이가 절대 단위로 5 원자 % 이상이도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
제 1 항에 있어서,

상기 Me₁X 와 Me₂X 각 층의 두께는 1 ㎚ ~ 30 ㎚ 인 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
제 2 항에 있어서,

상기 코팅은 0.2 ㎛ ~ 20 ㎛ 의 두께를 갖는 금속 탄화물, 질화물 또는 탄질화물의 제 1 내부 단일 층 또는 다중층을 더 구비하며, 여기서 금속 원자는 Ti, Nb, V, Mo, Zr, Cr, Al, Hf, Ta, Y 또는 Si 중 하나 이상으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
제 3 항에 있어서,

1 이상의 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재층의 1 이상의 금속 원자는 제 1 내부 단일층 또는 다중층에 있는 1 이상의 금속 원자보다 더 강한 탄화물 또는 질화물 형성자인 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 코팅은, 적층된 다중층의 최상부에서 0.2 ㎛ ~ 5 ㎛ 의 두께를 갖는 금속 탄화물, 질화물 또는 탄질화물의 외부 단일 층 또는 다중층을 한개 이상 더 구비하며, 여기서 금속 원자는 Ti, Nb, V, Mo, Zr, Cr, Al, Hf, Ta, Y 또는 Si 중 하 나 이상으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성분 (A) 은 1 ㎚ ~ 100 ㎚ 의 평균 입도를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성분 (B) 은 0.5 ㎚ ~ 200 ㎚ 의 평균 선형 인터셉트 (mean linear intercept) 를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성분 (A, B) 의 부피 함량은 각각 40 % ~ 95 % 와 5 % ~ 60 % 인 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성분 (A) 은 정방정계 또는 입방정계 지르코니아를 포함하며, 상기 성분 (B) 은, 알파 (α) 상 및 감마 (γ) 상 중 어느 하나 또는 모두인 비정질 또는 결정질 알루미나인 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 Me₁X 은 금속 산화물 + 금속 산화물 나노-복합재 층이며, 상기 Me₂X 는 알파 (α) 상 및 감마 (γ) 상 중 어느 하나 또는 모두인 결정질 알루미나층인 것을 특징으로 하는 절삭 공구.