KR101412164B1 - 피복 절삭 공구 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 내마모성과 내치핑성이 우수할 뿐만 아니라 내파괴성이 우수하여 마모 또는 치핑으로 인한 피복 절삭 공구의 공구 에지 위치의 후퇴 이동이 거의 일어나지 않는 피복 절삭 공구 및 그 제조 방법을 제공한다.
표면이 피막으로 피복된 기재를 포함하며, 상기 피막은 TiCN 주상 결정막으로 이루어지는 1개 이상의 층을 포함하는데, 상기 TiCN 주상 결정막은 기재 표면에 평행한 방향으로 측정할 때 평균 입도가 0.05 내지 0.5 ㎛이며, CuKα선을 사용하여 측정하였을 때 결정면의 X선 회절 피크 위치 2θ는 121.5 내지 122.6°범위에 있는 것인 X선 회절 패턴을 나타내고, 상기 피크는 TiCN 주상 결정의 (422) 결정면에 연유하는 것인 피복 절삭 공구.

Description

피복 절삭 공구 및 그 제조 방법{COATED CUTTING TOOL AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 표면이 피막으로 피복된 기재로 이루어진 피복 절삭 공구에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 결정 구조가 특이한 TiCN 주상 결정막으로 표면이 피복된 기재로 이루어지고, 철, 탄소강 등의 연성 주조물 절삭에 유용하게 사용되는 피복 절삭 공구에 관한 것이다.
온도가 700 내지 900℃ 범위인 중간 온도에서 CH3CN을 함유하는 원료 기체를 사용하는 화학 증착법 (CVD)에 의하여 증착시킨 TiCN 주상 결정막으로 표면이 피복된 경질 재료로 이루어지는 기재를 포함하고, 상기 TiCN 주상 결정막은 산화알루미늄막으로 피복되는 것인 피복 절삭 공구가 절삭에 널리 쓰이고 있다.
종래의 피복 절삭 공구로서는, 텅스텐 탄화물계 초경합금으로 만든 표면 피복 절삭 공구가 있는데, 이것은 티타늄 질화물로 이루어지는 제1층, 티타늄 탄질화물(carbo-nitride)로 이루어지는 제2층, 티타늄 탄산화물(carbo-oxide)로 이루어지는 제3층 및 산화알루미늄으로 이루어지는 제4층으로 피복된다 (예컨대, 특허 문헌 1 참조). 그러나, 탄화물계 초경합금으로 만든 표면 피복 절삭 공구는 CH3CN을 함유하는 원료 기체를 사용하는 중간 온도 CVD법으로 증착시킨 티타늄 탄질화물로 피복되었기 때문에, 티타늄 탄질화물막에 함유된 탄소 및 질소의 총합에 대한 탄소의 원자비{C/(C+N)}가 0.5 내지 0.6밖에 안 된다. 따라서, 티타늄 탄질화물 피막은 경도가 낮아 충분한 내마모성을 나타내지 못한다는 문제가 있다.
또 다른 종래의 피복 절삭 공구로서는, CH3CN 및 CH4로 이루어지는 원료 기체를 사용하는 TiCN막으로 피복된 피복 절삭 공구가 있다 (예컨대, 특허 문헌 2 참조). 그러나, 증착 반응이 900℃ 이하에서 수행되는 경우, CH3CN만이 반응하고 CH4는 화학 반응을 일으키지 않는다. 따라서, 그 결과 생성되는 TiCN막은 0.6을 초과하는 C/(C+N)비를 갖지 못하므로, TiCN막은 경도가 낮아 충분한 내마모성을 나타내지 못한다. 반면에, 반응이 900℃보다 높은 온도에서 수행되는 경우, 그 결과 생성되는 TiCN 피막은 조결정(粗結晶) 입자들로 이루어지므로, 인성이 낮아지게 되어, 내파괴성이 불량하게 되는 문제가 발생한다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공보 헤이 07-328808 (미심사 청구)
[특허 문헌 2] 일본 특허 공보 헤이 06-158324 (미심사 청구)
최근, 기계 가공 분야에서는, 가공 제품의 높은 품질, 특히 가공 치수의 정확도 향상에 대한 요구가 증가하고 있다. 더욱이, 절삭할 재료의 경도가 높아지거나, 또는 해마다 절삭의 난이도가 커지고, 그러한 재료를 기존의 절삭 공구에 의하여 절삭하는 경우, 릴리프면(relief surface) 부분의 마모 또는 치핑(chipping) 때문에 공구 에지 위치의 후퇴 이동이 일어나기 쉬워, 짧은 기계 가공 시간 중에 절삭할 재료의 기계 가공 치수가 규정 범위 밖으로 벗어나는 단점이 나타나게 된다. 기계 가공 부위에서, 규정 범위 내로 절삭할 재료의 가공 치수 정확도를 유지하기 위해서는, 공구 에지 위치를 자주 교정해 주어야하는데, 이는 기계 가공 효율을 저하시킨다. 그러므로, 기계 가공 부위에서 공구 에지 위치의 후퇴 이동이 더 일어날 수 없는 절삭 공구가 바람직하다. 따라서, 본 발명의 목적은 내마모성이 우수하고 내치핑성이 우수할 뿐만 아니라 내파괴성이 우수하여 마모 또는 치핑으로 인한 피복 절삭 공구의 공구 에지 위치의 후퇴 이동이 거의 일어나지 않는 피복 절삭 공구 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 발명자들은 공구 에지의 마모 또는 치핑으로 인한 공구 에지 위치의 후퇴 이동이 거의 일어나지 않는 피복 절삭 공구를 개발하기 위하여 광범위하고도 집중적인 연구를 수행하여 왔다. 그 결과, 700 내지 900℃에서 CH3CN 등의 유기 시안 화합물, CH4를 제외한 C2H4, C2H6, C3H6, 또는 C3H8 등의 탄소 원자수가 2 내지 20개인 쇄상 탄화수소, 사염화티타늄 및 수소로 이루어지는 원료 기체를 사용하여 중간 온도 CVD법에 의하여 기재의 표면에 TiCN 주상 결정막을 증착시키는 경우, CH4를 제외한 쇄상 탄화수소를 사용하지 않고 증착시킨 기존의 TiCN막에 비하여 그 결과 형성된 TiCN 주상 결정막은 강도의 저하없이 경도가 향상된다는 사실을 발견하였다. 본 발명에 의하여 얻는 피복 절삭 공구는 내마모성이 우수하고 내치핑성이 우수할 뿐만 아니라 내파괴성이 우수하다. 그러므로, 마모 또는 치핑으로 인한 공구 에지 위치의 후퇴 이동이 억제되어, 기계 가공 치수의 정확도를 유지하는 것이 가능하며 치수 변형에 따른 공구 에지 위치의 교정 작업을 줄이는 것이 가능하다.
본 발명의 피복 절삭 공구는 표면이 피막으로 피복된 기재를 포함하는데, 상기 피막은 TiCN 주상 결정막으로 이루어지는 1개 이상의 층을 포함한다. 특히, 본 발명에 있어서, TiCN 주상 결정막은 기재상에 직접 형성되거나 또는 기재상에 형성된 최내부막을 통하여 형성된다. TiCN 주상 결정막은, 기재 표면에 평행한 방향으로 측정할 때 평균 입도가 0.05 내지 0.5 ㎛이고, CuKα선을 사용하여 측정하였을 때 회절각 2θ 피크 위치가 121.5 내지 122.6°범위에 있는 X선 회절 패턴을 나타내는데, 상기 피크는 TiCN 주상 결정의 (422) 결정면 (crystal facet)에 연유한다.
본 발명의 피복 절삭 공구의 구체적인 예로서는 절삭 칩, 엔드 밀, 드릴 및 리머가 있다. 본 발명의 피복 절삭 공구에 사용되는 기재는 종래에 피복 절삭 공구에 기재로서 사용되는 재료이며, 그 구체적인 예로서는 초경합금, 서멧(cermet), 세라믹 및 질화붕소 입방체의 소결된 재료가 있다. 내마모성과 내파괴성을 고려할 때 초경합금이 본 발명의 피복 절삭 공구의 기재로서 더욱 좋다.
본 발명의 TiCN 주상 결정막으로 이루어지는 피막은 주기율표상의 4a족(Ti, Zr, Hf), 5a족 (V, Nb, Ta) 또는 6a족 (Cr, Mo, W)에 속하는 원소 또는 Al 및 이들의 상호 고용체(mutual solid solution)의 탄화물, 질화물 및 산화물 중에서 선택되는 1종 이상의 성분을 포함한다. 구체적인 예로서는 TiC, TiN, TiCN, TiCO, TiCNO, TiAlCO, TiAlCNO 및 Al2O3가 있다. 전체 피막은 평균 두께가 7 내지 25 ㎛인 것이 좋다. 전체 피막의 평균 두께가 7 ㎛ 미만인 경우에는, 내마모성이 불충분해진다. 반면에, 전체 피막의 평균 두께가 25 ㎛ 초과인 경우에는, 내파괴성이 불충분해진다.
본 발명의 TiCN 주상 결정막에 함유된 탄소 및 질소의 총합에 대한 탄소의 원자비{C/(C+N)}는 종래의 TiCN막의 경우보다 높고, 본 발명의 TiCN 주상 결정막의 격자 상수는 종래의 TiCN막의 경우보다 크다. 이러한 이유로, 본 발명의 TiCN 주상 결정막의 X선 피크 위치 2θ는, 종래의 TiCN막의 X선 회절 피크 위치 2θ보다 낮은 각쪽으로 이동한다. CuKα선을 사용하는 X선 회절법을 적용하면, 본 발명의 TiCN 주상 결정막의 (422) 결정면의 X선 회절 피크 위치 2θ는 121.5 내지 122.6°범위 내에 있다. 막의 (422) 결정면의 X선 회절 피크 위치 2θ가 121.5°미만인 경우, TiCN막은 경도가 너무 높아지게 되어 막의 강도가 낮아지고, 이에 반하여, 122.6°를 초과하는 경우, TiCN막의 경도가 너무 낮아져서 막의 내마모성이 낮아진다. 기재 표면에 평행한 방향으로 측정할 때, TiCN 주상 결정막은 평균 입도가 0.05 내지 0.5 ㎛이다. 평균 입도가 0.05 ㎛ 미만인 경우, TiCN 주상 결정이 매우 미세하여 파괴되기 쉽다. 한편, 평균 입도가 0.5 ㎛를 초과하는 경우, TiCN 주상 결정막의 내파괴성이 낮아진다. 기재 표면에 평행한 방향의 TiCN 주상 결정막의 평균 입도는 주사 전자 현미경 또는 전도 전자 현미경하에서 피막의 단면을 관찰하여 측정할 수 있다. 특히, TiCN 주상 결정막의 입도는, TiCN 주상 결정막내 입계를 지나는 초경합금 기재의 금속 결합상을 분산시키기 위하여 표면이 피막으로 피복된 초경합금 기재를 진공 또는 수소 대기하에서 1,100 내지 1,200℃의 온도로 1 내지 90분 동안 열처리한 다음, 피막의 미러 연마된(mirror polished) 단면을 SEM으로 관찰하여 용이하게 측정할 수 있다.
본 발명에 있어서, TiCN 주상 결정막의 (422) 결정면에 연유하는 피크의 반폭값은 0.40 내지 0.60°범위가 바람직한데, 이는 TiCN 주상 결정막의 내파괴성이 향상되기 때문이다. 막의 (422) 결정면에 연유하는 피크의 반폭값이 0.40°이상인 경우, 막의 평균 입도가 미세하여 막의 내파괴성이 향상된다. 막의 (422) 결정면에 연유하는 피크의 반폭값이 0.60°초과인 경우, 막의 평균 입도가 너무 미세하여 TiCN 주상 결정이 파괴되기 쉽다. 그러므로, TiCN 주상 결정막의 (422) 결정면에 연유하는 피크의 반폭값은 0.40 내지 0.60°범위가 좋다. 막의 (422) 결정면에 연유하는 피크의 반폭값은 이하의 측정 조건에 따라 측정할 수 있다.
X선 특성: CuKα선
분광기: Ni
발산 슬릿: 1/2°
산란 슬릿: 2/3°
수신 슬릿: 0.15 mm
샘플링 간격: 0.01°
본 발명에서 있어서, TiCN 주상 결정막은 X선 회절 패턴에서 최강 피크 강도를 나타내는 결정면이 (422) 결정면인 것이 바람직한데, TiCN 주상 결정막의 인성이 강화되고, 내치핑성이 향상되기 때문이다. 본 발명에 있어서, TiCN 주상 결정막은 C/(C+N)비가 0.70 내지 0.90인 것이 좋다. C/(C+N)비가 0.70 이상인 경우, 내마모성이 향상되고, 상기 비가 0.90을 초과하는 경우, 내파괴성이 낮아지는 경향이 있다.
본 발명의 TiCN 주상 결정막은 증착 온도 700 내지 900℃에서 CH4를 제외한 탄소 원자수가 2 내지 20개인 쇄상 탄화수소, 유기 시안 화합물, 사염화티타늄 및 수소를 함유하는 원료 기체를 사용하여 증착시킬 수 있다. 특히, 증착 온도는 700 내지 900℃이고, 압력은 5 내지 10 kPa이며, 원료 기체는 탄소 원자수가 2 내지 20개인 쇄상 탄화수소 1.0 내지 4.0 mol%, CH3CN 0.1 내지 0.5 mol%, TiCl4 1.0 내지 4.0 mol% 및 잔부가 H2로 이루어지는 증착 조건을 들 수 있다. 유기 시안 화합물은 TiCN 주상 결정막의 탄소원 및 질소원이며 탄소 원자수가 2 내지 20개인 쇄상 탄화수소는 TiCN 주상 결정막의 탄소원이다. 2 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 쇄상 탄 화수소의 구체적인 예로서는, C2H6 및 C3H8 등의 쇄상 구조의 포화 탄화수소, C2H4 및 C3H6 등의 쇄상 불포화 탄화수소가 있다. 쇄상 탄화수소 중에서 탄소 원자수가 1개인 CH4가 제외되는 이유는, CH4는 분해 온도가 높아서 700 내지 900℃의 증착 온도에서 중간 온도 CVD법의 탄소원이 될 수 없기 때문이다. 쇄상 탄화수소의 탄소 원자수가 2 내지 20개 범위인 경우, 쇄상 탄화수소는 기존의 CVD법에서 기상 조건 반응기에 다른 원료 기체와 함께 가할 수 있다. 이는 탄소 원자수가 2 내지 20개인 쇄상 탄화수소의 비점이 높지 않기 때문이다. 쇄상 탄화수소의 탄소 원자수는 좋기로는 2 내지 6개, 더욱 좋기로는 2 내지 3개이다. 유기 시안 화합물의 구체적인 예로서는 CH3CN (아세토니트릴), CH3CH2CN (프로파니트릴) 및 C6H5CN (벤조니트릴)이 있다.
본 발명에 있어서, TiCN 주상 결정막은 700 내지 900℃의 증착 온도에서 중간 온도 CVD법에 의하여 제조하는 것이 좋다. 그 이유는 다음과 같다. 증착 온도가 700℃보다 낮으면, TiCN을 형성하는 화학 반응이 잘 일어나지 않아서, 증착 시간이 길어지고, 막의 생산성이 낮아진다. 반면에, 증착 온도가 900℃보다 높으면, 기재에 평행한 방향의 TiCN 주상 결정막의 평균 입도가 거칠게 되어, 막의 내파괴성이 떨어진다.
본 발명의 피복 절삭 공구는, 다음의 공정, 즉 기재의 온도를 증착 온도까지 높이는 공정과, 탄소 원자수가 2 내지 20개인 쇄상 탄화수소, 유기 시안 화합물, 사염화티타늄 및 수소를 함유하는 원료 기체를 사용하여 700 내지 900℃ 범위 내의 온도에서 CVD법에 의하여 TiCN 주상 결정막을 기재에 증착시키는 공정과, 피막으로 피복된 상기 기재를 냉각시키는 공정으로 이루어진 피복 절삭 공구 제조 방법으로 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서, TiCN 주상 결정막은 평균 두께가 5 내지 20 ㎛인 것이 좋다. 막의 평균 두께가 5 ㎛ 미만이면, 릴리프 표면의 내마모성이 불량하게 된다. 반면에, 평균 두께가 20 ㎛를 초과하면, 공구 에지가 파괴되기 쉽다. TiCN 주상 결정막은 평균 두께가 7 내지 15 ㎛인 것이 더욱 좋다.
산화알루미늄은 내산화성이 우수하기 때문에, 1개 이상의 산화알루미늄층을 포함하는 외부막을 갖는 것이 좋다. 본 발명의 TiCN 주상 결정막은 기재상에 직접 형성되거나 기재상에 형성된 최내부 TiN막상에 형성되는 것이 좋다. 본 발명의 산화알루미늄막의 평균 두께는 좋기로는 1.5 내지 10 ㎛이고, 더욱 좋기로는 3 내지 8 ㎛이다. 산화알루미늄막의 평균 두께가 1.5 ㎛ 미만이면, 절삭 공구는 절삭면에서의 크레이터(crater) 내마모성이 만족스럽지 못하다. 반면에, 평균 두께가 10 ㎛를 초과하면, 공구 에지가 파괴되기 쉽다. 산화알루미늄막은 α-형 결정 구조인 것이 좋은데, α-산화알루미늄은 다른 결정 구조의 산화알루미늄에 비하여 고온에서 더욱 안정하기 때문이다. α-산화알루미늄막은, 특히 탄소강 또는 합금강의 고온 고속 절삭의 경우에 공구 에지의 파괴 또는 치핑을 거의 유발하지 않는다.
본 발명의 피복 절삭 공구는 우수한 내마모성 및 우수한 내치핑성 뿐만 아니라 우수한 내파괴성을 나타낸다. 본 발명의 피복 절삭 공구를 사용하면, 마모 또는 치핑으로 인한 에지 위치의 후퇴 이동이 유리하게 억제되므로, 절삭할 재료의 기계 가공 치수의 정확도를 유지할 수 있으며 공구 에지 위치의 교정 작업을 줄일 수 있다.
[실시예 1]
기재로서, JIS 규정의 CNMG120412 형식을 갖고, 다음의 조성, 즉 91.5 wt% WC-0.5 wt% TiC-1.8 wt% TaC-0.2 wt% NbC-6.0 wt% Co의 초경합금으로 된 절삭 칩을 제조하였다. 기재의 절삭 에지 부분은 SiC 브러시를 사용하여 둥글게 호닝(honing) 가공하고, 이어서 기재의 표면을 세척하였다. 이어서, 그 결과 얻은 기재를 외부 가열 장치가 구비된 CVD 챔버에 투입하고, 피막이 각각 표 3에 나타낸 평균 두께를 가진 막구조로 이루어지도록 표 1 또는 2의 증착 조건하에서 표 1 또는 2에 나타낸 바와 같이 부피 순도 99.5% 이상의 고순도 기체를 사용하여 상기 기재 표면에 피막을 증착시켰다. 표 1은 내부막의 증착 조건을 보여주며, 표 2는 중간막을 비롯한 외부막의 증착 조건을 보여주는데, 발명 샘플 1 내지 6에 있어서, 탄소 원자수가 2 또는 3개인 쇄상 탄화수소를 원료 기체로 사용하였다.
샘플
번호		 막의 종류 원료 기체의 조성(mol %) 온도
(℃)		 압력
(kPa)		 유속
(L/분)
발명
샘플 1,2		 최내부 TiN막 TiCl4:2.4%,N2:48.8%,H2:48.8% 880 40.0 30.7
TiCN 주상 결정막 TiCl4:1.5%,CH3CN:0.3%,C2H6:3.2%,
H2:95.0%		 880 8.0 15.8
발명
샘플 3,4		 최내부 TiN막 TiCl4:2.4%,N2:48.8%,H2:48.8% 830 40.0 30.7
TiCN 주상 결정막 TiCl4:3.0%,CH3CN:0.2%,C2H4:2.1%,
H2:94.7%		 830 8.0 15.7
발명
샘플 5		 최내부 TiN막 TiCl4:2.4%,N2:48.8%,H2:48.8% 780 40.0 30.7
TiCN 주상 결정막 TiCl4:3.0%,CH3CN:0.2%,C3H6:1.2%,
H2:95.6%		 780 8.0 15.7
발명
샘플 6		 최내부 TiN막 TiCl4:2.4%,N2:48.8%,H2:48.8% 780 40.0 30.7
TiCN 주상 결정막 TiCl4:2.9%,CH3CN:0.1%,C3H6:1.6%,
H2:95.4%		 780 8.0 15.7
비교
샘플 1,2		 최내부 TiN막 TiCl4:2.4%,N2:48.8%,H2:48.8% 880 40.0 30.7
TiCN 주상 결정막 TiCl4:1.1%,CH3CN:1.3,N2:48.8%,
H2:48.8%		 880 8.0 20.5
비교
샘플 3		 최내부 TiN막 TiCl4:2.4%,N2:48.8%,H2:48.8% 880 40.0 30.7
TiCN 주상 결정막 TiCl4:3.0%,CH3CN:0.8%,H2:96.2% 880 8.0 15.6
비교
샘플 4,5		 최내부 TiN막 TiCl4:2.4%,N2:48.8%,H2:48.8% 830 40.0 30.7
TiCN 주상 결정막 TiCl4:3.0%,CH3CN:0.3%,H2:96.7% 830 8.0 15.6
비교
샘플 6		 최내부 TiN막 TiCl4:2.4%,N2:48.8%,H2:48.8% 950 40.0 30.7
TiCN 주상 결정막 TiCl4:1.2%,CH3CN:0.2%,CH4:16.0%,
HCl:2.7%,H2:79.9%		 950 24.0 18.8
샘플
번호		 막의 종류 원료 기체의 조성(mol %) 온도
(℃)		 압력
(kPa)		 유속
(L/분)
발명
샘플 1
및
비교
샘플 1		 중간막 (TiCO) TiCl4:2.2%,CO:3.9%,H2:93.9% 980 18.7 12.8
산화알루미늄막
(κ-Al2O3)		 AlCl3:2.5%,CO2:4.5%,CO:4.4%,
HCl:4.0%,H2S:0.4%,H2:84.2%		 980 7.3 16.1
최외부 TiN막 TiCl4:0.8%,N2:49.6%,H2:49.6% 980 40.0 30.2
발명
샘플
2～6
및
비교
샘플
2～6		 중간막 (TiAlCNO) TiCl4:0.9%,AlCl3:0.8%,N2:44.8%,
CO:0.9%,H2:52.6%		 1000 8.0 33.5
산화알루미늄막
(α-Al2O3)		 AlCl3:0.9%,CO2:2.6%,CO:10.4%,
HCl:6.5%,H2S:0.4%,H2:79.2%		 1000 8.0 23.1
최외부 TiN막 TiCl4:0.8%,N2:49.6%,H2:49.6% 1000 40.0 30.2


샘플 번호		 막 구조 및 각 막의 평균 두께 (㎛) 피막의 평균 두께
(㎛)
내 부 막 중 간 막
최내부 TiN막 TiCN 주상 결정막
중간막
산화알루미늄막		 최외부 TiN막
발명 샘플 1 1.0 8.0 0.2 (TiCO) 4.9(κ-Al2O3) 0.5 14.6
발명 샘플 2 1.0 7.9 0.5(TiAlCNO) 4.7(α-Al2O3) 0.3 14.4
발명 샘플 3 0.3 13.2 0.7(TiAlCNO) 9.4(α-Al2O3) 0.3 23.9
발명 샘플 4 0.3 18.8 0.6(TiAlCNO) 1.6(α-Al2O3) 0.3 21.6
발명 샘플 5 0.2 8.3 0.8(TiAlCNO) 3.1(α-Al2O3) 0.4 12.8
발명 샘플 6 0.2 5.8 0.7(TiAlCNO) 1.8(α-Al2O3) 0.2 8.7
비교 샘플 1 1.0 7.9 0.2 (TiCO) 4.8(κ-Al2O3) 0.5 14.4
비교 샘플 2 1.1 8.0 0.6(TiAlCNO) 5.0(α-Al2O3) 0.4 15.1
비교 샘플 3 1.1 19.3 0.5(TiAlCNO) 3.9(α-Al2O3) 0.2 25.0
비교 샘플 4 0.3 10.1 0.8(TiAlCNO) 9.1(α-Al2O3) 0.3 20.6
비교 샘플 5 0.3 6.1 0.8(TiAlCNO) 3.1(α-Al2O3) 0.3 10.6
비교 샘플 6 1.3 10.2 0.6(TiAlCNO) 4.1(α-Al2O3) 0.3 16.5
얻은 발명 샘플 1 내지 6 및 비교 샘플 1 내지 6에 대하여, TiCN 주상 결정막의 (422) 결정면에 나타나는 피크의 회절각 2θ, 피크의 반폭값 및 X선 회절 패턴에서 TiCN 주상 결정막이 최고 강도를 나타내는 피크의 결정면을 측정하기 위하여 CuKα선을 사용한 X선 회절 분석을 수행하였다. 이어서, 기재 표면에 대하여 수직 방향으로 절삭된 피막의 단면을 미러 연마하고, TiCN 주상 결정막의 C 함량 및 N 함량을 EPMA에 의하여 정량적으로 결정하고, TiCN막의 C/(C+N)비를 계산하였다. 나아가, TiCN 주상 결정막내 입계를 통하여 초경합금 기재의 금속 결합상을 확산시키기 위하여 그 결과 얻은 샘플을 진공에서 1,200℃로 10분간 열처리하고, 그 다음에 정규 단면의 미러 연마된 표면을 SEM하에서 관찰하여 현미경 사진을 찍었다. TiCN 주상 결정막 중간 부분의 현미경 사진에서, 초경합금 기재의 경계면과 평행한 선을 그리고, 임의의 길이를 갖는 상기 선에서 TiCN 주상 결정막내 입계수를 측정하여, 상기 막의 평균 입도를 계산하였다. 그 결과를 표 4에 나타내었다.
샘플 번호 TiCN 주상 결정막

(422)결정면의 X선 회절 피크위치 2θ
(422)결정면
피크의
반폭값
X선 회절 패턴에서
TiCN 주상 결정막이
최고 강도를 나타내는
피크의 결정면
C/(C+N)비
기재에 평행한
방향에서의
평균 입도
(㎛)
발명 샘플 1 122.4° 0.42° (111) 0.74 0.42
발명 샘플 2 122.4° 0.41° (111) 0.75 0.46
발명 샘플 3 122.1° 0.46° (422) 0.81 0.20
발명 샘플 4 122.1° 0.44° (422) 0.81 0.21
발명 샘플 5 122.1° 0.49 (422) 0.82 0.14
발명 샘플 6 121.8° 0.56° (422) 0.90 0.08
비교 샘플 1 123.5° 0.29° (111) 0.50 0.45
비교 샘플 2 123.5° 0.29° (111) 0.51 0.44
비교 샘플 3 123.1° 0.33° (111) 0.60 0.37
비교 샘플 4 123.1° 0.38° (422) 0.59 0.25
비교 샘플 5 123.1° 0.38° (422) 0.60 0.26
비교 샘플 6 123.3° 0.28° (220) 0.78 1.13
발명 샘플 1 내지 6 및 비교 샘플 1 내지 6의 각각의 절삭 칩과 관련하여, 이하에 나타낸 조건하에서, 절삭 재료로서 외부 지름 180 mm, 내부 지름 60 mm 및 두께 20 mm의 도넛형 디스크 FCD700 (경도: HB240)를 사용하여 절삭 시험을 수행하였다.
절삭 시험
절삭 속도: Vc = 250 m/분
절삭 깊이: ap = 2 mm
공급: f = 0.35 mm/회전(rev)
냉각제: 수용성 절삭액 사용
절삭 방식: 도넛형 디스크 재료 1개당 양쪽 에지면 각각에 대하여 1 방향 절삭을 계속적으로 수행하였다.
절삭 성과: 절삭 재료의 두께가 절삭 가공의 시작 후 제4 내지 제6 재료의 평균 두께보다 0.05 mm만큼 큰 정도로 될 때까지 절삭한 도넛형 디스크 재료의 수를 절삭 칩의 절삭 성과로서 사용하였다.
발명 샘플 1 내지 6 및 비교 샘플 1 내지 6의 각각과 관련하여, 절삭 재료수 및 절삭 시험 후 절삭 칩의 손상 정도는 표 5에 나타내었다.
샘플 번호 절삭 재료수 손상
발명 샘플 1 102 정상 마모
발명 샘플 2 115 정상 마모
발명 샘플 3 170 정상 마모
발명 샘플 4 180 정상 마모
발명 샘플 5 143 정상 마모
발명 샘플 6 145 정상 마모
비교 샘플 1 35 치핑
비교 샘플 2 45 치핑
비교 샘플 3 36 파괴
비교 샘플 4 61 정상 마모
비교 샘플 5 44 정상 마모
비교 샘플 6 17 파괴
표 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 발명 샘플 1 내지 6은 비교 샘플 1 내지 6과 개별적으로 비교할 때, 우수한 내마모성, 우수한 내치핑성 및 우수한 내파괴성을 나타내고, 이에 따라 공구 에지 위치의 후퇴 이동을 거의 유발하지 않으며, 큰 절삭 재료수를 나타낸다.

Claims (10)

  1. 표면이 1개 이상의 층으로 이루어지는 피막으로 피복된 기재를 포함하며, 상기 피막의 적어도 1층은 TiCN 주상 결정막이고, 상기 TiCN 주상 결정막은 기재 표면에 평행한 방향으로 측정할 때 평균 입도가 0.05 내지 0.5 ㎛이며, CuKα선을 사용하여 측정시 X선 회절 피크 위치 2θ는 121.5 내지 122.6°범위 내에 있는 X선 회절 패턴을 나타내고 상기 피크는 TiCN 주상 결정의 (422) 결정면에 연유하며, 상기 TiCN 주상 결정막 내의 탄소 및 질소의 총합에 대한 탄소의 원자비 {C/(C+N)}는 0.70 내지 0.90인 것인 피복 절삭 공구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 TiCN 주상 결정막의 (422) 결정면에 연유하는 피크의 반폭값이 0.40 내지 0.60°인 것인 피복 절삭 공구.
  3. 제1항에 있어서, 상기 TiCN 주상 결정막은 X선 회절 분석에서 최강 피크 강도를 나타내는 결정면이 (422) 결정면인 것인 피복 절삭 공구.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 TiCN 주상 결정막은 탄소 원자수가 2 내지 20개인 쇄상 탄화수소, 유기 시안 화합물, 사염화티타늄 및 수소로 이루어지는 원료 기체를 사용하여 700 내지 900℃ 범위의 온도에서 CVD법에 의하여 증착시킨 피막인 것인 피복 절삭 공구.
  6. 제1항에 있어서, 상기 피막은 평균 두께가 7 내지 25 ㎛인 것인 피복 절삭 공구.
  7. 제1항에 있어서, 상기 피막은 내부막 및 외부막을 포함하고, 상기 내부막은 평균 두께가 5 내지 20 ㎛인 TiCN 주상 결정막으로 이루어지는 층을 1개 이상 포함하고, 상기 외부막은 평균 두께가 1.5 내지 10 ㎛인 산화알루미늄막으로 이루어지는 층을 1개 이상 포함하는 것인 피복 절삭 공구.
  8. 제7항에 있어서, 상기 산화알루미늄막은 α-산화알루미늄막인 것인 피복 절삭 공구.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기재는 초경합금 기재인 것인 피복 절삭 공구.
  10. 삭제
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