KR101551939B1 - 나노층 코팅 조직을 가지는 코팅된 물품 - Google Patents

나노층 코팅 조직을 가지는 코팅된 물품 Download PDF

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Abstract

기판(22) 및 코팅을 포함하는 물품이 제공된다. 물품은 무칩(chipless) 형성 작업을 위한 칩-형성 물질 제거 작업 또는 내마모성 성분의 성능을 향상시키는 것으로 보이는 절삭 인서트(20)일 수 있다. 하나의 내마모성 코팅 조직(40)은 알루미늄, 크롬 및 질소를 포함하는 하부층(42) 및 상부층(46)을 가진다. 또한 코팅 조직(40)은 티타늄, 알루미늄, 크롬 및 질소를 포함하는 매개 다중-주기성 나노층 코팅 조직(44)을 포함한다. 매개 다중-주기성 나노층 코팅 조직(44)은 복수의 세트의 교번층 배열(50, 52, 54, 56, 58, 60, 62)을 포함한다. 교번층 배열(50, 52, 54, 56, 58, 60, 62)의 각각은 티타늄, 알루미늄 및 질소를 포함하는 베이스층(64)과 복수의 세트의 교번 나노층(68, 70, 72, 74, 76, 78)을 가지는 나노층 영역을 가진다. 교번 나노층(68, 70, 72, 74, 76, 78)의 각 세트는 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 가지는 하나의 나노층(82)과 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 가지는 또 다른 나노층(84)을 가진다. 베이스층 두께(G)는 나노층 영역 두께(F)보다 작다.

Description

나노층 코팅 조직을 가지는 코팅된 물품{Coated article with nanolayered coating scheme}
본 발명은 코팅된 물품은 물론, 그 코팅 조직(coating scheme)을 적용하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 코팅 조직이 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함한 나노층을 포함하는 코팅된 물품은 물론, 그 코팅 조직을 적용하는 방법에 관한 것이다. 예시적인 코팅된 물품은 제한 없이 절삭 인서트(cutting inserts) 및 마모 성분(wear component)을 포함한다.
코팅된 물품의 한 예로써 코팅된 절삭 인서트에 관하여, 코팅된 절삭 인서트는 전형적으로 위에 코팅 조직을 가지는 기판을 포함한다. 절삭 인서트는, 전형적으로 레이크(rake) 표면 및 플랭크(flank) 표면을 가지는 기하학 구조를 나타내는데, 여기에서 레이크 표면과 플랭크 표면의 교차부(또는 이음부)에 절삭 에지(edges)가 있다. 일반적으로 코팅된 절삭 인서트에서, 다수의 상이한 기술들 중 임의의 하나가 코팅 조직을 기판에 적용할 수 있다. 이러한 기술들은 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)과 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)을 포함할 수 있다.
코팅된 절삭 인서트는 칩형성 물질 제거 작업(chipforming material removal operation)에서 물질의 제거에 유용하다. 칩형성 물질 제거 작업은, 제한 없이, 밀링(milling), 선삭(turning), 보링(boring), 드릴링(drilling) 및 유사 작업을 포함하는데, 여기에서 절삭 인서트는 워크피스(workpiece)와 맞물려서 절삭 인서트와 워크피스는 서로 상대적으로 움직인다. 워크피스와 절삭 인서트의 맞물림의 지점(또는 표면)(즉, 절삭 인서트-칩 계면)에서 다량의 열이 존재할 수 있다. 기판 및 코팅 조직과 기판 사이의 계면(즉, 코팅-기판 계면)으로의 절삭-칩 계면에서의 열의 전달은 절삭 인서트 성능에 불리할 수 있다. 더 상세하게, 기판과 코팅-기판 계면으로의 열의 전달은 코팅의 조기 과도 마모를 일으킨다. 코팅 조직의 그러한 과도 마모는 전형적으로 코팅된 절삭 인서트의 유효 수명을 단축시킨다.
코팅 조직은 전형적으로 절삭 인서트-칩 계면에서 기판과 코팅-기판 계면으로의 열 전달의 정도에 영향을 준다. 코팅 조직의 열전도성은 그러한 열 전달의 정도에 강하게 영향을 줄 수 있는 성질이다. 전체적으로 더 낮은 열전도성을 보이는 코팅 조직은 전형적으로 기판 내에서 그리고 코팅-기판 계면에서 열의 양을 감소시킨다. 열 전달에 있어서의 그러한 감소는 전형적으로, 열 전달의 감소를 나타내지 않는 코팅된 절삭 인서트와 비교하여, 절삭 인서트의 유효 공구 수명을 더 길게 연장시킨다.
과거에, 코팅된 절삭 인서트는 다양한 코팅 조직을 나타내었다. 예를 들어, Ishikawa의 미국 특허 출원 공개 번호 제 US 2006/0269788 A1호는 층들 사이에 조성물을 달리하는 AlCrTiN의 교번층들(alternating layers)을 제시한 것으로 보인다. 영문 초록에 따르면, Natsuki 등의 일본 특허 공개 번호 제 2003 340608 A2호 및 Hidemitsu 등의 일본 특허 공개 번호 제 2004 106108 A2호 각각은, TiAlCrN의 교번층들을 포함하는 것으로 보이는 공개물을 제공하나, 크롬은 각 코팅층에 항상 존재한다.
Endrino의 특허 번호 제 WO 2006/084404 A1호(Uniaxis Balzer AG에 양도됨)는 AlCrN 내부 코팅층 및 AlCrN 외부 코팅층의 이용을 제시한 것으로 보인다. 영문 초록에 따르면, Yasuhiko의 일본 특허 공개 번호 제 2004 050381 A2호는 AlCrN의 표면층을 명백히 제시한다. Derflinger 등의 미국 특허 번호 제 7,226,670 B2호(OC Oerlikon Balzers AG에 양도됨)는 AlCrN이 유리한 코팅 물질임을 알려 주는 것으로 보인다.
Yamamoto 등의 미국 특허 출원 공개 번호 제 2005/0170162 A1호는 교번 코팅 조직 내에서의 (Ti Al Cr)N의 코팅층을 명백히 제시한다. Vetter 등의 미국 특허 번호 제 6,730,392 B2호는 층들이 상이한 함량의 알루미늄, 티타늄 및 크롬은 물론, 상이한 질소/산소 비율을 가지는, 교번 코팅 조직을 제시한 것 같다. Toihara의 미국 특허 번호 제 7,008,688 B2호는 TiAlN 및 CrN을 이용하는 교번 코팅층 배열을 보여주는 것으로 보인다. 또한, 다음의 특허 문서들은 교번 코팅층을 갖는 다양한 코팅 조직을 보여주는 것 같다: Selinder 등의 미국 특허 번호 제 6,103,357호, Horling 등의 미국 특허 번호 제 7,056,602호, Horling 등의 미국 특허 번호 제 7,083,868호, 및 Astrand 등의 PCT 특허 공개 번호 제 WO 2006/041366 A1호.
다음 세 개의 특허는 (Ti Al Cr)N 막의 유용성을 명백히 보여 준다: Yamamoto 등의 미국 특허 번호 제 6,824,601 B2 호, Yamamoto 등의 미국 특허 번호 제 6,919,288 B2 호, 그리고 Yamamoto 등의 미국 특허 번호 제 7,186,324 B2 호.
본 발명은 나노층 코팅 조직을 가지는 코팅된 절삭 인서트를 제공하려는 것이다.
발명의 요약
본 발명의 한 형태에서, 본 발명은 칩형성 물질 제거 작업에 이용되는 코팅된 절삭 인서트이다. 절삭 인서트는 기판 및 내마모성 코팅 조직을 포함한다. 내마모성 코팅 조직은, 티타늄, 알루미늄, 크롬 및 질소를 포함하는 매개 다-주기성(mediate multi-periodicity) 나노층 코팅 조직을 포함한다. 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직은 복수의 세트의 교번층 배열(alternating layer arrangement)을 포함하는데, 여기에서 교번층 배열의 각각은 티타늄, 알루미늄 및 질소를 포함하는 베이스층 및, 복수의 세트의 교번 나노층을 포함하는 나노층 영역을 포함한다. 교번 나노층의 각 세트는 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함하는 하나의 나노층 및, 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함하는 또 다른 나노층을 포함한다. 베이스층은 베이스층 두께를 가지며 나노층 영역은 나노층 영역 두께를 가지는데, 여기에서 베이스층 두께는 나노층 영역 두께보다 작다.
본 발명의 또 다른 형태에서, 본 발명은 칩형성 물질 제거 작업에 이용되는 코팅된 절삭 인서트이다. 절삭 인서트는 기판 및 내마모성 코팅 조직을 포함한다. 내마모성 코팅 조직은 티타늄, 알루미늄, 크롬 및 X를 포함하는 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 포함한다. 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직은 복수의 세트의 교번층 배열을 포함하는데, 여기에서 각각의 교번층 배열은 티타늄, 알루미늄 및 X를 포함하는 베이스층 및, 복수의 세트의 교번 나노층을 포함하는 나노층 영역을 포함한다. 각 세트의 교번 나노층은 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 X를 포함하는 하나의 나노층 및, 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 X를 포함하는 다른 나노층을 포함한다. X는 다음의 질소, 탄소, 붕소, 탄소와 질소, 붕소와 질소, 탄소와 붕소와 질소, 질소와 산소, 탄소와 산소, 붕소와 산소, 탄소와 질소와 산소, 붕소와 질소와 산소, 및, 탄소와 붕소와 질소와 산소 중 임의의 하나를 포함한다. 베이스층은 베이스층 두께를 가지며 나노층 영역은 나노층 영역 두께를 가지는데, 여기에서 베이스층 두께는 나노층 영역 두께보다 작다.
본 발명의 또 다른 형태에서, 코팅 조직을 적용하는 방법은, 티타늄, 알루미늄, 크롬 및 X를 포함하는 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 적용하는 단계를 포함하며, 상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 적용하는 단계는 복수의 세트의 교번층 배열을 적용하는 단계를 포함하는데, 여기에서 각 교번층 배열의 적용은, 티타늄, 알루미늄 및 X를 포함하는 베이스층을 적용하는 단계; 및 다음의 단계를 포함하는 나노층 영역을 적용하는 단계를 포함한다: 티타늄, 알루미늄, 크롬 및 X를 포함하는 하나의 나노층을 적용하는 단계, 및 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 X를 포함하는 또 다른 나노층을 적용하는 단계를 포함하는 복수의 세트의 교번 나노층을 적용하는 단계.
본 발명의 또 다른 형태에서, 본 발명은 코팅된 물품이다. 코팅된 물품은 기판 및 내마모성 코팅 조직을 포함한다. 상기 내마모성 코팅 조직은 티타늄, 알루미늄, 크롬 및 질소를 포함하는 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 포함한다. 상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직은 복수의 세트의 교번층 배열을 포함하는데, 상기 교번층 배열의 각각은 티타늄, 알루미늄 및 질소를 포함하는 베이스층 및 복수의 세트의 교번 나노층을 포함하는 나노층 영역을 포함한다. 상기 교번 나노층의 각각의 세트는 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함하는 하나의 나노층, 및 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함하는 또 다른 나노층을 포함한다. 상기 베이스층은 베이스층 두께를 가지며 상기 나노층 영역은 나노층 영역 두께를 가지는데, 상기 베이스층 두께는 상기 나노층 영역 두께보다 작다.
다음은 본 특허 출원의 일부를 구성하는 도면의 간단한 설명이다:
도 1은 본 발명의 코팅된 절삭 인서트의 입체도로, 상기 코팅된 절삭 인서트는 기판 및 내마모성 코팅 조직을 포함하고, 코팅의 일부가 제거되어 기판을 노출시키고 있다;
도 2는 본 발명의 내마모성 코팅 조직의 특정 구체예의 개략도이다;
도 2A는 도 2의 내마모성 코팅 조직의 나노층 코팅 영역의 개략 확대도이다;
도 3은 코팅된 절삭 인서트의 코너 절삭 에지를 보여 주는 본 발명의 코팅 조직의 단면의 특정 구체예의 광학 현미경 측정법(optical microscopy)을 통하여 얻은 현미경 사진(10 ㎛ 눈금)이다;
도 4는 본 발명의 코팅 조직의 특정 구체예의 나노층 코팅 영역의 투과 전자 현미경(transmission electron microscopy, TEM)을 통하여 얻은 현미경 사진(10 nm 눈금)이다;
도 4A는 내마모성 코팅 조직의 특정 구체예의 면심 입방(face centered cubic, FCC) 결정 구조를 보여 주는 TEM을 통하여 얻은 회절 패턴이다; 그리고
도 5는 두 개의 면심 입방(FCC) 결정 구조(즉, 도 5에 따르면 격자 파라미터 = 0.4151 nm를 갖는 Fm-3m 구조 및 도 5에 따르면 격자 파라미터 = 0.4368 nm를 갖는 F-43m 구조)를 보여 주는 내마모성 코팅 조직의 x-레이 회절 그래프이다.
상세한 설명
도 1은 전체가 20으로 표시된 본 발명의 코팅된 절삭 인서트의 입체도이다. 코팅된 절삭 인서트(20)는 기판(22) 및 코팅 조직(24)을 포함한다. 코팅(24)의 일부는 제거되어 기판(22)을 노출시키고 있다. 코팅 조직(24)은 절삭 인서트 기판(22)의 표면 상에 있다. 코팅된 절삭 인서트(20)는 플랭크 표면(26) 및 레이크 표면(28)을 보여 준다. 절삭 에지(30)는 플랭크 표면(26)과 레이크 표면(28)의 교차부에 존재한다. 기판(22)은 다음의 물질을 포함하나 이에 한정되지 않는, 절삭 인서트로서 이용되는 기판으로서 적절한 다수의 물질들 중 임의의 하나일 수 있다: 고속도강(high speed steel), 코발트-탄화 텅스텐을 포함하는 초경합금(cemented carbide), SiAlON 및 알루미나 및 질화 실리콘을 포함하는 세라믹, 탄화 티타늄-계열 물질을 포함하는 서메트(cermet), 및 소결된 입방정형 질화 붕소 및 소결된 다이아몬드를 포함하는 초강화 물질(superhard material).
절삭 인서트(20)와 같은, 코팅된 절삭 인서트는 칩형성 물질 제거 작업에서 물질의 제거에 유용하다. 칩형성 물질 제거 작업은, 제한 없이, 밀링(milling), 선삭(turning), 보링(boring), 드릴링(drilling) 및 유사 작업을 포함하며, 여기에서 절삭 인서트는 워크피스(workpiece)와 맞물려서 절삭 인서트와 워크피스는 서로 상대적으로 움직인다. 워크피스와 절삭 인서트 사이의 맞물림의 지점(또는 표면)(즉, 절삭 인서트-칩 계면)에서 다량의 열이 존재할 수 있다. 기판 및 코팅 조직과 기판 사이 계면(즉, 코팅-기판 계면)으로의 절삭 인서트-칩 계면에서의 열의 전달은 절삭 인서트 성능에 불리할 수 있다. 보다 상세하게, 기판 및 코팅-기판 계면으로의 열의 전달은 기판에 대한 코팅의 부착을 약화시켜, 코팅의 조기 과도 마모를 일으킨다. 코팅 조직의 그러한 과도 마모는 전형적으로 코팅된 절삭 인서트의 유효 수명을 단축시킨다.
코팅 조직은 전형적으로 절삭 인서트-칩 계면으로부터 기판 및 코팅-기판 계면으로의 열 전달의 정도에 영향을 준다. 기판 및 코팅-기판 계면으로의 열, 특히 과도한 열의 전달은 코팅의 무결성에 불리하므로, 그러한 열 전달을 감소시키는 전체 열전도성 성질을 나타내는 코팅 조직이 유리하다. 이것은 그러한 열 전달의 감소가, 전형적으로 열 전달의 감소를 나타내지 않는 코팅된 절삭 인서트에 비하여, 절삭 인서트의 유효 공구 수명을 연장시키기 때문이다. 본 구체예에서, 선택된 코팅 배열을 사용함으로써, 전체 코팅 조직은 절삭 인서트-칩 계면(또는 접촉 지역 칩-코팅 표면)으로부터 기판 및 코팅-기판 계면으로의 열 전달의 정도를 최소화시키는 전체 열전도성 성질을 나타낸다.
특정 코팅 조직은 저 열전도성을 가지는, 알루미늄, 크롬 및 질소(예, 질화 알루미늄 크롬)을 포함하는 하나 이상의 코팅층과 고 열전도성을 가지는, 티타늄, 알루미늄 및 질소(예, 질화 티타늄 알루미늄)을 포함하는 하나 이상의 층을 포함하는 다중층 구조를 가진다. 이들 두 코팅층, 즉 질화 알루미늄 크롬 및 질화 티타늄 알루미늄을 이용하여, 특정한 배열(또는 구조)에서, 절삭 인서트-칩 계면으로부터 아래로 기판 및 코팅-기판 계면으로의 열 전달을 감소(또는 최소화)시킨다.
더욱 상세하게는, 질화 알루미늄 크롬 상부 코팅층의 이용은, 질화 알루미늄 크롬의 저 열전도성으로 인하여, 절삭 인서트-칩 계면으로부터 기판 및 코팅-기판 계면으로의 열의 전달을 방해한다. 그 결과, 열의 일부는 칩 내에 남아 있고, 코팅 내로 및 코팅을 통하여 그리고 기판 및 코팅-기판 계면 내로 지나가지 않는다. 따라서, 저 열전도성을 가지는 상부 코팅의 이용이 장점을 제공한다는데 공감하지만, 절삭 에지에서의 열의 과도한 집중이 절삭 에지에서 공구 손상을 유발하기 때문에, 그러한 층 자체의 이용은 불리할 수 있다.
저 열전도성을 가지는 상부 코팅층으로 인한 절삭 에지에서의 과도한 열의 존재를 극복하기 위하여, 코팅 조직은, 질화 알루미늄 크롬층 밑에, 고 열전도성을 가지는, 질화 티타늄 알루미늄의 하부 코팅층을 가질 수 있다. 하부 코팅층은 열을 상부 코팅층에 방출시켜서, 열은 질화 티타늄 알루미늄 코팅층 내에서 모든 방향으로(예를 들어, 표면에 평행할 뿐만 아니라 수직한 방향으로) 퍼질 것이다. 그러한 열 방출(또는 열의 공간 분포)은 절삭 에지에서 열의 과도한 집중을 없앤다.
열 전달이 상부 코팅층으로부터 최내측 코팅층으로 연속하여 진행하기 때문에, 다중층-나노층 코팅 배열(또는 코팅 구조) 내의 코팅층은 질화 알루미늄 크롬 코팅층이 열 전달을 방해하거나 차단하고, 질화 티타늄 알루미늄 코팅층은 열을 방출하거나 멀리 퍼지게 하도록 한다. 선택적으로 열 전달을 차단하거나 열을 방출하는 기능을 하는 코팅의 결과는 기판 내에서 및 코팅-기판 계면에서 열을 감소시킨다. 또한, 기판과 베이스층 사이에서, 저 열전도성을 가지는, 또 다른 질화 알루미늄 크롬 베이스 코팅층의 존재는, 열 전달에 대항하여 기판과 코팅-기판 계면을 보호하도록 도모한다. 기판 및 코팅-기판 계면으로의 열 전달의 감소는 기판 내에서 열 크랙 형성(thermal crack formation)을 감소(또는 최소화)시키거나 지연시킨다. 기판 내에서의 열 크래킹의 지연 또는 감소는 전형적으로 절삭 인서트의 유효 수명을 증가시킨다.
도 2는 본 발명의 40으로 전체적으로 표시된 내마모성 코팅 조직의 특정 구체예에서 단면 형상을 설명한다. 물리적 기상 증착법(PVD)은 코팅 조직(40)을 적용하는 데 이용되는 기술이다. 내마모성 코팅 조직(40)는 알루미늄, 크롬 및 질소를 포함하는 하부층(42)을 포함한다. 코팅 조직(40)은 알루미늄, 크롬 및 질소를 포함하는 상부층(46)을 더 포함한다. 하부층(42) 및 상부층(46) 각각은 상기에 검토된 바와 같은 저 열전도성을 나타낸다. 또한 코팅 조직(40)은, 티타늄, 알루미늄, 크롬 및 질소를 포함하는, 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직(괄호 44를 참조)을 포함한다. 내마모성 코팅 조직(40)은 약 1500 나노미터 내지 약 15,000 나노미터의 코팅 두께(A)를 가진다. 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직에서의 상이한 코팅층들은 상이한 열전도성을 가지는 상이한 조성물일 수 있다. 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직에서 코팅층들을 선택적으로 배열함으로써, 선택적으로 열 전달을 차단하거나 열을 방출하여 기판 내에서 그리고 코팅-기판 계면에서 열을 감소시키도록 기능하는 코팅 구조를 이룰 수 있다.
또한 코팅 조직은 하부층(42)의 맨 위에 있는 하부 전이 코팅층(43)을 포함한다. 하부 전이 코팅층(43)은 하부층(42)과 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직(44) 사이에 전이를 제공한다. 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직(44)과 상부층(46) 사이에 전이를 제공하는 상부 전이 코팅층(45)이 있다.
이러한 특정 구체예에서, 하부층(42)은 기판에 가장 가깝고, 상부층(46)은 기판에서 가장 멀다. 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직(44)은 하부 전이 코팅층(43)과 상부 전이 코팅층(45)의 매개이다. 다른 하부층(또는 다중 코팅층)이 하부층(42)과 기판의 표면 사이에 위치할 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한 상부 코팅층(또는 다중 코팅층의 상부 코팅층 조직)이 상부층(46)의 맨 위에 있을 수 있다는 것을 알아야 한다.
하부층(42)은 약 20 나노미터 내지 약 500 나노미터의 범위를 가지는 하부층 두께(B)를 보여 준다. 상부층(46)은 약 300 나노미터 내지 약 2000 나노미터의 범위를 가지는 상부층 두께(D)를 보여 준다. 더 바람직하게, 상부층(46)의 두께는 500 나노미터보다 커서 최적의 열 장벽을 이룬다. 하부층(42)은 (AlaCr1 -a)N의 조성물을 가지는데, 여기에서 0.2 ≤ a ≤ 0.7이고 더 바람직한 조성물에서는 0.5 ≤ a ≤ 0.69이다. 상부층(46)은 (AlaCr1 -a)N의 조성물을 가지는데, 여기에서 0.2 ≤ a ≤ 0.7이고 더 바람직한 조성물에서는 0.5 ≤ a ≤ 0.69이다.
매개 다-주기성 나노층 코팅 조직(44)와 관련하여, 그것은 복수의 세트의 교번층 배열(괄호 50, 52, 54, 56, 58, 60 및 62를 참조)을 포함한다. 괄호 50의 것과 같은 교번층 배열의 수는 절삭 인서트의 특정 응용에 따라 변할 수 있다는 것을 알아야 한다. 다른 교번층 배열을 나타내는 교번층 배열(50)과 관련하여, 배열(50)은 티타늄, 알루미늄 및 질소를 포함하는 베이스층(64)을 포함한다. 교번층 배열(50)은 나노층 영역(괄호 66을 참조)을 더 포함한다.
도 2A를 참조하면, 나노층 영역(66)은 복수의 세트의 교번 나노층(68, 70, 72, 74, 76 및 78)을 포함하는데, 여기에서 하나의 나노층(82)은 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함하고, 또 다른 나노층(84)은 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함한다. 한 나노층(82)에서의 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소의 함량은, 원소들 중 적어도 하나에 있어서, 다른 나노층(84)에서의 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소의 함량과 다를 수 있고 전형적으로 상이하다. 일부 경우에, 하나의 나노층의 크롬 함량은 거의 0이거나 0과 같다. 그러한 경우에, 하나의 나노층은 (TiyAl1 -y)N의 조성물을 가지는데 여기에서 0.2 ≤ y ≤ 0.65이며, 다른 나노층은 (TipAlqCr1-(p+q))N의 조성물을 가지는데 여기에서 0.2 ≤ p ≤ 0.5 및 0.01 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) < 1(더 바람직하게는 0.3 ≤ p ≤ 0.5 및 0.2 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) < 1)이다. 크롬이 두 나노층에 존재하는 그러한 경우에, 나노층 영역 내의 교번 나노층의 세트의 하나의 나노층은 (TiyCrxAl1 -(x+y))N을 포함하는데 여기에서 0 < x ≤ 0.15 및 0.2 ≤ y ≤ 0.65이며, 나노층 영역 내의 교번 나노층의 세트의 다른 나노층은 (TipAlqCr1 -(p+q))N을 포함하는데 여기에서 0.2 ≤ p ≤ 0.65 및 0.01 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) <1이다.
나노층 영역(66)은 약 100 나노미터 내지 약 900 나노미터와 동일한 나노층 영역 두께(F)를 가진다. 또한, 각 세트의 교번 나노층(68, 70, 72, 74, 76, 78)에서 그 안의 교번 나노층(82, 84)은 약 2 나노미터 내지 약 50 나노미터의 범위를 가지는 주기성을 가진다. 베이스층(64)은 약 100 나노미터 내지 약 500 나노미터의 범위를 가지는 베이스층 두께(G)를 가진다. 베이스층(64)은 (TiyAl1 -y)N의 조성물을 가지며, 0.2 ≤ y ≤ 0.65, 더 바람직하게는 0.3 ≤ y ≤ 0.6이다. 베이스층 두께(G)는 나노층 영역 두께(F)보다 작다.
하부 전이 코팅층(43)과 관련하여, 이 코팅층(43)은 영역(66)과 같은 복수의 세트의 교번 나노층을 포함한다. 하나의 하부 전이 나노층은 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함하고, 또 다른 하부 전이 나노층은 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함한다. 하나의 하부 전이 나노층에서의 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소의 함량은, 원소들 중 적어도 하나에 있어서, 다른 하부 전이 나노층에서의 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소의 함량과 다를 수 있고 전형적으로 다르다. 일부 경우에, 하나의 하부 전이 나노층의 크롬 함량은 거의 0 이거나 0과 같다. 그러한 경우에, 하나의 하부 전이 나노층은 (TiyAl1 -y)N의 조성물을 가지는데 여기에서 0.2 ≤ y ≤ 0.65이며, 다른 하부 전이 나노층은 (TipAlqCr1 -(p+q))N의 조성물을 가지는데 여기에서 0.2 ≤ p ≤ 0.5 및 0.01 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) < 1(더 바람직하게는 0.3 ≤ p ≤ 0.5 및 0.2 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) < 1)이다. 크롬이 두 하부 전이 나노층에 존재하는 그러한 경우에, 하나의 하부 전이 나노층은 (TiyCrxAl1 -(x+y))N을 포함하는데 여기에서 0 < x ≤ 0.15 및 0.2 ≤ y ≤ 0.65이며, 다른 하부 전이 나노층은 (TipAlqCr1 -(p+q))N을 포함하는데 여기에서 0.2 ≤ p ≤ 0.65 및 0.01 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) <1이다. 하부 전이 코팅층의 두께는 약 50 나노미터 내지 약 200 나노미터의 범위를 가진다. 또한, 각 세트의 교번 나노층에서, 그 안의 교번 나노층은 약 2 나노미터 내지 약 50 나노미터의 범위를 가지는 주기성을 가진다.
상부 전이 코팅층(45)과 관련하여, 이 코팅층(45)은 영역(66)과 같은 복수의 세트의 교번 상부 전이 나노층을 포함한다. 하나의 상부 전이 나노층은 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함하고, 또 다른 나노층은 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함한다. 하나의 상부 전이 나노층에서의 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소의 함량은, 원소들 중 적어도 하나에 있어서, 다른 상부 전이 나노층에서의 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소의 함량과 다를 수 있고 전형적으로 다르다. 일부 경우에, 하나의 상부 전이 나노층의 크롬 함량은 거의 0이거나 0과 같다. 그러한 경우에, 하나의 상부 전이 나노층은 (TiyAl1 -y)N의 조성물을 가지는데 여기에서 0.2 ≤ y ≤ 0.65이며, 다른 상부 전이 나노층은 (TipAlqCr1 -(p+q))N의 조성물을 가지는데 여기에서 0.2 ≤ p ≤ 0.5 및 0.01 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) < 1(더 바람직하게는 0.3 ≤ p ≤ 0.5 및 0.2 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) < 1)이다. 크롬이 두 상부 전이 나노층에 존재하는 그러한 경우에, 하나의 상부 전이 나노층은 (TiyCrxAl1 -(x+y))N을 포함하는데 여기에서 0 < x ≤ 0.15 및 0.2 ≤ y ≤ 0.65이며, 다른 상부 전이 나노층은 (TipAlqCr1 -(p+q))N을 포함하는데 여기에서 0.2 ≤ p ≤ 0.65 및 0.01 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) <1이다. 상부 전이 코팅층의 두께는 약 50 나노미터 내지 약 200 나노미터의 범위를 가진다. 또한, 각 세트의 교번 나노층에서, 그 안의 교번 나노층은 약 2 나노미터 내지 약 50 나노미터의 범위를 가지는 주기성을 가진다.
하부층(42)은 하부층 열전도성을 가진다. 베이스층(64)은 베이스층 열전도성을 가진다. 하부층 열전도성은 베이스층 열전도성보다 작다. 상부층(46)은 상부층 열전도성을 가지는데, 여기에서 상부층 열전도성은 베이스층 열전도성보다 작다.
내마모성 코팅 조직의 조성물에 관하여, 하부층 및 상부층 및 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직 중 임의의 하나 이상은, 이미 언급한 금속 원소에 더하여 또는 그에 대신하여, 그 각각이 주기율표의 그룹 IVb, Vb 및 VIb으로부터의 금속 및 실리콘 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 더 상세하게는, 하부층 및 상부층 및 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직 중 임의의 하나 이상은, 티타늄, 크롬, 및 알루미늄에 더하여 또는 그에 대신하여, 그 각각이 텅스텐, 바나듐, 몰리브덴, 니오븀 및 실리콘 중 하나 이상을 더 포함한다.
탄소가 하부층, 상부층 및 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 위한 상기 조성물 내의 질소에 첨가될 수 있다는 것을 알아야 한다. 그러한 경우에, 하부층은 (AlaCr1-a)CsNt의 조성물을 가지며, 여기에서 0.2 ≤ a ≤ 0.7 (더 바람직하게는 0.5 ≤ a ≤ 0.69), 및 s + t = 1이다. 상부층은 (AlaCr1 -a)CsNt의 조성물을 가지며, 여기에서 0.2 ≤ a ≤ 0.7 (더 바람직하게는 0.5 ≤ a ≤ 0.69) 및 s + t = 1이다. 교번층 배열(예, 50)의 세트와 관련하여, 베이스층은 (TiyAl1 -y) CsNt의 조성물을 가지며, 여기에서 0.2 ≤ y ≤ 0.65 (더 바람직하게는 0.3 ≤ y ≤ 0.6) 및 s + t = 1이다. 하나의 나노층(예, 세트 68 내의 나노층(82))이 크롬을 포함하지 않고 다른 나노층(예, 세트 68 내의 나노층 (84))이 크롬을 포함하는 경우에, 하나의 나노층은 (TiyAl1 -y)CsNt의 조성물을 가지는데 여기에서 0.2 ≤ y ≤ 0.65(더 바람직하게는 0.3 ≤ y ≤ 0.6) 및 s + t = 1이고, 다른 나노층은 (TipAlqCr1 -(p+q))CsNt의 조성물을 가지는데 여기에서 0.2 ≤ p ≤ 0.5 및 0.01 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) < 1(더 바람직하게는 0.3 ≤ p ≤ 0.5 및 0.2 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) < 1) 및 s + t =1이다. 두 나노층이 크롬을 포함하는 또 다른 경우에서, 나노층 영역 내의 교번 나노층의 세트의 하나의 나노층은 (TiyCrxAl1 -(x+y))CsNt을 포함하는데 여기에서 0 < x ≤ 0.15 및 0.2 ≤ y ≤ 0.65 및 s + t = 1이고, 나노층 영역 내의 교번 나노층의 세트의 나머지 하나의 나노층은 (TipAlqCr1 -(p+q))CsNt을 포함하는데 여기에서 0.2 ≤ p ≤ 0.5 및 0.01 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) < 1 및 s + t = 1이다. 다른 경우에, 크롬은 두 나노층 사이에서 상이할 수 있다는 것을 알아야 한다.
내마모성 코팅 조직이 탄소 및/또는 질소 이외에 비-금속 성분을 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다. 이 점에 있어서, 내마모성 코팅 조직은 알루미늄 및 크롬 및 X를 포함하는 하부층과, 알루미늄 및 크롬 및 X를 포함하는 상부층을 포함한다. 하부층은 기판에 가장 가깝고 상부층은 기판에서 가장 멀다. 내마모성 코팅 조직은 하부층과 상부층의 매개인 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 더 포함한다.
또한, 내마모성 코팅 조직이 탄소 및/또는 질소 이외에 비-금속 성분을 포함할 수 있는 경우에, 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직은 티타늄, 알루미늄, 크롬 및 X를 포함한다. 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직은 복수의 교번층 배열을 포함하는데, 여기에서 교번층 배열의 각각은 티타늄, 알루미늄 및 X를 포함하는 베이스층과, 교번 나노층을 포함하는 나노층 영역을 포함하며, 여기에서 하나의 나노층은 티타늄, 알루미늄, 크롬 및 X를 포함하고 또 다른 나노층은 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 X를 포함한다. 이러한 코팅 배열에서 그리고 코팅층 모두에서, X는 다음의 질소, 탄소, 붕소, 탄소와 질소, 붕소와 질소, 탄소와 붕소와 질소, 질소와 산소, 탄소와 산소, 붕소와 산소, 탄소와 질소와 산소, 붕소와 질소와 산소, 및 탄소와 붕소와 질소와 산소 중 임의의 하나를 포함할 수 있다.
표 1은 도 2 및 2A에 제시된 코팅 조직의 전형적인 치수를 제시한 것이다.
도 2 및 2A의 코팅 조직에서의 일반적인 치수
치수 설명 예(나노미터) 범위(나노미터)
A* 코팅 조직의 전체 두께 5120 1500-15,000
B 하부층(42)의 두께 200 20-500
C* 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직(44)의 두께 4160 1000-11,000
D 상부층(46)의 두께 600 300-2000
E 교번층 배열(50)의 두께
[나노층 영역(66)과 베이스층(64)의 합동 두께]		 520 200-1400
F 나노층 영역(66)의 두께 350 100-900
G 베이스층(64)의 두께 170 100-500
H 교번 나노층 한 쌍(68)의 두께 4** 2-50
I 하나의 나노층(82)의 두께 1.3** 1-16
J 나머지 나노층(84)의 두께 2.7** 1-34
X 하부 전이 코팅층(43)의 두께 80 50-200
Y 상부 전이 코팅층(45)의 두께 80 50-200
* 코팅 조직의 전체 두께(A)는, 반복된 층들의 수를 변화시킴으로써 조절될 수 있는, 매개 다-주기성 층(C)의 두께를 조절함으로써 제어될 수 있다.
** 투과 전자 현미경(TEM) 분석법에 의하여 측정.
도 3은 코팅된 절삭 인서트의 코너 절삭 에지를 보여 주는 본 발명의 코팅 조직(신규 시편 번호 1)의 특정 구체예의 광학 현미경을 통하여 얻은 현미경 사진(10 ㎛ 단위)이다. 기판은, 약 10.5 중량 퍼센트 코발트, 약 6.3 중량 퍼센트 탄탈륨, 약 5.4 중량 퍼센트 티타늄, 및 약 3.1 중량 퍼센트 니오븀의 조성물을 가지고 나머지가 탄화 텅스텐 입자인 초경합금(코발트)을 포함한다. 기판은 다음 성질을 가진다: 입방 센티미터 당 약 12.3 그램과 같은 밀도(ASTM B311의 과정에 따라 측정됨), 약 180 에르스텟(oersted)과 같은 보자력(coercive force)(HC)(ASTM B887에 따라 측정됨), 약 1-6 마이크로미터와 같은 입자 크기(ASTM B390의 비교 차트에 의하여 결정됨), 및 약 91.5 로크웰(Rockwell) A와 같은 경도. 도 3은 내마모성 코팅 조직이 약 200 나노미터와 같은 두께를 가지며 알루미늄 및 크롬 및 질소의 조성물을 가지는 하부층을 포함한다는 것을 보여 준다. 또한 내마모성 코팅 조직은 약 600 나노미터와 같은 두께를 가지며 알루미늄 및 크롬 및 질소의 조성물을 가지는 상부층을 가진다.
다시 도 3을 참조하면, 내마모성 코팅 조직은 또한 상부 전이층 및 하부 전이층의 매개인 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 가진다. 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직은 복수의 교번층 배열을 포함하는데, 여기에서 교번층 배열의 각각은 티타늄, 알루미늄 및 질소를 포함하는 베이스층과 교번 나노층을 포함하는 나노층 영역을 포함하며, 여기에서 하나의 나노층은 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함하고 또 다른 나노층은 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함한다.
여덟개가 있는 각각의 교번층 배열에서, 베이스층은 약 170 나노미터의 두께를 가지며, 나노층 영역은 약 350 나노미터와 같은 두께를 가진다. 내마모성 코팅 조직의 총 두께는 약 5120 나노미터(즉, 200nm + 80nm + 8x(170nm +350nm ) + 80nm + 600nm)와 같다. 나노층 영역에서, 교번 나노층의 각 세트의 총 두께는 약 4 나노미터와 같아서, TiAlCrN 영역(Cr-부족)과 AlCrTiN 영역(Cr-풍부)의 총 두께가 약 4 나노미터와 같다. TiAlCrN 영역(Cr-부족)과 AlCrTiN 영역(Cr-풍부)의 두께의 비율, 즉, TiAlCrN 영역(Cr-부족):AlCrTiN 영역(Cr-풍부)은 약 2:1과 같다.
도 4는 신규 시편 번호 1의 나노층 영역에서 투과 전자 현미경(TEM)을 통하여 얻은 현미경 사진(10 nm 단위)이다. 신규 시편 번호 1의 나노층 영역의 화학적 성질이 표 2에 제시되어 있다.
원자 비율에서 신규 시편 번호 1의 나노층 영역의 단원소 금속 조성물
영역/원소 TiAlCrN 영역(Cr-부족)
(원자 비율)		 AlCrTiN 영역(Cr-풍부)
(원자 비율)
알루미늄 0.483 0.519
티타늄 0.494 0.354
크롬 0.023 0.127
도 4A는 내마모성 코팅 조직의 신규 시편 번호 1의 면심 입방(FCC) 결정 구조를 보여 주는 TEM을 통하여 얻은 선택된 영역 회절 패턴이다. 이는 회절 패턴의 고리의 특징적인 상대 직경으로부터 명백하다.
도 5는 두 개의 면심 입방(FCC) 결정 구조의 존재를 보여 주는 신규 시편 번호 1의 내마모성 코팅 조직의 x-레이 회절 패턴이다. 계수는 수직축을 따라 제시되어 있고, 위치(2 쎄타)는 수평축을 따라 제시되어 있다.
코팅 조직의 응용에 유용한 하나의 바람직한 코팅 장치가 유럽 특허 번호 제 1 186 681호에는 물론이고 Seeli 등의 미국 특허 번호 제 7,025,863호에 나타나 있고 설명되어 있다. 이들 특허 문서 각각은 본 명세서에 참고로서 병합되어 있다.
상기 언급한 PVD 시스템에 의한 본 발명의 내마모성 코팅 조직의 특정 구체예의 응용과 관련하여, 다중층 Ti-Al-(X)-N/Al-Cr-(X)-N-코팅의 증착을 Oerlikon Balzers Coating 회사의 산업 코팅 시스템(Type RCS, INNOVA)을 이용하여 실시하였다. 이 코팅 시스템에 대한 설명은, 유럽 특허 번호 제 1 186 681호에서, 컬럼 7, 라인 18 내지 컬럼 9, 라인 25에서의 문구 설명과 함께 도 3 내지 6에 설명되어 있는데, 여기에서 상기 유럽 특허가 본 명세서에 참고로서 병합되어 있다. 상기 유럽 특허에 대응하는 미국 특허는 Seeli 등의 미국 특허 번호 제 7,025,863 호이고, 대응하는 문구는 컬럼 6, 라인 22 내지 컬럼 7, 라인 54이며, 상기 미국 특허는 본 명세서에 참고로서 병합되어 있다.
이들 코팅 세정 부분(coating cleaned parts)을 생산하기 위하여, 특히 그것들의 직경과 관련된 탄화물 인서트를, 이중 또는 삼중 회전을 이용하여, 기판 캐러셀(carousel), 및 코팅 챔버의 측벽 상의 여섯개의 음극 아크 소스(cathodic arc source) 내에 위치한 네 개의 융용 야금학적으로 제조된 Ti-Al-타겟 및 두 개의 분말 야금학적으로 제조된 Al-Cr-(X)-타겟 상에 장착하였다. 타겟의 배열의 기하학적 구조는, 서로 마주 보고 정렬되는 두 개의 히팅 시그먼트(segment)는 세개의 연속적인 정렬된 아크 음극을 가지는 두 개의 시그먼트 그룹을 분리하는, RCS(Oerlikon Balzers) 코팅 시스템의 팔각형 레이아웃(layout)에 의하여 주로 정의되어 있다. 본 실험에서, Al-Cr-타겟을 하나의 시그먼트의 각 중간 위치에서 맞은 편에 장착하였으나, 주요한 다양한 타겟 배열에서는 이러한 종류의 코팅의 증착에 이용될 수 있다. 기하학적으로 등가의 위치에서의 적어도 두 개의 아크 음극은 이러한 코팅을 증착하는데 이용되어야 한다.
연속해서, 코팅되어야 할 부분을, 코팅 시스템에서 영구히 장착되는 방사 히터를 이용하여, 약 500℃에까지 가열하였다. 가열 단계 후에, 그 부분의 표면을 0.2Pa의 압력에서 아르곤 분위기에서 -100 내지 -250V의 DC 바이어스 전압을 이용하여 아르곤 에칭에 의하여 세정하였다.
다음에 두 개의 Al-Cr-소스를, 약 18분 동안 3 kW의 전력 및 -40V의 기판 바이어스 전압을 이용하여, 약 0.2μm의 두께를 가지는 Al-Cr-N 하부층을 형성하는데 사용하였다. 이어서, 두 개의 Al-Cr 타겟과 네 개의 Ti-Al 타겟을 이용하여 2분 동안 하부 Ti-Al-Cr-N 전이층을 증착하였다. 후에, 교번층 배열 코팅을 증착하였는데, 이 때, 첫번째로, 대략 5 kW의 전력에서 4개의 Ti-Al-소스를 약 5분 동안에 이용하였고, 두 번째로, 두 개의 Al-Cr-소스를 Ti-Al-Cr-N층이 형성된 4개의 연속하는 Ti-Al-소스로 추가적으로 전환하였다. 모두 6개 소스가 함께 약 7분 동안 작동하였다. 기존의 구체예에서 이러한 층 패키지를 여러 번 반복하여 완성된 매개 다-주기성 나노층의 주어진 코팅 두께를 얻었다. 이어서, 2개의 Al-Cr 타겟과 4개의 Ti-Al 타겟을 이용하여 2분 동안 상부 Ti-Al-Cr-N 전이층을 증착하였다. 마지막에, 하부층에서와 동일한 파라미터 및 약 60분의 코팅 시간을 이용하여, 다시, 0.6μm 두께의 Al-Cr-N 상부층을 증착하였다. 모든 코팅을 약 3 Pa의 압력 및 약 -40V의 바이어스 전압에서 질소 분위기에서 증착하였다. 일반적으로, 각 단층을 위한 작동 압력은 0.5 내지 8 Pa, 바람직하게는 0.8 내지 5Pa의 범위에 있을 수 있다. 질화물의 증착을 위하여, 순수한 질소 분위기 또는 질소와 아르곤 같은 비활성 기체(noble gas)의 혼합물이 이용될 수 있는데, 반면에 질소와 탄소를 포함하는 기체의 혼합물이 탄질화물의 증착을 위하여 이용될 수 있다. 또한 산소 또는 붕소를 포함하는 막의 생산을 위하여, 산소 또는 붕소를 포함하는 기체가 코팅 과정에 혼합될 수 있다.
다음 실시예들은 본 발명의, 코팅된 절삭 인서트는 물론 내마모성 코팅 조직의 유용성 및 성능을 입증한다.
테스트 1은 실험 1 내지 6이라 라벨을 붙인 6개의 코팅된 절삭 인서트의 테스트를 포함한다. 실험 1 내지 5는 시중에서의 실제 최첨단의 코팅된 절삭 인서트를 나타낸다. 실험 6은 신규한 코팅된 절삭 인서트이다. 테스트 1은 기하학 구조:SDPT1204PDSRGB2의 초경합금(cemented carbide) 인서트를 이용하여 합금 강에서의 고속 정면 밀링의 성능을 비교한다. 워크피스(workpiece) 물질은 합금 강 4140(DIN 1.7225, 42CrMo4)이다. 절삭 파라미터는 아래에 제시되어 있다: 절삭 속도 vc = 300 m/분; 공급 속도 fz= 0.2 mm/톱니(tooth); 컷 깊이ap = 4 mm; 컷 너비 ae = 61 mm; 통과 길이 l = 610 mm; 냉각제: 건조; 및 마모 기준: vb , max = 0.3mm. 테스트 결과는 아래 표 3에 제시되어 있다.
테스트 1에서 합금 강에서 고속 정면 밀링(high speed face milling)에서의 테스트 결과
실험 번호/코팅 설명 코팅 두께[μm] 통과 회수*
1 TiN + TiCN + TiN (PVD TiCN 기반) 3.5 4
2 TiN + AlTiN + TiN (PVD AlTiN 기반) 4.0 1
3 TiN + TiCN + CVD-카파-Al2O3 6.5 3.5
4 TiN + TiCN + CVD-알파-Al2O3 6.1 5
5 TiN + TiCN + Al2O3 + TiN (CVD) 9.9 4.5
6 AlCrN +TiAlN/AlCrN-다중층 + AlCrN 5.0 9.5
* vb , max = 0.3 mm의 마모성 기준에서
테스트 1은 고속 절삭 적용에서 코팅된 초경합금 인서트의 수명의 비교를 보여 준다. 이들 결과는 신규한 코팅된 절삭 인서트(즉, 실험 6)가 실험 1 상업용 공구 기준에 비교되는 2개보다 더 큰 요소에 의한 수명의 증가를 보여 준다.
테스트 2는 5개의 코팅된 절삭 인서트(실험 7 내지 11)의 테스트를 포함하는데, 여기에서 실험 번호 7은 신규한 코팅된 절삭 인서트이다. 실험 8-11은 위에 다른 코팅 조직을 가지는 코팅된 절삭 인서트를 나타낸다. 실험 7 내지 11의 타겟 조성물, 코팅, 두께, 부착력 및 미세경도는 표 4에 제시되어 있다. 타겟 전원, 기판 바이어스 전압, 작업 압력 및 증착 온도와 같은 공정 파라미터가 표 5에 나타나있다. 테스트 2는 다음의 기하학 조직: SDPT1204PDSRGB2의 초경합금 인서트를 이용하는 합금 강에서의 고속 정면 밀링을 포함한다. 워크피스 물질은 합금 강 4140(DIN 1.7225, 42CrMo4)이다. 절삭 파라미터는 다음과 같다: 절삭 속도 vc = 300 m/분; 공급 속도 fz= 0.2 mm/톱니; 컷 깊이ap = 4 mm; 컷 너비 ae = 61 mm; 통과 길이 l = 610 mm; 냉각제: 건조; 및 마모 기준: vb , max = 0.3mm. 테스트 2에서의 테스트 결과는 하기 표 6에 제시되어 있다.
타겟 조성물 및 결과의 코팅 성질

실험 번호		 타겟 조성물
코팅 두께 [㎛]
부착력*		 미세-경도 [HV0.03]
타겟 1 타겟 2
Al(%) Cr(%) Ti(%) Al(%) X(%)
7 70 30 50 50 - 5 HF1 2609
8 70 30 50 50 - 4.9 HF1 2690
9 70 30 45 45 Si =10 4.8 HF1 2635
10 70 30 20 65 Cr =15 5.1 HF1 2846
11 70 30 42.5 42.5 Cr =15 4.9 HF1 2466
* 독일 연방 기술자 가이드라인 VDI3198 및 VDI3824-4에 따라서 측정됨
실험 과정 파라미터
실험 번호 P타겟1 [kW] P타겟2 [kW] U기판
[V]		 pN2
[Pa]		 온도
[℃]
7 3 5 -40 3 500
8 3 5 -40 3 500
9 3 5 -40 3 500
10 3 3 -40 3 500
11 3 5 -40 3 500
테스트 2에서 합금 강에서의 고속 정면 밀링에서의 테스트 결과
실험 번호/코팅 설명 코팅 두께 [μm] 통과 횟수***
7 AlCrN +TiAlN/AlCrN-다중층 + AlCrN * 5 9.5
8 AlCrN + TiAlN/AlCrN-다중층 + AlCrN** 5 5
9 AlCrN + TiAlSiN/AlCrN-다중층 + AlCrN 5 7
10 AlCrN + AlTiCrN/AlCrN-다중층 + AlCrN 5 8
11 AlCrN + TiAlCrN/AlCrN-다중층 + AlCrN 5 5.5
* 실험 7에서의 코팅은 실험 6에서의 코팅과 같다.
** 실험 8에서는 4개의 AlCr 타겟과 2개의 TiAl 타겟이 이용되며, 반면에 실험 7에서는 2개의 AlCr 타겟과 4개의 TiAl 타겟이 이용된다.
*** vb , max = 0.3 mm의 마모 기준에서
실험 7 내지 11에서 다양한 타겟 물질을 이용하여 상이한 종류의 다중층 코팅을 증착하였음은 명백하다. 기준 코팅(실시예 1의 실험 1을 참조)에 비하여 향상이 이미 관찰될 수 있었으나, 본 발명(실험 7)에서 기술된 코팅이 가장 유망한 성능을 보여 주었다.
테스트 3은 탄소강에서의 정면 밀링에서 2개의 코팅된 절삭 인서트(즉, 실험 12 및 13)의 테스트를 포함한다. 코팅된 절삭 인서트는 기하학 구조:SDMT1205PDR-HQ-M를 가진 초경합금 인서트이었다. 워크피스 물질은 탄소 강 1045(DIN 1.1191, Ck45)이었다. 절삭 파라미터는 다음과 같다: 절삭 속도 vc = 350 m/분; 공급 속도 fz= 0.2 mm/톱니; 컷 깊이 ap = 4 mm; 냉각제: 건조; 및 마모 기준: vb , max = 0.3mm. 표 7은 테스트 결과를 나타낸다.
테스트 3에서 탄소 강에서의 정면 밀링에서의 테스트 결과
실험 번호/ 코팅 설명 수명[분] 노치(Notch) 마모[mm] 코너 마모 [mm]
12 AlCrN +TiAlN/AlCrN-다중층 + AlCrN * 21.6 0.29 0.14
13 TiN + TiAlN** 8.2 0.31 0.14
* 실험 12에서의 코팅은 실험 6 및 7에서의 것과 같다.
** 시중에서 이 공구로 얻을 수 있는 최신식 코팅
테스트 3에서, 본 발명의 코팅된 절삭 인서트(실험 12)를 최신식 코팅된 절삭 인서트(실험 13)에 대하여 테스트하였다. 상당한 2.6배의 수명 증가가 이 절삭 테스트에서 관찰될 수 있었다. 최대 마모는 공구 플랭크 상에서 노치 마모로서 관찰되었다.
테스트 4는 기하학 구조: SDMT1205PDR-HQ-M의 초경합금 인서트를 이용한 합금 강에서의 정면 밀링에서의 3개의 코팅된 절삭 인서트(실험 14-16)의 테스트를 포함한다. 워크피스 물질은 합금 강 4140(DIN 1.7225, 42CrMo4)이었다. 절삭 파라미터는 다음과 같다: 절삭 속도 vc = 180 m/분; 공급 속도 fz= 0.2 mm/톱니; 컷 깊이 ap = 4 mm; 냉각제: 건조; 및 마모 기준: vb , max = 0.3mm. 표 8은 테스트 4의 결과를 나타낸다.
테스트 4의 합금 강에서 정면 밀링에서의 테스트 결과
실험 번호/ 코팅 설명 수명
[분]		 노치 마모 [mm] 코너 마모 [mm]
14 AlCrN +TiAlN/AlCrN-다중층 + AlCrN* 11.9 0.286 0.3
15 TiN + TiAlN** 6.2 0.314 0.3
16 TiN + TiAlN** 6.3 0.266 0.3
* 실험 14에서의 코팅은 실험 6, 7 및 12에서의 코팅과 같다.
** 시장에서 이 공구로 얻을 수 있는 최신식 코팅
테스트 4의 결과는, 시중에서 이러한 종류의 인서트로 얻을 수 있는 표준 코팅(실험 15 및 16)에 대하여 본 발명의 코팅된 절삭 인서트(즉, 실험 14)의 비교를 다시 보여 준다. 이 테스트는 보통의 절삭 속도에서 실시하였다. 실험 16과 비교하여 89 퍼센트(89%)의 성능 증가가 검출될 수 있었다. 이 테스트에서 최대 마모는 절삭 공구의 코너에서 관찰될 수 있었다.
테스트 5는 KSEM 스타일 모듈식 초경합금 드릴링 인서트를 이용하여 Gray Cast Iron에서 중간 고속 드릴링에서의 4개의 코팅된 절삭 인서트의 테스트를 포함한다. 워크피스 물질은 Class 40 Gray Cast Iron (~250 BHN)이었다. 절삭 파라미터는 다음과 같았다: 절삭 속도 vc = 198 m/분; 공급 속도 fz= 0.35 mm/톱니; 드릴 직경 = 12.5 mm; 홀 깊이 = 62 mm; 냉각제: Castrol Syntilo 합성 에멀젼, 15 bar의 압력의 공구 냉각을 통한 운반 모드에서. 마모 기준은 vb , max = 0.38 mm이었다. 그 결과가 하기 표 9에 제시되어 있다.
테스트 5에서 중간 고속 드릴링에서 테스트 결과
실험 번호/코팅 설명 절삭 길이[m] 코너 마모 [mm]
17 AlCrN +TiAlN/AlCrN-다중층 + AlCrN 73.9 0.5
18 TiN + TiAlN 45.4 0.74
19 AlTiN 45.4 0.75
20 TiN / TiAlN 나노층 34.1 0.73
테스트 5의 결과는 시중에서 드릴링을 위한 이러한 종류의 모듈식 인서트로 얻을 수 있는 표준 코팅(실험 18-20)에 대한 신규한 코팅된 절삭 인서트(실험 17)의 비교를 다시 보여 준다. 이 테스트는 중간 고 절삭 속도에서 실시하였다. 63 퍼센트(63%)에 가까운 성능 증가가 검출될 수 있었다. 이 테스트에서, 최대 마모는 절삭 공구의 코너에서 관찰될 수 있었다.
본 발명의 내마모성 코팅 조직이 초기 코팅 조직보다 장점을 나타낸다는 것은 명백하다. 특히, 본 발명의 내마모성 코팅 조직은 선택된 코팅 배열 및 코팅 조성물을 이용함으로써 저 열전도성을 나타낸다. 그러한 파라미터는 전체 코팅의 열전도성에 영향을 주고, 따라서 절삭 인서트-칩 계면(또는 접촉 영역 칩-코팅 표면)으로부터 기판 및 코팅-기판 계면으로의 열 전달의 정도에 영향을 준다. 기판 및 코팅-기판 계면으로의 열 전달의 감소는 기판 내에서 열 크랙 형성을 감소(또는 최소화) 또는 지연시킨다. 기판에서의 열 크랙킹의 지연 또는 감소는 전형적으로 절삭 인서트의 유효 수명을 증가시킨다.
더 상세하게는, 질화 알루미늄 크롬 상부 코팅층의 이용이 절삭 인서트-칩 계면으로부터 기판 및 코팅-기판 계면으로의 상당한 양의 열의 전달을 방해하는 것은 명백하다. 한 결과는 많은 열이 칩 내에 남아있다는 것이다. 또 다른 결과는 열 수송이 모든 방향으로(예를 들어, 표면에 수평할 뿐만 아니라 수직한 방향으로) 일어나기 때문에 상부 코팅층으로 전달하는 열은 질화 티타늄 알루미늄 코팅층 내에서 모든 방향으로 퍼질 것이라는 것이다. 이것은 절삭 에지 근처의 상부 코팅-칩 접촉 영역에서 생성되는 열의 집중을 감소시켜, 열을 더 큰 표면 영역으로 방출하고 상부 코팅에서 아래로 기판-코팅 계면으로의 온도를 감소시킨다. 베이스층에서 다중층-나노층 코팅 배열 내의 코팅층의 조합은 열 전달이 선택적으로 차단되거나 기판으로부터 멀리 퍼진다는 것이다. 마침내, 기판과 베이스층 사이의 또 다른 질화 알루미늄 크롬 코팅층의 존재는 열 전달에 대항하여 기판과 코팅-기판 계면을 보호한다.
특정 구체예에 대한 상기 서술은 칩형성 물질 제거 작업에 사용되는 코팅된 절삭 인서트를 주로 강조한다. 그러나, 코팅된 절삭 인서트는 신규한 코팅된 물품의 하나의 특정 구체예일 뿐임을 알아야 한다. 코팅된 물품은, 예를 들어, 마모 성분과 같은 다른 코팅된 물품을 포함하는 것으로 예상된다.
본 명세서에 정의된 특허 및 다른 문서는 본 명세서에 참고로서 병합된다. 본 명세서에서 공지된 본 발명의 명세서 또는 실시를 고려하건대, 본 발명의 다른 구체예는 당해 분야의 기술자들에게 명백할 것이다. 명세서 및 실시예들은 오직 설명을 위한 것으로 의도되며 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 진실한 범위 및 정신은 다음 청구항들로 나타나 있다.

Claims (23)

  1. 칩형성 물질 제거 작업에 이용되는 코팅된 절삭 인서트로서,
    상기 절삭 인서트는 기판 및 내마모성 코팅 조직을 포함하고:
    상기 내마모성 코팅 조직은 티타늄, 알루미늄, 크롬 및 질소를 포함하는 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 포함하며; 그리고
    상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직은 복수의 세트의 교번층 배열을 포함하는데, 상기 교번층 배열의 각각은 티타늄, 알루미늄 및 질소를 포함하는 베이스층 및 복수의 세트의 교번 나노층을 포함하는 나노층 영역을 포함하며, 상기 교번 나노층의 각각의 세트는 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함하는 하나의 나노층, 및 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함하는 또 다른 나노층을 포함하고, 상기 베이스층은 베이스층 두께를 가지며 상기 나노층 영역은 나노층 영역 두께를 가지는데, 상기 베이스층 두께는 상기 나노층 영역 두께보다 작은, 코팅된 절삭 인서트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 베이스층은 (TiyAl1 -y)N(여기에서 0.2 ≤ y ≤ 0.65)을 포함하고; 상기 나노층 영역의 교번 나노층의 세트의 하나의 나노층은 (TiyCrxAl1 -(x+y))N(여기에서 0 < x ≤ 0.15 및 0.2 ≤ y ≤ 0.65)을 포함하며, 상기 나노층 영역의 교번 나노층의 세트의 다른 나노층은 (TipAlqCr1 -(p+q))N (여기에서 0.2 ≤ p ≤ 0.65 및 0.01 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) < 1)을 포함하는 코팅된 절삭 인서트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 내마모성 코팅 조직이,
    알루미늄, 크롬 및 질소를 포함하는 하부층;
    알루미늄, 크롬 및 질소를 포함하는 상부층으로서, 여기에서 상기 하부층은 상기 상부층보다 기판에 더 가까운, 상부층;
    복수의 세트의 교번 하부 전이 나노층을 포함하는 하부 전이 코팅 영역으로서, 여기에서 교번 하부 전이 나노층의 각 세트는 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함하는 하나의 하부 전이 나노층 및 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함하는 또 다른 하부 전이 나노층을 포함하며, 상기 하부 전이 코팅 영역은 상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직과 상기 하부층 사이에 전이를 제공하는, 하부 전이 코팅 영역;
    복수의 세트의 교번 상부 전이 나노층을 포함하는 상부 전이 코팅 영역으로서, 여기에서 교번 나노층의 각 세트는 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함하는 하나의 상부 전이 나노층 및 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함하는 또 다른 상부 전이 나노층을 포함하고, 상기 상부 전이 코팅 영역은 상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직과 상기 상부층 사이에 전이를 제공하는, 상부 전이 코팅 영역; 및
    하부 전이 코팅 영역과 상부 전이 코팅 영역의 매개인 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직;을 더 포함하는, 코팅된 절삭 인서트.
  4. 제3항에 있어서, 상기 하부 전이 코팅 영역은 하부 전이 두께를 가지며, 상기 상부 전이 코팅 영역은 상부 전이 두께를 가지고, 여기에서 상기 하부 전이 두께는 상기 나노층 영역 두께보다 작으며, 상기 상부 전이 두께는 상기 나노층 영역 두께보다 작은 코팅된 절삭 인서트.
  5. 제3항에 있어서, 상기 하부층은 20 나노미터 내지 500 나노미터의 범위를 가지는 하부층 두께를 가지며, 상기 상부층은 300 나노미터 내지 2000 나노미터의 범위를 가지는 상부층 두께를 가지며; 상기 교번층 배열의 각 세트는 200 나노미터 내지 1400 나노미터의 범위의 두께를 가지며; 교번 나노층의 세트는 2 나노미터 내지 50 나노미터의 범위를 가지는 주기성을 가지는 코팅된 절삭 인서트.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 하부층은 (AlaCr1 -a)N을 포함하고, 여기에서 0.2 ≤ a ≤ 0.7이며;
    상기 상부층은 (AlaCr1 -a)N을 포함하고, 여기에서 0.2 ≤ a ≤ 0.7이며;
    상기 하나의 상부 전이 나노층은 (TiyCrxAl1 -(x+y))N을 포함하고 여기에서 0 < x ≤ 0.15 및 0.2 ≤ y ≤ 0.65이며, 상기 다른 상부 전이 나노층은 (TipAlqCr1 -(p+q))N을 포함하고 여기에서 0.2 ≤ p ≤ 0.5 및 0.01 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) < 1이며; 그리고
    상기 하나의 하부 전이 나노층은 (TiyCrxAl1 -(x+y))N을 포함하고 여기에서 0 < x ≤ 0.15 및 0.2 ≤ y ≤ 0.65이며, 다른 하부 전이 나노층은 (TipAlqCr1 -(p+q))N을 포함하고 여기에서 0.2 ≤ p ≤ 0.5 및 0.01 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) < 1인 코팅된 절삭 인서트.
  7. 제3항에 있어서, 상기 하부층은 하부층 열전도성을 가지고 상기 베이스층은 베이스층 열전도성을 가지는데, 상기 하부층 열전도성은 상기 베이스층 열전도성보다 작으며; 그리고 상기 상부층은 상부층 열전도성을 가지는데, 상기 상부층 열전도성은 상기 베이스층 열전도성보다 작은 코팅된 절삭 인서트.
  8. 제3항에 있어서, 상기 하부층, 상기 상부층, 상기 상부 전이 코팅 영역, 상기 하부 전이 코팅 영역 및 상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직 각각은 주기율표의 그룹 IVb, Vb 및 VIb에서의 금속 및 알루미늄과 실리콘 중 하나 이상을 더 포함하는 코팅된 절삭 인서트.
  9. 제3항에 있어서, 상기 하부층, 상기 상부층, 상기 상부 전이 코팅 영역, 상기 하부 전이 코팅 영역 및 상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직 각각이 물리적 기상 증착에 의하여 적용되는 코팅된 절삭 인서트.
  10. 제1항에 있어서, 상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직은 탄소를 더 포함하며, 상기 베이스층은 (TiyAl1 -y)CsNt 을 포함하고 여기에서 0.2 ≤ y ≤ 0.65 및 s + t = 1이며, 상기 나노층 영역의 교번 나노층의 세트의 하나의 나노층은 (TiyCrxAl1 -(x+y))CsNt 을 포함하고 여기에서 0 < x ≤ 0.15 및 0.2 ≤ y ≤ 0.65 및 s + t = 1이며, 상기 나노층 영역의 교번 나노층의 세트의 다른 나노층은 (TipAlqCr1 -(p+q))CsNt 을 포함하고 여기에서 0.2 ≤ p ≤ 0.5 및 0.01 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) < 1 및 s + t = 1인 코팅된 절삭 인서트.
  11. 제1항에 있어서, 상기 내마모성 코팅 조직이,
    식 (AlaCr1-a)CsNt에 따라 알루미늄, 크롬, 질소 및 탄소를 포함하는 하부층으로서, 여기에서 0.2 ≤ a ≤ 0.7 및 s + t = 1인, 하부층;
    식 (AlaCr1-a)CsNt 에 따라 알루미늄, 크롬, 질소 및 탄소를 포함하는 상부층으로서, 여기에서 0.2 ≤ a ≤ 0.7 및 s + t = 1인, 상부층;
    복수 세트의 교번 하부 전이 나노층을 포함하는 하부 전이 코팅 영역으로서, 여기에서 교번 하부 전이 나노층의 각 세트는 알루미늄, 크롬, 티타늄, 질소 및 탄소를 포함하는 하나의 하부 전이 나노층 및 알루미늄, 크롬, 티타늄, 질소 및 탄소를 포함하는 또 다른 하부 전이 나노층을 포함하며, 상기 하부 전이 코팅 영역은 상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직과 상기 하부층 사이에 전이를 제공하는, 하부 전이 코팅 영역;
    복수 세트의 교번 상부 전이 나노층을 포함하는 상부 전이 코팅 영역으로서, 여기에서 교번 나노층의 각 세트는 알루미늄, 크롬, 티타늄, 질소 및 탄소를 포함하는 하나의 상부 전이 나노층 및 알루미늄, 크롬, 티타늄, 질소 및 탄소를 포함하는 또 다른 상부 전이 나노층을 포함하며, 상기 상부 전이 코팅 영역은 상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직과 상기 상부층 사이에 전이를 제공하는, 상부 전이 코팅 영역; 및
    상기 하부 전이 코팅 영역과 상기 상부 전이 코팅 영역의 매개인 상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직;을 더 포함하고,
    상기 하부층은 상기 상부층보다 상기 기판에 더 가까운; 코팅된 절삭 인서트.
  12. 제1항에 있어서, 상기 절삭 인서트는 레이크 표면 및 플랭크 표면을 가지며, 상기 레이크 표면은 상기 플랭크 표면에 교차하여 교차부에서 절삭 에지를 형성하는 코팅된 절삭 인서트.
  13. 제1항에 있어서, 상기 기판은 고속도강(high speed steel), 코발트-탄화 텅스텐을 포함하는 초경합금(cemented carbide), SiAlON 및 알루미나 및 질화 실리콘을 포함하는 세라믹, 탄화 티타늄-계열 물질을 포함하는 서메트(cermets), 및 소결된 입방정형(cubic) 질화 붕소 및 소결된 다이아몬드를 포함하는 초강화 물질(superhard materials) 중 하나를 포함하는 코팅된 절삭 인서트.
  14. 칩형성 물질 제거 작업에 이용되는 코팅된 절삭 인서트로서,
    상기 절삭 인서트는 기판 및 내마모성 코팅 조직을 포함하며:
    상기 내마모성 코팅 조직은 티타늄, 알루미늄, 크롬 및 X를 포함하는 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 포함하는데;
    상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직은 복수의 세트의 교번층 배열을 포함하며, 상기 교번층 배열의 각각은 티타늄, 알루미늄 및 X를 포함하는 베이스층 및 복수의 세트의 교번 나노층을 포함하는 나노층 영역을 포함하며, 상기 교번 나노층의 각각의 세트는 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 X를 포함하는 하나의 나노층 영역 및 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 X를 포함하는 또 다른 나노층을 포함하고;
    여기에서 상기 X는 질소, 탄소, 붕소, 탄소와 질소, 붕소와 질소, 탄소와 붕소와 질소, 질소와 산소, 탄소와 산소, 붕소와 산소, 탄소와 질소와 산소, 붕소와 질소와 산소, 및 탄소와 붕소와 질소와 산소 중 임의의 하나를 포함하며; 그리고
    상기 베이스층은 베이스층 두께를 가지며 상기 나노층 영역은 나노층 영역 두께를 가지는데, 상기 베이스층 두께가 상기 나노층 영역 두께보다 작은,
    코팅된 절삭 인서트.
  15. 제14항에 있어서, 상기 내마모성 코팅 조직은,
    알루미늄, 크롬 및 X를 포함하는 하부층;
    알루미늄, 크롬 및 X를 포함하는 상부층으로서, 여기에서 상기 하부층은 상기 상부층보다 기판에 더 가까운, 상부층;
    복수의 세트의 교번 하부 전이 나노층을 포함하는 하부 전이 코팅 영역으로서, 여기에서 교번 하부 전이 나노층의 각 세트는 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 X를 포함하는 하나의 하부 전이 나노층 및 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 X를 포함하는 또 다른 하부 전이 나노층을 포함하며, 상기 하부 전이 코팅 영역은 상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직과 상기 하부층 사이에 전이를 제공하는, 하부 전이 코팅 영역;
    복수의 세트의 교번 상부 전이 나노층을 포함하는 상부 전이 코팅 영역으로서, 여기에서 교번 상부 전이 나노층의 각 세트는 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 X를 포함하는 하나의 상부 전이 나노층 및 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 X를 포함하는 또 다른 상부 전이 나노층을 포함하고, 상기 상부 전이 코팅 영역은 상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직과 상기 상부층 사이에 전이를 제공하는, 상부 전이 코팅 영역; 및
    하부 전이 코팅 영역과 상부 전이 코팅 영역의 매개인 상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직;을 더 포함하는, 코팅된 절삭 인서트.
  16. 제15항에 있어서, 상기 X는 질소, 탄소, 붕소, 탄소와 질소, 붕소와 질소, 탄소와 붕소와 질소, 질소와 산소, 탄소와 산소, 붕소와 산소, 탄소와 질소와 산소, 붕소와 질소와 산소, 및 탄소와 붕소와 질소와 산소 중 임의의 하나를 포함하는 코팅된 절삭 인서트.
  17. 티타늄, 알루미늄, 크롬 및 X를 포함하는 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 적용하는 단계를 포함하며,
    상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 적용하는 단계는 복수의 세트의 교번층 배열을 적용하는 단계를 포함하는데,
    여기에서 각 교번층 배열의 적용은,
    티타늄, 알루미늄 및 X를 포함하는 베이스층을 적용하는 단계; 및
    다음의 단계를 포함하는 나노층 영역을 적용하는 단계를 포함하는데,
    다음의 단계는,
    티타늄, 알루미늄, 크롬 및 X를 포함하는 하나의 나노층을 적용하는 단계, 및
    알루미늄, 크롬, 티타늄 및 X를 포함하는 또 다른 나노층을 적용하는 단계
    를 포함하는, 복수의 세트의 교번 나노층을 적용하는 단계를 포함하는,
    코팅 조직을 적용하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    절삭 인서트 기판을 제공하고;
    매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 적용하기 전에, 상기 기판에 가장 가깝도록, 알루미늄, 크롬 및 X를 포함하는 하부층을 적용하고;
    매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 적용하는 단계는 상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 상기 하부층에 적용하는 것을 포함하며; 및
    상부층을 상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직에 적용하는데, 여기에서 상기 상부층은 알루미늄, 크롬 및 X를 포함;
    하는 단계를 더 포함하는 코팅 조직을 적용하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 하부층을 적용한 후에 및 상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 적용하기 전에,
    티타늄, 알루미늄 크롬 및 X를 포함하는 하나의 하부 전이 나노층을 적용하는 단계, 및
    알루미늄, 크롬, 티타늄 및 X를 포함하는 또 다른 하부 전이 나노층을 적용하는 단계,
    를 포함하는 복수의 세트의 교번 하부 전이 나노층을 적용하는 단계,
    를 포함하는 복수의 세트의 교번 하부 전이 나노층을 포함하는 하부 전이층을 적용하는 단계;
    상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 적용한 후에,
    티타늄, 알루미늄 크롬 및 X를 포함하는 하나의 상부 전이 나노층을 적용하는 단계, 및
    알루미늄, 크롬, 티타늄 및 X를 포함하는 또 다른 상부 전이 나노층을 적용하는 단계
    를 포함하는 복수의 세트의 교번 상부 전이 나노층을 적용하는 단계,
    를 포함하는 복수의 세트의 교번 상부 전이 나노층을 포함하는 상부 전이층을 적용하는 단계
    를 더 포함하는 코팅 조직을 적용하는 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 X는 질소, 탄소, 붕소, 탄소와 질소, 붕소와 질소, 탄소와 붕소와 질소, 질소와 산소, 탄소와 산소, 붕소와 산소, 탄소와 질소와 산소, 붕소와 질소와 산소, 및 탄소와 붕소와 질소와 산소 중 임의의 하나를 포함하는 코팅 조직을 적용하는 방법.
  21. 기판 및 내마모성 코팅 조직을 포함하며,
    상기 내마모성 코팅 조직은 티타늄, 알루미늄, 크롬 및 질소를 포함하는 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직을 포함하며; 그리고,
    상기 매개 다-주기성 나노층 코팅 조직은 복수의 세트의 교번층 배열을 포함하는데, 상기 교번층 배열의 각각은 티타늄, 알루미늄 및 질소를 포함하는 베이스층 및 복수의 세트의 교번 나노층을 포함하는 나노층 영역을 포함하며, 상기 교번 나노층의 각각의 세트는 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함하는 하나의 나노층, 및 알루미늄, 크롬, 티타늄 및 질소를 포함하는 또 다른 나노층을 포함하고, 상기 베이스층은 베이스층 두께를 가지며 상기 나노층 영역은 나노층 영역 두께를 가지는데, 상기 베이스층 두께는 상기 나노층 영역 두께보다 작은,
    코팅된 물품.
  22. 제21항에 있어서, 상기 베이스층은 (TiyAl1 -y)N를 포함하고 여기에서 0.2 ≤ y ≤ 0.65이며;
    상기 나노층 영역의 교번 나노층의 세트의 하나의 나노층은 (TiyCrxAl1 -(x+y))N를 포함하고 여기에서 0 < x ≤ 0.15 및 0.2 ≤ y ≤ 0.65이며, 상기 나노층 영역의 교번 나노층의 세트의 다른 나노층은 (TipAlqCr1 -(p+q))N을 포함하고, 여기에서 0.2 ≤ p ≤ 0.65 및 0.01 ≤ q ≤ 0.65 및 (p + q) < 1인 코팅된 물품.
  23. 제21항에 있어서, 상기 기판은 고속도강, 코발트-탄화 텅스텐을 포함하는 초경합금, SiAlON 및 알루미나 및 질화 실리콘을 포함하는 세라믹, 탄화 티타늄-계열 물질을 포함하는 서메트(cermet), 및 소결된 입방 질화 붕소 및 소결된 다이아몬드를 포함하는 초강화 물질 중 하나를 포함하는 코팅된 물품.
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