KR101616600B1

KR101616600B1 - 경질 피막 피복 공구

Info

Publication number: KR101616600B1
Application number: KR1020127014968A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 스기타; 다카마사 스즈키
Original assignee: 오에스지 가부시키가이샤
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2016-04-28
Also published as: JP5497062B2; DE112009005368T5; JPWO2011058636A1; KR20120085311A; DE112009005368B4; US20120213990A1; CN102791409A; WO2011058636A1; CN102791409B; US8932707B2

Abstract

경질 피막은, 0.25 ~ 0.67 범위 내의 Al 에 대한 Cr 의 원자비의 비율 (Cr/Al비) 을 갖는 알루미늄이 풍부한 AlCrN 계의 피막에 0.05 ~ 0.20 의 원자비로 SiC (탄화규소) 를 첨가함으로써 형성된 Al_aCr_b(SiC)_cα_dN 으로 구성되고, 그러므로 미리 정해진 내마모성을 확보하면서 한층 우수한 내열성 (고온에서의 내산화성) 이 얻어진다. 이로써, 예를 들어, 절삭량이 큰 고부하 절삭과 같은 고능률 가공 및 고경도재에 대한 고속 절삭 가공과 같은 절삭날이 고온이 되는 열악한 조건하에서의 절삭 가공을 가능하게 하고, 또는 상기 절삭 가공에서의 공구 수명을 연장하여, 절삭 유제의 사용량의 감소가 가능하게 한다.

Description

경질 피막 피복 공구{TOOL COATED WITH HARD COATING}

본 발명은 경질 피막에 관한 것으로, 특히, 내마모성 및 내열성이 뛰어난 경질 피막에 관한 것이다.

경질 피막은 고속도 공구강이나 초경합금과 같은 공구 모재의 미리 정해진 부재의 표면에 넓게 도포된다. 예를 들어, 피막의 내열성 (고온에서의 내산화성) 은 고경도 피삭재의 고속 가공에 몹시 중요하며, 공구 수명에 상당한 영향을 미친다. 예컨대, 이러한 내열성이 뛰어난 경질 피막으로서 TiAlN 계나 AlCrN 계의 피막이 종래로부터 공지되었다 (예를 들어, 특허문헌 1 ~ 5 참조).

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2007－15106호 특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 2007－119795호 특허문헌 3 : 일본 공개특허공보 2007－2332호 특허문헌 4 : 일본 공개특허공보 2006－307323호 특허문헌 5 : 일본 공개특허공보 2004－130514호

하지만, 절삭 작업의 추가의 고속화 및 고능률화로, 절삭날이 보다 높은 온도가 되는 가혹한 가공 조건하에서 절삭날이 사용될 수 있고, 경질 피막은 내열성이 추가로 향상되도록 요구된다. 환경 문제로부터 절삭 유제의 사용량은 감소하도록 요구되지만, 절삭 유제의 사용량을 줄이면 공구가 고온화되기 쉽고, 이 점에서 경질 피막의 내열성의 향상이 요구된다.

본 발명은 상기 상황의 관점에서 구상되었고, 그러므로 본 발명의 목적은 보다 우수한 내열성을 가진 경질 피막을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 양태는 미리 정해진 부재의 표면상에 형성된 내마모성 및 내열성이 뛰어난 경질 피막으로서, (a) 제 1 피막은 Al_aCr_b(SiC)_cα_dN [단,α 는 원소의 주기율표의 IVa족, Va족, VIa족 (Cr 제외), B, C, Si, Y 의 1 종 이상의 원소이며, a, b, c, 및 d 는 각각 0.35≤a≤0.76, 0.12≤b≤0.43, 0.05≤c≤0.20, 및 0≤d≤0.20 의 범위 내의 원자비이고, Al 에 대한 Cr 의 원자비의 비 b/a 는 알루미늄이 풍부한 0.25≤b/a≤0.67 의 범위 내에서 존제하며, a＋b＋c＋d=1 임] 을 구성하고, 상기 제 1 피막은 최표면에 형성되고, (b) 경질 피막은 총 피막 두께 (T_total) 가 0.5 ~ 15㎛ 의 범위 내에서 제 1 피막의 피막 두께 (T1) 를 가지거나, 제 1 피막과 동일한 피막 성분을 갖는 다른 피막 부분을 구비하는 경우, 피막 두께 (T1) 및 다른 피막 부분을 포함하는 피막 두께가 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이다.

본 발명의 제 2 양태는 본 발명의 제 1 양태에 나열된 경질 피막을 제공하고, (a) 상기 제 1 피막은 상기 미리 정해진 부재의 표면상에 직접 형성되어 상기 제 1 피막만으로 구성되고, (b) 상기 제 1 피막의 피막 두께 (T1) 가 총 피막 두께 (T_total) 이다.

본 발명의 제 3 양태는 본 발명의 제 1 양태에 나열된 경질 피막을 제공하고, 상기 경질 피막은 Ti_eAl_fCr_gβ_hN [단, β 는 원소의 주기율표의 IVa족, Va족, VIa족 (Ti, Cr 제외), B, C, Si, 및 Y 의 1 종 이상의 원소이며, e, f, g, 및 h 는 각각 0≤e≤0.64, 0.32≤f≤0.81, 0≤g≤0.40, 0≤h≤0.20 의 범위 내의 원자비를 가지며, e 와 g 는 동시에 0 (영) 이 되지 않고, e＋f＋g＋h=1 가 만족됨] 로 이루어진 제 2 피막을 가지며, 상기 제 2 피막은 상기 미리 정해진 부재와 상기 제 1 피막의 사이에 상기 미리 정해진 부재의 표면상에 형성된다.

본 발명의 제 4 양태는 본 발명의 제 3 발명에 나열된 경질 피막을 제공하고, (a) 상기 제 1 피막은 상기 제 2 피막에 직접 형성되어, 상기 경질 피막은 제 1 피막 및 제 2 피막만으로 구성되고, (b) 상기 제 1 피막의 피막 두께 (T1) 가 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이다.

본 발명의 제 5 양태는 본 발명의 제 3 양태에 나열된 경질 피막을 제공하고, 상기 제 1 피막과 상기 제 2 피막의 사이에, 경질 피막은 제 1 피막 및 제 2 피막과 동일한 피막 성분의 피막이 교대로 적층된 교호층 또는 제 1 피막 및 제 2 피막이 혼합된 피막 성분의 혼합층에서 구성되어 있는 중간층을 가진다.

본 발명의 제 6 양태는 경질 피막 피복 공구에 관한 것으로, 본 발명의 제 1 양태 ~ 제 5 양태 중 어느 하나의 경질 피막으로 피복된 공구 모재의 표면을 가진다.

본 발명의 제 1 양태의 경질 피막에 따라, Al 에 대한 Cr 의 원자비의 비율 b/a 가 0.25≤b/a≤0.67 의 범위의 알루미늄이 풍부한 AlCrN 계의 피막에 SiC (탄화규소) 가 0.05 ~ 0.20 의 원자비로 첨가함으로써 형성된 Al_aCr_b (SiC)_cα_dN 로 이루어진 제 1 피막은 제 1 피막의 피막 두께 (T1) 로 적어도 최표면 및 경질 피막에 형성되거나, 또는 제 1 피막과 같은 동일한 피막 성분을 갖는 다른 피막 부분을 구비하는 경우, 피막 두께 (T1) 및 그 밖의 피막 부분을 포함한 피막 두께가 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이고, 따라서 미리 정해진 내마모성을 확보하면서 한층 우수한 내열성 (고온에서의 내산화성) 이 얻어진다. 이로써, 예를 들어, 절삭 깊이가 큰 고부하 절삭과 같은 고능률 가공 및 고경도재에 대한 고속 절삭 작업과 같은 절삭날이 고온이 되는 열악한 조건하에서의 절삭 작업을 가능하게 하고, 또는 상기 절삭 작업에서의 공구 수명을 연장하여, 절삭 유제의 사용량의 감소가 가능하게 한다.

α 가 0.20 이하의 원자비로 첨가되는 경우, 보다 우수한 내열성이 얻어진다. 그 결과, 예를 들어, 고속 절삭 드릴링 작업과 같은 절삭날 (예컨대, 드릴의 코너) 이 국부적으로 긴 시간동안 고온에 노출되는 조건하에서, 우수한 내마모성 및 내열성이 얻어지며, 이로 인해 내구성 (공구 수명) 이 향상된다. 즉, 절삭날에 상당히 균일하게 부하가 작용하는 엔드 밀 등에 있어서, α 의 첨가에 의하여 명확한 내구성 향상 효과는 나타나지 않을지라도, 드릴에 의한 고속 드릴링 작업시 α 의 첨가가 없는 경우에 비해 내구성이 보다 향상되었다.

본 발명의 제 3 양태는 미리 정해진 부재의 표면상에 형성된 내구성이 있고 부착력이 우수한 Ti_eAl_fCr_gβ_hN 로 구성된 제 2 피막이 장착되는 경우에 존재하기 때문에 경질 피막의 부착력이 향상되고, 제 1 피막의 피막 성분을 갖는 부분의 피막 두께가 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이기 때문에, 상기 제 1 피막의 피막 성분으로 인해 내열성 향상 효과가 적절히 얻어진다. 이로써, 예를 들어, 50 HRC 이상의 고경도 피삭재에 건식 가공 (에어 블로우) 으로 고속 절삭 가공을 실시하는 경우, 피막의 박리가 억제되어 우수한 내마모성 및 내열성이 적절하게 얻어진다. β 가 0.20 이하의 원자비로 첨가될 때, 제 2 피막으로부터 보다 우수한 내열성이 얻어진다. 예컨대, Ti 의 산화가 Al 의 산화보다 빠르기 때문에, TiAl 화합물은 나쁜 내산화성을 가질 것이지만, β 의 참가는 Ti 산화물의 산소 공공 농도가 감소하고, 그 성장 속도를 줄이는 것을 기대할 수 있다. 그 결과, 균일한 Al 산화층의 생성은 용이해지고, 따라서 내화성이 얻어진다.

본 발명의 제 5 양태가 제 1 피막과 제 2 피막 사이에 제 1 피막 및 제 2 피막과 같은 동일한 피막 성분의 피막이 교대로 적층된 교호층 또는 제 1 피막 및 제 2 피막이 혼합된 피막 성분의 혼합층으로 구성되는 중간층에 형성되는 경우에 있기 때문에, 제 1 피막의 밀착성이 더욱 향상되고, 피막 전체의 인성이 향상된다. 이로써, 난삭재 (경질의 단단한 재료) 의 가공에 대해서도 표층 박리가 억제되고 장시간 안정적인 가공 성능을 얻을 수 있게 되어 공구 수명이 향상된다.

본 발명의 6 양태는 경질 피막 피복 공구에 관한 것으로, 본 발명의 제 1 양태 ~ 제 5 양태 중 어느 하나의 경질 피막으로 피복된 공구 모재의 표면을 갖는 경우, 실질적으로 본 발명의 제 1 양태 ~ 제 5 양태의 경질 피막과 동일한 작용 효과가 얻어진다.

도 1 은 본 발명이 적용된 볼 엔드 밀을 나타내는 도면으로, (a) 는 축심에 수직한 방향의 정면도이고, (b) 는 선단 측으로부터의 확대 저면도이며, (c) 는 경질 피막로 형성된 절삭부의 표면 근방의 확대 단면도이다.
도 2 는 AlCr(SiC)N 과 AlCrSiCN 사이의 차이를 설명하는 도면으로, (a) 는 AlCr(SiC)N 의 원자 구조의 개념도이고, (b) 는 AlCrSiCN 의 원자 구조의 개념도이며, (c) 는 AlCrSiCN 의 Si 의 거동을 설명하는 도면이다.
도 3 은 SiC 를 화합물로서 함유하고 있는 SiC 함유품과 SiC 를 화합물로서 함유하고 있지 않은 SiC 비함유품 사이에서 XPS 로부터의 측정 결과를 비교하는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시형태를 설명하는 도면으로, 도 4(a) 및 4(b) 는 도 1 (c) 에 상응하는 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 추가의 실시형태를 설명하는 도면으로, 도 5(a) 및 5(b) 는 도 1(c) 에 상응하는 단면도이다.
도 6 는 본 발명품 및 종래품을 포함하는 다수의 종류의 시험품에 대해 내구성 시험을 실시할 때의 시험 조건을 설명하는 도면이다.
도 7 은 도 6 의 내구성 시험에서 사용한 시험품의 피막 조성 및 피막 두께를 구체적으로 나타내고, 도 6 의 내구성 시험 및 내열성 시험 등의 시험 결과를 설명하는 도면이다.
도 8 은 본 발명품 및 종래품을 포함하는 다수의 종류의 시험품에 대해, 도 6 과는 상이한 내구성 시험을 실시할 때의 시험 조건을 설명하는 도면이다.
도 9 는 도 8 의 내구성 시험에서 사용한 시험품의 피막 조성이나 피막 두께를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 10 은 도 9 의 시험품에 관하여 도 8 의 내구성 시험 및 내열성 시험 등의 시험 결과를 설명하는 도면이다.
도 11 은 도 9 의 시험품 No 30, No 49, No 50, No 56, 및 No 59 와 동일한 경질 피막으로 피복된 드릴의 내구성 시험을 실시할 때의 시험 조건을 설명하는 도면이다.
도 12 는 도 11 의 내구성 시험의 시험 결과를 설명하는 도면이다.

본 발명은 엔드 밀, 탭, 및 드릴과 같은 회전 절삭 공구, 공구 비트와 같은 비회전식의 절삭 공구, 또는 롤링 (rolling) 공구를 포함하는 다양한 작업 공구의 표면에 형성된 경질 피막에 바람직하게 적용되고, 반도체 장치 등의 표면 보호막과 같은 작업 공구 이외의 부재의 표면에 형성된 경질 피막에도 또한 적용가능하다. 경질 피막 피복 공구의 공구 모재로서는, 초경합금이나 고속도 공구강, 합금 공구강, 서멧, 세라믹스, 다결정 다이아몬드(PCD), 단결정 다이아몬드, 다결정 CBN, 및 단결정 CBN 가 바람직하게 사용될 수 있지만, 다른 공구 재료가 채용될 수도 있다.

아크 이온 도금법, 스퍼터링 (sputtering) 법, PLD (Pulse LASER Deposition) 법과 같은 PVD 법은 경질 피막을 형성하는 수단으로 바람직하게 사용된다. 경질 피막을 구성하는 Al, Cr, Ti, SiC (탄화규소), α, β 등에 관하여, 상기 별개의 금속, 합금 등을 타겟으로서 성막 처리를 실행하기 위하여 사용할 수 있지만, Al_aCr_b, Al_aCr_bα_d, Ti_eAl_f, Ti_eAl_fCr_g, Ti_eAl_fβ_h, 및 Ti_eAl_fCr_gβ_h 의 합금 등은 타겟으로서 성막 처리를 실행하기 위하여 사용될 수 있다. N 은 반응 가스의 공급으로 첨가될 수 있다. C 는 α 및 β 의 선택사항이고, 반응 가스 (예컨대, 탄화수소 가스) 의 공급, 또는 고체 타겟 (C-타겟, C-함유 타겟) 에 의해 첨가될 수 있다. 제 1 피막의 구성 요소인, 괄호의 "(SiC)" 는 탄화규소라고 하는 화합물의 형태로 제 1 피막 내에 존재하는 것을 나타낸다.

경질 피막 피복 공구는, 예컨대 고속 및 고부하에서의 건식 절삭 작업 및 고경도 피삭재에 대한 고속 절삭 가공으로 절삭날이 고온이 되는 가공 조건하에서 바람직하게 사용되어 우수한 내구성 (공구 수명) 을 보장할지라도, 경질 피막 피복 공구는, 예컨대 절삭 유제를 사용한 절삭 가공 등으로 내마모성 및 내열성이 덜 요구되는 가공 조건하에서도 물론 사용될 수 있다.

제 1 피막의 α 및 제 2 피막의 β 는 그 원자비 d, h 가 0 (영) 을 포함하여 임의로 첨가되고, 제 1 피막은 Al_aCr_b(SiC)_cN [단, a＋b＋c=1] 일 수 있으며, 제 2 피막은 Ti_eAl_fCr_gN [단, e＋f＋g=1] 일 수 있다. α 또는 β 를 첨가하는 경우, 원자비 a ~ d 는 a＋b＋c＋d=1 의 관계를 만족하도록 규정되고, 원자비 e ~ h 는 e＋f＋g＋h=1 의 관계를 만족하도록 규정된다. α 와 β 를 함께 첨가하는 경우, α=β 또는 α≠β 가 만족될 수 있다.

제 2 피막의 Ti 및 Cr 의 원자비 e, g 는 0 (영) 을 포함하고 있을지라도, 상기 원자비 e 및 g 가 동시에 0 (영) 이 될 수 없고, 제 2 피막은 Ti 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하도록 구성된다. Ti 및 Cr 양자는 미리 정해진 원자비로 함유될 수 있다. 바꿔 말하면, TiAlβN 또는 AlCrβN 이 TiAlCrβN 에 더하여 제 2 피막용으로 사용될 수 있다.

경질 피막의 총 피막 두께 (T_total) 는 0.5㎛ ~ 15㎛ 의 범위 내이며, 0.5㎛ 미만의 경우, 경질 피막으로서의 성능이 충분하게 얻어지지 않고, 15㎛ 초과의 경우, 절삭 공구의 절삭날의 라운딩 등에 의하여 공구 성능이 손상될 수 있다. 총 피막 두께 (T_total) 에 관하여 제 1 피막 및 제 1 피막과 동일한 피막 성분을 갖는 상이한 피막 부분을 포함한 피막 두께가 20% 미만이라면, 제 1 피막의 피막 성분에 의하여 내열성을 향상시키는 효과가 충분하게 얻어지지 않기 때문에, 피막 두께는 20% 이상으로 설정된다. 제 1 피막과 동일한 피막 성분을 갖는 상이한 피막 부분은 예컨대 제 1 피막과 동일한 피막 성분의 피막과 상이한 피막이 교대로 적층된 교호층 또는 제 1 피막의 피막 성분과 다른 피막 성분이 섞인 혼합층 등을 포함하도록 간주되고, 교호층의 경우에, 제 1 피막과 동일한 피막 성분의 피막 부분의 총 피막 두께를 포함하고, 혼합층의 경우에는, 그의 전체 피막 두께를 포함한다. 최표면에 위치하는 제 1 피막의 피막 두께 (T1) 만으로 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 제 3 양태에서는 미리 정해진 부재와 제 1 피막의 사이에 제 2 피막이 형성되고, 본 발명의 제 5 양태에서는 제 2 피막과 제 1 피막의 사이에 중간층이 추가로 형성될지라도, 본 발명의 제 1 양태는, 적어도 제 1 피막이 최표면에 위치하도록 형성될 수 있고, 본 발명의 제 2 양태와 같이 제 1 피막만으로 경질 피막을 구성할 수 있고, 제 2 피막과는 상이한 성분을 갖는 다른 하지층이 미리 정해진 부재와 제 1 피막의 사이에 형성될 수 있다. 미리 정해진 부재와 제 1 피막 사이에, 제 2 피막이나 중간층과는 상이한 2 종류 이상의 피막을 형성할 수 있고, 경질 피막의 총 피막 두께 (T_total) 에 관하여 제 1 피막 및 상기 제 1 피막으로서 동일한 피막 성분을 갖는 부분의 총 피막 두께가 20% 이상이라면 여러 가지의 형태가 이행될 수 있다. 본 발명의 제 3 양태의 이행에 있어서, 제 2 피막 및 제 1 피막과 동일한 피막 성분의 피막을 교대로 적층한 다층 구조의 경질 피막이 채용될 수 있다. 이 경우에, 제 1 피막과 동일한 피막 성분을 갖는 피막의 총 피막 두께에 피막 두께 (T1) 를 더함으로써 얻어진 피막 두께가 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이 되도록 설정될 수 있다.

본 발명의 제 5 양태의 중간층이 제 1 피막 및 제 2 피막과 동일한 피막 성분의 피막이 교대로 적층된 교호층, 또는 제 1 피막 및 제 2 피막의 혼합된 피막 성분을 갖는 혼합층으로 구성되어 있을지라도, 교호층은 제 1 피막 및 제 2 피막과 동일한 피막 성분의 피막을 적어도 1 주기 동안 교대로 적층될 수 있으며, 양자의 피막이 동일하거나 상이한 두께를 가질 수 있고, 그러므로 적층 주기의 수나 각각의 피막 두께는 필요에 따라 설정된다. 혼합층은, 제 1 피막 및 제 2 피막의 성분 모두를 포함하고, 제 1 피막 및 제 2 피막의 성막 처리에서 사용되는 타겟 및 반응 가스 모두를 사용함으로써 형성될 수 있다. 중간층의 피막 두께가, 중간층의 제 1 피막과 동일한 피막 성분을 갖는 부분의 피막 두께의 합 (혼합층의 경우에는 전체 피막 두께, 교호층의 경우에는 제 1 피막과 동일한 피막 성분을 갖는 피막의 전체 피막 두께) 및 제 1 피막의 피막 두께 (T1) 가 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이 되도록 필요에 따라 설정될지라도, 최표면의 제 1 피막의 피막 두께 (T1) 만으로 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이 될 수 있다. 혼합층 또는 다른 피막을 이들 사이에 개재시키면서, 중간층으로서 사용된 교호층은 제 1 피막 및 제 2 피막과 동일한 피막 성분의 피막을 교대로 1 주기 이상 적층한 다층 구조를 가질 수 있다.

제 1 실시형태

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.

도 1 은 본 발명이 적용된 경질 피복 공구의 일례인 볼 엔드 밀 (10) 을 설명하는 도면으로, (a) 는 축심에 수직한 방향의 정면도이고, (b) 는 선단측 ((a) 도면의 우측) 으로부터의 확대 저면도이며, 초경합금 혹은 고속도 공구강으로 구성되는 공구 모재 (12) 에는 섕크로부터 연속한 절삭부 (14) 가 일체로 형성된다. 절삭부 (14) 에는 절삭날로서 1 쌍의 외주 절삭날 (16) 및 볼 절삭날 (18) 이 축심에 대칭적으로 설치되어, 외주 절삭날 (16) 및 볼 절삭날 (18) 에 의해 절삭 가공을 실시하기 위하여 축심 주위에 회전 구동되며, 절삭부 (14) 의 표면에는 경질 피막 (20) 이 코팅되어 있다. 도 1 의 (a) 의 사선부는 경질 피막 (20) 을 나타내고, 도 1 의 (c) 는 경질 피막 (20) 이 코팅된 절삭부 (14) 의 표면 근방의 단면도이다. 볼 엔드 밀 (10) 은 회전 절삭 공구이고, 공구 모재 (12) 는 경질 피막 (20) 이 형성된 미리 정해진 부재에 해당한다.

도 1 의 (c) 에서 알 수 있듯이, 경질 피막 (20) 은 공구 모재 (12) 의 표면상에 직접 형성된 제 1 피막 (22) 으로만 이루어지는 단층 피막이다. 제 1 피막 (22) 은 Al_aCr_b(SiC)_cα_dN [단, α 는 원소의 주기율표의 IVa족, Va족, VIa족 (Cr 제외), B, C, Si, 및 Y 중 1 종 이상의 원소이고, a, b, c, 및 d 는 각각 원자비로 0.35≤a≤0.76, 0.12≤b≤0.43, 0.05≤c≤0.20, 및 0≤d≤0.20 의 범위 내에 있으며, Al 에 대한 Cr 의 원자비의 비율 b/a 는, 알루미늄이 풍부한 0.25≤b/a≤0.67 의 범위 내에 있고, a＋b＋c＋d=1 이 만족됨] 로 구성되고, 아크 이온 도금 장치를 이용하여 미리 정해진 타겟 및 반응 가스에 의해 피막이 형성된다. 제 1 피막 (22) 의 피막 두께 (T1), 즉 경질 피막 (20) 의 총 피막 두께 (T_total) 는, 0.5 ~ 15㎛ 의 범위 내에 있다.

도 7 에 나타낸 시험품 No05, No06, No08 ~ No11, No13, No15 ~ No22, No24, 및 No25 에 나타낸 경질 피막은 상기 실시형태의 경질 피막 (20) 의 구체적인 예이다.

제 1 피막 (22) 의 구성 요소인 "(SiC)" 는 탄화규소라고 하는 화합물의 형태로 제 1 피막 (22) 내에 존재하는 것을 의미하고, 상기 SiC (탄화규소) 가 0.05 ~ 0.20 의 원자비로 첨가됨으로써, 미리 정해진 내마모성을 확보하면서 우수한 내열성 (고온에서의 내산화성) 이 얻어진다. 도 2 의 (a) 는, 본 실시형태의 제 1 피막 (22) 에 있어서 α 의 원자비가 d=0 인, 즉 AlCr(SiC)N 의 원자 구조인 경우, 원자 구조의 개념도이고, SiC 는 화합물의 형태로 존재한다. 이에 반하여, AlCrSiCN 의 경우, 도 2 의 (b) 에 나타내는 바와 같이 Si 와 C 가 별개로 존재한다. 이와 같이 Si 와 C 가 AlCrSiCN 에서 별개로 존재한다면, Si 가 산소와 결합하기 쉽기 때문에, 도 2 의 (c) 에 나타내는 바와 같이 산소가 풍부한 표면에 Si 가 집중되고, Si 가 산소와 결합하여 표면에 산화 규소가 형성됨으로써, 우수한 내산화성 (내열성) 이 얻어진다.

그러나, 피막으로부터 Si 가 손실되기 때문에, 피막의 Si 의 밀도가 저하되고, 내마모성이 손상된다. 반면에, AlCr(SiC)N 의 경우에는, SiC 라는 화합물의 형태로 존재하므로 산소와의 결합성은 낮고, Si 의 표면에 대한 원자 이동도 발생기지 않기 때문에, 미리 정해진 내마모성을 유지하면서 내산화성을 향상시킬 수 있다. 피막 내의 SiC 의 유무는 XPS (X-ray Photoelectron Spectrometry; X선 광전자 분광법) 에 의한 측정 결과로부터 판단될 수 있다. 도 3 은, SiC 를 화합물로서 함유할 경우 (SiC 함유품) 와 SiC 를 화합물로서 함유하지 않을 경우 (SiC 비함유품) 사이의 XPS 에 의한 측정 결과를 비교하는 도면으로, SiC 함유품은 282eV 부근의 피크를 가지며, 상기 피크의 유무로부터 SiC 를 화합물의 형태로 포함하고 있는지 아닌지를 판단할 수 있다.

상기 실시형태의 볼 엔드 밀 (10) 의 경질 피막 (20) 은 Al 에 대한 Cr 의 원자비의 비율 b/a 가 0.25≤b/a≤0.67 의 범위의 알루미늄이 풍부한 AlCrN 계의 피막에 SiC (탄화규소) 가 0.05 ~ 0.20 의 원자비로 첨가함으로써 형성된 Al_aCr_b (SiC)_cα_dN 로 이루어진 제 1 피막 (22) 에 의해 구성되며, 따라서 미리 정해진 내마모성을 확보하면서 한층 우수한 내열성 (고온에서의 내산화성) 이 얻어진다. 예를 들어, 절삭량이 큰 고부하 절삭과 같은 고능률 가공 및 고경도재에 대한 고속 절삭 가공과 같은 절삭날이 고온이 되는 열악한 조건하에서의 절삭 가공을 가능하게 하고, 또는 상기 절삭 가공에서의 공구 수명을 연장하여, 절삭 유제의 사용량의 감소를 가능하게 한다.

α 가 0.20 이하의 원자비로 첨가되는 경우 (예컨대, 도 7 의 시험품 No15 ~ No18, No24, No25), 보다 우수한 내열성이 얻어진다. 이로써, 예를 들어, 고속 절삭 드릴링 작업과 같은 절삭날 (예컨대, 드릴의 코너) 이 국부적으로 긴 시간동안 고온에 노출되는 조건하에서, 우수한 내마모성 및 내열성이 얻어지며, 이로 인해 내구성 (공구 수명) 이 향상된다. 상기 실시형태의 볼 엔드 밀 (10) 의 경우와 같이 볼 절삭날 (18) 에 상당히 균일하게 부하가 작용하는 경우, α 의 첨가에 의하여 명확한 내구성 향상 효과는 나타나지 않았다.

제 2 실시형태

다음으로, 본 발명의 다른 실시형태가 설명될 것이다. 이하의 실시형태에 있어서 상기 제 1 실시형태와 실질적으로 공통되는 부분에는 동일한 부호를 붙여 자세한 설명을 생략한다.

도 4 의 (a) 의 경질 피막 (30) 은 상기 공구 모재 (12) 와 제 1 피막 (22) 사이에 개재된 제 2 피막 (32) 을 가진다. 상기 제 2 피막 (32) 은 Ti_eAl_fCr_gβ_hN [여기서, β 는 원소의 주기율표의 IVa족, Va족, VIa족 (Ti, Cr 제외), B, C, Si, 및 Y 중 1 종 이상의 원소이며, e, f, g, 및 h 는 각각 원자비로 0≤e≤0.64, 0.32≤f≤0.81, 0≤g≤0.40, 0≤h≤0.20 의 범위 내에 있으며, e 와 g 는 동시에 0 (영) 이 되지 않고, e＋f＋g＋h=1 을 만족한다] 로 구성되고, 제 1 피막 (22) 과 마찬가지로 아크 이온 도금 장치를 이용하여 미리 정해진 타겟 및 반응 가스에 의해 피막이 형성된다. 상기 경우에서, 경질 피막 (30) 의 총 피막 두께 (T_total) 는 경질 피막 (20) 과 마찬가지로 0.5 ~ 15㎛ 의 범위 내에 있으며, 제 1 피막 (22) 의 피막 두께 (T1) 는 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이고, 나머지는 제 2 피막 (32) 의 피막 두께가 된다.

도 9 에 나타낸 시험품 No28, No29, No32 ~ No36, No38 ~ No46, No48 ~ No52, No54, No56 ~ No58 에 나타낸 경질 피막은 본 실시형태의 경질 피막 (30) 의 구체적인 예이다.

상기 실시형태의 경질 피막 (30) 은 공구 모재 (12) 와 제 1 피막 (22) 사이에 배치된, 내구성이 있고 부착력이 우수한 Ti_eAl_fCr_gβ_hN 로 구성된 제 2 피막 (32) 이 장착되기 때문에, 경질 피막 (30) 의 부착력이 향상되고, 제 1 피막 (22) 의 피막 두께 (T1) 가 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이기 때문에, 상기 제 1 피막 (22) 에 의한 내열성 향상 효과가 적절히 얻어진다. 이로써, 예를 들어, 50 HRC 이상의 고경도 피삭재에 건식 가공 (에어 블로우) 에 의해 고속 절삭 가공을 실시하는 경우, 피막 박리가 억제되어 우수한 내마모성 및 내열성이 적절하게 얻어진다. β 가 0.20 이하의 원자비로 첨가될 때, 제 2 피막 (32) 으로부터 보다 우수한 내열성이 얻어진다.

제 3 실시형태

도 4 의 (b) 의 경질 피막 (34) 은 상기 제 1 피막 (22) 과 제 2 피막 (32) 사이에 제 1 피막 (22) 과 제 2 피막 (32) 과 동등한 피막 성분의 1 쌍의 피막 (23, 33) 이 교대로 1 주기 이상 (실시형태에서는 복수의 주기) 적층된 다층 구조의 피막으로, 제 1 피막 (22) 이 최표면으로서 실질적으로 정의되도록, 제 2 피막 (32) 및 제 1 피막 (22) 을 교대로 공구 모재 (12) 상에 적층한 것이다. 상기 경질 피막 (34) 의 총 피막 두께 (T_total) 는 0.5 ~ 15㎛ 의 범위 내에 존재하고, 제 1 피막 (22) 의 피막 성분과 동등한 복수의 피막 (23) 의 총 피막 두께에 제 1 피막 (22) 의 피막 두께 (T1) 를 더함으로써 얻어진 피막 두께가 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이 되도록 피막 두께가 정해진다. 도 4 의 (b) 에서 피막 (22, 23, 32, 및 33) 의 피막 두께가 서로 거의 동일할지라도, 제 1 피막 (22) 의 피막 두께 (T1) 를 다른 피막 (23, 32, 및 33) 의 피막 두께보다 크게 설정하는 것과 같이 필요하다면 피막 두께를 적절히 설정할 수 있다.

상기 실시형태의 경질 피막 (34) 에 있어서, 공구 모재 (12) 상에 제 2 피막 (32) 이 형성되어, 경질 피막 (30) 과 동일한 작용 효과가 얻어진다. 상기 경질 피막 (34) 이 제 1 피막 (22) 과 제 2 피막 (32) 사이에 제 1 피막 (22) 과 제 2 피막 (32) 과 동등한 피막 성분의 1 쌍의 피막 (23, 33) 이 교대로 1 주기 이상 적층된 다층 구조이기 때문에, 제 1 피막 (22) 의 밀착성이 더욱 향상되어 전체 경질 피막 (34) 의 인성이 향상된다. 제 1 피막 (22) 의 피막 성분과 동등한 복수의 피막 (23) 의 총 피막 두께에 제 1 피막 (22) 의 피막 두께 (T1) 를 더함으로써 얻어진 피막 두께가 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이기 때문에, 그 제 1 피막 (22) 의 피막 성분에 의한 내열성의 향상 효과가 적절히 얻어진다. 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (32) 과 동등한 피막 성분의 1 쌍의 피막 (23, 33) 이 교대로 1 주기 이상 적층된 다층 구조의 피막 부분은 중간층 (상기 실시형태에서는 교호층) 에 해당한다.

제 4 실시형태

도 5 의 (a) 의 경질 피막 (40) 은 상기 제 2 실시형태의 경질 피막 (30) 의 제 1 피막 (22) 과 제 2 피막 (32) 사이에 중간층 (42) 을 추가로 형성한 경우를 나타낸다. 중간층 (42) 은 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (32) 과 동일한 피막 성분의 피막이 교대로 적층된 교호층, 또는 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (32) 이 섞인 피막 성분을 갖는 혼합층이며, 상기 실시형태에서는 중간층 (42) 으로서 혼합층이 형성된다. 이 혼합층은 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (32) 의 성분을 모두 포함하며, 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (32) 의 성막 처리에 사용되는 타겟 및 반응 가스 등을 모두 사용함으로써 형성되고, 제 2 피막 (32) 의 성막 처리에 이어 연속으로 중간층 (42) 을 형성하고, 제 1 피막 (22) 을 연속하여 추가로 형성할 수 있다. 상기 경질 피막 (40) 의 총 피막 두께 (T_total) 는 0.5 ~ 15㎛ 의 범위 내에 있고, 제 1 피막 (22) 과 중간층 (혼합층의 경우) (42) 이 결합하여 얻어진 피막 두께 (T2) 는 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이며, 나머지는 제 2 피막 (32) 의 피막 두께이다. 피막 두께 (T2) 가 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이 되도록 적절히 중간층 (42) 의 피막 두께가 설정될지라도, 최표면의 제 1 피막 (22) 의 피막 두께 (T1) 만으로 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이 되도록 할 수 있다.

도 9 에 나타낸 시험품 중에, "피막 두께 (㎛)" 항목의 "중간" 의 항목에 수치 (피막 두께) 가 기재되어 있는 시험품 No47, No53, No55, 및 No59 ~ No61 에 나타낸 경질 피막은 상기 실시형태의 경질 피막 (40) 의 구체예이다. 이러한 실시예 모두는, 중간층 (42) 의 피막 두께가 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (32) 각각의 피막 두께보다 작다.

상기 실시형태의 경질 피막 (40) 에 제 1 피막 (22) 과 제 2 피막 (32) 사이에 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (32) 과 같은 피막 성분의 피막이 교대로 적층된 교호층 또는 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (32) 이 섞인 피막 성분의 혼합층으로 이루어지는 중간층 (42) 이 형성되기 때문에, 제 1 피막 (22) 의 밀착성이 더욱 향상되어 경질 피막 (40) 전체의 인성이 향상된다. 상기 중간층 (혼합층의 경우) (42) 과 제 1 피막 (22) 을 결합함으로써 얻어진 피막 두께 (T2) 가 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이기 때문에, 상기 제 1 피막 (22) 의 피막 성분에 의한 내열성의 향상 효과가 적절히 얻어진다. 중간층 (42) 이 교호층인 경우에, 제 1 피막 (22) 과 동일한 피막 성분의 피막 부분의 총 피막 두께에 제 1 피막 (22) 의 피막 두께 (T1) 를 더함으로써 얻어진 피막 두께는 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상으로 설정될 수 있다. 이로써, 난삭재 (경질의 단단한 재료) 의 가공에 대해서도 표층 박리가 억제되고 장시간 안정적인 가공 성능을 얻을 수 있게 되어 공구 수명이 향상된다.

제 5 실시형태

도 5 의 (b) 의 경질 피막 (44) 은 제 1 피막 (22) 과 제 2 피막 (32) 사이에 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (32) 과 동일한 피막 성분의 1 쌍의 피막 (23, 33) 이 상기 중간층 (42) 을 사이에 두도록 교대로 1 주기 이상 (상기 실시형태에서는 복수의 주기) 적층한 다층 구조의 피막이며, 실질적으로 최표면에 제 1 피막 (22) 이 형성되도록 중간층 (42) 을 제 1 피막 (22) 과 제 2 피막 (32) 사이에 개재시키면서 제 2 피막 (32) 과 제 1 피막 (22) 을 교대로 공구 모재 (12) 상에 적층한 것이다. 상기 경질 피막 (44) 의 총 피막 두께 (T_total) 는 0.5 ~ 15㎛ 의 범위 내에 있고, 제 1 피막 (22) 의 피막 성분과 동등한 복수의 피막 (23) 및 혼합층으로 이루어진 중간층 (42) 의 총 피막 두께에 제 1 피막 (22) 의 피막 두께 (T1) 를 더함으로써 얻어진 피막 두께가 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상이 되도록, 피막 두께는 정해진다. 피막 (22, 23, 32, 33, 42) 의 피막 두께가 도 5 의 (b) 에서 서로 실질적으로 동일할지라도, 제 1 피막 (22) 의 피막 두께 (T1) 를 다른 피막 (23, 32, 33, 42) 의 피막 두께보다 크게 하도록 필요에 따라 설정할 수 있다. 상기 실시형태에서도, 1 쌍의 피막 (23, 33) 사이에 중간층 (42) 이 형성되어, 경질 피막 (40) 과 동일한 작용 효과가 얻어지며, 피막 (23, 33) 이 중간층 (42) 을 사이에 두어 교대로 1 주기 이상 적층된 다층 구조이기 때문에, 밀착성 및 인성이 추가로 향상된다. 전술한 바와 같이, 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (32) 과 동등한 피막 성분 의 한 쌍의 피막 (23, 33) 이 중간층 (42) 을 사이에 두도록 교대로 1 주기 이상 적층한 다층 구조의 피막은 교호층의 한 종류이다.

시험 결과 1

공구 모재가 잉곳 고속도강 (고속도 공구강) 및 직경이 10 mm 의 양날 블레이드식 스퀘어 엔드 밀에 대해, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 제 1 피막 (22) 의 단층으로 이루어진 상기 제 1 실시형태의 경질 피막 (20) 이 형성된 본 발명의 시험품을 포함하는 복수 종류의 시험품 No01 ~ No26 을 준비함으로써 실시된 내열성 시험 및 내구성 시험뿐만 아니라 피막 경도 (HV 0.025) 의 측정을 실시한 결과를 설명할 수 있다. 3000 미만의 피막 경도를 갖는 시험품을 NG (불합격) 로 간주한다. 내열성 시험에서, 산화층 두께를 측정하기 이전에 시험품은 대기압/공기 분위기 중에서 1000℃ 에 1 시간 동안 노출된다. 경질 피막이 완전하게 산화된다면, 즉 전산화의 경우, 산화층의 두께가 0.7㎛ 이상일지라도, 상기 시험품은 NG 품으로 간주한다. 내구성 시험에서, 도 6 에 나타낸 시험 조건하에서 탄소강 (JIS 에서 규정된 S50C) 에 대하여 절삭날 플랭크 마모 폭이 0.2 mm 가 되기 이전에 절삭 거리를 얻도록 측면 절삭 작업을 실시하고, 그 절삭 거리가 10m 미만의 경우, 상기 시험품은 NG 품으로 간주한다.

도 7 의 시험품 No01 ~ No03 은 SiC 를 포함하지 않은 AlCrN 계의 경질 피막의 종래품이며, 시험품 No05, No06, No08 ~ No11, No13, No15 ~ No22, No24, 및 No25 는 본 발명품이고, 나머지 시험품 No04, No07, No12, No14, No23, 및 No26 는 피막 조성의 원자비 및 Cr/Al 비 (=b/a) 및 총 피막 두께 (T_total) 에 관하여 본 발명의 요건을 만족하지 않는 비교품 (NG 품) 이다. 도 7 의 "경질 피막" 및 "총 피막 두께" 의 항목으로 음영 (점선) 영역은 본 발명의 요건으로부터 빗나간 항목을 나타내며, "피막 경도", "산화 층두께", 및 "절삭 거리" 의 항목으로 음영 (점선) 영역은 NG 품을 나타낸다. 도 7 의 "경질 피막" 영역의 피막 조성은 원자비를 %로 기재한 것이다. N 에 대해 기재하고 있지 않지만, 모든 시험품의 경질 피막은 N 를 함유하는 질화물이다.

도 7 의 시험 결과에서 볼 수 있듯이, 각각의 본 발명품 (시험품 No05, No06, No08 ~ No11, No13, No15 ~ No22, No24, 및 No25) 은 피막 경도가 3000 이상이며, 종래품 (시험품 No01 ~ No03) 과 비교해 우수한 피막 경도를 보장한다. 각각의 본 발명품 (시험품 No05, No06, No08 ~ No11, No13, No15 ~ No22, No24, 및 No25) 은 내열성 시험으로 0.6㎛ 이하의 산화층 두께를 가지고, 합격 요건 (0.7㎛ 미만) 을 만족하며, 특히, α 를 함유하는 시험품 No15 ~ No18, No24, 및 No25 는 0.3㎛ 미만의 산화층 두께를 가지고, 보다 우수한 내열성이 얻어진다. 내구성 시험에서 플랭크 마모폭이 0.2 mm 인 경우, 각각의 본 발명품 (시험품 No05, No06, No08 ~ No11, No13, No15 ~ No22, No24, 및 No25) 은 10m 이상의 절삭 거리를 가지고, 종래품 (시험품 No01 ~ No03) 및 비교품 (시험품 No04, No07, No12, No14, No23, 및 No26) 이 10 m 미만의 절삭 거리를 가지는 동안 합격 요건을 만족하고, 따라서 본 발명품은 우수한 내구성이 얻어진다.

시험 결과 2

도 9 및 도 10 은 제 1 피막 (22) 과 제 2 피막 (32) 사이의 중간층 (42) 이 형성된 상기 제 4 실시형태의 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (32) 또는 경질 피막 (40) 으로 이루어진 상기 제 2 실시형태의 경질 피막 (30) 이 형성된 본 발명품을 포함하는 복수 종류의 시험품 No27 ~ No61 을 준비함으로써, 공구 모재가 초경합금재 및 직경이 6 mm (선단 반지름 R=3 mm) 의 양날 블레이드식 볼 엔드 밀에 대하여 실시된 내열성 시험 및 내구성 시험 뿐만아니라 피막 경도 (HV0.025) 의 측정의 결과를 설명하는 도면이다. 피막 경도가 3000 미만인 시험품은 NG (불합격) 로 간주한다. 내열성 시험에서, 도 7 의 경우와 같이, 산화층 두께를 측정하기 이전에, 시험품은 대기압/공기 분위기중에서 1000℃ 에 1 시간동안 노출되었다. 경질 피막이 완전하게 산화된다면, 즉 전산화의 경우, 산화층의 두께가 0.7㎛ 이상일지라도, 상기 시험품은 NG 품으로 간주한다. 내구성 시험에서, 도 8 에 나타낸 시험 조건하에서 고경도의 합금 공구강 (JIS 에서 규정된 SKD61(50 HRC)) 에 대해 절삭날의 플랭크 마모폭이 0.1 mm 가 되기 이전에 절삭 거리를 얻기 위하여 에어 블로우가 장착된 건식 절삭 작업 (픽 밀링) 이 실시되고, 상기 절삭 거리가 850m 미만인 경우, 상기 시험품은 NG 품으로 간주한다.

도 9 의 시험품 No27 은 제 1 피막이 SiC 를 포함하지 않은 AlCrN 계의 경질 피막으로 이루어진 종래품으로, 시험품 No30, No31, 및 No37 는 총 피막 두께 (T_total) 및 상기 총 피막 두께 (T_total) 에 대한 제 1 피막의 피막 두께 (T1) 의 비의 관점에서 본 발명의 요건을 만족하지 않는 비교품 (NG품) 이다. 나머지의 시험품 No28, No29, No32 ~ No36, 및 No38 ~ No61 은 본 발명품으로, 그 중에서, 시험품 No28, No29, No32 ~ No36, No38 ~ No46, No48 ~ No52, No54, 및 No56 ~ No58 은 중간층 (42) 을 구비하지 않는 경질 피막 (30) 의 구체예이며, 시험품 No47, No53, No55, 및 No59 ~ No61 은 중간층 (42) 을 갖는 경질 피막 (40) 의 구체예이다. 도 9 의 "제 1 피막" 및 "막두께" 의 항목으로 음영 (점선) 영역은 본 발명의 요건으로부터 벗어난 항목을 나타내며, 도 10 의 "피막 경도", "산화 층두께", 및 "절삭 거리" 의 항목으로 음영 (점선) 영역은 NG 품을 나타낸다. 도 9 의 "경질 피막" 의 영역의 피막 조성은 원자비를 %로 기재한 것이다. N 에 대해 기재하지 않지만, 모든 시험품의 경질 피막은 N 을 함유하는 질화물이다.

도 10 의 시험 결과에서 볼 수 있듯이, 각각의 본 발명품 (시험품 No28, No29, No32 ~ No36, 및 No38 ~ No61) 은 피막 경도가 3000 이상이며, 종래품 (시험품 No27) 과 비교하여 우수한 피막 경도가 얻어진다. 각각의 본 발명품 (시험품 No28, No29, No32 ~ No36, 및 No38 ~ No61) 은 내열성 시험으로 0.4㎛ 이하의 산화층 두께를 가지고, 합격 요건 (0.7㎛ 미만) 을 만족하며, 특히, α 를 함유하는 시험품 No46 ~ No52, 및 No54 ~ No58 는 0.3㎛ 미만의 산화층 두께를 가지고, 보다 우수한 내열성이 얻어진다. 내구성 시험으로 플랭크 마모폭이 0.1 mm 인 경우, 각각의 본 발명품 (시험품 No28, No29, No32 ~ No36, 및 No38 ~ No61) 은 850m 이상의 절삭거리를 가지고, 종래품 (시험품 No27) 및 비교품 (시험품 No30, No31) 이 850 m 미만의 절삭 거리를 가지는 반면에 합격 요건을 만족하며, 본 발명품은 우수한 내구성이 얻어진다. 상기 시험 결과로부터, 중간층 (42) 의 유무에 의하여 현저한 차이는 인정되지 않는다. 총 피막 두께 (T_total) 가 18.5㎛ 인 시험품 No37 의 비교품에 대하여, 피막의 박리에 의해 피막 경도의 측정, 내열성 시험, 및 내구성 시험을 적절히 실시할 수가 없다.

실험 결과 3

도 12 는, 공구 모재가 초경합금재 및 직경이 6 mm의 초경 드릴에 대해, 상기 도 9 의 시험품 No30, No49, No50, No56, 및 No59 와 동일한 경질 피막이 형성된 5 개의 시험품을 준비함으로써, 도 11 에 나타낸 시험 조건하에서 탄소강 (JIS 에서 규정된 S50C) 에 대해 미스트 급유로 고속 절삭 드릴링 작업을 실시하도록 실시된 내구성 시험의 결과를 설명하는 도면이다. 내구성 시험에서, 절삭날의 플랭크 마모폭이 0.2 mm 가 되기 이전에, 가공된 홀의 수가 얻어지며, 상기 가공된 홀의 수가 4000 미만인 경우, 상기 시험품은 NG 품으로 간주한다. 도 12 의 시험품 No30 은 제 1 피막의 피막 두께 (T1) 가 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 미만인 비교품이고, 다른 시험품 No49, No50, No56, 및 No59 은 본 발명품이다. 도 12 의 "가공된 홀의 수" 의 항목으로 음영 (점선) 영역은 NG 품을 나타낸다.

도 12의 시험 결과에서 볼 수 있듯이, 각각의 본 발명품 (시험품 No49, No50, No56, 및 No59) 은 5000 홀 이상의 드릴링이 가능한 반면에, 시험품 No30 의 비교품은 2000 홀을 가지고, 그러므로 본 발명품은 내구성이 상당히 향상된다. 특히, 제 1 피막에서 α 를 함유하는 시험품 No49, No50, 및 No56 은 가공된 홀의 수가 6000 이상인 반면에, 제 1 피막에서 α 를 함유하지 않는 시험품 No59 은 5010 홀을 가지며, 제 1 피막에 α 가 첨가됨으로써 가공된 홀의 수가 대폭 증가한다.

본 발명의 실시형태가 도면을 참조하여 상세하게 설명되었지만, 상기 실시형태들은 어디까지나 예시적인 실시형태이며, 본 발명은 당업자의 지식에 기초하여 여러 가지의 변경 및 개량된 형태로 실시될 수 있다.

10：볼 엔드 밀 (경질 피막 피복 공구)
12：공구 모재 (미리 정해진 부재)
20, 30, 34, 40, 44：경질 피막
22：제 1 피막
23：제 1 피막과 동일한 피막 성분을 갖는 피막
32：제 2 피막
33：제 2 피막과 동일한 피막 성분을 갖는 피막
42：중간층
T_total：경질 피막 (20) 의 총 피막 두께
T1：제 1 피막 (22) 의 피막 두께
T2：제 1 피막 (22) 과 중간층 (42) 을 결합함으로써 얻어진 피막 두께

Claims

미리 정해진 부재의 표면에 형성된 내마모성 및 내열성이 뛰어난 경질 피막으로서,
Al_aCr_b(SiC)_cα_dN [단,α 는 원소의 주기율표의 IVa족, Va족, VIa족 (Cr 제외), B, C, Si, 및 Y 의 1 종 이상의 원소이며, a, b, c, 및 d 는 각각 0.35≤a≤0.76, 0.12≤b≤0.43, 0.05≤c≤0.20, 및 0≤d≤0.20 의 범위 내의 원자비이고, Al 에 대한 Cr 의 원자비의 비 b/a 는 0.25≤b/a≤0.67 의 범위 내에서 존재하며, a＋b＋c＋d=1 임] 을 구성하는, 최표면에 형성되는 제 1 피막, 및
총 피막 두께 (T_total) 가 0.5 ~ 15㎛ 의 범위 내에서 제 1 피막의 피막 두께 (T1) 를 가지거나, 제 1 피막과 동일한 피막 성분을 갖는 다른 피막 부분을 구비하는 경우, 피막 두께 (T1) 및 다른 피막 부분을 포함하는 피막 두께가 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상인 경질 피막을 포함하는 경질 피막.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 피막이 상기 미리 정해진 부재의 표면상에 직접 형성되며, 상기 제 1 피막 만으로만 구성되어 있고,
상기 제 1 피막의 피막 두께 (T1) 가 총 피막 두께 (T_total) 인 경질 피막.
제 1 항에 있어서,
상기 경질 피막은 Ti_eAl_fCr_gβ_hN [단, β 는 원소의 주기율표의 IVa족, Va족, VIa족 (Ti, Cr 제외), B, C, Si, 및 Y 의 1 종 이상의 원소이며, e, f, g, 및 h 는 각각 0≤e≤0.64, 0.32≤f≤0.81, 0≤g≤0.40, 0≤h≤0.20 의 범위 내의 원자비를 가지며, e 와 g 는 동시에 0 (영) 이 되지 않고, e＋f＋g＋h=1 가 만족됨] 로 이루어진 제 2 피막을 가지며, 상기 제 2 피막은 상기 미리 정해진 부재와 상기 제 1 피막의 사이에 상기 미리 정해진 부재의 표면상에 형성되는 경질 피막.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 피막은 상기 제 2 피막에 직접 형성되어, 상기 경질 피막은 제 1 피막 및 제 2 피막만으로 구성되어 있고,
상기 제 1 피막의 피막 두께 (T1) 가 총 피막 두께 (T_total) 의 20% 이상인 경질 피막.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 피막과 상기 제 2 피막과의 사이에, 경질 피막은 상기 제 1 피막 및 상기 제 2 피막과 동일한 피막 성분의 피막이 교대로 적층된 교호층 또는 상기 제 1 피막 및 상기 제 2 피막이 혼합된 피막 성분의 혼합층으로 구성되는 중간층이 형성된 경질 피막.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 경질 피막으로 피복된 공구 모재의 표면을 갖는 경질 피막 피복 공구.