KR101647678B1 - 온열간 단조금형의 코팅막 및 온열간 단조금형의 표면처리방법 - Google Patents

온열간 단조금형의 코팅막 및 온열간 단조금형의 표면처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온열간 단조금형의 코팅막 및 온열간 단조금형의 표면처리방법에 관한 것으로서, 단조금형의 표면상에 형성된 질화막; 및 상기 질화막 표면상에 형성된 질화지르코늄막;을 포함하여 이루어지며, 상기 질화지르코늄막은 다결정화된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 종래와 달리, 질화막 상에 최적의 고른 결정배향을 갖는 다결정성 질화지르코늄막을 추가로 코팅함으로써, 경도 대비 영률을 현저히 낮출 수 있어, 복원력이 우수한 장점이 있다.

Description

온열간 단조금형의 코팅막 및 온열간 단조금형의 표면처리방법 {COATING LAYER OF HOT AND WARM FORGING DIES AND METHOD FOR SURFACE TREATMENT OF HOT AND WARM FORGING DIES}
본 발명은 온열간 단조금형의 코팅막 및 온열간 단조금형의 표면처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 종래와 달리, 질화막 상에 다결정성 질화지르코늄막을 추가로 코팅하고, 질화지르코늄 막에 이종금속을 성장시킴으로써, 경도 대비 영률을 낮추면서 탄성복원력을 현저히 향상시킬 수 있어, 단조금형의 내마모성이 향상되어 현저한 수명향상이 가능한 온열간 단조금형의 코팅막 및 온열간 단조금형의 표면처리방법에 관한 것이다.
온열간 단조금형은 600도 이상의 피성형물을 가공하는 틀로서 고온의 피성형물에 의한 금형의 온도가 400도 이상의 열을 받게 되어 열피로 특성이 중요하다. 또한, 단조금형은 고온에서 고하중을 충격을 주기적으로 받게 되어 고온 인성을 가져야 하며 피성형물의 부분적인 압출에 의한 피성형물과 금형간의 마찰에 의한 마모가 상당하여 내마모성을 갖는 금형소재를 사용하게 된다. 그리고 가공성형물의 원활한 배출을 위하여 사용되는 윤활제 및 이형제에 의한 금속의 부식 환경에 노출되어 있어 내부식성이 있어야 한다.
온열간 금형은 이러한 열악한 환경에서 단조성형 작업이 이루어지게 되어 금형의 수명향상을 위한 다양한 표면처리 방법이 적용되었으나 현재는 질화열처리 및 CNX 표면처리만이 적용되어 사용되고 있다.
이 중에서, 확산침투법에 의한 질화기술은 금속 소지에 질소를 결정격자 확산침투시켜 소재표면의 경도를 향상시키는 기술로서 100 마이크론 내외의 확산층을 갖는다. 현재 온간 단조금형의 수명향상 기법으로 가장 널리 활용되고 있는 기술이지만, 내열성, 내식성이 약하고, 금형의 수명이 길지 못 하다는 문제가 있다.
이에, 기존 금형 및 가공공구의 수명향상 기법으로 TiN, CrN 박막을 냉간 단조와 프레스 금형에 적용하였으나, 온간 및 열간 금형에는 부식 문제, 열피로 및 인성 문제로 코팅피막이 박리되거나 마모되어 내마모성 향상이 미미한 단점이 있었다. 또한, 기존 박막에 Si, Al를 첨가한 나노화 박막 기술은 고경도 및 내열성이 우수하나 금속소재와의 밀착력이 낮아 고하중의 충격에 의한 피막과 고경도 특성으로 인한 잔류응력에서 발생되는 코팅막과 금속 소재간의 박리로 인해 실제 적용이 어려운 문제가 있었다.
따라서, 경도와 영률을 낮추면서 탄성복원력을 현저히 향상시킴으로써, 단조금형의 내마모성이 향상되어 수명향상이 가능한 온열 단조금형을 제조하는 기술이 요구된다.
한국등록특허 제10-0345809호
본 발명은 종래와 달리, 질화막 상에 최적의 고른 결정배향을 갖는 다결정성 질화지르코늄막을 추가로 코팅함으로써, 경도 대비 영률을 현저히 낮출 수 있어, 복원력이 우수한 온열간 단조금형의 코팅막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
단조금형상에 적층된 질화지르코늄 막과 질화막의 두께비율을 최적화함으로써, 단조금형의 수명을 극대화시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 질화지르코늄 막에 최적의 원자비율로 이종금속을 성장시킴으로써, 경도의 하락은 미미한 반면, 영률은 보다 낮아져서, 복원력을 극대화시킬 수 있는 온열간 단조금형의 코팅막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 내화금속을 질화지르코늄 막과 교차적층함으로써, 내부식성, 내열성 및 내충격성을 보다 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 온열간 단조금형의 코팅막은, 단조금형의 표면상에 형성된 질화막; 및 상기 질화막 표면상에 형성된 질화지르코늄막;을 포함하여 이루어지며, 상기 질화지르코늄막은 다결정화된 것을 특징으로 한다. 상기 질화지르코늄막은 상기 단조금형의 금속소재와 다른 종류인 이종금속을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 이종금속은 구리, 아연, 니오븀, 니켈 또는 은 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 질화지르코늄막은, 상기 질화막 표면상에서 내화금속(Refractory metal)막과 교차적층되는 것을 특징으로 하며, 상기 내화금속막은 티타늄, 니오븀, 몰리브덴, 탄탈럼, 지르코늄, 텅스텐 또는 하프늄 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 질화지르코늄막과 상기 질화막의 두께비율은 1:20 내지 1:120인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 질화지르코늄막은 질화지르코늄이 (111)배향인 결정립, (200)배향인 결정립, (220)배향인 결정립, (311)배향인 결정립을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 질화지르코늄막은 질화지르코늄을 아크 이온증착법에 의하여, 아크전류 90A 및 바이어스 -50V의 증착조건 하에서 0.5 내지 2Pa의 공정압력으로 증착되는 것을 특징으로 한다.
상기 이종금속은 상기 질화지르코늄막에 부분적으로 미세결정립의 형태로 성장되는 것을 특징으로 하며, 상기 이종금속은 상기 질화지르코늄막 100원자%에 대하여, 상기 질화지르코늄막 내에 15 내지 50원자% 포함되는 것을 특징으로 하고, 상기 단조금형은 금형강(die steel)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 온열간 단조금형의 코팅막은, 나노인덴터로 측정하였을 경우, 경도가 24 내지 30GPa이고, 영률이 300 내지 370GPa인 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명의 온열간 단조금형의 코팅막의 제조방법은, 단조금형의 표면상에 질화막을 형성하는 질화막 형성단계; 및 상기 질화막 표면상에 아크 이온증착법에 의하여, 아크전류 90A 및 바이어스 -50V의 증착조건 하에서 0.5 내지 2Pa의 공정압력으로 질화지르코늄막을 증착시키는 질화지르코늄막 형성단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
스퍼터링 타겟을 이용하여 상기 단조금형의 금속소재와 다른 종류인 이종금속을 상기 질화지르코늄막에 미세결정립 형태로 성장시키는 이종금속 첨가단계;를 더 포함하며, 상기 이종금속은 구리, 아연, 니오븀, 니켈 또는 은 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 질화막 형성단계는, 이온질화법 또는 산질화법에 의하여 상기 단조금형의 표면상에 질화막을 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 질화지르코늄막 상에 내화금속(Refractory metal)막을 적층하는 내화금속 적층단계;를 더 포함하며, 상기 내화금속막은 티타늄, 니오븀, 몰리브덴, 탄탈럼, 지르코늄, 텅스텐 또는 하프늄 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 내화금속막과 상기 질화지르코늄막은 추가로 교차적층되는 것을 특징으로 하며, 상기 질화지르코늄막과 상기 질화막의 두께비율은 1:20 내지 1:120인 것을 특징으로 하고, 상기 질화지르코늄막은 질화지르코늄이 (111)배향인 결정립, (200)배향인 결정립, (220)배향인 결정립, (311)배향인 결정립을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 종래와 달리, 질화막 상에 최적의 고른 결정배향을 갖는 다결정성 질화지르코늄막을 추가로 코팅함으로써, 경도 대비 영률을 현저히 낮출 수 있어, 복원력이 우수한 장점이 있다.
또한, 단조금형상에 적층된 질화지르코늄 막과 질화막의 두께비율을 최적화함으로써, 단조금형의 수명을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 질화지르코늄 막에 최적의 원자비율로 이종금속을 성장시킴으로써, 경도의 하락은 미미한 반면, 영률은 보다 낮아져서, 복원력을 극대화시킬 수 있는 있는 장점이 있다.
또한, 내화금속을 질화지르코늄 막과 교차적층함으로써, 내부식성, 내열성 및 내충격성을 보다 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 온열간 단조금형의 코팅막에 대한 단면도
도 2는 본 발명의 온열간 단조금형의 코팅막 제조방법에 대해 순차적으로 나타낸 순서도
도 3은 공정압력에 따른 질화지르코늄막의 결정구조에 대한 그래프
도 4는 이종원소 구리의 첨가에 따른 질화지르코늄막의 결정구조에 대한 그래프
도 5는 본 발명의 온결간 단조성형과 금형장치를 나타낸 모식도
도 6은 본 발명의 다결정성 질화지르코늄막이 코팅된 단조금형과 종래 질화막만이 코팅된 단조금형의 수명을 비교한 사진
이하, 본 발명에 의한 온열간 단조금형의 코팅막 및 온열간 단조금형의 표면처리방법에 대하여 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
먼저, 본 발명의 온열간 단조금형의 코팅막은, 도 1에 나타난 바와 같이, 질화막(20) 및 질화지르코늄 막(30)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 질화막(20)은 단조금형(10)의 표면상에 형성된다. 어떠한 방식으로 형성되어도 무방하나, 이온 질화법 또는 산 질화법에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 단조금형(10)은 온간 및 열간 단조금형인 것이 바람직하며, 온열간 단조금형은 600도 이상의 피성형물을 가공하는 틀로서 고온의 피성형물에 의한 금형의 온도가 400도 이상의 열을 받게 된다. 본 발명에서 단조금형(10)은 어떠한 금속의 재질로 이루어져도 무방하나, 바람직하게는 금형강(die steel), 더욱 바람직하게는 SKD61금형강, SKD11 금형강, YXR 금형강을 포함하는 것이 효과적이다.
대표적인 온열간 단조금형은 고온에서 작업되며, 고하중에 의한 3cm 이상 피성형물이 변형되는 전후방압출형 금형이며, 피처리물은 알터네이터 로터의 온간성형, 피니언 기어의 온간성형 등이 있다.
질화지르코늄막(30)은 상기 질화막(20) 표면상에 형성되는 질화지르코늄(zirconium nitride)으로 형성된 막이다. 본 발명에서는 질화막(20)상에 다결정화된 질화지르코늄막(30)을 적층함으로써, 경도를 유지하면서도 영률을 현저히 낮춰 단조금형의 내구성을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명에서는, 질화지르코늄막(30)이 다양한 결정립이 고루 분포하도록 형성시킴으로써, 가장 우수한 특성을 발현시킬 수 있음을 발견하였다.
질화지르코늄막(30)은 도 3에 나타난 바와 같이, 질화지르코늄이 (111)배향인 결정립, (200)배향인 결정립, (220)배향인 결정립 및 (311)배향인 결정립을 고르게 포함할 때에, 가장 우수한 경도, 영률 및 복원특성이 구현되었다.
또한, 질화지르코늄막(30)은 질화지르코늄을 아크 이온증착법에 의하여, 아크전류 90A 및 바이어스 -50V의 증착조건 하에서 0.5 내지 2Pa의 공정압력으로 증착되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 1.2Pa, 가장 바람직하게는 1Pa인 것이 효과적이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 동일조건에서, 공정압력이 5Pa인 경우, 영률이 440GPa로 현저히 높아진 반면, 1Pa인 경우, 영률이 360GPa로 현저히 낮아져, 우수한 탄성복원력을 구현할 수 있었다.
여기서, 질화지르코늄막(30)과 질화막(20)의 두께비율은 1:20 내지 1:120인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 1:30 내지 1:100, 가장 바람직하게는 1:33 내지 1:60인 것이 효과적이다. 상기 두께비율범위를 벗어나는 경우, 경도, 영률 및 그로 인한 탄성복원력 특성이 현저히 저하되어 본 발명의 효과를 구현하기 어려운 문제가 있다.
또한, 보다 구체적으로는, 질화지르코늄막(30)의 두께는 2 내지 3㎛인 것이 바람직하며, 질화막(20)의 두께는 100 내지 200㎛인 것이 바람직하다.
질화지르코늄막(30)은 단조금형의 금속소재와 다른 종류인 이종금속(31)을 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 이종금속은 금형강 외의 어떠한 금속이든 무방하나, 본 발명에서는, 구리, 아연, 니오븀, 니켈 또는 은 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 구리를 포함하는 것이 효과적이다.
상기 이종금속(31)은 상기 질화지르코늄막(30)에 부분적으로 미세결정립의 형태로 성장되어 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 이종금속(31)은 상기 질화지르코늄막 100원자%에 대하여, 상기 질화지르코늄막 내에 15 내지 50원자% 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 20 내지 40원자%, 가장 바람직하게는 30원자% 포함되는 것이 효과적이다. 15원자%미만인 경우에는 이종원소 첨가로 인한 경도 대비 영률 감소 효과가 미미하며, 50원자%를 초과하는 경우에는 경도가 현저히 저하되는 문제가 있다.
또한, 질화지르코늄막(30)은, 질화막(20) 표면상에서 내화금속(Refractory metal)막(40)과 교차적층되는 것이 더 바람직하다. 내화금속막(40)을 질화지르코늄막(30)과 교차적층됨으로써, 내부식성, 내열성 및 내충격성을 보다 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
여기서, 내화금속막(40)은 내화금속 어느 것이든 사용할 수 있으나, 본 발명에서는, 티타늄, 니오븀, 몰리브덴, 탄탈럼, 지르코늄, 텅스텐 또는 하프늄 중 적어도 하나를 포함하는 것이 보다 효과적이다.
다음으로, 본 발명의 온열간 단조금형의 코팅막은, 나노인덴터로 측정하였을 경우, 경도가 24 내지 30GPa이고, 영률이 300 내지 370GPa인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 경도가 27 내지 30GPa이고, 영률이 300 내지 350GPa, 가장 바람직하게는, 경도가 28 내지 30GPa이고 영률이 300 내지 320GPa인 것이 효과적이다. 본 발명에 의해 비로소 상기 물성범위를 구현하였으며, 해당 물성범위에서 탄성복원력의 극대화를 통한 단조금형 코팅의 수명특성을 향상시킬 수 있는 최적의 수치임을 발견하였다.
다음으로, 본 발명의 온열간 단조금형의 코팅막의 제조방법은, 도 2에 나타난 바와 같이, 질화막 형성단계(S10), 질화지르코늄막 형성단계(S20), 이종금속 첨가단계(S30) 및 내화금속막 형성단계(S40)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
먼저, 질화막 형성단계(S10)는 단조금형의 표면상에 질화막을 형성하는 단계이다. 이는 질화지르코늄막과 함께 이중막을 형성하여 서로 결합됨으로써 시너지 효과를 통해, 우수한 내마모성을 구현하기 위함이다.
질화막 형성단계(S10)는, 이온질화법 또는 산질화법에 의하여 단조금형의 표면상에 질화막을 형성하는 것이 바람직하다.
질화지르코늄막 형성단계(S20)는, 질화막 표면상에 아크 이온증착법에 의하여, 아크전류 90A 및 바이어스 -50V의 증착조건 하에서 0.5 내지 2Pa의 공정압력으로 질화지르코늄막을 증착시키는 단계이다. 상기 언급한 바와 같이, 해당 조건하에서 비로소 본 발명의 영률 감소로 인한 탄성본원력 향상효과가 구현될 수 있다.
질화지르코늄막과 질화막의 두께비율은 1:20 내지 1:120인 것이 바람직하며, 질화지르코늄막은 질화지르코늄이 (111)배향인 결정립, (200)배향인 결정립, (220)배향인 결정립, (311)배향인 결정립을 포함하는 것이 바람직하다. 그 구체적인 이유는 상기 언급된 바와 같다.
이종금속 첨가단계(S30)는 스퍼터링 타겟을 이용하여 상기 단조금형의 금속소재와 다른 종류인 이종금속을 상기 질화지르코늄막에 미세결정립 형태로 성장시키는 단계이다. 다양한 방식으로 질화지르코늄막에 미세결정립 형태로 이종금속을 형성시킬 수 있으나, 스퍼터링 타겟을 이용하는 것이 본 발명에서 가장 효과적이다. 여기서, 이종금속은 구리, 아연, 니오븀, 니켈 또는 은 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 내화금속막 적층단계(S40)는 질화지르코늄막 상에 내화금속막을 적층하는 단계이다. 여기서, 내화금속막은 티타늄, 니오븀, 몰리브덴, 탄탈럼, 지르코늄, 텅스텐 또는 하프늄 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
내화금속막과 질화지르코늄막은 추가로 교차적층되는 것이 보다 바람직하다.
온열간 단조금형의 코팅막의 제조방법에서 설명되지 않은 부분은 상기 본 발명의 온열간 단조금형의 코팅막에서 설명된 바와 같다.
이하는 본 발명의 온열간 단조금형의 코팅막의 우수성을 입증하기 위하여 실시한 실험결과이다.
도 3은 질화지르코늄막을 다결정성으로 고르게 형성한 경우의 우수한 효과에 관한 것으로, 도 3에 나타난 바와 같이, 공정압력 5Pa에서 보다 1Pa 조건하에서 다결정성이 구현됨을 알 수 있다. 본 실험에서, 본원발명의 범위를 벗어나는 공정압력 5Pa에서 형성된 질화지르코늄막의 경우, 경도가 29GPa, 영률이 440GPa로 측정된 반면, 본원발명의 범위에 속하는 공정압력 1Pa에서 형성된 질화지르코늄막의 경우, 경도가 28GPa, 영률이 360GPa로 측정되었다. 즉, 경도의 차이는 미미한 반면, 영률이 현저히 낮아져, 본원발명이 우수한 탄성복원력 및 수명향상을 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다.
다음으로, 도 4는 이종원소 구리를 첨가한 질화지르코늄막의 결정구조를 분석한 것으로, 스퍼터링 전력이 2A일 때, 피막내에 함유되는 구리의 양은 20원자% 이상이 나오는 것을 확인하였다. 도 3에서 1Pa 조건에서 형성된 다결정성 질화지르코늄막에 구리를 스퍼터링 타겟을 이용하여 첨가한 결과, 경도는 26GPa, 영률은 310GPa로 경도는 거의 비슷한 반면, 영률은 현저히 낮아진 것을 확인할 수 있었다.
마지막으로, 상기 1Pa 조건에서 형성된 다결정성 질화지르코늄막을 알터네이터 로터 부품의 온간성형 금형에 적용하여, 도 5는 온열간 단조의 방법과 금형장치에 관해 나타내었으며, 도 6은 금형의 수명에 관한 실험결과로써, 종래 단순히 온간 단조금형에 침투확산법에 의하여 질화와 산질화처리를 실시한 금형은 사용수명이 약 25,000타에 불과한 반면, 본원발명의 상기 1Pa 조건에서 형성된 다결정성 질화지르코늄막은 약 35,000타로 금형의 수명이 약 40%가량 현저히 향상되었을 뿐만 아니라, 마모의 형태 또한 도 6에 나타난 바와 같이 종래 기술에 비해 현저히 우수함을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
10: 단조금형
20: 질화막
30: 질화지르코늄 막
31: 이종금속이 성장된 질화지르코늄 막
40: 내화금속 막

Claims (19)

  1. 단조금형의 표면상에 형성된 질화막; 및
    상기 질화막 표면상에 형성된 질화지르코늄막;을 포함하여 이루어지는 온열간 단조금형의 코팅막으로서,
    상기 질화지르코늄막은 질화지르코늄이 (111)배향인 결정립, (200)배향인 결정립, (220)배향인 결정립 및 (311)배향인 결정립을 포함하는 다결정성 질화지르코늄 막이고,
    상기 코팅막은 나노인덴터로 측정하였을 경우, 경도가 24 내지 30GPa이고, 영률이 300 내지 370GPa인 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 질화지르코늄막은 상기 단조금형의 금속소재와 다른 종류인 이종금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 이종금속은 구리, 아연, 니오븀, 니켈 또는 은 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 질화지르코늄막은, 상기 질화막 표면상에서 내화금속(Refractory metal)막과 교차적층되는 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 내화금속막은 티타늄, 니오븀, 몰리브덴, 탄탈럼, 지르코늄, 텅스텐 또는 하프늄 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 질화지르코늄막과 상기 질화막의 두께비율은 1:20 내지 1:120인 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막
  7. 삭제
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 질화지르코늄막은 질화지르코늄을 아크 이온증착법에 의하여, 아크전류 90A 및 바이어스 -50V의 증착조건 하에서 0.5 내지 2Pa의 공정압력으로 증착되는 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 이종금속은 상기 질화지르코늄막에 부분적으로 미세결정립의 형태로 성장되는 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 이종금속은 상기 질화지르코늄막 100원자%에 대하여, 상기 질화지르코늄막 내에 15 내지 50원자% 포함되는 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 단조금형은 금형강(die steel)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막
  12. 삭제
  13. 단조금형의 표면상에 질화막을 형성하는 질화막 형성단계; 및
    상기 질화막 표면상에 아크 이온증착법에 의하여, 아크전류 90A 및 바이어스 -50V의 증착조건 하에서 0.8 내지 2Pa의 공정압력으로 다결정화된 질화지르코늄막을 증착시키는 다결정성 질화지르코늄막 형성단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막의 제조방법
  14. 제 13항에 있어서,
    스퍼터링 타겟을 이용하여 상기 단조금형의 금속소재와 다른 종류인 이종금속을 상기 질화지르코늄막에 미세결정립 형태로 성장시키는 이종금속 첨가단계;를 더 포함하며, 상기 이종금속은 구리, 아연, 니오븀, 니켈 또는 은 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막의 제조방법
  15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 질화막 형성단계는, 이온질화법 또는 산질화법에 의하여 상기 단조금형의 표면상에 질화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막의 제조방법
  16. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 질화지르코늄막 상에 내화금속(Refractory metal)막을 적층하는 내화금속막 적층단계;를 더 포함하며, 상기 내화금속막은 티타늄, 니오븀, 몰리브덴, 탄탈럼, 지르코늄, 텅스텐 또는 하프늄 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막의 제조방법
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 내화금속막과 상기 질화지르코늄막은 추가로 교차적층되는 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막의 제조방법
  18. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 질화지르코늄막과 상기 질화막의 두께비율은 1:20 내지 1:120인 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막의 제조방법
  19. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 질화지르코늄막은 질화지르코늄이 (111)배향인 결정립, (200)배향인 결정립, (220)배향인 결정립, (311)배향인 결정립을 포함하는 것을 특징으로 하는 온열간 단조금형의 코팅막의 제조방법
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102619508B1 (ko) 2023-03-21 2024-01-02 (주)미래몰드에칭 금형 표면 코팅 방법 및 금형 제품

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000002333A (ja) * 1998-06-18 2000-01-07 Teikoku Piston Ring Co Ltd ピストンリング
JP3279312B1 (ja) 2001-02-23 2002-04-30 日本ビクター株式会社 成形用金型とその製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11351390A (ja) * 1998-06-09 1999-12-24 Teikoku Piston Ring Co Ltd 組合せオイルリングのスペーサエキスパンダおよび組合せオイルリング
KR100345809B1 (ko) 1999-09-14 2002-07-27 주식회사 케이피티 알루미늄 압출금형의 플라즈마 질화처리 방법
US7211323B2 (en) * 2003-01-06 2007-05-01 U Chicago Argonne Llc Hard and low friction nitride coatings and methods for forming the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000002333A (ja) * 1998-06-18 2000-01-07 Teikoku Piston Ring Co Ltd ピストンリング
JP3279312B1 (ja) 2001-02-23 2002-04-30 日本ビクター株式会社 成形用金型とその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102619508B1 (ko) 2023-03-21 2024-01-02 (주)미래몰드에칭 금형 표면 코팅 방법 및 금형 제품

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