KR101788764B1 - 다이아몬드 코팅 부품 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 WC-Co계 초경재료인 모재에 다이아몬드가 코팅된 다이아몬드 코팅 부품으로서, 상기 모재의 상부에 증착되는 중간층; 상기 중간층의 상부에 증착되는 다이아몬드 핵 생성 촉진층; 및 상기 다이아몬드 핵 생성 촉진층의 상부에 증착되는 다이아몬드 코팅층을 포함하는 다이아몬드 코팅 부품 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

다이아몬드 코팅 부품 및 그 제조 방법{DIAMOND COATING PART AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 다이아몬드 코팅 부품 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로, WC-Co계 절삭공구에 나노미터(㎚) 입자 크기의 다이아몬드(나노다이아몬드) 코팅층을 형성함에 있어서 중간층과 다이아몬드 핵 생성 촉진층을 도입하여, 나노다이아몬드 코팅층의 밀착력을 향상시킬 수 있는 나노다이아몬드 코팅 부품 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 높은 경도와 인성, 우수한 내마모성을 갖는 여러 재료들이 개발되면서, 이러한 재료를 가공할 수 있는 보다 단단하고 우수한 내마모성을 갖는 절삭공구의 필요성이 점점 증대되고 있다.

한편, 다이아몬드는 현존하는 물질 중에서 가장 단단하고, 화학적 안정성이 우수하여 산업적으로 널리 이용되고 있는 추세이다. 따라서, 기존에 사용되던 절삭공구 표면에 다이아몬드막을 증착시켜 경도와 내마모성을 크게 향상시킨 다이아몬드 코팅 절삭공구에 관한 개발이 꾸준하게 이루어져 왔다.

특히 최근 항공기에 이용이 증가하고 있는 CFRP(carbon fiber reinforced plastic) 소재의 가공에는 나노다이아몬드막을 코팅한 공구가 최적인 것으로 알려지면서, 나노다이아몬드막을 코팅한 공구에 대한 관심이 증대되고 있다.

일반적으로, 다양한 형태와 크기를 갖는 절삭공구에 다이아몬드 박막을 균일하게 증착시키기 위해서 기상화학증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)법이 주로 이용되고 있는데, 이러한 기상화학증착법에는 고온상태에서 증착시키는 열 필라멘트(hot filament)나 플라즈마 상태에서 증착시키는 마이크로웨이브 플라즈마(Microwave plasma) 기상화학증착법 등이 있다.

다이아몬드 박막은 입자크기에 따라 마이크로(결정)다이아몬드(Microcrystalline diamond)와 나노(결정)다이아몬드(Nanocrystalline diamond)로 나눌 수 있는데, 이 중 나노다이아몬드는 증착온도가 700℃ 내외로 낮고 입자크기가 마이크로미터 크기 이하이어서 증착 후 표면조도가 수십 nm로 낮은 특징을 갖고 있다.

한편, 전술한 방법으로 증착된 나노다이아몬드 박막은 WC-Co 모재와의 밀착력이 우수해야 공구로써의 성능을 충분히 발휘될 수 있다. WC-Co 모재는 WC 입자가 Co 바인더로 결합되어 있는 구조로 경도, 인성등의 물성이 우수한 반면, 다이아몬드 박막을 증착시킬 경우 바인더(binder)인 Co는 촉매작용으로 탄소 원자를 그래파이트(graphite)화 시켜, 다이아몬드 박막 자체의 합성을 어렵게 할 뿐 아니라 다이아몬드 박막과 WC-Co 모재사이의 밀착력을 저하시키는 문제를 야기한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 화학적으로 코팅될 표면의 Co를 에칭하는 방법이 주로 이용되어 왔는데, 이는 주로 Co 함량이 6 wt% 정도로 낮은 모재에 두께가 10㎛ 이하의 다이아몬드 박막을 증착하는데 주로 이용되어 왔다.

한편, 다이아몬드 박막의 두께를 늘리려면 증착시간을 늘려야 하는데, 이는 필연적으로 WC-Co 내부에 존재하는 Co의 표면으로의 확산을 야기시켜, 밀착력 저하를 가져오게 된다.

또한, 종래문헌에 기재된 방법의 경우, WC-Co 모재의 표면에 나노다이아몬드 박막의 밀착력을 향상시키기 위한 방법이 제안되었으나, 고온 열처리에 의해 다이아몬드막이 증착되는 WC-Co 표면에 수 내지 수십㎛의 심한 표면 굴곡을 야기시켜, 다이아몬드막을 증착하여 이용하기에는 WC-Co 모재 자체의 굴곡에 의해 균일한 표면을 얻는 것이 사실상 불가능하다.

미국특허공보 7,947,329호

따라서, 전술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 WC-Co 모재와 다이아몬드막 사이에 비정질의 탄화물, 질화물 및 탄질화물 소재의 중간층을 도입함으로써, 증착시 형성되는 다이아몬드의 입자와 Co 입자와의 접촉을 충분히 억제하고, Co 입자의 확산에 따른 표면의 그래파이트상의 형성을 억제하여, WC-Co 모재에 밀착력이 확보된 다이아몬드 코팅층을 증착한 다이아몬드 코팅 공구 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 WC-Co계 초경재료인 모재에 다이아몬드가 코팅된 다이아몬드 코팅 부품으로서, 모재의 상부에 증착되는 중간층; 중간층의 상부에 증착되는 다이아몬드 핵 생성 촉진층; 및 다이아몬드 핵 생성 촉진층의 상부에 증착되는 다이아몬드 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 부품을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 중간층은 비정질 구조를 갖는 탄화물층이거나, 비정질 구조를 갖는 탄질화물층 또는 비정질 구조를 갖는 질화물층일 수 있고, 이들은 Si, W 및 B 중에서 선택되는 어느 하나의 원소를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다이아몬드 핵 생성 촉진층은 전이금속, Si, W 및 B 중에서 선택되는 원소의 탄화물층이거나, 전술한 중간층을 가스 플라즈마로 표면을 처리하여 생성될 수도 있다.

또한, 본 발명의 가스 플라즈마 표면 처리시의 가스는 Ar, He 및 Ne을 포함하는 비활성 가스에 10 vol% 이상의 수소 가스를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 중간층의 표면의 제타전위는 음의 부호를 갖고, 다이아몬드 코팅층을 생성하기 위한 다이아몬드 슬러리의 제타전위는 양의 부호를 가질 수 있다.

또한, 중간층의 두께와 다이아몬드 핵 생성 촉진층의 두께의 합은 100 nm 이상일 수 있으며, 중간층의 증착과 다이아몬드 핵 생성 촉진층의 증착은 CVD 또는 PVD 에 의해 이루어질 수 있다.

본 발명은 나노다이아몬드 박막이 증착되는 700℃ 내외의 낮은 기판 온도에서 Co의 입계 확산을 억제할 수 있도록, WC-Co 표면에 Co와의 반응성이 낮으며 비정질 구조인 탄화물, 질화물 및 탄질화물을 중간층으로 도입하여, Co 입자가 증착 표면으로 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은 전술한 중간층 위에 나노다이아몬드 박막이 증착되기 위해서는 핵 생성 처리(seeding)시, 다이아몬드의 핵 생성을 촉진할 수 있는 탄화물층 또는 중간층인 질화물층 또는 탄질화물층을 수소가 포함된 가스 플라즈마로 표면처리 하여, 다이아몬드의 핵 생성을 촉진할 수 있다.

따라서, 본 발명은 Co 확산을 억제하면서도, 동시에 높은 핵 생성 밀도 구현을 통해 WC-Co 모재를 기반으로 하는 나노다이아몬드 코팅 부품을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 나노다이아몬드 코팅 부품의 증착 과정을 나타내기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 WC_x 중간층 및 이를 수소 플라즈마를 이용하여 표면 처리한 시편의 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 WC_xN_y 중간층 및 이를 수소 플라즈마를 이용하여 표면 처리한 시편의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 SiC_x 중간층 및 이를 수소 플라즈마를 이용하여 표면 처리한 시편의 SEM 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 SiC_xN_y 중간층 및 이를 수소 플라즈마를 이용하여 표면 처리한 시편의 SEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 SiN_y 중간층 및 이를 수소 플라즈마를 이용하여 표면 처리한 시편의 SEM 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 WN_y 중간층 및 이를 수소 플라즈마를 이용하여 표면 처리한 시편의 SEM 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 중간층을 증착한 후, 나노다이아몬드 코팅층을 코팅한 이후의 시편의 형상을 나타내는 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다이아몬드 코팅 부품의 개념도 및 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 기준으로 본 발명의 바람직한 실시 형태를 통하여, 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 부품 및 그 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.

설명에 앞서, 여러 실시 형태에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시 형태에서 설명하고, 그 외의 실시 형태에서는 다른 구성 요소에 대해서만 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 나노다이아몬드 코팅 부품의 증착 과정을 나타내기 위한 모식도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 개략적으로 (a) 모재(10)를 준비하는 단계, (b) 상기 모재(10)의 상부에 중간층(20)을 증착하는 단계, (c) 상기 중간층(20)의 상부에 다이아몬드 핵 생성 촉진층(30)을 증착하거나, 수소 플라즈마로 중간층(20)의 표면을 처리하여 다이아몬드 핵 생성 촉진층(30)을 생성하는 단계, 및 (d) 상기 다이아몬드 핵 생성 촉진층(30)의 상부에 다이아몬드 코팅층(40)을 증착하는 단계가 순차적으로 이루어진다.

본 발명의 일 실시형태에서 사용하는 모재(10)는 WC-Co계의 초경재료를 사용하며, 모재(10)의 상부에 증착되는 중간층(20)은 비정질 구조를 갖는 탄화물(MC_x)층, 비정질 구조를 갖는 탄질화물(MC_xN_y)층 및 비정질 구조를 갖는 질화물(MN_y)층이 될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서의 중간층(20)은 비정질 구조를 갖는 것이 바람직한데, 이러한 비정질 구조의 중간층(20)을 통해, 모재로부터의 Co 확산을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시형태에서의 중간층(20)인 탄화물(MC_x)층, 질화물(MN_y)층 및 탄질화물(MC_xN_y)층은 금속 원소 또는 비금속 원소와의 화합물로 이루어진 탄화물(MC_x)층, 질화물(MN_y)층 및 탄질화물(MC_xN_y)층으로서, 금속 원소로서 Si, W 및 B 중에서 선택되는 어느 하나의 원소를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서의 다이아몬드 핵 생성 촉진층(30)은 전이금속, Si, W 및 B 중에서 선택되는 원소의 탄화물(MC_x)층으로서, 상기 중간층(30)의 상부에 증착될 수 있다. 한편, 중간층(20)으로서 질화물(MN_y)층 또는 탄질화물(MC_xN_y)층이 사용되는 경우, 상기 중간층(20)의 표면을 가스 플라즈마로 표면 처리하여 이를 다이아몬드 핵 생성 촉진층(30)으로도 이용할 수 있다.

이 때, 질화물(MN_y)층 또는 탄질화물(MC_xN_y)층의 플라즈마 표면 처리에 이용되는 가스는 Ar, He 및 Ne을 포함하는 비활성 가스에 10vol% 이상의 수소 가스를 포함하는 가스를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 중간층(20)의 두께와 상기 다이아몬드 핵 생성 촉진층(30)의 두께의 합은 100 nm 이상인 것이 바람직하며, 이를 통해, 다이아몬드 코팅층(40)으로의 Co 확산을 억제하면서도, 다이아몬드 코팅층(40)의 밀착성을 향상시킬 수 있다.

이하의 실시예들을 통해 본 발명을 더욱 상세히 이해할 수 있다.

[실시예 1]

다양한 금속탄질화물(MC_1-xN_x)층 위에서의 나노다이아몬드 핵 생성 밀도를 확인해 보기 위해, Si(100) 기판에 3인치 크기의 SiC, WC, Si, W 타겟을 스퍼터링 하여, SiC_x, WC_x, SiC_xN_y, SiN_x WN_x 박막을 증착하여 시편을 제작하였다.

이 때, 증착 공정 압력은 3 mtorr, 기판온도는 250 ~ 350℃로 하여 중간층의두께가 약 600 nm가 되도록 증착하였다. 증착시 기판바이어스는 75V~-100V에서 조절하였고, 탄질화물 및 질화물은 Ar-N₂ 혼합가스를 이용하여 증착하였는데, 질소의 함량(부피비)는 30%~67% 범위에서 조절하였다.

이렇게 증착된 시편들은 직류 펄스(pulsed DC)를 이용하여 Ar-H₂ 혼합가스를 4.8 mtorr 압력과 -650V의 전압으로 여기한 플라즈마로 약 10분 동안 표면처리하였다. 그 후, 준비된 시편들을 3 nm의 평균입경을 갖는 나노다이아몬드 분말이 분산되어 있는 메탄올 슬러리에 넣고 초음파 진동을 가하여 나노다이아몬드 분말이 흡착될 수 있도록 처리하였다.

처리한 시편은 SEM 이미지를 이용해 핵 생성 입자(seed)의 밀도를 측정하였다. 메탄올 슬러리내의 나노다이아몬드 입자와 증착한 중간층의 표면 제타전위(zeta potential)는 오츠카 전자 회사(Otsuka Electronics Co. Ltd.)의 ELSZ-2000 모델을 이용하여 측정하였다.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 WC_x 중간층 및 이를 수소 플라즈마를 이용하여 표면 처리한 시편의 SEM 사진이다. 한편, 다이아몬드 핵 생성 입자(seed)의 밀도는 다소 감소하였으나, 응집체 형성이 촉진되면서 기판 위의 나노 다이아몬드 입자가 차지하는 면적 분율이 증가하는 현상이 관찰되었고, 이를 도 2(b)에 나타내었다.

실제 WC_x 박막과 이를 플라즈마 처리한 박막 표면의 SEM 이미지들로부터 측정한 핵 생성 입자(seed)의 밀도는 각각 4.110¹⁰/cm² 및 1.710¹⁰/cm²로 측정되었다.

도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 WC_xN_y 중간층 및 이를 수소 플라즈마를 이용하여 표면 처리한 시편의 SEM 사진이다. 탄질화물인 WC_xN_y 표면에서는 탄화물인 WC_x 표면에서보다 낮은 핵 생성 입자(seed) 밀도가 관찰되었고, 동일한 슬러리를 이용하였음에도 불구하고, 응집체의 형성이 앞서 WC_x기판에 비해서는 다소 줄어들었음을 알 수 있다. 이는 다이아몬드분말의 흡착이 증착된 층 종류(표면에서의 화학적 결합 상태)에 따라 크게 달라졌기 때문이다.

실제 WC_xN_y 박막과 이를 플라즈마 처리한 박막 표면의 SEM 이미지들로부터 측정한 핵 생성 입자(seed) 밀도는 각각 1.310¹⁰/cm² 및 3.110¹⁰/cm²로 측정되었다.

도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 SiC_x 중간층 및 이를 수소 플라즈마를 이용하여 표면 처리한 시편의 SEM 사진이다. SiC_x 박막의 경우 응집체 형성은 줄어들었음을 알 수 있으나, SiC_x 박막을 수소 플라즈마를 이용하여 표면처리 한 경우, 핵 생성 입자(seed) 밀도는 크게 달라지지 않았으나, 표면에서 응집체 형성 및 이에 따른 나노 다이아몬드가 차지하는 면적 비율 증가가 관찰되었다.

실제 SiC_x 박막과 이를 플라즈마 처리한 박막 표면의 SEM 이미지들로부터 측정한 핵 생성 입자(seed) 밀도는 각각 3.610¹⁰/cm², 2.710¹⁰/cm²으로 큰 차이가 나타나지 않았다.

도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 SiC_xN_y 중간층 및 이를 수소 플라즈마를 이용하여 표면 처리한 시편의 SEM 사진이다. 전술한 SiC_x 표면과는 크게 다른 핵 생성 (seed) 입자 밀도를 관찰할 수 있었는데, 동일한 슬러리를 이용하였음에도 불구하고, SiC_xN_y 박막 표면에서는 핵 생성(seed) 입자가 거의 관찰되지 않았다.

한편, 수소 플라즈마를 이용하여 표면처리 한 경우, 핵 생성(seed) 입자 밀도가 증가하는 현상이 관찰되었는데, 이와 더불어 응집체의 형성이 활발이 일어났음을 알 수 있다. 이는 다이아몬드분말의 흡착이 증착된 층 종류 및 표면에서의 화학적 결합 상태에 따라 크게 달라졌기 때문이다.

실제 SiC_xN_y 박막을 플라즈마 처리한 표면의 SEM 이미지로부터 측정한 핵 생성(seed) 밀도는 9.710⁹/cm²로 측정되었다.

도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 SiN_y 중간층 및 이를 수소 플라즈마를 이용하여 표면 처리한 시편의 SEM 사진이다. 질화물인 SiN_y 표면에서는 핵 생성(seed) 입자가 관찰되지 않았고, 이는 표면의 N와 관련된 결합때문으로 판단된다.

한편, 증착한 SiN_y 박막을 앞서 기술한 방법과 동일한 방법으로 수소 플라즈마를 이용하여 표면처리 한 경우, 핵 생성(seed) 밀도가 증가하며 응집체가 형성되기 시작하는 현상이 관찰되었고, 실제 SiN_y 박막을 플라즈마 처리한 표면의 SEM 이미지로부터 측정한 핵 생성(seed) 밀도는 2.610⁹/cm² 로 측정되었다.

도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 WN_y 중간층 및 이를 수소 플라즈마를 이용하여 표면 처리한 시편의 SEM 사진이다. 질화물인 WN_y 표면에서는 SiN_y와는 달리 높은 핵 생성(seed) 밀도가 관찰되었고, 수소 플라즈마를 이용하여 표면처리 한 경우, 핵 생성(seed) 밀도가 증가하였으나 뚜렷한 응집체 형성은 관찰되지 않았다.

실제 WN_y 박막을 플라즈마 처리한 표면의 SEM 이미지로부터 측정한 핵 생성(seed) 밀도는 각각 1.210¹⁰/cm² 및 4.210¹⁰/cm²로 측정되었다.

일반적으로, 다양한 중간층 위에서의 핵 생성 처리(seeding)에 의한 다이아몬드 분말의 흡착은 정전기적 인력(electrostatic attraction)에 의해 발생하는 것으로 알려져 있고, 다양한 시편에서의 핵 생성(seed) 입자 밀도 변화 및 응집체 형성은 제타전위 값으로 나타낼 수 있는 기판과 다이아몬드 입자 표면의 정전기적 상태에 의해 설명이 가능하다.

본 발명에서서는 다양한 종류의 중간층 중에 SiC_xN_y 및 SiN_y 시편의 제타전위를 측정하고, 나노다이아몬드 슬러리의 제타전위를 측정하였다.

위의 [표 1]에 나타난 바와 같이, 중간층 증착이 바로 실시된 이후에는, 핵 생성 처리(seeding)시 핵 생성(seed) 입자 관찰이 어려운 SiC_xN_y와 SiN_y 기판의 경우, 다이아몬드 입자와 같은 양의 값의 제타전위를 갖게 되어 정전기적 인력에 의한 흡착 발생이 어려워짐을 알 수 있다.

그러나, 동일한 시편을 수소 플라즈마 처리를 실시한 이후에는, 시판이 음의 제타전위 값을 갖게 되어 다이아몬드 입자 흡착이 일어나 핵 생성(seed) 밀도가 높아짐을 알 수 있었다.

또한, 나노 다이아몬드 분말의 경우, 핵 생성 처리시(seeding)의 측정할 경우 20 mV이하의 절대값을 갖는 제타포텐셜을 나타내므로 응집의 가능성도 높아짐을 알 수 있었다.

[실시예 2]

전술한 실시예 1을 바탕으로, WC-10wt.%Co 모재위에 모재 표면의 화학적 에칭없이 아래의 [표 2]에 나타낸 바와 같이 다양한 중간층을 증착한 후 나노다이아몬드 박막을 코팅한 후의 각 시편의 박리 상태를 도 8에 나타내었다.

한편, 나노다이아몬드의 증착을 실시하기 이전에, 메탄올에 10 nm 이하의 나노다이아몬드 파우더가 분산된 슬러리에 시편을 넣고 초음파 진동을 가하여, 핵 생성 처리(seeding)를 실시하였고 나노 다이아몬드는 HFCVD(Hot filament CVD) 장비를 이용하여 H₂-2vol%CH₄가스, 30 torr의 챔버 압력, ~2300℃의 필라멘트 온도(T_f) 하에서 20시간 증착하였다. 증착된 나노다이아몬드 박막의 두께 약 10㎛ 내외였다.

도 8에 도시된 바와 같이, 단일 중간층을 도입한 시편 중 WC_x, WC_xN_y, SiC_xN_y, WN_y, SiN_y의 경우, 나노다이아몬드 박막의 박리현상이 관찰되었다. 이와 같은 박리 현상은 Co의 확산 및 나노다이아몬드 증착 전 핵 생성 처리(seeding)시 중간층 위의 핵 생성(seed) 밀도와 연관이 있으며, 앞서 WC_x, WC_xN_y 중간층의 경우, 핵 생성(seed) 밀도가 높았음에도 불구하고(도 2 및 도 3 참조) 박리현상이 관찰되는데, 이는 Co 확산 억제가 불충분하였기 때문으로 판단된다.

반면, SiC_xN_y, WN_y, SiN_y 중간층의 경우, Co 확산을 억제하는 비정질 구조였음에도 불구하고 박리 현상이 관찰되었는데(도 4 내지 도 6 참조), 이는 핵 생성(seed) 밀도가 낮고 이로 인하여, 다이아몬드 입자의 증착시 핵 생성이 활발하지 못했기 때문이다.

이러한 중간층에서의 핵 생성(seed) 밀도는 수소 플라즈마 처리를 할 경우, 크게 높아지게 된다(도 5 내지 도 7 참조).

그러나, 수소 플라즈마 처리를 실시한 SiC_xN_y, WN_y, SiN_y 중간층을 도입한 시편의 경우에도, WN_y 중간층을 제외하고 일부 박리현상 관찰되는데, 이는 수소플라즈마 처리에 의해 핵 생성 입자들이 일부 응집체를 형성하기 때문으로 추측된다.

그러나, WN_y 중간층을 도입한 경우에는 박리 현상이 관찰되지 않았는데, 이는 수소플라즈마 처리 후 핵 생성(seed) 밀도가 높아짐과 동시에 핵 생성 입자의 응집체 형성이 억제되었기 때문이다.

다음으로, WC-10wt.%Co 기판에 비정질 WN_y, SiC_xN_y 층을 증착한 후, 핵 생성(seed) 밀도가 높은 SiC_x, WC_x 층을 다층구조로 도입한 경우에도 증착된 나노 다이아몬드 박막의 박리 현상은 나타나지 않았다. 이는 비정질 WN_y, SiC_xN_y 층이 Co의 확산을 효과적으로 억제하면서, SiC_x, WC_x 층에서의 핵 생성 입자(seed)의 밀도가 높아 균일하고 밀착력이 우수한 나노 다이아몬드 박막이 증착될 수 있었기 때문으로 추측된다.

전술한 설명들을 참고하여, 본 발명이 속하는 기술 분야의 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 지금까지 전술한 실시 형태는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시 형태들에 한정하기 위한 것이 아님을 이해하여야만 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 균등한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 WC-Co 소재 기반의 모재에 나노 다이아몬드 박막을 박리현상 없이 증착이 가능하므로, 다양한 형태의 나노다이아몬드 코팅 부품 및 관련 응용제품의 생산에 이용될 수 있다.

1 다이아몬드 코팅 부품
10 모재
20 중간층
30 핵 생성 촉진층
40 다이아몬드 코팅층

Claims (11)

1. WC-Co계 초경재료인 모재에 다이아몬드가 코팅된 다이아몬드 코팅 부품으로서,
   상기 모재의 상부에 증착되며, 비정질 구조를 갖는 탄화물층, 탄질화물층 및 질화물층 중에서 선택되는 하나의 중간층;
   상기 중간층의 상부에 증착되는 다이아몬드 핵 생성 촉진층; 및
   상기 다이아몬드 핵 생성 촉진층의 상부에 증착되는 다이아몬드 코팅층을 포함하고,
   상기 다이아몬드 핵 생성 촉진층은 가스 플라즈마로 상기 중간층의 표면을 처리하여 생성되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 부품.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 탄화물층, 상기 탄질화물층 및 상기 질화물층은 Si, W 및 B 중에서 선택되는 어느 하나의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 부품.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 다이아몬드 핵 생성 촉진층은 전이금속, Si, W 및 B 중에서 선택되는 원소의 탄화물층인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 부품.
   
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 가스는 비활성 가스와 10 vol% 이상의 수소 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 부품.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 비활성 가스는 Ar, He 및 Ne 중에서 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 부품.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 중간층의 표면의 제타전위는 음의 부호를 갖고,
   상기 다이아몬드 코팅층을 생성하기 위한 다이아몬드 슬러리의 제타전위는 양의 부호를 갖는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 부품.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간층의 두께와 상기 다이아몬드 핵 생성 촉진층의 두께의 합은 100 nm 이상인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 부품.
    
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간층의 증착과 상기 다이아몬드 핵 생성 촉진층의 증착은 CVD 또는 PVD 에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 부품.

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