KR102018423B1 - 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법 - Google Patents

비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 밀착력을 갖는 ta-C층을 형성하고 또한 알루미늄(Al), 구리(Cu), 수지와 같은 비철재료가 초경공구의 표면에 부착되는 것을 차단하는 성이 우수한 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅방법에 관한 것으로, 선형 이온빔 소스에서 발생되는 이온으로 초경공구의 표면을 50nm 이하로 에칭하는 단계와, 상기 에칭된 초경공구 표면과 ta-C층의 밀착력을 높이기 위하여 스퍼터링으로 초경공구 표면에 110nm 이하의 중간층을 코팅하는 단계와, 필터드 아크 이온을 이용하여 상기 중간층에 100nm 이하의 소프트 ta-C층을 형성하는 단계와, 경도와 이형성을 확보하기 위해 필터드 아크 이온을 이용하여 상기 소프트 ta-C층에 300nm 이하의 하드 ta-C층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법{Method for coating ta-C on the surface of processing tools for non-ferrous materials}
본 발명은 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 밀착력을 갖는 ta-C층을 형성하고 또한 알루미늄(Al), 구리(Cu), 수지와 같은 비철재료가 초경공구의 표면에 부착되는 것을 차단하는 성질이 우수한 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅방법에 관한 것이다.
대표적인 비철재료인 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 수지 등을 가공하는 경우, 비철재료의 고유특성인 끈적임에 따라 가공공구인 드릴이나 엔드밀의 날에 피가공재의 일부가 부착됨으로써 스커핑, 흠집 등 제품 이상이 발생하거나 칩 배출을 방해야하여 가공공구의 수명을 짧게 하는 단점이 있다.
대한민국 공개특허번호 제10-2017-0024061호(이하,‘선행문헌 1’이라 함.)에는 필터드 아크 이온을 활용한 아크 이온플레이팅으로 기재의 표면에 DLC 피막(Tetrahedral amorphous carbon 피막: 일명, ta-C층)을 형성하는 피복 공구 제조 방법이 개시되어 있다. ta-C층은 수소를 실질적으로 함유하지 않으며, 고경도이며 내마모성이 우수하므로 피복 금형에 널리 적용되어 있다.
선행문헌 1에 따르면, 도 1 에 도시한 바와 같이, 성막 장치는 T자형 필터드 아크 이온 플레이팅 장치(로 내의 진공 챔버 용적은 0.49㎥)로서, 성막 챔버(6), 그래파이트 타겟을 설치한 카본 음극(캐소드)(1)을 장착하는 아크 방전식 증발원과, 기재를 탑재하기 위한 기재 홀더(7)를 포함한다. 기재 홀더(7)의 아래에는 회전 기구(8)가 있고, 기재는 기재 홀더(7)를 통해 자전 또한 공전한다. 참조부호 2는, 카본 성막 빔을 나타내고, 참조부호 3은 구상 그래파이트(드롭렛) 중성 입자를 나타낸다. 그래파이트 타겟 표면에 아크 방전을 발생시키면, 전하를 갖는 카본만이 자기 코일(4)에 휘어 성막 챔버(6)에 도달하여 기재에 피막을 피복한다. 전하를 갖지 않는 드롭렛은 자기 코일(4)에 의해 휘지 않고 덕트(5) 내에 포집된다.
그러나 선행문헌 1과 같이 필터드 아크 이온을 활용한 아크 이온플레이팅만으로 비철재료용 가공공구의 표면 ta-C층을 형성 시 초경공구 표면과의 밀착력이 떨어져 ta-C층의 성능이 저하되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허번호 제10-2017-0024061호(공개일 2017.01.26)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 우수한 밀착력을 갖는 ta-C층을 형성할 수 있는 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 수지와 같은 비철재료가 초경공구의 표면에 부착되는 것을 차단하는 성질이 우수한 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법은, 선형 이온빔 소스에서 발생되는 이온으로 초경공구의 표면을 50nm 이하로 에칭하는 단계와, 상기 에칭된 초경공구 표면과 ta-C층의 밀착력을 높이기 위하여 스퍼터링으로 초경공구 표면에 110nm 이하의 중간층을 코팅하는 단계와, 필터드 아크 이온을 이용하여 상기 중간층에 100nm 이하의 소프트 ta-C층을 형성하는 단계와, 경도와 이형성을 확보하기 위해 필터드 아크 이온을 이용하여 상기 소프트 ta-C층에 300nm 이하의 하드 ta-C층을 형성하는 단계을 포함한다.
본 발명에 따르면, 선형 이온빔 소스에서 발생되는 이온으로 초경공구의 표면을 50nm 이하로 에칭하는 단계는, 성막 챔버 내 진공압을 5.0×10- 5torr로 유지하고, 방전 가스로 아르곤(Ar) 가스를 30 내지 80 sccm 주입하고, 선형 이온빔 소스에 전압 1.8kV 및 전류 450mA를 인가하고, 초경공구에 바이어스전압 -150V을 인가하여 초경공구 온도를 100℃ 이하로 유지하는 단계인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 에칭된 초경공구 표면과 ta-C층의 밀착력을 높이기 위하여 스퍼터링으로 초경공구 표면에 110nm 이하의 중간층을 코팅하는 단계는, 성막 챔버 내 진공압을 1.2×10- 3torr로 유지하고, 방전 가스로 아르곤(Ar) 가스를 50 내지 100 sccm 주입하고, 에칭된 초경공구 표면에 스퍼터링 이온 입자를 증착하기 위해 스퍼터링기에 전압 380V 및 전류 7A를 인가하고, 초경공구에 바이어스전압 -150V을 인가하여 초경공구 온도를 100℃ 이하로 유지하는 단계인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 필터드 아크 이온을 이용하여 상기 중간층에 100nm 이하의 소프트 ta-C층을 형성하는 단계는, 성막 챔버 내 진공압을 1.0×10- 5torr로 유지하고, 방전 가스로 아르곤(Ar) 가스를 2 내지 10 sccm 주입하고, 그래파이트 타겟에 전류 40A를 인가하고, 초경공구에 바이어스전압 -300V을 인가하여 초경공구 온도를 100℃ 이하로 유지하는 단계인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 경도와 이형성을 확보하기 위해 필터드 아크 이온을 이용하여 상기 소프트 ta-C층에 300nm 이하의 하드 ta-C층을 형성하는 단계는, 성막 챔버 내 진공압을 1.0×10- 5torr로 유지하고, 방전 가스로 아르곤(Ar) 가스를 2 내지 10 sccm 주입하고, 그래파이트 타겟에 전류 80A를 인가하고, 초경공구에 바이어스전압 -150V을 인가하여 초경공구 온도를 100℃ 이하로 유지하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 선형 이온빔 소스에서 발생되는 이온으로 초경공구의 표면을 50nm 이하로 에칭하고, 스퍼터링으로 에칭된 표면에 110nm 이하의 중간층을 코팅하는 단계를 포함함으로써, 성막이 안정되고 우수한 밀착력을 갖는 고경도의 ta-C층을 후막으로 형성할 수 있다.
둘째, 필터드 아크 이온을 이용하여 중간층에 100nm 이하의 소프트 ta-C층을 형성하고, 소프트 ta-C층에 300nm 이하의 하드 ta-C층을 형성함으로써, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 수지와 같은 비철재료가 초경공구의 표면에 부착되는 것을 차단하는 성질이 우수한 초경공구를 안정적으로 제조할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1 은 종래 필터드 아크 이온 플레이팅 장치의 개략도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 비철재료용 가공공구 표면에 ta-C 코팅을 위한 장치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 비철재료용 가공공구 표면에 ta-C 코팅 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 선형 이온빔 소스를 이용한 초경공구 식각율 및 식각균일도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 기저물질에 따른 스퍼터 증착률 및 유효폭 결과이다.
도 6 은 본 발명에 따른 ta-C층 코팅 균일도 및 기초 평가 결과이다.
도 7 은 본 발명에 따른 DM 전자석, Duct 전압, 아크전류, 및 바이이어스 전압 변화에 따른 증착률 변화특성이다.
도 8 은 본 발명에 따른 바이어스 전압변화에 따른 경도 및 마찰계수 특성이다.
도 9 는 본 발명에 따른 바이어스 전압변화에 따른 마멸 특성이다.
도 10 은 본 발명에 따른 바이어스 전압변화에 따른 라만스펙트럼 변화이다.
도 11 은 본 발명에 따른 바이어스 전압변화에 따른 ta-C 코팅막의 밀착력 특성이다.
도 12 는 본 발명에 따른 텅스텐 (W) 중간층 물질도입과 두께에 따른 ta-C 코팅막의 밀착력 변화이다.
도 13 은 본 발명에 따른 중간층 두께 변화에 따른 ta-C 코팅막의 밀착력 측정 결과이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2 는 본 발명에 따른 비철재료용 가공공구 표면에 ta-C 코팅을 위한 장치를 설명하기 위한 예시도이고, 도 3 은 본 발명에 따른 비철재료용 가공공구 표면 ta-C 코팅 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
먼저, 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 비철재료용 가공공구 표면에 ta-C 코팅을 위한 장치는 크게 성막 챔버(211) 내부에 설치되는 선형 이온빔 소스 발생기(210)와 스퍼터링기(220)와 L 자형 덕트(201) 내에 설치되는 필터드 아크 이온 플레이팅 장치(230)를 포함한다.
선형 이온빔 소스 발생기(210)는 일정 간격으로 이격되어 배치된 양극과 음극에 전압을 인가하고 상기 이격된 공간에 가스를 주입하여 이온을 발생시키고, 상기 이온을 전기장으로 가속하여 빔 형태로 인출한다. 본 발명에 따른 비철재료용 가공공구 표면 ta-C 코팅 방법은 선형 이온빔 소스 발생기(210)에서 발생되는 이온으로 초경공구의 표면을 50nm 이하로 에칭한다.
스퍼터링기(220)는 전기장과 자기장 내에서 운동하는 전자를 제어함으로써 음극 물질 표면의 국부적인 영역에 전자를 구속한다. 전자는 진공 공간상 존재하는 중성 가스와 충돌하여 양이온을 생성하고, 음극 물질에 인가하는 음전압에 의해 양이온이 수백 eV로 가속되어 음극 물질과 충돌하고 음극 물질의 스퍼터링 현상을 일으킨다. 스퍼터링된 입자는 진공 공간 상을 운동하며, 초경공구 표면에 부착되어 박막을 형성한다.
스퍼터링된 입자는 음극 물질로 가속되어 입사하는 양이온이 가진 에너지 중 일부만을 전달받아 진공 공간상으로 방출된다. 일반적으로 마그네트론 스퍼터링에서 발생되는 스퍼터링 입자의 평균 에너지는 수 eV이다. 스퍼터링 입자의 에너지는 초경공구 표면에 부착되어 박막을 형성하는 반응에서의 에너지로 작용하며, 스퍼터링 입자의 에너지에 따라 박막의 결정성 및 전기적, 광학적 특성이 변화된다.
스퍼터링기(220)는 진공의 공간을 형성하며 초경공구(P) 표면에 대한 증착이 이루어지는 성막 챔버(211), 성막 챔버(211) 내부에 설치되어 초경공구(P) 표면에 스퍼터링 이온 입자를 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링부를 포함하여 구현된다. 도 2를 참조하면, 성막 챔버(211) 내부에는 선형 이온빔 소스 발생기(210)가 설치된다.
필터드 아크 이온 플레이팅 장치(230)는 성막 챔버(211) 내부로 필터드 아크 이온을 주입하여 초경공구 표면에 ta-C층을 코팅한다. 필터드 아크 이온 플레이팅 장치(230)는 그래파이트 타겟 표면에 아크 방전을 발생시키면, 전하를 갖는 카본만이 복수의 전자석(202)에 의해 휘어 성막 챔버(6)에 도달하여 기재에 피막을 피복한다. 전하를 갖지 않는 구상 그래파이트(드롭렛) 중성 입자는 복수의 전자석(202)에 의해 휘지 않고 덕트(201) 내에 포집된다. 본 발명에 따른 비철재료용 가공공구 표면 ta-C 코팅 방법은 필터드 아크 이온 플레이팅 장치에서 발생하는 필터드 아크 이온을 이용하여 100nm 이하의 소프트 ta-C층을 형성하고, 소프트 ta-C층에 300nm 이하의 하드 ta-C층을 형성한다.
이하, 도 3을 참조하면 본 발명에 따른 비철재료용 가공공구 표면 ta-C 코팅 방법은 먼저, 선형 이온빔 소스에서 발생되는 이온으로 초경공구의 표면을 50nm 이하로 에칭한다(S311). 성막 챔버(도 2의 참조부호 211) 내 진공압을 5.0×10- 5torr로 유지하고, 방전 가스로 아르곤(Ar) 가스를 30 내지 80 sccm 주입하고, 선형 이온빔 소스에 전압 1.8kV 및 전류 450mA를 인가하고, 초경공구에 바이어스전압 -150V을 인가하여 초경공구 온도를 100℃ 이하로 유지한다.
도 4를 참조하면, 선형 이온빔 소스에 전압 1.8KV 및 전류 350 mA에서 2.7 nm/min의 에칭율을 보이고 있는 반면, 전압 1.8KV 및 전류 450 mA의 조건에서 4 nm/min의 식각률과 양호한 식각 균일도를 얻었다.
다시 도 3에서 에칭된 초경공구 표면과 ta-C층의 밀착력을 높이기 위하여 스퍼터링으로 초경공구 표면에 110nm 이하의 중간층을 코팅한다(S312). 성막 챔버(도 2의 참조부호 211) 내 진공압을 1.2×10- 3torr로 유지하고, 방전 가스로 아르곤(Ar) 가스를 50 내지 100 sccm 주입하고, 에칭된 초경공구 표면에 스퍼터링 이온 입자를 증착하기 위해 스퍼터링기에 전압 380V 및 전류 7A를 인가하고, 초경공구에 바이어스전압 -150V을 인가하여 초경공구 온도를 100℃ 이하로 유지한다.
도 5를 참조하면, 스퍼터링으로 초경공구 표면에 110nm 이하의 중간층을 코팅하는 단계 S312에서 스퍼터링 타겟은 초경공구 모재와 원소 주기율상에서 가장 가까운 물질인 텅스텐(W)이나 크롬(Cr)을 사용한다. 최대 증착률을 확인한 결과 처리폭 400 mm 크롬(Cr)의 경우 11.4 nm/min, 텅스텐의 경우 8.0 nm/min으로 설비의 안정적 구동과 균일성을 보이고 있다.
다시 도 3에서, 필터드 아크 이온을 이용하여 중간층에 100nm 이하의 소프트 ta-C층을 형성한다(S313). 성막 챔버(도 2의 참조부호 211) 내 진공압을 1.0×10-5torr로 유지하고, 방전 가스로 아르곤(Ar) 가스를 2 내지 10 sccm 주입하고, 그래파이트 타겟에 전류 40A를 인가하고, 초경공구에 바이어스전압 -300V을 인가하여 초경공구 온도를 100℃ 이하로 유지한다.
그래파이트 타겟에 전류 40A를 인가하여 그래파이트 타겟 표면에 아크 방전을 발생시키면, L 자형 덕트(도 2의 참조부호 201) 내에서 전하를 갖는 카본만이 복수의 전자석(도 2의 참조부호 202)에 의해 휘어 성막 챔버(도 2의 참조부호 211)에 도달하여 초경공구에 피막을 피복한다. 전하를 갖지 않는 구상 그래파이트(드롭렛) 중성 입자는 복수의 전자석(도 2의 참조부호 202)에 의해 휘지 않고 덕트(도 2의 참조부호 201) 내에 포집된다. 이에 따라 그래파이트 타겟에서 발생하는 조대 입자를 최대한 제거하여 초경공구 표면에 매끄러운 코팅이 형성되도록 함으로써 알루미늄(Al), 구리(Cu), 수지와 같은 비철재료가 초경공구의 표면에 부착되는 것을 차단하는 성질이 우수한 초경공구를 안정적으로 제조할 수 있다.
다시 도 3에서, 경도와 이형성을 확보하기 위해 필터드 아크 이온을 이용하여 상기 소프트 ta-C층에 300nm 이하의 하드 ta-C층을 형성한다(S314). 성막 챔버(도 2의 참조부호 211) 내 진공압을 1.0×10- 5torr로 유지하고, 방전 가스로 아르곤(Ar) 가스를 2 내지 10 sccm 주입하고, 그래파이트 타겟에 전류 80A를 인가하고, 초경공구에 바이어스전압 -150V을 인가하여 초경공구 온도를 100℃ 이하로 유지한다.
도 6 은 본 발명에 따른 ta-C층 코팅 균일도 및 기초 평가 결과이다. 아크소스 중심부가 상부나 하부보다 아크이온 인출량이 많으며 그래파이트 타겟에 인가되는 전류는 80A로 하였으며, 시편의 재질에 따른 증착 변화를 보기 위해 SUS 재질의 시편과 Si 재질의 wafer를 사용하여 증착 공정을 진행한 결과 SUS 재질의 경우 평균 2.73nm, wafer 재질의 경우 평균 2.45nm 증착율을 보였다.
도 7 은 본 발명에 따른 DM 전자석, Duct 전압, 아크전류, 및 바이이어스 전압 변화에 따른 증착률 변화특성이다.
도 7 (a) 내지 (c)를 참조하면, 아크전류가 70A 조건에서 증착률은 약 2.1 nm/min이며, 이때 DM 전자석의 전류를 0으로, 덕트전압은 10V 및 아크 전류는 70A일 때 증착률이 가장 좋다. 도 7 (d)를 참조하면, 바이어스 전압이 0V일 때 증착률은 3.0 nm/min 으로 최대이며, 이후 전압이 증가함에 따라 증착율은 감소하여 300 V를 인가하였을 때 2.4 nm/min으로 나타났다.
도 8 은 본 발명에 따른 바이어스 전압변화에 따른 경도 및 마찰계수 특성이다. 바이어스 전압변화에 따른 경도 값은 바이어스 전압이 150V일 때 가장 높은 64 GPa의 경도 특성을 보였다. 바이어스 전압변화에 따른 마찰계수 값은 바이어스 전압이 150V일 때 가장 낮은 0.107을 보였다.
도 9 는 본 발명에 따른 바이어스 전압변화에 따른 마멸 특성이다. 마찰 시험 후 발생한 마멸 트랙 (wear track)의 마멸량은 바이어스 전압이 0V, 150V 일 때 4.91×10-6mm3/Nm, 6.56×10-6mm3/Nm로 낮은마멸의 거동을 보였다.
도 7 내지 도 9에서 바이어스 전압은 ta-C 코팅 시 증착률, 코팅막 두께, 경도 및 마찰계수에 영향이 있음을 알 수 있다. 바이어스 전압조건은 150V가 가장 적합하다.
도 10 은 본 발명에 따른 바이어스 전압변화에 따른 라만스펙트럼 변화이다.
라만 peak와 바이어스 전압조건변화에 따른 I(D)/I(G) 분율과 그래파이트(Graphite) peak 위치를 구분하여 미세 구조변화를 파악한 결과 1580 cm-1 근처에서 발생하며 ta-C 코팅막의 경우 그래파이트(Graphite) peak의 위치가 오른쪽으로 이동할 경우 ta-C 코팅막의 구조가 점점 흑연화로 변화되어 ta-C 코팅막의 미세구조변화를 확인할 수 있다.
도 11 은 본 발명에 따른 바이어스 전압변화에 따른 ta-C 코팅막의 밀착력 특성이다. 밀착력 평가는 scratch tester를 활용하여 다이아몬드 팁의 직선왕복운동을 통한 접선방향의 저항력을 측정하였고 실험 전/후 팁 검사를 실시하였다. 수직하중 범위는 1차 평가 0 ~ 25 N, 2차 평가 0 ~ 40 N, 이동속도 0.1mm/s, 다이아몬드 팁 Angle 및 반경 : 120 °, 0.2 ±0.015, 다이아몬드 팁의 경도는 HRC 62이다. 도 11을 참조하면, 바이어스 전압이 0V에서 150V로 증가하더라도 밀착력은 25N으로 일정하였지만, 바이어스 전압이 200V인 경우 밀착력은 23N으로 떨어졌다.
밀착력의 성능이 35N을 만족하도록 중간층 변화에 따른 밀착력의 개선효과 확인하였다. 이하 중간층 변화에 따른 밀착력의 개선효과는 도 12 내지 도 15를 참조하여 설명하기로 한다.
도 12 는 본 발명에 따른 텅스텐 (W) 중간층 물질도입과 두께에 따른 ta-C 코팅막의 밀착력 변화이고, 도 13 은 본 발명에 따른 중간층 두께 변화에 따른 ta-C 코팅막의 밀착력 측정 결과이다.
중간층 물질 두께의 범위는 50, 100, 150 및 200nm로 ta-C 코팅막의 두께는 1um로 하였다. 그 결과 중간층 물질이 없는 순수 ta-C 코팅막의 평균 밀착력은 19 N을 가지는데 반해 중간층 물질인 텅스텐의 두께가 100, 150nm 일 때 최대값인 40 N 이상의 값을 보였다.
본 발명의 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법에 의하면, 선형 이온빔 소스에서 발생되는 이온으로 초경공구의 표면을 50nm 이하로 에칭하고, 스퍼터링으로 에칭된 표면에 110nm 이하의 중간층을 코팅한 후, 필터드 아크 이온을 이용하여 중간층에 100nm 이하의 소프트 ta-C층을 형성하고, 소프트 ta-C층에 300nm 이하의 하드 ta-C층을 형성함으로써, ta-C층이 우수한 밀착력을 갖으며 알루미늄(Al), 구리(Cu), 수지와 같은 비철재료가 초경공구의 표면에 부착되는 것을 차단하는 성질이 우수한 초경공구를 안정적으로 제조할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 선형 이온빔 소스에서 발생되는 이온으로 초경공구의 표면을 50nm 이하로 에칭하는 단계;
    상기 에칭된 초경공구 표면과 ta-C층의 밀착력을 높이기 위하여 스퍼터링으로 초경공구 표면에 110nm 이하의 중간층을 코팅하는 단계;
    필터드 아크 이온을 이용하여 상기 중간층에 100nm 이하의 소프트 ta-C층을 형성하는 단계; 및
    경도와 이형성을 확보하기 위해 필터드 아크 이온을 이용하여 상기 소프트 ta-C층에 300nm 이하의 하드 ta-C층을 형성하는 단계를 포함하는 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법에 있어서,
    상기 선형 이온빔 소스에서 발생되는 이온으로 초경공구의 표면을 50nm 이하로 에칭하는 단계는,
    성막 챔버 내 진공압을 5.0×10-5torr로 유지하고, 방전 가스로 아르곤(Ar) 가스를 30 내지 80 sccm 주입하고, 선형 이온빔 소스에 전압 1.8kV 및 전류 450mA를 인가하고, 초경공구에 바이어스전압 -150V을 인가하여 초경공구 온도를 100℃ 이하로 유지하는 단계인 것을 특징으로 하는, 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법.
  3. 선형 이온빔 소스에서 발생되는 이온으로 초경공구의 표면을 50nm 이하로 에칭하는 단계;
    상기 에칭된 초경공구 표면과 ta-C층의 밀착력을 높이기 위하여 스퍼터링으로 초경공구 표면에 110nm 이하의 중간층을 코팅하는 단계;
    필터드 아크 이온을 이용하여 상기 중간층에 100nm 이하의 소프트 ta-C층을 형성하는 단계; 및
    경도와 이형성을 확보하기 위해 필터드 아크 이온을 이용하여 상기 소프트 ta-C층에 300nm 이하의 하드 ta-C층을 형성하는 단계를 포함하는 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법에 있어서,
    상기 에칭된 초경공구 표면과 ta-C층의 밀착력을 높이기 위하여 스퍼터링으로 초경공구 표면에 110nm 이하의 중간층을 코팅하는 단계는,
    성막 챔버 내 진공압을 1.2×10-3torr로 유지하고, 방전 가스로 아르곤(Ar) 가스를 50 내지 100 sccm 주입하고, 상기 에칭된 초경공구 표면에 스퍼터링 이온 입자를 증착하기 위해 스퍼터링기에 전압 380V 및 전류 7A를 인가하고, 초경공구에 바이어스전압 -150V을 인가하여 초경공구 온도를 100℃ 이하로 유지하는 단계인 것을 특징으로 하는, 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법.
  4. 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법으로서,
    선형 이온빔 소스에서 발생되는 이온으로 초경공구의 표면을 50nm 이하로 에칭하는 단계;
    상기 에칭된 초경공구 표면과 ta-C층의 밀착력을 높이기 위하여 스퍼터링으로 초경공구 표면에 110nm 이하의 중간층을 코팅하는 단계;
    필터드 아크 이온을 이용하여 상기 중간층에 100nm 이하의 소프트 ta-C층을 형성하는 단계; 및
    경도와 이형성을 확보하기 위해 필터드 아크 이온을 이용하여 상기 소프트 ta-C층에 300nm 이하의 하드 ta-C층을 형성하는 단계 를 포함하는 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법에 있어서,
    필터드 아크 이온을 이용하여 상기 중간층에 100nm 이하의 소프트 ta-C층을 형성하는 단계는, 성막 챔버 내 진공압을 1.0×10-5torr로 유지하고, 방전 가스로 아르곤(Ar) 가스를 2 내지 10 sccm 주입하고, 그래파이트 타겟에 전류 40A를 인가하고, 초경공구에 바이어스전압 -300V을 인가하여 초경공구 온도를 100℃ 이하로 유지하는 단계인 것을 특징으로 하는, 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법.
  5. 선형 이온빔 소스에서 발생되는 이온으로 초경공구의 표면을 50nm 이하로 에칭하는 단계;
    상기 에칭된 초경공구 표면과 ta-C층의 밀착력을 높이기 위하여 스퍼터링으로 초경공구 표면에 110nm 이하의 중간층을 코팅하는 단계;
    필터드 아크 이온을 이용하여 상기 중간층에 100nm 이하의 소프트 ta-C층을 형성하는 단계; 및
    경도와 이형성을 확보하기 위해 필터드 아크 이온을 이용하여 상기 소프트 ta-C층에 300nm 이하의 하드 ta-C층을 형성하는 단계를 포함하는 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법에 있어서,
    경도와 이형성을 확보하기 위해 필터드 아크 이온을 이용하여 상기 소프트 ta-C층에 300nm 이하의 하드 ta-C층을 형성하는 단계는,
    성막 챔버 내 진공압을 1.0×10-5torr로 유지하고, 방전 가스로 아르곤(Ar) 가스를 2 내지 10 sccm 주입하고, 그래파이트 타겟에 전류 80A를 인가하고, 초경공구에 바이어스전압 -150V을 인가하여 초경공구 온도를 100℃ 이하로 유지하는 단계인 것을 특징으로 하는, 비철재료용 가공공구의 표면에 ta-C 코팅 방법.
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