KR102074469B1

KR102074469B1 - 포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막

Info

Publication number: KR102074469B1
Application number: KR1020190055948A
Authority: KR
Inventors: 이병열; 서형권; 김용희; 이미경; 윤수경
Original assignee: 주식회사 다올플라즈마
Priority date: 2019-05-13
Filing date: 2019-05-13
Publication date: 2020-02-07
Also published as: WO2020230994A1

Abstract

본 발명은 포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 포밍 치형공구의 내마모성과 수명 특성을 개선시키기 위해 나노화된 코팅입자에 복합다층구조를 가지는 포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막에 관한 것이다.
본 발명은 포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막에 있어서, 포밍 치형공구인 금속 기재층 상부에 형성되는 하기 화학식 1의 조성을 가진 제1층; 상기 제1층 상면에 형성되는 하기 화학식 1과 하기 화학식 2의 혼합조성을 지니는 제2층; 및 상기 제2층 상면에 형성되는 하기 화학식 2의 조성을 가진 제3층;이 연속적으로 반복형성되는 것을 특징으로 하는 다층나노 경질 코팅막을 제공할 수 있다.
[화학식 1]

[화학식 2]

여기서, X는 N, CN, BN, NO, CNO, CBN, BNO 및 CNBO로 구성된 군중의 하나를 나타내고, Me는 V, Nd, Sm, Eu, Hf, In, Sn, Zr, Ta, W, Nb로 구성된 군중의 하나를 나타내며, a, b, u, v, w는 타켓부분의 화학양론 조성을 나타낸다.

Description

포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막{Multilayer Nano Hard Coating Film for Forming Tool}

본 발명은 포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 포밍 치형공구의 내마모성과 수명 특성을 개선시키기 위해 나노화된 코팅입자에 복합다층구조를 가지는 포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막에 관한 것이다.

오늘날 금속가공 산업에 있어서 관련 환경기준이 더욱 강화되면서 가공에 사용된 냉각제에 대한 처리 비용이 증가하기 때문에 최근에는 건식가공이 더욱 관심을 끌고 있으며, 특히, 생산성 향상의 측면에서 고속절삭 또는 난삭재의 기계가공과 같은 새로운 제조 방법을 가속화되고 있다.

그러나, 생산 공정에서 공구는 아주 심한 기계적, 윤할학적 열 하중을 받기 쉬우며, 마찰, 크레이터 마모, 날파손 및 용착에 의해 잘 파손되므로 새로운 재질과 형상 및 우수한 성능을 가지는 공구들이 개발되고 있다.

공구의 성능향상을 위해서는 주로 미세 분말 합금의 초경, 서멧 또는 분말 고속도강과 같은 고품질의 재료로 제작되며, 최적형상으로 디자인될 뿐만 수명향상을 위해 표면코팅이 실시된다.

공구에 대한 표면코팅방법으로 주로 기상증착법이 적용되며, 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)과 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)으로 나눠진다.

화학적 기상 증착법은 1,000℃ 내외의 높은 온도에서 코팅하므로 세라믹을 제외한 금속소재 기판(Substrate)은 이러한 온도범위에서 기계적 성질 및 치수의 변화가 수반되기 때문에 적용이 제한되는 반면, 물리적 기상 증착법은 600℃ 이하(철강재료의 상변태 온도 이하)의 낮은 온도영역에서 코팅하기 때문에 기판의 선택이 자유롭고, 다양하게 적용할 수 있어 화학적 기상 증착법에 의한 코팅에서 점차 물리적 기상 증착법을 이용한 코팅으로 대체되고 있고 있는 실정이다.

특히, 물리적 기상 증착법에 의한 TiAlN 코팅은 마모 방지 적용을 위한 방법으로 널리 사용되고 있다.

유럽등록특허 제1174528호(Multilayer-coated cutting tool)는 공구에 대한 일련의 다수의 개별 층들로 이루어진 코팅막에 관한 기술을 공지한 바 있다. 해당 기술의 제1층은 원소 Ti, Al 및 또는 Cr의 나이트라이드, 카바이드, 카보나이트라이드, 보라이드, 옥사이드 등으로 이루어지고, 제2층은 적어도 하나의 Si 및 주기율표 Ⅳa족, Ⅴa족 및 Ⅵa족 원소의 나이트라이드, 카바이드, 카보나이트라이드, 보라이드, 옥사이드 등으로 이루어지며, 이러한 코팅막은 상부층 내의 Si에 의해 내마모성 및 산화 방지성이 현저히 개선되는 것이 장점으로, 특히 Cr-Si에 기초하는 커버 층은 지속 수명에 있어서 개선되는 것이 특징이다. 이때, 하부 층으로서 TiAlN-층, CrAlN-층 및 TiN-층이 선택된다.

또한, 유럽등록특허 제1422311호(Hard film and hard film coated tool)는 Al-Cr-(Si)-O에 기초하는 경질 재료 층을 공지한 바 있으며, 상기 재료 층은 나이트라이드, 카바이드, 옥사이드, 보라이드 등으로서 구성될 수 있다. 이러한 기술은 적은 양의 산소 함량(1 내지 25 원자%)이 층 내에 함유되는 것은 모든 층들에 대해 적용되고, 추가의 경질 재료 층이 코팅막에 도포될 수 있으며, 특히, Ti-Si-N, Ti-B-N, Cr-Si-N 등이 제시된다. 이러한 기술의 장점으로서, 특히 산소 또는 규소와 산소에 대한 적은 양의 수용이 언급되는데, 이는 더욱 높은 경도뿐만 아니라 개선된 내마모성 및 고온 산화 방지성을 유도하기 때문이다.

반면, 유럽등록특허 제1219723호(Hard film for cutting tools)는 Ti-Al-Cr-X-N에 기초하는 코팅막을 공지한 바 있으며, 여기서 X는 Si, B 및/또는 C를 나타낼 수 있다. 이러한 코팅막의 장점으로서 종래의 코팅막에 비해 내마모성이 개선된 것으로 제시되며, 적어도 Ti, Al 및 Cr로 이루어져야 하는 것으로 기재되어 있다.

그러나, 상기한 종래기술과 같이, Ti-Al-N 혹은 Al-Cr-N에 기초하는 경질재료 코팅막의 경우, 짧은 지속 수명을 갖는다.

또한, 종래 기술에 따른 코팅막은, Al-Cr-N 코팅층의 경우, 고온에서 비활성 기체 대기(예를 들어, 아르곤 대기)하에 코팅막의 분해가 이미 약 900℃에서 시작된다는 단점이 있다.

이러한 열처리 단계가 산소 대기하에 수행되면, 상기 분해 단계는 더욱 높은 온도 범위로 이동하며, 특히, 치핑 과정에서 연속적인 단계를 고려하는 경우, 공구의 표면과 제품 사이의 접촉면에서 국부적으로 1000℃를 초과하는 매우 높은 온도가 발생하게 된다. 따라서, 코팅막의 표면에서 산소가 전혀/거의 안정하게 작용할 수 없을 정도로 상기 접촉면이 충분히 큰 경우, 입방체의 CrN은 육방 정계의 Cr2N으로 붕괴되고 더욱 높은 온도의 후속 단계에서 금속 Cr로 붕괴되므로, 이러한 코팅막의 분해 과정은 코팅막의 조기 마모를 유도한다.

유럽 등록특허공보 제1174528호(2006.01.04.) 유럽 등록특허공보 제1422311호(2007.02.28.) 유럽 등록특허공보 제1219723호(2006.10.25.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 포밍 치형공구의 수명(Tool Life)을 개선시키기 위하여 나노화된 코팅 입자에 복합다층구조를 가지도록 증착된 포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 공구의 사용에 있어서, 코팅막의 급속한 분해(마모)를 방지하기 위하여 특수한 다층구조를 가지는 포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막에 있어서, 포밍 치형공구인 금속 기재층 상부에 형성되는 하기 화학식 1의 조성을 가진 제1층; 상기 제1층 상면에 형성되는 하기 화학식 1과 하기 화학식 2의 혼합조성을 지니는 제2층; 및 상기 제2층 상면에 형성되는 하기 화학식 2의 조성을 가진 제3층;이 연속적으로 반복형성되는 것을 특징으로 하는 다층나노 경질 코팅막을 제공할 수 있다.

[화학식 1]

[화학식 2]

또한, 상기 제1층에 대한 상기 제2층 혹은 상기 제3층의 두께비가 0.5 초과인 것을 특징으로 한다.

이때, 0.5≤a≤0.7이며, 0.05＜b<0.1이고, 0.5≤u≤0.7이며, 0.02＜v<0.08이고, 0.01<w<0.08인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제1층, 상기 제2층 혹은 상기 제3층은, 이온 건 에칭공정, 할로캐소드 에칭공정 및 메탈이온 에칭공정 중 선택된 어느 하나의 공정을 수행하여 증착되는 것을 특징으로 한다.

이와 더불어, 상기 제1층, 상기 제2층 혹은 상기 제3층은, 35 내지 300V의 마이너스 바이어스 전압을 인가하여 증착되되, 상기 마이너스 바이어스 전압을 시간에 따라 계단식으로 증가시켜 인가함으로써 증착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 포밍 치형공구 외에도 치형핀 제작 공구, 절삭 및 성형 공구 또는 기계가공 장치 및 부품과 같은 제품들의 수명(Tool Life)을 개선 시킬 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명은, 경질 코팅막이 특수한 다층구조를 가짐으로써 공구의 사용에 있어서 코팅막의 급속한 분해(마모)를 방지할 수 있으며, 윤활 특성을 부여하여 코팅막의 내마모 수명을 증가시킬 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막의 구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막의 조직을 나타내는 사진.
도 3은 본 발명의 예시적으로 나타낸 진공증착 챔버를 도식화한 평면도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 발명에 따른 다층나노 경질 코팅막은 공구, 기계가공공구, 포밍 및 치핀 가공공구, 밀링공구(Milling Tool), 절삭공구(Cutting Tool), 터닝공구(Turning Tool), 탭핑공구(Tapping Tool), 리머(Reamer), 엔드밀(Endmill), 드릴, 절삭인서트(Cutting Insert), 기어절삭공구, 인서트(Insert), 호브(Hob), 커터(Cutter) 등의 내마모성과 수명 특성을 개선시키기 위해 적용 가능하며, 바람직하게는 포밍 치형공구에 적용 가능한 것으로, 하기에서는 본 발명에 따른 포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막을 설명하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막의 구조를 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막의 조직을 나타내는 사진이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 포밍 치형공구인 금속 기재층 상부에 형성되는 제1층, 상기 제1층 상면에 형성되는 제2층 및 상기 제2층 상면에 형성되는 제3층이 연속적으로 반복형성된다.

구체적으로, 상기 제1층은

의 조성을 가지며, 상기 제3층은

의 조성을 가지며, 상기 제2층은 상기 제1층과 상기 제3층 사이의 개선된 접착을 위해

과

의 혼합조성을 가지며, 제1층 내지 제3층이 순차적으로 적층 형성되되, 상기 경질 코팅막의 성능 향상을 위하여 8회 이상 반복형성되는 것이 바람직하다.

여기서, X는 N, CN, BN, NO, CNO, CBN, BNO 및 CNBO로 구성된 군중의 하나를 나타내며, 바람직하게는 N 또는 CN 이고, 보다 바람직하게는 N이다.

또한, Me는 V, Nd, Sm, Eu, Hf, In, Sn, Zr, Ta, W, Nb로 구성된 군중의 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 나타내며, a, b, u, v, w는 타켓부분의 화학양론 조성을 나타낸다.

이때, a는 0.5≤a≤0.7이며, b는 0.05＜b<0.1이다. 이와 더불어, u는 0.5≤u≤0.7이며, v는 0.02＜v<0.08이고, w는 0.01<w<0.08인 것이 바람직하다.

한편, 상기 제1층, 상기 제2층 혹은 상기 제3층은, 이온 건 에칭공정, 할로캐소드 에칭공정 및 메탈이온 에칭공정 중 선택된 하나 이상의 공정을 수행하여 증착될 수 있으며, 상기 제1층 혹은 상기 제3층의 평균 입자 크기가 약 5 내지 150 nm, 바람직하게는 10 내지 120nm인 마이크로 결정 형태를 가진다.

또한, 상기 제1층에 대한 상기 제2층 혹은 상기 제3층의 두께비가 0.5 초과하도록 한다.

또한, 상기 제2층 혹은 상기 제3층은 2개 이상의 결정질 상을 포함하며, 바람직하게는, 등축정계 및 육방정계)를 포함한다.

다시, 상기 경질 코팅막은 입방체의

의 상기 제1층과,

과

의 혼합조성의 상기 제2층과, 상기 입방체의

의 제3층이 교호로 증착되어 다층 구조를 가짐으로써, 도 2와 같이, 두께가 균일하고 균열 등의 결함 발생 가능성이 현저히 감소하여 치밀한 조직을 가지게 되며, 이를 통해 포밍 치형공구의 내마모성과 수명 특성을 개선시킬 수 있는 것이다.

이와 더불어, 상기 경질 코팅막은 포밍 치형공구의 내마모성과 수명 특성을 보다 향상시키기 위해 35 내지 300V의 마이너스 바이어스 전압을 인가하되, 바이어스 전압을 시간에 따라 계단식으로 증가시켜, 스텝(STEP) 구간별로 인가하여 증착시킴으로써 형성되며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.

도 3은 본 발명의 예시적으로 나타낸 진공증착 챔버를 도식화한 평면도이다.

상기 경질 코팅막 즉, Al-Cr-SiN/AlTiMoMeN 경질 층들의 증착을 위해, 아이시스(ISYS)사의 AIP타입의 공업용 코팅 설비가 사용된다.

또한, 정제된 포밍 치형공구는 직경에 따라 이중 회전식 기판 캐리어 상에, 또는 50mm 미만의 직경에 대해서는 삼중 회전식 기판 캐리어 상에 고정되고, 분말 금속 야금에 의해 제조된 Al-Cr-Si 합금으로 이루어진 타겟 및 Al-Ti-Mo-Me 합금으로 이루어진 타겟은 도 3에 도시된 바와 같이 코팅 설비의 벽들에 제공된 12개의 음극 아크 전원 내에 배치된다.

이때, 제1 내지 제3 음극 아크 전원(1, 2, 3)과 제7 내지 제9 음극 아크 전원(7, 8, 9) 내에 배치된 타겟은 Al-Cr-Si 합금으로 이루어진 타겟이며, 4 내지 제6 음극 아크 전원(4, 5, 6)과 제7 내지 제9 음극 아크 전원(10, 11, 12) 내에 배치된 타겟은 Al-Ti-Mo-Me 합금으로 이루어진 타겟인 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않는다.

구체적으로 타겟 배치의 기하 구조는 실질적으로 AIP타입의 공업용 코팅 설비의 8각형 평면도에 의해 결정되며, 각각의 삼원 그룹의 중간 요소 내에 배치되나, 이에 한정하지 않으며, 상기 제1 내지 제3층들을 제조하기 위한 다른 타겟 배치도 가능하다.

또한, 상기 제2층은 코팅 설비의 기하 구조적 타겟 배치로 인해 증착 중 제품의 회전으로 인해 매우 섬세한 층을 갖는 다층 구조가 추가로 증착되는데, Al-Cr-Si 및 Al-Ti-Mo-Me에 기초하는 개별 타겟들이 상기 코팅막의 형성을 위해 사용되므로 상기 제2층의 폭은 수 나노미터의 범위에서 변경된다.

이와 더불어, 상기 제1 내지 제3층들은, 단일 회전식 또는 다중 회전식 기판 고정 장치의 동일한 코팅층 높이에서 증착될 수 있으며, 바람직하게는 기하 구조적으로 동등한 위치에서 적어도 세 개의 아크 음극을 포함하는 모든 설비에서 증착될 수 있다.

예를 들어, 작업자는 각각의 설비 유형에 따른 타겟의 배치에 의해 각 층들의 층 두께 또는 위치에 영향을 미칠 수 있으며, 또한, 각각의 기판 운동의 조절 또는 회전 조절 또는 제품 회전의 각속도의 조절에 의해 개별 층들의 층 두께에 또는 위치에 영향을 미칠 수 있다.

한편, 코팅 대상 제품인 포밍 치형공구는 설비에 제공된 복사 가열 장치 내에서 약 500℃의 온도에 제공된 다음, 그 표면은 Ar 대기하에 -300 내지 -600V의 DC-바이어스 전압의 인가에 의해 0.2Pa의 압력에서 Ar 이온에 의한 에칭 정제 과정과 할로우캐소드(Hollow cathod) 이온 세정 과정을 거쳐 제공된다.

이후, 80A 출력을 사용하는 6개의 Al-Cr-Si 전원의 작동 및 약 5분 동안 -35V의 기판 바이어스의 전압 인가에 의해 약 0.2㎛ 두께의 Al-Cr-Si-N 경질층이 증착된다.

이어서, 의도적으로 다층이 형성되는데, 우선 6개의 Al-Cr-Si 전원에 대해 추가로 6개의 Al-Ti-Mo-Me 전원이 마찬가지로 각각 150A로 스위치 온되고, 약 3분 동안 -150V의 기판 바이어스 전압인가에 의해 공동으로 작동된다. 연속해서 6개의 Al-Cr-Si 전원이 스위치 오프되고 오로지 Al-Ti-Mo-Me 전원의 작동만으로 Al-Ti-Mo-Me-N 코팅층이 약 3분 동안 -300V의 기판 바이어스 전압인가에 의해 증착된다.

이러한 계단식 전압 인가 과정은 본 발명의 범주 내에서 증착 과정 중에 8회 반복 수행되며, 모든 층들은 순수하게 질소(N) 대기에서 약 40mtorr의 압력 및 약 35V ~ 300V의 마이너스 기판 바이어스 전압에서 증착된다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

비교예

비교예 1은 표 1과 같이, Al 60원자% 및 Cr 40원자%의 조성을 갖는 Al-Cr 합금으로 이루어진 타겟과 Al 67원자%, Ti 31원자% 및 Mo 2원자%의 조성을 갖는 Al-Ti-Mo 합금으로 이루어진 타겟으로 증착된 코팅막이다.

이때, 비교예 1은 Φ127mm이며, 15 T인 디스크 형태(disc type) 타겟을 사용하였다.

실시예

실시예 1 내지 8은 표 1에 나타낸 바와 같이, 코팅막을 이루는 층의 타겟 조성을 달리하였으며, 표 2의 타겟 성능, 마이너트 기판 바이어스 전압, 프로세스 압력 및 온도와 같은 프로세스 파라미터들에 따라 코팅막을 형성하였다.

이때, 실시예 1 내지 9에서 사용된 타겟은 Φ127mm이며, 15 T인 디스크 형태(disc type) 타겟으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 음극 아크 전원(1, 2, 3)과 제7 내지 제9 음극 아크 전원(7, 8, 9)에는 Al-Cr-Si 합금으로 이루어진 타겟을 삽입 배치하였으며, 제4 내지 제6 음극 아크 전원(4, 5, 6)과 제7 내지 제9 음극 아크 전원(10, 11, 12)에는 Al-Ti-Mo-Me 합금으로 이루어진 타겟을 삽입 배치하였다.

분류	타겟 조성
	Al-Cr-Si			Al-Ti-Mo-Me
	Al원자%	Cr원자%	Si원자%	Al원자%	Ti원자%	Mo원자%	Me원자%
비교예 1	60	40	-	67	31	2	-
실시예 1	67	28	5	67	27	4	2
실시예 2	70	25	5	67	23	8	2
실시예 3	70	25	5	67	20	8	5
실시예 4	70	22	8	50	38	10	2
실시예 5	60	32	8	50	35	10	5
실시예 6	67	23	10	50	36	12	2
실시예 7	70	20	10	50	33	12	5

횟수	ARC 전류				Bias 전압(V)	진공도	온도
	Al-Cr-Si		Al-Ti-Mo-Me			진공도	온도
	ARC 1, 2, 3	ARC 7, 8, 9	ARC 4, 5, 6	ARC 10, 11, 12	STEP 구간	(mTorr)	(℃)
비교예 1	80 A	100 A	120 A	150 A	(-)35/(-)150/(-)300	35	480
실시예 1	80 A	100 A	120 A	150 A	(-)35/(-)150/(-)300	35	480
실시예 2	80 A	100 A	120 A	150 A	(-)35/(-)150/(-)300	40	480
실시예 3	80 A	100 A	120 A	150 A	(-)35/(-)150/(-)300	40	480
실시예 4	80 A	100 A	120 A	150 A	(-)35/(-)150/(-)300	40	480
실시예 5	80 A	100 A	120 A	150 A	(-)35/(-)150/(-)300	40	480
실시예 6	80 A	100 A	120 A	150 A	(-)35/(-)150/(-)300	40	480
실시예 7	80 A	100 A	120 A	150 A	(-)35/(-)150/(-)300	40	480

실험예

실시예 1 내지 9의 경질 코팅막 각각 두께, 경도, 접착력 및 조도를 측청하여 표 3에 나타내었으며, 이때, 상기 경질 코팅막의 두께는 칼로테스트(Calotest)에 의해 측정되었으며, 경도는 비커스 경도계(Vickers hardness Tester)를 사용하여 측정하였다.

또한, 상기 경질 코팅막의 접착력은 스크래치 시험(Scratch test)을 측정되었으며, 측정된 조도는 산술평균조도(Ra)로서, 단위는 마이크로 미터(㎛)이다.

횟 수	결 과
횟 수	두께	경도(Hv)	접착력(N)	조 도(Ra(㎛))
비교예 1	4.5	3,241.4	78.1	0.11
실시예 1	5.2	3,369.2	80	0.09
실시예 2	5.4	3,312.7	80	0.10
실시예 3	4.7	3,431.8	80	0.18
실시예 4	5.6	3,285.6	80	0.12
실시예 5	5.0	3,342.7	80	0.10
실시예 6	5.3	3,542.3	80	0.11
실시예 7	6.2	3,489.6	80	0.11

표 3과 같이, Al-Cr-Si 합금으로 이루어진 타겟과 Al-Ti-Mo-Me 합금으로 이루어진 타겟으로 증착된 코팅막인 실시예 1 내지 실시예 7은 Al-Cr 합금으로 이루어진 타겟과 Al-Ti-Mo 합금으로 이루어진 타겟으로 증착된 코팅막인 비교예 1보다 코팅막의 두께가 증가하였으며, 접착력 및 경도 또한 향상되었음을 확인할 수 있었다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.

Claims

포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막에 있어서,
포밍 치형공구인 금속 기재층 상부에 형성되는 하기 화학식 1의 조성을 가진 제1층;
상기 제1층 상면에 형성되는 하기 화학식 1과 하기 화학식 2의 혼합조성을 지니는 제2층; 및
상기 제2층 상면에 형성되는 하기 화학식 2의 조성을 가진 제3층;이 연속적으로 반복형성되며,
상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 제3층은, 35 내지 300V의 마이너스 바이어스 전압을 시간에 따라 계단식으로 증가시켜 인가함으로써 순차적으로 증착되되,
Al-Cr-Si 전원의 작동으로 35V의 마이너스 바이어스 전압인가에 의해 상기 제1층이 증착되고, 상기 Al-Cr-Si 전원에 대해 추가로 Al-Ti-Mo-Me 전원이 작동되어 150V의 마이너스 바이어스 전압인가에 의해 상기 제2층이 증착되며, 이후 상기 Al-Cr-Si 전원이 스위치 오프되어 상기 Al-Ti-Mo-Me 전원의 작동만으로 300V의 마이너스 바이어스 전압인가에 의해 상기 제3층이 증착되는 것을 특징으로 하는 다층나노 경질 코팅막:
[화학식 1]

[화학식 2]

여기서, X는 N, CN, BN, NO, CNO, CBN, BNO 및 CNBO로 구성된 군중의 하나를 나타내고, Me는 V, Nd, Sm, Eu, Hf, In, Sn, Zr, Ta, W, Nb로 구성된 군중의 하나를 나타내며, a, b, u, v, w는 타켓부분의 화학양론 조성을 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 제1층에 대한 상기 제2층 혹은 상기 제3층의 두께비가 0.5 초과인 것을 특징으로 하는 다층나노 경질 코팅막.
제 1항에 있어서,
0.5≤a≤0.7이며, 0.05＜b<0.1이고,
0.5≤u≤0.7이며, 0.02＜v<0.08이고, 0.01<w<0.08인 것을 특징으로 하는 다층나노 경질 코팅막.
제 1항에 있어서,
상기 제1층, 상기 제2층 혹은 상기 제3층은,
이온 건 에칭공정, 할로캐소드 에칭공정 및 메탈이온 에칭공정 중 선택된 어느 하나의 공정을 수행하여 증착되는 것을 특징으로 하는 다층나노 경질 코팅막.
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