KR102497483B1

KR102497483B1 - 절삭공구용 경질피막

Info

Publication number: KR102497483B1
Application number: KR1020200177295A
Authority: KR
Inventors: 김경일; 안승수; 박제훈; 조영주; 김형진
Original assignee: 한국야금 주식회사
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2023-02-08
Also published as: KR20220087000A

Abstract

본 발명은 특히 홀 메이킹 가공시 발생하는 포인트부와 여유면의 기계적 마모를 억제할 수 있는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
본 발명에 따른 절삭공구용 경질피막은, 평균 두께가 50 ~ 500nm인 박층A, 박층B, 박층C, 박층D를 포함하고, 상기 박층A, 박층B, 박층C, 박층D는 하부에서 상부로 A/B/C/D/A순서로 증착하는 구조로 단위셀이 1층 또는 2층 이상 반복적층되는 제1층을 포함하고, 상기 박층A는 Cr_1-aMe1_aC_xN_yO_z(0.003≤a≤0.2, 0≤x, z≤0.6, x+y+z=1, Me1은 전이원소를 포함한 1B~8B 그리고 3A~6A족의 금속원소 중에서 선택된 1종 이상임), 상기 박층B는 Ti_1-a-bSi_aMe2_bC_xN_yO_z(0.002≤a≤0.5, 0≤b≤0.5, 0≤x,z≤0.6, x+y+z=1, Me2는 전이원소를 포함한 1B~8B 그리고 3A~6A족의 금속원소 중에서 선택된 1종 이상임), 상기 박층C는 Al_1-aCr_aMe3_bC_xN_yO_z(0.1≤a≤0.2, 0≤b≤0.5, 0≤x,z≤0.6, x+y+z=1, Me3는 전이원소를 포함한 1B~8B 그리고 3A~6A족의 금속원소 중에서 선택된 1종 이상임), 상기 박층D는 Ti_1-a-bSi_aMe4_bC_xN_yO_z(0.002≤a≤0.5, 0≤b≤0.5, 0≤x,z≤0.6, x+y+z=1, Me4는 전이원소를 포함한 1B~8B 그리고 3A~6A족의 금속원소 중에서 선택된 1종 이상임)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

절삭공구용 경질피막 {HARD FILM FOR CUTTING TOOLS}

본 발명은 초경합금과 같은 경질모재 상에 인접하여 형성되는 경질피막으로, 특히 홀 메이킹 가공시 발생하는 포인트부와 여유면의 기계적 마모와 경사면의 크레이터 마모를 억제할 수 있는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.

산업이 점차 정밀화, 고속화 및 대량 생산화됨에 따라 절삭공구에 대한 절삭성능 향상 및 수명개선이 요구되고 있다.

절삭가공 시에는 약 900℃ 이상의 고열이 피삭재와 마찰되는 공구 선단에 국부적으로 발생하는데, 내산화성과 내마모성이 우수한 경질피막을 공구의 절삭면에 형성할 경우 절삭공구의 수명을 현저하게 연장시킬 수 있다.

이를 위해, 초경합금, 써메트, 엔드밀, 드릴류 등의 모재 위에, 통상, TiN, TiAlN, AlTiN, AlCrN, Al₂O₃와 같은 내마모성, 내산화성, 또는 내충격성 등의 특성을 갖는 물질의 단층 또는 2종 이상의 물질이 2층 이상 적층된 다층의 경질피막을 형성한다.

그런데, 피삭재가 점차 고경도화되고 난삭화되고 있어, 물성이 상이한 2종 이상의 박막을 규칙적으로 반복 적층하는 방법을 통해, 절삭성능을 높이고자 하는 시도가 많아지고 있다. 예를 들어, 하기 특허문헌에는 물리증착법(PVD)에 의해, 초경 합금공구인 인서트, 엔드밀, 드릴 혹은 서멧트 공구 위에 하지층을 증착시키고, 연속적으로 내충격성과 내치핑성을 향상시키기 위해 교대 반복적으로 적층되는 구조를 통해, 절삭성능을 향상시키는 박막구조가 개시되어 있다.

하기 특허문헌에 개시된 경질피막과 같이 반복 적층 구조를 통해 내마모성과 내산화성이 향상된 경질피막을 얻을 수 있다. 그러나 홀 메이킹 가공을 할 때 발생하는 포인트부와 여유면의 기계적 마모, 경사면의 크레이터 마모, 포인트부 뜯김 마모 등 다양한 마모 형태에 대응하기에는 충분하지 않다.

공개특허공보 제2015-0043264호

본 발명의 목적은 절삭 가공시 공구에서 발생하는 기계적 마모와 경사면의 크레이터 마모에 대한 저항성을 높여 절삭공구의 수명을 연장할 수 있는 절삭공구용 경질피막을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 평균 두께가 50 ~ 500nm인 박층A, 박층B, 박층C, 박층D를 포함하고, 상기 박층A, 박층B, 박층C, 박층D는 하부에서 상부로 A/B/C/D/A순서로 증착하는 구조로 단위셀이 1층 또는 2층 이상 반복적층되는 제1층을 포함하고, 상기 박층A는 Cr_1-aMe1_aC_xN_yO_z(0.003≤a≤0.2, 0≤x, z≤0.6, x+y+z=1, Me1은 전이원소를 포함한 1B~8B 그리고 3A~6A족의 금속원소 중에서 선택된 1종 이상임), 상기 박층B는 Ti_1-a-bSi_aMe2_bC_xN_yO_z(0.002≤a≤0.5, 0≤b≤0.5, 0≤x,z≤0.6, x+y+z=1, Me2는 전이원소를 포함한 1B~8B 그리고 3A~6A족의 금속원소 중에서 선택된 1종 이상임), 상기 박층C는 Al_1-aCr_aMe3_bC_xN_yO_z(0.1≤a≤0.2, 0≤b≤0.5, 0≤x,z≤0.6, x+y+z=1, Me3는 전이원소를 포함한 1B~8B 그리고 3A~6A족의 금속원소 중에서 선택된 1종 이상임), 상기 박층D는 Ti_1-a-bSi_aMe4_bC_xN_yO_z(0.002≤a≤0.5, 0≤b≤0.5, 0≤x,z≤0.6, x+y+z=1, Me4는 전이원소를 포함한 1B~8B 그리고 3A~6A족의 금속원소 중에서 선택된 1종 이상임)로 이루어지는, 절삭공구용 경질피막를 제공한다.

본 발명에 따른 절삭공구용 경질피막은 2개의 CrMe1N 박막의 사이의 중심에는 AlCrMe3N계를 배치하고, AlCrMe3N계 박막과 CrMe1N계 박막의 사이에는 TiSiMe4N계 박막이 배치되도록 하는 적층구조를 통해서, 특히 홀 메이킹 가공 시 발생하는 포인트부와 여유면의 기계적 마모, 박막의 박리/크랙의 전파 억제, 및 경사면에서의 크레이터 마모 억제라는 효과를 얻을 수 있다. 이를 통해 절삭공구의 수명을 연장시킬 수 있다.

도 1은 제1층이 하나의 단위셀의 적층 상태를 나타내는 그림이다.
도 2는 제1층이 복수의 단위셀이 반복 적층된 상태를 나타내는 그림이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경질피막의 적층 구조를 나타내는 그림이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 또한 첨부된 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 발명의 이해를 위하여 과장된 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 절삭공구용 경질피막은, 평균 두께가 50 ~ 500nm인 박층A, 박층B, 박층C, 박층D를 포함하고, 상기 박층A, 박층B, 박층C, 박층D는 하부에서 상부로 A/B/C/D/A순서로 증착하는 구조로 단위셀이 1층 또는 2층 이상 반복적층되는 제1층을 포함하고, 상기 박층A는 Cr_1-aMe1_aC_xN_yO_z(0.003≤a≤0.2, 0≤x, z≤0.6, x+y+z=1, Me1은 전이원소를 포함한 1B~8B 그리고 3A~6A족의 금속원소 중에서 선택된 1종 이상임), 상기 박층B는 Ti_1-a-bSi_aMe2_bC_xN_yO_z(0.002≤a≤0.5, 0≤b≤0.5, 0≤x,z≤0.6, x+y+z=1, Me2는 전이원소를 포함한 1B~8B 그리고 3A~6A족의 금속원소 중에서 선택된 1종 이상임), 상기 박층C는 Al_1-aCr_aMe3_bC_xN_yO_z(0.1≤a≤0.2, 0≤b≤0.5, 0≤x,z≤0.6, x+y+z=1, Me3는 전이원소를 포함한 1B~8B 그리고 3A~6A족의 금속원소 중에서 선택된 1종 이상임), 상기 박층D는 Ti_1-a-bSi_aMe4_bC_xN_yO_z(0.002≤a≤0.5, 0≤b≤0.5, 0≤x,z≤0.6, x+y+z=1, Me4는 전이원소를 포함한 1B~8B 그리고 3A~6A족의 금속원소 중에서 선택된 1종 이상임)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 절삭공구용 경질피막은 2개의 박층A의 사이에 박층B, 박층C, 박층D가 순차적으로 적층된 단위셀이 1층 또는 2층 이상 반복적층되어 이루어져 있는 단위셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 단위셀은, 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, Cr과 Me1의 복합화합물로 이루어진 2개의 박층A의 사이에 Al, Cr 및 Me3의 복합화합물로 이루어진 박층C가 중심에 위치하고, 박층A와 박층C 사이에 Ti, Si 및 Me2의 복합화합물 또는 Ti, Si 및 Me4의 복합화합물로 이루어진 박층B와 박층D가 개재되는 구조를 통해, 층간 밀착성, 내마모성, 내산화성 및 내크레이터성이 향상되어 특히 홀 메이킹 가공시 절삭공구의 기계적 마모와 경사면의 크레이터 마모에 대한 저항성을 높일 수 있게 된다.

상기 박층A, 박층B, 박층C, 박층D의 두께는 50nm 미만일 경우에는 공구 인선 전반에 골고루 도포되기가 어렵고, 500nm 초과일 경우에는 응력 집중층의 박리가 발생할 가능성이 있으므로, 50 ~ 500nm 범위로 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 절삭공구용 경질피막에는 상기 제1층의 하부에 형성되며 Al_1-xMe_xN(Me는 전이금속 중에서 선택된 1종 이상, 0.3≤x≤0.7)으로 이루어진 제2층을 더 포함할 수 있다.

상기 Al_1-xMe_xN 층은 단위층과 모재를 단단하게 연결하는 역할을 하여, 밀착력을 향상시켜 가공시 박막의 조기탈락을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 절삭공구용 경질피막에는 상기 제1층의 상부에 형성되며 Ti_1-xMe_xN(Me는 전이금속 중에서 선택된 1종 이상, 0.3≤x≤0.7)으로 이루어진 제3층을 더 포함할 수 있다.

상기 Ti_1-xMe_xN 층은 내산화성을 증가시키는 역할을 하여, 칩에서 발생하는 열을 모재에 전달하지 못하는 차폐층 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 절삭공구용 경질피막에 있어서, 상기 Me1은 Al이고, 상기 박층A는 Cr 질화물과, Al과 Cr의 복합질화물이 혼합된 상으로 이루어질 수 있다.

이와 같이 혼합상으로 이루어질 경우, 박층A에 층간 밀착력과 함께 내산화성을 동시에 부여할 수 있어 내산화 환경용 경질피막으로 좀 더 적합하게 사용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 절삭공구용 경질피막에 있어서, 상기 제1층은 본 발명에 따른 경질피막의 메인층으로 그 두께는 0.3㎛ 미만일 경우 공구에 전반적으로 골고루 도포가 어렵고, 10㎛ 초과일 경우 박리의 위험이 있고 목표 물성을 벗어날 가능성이 있으므로, 0.3 ~ 10㎛ 인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 절삭공구용 경질피막에 있어서, 상기 제2층은 하지층으로 모재와 제1층 사이에 결합력을 제공하기 위한 본딩(bonding)층 역할을 하는 것으로 그 두께는 0.1㎛ 미만일 경우 공구에 전반적으로 골고루 도포가 어려우며 본딩층 역할을 할 수 없고, 2㎛ 초과일 경우 본 발명에 목적하는 목표 물성을 벗어날 가능성이 있으므로, 0.1 ~ 2㎛ 인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 절삭공구용 경질피막에 있어서, 상기 제3층은 최외곽에 배치되는 기능층으로 그 두께는 0.1㎛ 미만일 경우 공구에 전반적으로 골고루 도포가 어렵고, 5㎛ 초과일 경우 박리의 위험이 있고 목표 물성을 벗어날 가능성이 있으므로, 0.1 ~ 5㎛ 인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 절삭공구용 경질피막에 있어서, 상기 경질피막의 전체 두께는 0.3㎛ 미만일 경우 공구 전반에 골고루 도포되기 어렵고, 15㎛ 초과일 경우 응력의 집중으로 인선 끝자락에서부터 박리가 발생하여 공구의 과대마모로 이어질 가능성이 있하므로, 0.3 ~ 15㎛ 인 것이 바람직하다.

또한, 상기 절삭공구용 경질피막이 사용되는 절삭공구용 재료로는 초경합금(WC-Co 합금), 써멧(cermet), 세라믹, 입방정 질화붕소(cBN)와 같이 절삭공구에 사용될 수 있는 특성을 갖는 재료라면 특별히 제한 없이 사용될 수 있다.

[실시예]

본 발명의 실시예에서는 초경합금으로 이루어진 모재 표면에 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition: PVD)인 아크 이온 플레이팅 법을 이용하여, 도 3에 도시된 것과 같이 단위셀이 다수개 적층된 제1층, 제1층의 하부에 형성된 제2층, 제1층의 상부에 형성된 제3층을 구비하는 다층 박막 구조의 경질피막을 형성하였다.

구체적으로, 코팅에 사용한 타겟으로는 AlTi와 TiAl과 AlCr의 아크타겟을 사용하였으며, 초기 진공압력은 8.5×10^-5 Torr 이하로 감압하였으며, 반응가스로 N₂를 주입하였다. 또한, 코팅을 위한 가스압력은 60mTorr 이하, 바람직하게는 20~50mTorr 이하로 유지하였으며, 코팅 온도는 500~550℃로 하였고, 코팅 시 기판 바이어스 전압은 -20V~-150V으로 인가하였다. 상기 코팅조건은 장비 특성 및 조건에 따라 달라질 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 상기한 코팅조건을 이용하여, 모재 상에 전단응력에 대한 저항성을 가지며 단일층으로 이루어진 하지층(제2층, 하지층을 형성하지 않은 예도 있음)을 형성하고, 크랙전파 억제를 위한 단위셀 구조를 교대반복적으로 적층하여 메인층(제1층)을 형성한다. 또한 기능층인 제3층을 증착과정 마지막에 배치하여 공구에 특별한 기능을 추가하였다. 이때, 제1층과 제2층, 제3층의 구조는 하기 표 1과 같이 형성되었다.

코팅은 코팅로의 내부에 코팅용 타겟을 서로 마주보도록 4면으로 배치하고 피코팅물이 코팅로내 중앙에서 코팅용 타겟을 향하여 회전시킨 후, 코팅용 타겟에 고전류를 인가하여 코팅용 타겟을 증발시키고 증발된 타겟 물질을 코팅로 내에 주입된 질소가스와 반응시켜 회전중인 피코팅물의 표면에 코팅층을 형성되도록 제어하였다.

코팅용 타겟은 Ti, Cr, TiAl(5:5), TiAl(6:4), AlTi(6:4), AlCr(7:3), AlCr(5:5), TiSi(8:2), TiSi(9:1), TiV(9:1), TiCr(5:5), AlTa(9:1) 등을 사용하여 하기 박막을 제작하였다.

여기서 비교를 위해 TiN, TiAlN, AlTiN, AlCrN과 같은 단일층들을 형성하였다. 또한, 본 발명과 동일 내지 유사한 구조를 가지지만 본 발명의 범위에서 벗어나는 피막도 비교를 위하여 형성하였다.

번호	1층 (메인층)					2층 (하지층)		3층 (외곽층)		증착 구조	전체 두께 (㎛)	비고
	조성				두께 (㎛)	조성	두께 (㎛)	조성	두께 (㎛)
	박층A CrMeCNO	박층B TiSiMeCNO	박층C AlCrMeCNO	박층D TiSiMeCNO	두께 (㎛)	조성	두께 (㎛)	조성	두께 (㎛)
1	TiN				3.0	-	-	-	-	단일층	3.0	비교예
2	TiAlN (Ti:Al=5:5)				4.1	-	-	-	-	단일층	4.1	비교예
3	AlTiN (Al:Ti=6:4)				4	-	-	-	-	단일층	4	비교예
4	AlCrN (Al:Cr=7:3)				3.5	-	-	-	-	단일층	3.5	비교예
5	TiAlN	AlTiN	-	-	3.1	-		AlCrN	2.2	단위셀 반복구조	5.3	비교예
6	TiAlN	AlCrN	-	-	3.0	-		AlTiN	2.1	단위셀 반복구조	5.1	비교예
7	TiAlN	AlCrN	-	-	3.2	-		TiSiN	1.8	단위셀 반복구조	5	비교예
8	TiAlN	TiSiAlN	AlCrTiN	TiSiAlN	3.2	TiAlN	0.5	AlCrN	2.2	단위셀 반복구조	5.9	비교예
9	TiAlN	TiSiCrN	AlCrTaN	TiSiCrN	3.5	TiAlN	0.6	AlCrN	2.1	단위셀 반복구조	6.2	비교예
10	TiAlN	TiSiVN	AlCrN	TiSiVN	3.4	TiAlN	0.6	AlCrN	2.2	단위셀 반복구조	6.2	비교예
11	TiAlN	TiSiAlCrN	AlCrTaN	TiSiAlCrN	3.3	TiAlN	0.6	AlCrN	2	단위셀 반복구조	5.9	비교예
12	TiAlN	AlCrN	AlTiN	AlCrN	3.3	TiAlN	0.6	AlCrN	2	단위셀 반복구조	5.9	비교예
13	CrAlN	TiSiAlN	AlCrTiN	TiSiAlN	3.2	AlTiN	0.9	AlCrN	2.1	단위셀 반복구조	6.2	실시예
14	CrAlN	TiSiCrN	AlCrTaN	TiSiCrN	3.5	AlTiN	0.9	AlCrN	1.9	단위셀 반복구조	6.3	실시예
15	CrAlN	TiSiVN	AlCrN	TiSiVN	3.4	AlTiN	1.0	AlCrN	2	단위셀 반복구조	6.4	실시예
16	CrAlN	TiSiAlCrN	AlCrTaN	TiSiAlCrN	3.3	AlTiN	0.9	AlCrN	2.1	단위셀 반복구조	6.3	실시예
17	CrTiN	TiSiAlN	AlCrTiN	TiSiAlN	3.2	AlCrN	0.3	AlTiN	3.1	단위셀 반복구조	6.6	실시예
18	CrTiN	TiSiCrN	AlCrTaN	TiSiCrN	3.5	AlCrN	0.3	AlTiN	3.1	단위셀 반복구조	6.9	실시예
19	CrTiN	TiSiVN	AlCrN	TiSiVN	3.4	AlCrN	0.3	AlTiN	3.1	단위셀 반복구조	6.8	실시예
20	CrTiN	TiSiAlCrN	AlCrTaN	TiSiAlCrN	3.3	AlCrN	0.25	AlTiN	3.1	단위셀 반복구조	6.65	실시예
21	CrTiN	AlCrN	AlTiN	AlCrN	3.4	AlCrN	0.25	AlTiN	3.1	단위셀 반복구조	6.75	실시예
22	CrTiN	TiSiAlN	AlCrTiN	TiSiAlN	3.2	AlCrN	0.35	TiSiN	1.8	단위셀 반복구조	5.35	실시예
23	CrAlN	TiSiCrN	AlCrTaN	TiSiCrN	3.5	AlCrN	0.35	TiSiN	1.8	단위셀 반복구조	5.65	실시예
24	CrAlN	TiSiVN	AlCrN	TiSiVN	3.4	AlCrN	0.3	TiSiN	1.8	단위셀 반복구조	5.5	실시예
25	CrAlN	TiSiAlCrN	AlCrTaN	TiSiAlCrN	3.3	AlCrN	0.3	TiSiN	1.8	단위셀 반복구조	5.4	실시예
26	CrAlN	AlCrN	AlTiN	AlCrN	3.4	AlCrN	0.3	TiSiN	1.8	단위셀 반복구조	5.5	실시예

상기 표 1에서, 번호 1 ~ 4는 모재 상에 각각 TiN층, TiAlN층, AlTiN층, AlCrN층으로만 이루어진 총두께 3.0 ~ 4.1㎛의 경질피막으로, 본 발명의 적층구조를 갖는 것과의 비교를 위한 것이다.

번호 5 ~ 7은 모재 상에 나노박막인 TiAlN/AlTiN의 교대반복, TiAlN/AlCrN의 교대반복, TiAlN/AlCrN의 교대반복을 통해 총 두께 5 ~ 5.3㎛로 형성된 경질피막(즉, A/B 교대반복 구조의 경질피막)으로 본 발명의 적층구조를 갖는 것과의 비교를 위한 것이다.

번호 8 ~ 12는 본 발명의 실시예와 유사한 적층 구조를 가지나 교대반복층의 조성물이 상이한 것으로 본 발명의 적층구조의 갖는 것과의 비교를 위한 것이다.

상기 표 1에 따라 제조된 경질피막의 내마모성 및 크레이터 저항성을 평가하기 위하여, 아래 (1) ~ (3)의 3가지 조건으로 절삭성능을 평가하였으며, 절삭성능 평가조건은 다음과 같다.

(1) 터닝 가공

피삭재: SM45C 탄소강 4구홈 (지름: 100mm)

샘플형번: CNMG120408(ISO)

절삭속도: 150m/min

절삭이송: 0.2mm/tooth

절삭깊이: 1.5mm

절삭유: 사용

(2) 밀링 페이싱 가공

피삭재: SCM440 합금강

샘플형번: SPKN1504EDSR(ISO)

절삭속도: 180 m/min

절삭이송: 0.18 mm/tooth

절삭깊이: 1.5 mm

절삭유: 사용

(3) 홀메이킹 가공

피삭재: SCM440 합금강

샘플형번: MSDP060-5P

절삭속도: 120m/min

절삭이송: 0.12mm/tooth

절삭깊이: 관통(30mm)

절삭유: 사용

아래 표 2는 상기한 절삭조건으로 표 1의 각종 경질피막에 대해 수행한 절삭성능 평가결과를 나타낸 것이다.

가공길이 (m)	터닝 가공	밀링 가공	홀메이킹
1	240	36	4
2	480	90	12
3	600	90	12
4	720	72	12
5	960	72	12
6	840	90	16
7	840	72	8
8	840	96	12
9	960	96	16
10	840	72	12
11	960	84	16
12	1080	144	20
13	1560	168	36
14	1560	156	48
15	1680	156	42
16	1920	168	46
17	1020	151	32
18	1440	140	43
19	1404	140	38
20	1512	151	41
21	1728	135	23
22	1560	176	34
23	1638	164	45
24	1560	164	40
25	1980	176	43
26	1512	158	24

표 2에 나타난 것과 같이, 본 발명에 따른 경질피막을 구비한 절삭공구를 사용하여 터닝 단면 가공을 수행한 경우, 비교예에 비해 가공 길이도 길어지며, 500m 가공시 Vb 마모량이 크게 줄어드는 것을 알 수 있다. 밀링 가공을 수행한 경우에도 대부분 가공 길이가 증가하는 것을 보여준다.

이에 비해, 비교예의 번호 1 ~ 4는 터닝 가공, 밀링 가공 및 홀 메이킹 가공 전반에 걸쳐 본 발명의 실시예들에 비해 현저하게 성능이 낮다. 또한, 비교예의 번호 5 ~ 7은 터닝 가공, 밀링 가공 및 홀 메이킹 가공 모두 번호 1 ~ 4에 비해 증가하였으나 본 발명의 실시예들에 비해서는 현저하게 낮은 수준이다. 또한, 비교예의 번호 8 ~ 12의 경우, 다른 비교예들에 비해 터닝 가공, 밀링 가공 및 홀 메이킹 가공에서 향상된 성능을 보이고 있으나, 여전히 본 발명의 실시예들에 비해서는 낮은 성능을 나타낸다.

이상과 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 경질피막은, 절삭 가공 시에 요구되는 내마모성과 경질피막에 가해지는 전단응력에 대한 저항성을 가짐과 동시에 경질피막 내의 크랙 전파를 효율적으로 억제할 수 있어, 절삭공구의 인선의 손상 방지 및 마모 발생을 억제하여, 결과적으로 절삭공구의 수명을 향상시키는 효과를 얻는다.

Claims

평균 두께가 50 ~ 500nm인 박층A, 박층B, 박층C, 박층D를 포함하고, 상기 박층A, 박층B, 박층C, 박층D는 하부에서 상부로 A/B/C/D/A순서로 증착되어 A/B/C/D/A의 5층 구조를 가지는 단위셀이 1 또는 2 이상 반복적층되는 제1층을 포함하고,
상기 박층A는 Cr_1-aMe1_aC_xN_yO_z(0.003≤a≤0.2, 0≤x, z≤0.6, x+y+z=1, Me1은 전이원소를 포함한 1B~8B 그리고 3A~6A족의 금속원소 중에서 선택된 1종 이상임),
상기 박층B는 Ti_1-a-bSi_aMe2_bC_xN_yO_z(0.002≤a≤0.5, 0≤b≤0.5, 0≤x,z≤0.6, x+y+z=1, Me2는 전이원소를 포함한 1B~8B 그리고 3A~6A족의 금속원소 중에서 선택된 1종 이상임),
상기 박층C는 Al_1-aCr_aMe3_bC_xN_yO_z(0.1≤a≤0.2, 0≤b≤0.5, 0≤x,z≤0.6, x+y+z=1, Me3는 전이원소를 포함한 1B~8B 그리고 3A~6A족의 금속원소 중에서 선택된 1종 이상임),
상기 박층D는 Ti_1-a-bSi_aMe4_bC_xN_yO_z(0.002≤a≤0.5, 0≤b≤0.5, 0≤x,z≤0.6, x+y+z=1, Me4는 전이원소를 포함한 1B~8B 그리고 3A~6A족의 금속원소 중에서 선택된 1종 이상임)로 이루어지고,
상기 제1층의 최하층과 최상층은 박층A로 이루어지고, 상기 단위셀에 있어서 박층A와 박층A의 가운데에 박층C가 위치하고, 박층A와 박층C 사이에 박층B 또는 박층D가 위치하는 적층 구조로 이루어지는, 절삭공구용 경질피막.
제 1 항에 있어서,
추가로 상기 제1층의 하부에 형성되며 Al_1-xMe_xN(Me는 전이금속 중에서 선택된 1종 이상, 0.3≤x≤0.7)으로 이루어진 제2층을 포함하는, 절삭공구용 경질피막.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
추가로 상기 제1층의 상부에 형성되며 Ti_1-xMe_xN(Me는 전이금속 중에서 선택된 1종 이상, 0.3≤x≤0.7)으로 이루어진 제3층을 포함하는, 절삭공구용 경질피막.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 Me1은 Al이고, 상기 박층A는 Cr 질화물과, Al과 Cr의 질화물이 혼합된 상으로 이루어진, 절삭공구용 경질피막.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제1층의 두께는 0.3 ~ 10㎛ 인, 절삭공구용 경질피막.