KR102663474B1 - 내마모성이 우수한 cvd 절삭공구용 피막 - Google Patents

내마모성이 우수한 cvd 절삭공구용 피막 Download PDF

Info

Publication number
KR102663474B1
KR102663474B1 KR1020210112819A KR20210112819A KR102663474B1 KR 102663474 B1 KR102663474 B1 KR 102663474B1 KR 1020210112819 A KR1020210112819 A KR 1020210112819A KR 20210112819 A KR20210112819 A KR 20210112819A KR 102663474 B1 KR102663474 B1 KR 102663474B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
altin
tin
plane
coating
Prior art date
Application number
KR1020210112819A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230030763A (ko
Inventor
안진우
강재훈
김옥길
Original Assignee
한국야금 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국야금 주식회사 filed Critical 한국야금 주식회사
Priority to KR1020210112819A priority Critical patent/KR102663474B1/ko
Publication of KR20230030763A publication Critical patent/KR20230030763A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102663474B1 publication Critical patent/KR102663474B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/36—Carbonitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

본 발명의 목적은 밀착력이 우수하고, 내마모성과 인성이 향상된 절삭공구용 경질피막을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 절삭공구용 피막은, CVD법으로 형성되는 피막으로, 상기 피막은 제1층과, 상기 제1층의 상부에 형성된 제2층을 포함하고, 상기 제1층은 TiCxNy(x+y=1, x＞0, y＞0)을 주상으로 포함하고, X-선 회절분석 시에 (311)면 및/또는 (422)면의 피크 강도가 가장 크도록 배향되어 있는 층을 포함하고, 상기 제2층은 Ti1-xAlxC1-yNy (0.6≤x<1.0, 0≤y≤1)으로 이루어진 A층과, TiN으로 이루어진 B층이 적어도 2회 이상 A/B/A/B 형태로 교대 반복적으로 적층된 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

내마모성이 우수한 CVD 절삭공구용 피막 {CVD FILM FOR CUTTING TOOL WITH EXCELLENT WEAR RESISTANCE}
본 발명은 절삭공구용 피막으로 화학기상증착법(Chemical Vapour Deposition)으로 형성되며, Al의 함량이 높은 AlTiN층을 포함하고, 내산화성, 내마모성 및 내박리성이 우수한 절삭공구용 피막에 관한 것이다.
절삭성능 향상 및 수명개선을 위해 초경합금, 서멧(cermet), 엔드밀, 드릴류 등의 경질기체 위에 경질피막인 TiN, TiAlN, AlTiN, Al2O3와 같은 박막을 증착하는 방식이 사용되고 있다.
1980년대까지는 절삭공구에 TiN을 코팅하여 절삭성능과 수명을 향상시키고자 하였으나, 일반적인 절삭가공시 약 600 ~ 700℃ 정도 열이 발생하게 되므로, 1980년대 후반에는 기존의 TiN 보다 경도와 내산화성이 높은 TiAlN으로 코팅기술이 변천되었고, 내마모성 및 내산화성을 더욱 향상시키기 위해 Al을 더 첨가시킨 AlTiN 박막이 개발되었다. AlTiN 박막은 Al2O3 산화층을 형성함으로써, 고온 내산화성과 내마모성을 향상시키는 효과를 얻었으나, 경질 기체와의 결합력이 약한 문제가 있다.
최근 들어 피삭재는 점차 고경도화되고 있을 뿐 아니라, 열전도도가 낮고 공구와 용착이 심한 난삭재에 대한 가공수요가 많아지고 있다. 이러한 고경도 피삭재에 대한 고속 절삭가공 및 난삭재에 대한 고속 절삭가공 시 우수한 절삭성능 및 수명을 얻기 위해서는 우수한 내산화성과 내마모성을 가지는 것이 중요하다.
이러한 요구에 대하여, Al과 Ti 중에서 Al의 함량을 몰비로 0.7 이상 증가시켜 내산화성과 내마모성이 우수한 CVD법으로 형성한 AlTiN 박막이 새로운 대안으로서 부각되고 있으나, 낮은 내박리특성과 인성이 문제가 되어 적용 범위를 넓히는데 제약이 되고 있다.
일례로, 하기 특허문헌에서는 라멜라 구조를 가지면서 동시에 특정한 결정면으로 우선 배향시킨 집합조직을 갖는 CVD법으로 형성한 AlTiN 박막을 통해 보다 향상된 내마모성을 구현한 경질피막에 대해 개시하고 있다. 하지만, AlTiN 박막의 적용에 가장 문제가 되는 경질 기체와의 결합력을 향상시키는 기술에 대해서는 개시하지 않고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2016-0130752호
본 발명의 목적은 내박리성이 우수하면서 내마모성을 한층 더 향상시킨 절삭공구용 피막을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, CVD법으로 형성되는 피막으로, 상기 피막은 제1층과, 상기 제1층의 상부에 형성된 제2층을 포함하고, 상기 제1층은 TiCxNy(x+y=1, x＞0, y＞0)을 주상으로 포함하고 X-선 회절분석 시에 (311)면 및/또는 (422)면의 피크 강도가 가장 크도록 배향되어 있는 층을 포함하고, 상기 제2층은 Ti1-xAlxC1-yNy (0.6≤x<1.0, 0≤y≤1)으로 이루어진 A층과, TiN으로 이루어진 B층이 2회 이상 A/B/A/B 형태로 교대 반복적으로 적층된 구조를 가지는, 절삭공구용 피막을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 피막은 AlTiN층의 하부에 AlTiN층과의 결합력을 향상시키도록 결정성장이 이루어진 TiCN층을 배치하고, AlTiN층의 사이에 TiN층을 개재한 다층 적층 구조를 적용함으로써, 절삭공구용 피막의 내박리성 및 내마모성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 피막은 TiCN층의 입자크기를 0.9㎛ 이하의 미립 조직을 적용함으로써 피막의 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 피막은 XRD 분석 시에 (111)면의 피크강도가 가장 크게 성장시킨 AlTiN과 (200)면의 피크 강도가 가장 크게 성장시킨 AlTiN을 TiN층을 개재하여 배치되어 있어, 보다 향상된 내마모성을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 경질피막의 구조에 대한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 피막의 X선 회절분석 결과로, TiCN층의 피크 중에서 강도가 높은 결정면의 피크(적색 박스)를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 피막의 X선 회절분석 결과로, AlTiN층의 피크 중에서 가장 강도가 높은 결정면의 피크(적색 박스)를 나타낸 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 절삭공구용 피막은, CVD법으로 형성되며, 상기 피막은 제1층과, 상기 제1층의 상부에 형성된 제2층을 포함하고, 상기 제1층은 TiCxNy(x+y=1, x＞0, y＞0)을 주상으로 포함하고, X-선 회절분석 시에 (311)면 및/또는 (422)면의 피크 강도가 가장 크도록 배향되어 있는 층을 포함하고, 상기 제2층은 Ti1-xAlxC1-yNy (0.6≤x<1.0, 0≤y≤1)으로 이루어진 A층과, TiN으로 이루어진 B층이 적어도 2회 이상 A/B/A/B 형태로 교대 반복적으로 적층된 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 '주상'이란 해당 층에서 부피분율로 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상, 가장 바람직하게는 99% 이상을 이루는 상(phase)을 의미한다.
도 1에서 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 피막은, 초경합금이나 서멧(cermet)과 같은 절삭공구용으로 사용되는 모재(100) 상에 형성되어 사용되는 것으로, 크게 하지층(200), 제1층(300) 및 제2층(400)을 포함하여 이루어진다.
상기 하지층(200)은 모재(100)와 제1층(300) 사이의 결합력 향상을 위해 선택적으로 형성할 수 있는 것으로, TiN으로 이루어진 층이 사용될 수 있다. 이러한 하지층(200)의 두께는 2㎛ 이하로 형성되는 것이 바람직하고, 1㎛ 이하로 형성되는 것이 더 바람직하다.
상기 제1층(300)은 모재에 접하거나 인접하여 형성되는 TiCxNy(x+y=1, x＞0, y＞0, 이하 'TiCN' 이라 함)을 주상으로 하는 TiCN층을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 피막에서는, 제2층(300)의 AlTiN층과 접하는 하부에 TiCN층을 배치하고, 이와 함께 X-선 회절분석 시에 (311)면 및/또는 (422)면에서 가장 강한 피크가 나타나도록 배향한 TiCN층을 적용함으로써, 제1층(300)인 TiCN층과 제2층(400)의 일부를 형성하는 AlTiN층 사이의 결합력(즉, 피막의 내박리성)을 향상시키면서, 내마모성이 우수한 TiCN층을 통해 피막 전체의 내마모성도 향상시킬 수 있다.
상기 TiCN층은 X-선 회절분석 시에 (311)면이 가장 강한 피크일 경우 (422)면이 두 번째로 강한 피크 상태로 있거나, (422)면이 가장 강한 피크일 경우 (311)면이 두 번째로 강한 피크 상태인 것이 AlTiN층과의 결합력 측면에서 보다 바람직하다.
상기 제1층(300)의 두께는 0.5㎛ 미만일 경우 상기한 효과를 얻기 어렵고, 15㎛ 초과일 경우 TiCN층과 제2층(400)의 AlTiN층 사이의 결합력 저하가 발생하므로, 0.5 ~ 15㎛ 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 TiCN층은 미세조직상 평균 결정립 크기가 0.9㎛ 이하의 미세립으로 형성되는 것이 그 상부에 형성되는 AlTiN층과의 결합력 향상은 물론 피막 전체의 내마모성을 향상시키는데 바람직하다.
상기 제2층(400)은, AlTiN층(410)의 사이에 버퍼층으로 기능하는 TiN층(420)을 개재하여 A/B/A/B 형태로 적층되는 구조로 형성되어 있다.
상기 A층은 Al의 함량이 몰비로 0.6 이상으로, Ti에 비해 많이 함유되는 AlTiN을 주상으로 하는데, AlTiN은 내산화성이 우수하나 내박리성이 낮은 문제점이 있다. 본 발명에 따른 피막은 AlTiN층의 낮은 내박리성을 개선하기 위하여, 전술한 바와 같이, AlTiN층의 하부에는 특정한 결정방향으로 배향시킨 TiCN층을 배치하였다. 또한, 본 발명에 따른 피막에서는 제2층(400)을 구성하는 AlTiN층의 사이에 TiN층을 배치시킴으로써, 피막의 내박리성을 한층 더 개선할 수 있다.
일반적으로 AlTiN 피막은 인성이 약하여 내충격성이 낮은데, 라멜라 구조를 가지는 AlTiN 피막은 인성을 향상시킬 수 있다. 그리고 인성 향상 효과를 얻기 위해서는 라멜라 영역의 평균 두께(라멜라를 구성하는 미세층 사이의 평균 간격)는 150nm 이하가 바람직하고, 100nm 이하인 것이 더 바람직하고, 50nm 이하인 것이 가장 바람직하다. 상기 라멜라 구조는 상이한 조성을 가지면서 동시에 면심 입방정(fcc) 조직과 육방정 구조(hcp) 조직과 같이 결정구조도 상이한 영역의 교대 반복일 수도 있고, 동일한 결정구조 예를 들어 면심 입방정(fcc) 구조를 가지면서 상이한 조성 영역이 교대 반복되는 것일 수 있다. 라멜라 구조는 절삭공구 사용 시에 하중에 대한 저항성을 높여 수명을 연장하는데 효과적인다. 특히 교대 반복되는 2개의 영역이 동일한 면심 입방정(fcc) 구조를 가지면서 상이한 조성 영역인 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 AlTiN 층은 결합력과 내마모성을 고려할 때 알루미늄의 함량(x)는 0.6 이상 0.95 미만이 바람직하고, 0.7 이상 0.93 이하의 범위로 리치(rich)하게 포함되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 AlTiN층은 면심입방구조(fcc)를 가지는 조직의 부피분율이 90 vol% 이상일 수 있다. AlTiN 을 주상으로 하는 피막은 성막 조건에 따라 면심입방구조(fcc)와 조밀육방구조(hcp) 구조가 나타날 수 있는데, 내마모성, 내충격성 등에서 면심입방구조인 것이 더 유리하다. 또한, 면심입방구조가 90 vol% 이상이어야 면심입방 구조에 따른 특성이 충분히 발현될 수 있기 때문에, 상기 AlTiN층의 결정구조는 면심입방구조가 90 vol% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 피막은, 상기 제2층(400)은 X-선 회절분석 시에 (200)면의 피크 강도가 가장 크도록 배향되어 있는 AlTiN층(도 1의 A층)과, X-선 회절분석 시에 (111)면의 피크 강도가 가장 크도록 배향되어 있는 AlTiN층(도 1의 C층)이 상기 TiN층을 개재하여 배치되는 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 방위가 다른 AlTiN층을 교대반복적으로 배치함으로써, AlTiN층에 특정 방향으로 응력이 집중되는 것을 방지하여 내박리성을 더 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 제2층(200)의 두께는 2 ~ 6㎛인 것이 바람직한데, 이는 제2층의 두께가 2㎛ 미만일 경우 내마모성 및 내산화성이 충분하지 않을 수 있고, 6㎛ 초과일 경우 내부응력에 의해 내박리성이 저하될 수 있기 때문이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기에서 설명되는 실시예에 한정되지는 않는다.
[실시예 1]
먼저, 초경합금 모재는, 초경합금의 바인더로 작용하는 Co의 함량이 10중량%, 4족, 5족 또는 6족의 원소를 포함하는 탄화물 또는 탄질화물은 그 함량이 2중량%를 첨가하여 13시간 혼합 분쇄 이후 스프레이 드라이 공법을 이용하여 혼합분말을 얻는다. 얻어진 혼합분말을 가지고 SNMX1206ANN-MM 형번 제작을 위해 2ton/㎠의 압력으로 프레스를 수행하여 성형체를 제조하였다.
이어서, 600℃에서 탈지(dewaxing) 공정을 수행하여, 성형체 제조과정에 투입된 유기 바인더 성분을 제거한 후, 불활성 가스 분위기에서 1 ~ 2시간 동안 소결을 진행하고, 600℃까지 불활성 가스 분위기에서 소정의 냉각속도 냉각시킨 후, 자연냉각시키는 방법으로 소결공정을 수행하여, 경질피막 형성용 모재를 제조하였다.
상기 제조된 모재 위에 열적 CVD 방법을 사용하여 피막을 형성하였다.
먼저, 핫-월(hot-wall) CVD 반응기를 사용하여, 850℃, 5mbar의 압력 하에서, 8ml/min의 TiCl4, 12ml/min의 N2, 100ml/min의 H2 가스를 도입하는 방법을 통해, 하지층으로 두께 1㎛ 이하의 TiN층을 형성하였다.
다음으로, 800℃, 50mbar의 압력하에서, 4ml/min의 TiCl4, 0.5ml/min의 CH3CN, 15ml/min의 N2, 2000ml/min의 H2 혼합 가스를 도입하여 두께 약 9㎛의 MT-TiCN층(제1층)을 형성하였다.
이후 800℃, 5mbar의 압력하에서, 5ml/min의 TiCl4, 18ml/min의 AlCl3, 1200ml/min의 H2 혼합 가스를 도입하여 65ml/min의 NH3 및 140ml/min의 N2, 0.5ml/min의 CH3CN 혼합물을 제2 가스 공급으로 반응기 내로 통과시켰다. 20분의 코팅 시간이 지난 후, 두께 2㎛의 검은 회색층의 AlTiN층이 형성되었다. 생성된 AlTiN층의 알루미늄의 함량(x)는 0.93이었다.
다음으로 850℃, 5mbar의 압력 하에서, 8ml/min의 TiCl4, 12ml/min의 N2, 100ml/min의 H2 가스 공급으로 반응기 내로 통과시켰다. 10분의 코팅 시간이 자난 후, 두께 1㎛ 이하의 TiN층을 형성하였으며, 이후 800℃, 5mbar의 압력하에서, 4ml/min의 TiCl4, 20ml/min의 AlCl3, 1200ml/min의 H2 혼합 가스를 도입하여 80ml/min의 NH3 및 160ml/min의 N2, 0.5ml/min의 CH3CN 혼합물을 제2 가스 공급으로 반응기 내로 통과시켰다. 20분의 코팅 시간이 지난 후, 두께 2㎛의 검은 회색층의 AlTiN층이 형성되었다. 생성된 AlTiN층의 알루미늄의 함량(x)는 0.89이었다.
마지막으로 850℃, 5mbar의 압력 하에서, 8ml/min의 TiCl4, 12ml/min의 N2, 100ml/min의 H2 가스 공급으로 반응기 내로 통과시켰다. 20분의 코팅 시간이 자난 후, 두께 2㎛ 이하의 TiN층을 형성하였다.
도 2와 도 3는 본 발명의 실시예 1에 따른 경질피막의 X선 회절분석 결과를 나타낸 것이다. 도 2에서 확인되는 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 경질피막의 TiCN층의 최대 강도를 나타내는 피크는 (311)면이며, 두번째로 강한 (422) 피크가 형성되어 있다.
또한, 도 3에서 확인되는 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 경질피막의 AlTiN층의 최대 강도를 나타내는 피크는 (111)면과 (200)면이다.
즉, 본 발명의 실시예 1에 따른 경질피막은 경질 기체(모재)의 표면에 (311)면과 (422)면으로 배향된 TiCN층을 형성한 후에 (111)면과 (200)면으로 배향된 AlTiN층을 형성함으로써, 결정구조의 유사성으로 양 층 간의 결합력이 향상되게 된다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일한 초경합금 모재에 동일한 공정으로 MT-TiCN층을 제조한 후, (111)면으로 배향된 단일 AlTiN층을 형성하였다.
[비교예 2]
실시예 1과 동일한 초경합금 모재에 동일한 공정으로 MT-TiCN층을 제조한 후, (200)면으로 배향된 단일 AlTiN층을 형성하였다.
[비교예 3]
실시예 1과 동일한 초경합금 모재에 동일한 공정으로 MT-TiCN층을 제조한 후, (111)면으로 배향된 단일 AlTiN층을 실시예 1과 유사한 두께로 형성하였다.
[비교예 4]
실시예 1과 동일한 초경합금 모재에 동일한 공정으로 MT-TiCN층을 제조한 후, (200)면으로 배향된 단일 AlTiN층을 실시예 1과 유사한 두께로 형성하였다.
아래 표 1은 실시예 1, 비교예 1 ~ 4의 피막을 CVD법으로 형성할 때, 각 층의 형성조건을 나타낸 것이다.
실시예1 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
TiCN
(제1층)		 시간 min 50 50 50 50 50
TiCN 온도 ℃ 800 800 800 800 800
TiCN 압력 mbar 50 50 50 50 50
TiCN TiCl4 ml/min 4 4 4 4 4
TiCN N2 ml/min 15 15 15 15 15
TiCN H2 ml/min bal. bal. bal. bal. bal.
TiCN CH3CN ml/min 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
AlTiN(제2층) 시간 min 30 30 30 40 40
AlTiN 온도 ℃ 800 800 800 800 800
AlTiN 압력 mbar 5 5 5 5 5
AlTiN TiCl4 ml/min 3 4 3 4 3
AlTiN N2 ml/min 140 160 140 160 140
AlTiN H2 ml/min Bal bal Bal bal Bal
AlTiN CH3CN ml/min 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
AlTiN AlCl3 ml/min 18 20 18 20 18
AlTiN NH3 ml/min 65 80 65 80 65
TiN 시간 min 10
TiN 온도 ℃ 850
TiN 압력 mbar 5
TiN TiCl4 ml/min 8
TiN N2 ml/min 12
TiN H2 ml/min 100
AlTiN 시간 min 7
AlTiN 온도 ℃ 800
AlTiN 압력 mbar 5
AlTiN TiCl4 ml/min 4
AlTiN N2 ml/min 160
AlTiN H2 ml/min bal
AlTiN CH3CN ml/min 0.5
AlTiN AlCl3 ml/min 20
AlTiN NH3 ml/min 80
TiN 시간 min 20
TiN 온도 ℃ 850
TiN 압력 mbar 5
TiN TiCl4 ml/min 8
TiN N2 ml/min 12
TiN H2 ml/min 100
아래 표 2는 실시예 1, 비교예 1 ~ 4의 피막 중, TiCN층의 C 함량과, 우선성장 결정면을 나타낸 것이다. 표 2에서 우선성장 결정면이 2개로 기재된 것은 X-선 회절분석시 나타나는 피크의 강도가 유사한 경우이다.
제1층 실시예1 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
C 함량 0.7 이상 0.7 이상 0.7 이상 0.7 이상 0.7 이상
우선성장결정면 (311),
(422)		 (311),
(422)		 (311),
(422)		 (311),
(422)		 (311),
(422)
아래 표 3은 실시예 1, 비교예 1 ~ 4의 피막 중, TiAlN층의 Al 함량(몰비)와, 우선성장 결정면 및 두께를 나타낸 것이다.
아래 표 3은 실시예 1, 비교예 1 ~ 4의 피막 중, TiAlN층의 Al 함량(몰비)와, 우선성장 결정면 및 두께를 나타낸 것이다.
제2층 실시예1 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
Al 함량 0.95, 0.92 0.94 0.92 0.93 0.92
우선성장결정면 (111),
(200)		 (111) (200) (111) (200)
두께(㎛) 6 5 5 6 6
절삭성능 평가
본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 ~ 4에 따라 제조한 피막을 구비한 절삭공구의 내마모성과 내치핑성을 다음과 같은 평가조건으로 평가하였다.
(1) 내마모성 평가 : 인써트 여유면, 경사면 및 상면 마모
피삭재: SCM440
샘플형번: SNMX1206ANN-MM
절삭 속도: 250m/min
절삭 이송: 0.15mm/tooth
절삭 깊이: 1.5mm
절삭유: 없음(건식)
(2) 내치핑성 평가 :인써트 인선 날부 파손
피삭재: SCM440
샘플형번: SNMX1206ANN-MM
절삭 속도: 180m/min
절삭 이송: 0.15mm/tooth
절삭 깊이: 2.0mm
절삭유: 없음(건식)
이상과 같은 조건으로 내마모성과 내치핑성을 평가한 샘플과 그 결과를 아래 표 4에 나타내었다.
실시예 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
내마모성 가공시간 35분 25분 20분 30분 27분
내치핑성 가공시간 40분 42분 47분 30분 35분
위 표 4에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 피막은 AlTiN (111)면 (200)면 층간의 결정 배향 및 두께조절을 통해 결합력이 향상되어, 공구 수명이 비교예들에 비해 현저하게 개선되었다.
100: 모재
200: 하지층
300: 제1층
400: 제2층

Claims (5)

  1. CVD법으로 형성되는 피막으로,
    상기 피막은 제1층과, 상기 제1층의 상부에 형성된 제2층을 포함하고,
    상기 제1층은 TiCxNy(x+y=1, x≥0.7, y≤0.3)을 주상으로 포함하고, X-선 회절분석 시에 (311)면 및/또는 (422)면의 피크 강도가 가장 크도록 배향되어 있는 층을 포함하고,
    상기 제2층은 Ti1-xAlxC1-yNy (0.6≤x<1.0, 0≤y≤1)으로 이루어진 A층과, TiN으로 이루어진 B층이 적어도 2회 이상 A/B/A/B 형태로 교대 반복적으로 적층된 구조를 가지고,
    상기 A층은, X-선 회절분석 시에 (111)면의 피크 강도가 가장 크도록 배향되어 있는 A-1층과, X-선 회절분석 시에 (200)면의 피크 강도가 가장 크도록 배향되어 있는 A-2층이 상기 TiN으로 이루어진 B층을 개재하여 적층되고,
    상기 TiCxNy(x+y=1, x≥0.7, y≤0.3)은 평균입도가 0.9㎛ 이하이고,
    상기 A층은 면심입방구조(fcc)를 가지는 조직의 부피분율이 90 vol% 이상이고,
    상기 제1층의 하부에는 하지층이 더 포함되고, 상기 하지층은 TiN을 주상으로 포함하는, 절삭공구용 피막.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
KR1020210112819A 2021-08-26 2021-08-26 내마모성이 우수한 cvd 절삭공구용 피막 KR102663474B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210112819A KR102663474B1 (ko) 2021-08-26 2021-08-26 내마모성이 우수한 cvd 절삭공구용 피막

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210112819A KR102663474B1 (ko) 2021-08-26 2021-08-26 내마모성이 우수한 cvd 절삭공구용 피막

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230030763A KR20230030763A (ko) 2023-03-07
KR102663474B1 true KR102663474B1 (ko) 2024-05-07

Family

ID=85512240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210112819A KR102663474B1 (ko) 2021-08-26 2021-08-26 내마모성이 우수한 cvd 절삭공구용 피막

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102663474B1 (ko)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007000512B3 (de) * 2007-10-16 2009-01-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Hartstoffbeschichtete Körper und Verfahren zu deren Herstellung
DE102014103220A1 (de) 2014-03-11 2015-09-17 Walter Ag TiAIN-Schichten mit Lamellenstruktur
KR102356224B1 (ko) * 2019-12-24 2022-01-27 한국야금 주식회사 내박리성이 우수한 절삭 공구용 경질피막
KR102399559B1 (ko) * 2019-12-27 2022-05-18 한국야금 주식회사 내박리성이 향상된 절삭 공구용 피막

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230030763A (ko) 2023-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2638993B1 (en) Surface-coated cutting tool
EP2085500B1 (en) Surface-coated cutting tool with hard coating layer having excellent abrasion resistance
EP1207216B1 (en) Coated hard alloy
EP1788124B1 (en) Surface coated cutting tool made of cermet having property-modified alpha type Al2O3 layer of hard coating layer
US11365472B2 (en) Coated cutting tool
EP0947607A2 (en) Members with multi-layer coatings
JP3573256B2 (ja) Ａｌ２Ｏ３被覆ｃＢＮ基焼結体切削工具
EP1536041B1 (en) Coated cermet cutting tool with a chipping resistant, hard coating layer
KR20130025381A (ko) 표면 피복 절삭 공구
JP2006159397A (ja) 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具
US20180015548A1 (en) Coated tool
JP4716250B2 (ja) 高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具
KR102356224B1 (ko) 내박리성이 우수한 절삭 공구용 경질피막
EP3456867A1 (en) Coated drill
JP3404012B2 (ja) 硬質皮膜被覆工具
JP5861982B2 (ja) 硬質被覆層が高速断続切削ですぐれた耐剥離性を発揮する表面被覆切削工具
JP2002346811A (ja) 被覆焼結体工具
KR102663474B1 (ko) 내마모성이 우수한 cvd 절삭공구용 피막
KR102629997B1 (ko) 내박리성과 내마모성이 우수한 경질 피막을 구비한 절삭 인서트
JPH10225804A (ja) 耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具およびその製造法
KR102497484B1 (ko) 내박리성이 우수한 cvd 절삭공구용 피막
KR102509585B1 (ko) 내마모성과 내치핑성이 향상된 cvd 절삭공구용 피막
KR102399559B1 (ko) 내박리성이 향상된 절삭 공구용 피막
KR102318298B1 (ko) 절삭공구용 경질피막
JP5286931B2 (ja) 高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant