KR20010074523A - 질화 탄소 코팅된 절삭 공구 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 소정의 영역에서, 마찰을 감소시키고 내마모성층으로서 작용하는 질화탄소 코팅된 절삭 공구를 제공한다. 상기 코팅은 질화탄소층을 생성하기 위해 기체형태의 탄소와 질소가 반응 챔버로 도입되고 하나 이상의 이온 원(ion source)이 플라즈마를 형성하기 위해 계속 작동되는 수정된 PVD 공정을 사용하여 적용된다.

Description

질화 탄소 코팅된 절삭 공구{Cutting tool with a corbonitride coating}
본 발명은 예를 들어 기계가공용 커터 플레이트(cutter plate)와 같은 절삭 공구 또는 절삭 공구의 일부분에 대한 것이다.
작동 중에, 절삭 공구는 큰 마모 응력을 받으며 또한 큰 작용력을 받는다.절삭 에지와 이 절삭 에지에 인접한 표면은 특히 금속 및 플라스틱 재료 또는 다른 재료를 처리하는 중에 대량으로 마모되게 된다. 예를 들어, 가공품(workpiece)으로부터 제거된 칩(chip)은 절삭 에지에서 휘게 되고 높은 응력하에 절삭면을 따라 미끄러진다.
공구의 마모 상태는 절삭 에지의 결함 및 표면의 결함에 의해 나타난다. 공구는 가능한 한 최대의 사용 수명을 가져야만 하는 한편, 다른 한편으로는, 공구는 최대의 절삭 작업량을 제공해야 한다.
마모 감소 코팅된 절삭 공구는 공지되어 있다. 이 코팅은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정 또는 PVD(Physical Vapor Deposition) 공정을 사용하여 생성된다. 예를 들어, EP 0 736 615 A2호는 총 네 개의 층이 기판에 적용된 다층 코팅을 개시한다. 기판에 직접 접착된 층은 TiCxNyOz으로 이루어진 층이다. 다음의 층은 양호하게는 TiCxNy로 이루어진 티타늄 질화탄소 층이다. 이 층은 1000℃ 내지 1100℃의 온도에서 CVD 공정을 사용하여 적층된다.
PVD 공정을 사용하여 제조하는 것에 대한 정보는 제공되어 있지 않다.
상술한 것에 근거하여, 본 발명은 내마모성 절삭 공구 및 이를 제조하기 위한 효율적인 공정을 만들어내는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적은 제 1 청구항의 특징을 갖는 절삭 공구 또는 커터 플레이트를 사용하여 이루어진다. 또한, 이러한 절삭 공구는 제 17 청구항에 따른 공정을 사용하여 제조된다.
본 발명의 절삭 공구 또는 절삭 공구에 적합한 커터 플레이트는 질화탄소층을 갖는다. 이 층은 응력이 가해진 영역의 표면 또는 다른 영역에 인접하게 또는 그 표면 또는 영역에 형성된다. 질화탄소층은 예를 들어 화합물 C3N4또는 다른 비율 또는 다른 물질과 결합된, 탄소 및 질소를 함유한다. 일반적으로, 이러한 질화탄소층은 다른 많은 공지된 경질 물질층(hard material layer)과 베이스 물질(basic material)의 마찰계수보다 작은 비교적 낮은 마찰계수를 가진다. 이 감소된 마찰계수는 마모시키는 칩의 유동율을 작게 한다. 질화탄소로 코팅되지 않거나 또는 다른 물질로 코팅된 커터 플레이트 또는 공구와 비교하여, 질화탄소로 코팅된 절삭 공구 또는 질화탄소로 코팅된 커터 플레이트로 절삭 작업량을 증가시킬 수 있다. 감소된 마찰 계수는 예를 들어 고속도강 합금, 오스테나이트 강, 티타늄과 경합금을 처리하는 중에 칩들이 이동하는 각각의 표면상에 칩이 접합되는 경향을 감소시킨다.
질화탄소로 코팅된 공구는 질화탄소로 코팅된 티타늄 또는 티타늄 합금으로 이루어진 부분을 처리하는데 특히 적합하다. 티타늄을 포함하는 코팅과 비교하여, 본 발명의 코팅은 티타늄 부품의 표면이 다른 티타늄 화합물로 오염될 위험을 제거 또는 감소시킬 수 있으며, 상기 티타늄 화합물에 의한 오염은 이들 부품의 안정성에 대한 문제를 종종 일으킨다.
질화탄소층은 기본 재료 또는 그 아래 층의 경도와 다른 경도를 가질 수 있으며, 질화탄소층의 경도는 크지만, 그 아래 층의 경도 또는 기본 재료의 경도보다는 작다.
양호하게는, 질화탄소층은 MexCyNz:H 층 또는 MexCyNzOs:H 층(x≤0.2, y/z≥3/4)이며, 바람직한 실시예에서 y/z는 2 이상이다. 상기 금속 Me는 화학원소 주기표의 4족인 하나 이상의 금속으로 구성될 수 있다. 양호하게는, 이들 금속은 낮은 퍼센티지의 원자 비율로만 포함되어, 질화탄소층은 본질적으로 탄소와 질소로 형성된다. 적은 비율의 금속은 생략될 수도 있다. 필요하다면, 이는 표면 특성을 특정하게 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일정 비율의 티타늄을 사용하여, TiC, TiN 또는 TiCN 결정체(crystallite)가 주로 흑연과 같은(graphitic) 결합 비율(공유 결합)을 갖는 CN 바탕(matrix)에 매립되는 구조체를 얻을 수 있게 한다.
질화탄소층은 최대 50 원자%의 질소와 50 원자% 이상의 탄소를 포함하면 특히 마모를 감소시키는 것이 밝혀졌다. 이러한 경우에, 이는 예를 들어 중합체 구조체 형태로 성장될 수 있다.
질화탄소층은 양호하게는 제거된 칩과 다른 공구 요소 또는 표면과 접촉하게 되는 표면층이다. 이는 커버층을 형성할 수 있고, 이러한 방식으로, 내마모층으로서 직접 작용한다. 그러나, 필요하다면, 커버층은 예를 들어 장식적인 목적으로 제공될 수도 있다.
질화탄소층은 커터 재료의 베이스 체(basic body)에 직접 적용될 수도 있다. 이 베이스 체는 금속, 합금 또는 세라믹 물질 및 금속과 세라믹 물질 사이에 있는 물질(cermet; 서밋)로 구성될 수 있다. 이러한 경우, 베이스 체의 경도는 질화탄소 코팅의 내마모성과 조화를 이룬다.
특히 표면 특성에 영향을 주기 위해, 하나 이상의 중간층이 베이스 체와 질화탄소 코팅층 사이에 선택적으로 배치될 수 있다. 이러한 경우, TiAlN, TiCN, TiN, Al2O3등과 같은 비교적 경질인 중간층이 제공될 수 있다. 다층구조에서, 적어도 하나의 Mex(C, N, O)가 제공된다면 특히 양호한 결과가 얻어진다. 또한, 상기 금속은 양호하게는 화학원소 주기표의 4족인 금속으로 구성될 수 있다. 이러한 다층 구조체에서, 상기 중간층의 경도는 질화탄소층의 내마모 특성과 조화를 이룬다. 이러한 경우 질화탄소층이 예를 들어 0.1 μm의 두께만 가지면 충분할 수 있다. 그러나, 층 두께는 양호하게는 장기간에 걸쳐 내마모성을 유지하기 위해 다소 클 수 있다.
다층 구조체에서, 베이스 체에 적용된 층들의 전체 층 두께가 0.2 μm 내지 10 μm 사이인 것이 양호하다고 알려졌다.
질화탄소층은 농도가 표면으로 갈수록 감소하는 금속 함유물을 가질 수 있다. 그러므로 불균질한 질화탄소층의 구조체를 사용하여, 그 특성이 특히 처리된 금속에의 영향, 내마모성에 대해 보다 최적화될 수 있다.
질화탄소층은 결정질, 부분적인 결정질 또는 비결정질 구조체를 가질 수 있다. 비결정질 구조체는 특정한 사용예에 따라 적용될 수 있다. 도 4 및 도 5는 가능한 결합 상태를 나타내고 있다.
절삭 공구를 만들기 위한 본 발명에 따른 방법은 결과적으로 요구하였던 절삭 공구를 만들어낸다. 이 방법은 처음에는 절삭 공구 또는 커터 플레이트를 형성한 다음 적어도 부분적으로 코팅하는 것으로 구성된다. 탄소 및 질소를 포함하는 낮은 압력의 대기로부터 CN 층을 증착시키는 것이 양호하다. 양호하게는 절삭 공구를 둘러싸는 자장과, 코팅될 표면의 정전기 바이어스 전압으로 이러한 대기를 이온화시켜, 상기 가스를 해리 및 이온화시키며 원하는 표면을 균일하게 코팅시킬 수 있다. 상기 자장은 양호하게는 이온과 전자를 나선형 경로로 전달하는 직류 자장이다. 진공 챔버의 대기는 탄소 공급원으로서 사용되며, 흑연 타겟은 제공되지 않는다. 음극 전압과 자장은 음극이 규정된 마모량만큼 마모되도록 선택된다. 증착되는 탄소는 형성되는 플라즈마의 이온화/해리로부터 얻어진다. 모든 제공되는 이온 원은 진공 챔버 내에 유지될 수 있다. 부가적인 요소(탄소 원)을 위한 부가적인 공간은 불필요하다.
금속 또는 불활성 가스 이온 원은 이온 원으로서 사용될 수 있다. 질화 탄소층의 증착에 따라, 금속 이온 원은 적은 양의 금속이 증착되는 것을 허용한다.
양호하게는, 처리과정은 먼저 수행된 코팅 처리와 동일한 반응 챔버 내에서 수행된다. 예를 들어, 네 개의 이온 또는 프라즈마 원을 갖는 PVD 코팅 설비가 이를 위해 사용되면, 질화탄소 커버층은 부가적인 이온 원 없이 동일한 설비에서 적용될 수 있으며, 최종 처리 단계에서 탄소와 질소를 함유한 저압 대기가 형성되며, 예를 들어 티타늄 타겟을 갖는 이온 원이 플라즈마를 생성하기 위해 작동된다.
본 발명의 양호한 실시예의 보다 상세한 것은 도면, 상세한 설명, 첨부된 청구범위로부터 알 수 있다. 본 발명의 실시에는 도면에 도시되어 있다.
도 1은 코팅된 커터 플레이트를 갖는 절삭 공구의 개략 사시도.
도 2는 코팅된 절삭 공구를 제조하기 위한 설비의 개략도.
도 3은 코팅된 표면을 갖는 절삭 공구의 일부분의 단면도.
도 4는 본 발명의 층으로 코팅된 샘플(커터 플레이트)의 질소에 대한 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 상세 스펙트럼도.
도 5는 본 발명의 층으로 코팅된 샘플(커터 플레이트)의 탄소에 대한 XPS 상세 스펙트럼도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
1 : 절삭 공구 2: 공구 본체
3, 4: 커터 플레이트 5, 6, 7: 층
공구 본체(2)와 그 위에 유지된 커터 플레이트(3, 4)를 갖는 절삭 공구(1)가 도 1에 도시되어 있다. 커터 플레이트(3, 4)는 동일한 방식으로 설계되어 있으며, 각각 예를 들어 텅스텐 카바이드와 같은 경질 금속(서밋)으로 이루어지는 베이스 체를 갖는다. 커터 플레이트(3, 4)는 도 3에서 알 수 있는 바와 같은 코팅을 구비한다. 몇 개의 층(5, 6, 7)이 텅스텐 카바이드(WC)로 이루어진 베이스 체 상에 위치된다. 이러한 경우에, 층(7)은 외부 커버 층을 구성한다. 이 층은 약 0.1μm의 두께를 갖는 질화탄소층(CNx)이다. 탄소와 질소에 부가하여, 커버 층은 금속과 수소를 함유할 수 있다. 층(7; MeyCN:H)은 예를 들어 상이한 타입의 강철 특히 오스테나이트 강 또는 고속도 강 합금 및 플라스틱 재료 또는 티타늄, 알루미늄, 다른 경금속 합금과 같은 일반적인 재료와 비교하여 낮은 마찰 계수를 갖는 내마모성층이다. 금속 부분(Me)은 층의 특성을 변화시키기 위해 변할 수 있다. 금속 함유량이 10 원자%를 초과하지 않도록 해야 한다. 이 함유량은 양호하게는 5 원자%이하에 있다. 티타늄, 지르코늄, 알루미늄 및 유사한 금속이 사용가능하다. 원자%로 측정된 카본 함유량은 양호하게는 원자%로 측정된 질소보다 크다.
아래쪽에 있는 적어도 하나의 층(5, 6)은 산소를 부가적으로 함유하고 Mex(C, N, O)로 이루어진 층을 형성할 수 있으며, Mex는 4족인 하나 이상의 금속이다.
이러한 형태의 절삭 공구는 매우 내마모성이 우수한 것으로 밝혀졌다. 특히 절삭 에지 중간 부근에서의 표면 마모 및 칩이 접합되는 경향이 적다. 코팅된 표면영역, 특히 절삭 에지(S)에 인접한 칩 표면(Sp)과 자유면(F)이 도 1에 나타나 있다. 가장 간단한 경우에, 커터 플레이트(3, 4)는 완전히 코팅된다.
하기의 절차가 코팅을 이루기 위해 수행될 수 있다.
도 2에 개략적으로 나타내어진 설비(11)에서 수정된 PVD 공정에 따라 코팅이 수행된다. 상기 설비는 외부에 대해 밀폐식으로 밀봉될 수 있는 반응 챔버(12)를 갖는다. 반응 챔버(12)에는 진공이 형성될 수 있으며, 도 2에 개략적으로 나타내어진 유입 라인(14)을 경유하여 가스가 내부 챔버(15)로 도입될 수 있다. 절삭 공구, 커터 플레이트, 또는 절삭 공구 또는 커터 플레이트 지지부를 위한 하나 이상의 홀더(16, 17, 18)가 내부 챔버에 배치되어 있다. 네 개의 이온 원(21, 22, 23, 24; ion source)이 진공화될 수 있는 내부 챔버(15)에 부가로 배치되어 있으며, 각각의 이온원은 예를 들어 금속 타겟(25, 26, 27, 28; 각각 예를 들어 판 형상인)을 가진다. 타겟(25 내지 28)은 커버 층(7) 아래에 위치된 층(5, 6)을 제조하기 위해 필요한 타겟이다. 이러한 이온원을 배치하기 위한 다른 위치는 제공되지 않는다. 타겟(25 내지 28)은 음극을 구성한다. 내부 챔버 내에 플라즈마가 생성되며, 이 내부 챔버로부터 이온이 타겟에 충돌하고, 금속 원자를 제거하여 커터 플레이트 상에 증착된다. 또한, 코팅될 부품을 링(ring) 형상으로 둘러싸는 자장(29)을 형성할 수 있다. 이는 양호하게는 반지름 방향으로 배향된 코일 축을 갖는 코일을 동일한 반지름 방향으로 여기(excitation)하여 생성된다.
원하는 층을 형성하기 위하여, 절삭 공구 또는 커터 플레이트는 먼저 내부 챔버(15)에 넣어지고 홀더(16, 17, 18) 상에 놓여진다. 이후에, 내부 챔버(15)는진공화되고 예를 들어, 매우 낮은 압력하에 불활성 가스로 충전된다. 이온 원을 적절히 제어하여, 공지된 PVD 코팅 공정을 사용하여 층(5, 6)을 만들 수 있다. 필요하다면, 층(5, 6)은 CVD 공정 또는 다른 방식을 사용하여 적용될 수도 있다. 이들 코팅이 적용된 후, 탄소와 질소를 함유한 가스가 라인(14)을 통해 내부 챔버(15)로 도입되어 수정된 PVD 코팅 공정이 수행된다. 그러나, 이는 최대, 수 밀리바아(10-2... 10-3mbar)의 저압에서 수행된다. 하나 이상의 이온 원이 플라즈마 형성 및 가스를 이온화시키기 위해 계속 작동될 수 있다. 적절한 바이어스 전압과 적절한 자장으로, 원하는 CNx 층이, 형성된 플라즈마로부터, 절삭 공구 또는 커터 플레이트 상에 증착된다. 화학적 평형은 성립되지 않는다. 코팅 설비는 상술한 이온 원 중 하나만으로도 작동할 수도 있다. 증착에 적합한 다른 구성 요소가 다른 이온 원을 대신하여 사용될 수 있다.
절삭 공구의 마모를 상당히 감소시킬 수 있어 절삭 작업량을 증가시키는 CN 커버 층은 기술적으로 장치를 크게 수정하지 않고 종래의 코팅 설비에서 이러한 방식으로 수정된 PVD 코팅 공정에 의해 생성될 수 있다.
도 4는 커터 플레이트(4) 즉, 특히 커버 층(7)을 Mg k αX-레이 방사선(마그네슘 감속 전극, k-쉘, α-천이)에 노출하여 얻어진 XPS 상세 스펙트럼을 나타낸다.
함유된 질소의 첫 번째 쉘을 여기하여 얻어진 제 2 전극은 848 eV 내지 850 eV 사이의 동적 에너지를 갖는다. 얻어진 질소의 N 1s 피크(peak)는 CN 결합과 관련한 것이며, TiN 결합과 관련된 인접한 1s 피크로부터 약 3 eV 떨어져 위치되어 있다.
도 5는 Mg k αX-레이 방사선을 사용한 샘플의 XPS 상세 스펙트럼을 도시한다. 표면의 모든 오염물질을 제거하기 위해 이온-에칭된 층(7)은 뚜렷한 C 1s 피크를 나타낸다. 그러므로, 탄소는 흑연 기질로 나타난다. CN 결합에서 탄소에 대한 어떠한 뚜렷한 신호도 도 5에서 찾아볼 수 없으며 이는 C-C 결합에 대한 C 1s 신호의 큰 신호 강도 때문이다.
마찰을 감소시키며 내마모성 층으로 작용하는 질화탄소층을 적어도 소정의 영역에 갖는 절삭 공구가 제공된다. 질화탄소층을 생성하기 위해 기체 형태의 탄소와 질소가 반응챔버로 도입되고 하나 이상의 이온 원이 플라즈마를 형성하기 위해 연속적으로 작동되는 수정된 PVD 공정을 사용하여 상기 코팅이 적용된다.

Claims (24)

  1. 공유 결합의 질화 탄소(CNx)를 포함하는 내마모성(wear-reducing) 코팅을 갖는 절삭 공구(1) 또는 커터 플레이트(3, 4).
  2. 제 1 항에 있어서,
    코팅의 질화 탄소 부분은 Mg k αX-레이 방사선으로 조사되었을 때 848 내지 850 eV 사이의 동적 에너지의 2차 전자를 제공하는 결합을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    질화탄소층은 MeyCNO:H 층이며, 여기서, 금속(Me)은 화학 원소 주기표의 4족 중의 하나 이상의 금속(티타늄, 지르코늄, 알루미늄 등)이며, 산소 함유량은 20 원자%미만이고, 상기 층은 다양한 상(phase)을 포함하는(다상 구조체) 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    질화탄소층이 최대 60 원자%의 질소(N)와, 40 원자% 이상의 탄소(C)를 포함하고, 및/또는 금속 부분(Me)이 최대 10 원자%이며, 여기서 CxNy는 양호하게는 x/y가 3/4 이상인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    금속 부분은 5 원자% 이하인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    질화탄소층은 표면층인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    질화탄소층이 금속, 합금, 경질 합금(hard alloy) 또는 세라믹 재료로 이루어지는 커터 재료(cutting material)의 베이스 체(basic body)에 적용된 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트.
  8. 제 7 항에 있어서,
    한층 또는 다층의 중간 층이 절삭 금속의 베이스 체와 질화탄소층 사이에 배치되며, 질화 탄소층은 TiAlN, TiCN, TiN, ZrN, Al2O3의 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있으며, 상기 한층 또는 다층의 중간 층은 다른 물질 또는 층을 선택적으로 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트.
  9. 제 1 항에 있어서,
    적어도 한 층의 Mex(C, N, O)(예를 들어, TiCN, TiAlCN, TiAlN 등)는 절삭 금속의 베이스 체와 질화탄소층 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트.
  10. 제 1 항에 있어서,
    질화탄소층은 적어도 0.1 μm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트.
  11. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    질화탄소층과, 만약 제공된다면, 이 층 아래에 위치되는 층의 총 두께는 0.2 μm 내지 10 μm인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트.
  12. 제 1 항에 있어서,
    질화탄소층은 표면으로 갈수록 감소되는 금속 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 표면의 반대측면에서, 질화탄소층은 최대 50 원자%의 금속 함유량을 가지며, 이는 표면으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트.
  14. 제 1 항에 있어서,
    질화탄소층은 결정질 층인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트.
  15. 제 1 항에 있어서,
    질화탄소층은 비결정질 층인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트.
  16. 제 1 항에 있어서,
    커버 층이 질화탄소층에 적용되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트.
  17. 우선, 기능적으로 중요한 에지 및 표면을 포함하는 적어도 코팅될 영역에서 원하는 형상을 갖는 베이스 체(basic body)를 제공하는 단계와,
    다음에 적어도 부분적으로 이온화되어 있고 탄소 및 질소를 포함하는 분위기 중에서 상기 베이스 체를 처리하는 단계를 포함하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 이온화는 자장과 연계하여 이온 플라즈마 원(ion plasma source)에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 자장은 코팅될 절삭 공구 또는 커터 플레이트를 둘러싸는 직류 자기장인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트 제조 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    금속 또는 불활성 가스 이온 원이 이온 원으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트 제조 방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    질화탄소층은 상술한 코팅 층과 동일한 진공 챔버에서 생성되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 코팅 공정은 PVD 코팅 공정이며, 저압하의 진공 챔버 내에서 타겟으로부터 재료가 제거되며 코팅될 표면상에 증착되고, 이후에, 탄소 및 질소를 함유하는 가스가 저압하에 동일한 진공 챔버로 도입되고 질화탄소 커버층을 생성하기 위해 제공된 이온 원을 사용하여 이온화되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트 제조 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    200℃ 내지 300℃ 사이의 온도와 50 내지 100 sccm(standard cubic centimeters per minute)의 메탄 가스 유동율 및 10 내지 100 sccm의 질소 가스 유동율로 진공 챔버에서 -30 내지 -200 V의 전기 바이어스 전압 및 10-3mbar 내지 1 bar 사이의 압력하에서 코팅이 생성되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트 제조 방법.
  24. 제 4 항에 있어서,
    질화탄소층이 적어도 5 원자%의 질소(N)를 포함하고 x/y는 2 이상인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 또는 커터 플레이트.
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030168539A1 (en) * 2000-07-06 2003-09-11 Ulrich Schoof Refiner and method for treating the surface of a tool of a refiner of this type
JP3844285B2 (ja) * 2001-10-30 2006-11-08 三菱マテリアル神戸ツールズ株式会社 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
DE10242475B3 (de) * 2002-09-11 2004-06-17 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Verschleißschutzschicht
JP4038448B2 (ja) 2003-03-25 2008-01-23 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜
US7455918B2 (en) * 2004-03-12 2008-11-25 Kennametal Inc. Alumina coating, coated product and method of making the same
US8231312B2 (en) * 2006-08-31 2012-07-31 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Surface-coated cutting tool
US8512882B2 (en) 2007-02-19 2013-08-20 TDY Industries, LLC Carbide cutting insert
JP2008254144A (ja) * 2007-04-06 2008-10-23 Osg Corp 硬質被膜および硬質被膜被覆工具
JP5155586B2 (ja) * 2007-04-06 2013-03-06 オーエスジー株式会社 硬質被膜被覆工具
JP5059468B2 (ja) * 2007-04-06 2012-10-24 オーエスジー株式会社 硬質被膜および硬質被膜被覆工具
SE532721C2 (sv) * 2007-10-01 2010-03-23 Mircona Ab Produkt med vibrationsdämpande keramisk beläggning för spånavskiljning vid materialbearbetning samt metod för dess tillverkning
DE102007058564A1 (de) * 2007-11-30 2009-06-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verschleißschutzbeschichtung für Bauteile oder Werkzeuge
DE102008013966A1 (de) * 2008-03-12 2009-09-17 Kennametal Inc. Hartstoffbeschichteter Körper
DE102008013965A1 (de) * 2008-03-12 2009-09-17 Kennametal Inc. Hartstoffbeschichteter Körper
US8440314B2 (en) 2009-08-25 2013-05-14 TDY Industries, LLC Coated cutting tools having a platinum group metal concentration gradient and related processes
US8545688B2 (en) 2010-05-28 2013-10-01 Toyota Boshoku Kabushiki Kaisha Method for electrochemically depositing carbon nitride films on a substrate
AT511605B1 (de) * 2011-12-12 2013-01-15 High Tech Coatings Gmbh Kohlenstoffbasierende beschichtung
CN102732821B (zh) * 2012-07-16 2014-09-17 鑫光热处理工业(昆山)有限公司 一种易切削钢部件及其制造方法
JP2014154632A (ja) * 2013-02-06 2014-08-25 Rohm Co Ltd 多層構造体、コンデンサ素子およびその製造方法
KR101537718B1 (ko) * 2014-04-23 2015-07-20 한국야금 주식회사 부분적으로 제거된 피막이 형성된 절삭공구
JP6638936B2 (ja) * 2016-01-13 2020-02-05 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具およびその製造方法
JP6973699B2 (ja) * 2016-04-14 2021-12-01 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具およびその製造方法
FR3093112A1 (fr) * 2019-02-21 2020-08-28 Saft Feuillard métallique pour électrode d’élément électrochimique comprenant un matériau à base de Ti, C et H
CN112355331B (zh) * 2020-11-04 2022-06-17 深圳大学 铁基材料磁场辅助加工机床及加工方法
CN115961259B (zh) * 2022-12-09 2024-05-03 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种强韧耐蚀max相多层复合涂层及其制备方法与应用

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS537513A (en) * 1976-07-10 1978-01-24 Mitsubishi Metal Corp Covered hard alloy product
US4490191A (en) * 1981-12-16 1984-12-25 General Electric Company Coated product and process
US4501786A (en) * 1981-12-16 1985-02-26 General Electric Company Coated product with oxide wear layer
JPS60238481A (ja) * 1984-05-14 1985-11-27 Sumitomo Electric Ind Ltd 多重層被覆超硬合金
US4619865A (en) * 1984-07-02 1986-10-28 Energy Conversion Devices, Inc. Multilayer coating and method
JPS61290234A (ja) * 1985-06-17 1986-12-20 Ntn Toyo Bearing Co Ltd 等速自在継手
US4714660A (en) * 1985-12-23 1987-12-22 Fansteel Inc. Hard coatings with multiphase microstructures
CH664377A5 (de) * 1986-01-16 1988-02-29 Balzers Hochvakuum Dekorative schwarze verschleissschutzschicht.
JP2625923B2 (ja) * 1988-07-12 1997-07-02 三菱マテリアル株式会社 切削工具用表面被覆サーメット
ATE133718T1 (de) * 1989-08-21 1996-02-15 Balzers Hochvakuum Beschichtetes werkstück mit einer mischkristallbeschichtung, verfahren zu dessen herstellung, sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens
EP0496053B1 (de) * 1991-01-21 1995-07-26 Balzers Aktiengesellschaft Beschichtetes hochverschleissfestes Werkzeug und physikalisches Beschichtungsverfahren zur Beschichtung von hochverschleissfesten Werkzeugen
US5776615A (en) * 1992-11-09 1998-07-07 Northwestern University Superhard composite materials including compounds of carbon and nitrogen deposited on metal and metal nitride, carbide and carbonitride
AU8070294A (en) * 1993-07-15 1995-02-13 President And Fellows Of Harvard College Extended nitride material comprising beta -c3n4
JP3249277B2 (ja) * 1993-12-17 2002-01-21 東芝タンガロイ株式会社 耐摩耗性被覆部材
JPH0820871A (ja) * 1994-07-08 1996-01-23 Toshiba Tungaloy Co Ltd 耐摩耗性被覆部材
JPH0827562A (ja) * 1994-07-15 1996-01-30 Toshiba Tungaloy Co Ltd 耐酸化性被覆部材
US5652045A (en) * 1994-10-20 1997-07-29 Mitsubishi Materials Corporation Coated tungsten carbide-based cemented carbide blade member
FR2726579A1 (fr) * 1994-11-07 1996-05-10 Neuville Stephane Procede de depot d'un revetement protecteur de type pseudo carbonne diamant amorphe
SE514181C2 (sv) * 1995-04-05 2001-01-15 Sandvik Ab Belagt hårmetallskär för fräsning av gjutjärn
US5650201A (en) * 1995-08-14 1997-07-22 Structured Materials Industries Inc. Method for producing carbon nitride films
DK0857095T3 (da) * 1995-10-27 2004-03-08 Tdy Ind Inc Forankrede oxidbelægninger på hårdtmetalskæreværktøjer
DE69730576T2 (de) * 1996-12-04 2005-02-03 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Beschichtetes Werkzeug und Verfahren zu seiner Herstellung
EP0954622B1 (de) * 1997-01-21 2001-07-11 Widia GmbH Verbundkörper und verfahren zu seiner herstellung
US6015614A (en) * 1997-11-03 2000-01-18 Seco Tools Ab Cemented carbide body with high wear resistance and extra tough behavior
JP3031907B2 (ja) * 1998-03-16 2000-04-10 日立ツール株式会社 多層膜被覆部材
JPH11291103A (ja) * 1998-04-08 1999-10-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 被覆切削工具
DE69901985T2 (de) * 1998-07-29 2002-12-05 Toshiba Tungaloy Co Ltd Aluminiumoxid-beschichteter Werkzeugteil
DE19962056A1 (de) * 1999-12-22 2001-07-12 Walter Ag Schneidwerkzeug mit mehrlagiger, verschleissfester Beschichtung

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