KR20040104315A - 절삭공구용 경질피막 - Google Patents

절삭공구용 경질피막 Download PDF

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Abstract

종래 불충분하던 SKD11 등으로 대표되는 고경도 소입강에 대한 내마모성을 향상시킨 절삭공구용 경질피막을 제공하는 것이다.
절삭공구에 형성되는 피막으로서, 금속원소로서의 Ti 및 비금속원소로서의 N, C중의 1종 혹은 2종을 함유하는 제 1 피막이 기재표면 바로 위에 형성되며, 더욱, 금속 및 반금속성분이 원자%로,
Ti(100-X-Y)Cr(X)Si(Y)
단, X : 10≤Cr≤30, Y : 10≤Si≤40로 나타내는 화학조성의 질화물, 탄질화물, 산질화물 혹은 산탄질화물인 제 2 피막이 최상층에 형성되는 것이다.

Description

절삭공구용 경질피막{HARD COATING FILM FOR CUTTING TOOL}
본 발명은, 고경도(高硬度) 강(鋼)의 절삭가공 등에 사용하는 절삭공구의 피막에 관한 것이다.
종래, 금속절삭용 공구에 피복하는 경질 내마모피막(이하, 경질피막이라고 한다)으로서, TiN, TiCN이 사용되어 왔으나, 최근에 보다 내산화성에 뛰어난 경질피막으로서 일본 특허공개특허공보 소화(昭和)62-56565호, 일본 특허공개특허공보 평성(平成)2-194159호로 대표되는 TiAlN계 피막이 개발되고, 소입강(燒入鋼) 등의 고경도 피절삭재의 절삭이 가능하게 되어 왔다.
그런데, 근래에는 더욱 고경도의 재료(예컨대, 고경도 소입강 등)의 절삭을 실현하기 위한 공구가 요구되어 오고 있으며, TiAlN계 피막과 TiSiN계 피막을 적층시킨 일본 특허공보 3248897호 혹은 특허공보 3248898호 및 상기 TiAlN계 피막과 TiSiN계 피막에 더욱 TiN계 피막을 조합한 일본 특허공보 3343727호 혹은 특허공보 3347687호 등으로 개시되는 경질피막이 제안되어 있다.
그러나, SKD11 등으로 대표되는 고경도 소입강의 절삭에서는, 상기 경질피막으로도 내마모성이 충분하다고는 할 수 없어, 더욱 내마모성을 향상시킨 절삭공구용 경질피막의 개발이 요구되고 있다.
본 발명자들은, 피막조성과 피막의 구성에 대하여 연구하여, 경질피막의 내산화성 및 윤활성을 향상시킴으로써 상기 과제를 해결할 수 있다는 지견(知見)을 얻어, 이 지견에 근거하여, 종래에 비하여 내마모성을 향상시켜, 종래 불충분하던 SKD11 등으로 대표되는 고경도 소입강에 대한 내마모성을 향상시킨 절삭공구용 경질피막을 제공하는 것이다.
본 발명의 요지를 설명한다.
절삭공구에 형성되는 피막으로서, 금속원소로서의 Ti 및 비금속원소로서의 N, C 중의 1종 혹은 2종을 함유하는 제 1 피막이 기재(基材) 표면 바로 위에 형성되며, 더욱, 금속 및 반금속성분이 원자%로,
Ti(100-X-Y)Cr(X)Si(Y)
단, X : 10 ≤Cr ≤30, Y : 10 ≤Si ≤40로 나타내는 화학조성의 질화물, 탄질화물, 산질화물 혹은 산탄질화물인 제 2 피막이 최상층에 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 1에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 1 피막상에 제 2 피막이 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 1에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 1 피막과 제 2피막의 사이에, 제 2 피막과 동일구성의 중간 제 2 피막과, 제 1 피막과 동일구성의 중간 제 1 피막을 교대로 2층 이상 적층하여 형성한 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 3에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 막두께가 0.2㎛ 이하인 중간 제 2 피막과, 막두께가 0.2㎛ 이하인 중간 제 1 피막을 교대로 2층 이상 적층하여 형성한 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 1∼4 중 어느 한 항에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 1 피막의 비금속원소의 함유비율을 제 1 피막 내에서 연속적 혹은 불연속적으로 변화시킨 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 1∼4 중 어느 한 항에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 1 피막의 Ti의 일부를, 원자%로 10% 이하의 범위에서, B, V, Cr, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W 중의 1종 혹은 2종 이상의 원소로 치환한 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 5에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 1 피막의 Ti의 일부를, 원자%로 10% 이하의 범위에서, B, V, Cr, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W 중의 1종 혹은 2종 이상의 원소로 치환한 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 1∼4 중 어느 한 항에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 2 피막의 Ti의 일부를, 원자%로 10% 이하의 범위에서, B, V, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W 중의 1종 혹은 2종 이상의 원소로 치환한 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 5에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 2 피막의 Ti의 일부를, 원자%로 10% 이하의 범위에서, B, V, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W 중의 1종 혹은 2종 이상의 원소로 치환한 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 6에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 2 피막의 Ti의 일부를, 원자%로 10% 이하의 범위에서, B, V, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W 중의 1종 혹은 2종 이상의 원소로 치환한 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 7에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 2 피막의 Ti의 일부를, 원자%로 10% 이하의 범위에서, B, V, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W 중의 1종 혹은 2종 이상의 원소로 치환한 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 1∼4 중 어느 한 항에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 1 피막 및 제 2 피막은 물리증착방식으로 형성되는 것이며, 또한, 제 1 피막을 제외한 피막은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 5에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 1 피막 및 제 2 피막은 물리증착방식으로 형성되는 것이며, 또한 제 1 피막을 제외한 피막은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 6에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 1 피막 및 제 2 피막은 물리증착방식으로 형성되는 것이며, 또한, 제 1 피막을 제외한 피막은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 7에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 1 피막 및 제 2 피막은 물리증착방식으로 형성되는 것이며, 또한 제 1 피막을 제외한 피막은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 8에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 1 피막 및 제 2 피막은 물리증착방식으로 형성되는 것이며, 또한 제 1 피막을 제외한 피막은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 9에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 1 피막 및 제 2 피막은 물리증착방식으로 형성되는 것이며, 또한 제 1 피막을 제외한 피막은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 10에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 1 피막 및 제 2 피막은 물리증착방식으로 형성되는 것이며, 또한 제 1 피막을 제외한 피막은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성되는 것을 특징으로하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
또한, 청구항 11에 기재된 절삭공구용 경질피막에 있어서, 제 1 피막 및 제 2 피막은 물리증착방식으로 형성되는 것이며, 또한 제 1 피막을 제외한 피막은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막에 관한 것이다.
[발명의 실시형태]
본 실시예는, 절삭공구에 형성되는 피막으로서, 금속원소로서의 Ti 및 비금속원소로서의 N, C 중의 1종 혹은 2종을 함유하는 제 1 피막이 기재표면 바로 위에 형성되며, 더욱, 금속 및 반금속성분이 원자%로,
Ti(100-X-Y)Cr(X)Si(Y)
단, X : 10 ≤Cr ≤30, Y : 10 ≤Si ≤40로 표시되는 화학조성의 질화물, 탄질화물, 산질화물 혹은 산탄질화물인 제 2 피막이 최상층에 형성되는 것이다.
제 2 피막의 조성을 상술의 범위로 설정한 이유는 다음과 같다.
본 발명자들은, TiSiN계의 경질막에, 여러 가지 종류의 제 3 원소의 첨가를 시도하여, Cr을 소정량 함유시킴으로써 내산화성과 윤활성을 향상시킬 수 있는 것을 확인하였다.
즉, 금속 및 반금속(半金屬)만의 원자%로 Cr량이 1O%가 되지 않는 경우, 그 효과는 작지만, 10% 이상에서 내산화성과 윤활성의 향상효과가 나타나, 그 피막을 피복한 절삭공구의 고경도 피절삭재에 대한 내마모성이 향상하는 것이 확인되었다.
또, Cr함유량을 지나치게 많게 하면 피막의 경도가 저하하여, 그 피막을 피복한 절삭공구의 고경도 피절삭재에 대한 내마모성이 저하하는 것도 확인되었다.
한편, Si의 함유에 대해서는, 그 함유량을 많게 하면 내산화성과 경도가 향상한다.
즉, 금속 및 반금속만의 원자%로 Si량이 10%가 되지 않는 경우, 그 효과는 작지만, 10% 이상에서 내산화성과 경도의 향상효과가 나타나, 그 피막을 피복한 절삭공구의 고경도 피절삭재에 대한 내마모성이 향상하는 것이 확인되었다.
또한, Si 함유량을 지나치게 많게 하면 피막의 내부응력이 커져, 피막에 균열이 발생하여, 그 피막을 피복한 절삭공구의 고경도 피절삭재에 대한 내마모성이 저하하는 것도 확인되었다.
이상을 근거로 하여, 본 실시예에서는, 제 2 피막의 조성범위를 절삭공구용 경질피막의 내산화성 및 윤활성과 경도를 양립시키기 위해서, 금속 및 반금속만의 원자%로 Cr량을 10% 이상, 30% 이하로 설정하는 동시에, 절삭공구용 경질피막의 내산화성 및 경도와 내부응력을 양립시키기 위해서, 금속 및 반금속만의 원자%로 Si량을 10% 이상, 40% 이하로 설정하고 있다.
또한, B, V, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W의 원소를 미량 첨가시키면, 피막의 경도 및 내산화성을 더욱 향상시키는 효과가 있다. 그 때문에, 이들 원소 중의 1종 혹은 2종 이상을 극히 소량, 예를 들면 원자%로 2∼5% 함유시키는 것이 바람직하다.
제 1 피막의 조성을 TiCN계 피막으로 한 이유는 다음과 같다.
수용성 절삭유 혹은 비수용성 절삭유를 사용한 고경도 피절삭재의 절삭가공에서는, 공구에 심한 열 사이클(히트 쇼크: heat shock)이 작용하지만, 초경합금기재로 이루어지는 절삭공구의 표면에 TiAlN계 피막층을 형성한 경우, 상기 초경합금 기재와 TiAlN계 피막층의 사이에 생기는 열응력에 의해 상기 TiAlN계 피막층이 박리하여 버려 절삭공구의 내마모성이 열화한다(즉, 밀착성이 나쁘다)고 하는 문제가 있다.
또한, 일본 특허공보 3343727호 및 특허공보 3347687호에 기재되어 있는 바와 같이, 밀착성에 뛰어난 TiN계 피막을, 상기 TiAlN계 피막과 초경합금 기재의 사이에 형성한 경우에는, 상술한 바와 같은 절삭유를 사용한 고경도재의 절삭가공에 있어서의 내마모성 열화를 억제할 수 있지만, 아크방전식 이온도금이나 스퍼터링 등의 물리증착법으로 해당 다층피막을 형성하기 위해서는, Ti계 타겟, TiAl계 타겟, TiSi계 타겟의 3종류의 타겟을 따로따로 사용할 필요가 있어, 비용이 상승하는 것을 피할 수 없다.
그래서 본 발명자들은, 초경합금 기재 표면에 형성하는 피막으로서 절삭유 조건 하에서의 내마모성으로 종래부터 실적이 있고, 기재와의 밀착성이 양호하고 2종류의 타겟으로 제 1 피막 및 제 2 피막을 형성할 수 있는 TiCN계 피막을 채용하고 있다.
TiCN계 피막은, 비커스 경도로 3000∼3500HV로 충분한 경도를 갖고 있지만, 내산화성이 낮다고 하는 결점이 있다. 그러나, 본 발명자들은 TiCN계 피막 위에 내산화성에 뛰어난 피막을 적층함으로써 TiCN계 피막의 내산화성의 저하가 회피되고, 피막 전체의 내산화성이 최상층의 피막에 따르는 것을 확인하였다.
또한, 피막과 기재와의 밀착성을 한층 더 높이기 위해서, 기재표면에서 피막 내를 향하여 서서히 (연속적으로) C량을 증가시켜 나가는 것이 바람직하다. 한편, 피막 내에서 서서히 C량을 변화시키지 않고, 피막 내에 (불연속적으로) C량이 많은 부분과 적은 부분을 형성하는 것에 의해서도, 피막과 기재와의 밀착성을 높일 수 있다.
또한, 제 1 피막으로서 TiCN계 피막을 채용하지 않고, 보다 기재와의 밀착성에 뛰어난 TiN계 피막 혹은 보다 저비용으로 형성할 수 있는 TiC계 피막을 채용하더라도 좋다.
또, B, V, Cr, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W의 원소를 미량 첨가시키면, 피막의 경도 및 내산화성을 향상시키는 효과가 있기 때문에, 이들 원소 중의 1종 혹은 2종 이상을 극히 소량, 예를 들면 원자%로 2∼5% 함유시키는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 제 2 피막에 있어서는 Si량을 많게 하면 내부응력이 커지지만, 그 내부응력을 완화시키기 위해서, 제 1 피막과 제 2 피막의 사이에 2개의 피막조성을 혼재시켜 형성한 중간피막을 형성하는 것이 바람직하다.
예컨대, 아크방전식 이온 플레이팅이나 스퍼터링 등의 물리증착법에 있어서는, 다음과 같은 방법으로 중간피막을 형성할 수 있다.
즉, 제 1 피막의 피막조성을 형성하는 Ti계 타겟과 제 2 피막의 피막조성을 형성하는 TiCrSi계 타겟을 성막장치 내의 좌우에 배치하고, 그 사이의 위치에 피막을 피복하고자 하는 절삭공구를 세트한다.
다음에 2종류의 타겟을 동시에 가동시켜 이온을 방출시킴과 동시에, 2종류의 타겟을 연결하는 직선에 직교하는 축을 회전중심으로 하여 절삭공구를 회전시킨다.
이와 같이 함으로써, 극히 얇은 제 1 중간피막과 극히 얇은 제 2 중간피막이 교대로 적층되어, 그 결과 상기 제 1 피막과 동일구성의 제 1 중간피막과 제 2 피막과 동일구성의 제 2 중간피막이 교대로 적층되어 중간피막이 형성된다.
또한, 제 1 중간피막 및 제 2 중간피막의 막두께는 0.2㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 막두께가 0.2㎛보다 두꺼우면 중간피막 내의 내부응력이 막두께 방향에서 균질하지 않게 되어, 피막에 균열이 발생하기 쉬워지기 때문이다.
또, 내부응력이나 경도 등의 피막특성을 재현성 좋게 안정적으로 형성하기 위해서, 제 1 피막을 제외한 피막(제 2 피막, 중간 제 1 피막, 중간 제 2 피막)은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성하는 것이 바람직하다.
이하에 본 실시예를 구체적으로 설명한다.
성막장치로서 아크방전식 이온도금장치를 사용하여, 금속 및 반금속성분의 증발원(蒸發源)으로서 각종 조성의 타겟을 성막장치 내에 부착하고, 또한, 반응가스로서 N2가스, CH4가스, N2/O2혼합가스 중의 1종류 혹은 2종류의 가스를 성막장치 내에 도입하여 성막기재로서의 초경합금제의 날이 2장인 볼엔드밀(바깥지름 3mm)에 소정의 피막을 형성하였다.
성막에 있어서는, 기재온도 450℃, 가스압력 3.0Pa, 바이어스전압 -100V의조건으로 하여(즉, 피막형성시의 이온에너지를 일정하게 하여), 전체 피막의 막두께가 2.3∼2.8㎛이 되도록 상기 엔드밀에 성막하였다.
소정의 피막을 피복한 상기 엔드밀을 사용하여, 다음 2개의 절삭조건으로 절삭시험을 하여, 엔드밀 여유면의 마모폭을 측정하였다.
제 1 절삭시험에서는, 피삭재를 SKD11 소입재(60HRC)로 하여, 건식조건 하에서 절삭을 하였다.
바깥지름 3mm의 엔드밀을 19000min-1의 회전속도로 회전시켜, 보냄 속도 1440mm/min, 잘라낸 양 Ad=0.15mm, Pf=0.45mm로 하고, 에어블로우(airblow)를 냉각제로 하여 시험을 하였다.
절삭시험 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에서는 본 실시예와 같이, 종래의 경질피막이나 본 발명의 범위 외의 경질피막을 실시예와 같은 수단으로 피복한 엔드밀로 절삭시험을 한 결과를 비교예로서 기재하고 있다.
[표 1]
표 1로부터, 본 실시예는 비교예에 비해서 엔드밀 여유면 마모폭의 저감, 즉, 내마모성의 향상이 인정된다. 한편, No.18의 피막은 표 1의 절삭시험조건, 즉, 건식조건 하에서의 절삭에서는 본 실시예와 큰 차이는 인정되지 않았다.
제 2 절삭시험으로서, 피삭재를 SKD61 소입재(50HRC)로 하여, 습식조건 하에서 절삭을 하였다.
바깥지름 3mm의 엔드밀을 20000min-1의 회전속도로 회전시켜, 보냄속도1680mm/min, 잘라낸 양 Ad=0.24mm, Pf=0.72mm로 하고, 수용성 절삭유를 냉각제로 하여 시험을 하였다. 절삭시험의 결과를 표 2에 나타낸다.
[표 2]
표 2로부터 본 실시예는 비교예에 비해서 대폭적인 엔드밀 여유면 마모폭의 저감, 즉, 습식조건 하에서도 대폭적인 내마모성의 향상이 인정된다.
따라서, 본 실시예는, 상술한 바와 같이 건식조건 하에서 양호한 내마모성을 발휘하는 것은 물론, 종래 양호한 내마모성을 얻을 수 없는 습식조건 하에서도 양호한 내마모성을 발휘할 수 있다.
본 발명은, 기재표면 바로 위에 해당 기재와의 밀착성이 양호한 제 1 피막이 형성되고, 최상층에 고경도이고 내산화성 및 윤활성에 뛰어난 제 2 피막이 형성된다. 이러한 구성의 피막을 형성한 절삭공구는 양호한 절삭가공을 할 수 있음은 물론, 고경도 소입강 등의 고경도 피(被)절삭재에 절삭가공을 하더라도, 절삭공구의 마모가 가급적 저지되어, 절삭공구의 장기수명화를 도모할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 극히 양호한 내구성을 가진 실용성에 뛰어난 절삭공구용 경질피막이 된다.

Claims (19)

  1. 절삭공구에 형성되는 피막으로서, 금속원소로서의 Ti 및 비금속원소로서의 N, C중의 1종 혹은 2종을 함유하는 제 1 피막이 기재표면 바로 위에 형성되며, 더욱, 금속 및 반금속성분이 원자%로,
    Ti(100-X-Y)Cr(X)Si(Y)
    단, X : 10 ≤Cr ≤30, Y : 10 ≤Si ≤40로 나타내는 화학조성의 질화물, 탄질화물, 산질화물 혹은 산탄질화물인 제 2 피막이 최상층에 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 피막 상에 제 2 피막이 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1 피막과 제 2 피막의 사이에, 제 2 피막과 동일구성의 중간 제 2 피막과, 제 1 피막과 동일구성의 중간 제 1 피막을 교대로 2층 이상 적층하여 형성한 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  4. 제 3 항에 있어서, 막두께가 0.2㎛ 이하의 중간 제 2 피막과, 막두께가 0.2㎛ 이하의 중간 제 1 피막을 교대로 2층 이상 적층하여 형성한 것을 특징으로 하는절삭공구용 경질피막.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 피막의 비금속원소의 함유비율을 제 1 피막 내에서 연속적 혹은 불연속적으로 변화시킨 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 피막의 Ti의 일부를, 원자%로 10% 이하의 범위에서, B, V, Cr, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W중의 1종 혹은 2종 이상의 원소로 치환한 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  7. 제 5 항에 있어서, 제 1 피막의 Ti의 일부를, 원자%로 10% 이하의 범위에서, B, V, Cr, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W중의 1종 혹은 2종 이상의 원소로 치환한 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 피막의 Ti의 일부를, 원자%로 10% 이하의 범위에서, B, V, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W중의 1종 혹은 2종 이상의 원소로 치환한 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  9. 제 5 항에 있어서, 제 2 피막의 Ti의 일부를, 원자%로 10% 이하의 범위에서, B, V, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W중의 1종 혹은 2종이상의 원소로 치환한 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  10. 제 6 항에 있어서, 제 2 피막의 Ti의 일부를, 원자%로 10% 이하의 범위에서, B, V, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W중의 1종 혹은 2종 이상의 원소로 치환한 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  11. 제 7 항에 있어서, 제 2 피막의 Ti의 일부를, 원자%로 10% 이하의 범위에서, B, V, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W중의 1종 혹은 2종 이상의 원소로 치환한 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 피막 및 제 2 피막은 물리증착방식으로 형성되는 것이며, 또한 제 1 피막을 제외한 피막은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  13. 제 5 항에 있어서, 제 1 피막 및 제 2 피막은 물리증착방식으로 형성되는 것이며, 또한 제 1 피막을 제외한 피막은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  14. 제 6 항에 있어서, 제 1 피막 및 제 2 피막은 물리증착방식으로 형성되는 것이며, 또한 제 1 피막을 제외한 피막은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  15. 제 7 항에 있어서, 제 1 피막 및 제 2 피막은 물리증착방식으로 형성되는 것이며, 또한 제 1 피막을 제외한 피막은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  16. 제 8 항에 있어서, 제 1 피막 및 제 2 피막은 물리증착방식으로 형성되는 것이며, 또한 제 1 피막을 제외한 피막은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  17. 제 9 항에 있어서, 제 1 피막 및 제 2 피막은 물리증착방식으로 형성되는 것이며, 또한 제 1 피막을 제외한 피막은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  18. 제 10 항에 있어서, 제 1 피막 및 제 2 피막은 물리증착방식으로 형성되는 것이며, 또한 제 1 피막을 제외한 피막은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
  19. 제 11 항에 있어서, 제 1 피막 및 제 2 피막은 물리증착방식으로 형성되는것이며, 또한 제 1 피막을 제외한 피막은, 피막형성시의 이온에너지를 각 피막 내에서 일정하게 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 경질피막.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7527457B2 (en) * 2004-03-18 2009-05-05 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Surface-coated cutting tool
JP4748445B2 (ja) * 2005-12-02 2011-08-17 三菱マテリアル株式会社 高硬度鋼の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立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具
JP4748447B2 (ja) * 2005-12-02 2011-08-17 三菱マテリアル株式会社 硬質難削材の高速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立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具
JP4748446B2 (ja) * 2005-12-02 2011-08-17 三菱マテリアル株式会社 硬質難削材の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立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具
JP4853829B2 (ja) * 2006-09-22 2012-01-11 三菱マテリアル株式会社 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切削工具
JP5662680B2 (ja) * 2007-08-22 2015-02-04 住友電気工業株式会社 表面被覆切削工具
WO2009110829A1 (en) * 2008-03-07 2009-09-11 Seco Tools Ab Thermally stabilized (ti, si)n layer for cutting tool insert
JP4733193B2 (ja) * 2009-02-23 2011-07-27 ユニオンツール株式会社 切削工具用ダイヤモンド皮膜
US9448535B2 (en) 2012-03-19 2016-09-20 Citizen Holdings Co., Ltd. Rigid decorative member having white rigid coating layer, and method for producing the same
JP5536143B2 (ja) * 2012-06-07 2014-07-02 ユニオンツール株式会社 切削工具用ダイヤモンド皮膜
JP5629291B2 (ja) * 2012-07-23 2014-11-19 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜および硬質皮膜形成用ターゲット
JP6242751B2 (ja) * 2014-06-04 2017-12-06 株式会社神戸製鋼所 機械加工用工具の製造方法、および機械加工用工具
RU2622541C1 (ru) * 2015-12-15 2017-06-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU959344A1 (ru) * 1979-07-02 1983-05-23 Всесоюзный Научно-Исследовательский Инструментальный Институт Режущий инструмент
JP3488526B2 (ja) * 1994-12-14 2004-01-19 三菱マテリアル神戸ツールズ株式会社 耐摩耗性に優れた硬質皮膜および硬質皮膜被覆部材
JPH08176825A (ja) * 1994-12-27 1996-07-09 Toshiba Tungaloy Co Ltd ダイヤモンド被膜含有複合被覆焼結合金
ATE291648T1 (de) * 1998-10-27 2005-04-15 Mitsubishi Mat Kobe Tools Corp Verschleissfestes beschichtetes teil
JP3589396B2 (ja) * 1999-05-19 2004-11-17 日立ツール株式会社 硬質皮膜被覆工具
JP4112836B2 (ja) * 2001-06-19 2008-07-02 株式会社神戸製鋼所 切削工具用硬質皮膜を形成するためのターゲット
ATE343659T1 (de) * 2000-12-28 2006-11-15 Kobe Steel Ltd Hartstoffschicht für schneidwerkzeuge

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