KR20060005397A - Ａｌｃｒ-함유 경질 재료 층을 포함하는 공작물 및 제조방법 - Google Patents

Ａｌｃｒ-함유 경질 재료 층을 포함하는 공작물 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 X=N, C, B, CN, BN, CBN, NO, CO, BO, CNO, BNO 또는 CBNO 이고 0.2≤y<0.7일 때, 조성((AlyCr1-y) X)으로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 층 시스템을 포함하는 공작물 또는 부품에 관한 것이다. 상기 층내의 층 조성은 본질적으로 일정하거나, 또는 층두께에 걸쳐 연속적으로 또는 계단형으로 변화된다. 또한 본 발명은 상기 공작물 또는 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
조성, 층, 층 시스템, 공작물, 부품, 층두께, 연속적, 계단형

Description

ＡＬＣＲ-함유 경질 재료 층을 포함하는 공작물 및 제조 방법{WORKPIECE COMPRISING AN ALCR-CONTAINING HARD MATERIAL LAYER AND PRODUCTION METHOD}
본 발명이 관련되는 기술분야는 청구범위 제1항 및 제2항에 따른 조성((AlyCr1-y) X)으로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 층 시스템으로 코팅된 공작물이다. 또한, 본 발명은 청구범위 제16항에 따른 적어도 하나의 (AlyCr1-y) X 층을 공작물 상에 형성하는 PVD-방법에 관한 것이다.
상세하게는 본 발명은
- 복수개의 여러 알루미늄 크롬 질화물 또는 -탄질화물 층 중 하나 또는 이들의 연속을 포함하는 경질 재료로 코팅된 공작물,
- 알루미늄 크롬 질화물 또는 -탄질화물 층을 포함하는 공구, 특히 절삭- 및 성형 공구(드릴, 밀링 커터(milling cutter), 절삭 삽입체, 스크류 탭, -성형기, 호브(hob), 스탬프, 다이, 테스트 링, 등) 및 상기 공구의 사용,
- AlCrN 또는 AlCrN- 층을 포함하는 부품, 특히 예를 들면 기어, 펌프, 버킷 태핏, 피스톤링, 인젝터 니들, 전체 베어링 세트 또는 그 각각의 성분 부품과 같은 기계 공학 분야의 부품 및 이들 부품의 사용
- 한정된 층구조를 갖는 알루미늄 크롬 질화물 또는 -탄질화물 층의 제조를 위한 방법을 포함한다.
지금까지의 종래기술로부터 여러 AlCrN 층이 공지되어 있다. 제JP 09-041127호는 X=Cr, V 또는 Mg 이고, Z=N, C, B, CN, BN 또는 CBN 이고, 0<Y≤0.3일 때, 조성((Al1-yXy) Z)으로 이루어진 내마모성 경질층을 개시하고 있다. 이 층은 유리하게는 절삭 삽입체에 대한 수명을 증가시키기 위해 사용된다.
데. 슐츠 및 알. 빌베르크는 박막(논문, 4차 국제 심포지움, 박막의 추세 & 새로운 적용, 1993) 데게엠 인포.게젤샤프트 오버우어젤, 1993, 에스. 73, "다중 성분 경질 박막..."에서 CrAlN 층을 설명하고 있는데, 상기 CrAlN 층은 드릴 시험에서 TiAlN 코팅 드릴의 수명의 2배를 구현하였다. 상기 층의 형성은 중공 음극 공정에 의해 이루어졌으나, 상기 중공 음극 공정은 불연속적인 증발 공정으로 인해 (CrAl)N 층에서의 크롬/알루미늄 분포의 강한 변동을 야기한다.
엠, 가와테 등은 "Cr1-XAlXN & Ti1-XAlXN 막의 산화 저항성" Surf. & Coat. Tech., 제165, 2권, (2003), 제163면-제167면에서 Cr1-XAlXN 층을 언급하고 있는데, 상기 Cr1-XAlXN 층은 높은 Al 함량 및 우르짜이트 구조에서 종래의 TiAlN 층에 비해 개선된 내산화성을 갖는다.
에. 루크슈나이더, 카. 볼친, 카, 라크너는 "절삭 공구 상에 형성된 CrAlN + C 얇은 코팅의 기계적 & 트리볼(Tribol) 특성의 연구"에서 아크가 이루어진 CrAlN 층 및 추가적으로 보다 더 경질인 탄소 함유 커버층을 구비하는 CrAlN 층을 비교한다. 모든 층이 신속하게 높은 값으로 증가되는 마찰 계수를 포함한다.
본 발명의 기술적 목적은 예를 들면 기계 가공 공구, 절삭- 및 성형 공구 또는 기계 공학 및 성형 생산용 부품과 같은 (AlyCr1 -y) X 코팅 공작물, 및 이러한 층을 공작물 상에 형성하는 방법을 제공하고, 이러한 경우 종래기술의 단점을 회피하는 것이다.
이는 예를 들면 적어도 Al/Cr 비율과 관련하여 조절 가능하게 균일한 또는 변화 가능한 층 조성을 포함하고, 적어도 소정의 사용 시 지금까지 공지된 층을 구비하는 공작물보다 더 높은 내마모성을 갖는 공작물을 포함한다.
여러 공구 상의 (AlyCr1-y)N 또는 -CN 층의 내마모성을 조사하기 위해, 예를 들면 제EP 1186681호의 도3 내지 도6, 명세서 제12면, 제26행 내지 제14면 제9행에 개시된 바와 같이, 발저스(Balzers) 회사의 RCS 유형의 산업상 코팅 장치에서 여러 공작물 상에 다양한 알루미늄 함량을 갖는 Cr 층이 형성되었다. 상기 언급된 공보는 본 명세서의 병합된 일부분으로서 설명된다. 이를 위해, 세척된 공작물은 직경에 따라 2- 또는 50mm 이하의 직경에 대해 3중 회전하는 기판 캐리어 상에 고정되고, 6개로 된 다양한 AlCr 합금으로 된 2개의 티타늄- 및 4개의 분말 야금 제조된 타겟은 코팅 장치의 벽에 부착된 음극 아크 소스에 장착된다. 후속적으로, 우선 공작물은 마찬가지로 상기 장치에 장착된 방사 가열 장치를 통해 약 500℃의 온도로 되고, 표면은 Ar-분위기 하에 -100 내지 -200V의 바이어스 전압을 인가함으로써 0.2Pa의 압력에서 Ar-이온을 통한 에칭 세척을 받게 된다.
후속하여, 순수 질소 분위기에서, 압력이 3Pa이고 기판 전압이 -50V일 때 5분 시간 동안 3.5kW(140A)의 출력을 갖는 2개의 Ti 소스의 작동을 통해 약 0.2㎛ 두께의 TiN 부착층이 형성되고, 후속적으로 120분의 시간 동안 3kW의 출력을 갖는 4개의 AlCr 소스의 작동을 통해 AlCrN 층이 형성된다. 최적의 층 전환을 구현하기 위해 소스는 2분의 시간 동안 공동으로 작동된다. 그 후, 질화물 층이 AlCr을 기초로 하여 순수 질소-분위기에서 마찬가지로 압력이 3Pa이고 기판 전압이 -50V일 때 형성된다. 기본적으로, 공정 압력은 상기 각 단계에서 0.5 내지 약 8Pa의 범위, 양호하게는 2.5와 5Pa 사이로 설정되며, 순수 질소 분위기, 또는 질소와 예를 들면 질화물 층을 위한 아르곤과 같은 비활성 가스의 혼합물, 또는 질소와 필요한 경우 비활성 가스가 혼합된 탄소 함유 가스의 혼합물이 탄질화 층을 위해 사용될 수 있다. 이에 상응하게, 산소- 또는 붕소 함유 층의 형성을 위해 공지된 바와 같이 산소 또는 붕소 함유 가스가 혼합될 수 있다.
층의 결정 구조, 층두께, 층 경도, 내마모성 및 AlCrN 층의 부착과 같은 층특성은 화학적 조성 및 결정 구조 및 사용되는 타겟의 조성에 따라 표1에서 언급되어 있다. 타겟 출력, 기판 바이어스, 공정 압력 및 온도와 같은 공정 변수는 표2에 요약되어 있다.
표3에는 Al/Cr 비율이 3인 타겟의 사용 하에 여러 기판 전압을 인가할 때 AlCrN 층이 형성되는 일련의 시험이 언급되어 있다. 여기서, 내마모성은 프라운호퍼 연구소-IST/브라운슈바이크의 정밀 마모 테스터에 의해 측정되었고, 마모율을 측정하기 위해 DIN EN 1071-2에 기초한 수정된 돔형(dome) 연마 방법이 사용되었다. 상기 방법에 대한 상세는 미흘러, Surf. & Coat. Tech., 제163-164권, (2003), 제547면, 제1 칼럼 및 도1에 개시되어 있다. 상기 언급된 공보는 본 명세서의 병합된 일부분으로서 설명된다.
본 발명은 이하에서 예를 들면 도면에 의해 보다 상세히 설명된다.
[도면의 간단한 설명]
도1은 B1 및 B4 구조를 갖는 AlCrN의 XRD-스펙트럼에 대한 도면이다.
도2는 화학적 조성(Al/Cr: A=75/25, C=50/50, D=25/75)에 따른 AlCrN-층의 XRD-스펙트럼에 대한 도면이다.
표1 및 도1로부터 알 수 있고 가와테, "Cr1-XAlXN 막의 미세 경도 및 그리드 변수", 저널 오브 진공 과학 및 기술 A 20(2), 3월/4월 2002; 제569면-제571면으로부터 공지되어 있는 바와 같이, 층에서 70 At% 비율 이상의 금속 함량의 Al-농도에 대해 6방정계(B4) 층구조가 확인되고 그 이하의 Al-농도에 대해 입방(B1) 층구조가 확인될 수 있다. 6방정계 층에 대해 약 2100 HV0.03 의 HV값이 측정되지만, 입방 층구조에 대해서는 약 2800-3100 HV0.03 의 보다 높은 HV값이 측정될 수 있다(표1 참조). 보다 높은 Cr-함량(프로브 D)에서 약 2300 HV0.03 의 경도가 확인되었다. 이러 한 조성에서, 도2 D의 CrN 그리드는 도2 A에 도시된 바와 같은 고 알루미늄 함유 층의 AlN-그리드와 다르게 존재한다.
그 다음, AlCrN으로 코팅된 6mm HSS-드릴의 수명이 230HB의 경도를 갖는 강철 재료(DIN 1.2080) 상에서, 아래에서 언급되는 예1에 따라 0.12mm 진행이 이루어져 절삭 속도가 35m/min인 경우 검출되었다. 이러한 경우, 제JP 09-041127호에서 특히 유리한 것으로 설명된 AlyCr1-yN(1 < y ≤0.7)의 영역과 대조적으로, 0.3 이상의 크롬 함량이 유리한 것으로 입증되었다. Cr 함량이 0.8 이상 또는 이와 동일한 경우 효율은 본 CrN 그리드로 인해 상기 사용 영역에 대해 다시 감소된다. 6방정계 AlCrN 층에 대한 입방형의 수명 증가는 이 시험의 경우 235%에 달한다.
60%와 75at% 사이의 Al 함량을 갖는 전환 영역의 층에 대해 특별 배향 뿐만 아니라 결정 그리드의 기본적인 구조도 공정 변수를 통해 설정될 수 있다. 따라서, 예를 들면 실험B(표2)에서와 같이 1Pa의 적은 압력 및 -50V의 기판 전압에서 6방정계 구조가 생성되지만, 3Pa의 압력 영역 및 -50V의 기판 전압에서는 입방 구조가 생성된다. 따라서, 6방정계 구조는 비교적 작은 바이어스 전압 및 작은 압력에서 형성되는 반면, 양호한 입방 구조는 보다 높은 압력 또는 보다 높은 바이어스 전압의 값에서 형성된다. Al 함량이 보다 큰 경우 입방 층구조를 생성하는 것은 더 이상 가능하지 않다.
따라서, 본 발명에 따른 공작물은 이하의 조성을 갖는 입방(AlyCr1-y) X 코팅을 통해 특징되는데, 즉 X=N 또는 CN, 그러나 양호하게는 N이고, 0.2≤Y<0.7, 양호 하게는 0.40≤Y≤0.68이다. 여기서 층구조는 약 20-120nm의 평균 코어 크기를 갖는 미세 결정이다.
본 발명에 따른 방법은 상기 한정된 바와 같은 조성을 갖는 입방(AlyCr1 -y) X 층이 형성되는 방법 실행을 통해 특징된다. 설명된 음극 아크 방법에 대해 유리하게는 75 내지 15% 알루미늄 함량의 타겟 조성이 사용될 수 있다. 높은 알루미늄 함량에서 공정 변수는 입방 결정 구조를 생성하도록 상술된 바와 같이 설정된다.
여기서, 유리하게는, 보다 높은 강성을 포함할 수 있는 유리하게는 특히 냉간 압축을 통해 제조된 분말 야금 타겟은 특히 보다 높은 Al 함량에서 대부분 깨지기 쉬운 상(phase)을 포함하는 용융 또는 소결 야금으로 제조된 AlCr 타겟으로서 사용된다.
이러한 타겟은 분말형 생산 재료의 혼합을 통해 냉간 압축되고 그 다음 수회의 성형을 통해, 예를 들면 단조 압축에서, 660℃ 이하의 온도에서 유동 및 냉각 용접 하에 압축되며, 대략 96-100%의 이론적 밀도를 갖는 최종 상태로 된다.
또한, 예를 들면 조성(Al/Cr=3)으로 된 타겟에 의해 형성되는 AlCrN 코팅에서, 기판 바이어스를 통해 마모 저항에 영향을 줄 수 있다는 것이 확인될 수 있다. 기판 바이어스가 증가함에 따라 연마 마모에 대한 저항성이 감소한다(표3 참조). 상기 표에서 명확하게 언급되지 않은 수 볼트(3-10V 및 임의의 사이값)의 매우 작은 음의 기판 전압의 경우, 플로트식(float) 기판(외부 전압 공급 장치가 없음)에 대해 명백한 향상이 이루어질 수 있다. 대략 -20V에서 마모 저항은 Al/Cr=3에 대해 최대값에 도달하고, 보다 높은 전압에서 다시 감소한다. 마모 특성의 결정을 위한 실험으로부터, 3 내지 15V 사이, 특히 5와 40V 사이의 기판 전압에 대한 최적 영역이 유도될 수 있으며, 상기 영역에서 0.4와 1.0 사이, 특히 0.4와 0.8 m3m-1n-110-15 사이의 매우 작은 마모 속도가 측정된다. 유사한 내용은 1.5 m3m-1n-110-15 이상의 마모 속도가 측정되지 않는 다른 Al/Cr 조성으로 된 본 발명에 따른 즉 입방 층에 대해서도 적용된다. 물론, 플로트식이고 높은 기판 전압으로 형성되는 층의 마모 저항은 그 마모 계수가 명확히 큰 공지된 TiAlN 층의 마모 저항보다 본질적으로 더 크다고 언급될 수 있다. 예를 들면 AlCrN 층과 유사하게 형성되는 TiAlN 층(실험2, Al 47 at%, Ti 53 at%)에 대해 3.47 m3m-1n-110-15 의 마모 속도가 측정된다.
상술된 방법을 통해, 특히 분말 야금으로 제조된 TiAl 타겟의 사용을 통해, 보다 작은 후음임(throatiness)을 갖는 층이 형성될 수 있다. 측정된 Ra-값은 0.1과 0.2㎛ 사이의 영역에 존재하므로, 비교 가능하게 제조된 CrN 층과 동일한 영역에 존재한다. 층은 2개의 대향되어 연결된 자석 시스템을 포함하는 자기장 생성 장치의 사용 시 더욱 편평하게 되며, 상기 자기장 생성 장치는 표면에 수직하게 존재하는 최종 자기장의 성분(Bㅗ)이 표면의 대부분에 걸쳐 본질적으로 일정하게 작은 값을 갖거나 또는 0이도록 형성된다. 여기서 수직한 자기장 성분(Bㅗ)의 값이 30 이하, 양호하게는 20 이하, 특히 양호하게는10 이하의 가우스로 설정된다. 이와 같이 형성된 (AlyCr1 -y) X-층의 Ra-값은 0.05와 0.15㎛ 사이의 영역에 존재한다. 여기서 자기장은, 2개의 대향되어 연결되고 타겟 후방에서 동축으로 배치된 코일을 통해 생성된다.
또한, (AlyCr1 -y) X 층의 형성 시 다른 유리하게 양호한 도전성 질화 또는 금속 부착층도 사용될 수 있으며 또는 이러한 부착층은 결정된 사용을 위해 포기될 수도 있다. 예를 들면 특히 높은 생산성을 달성하기 위해, AlCr-/AlCrN-이 TiN 부착층 대신에 도포될 수 있으며, 이를 통해 코팅 장치의 모든 아크 소스에 AlCr 타겟을 구비시켜 코팅 속도를 증가시키는 것이 가능하다.
마찬가지로, 다른 Al/Cr-비율을 갖는 2개의 타겟 유형이 사용되거나, 또는 Cr- 및/또는 CrN-부착층에 따라 Cr- 뿐만 아니라 AlCr-타겟도 구비된 코팅 챔버의 상응하는 타겟 성능을 예를 들면 연속적으로 또는 계단형으로 조절함에 의해 층 조성이 변화될 때, 예를 들면 표면에 대해 증가하는 Al 함량을 갖는 구배층이 형성될 수 있다. 여기서 이러한 층 시스템의 산업적 사용을 위해 중요한 것은 본질적으로 전체 코팅 과정에 걸쳐 그리고 이에 따라 전체 층두께에 걸쳐 반복 가능하게 공정 변수를 설정하는 가능성이다. 기판 이동을 통해 예를 들면 단일 또는 다중 회전하는 기판 캐리어 상에서 발생되는 바와 같은 조성에서의 최소 변동이 부분적으로 또는 전체 층두께에 걸쳐 형성되는 나노 구성화 - 즉, 나노 또는 마이크로미터 영역에서의 적층화 - 에 추가하여 사용될 수 있다. 여기서 방법 관련하여 비합금 크롬 및 알루미늄 타겟을 사용할 때 합금 AlCr-타겟을 사용할 때보다 더 거칠게 구성된 경질층이 형성된다.
그러나, 이를 위해, 예를 들면 적어도 하나의 성분의 증발 공정이 어렵게 제어 가능하거나 또는 불연속적인 종래기술로부터 공지된 공정은 적합하지 않은데, 왜냐하면 이에 따라 반복 가능한 층 품질이 구현될 수 없기 때문이다.
물론, 다른 진공 코팅 장치 상에 또는 예를 들면 스퍼터링 공정을 통해서도 상기 층을 제조하는 것은 가능하지만, 기본적으로 스퍼터링 공정에서 공정 가스의 보다 적은 이온화는 비교 가능한 층 부착을 이루도록 경우에 따라 특별한 부착층, 추가적 이온화 등과 같은 공지된 수단을 통해 보상된다.
기본적으로, 입방 구조를 갖는 상기 Cr1-XAlXN 층에 의해 여러 공작물이 유리하게는 코팅이 이루어질 수 있다. 예를 들면 이를 위해, 밀링 커터, 호브, 구형 헤드-, 편평- 및 프로파일 밀링 커터, 및 드릴, 나사형 드릴, 브로칭 공구(broaching tool), 리머(reamer) 및 회전 및 밀링 가공을 위한 절삭 삽입체와 같은 절삭 공구 또는 예를 들면 스탬프, 다이, 테스트 링, 토출 코어 또는 나사형 포머(former)와 같은 가공 공구가 존재한다. 또한, 예를 들면 금속 사출 성형 합금, 수지 또는 열가소성 합성 수지용 사출 성형 공구, 특히 합성 수지 성형 부품 또는 CD, DVD 등과 같은 데이터 기억 매체의 제조를 위해 사용되는 사출 성형 공구는 유리하게는 상기 층에 의해 보호될 수 있다. 다른 사용 영역으로서, 경우에 따라 큰 내산화성과 관련되어 내마모성에 대해 많은 요구가 이루어지는 부품이 있다. 이를 위한 펌프- 또는 모터 부품의 예로서, 밀봉 링, 피스톤, 스탬프, 기어 및 예를 들면 버킷 태핏 및 로커 아암과 같은 밸브 액츄에이터, 또는 분사 노즐용 니들, 컴프레셔 샤프트, 펌프 스핀들 또는 하나 이상의 치형 요소가 장착되는 많은 부품이 있 다.
또한, 아래의 층 시스템에서 타겟 조성 및 코팅 변수가 입방 층구조를 구현하도록 선택되면, (AlyCr1-y) X 층의 기본적으로 유사한 특성에 기초하여 마모 특성의 향상도 기대된다.
X = N, C, B, CN, BN, CBN, NO, CO, BO, CNO, BNO, CBNO, 그러나 양호하게는 N 또는 CN이고, 0.2≤Y<0.7, 양호하게는 0.40≤Y≤0.68인 경우, (AlyCr1 -y) X 층.
따라서, 다른 N/O 특성을 갖는 Al66Cr44 NO 층이 형성되고, 그 층 특성이 시험된다. 코팅 변수는 상기와 유사하게 선택된다. 전체 압력은 20과 60 sccm 사이의 산소 유동(나머지는 질소)에서 1 내지 5Pa 사이로 설정되고, 기판 압력은 -40 내지 -150V 사이, 온도는 450℃, 소스 출력은 140A의 전류에서 3.5 kW로 설정된다. 이러한 경우, 약 0.2, 0.6 및 2.2의 O/N-특성을 갖는 층이 제조된다. 여러 밀링 시험에서 적은 산소 함량을 갖는 층이 우수한 것으로 나타난다. 결과로서 수명은 명확히 종래의 TiN 또는 TiCN에 의해 달성되는 수명 그 이상이다.
공지된 TiAlN 층에 비해 상기 (AlyCr1-y) X 층의 향상된 활주 특성을 통해, 공구, 특히 절삭 공구 및 성형 공구의 작동 시 윤활유가 제거되거나 또는 최소한의 윤활유량이 사용되는 생태학적 및 경제학적 관점의 유리한 가능성이 존재한다. 이러한 경우, 경제학적 관점에서 고려되어야 할 점은, 특히 절삭 공구에서의 냉각 윤활유를 위한 비용이 상기 공구의 경우보다 약간 더 많이 들 수 있다는 것이다.
최외부 층으로서 추가적으로 활주층이 도포된다면, 본 발명에 따른 (AlyCr1-y) X 층을 포함하는 층 시스템의 활주 특성이 향상되는 다른 가능성이 존재한다. 이러한 경우, 활주층이 (AlyCr1-y) X 층보다 더 작은 경도를 갖고 유입 특성을 가진다면, 유리하다.
활주층 시스템은 적어도 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속의 카바이드 및 분산된 탄소, MeC/C로부터 형성될 수 있으며, 금속은 IVb, Vb 및/또는 VIb 그룹 금속 및/또는 실리콘이다. 이를 위해 예를 들면 특히 우수한 유입 특성을 갖는 1000과 1500 HV 사이로 설정 가능한 경도를 갖는 WC/C-커버층이 적합하다. 또한, CrC/C-층은 물론 대략 보다 더 높은 마찰 계수에서 유사한 특성을 나타낸다.
이와 같이 코팅된 심공 드릴에서 1개 내지 3개의 보어 구멍의 제조 후 절삭면의 우수한 유입 편평화가 확인될 수 있었는데, 이는 현재까지 비용이 드는 기계적 가공을 통해서만 구현될 수 있었다. 상기 특성은 특히 윤활 부족 또는 건조 작동 상태에서, 또는 이와 동시에 코팅이 안 된 반대 물체가 보호되어야 할 때, 특히 활주-, 마찰- 또는 롤링 응력을 갖는 부품 사용을 위해 유리하다.
최종의 활주층을 형성하기 위한 다른 방법은 금속 없는 다이아몬드계 탄소층, 또는 MoSx-, WSx-, 또는 티타늄 함유 MoSx- 또는 MoWx-층이다.
활주층은 층결합부의 가능한 한 양호한 부착을 이루기 위해 언급된 바와 같이 (AlyCr1-y) X 층의 바로 위에 또는 금속, 질화, 카바이드, 탄질화 또는 예를 들 면 (AlyCr1-y) X 층과 활주층 사이의 연속적인 전환부를 갖는 구배층으로서도 형성될 수 있는 다른 부착층의 도포 후 도포될 수 있다.
예를 들면 WC/C- 또는 CrC/C-층은 스퍼터링 또는 아크가 이루어진 Cr- 또는 Ti-부착층의 도포 후 유리하게는 WC-타겟의 스퍼터링을 통해 탄소 함유 가스를 첨가하여 제조될 수 있다. 이러한 경우, 탄소 함유 가스의 비율은 층의 자유 탄소의 보다 높은 비율을 달성하도록 시간에 따라 높아진다.
이하에서 여러 (AlyCr1-y) X 경질 코팅된 공구가 예를 들면 다양한 절삭 작동을 위해 사용되는 여러 유리한 적용이 예시된다.
예1: 강철의 밀링
공구: 엔드 밀(end mill) 카바이드
직경 D=8mm, 톱니수 z=3
재료: 강철 Ck45, DIN 1.1191
밀링 변수:
절삭 속도 Vc=200/400 m/min
진행 속도 Vf=2388/4776 mm/min
반경 조작폭 ae=0.5 mm
축방향 조작폭 ap=10 mm
냉각: 에멀젼 5%
공정: 동기 밀링
마모 기준: 틈새면 마모 VB=0.12 mm
실험 번호 금속 비율(At%) 층 VB=0.12mm인 경우의 수명(t)(분)
Ti Al Cr Vc=200m/min Vc=400m/min
1 (TiCN) 100 - - 71 9
2 (TiAlN) 53 47 - 42 15
3 (AlCrN)B1 - 69.5 30.5 167 40
4 (AlCrN)B4 72 28 41 7
5 (AlCrN)B1 - 41.5 58.5 150 12
6 (AlCrN)B1 - 19 81 17 4
예1은 다양한 절삭 변수에서 시험된, 코팅된 HM-밀링 커터의 수명의 비교를 도시한다.
여기서, TiCN 및 TiAlN 과 같은 지금까지 산업상 이용된 층 시스템에 비해, 언급된 AlCrN 층이 보다 긴 수명을 갖는다는 것을 명확히 알 수 있다. 또한, 상기 결과로부터, 예1에서 알 수 있는 바와 같이 Al-함량이 증가함에 따라, 입방 B1-구조가 얻어져 유지되는 한, 수명 특성은 개선된다는 것을 알 수 있다(비교 실험 번호 3, 5, 6). 이에 대한 원인은 특히 Al-함량이 증가함에 따라 확인될 수 있는 개선되는 내산화성 및 경도에 있다(표1 참조). 건조 및 고속 가공(예를 들면 Vc=400 m/min) 분야에서 AlCrN-코팅의 매우 양호한 내산화성이 효과를 발휘한다. 또한, 이 실험에서는 B1의 결정 그리드가 B4 구조로 변화되면 마모 특성이 악화된다는 것도 확인될 수 있다(비교 실험 3 및 4).
예2: 오스테나이트 강철의 밀링
공구: 엔드 밀 카바이드
직경 D=8mm, 톱니수 z=3
재료: 오스테나이트 강철 X 6 CrNiMoTi 17 12 2, DIN 1.4571
밀링 변수:
절삭 속도 Vc=240 m/min
톱니 진행 fz=0.08 mm
반경 조작폭 ae=0.5 mm
축방향 조작폭 ap=10 mm
냉각: 에멀젼 5%
공정: 동기 밀링
마모 기준: 틈새면 마모 VB=0.1 mm
실험 번호 금속 비율(At%) 층 VB=0.1mm인 경우의 공구 수명 이동 거리(lf)(미터)
Ti Al Cr
7 (TiCN) 100 - - 33
8 (AlTiN) 35 65 - 45
9 (AlCrN)B1 - 69.5 30.5 54
예2는 코팅된 HM-밀링 커터의 수명의 비교를 도시한다. 여기서도 마찬가지로, 산업상 이용된 경질 재료층에 비해 AlCrN 층에 의해 마모의 개선이 구현될 수 있다. AlCrN에서의 수명 개선은 한편으로는 지금까지 증명되지 않은 TiAlN 층에서 Ti에 비해 더 작은, 제2 합금 성분(Cr)의 재료 윤활 경향 및 다른 한편으로는 표1에서 알 수 있는 바와 같은 본 발명에 따른 AlCrN 층의 양호한 내마모성(A, B, D) 및 이와 동시에 보다 높은 경도를 통해 달성될 수 있다.
예3: 경화 강철의 밀링
공구: 구형 헤드 엔드 밀 카바이드
직경 D=10mm, 톱니수 z=2
재료: K340 (62HRC) C 1.1%, Si 0.9%, Mn 0.4%, Cr 8.3%, Mo 2.1%, Mo2.1%, V0.5%에 상응함
밀링 변수:
절삭 속도 Vc=0-120 m/min
톱니 진행 fz=0.1 mm
반경 조작폭 ae=0.2 mm
축방향 조작폭 ap=0.2 mm
냉각: 건조
공정: 동기- 및 반대 방향 밀링, 마무리 가공
마모 기준: 틈새면 마모 VB=0.3 mm
실험 번호 금속 비율 (At%) 층 VB=0.3mm인 경우의 공구 수명 이동 거리(lf)(미터)
Ti Al Cr
10 (TiAlN) 53 47 - 70
11 (AlCrN)B1 - 69.5 30.5 90
예4: 공구 강철의 러핑 밀링(roughing milling)
공구: 엔드 밀 카바이드
직경 D=10mm, 톱니수 z=4
재료: 공구 강철 X 38 CrMoV 5 1, DIN 1.2343 (50HRC)
밀링 변수: 절삭 속도 Vc=60 m/min
톱니 진행 fz=0.02 mm
반경 조작폭 ae=2 mm
축방향 조작폭 ap=10 mm
냉각: 건조
공정: 동기 밀링, 러핑
마모 기준: 틈새면 마모 VB=0.1 mm
실험 번호 금속 비율 (At%) 층 VB=0.1mm인 경우의 공구 수명 이동 거리(lf)(미터)
Ti Al Cr
12 (AlTiN) 35 65 - 90
13 (AlCrN)B1 - 69.5 30.5 130
예3 및 도4는 산업상 이용된 TiAlN 층에 비해 AlCrN 층의 개선된 공구 수명 이동 거리를 도시한다. AlCrN은 내산화성 및 내마모성과 관련하여 많은 요구가 이루어지는 즉 건조 가공을 위해 특히 적합하다.
예5: 공구 강철의 드릴링
공구: 드릴 HSS (S 6-5-2), 직경 D=6mm
재료: 공구 강철 X 210 Cr 12, DIN 1.2080 (230HB)
드릴링 변수:
절삭 속도 Vc=35 m/min
진행 f=0.12 mm
구멍 깊이 z=15mm, 막힌 구멍
냉각: 에멀젼 5%
마모 기준: 토크 차단(코너 마모≥0.3mm에 상응함)
실험 번호 금속 비율 (At%) 층 공구 수명 이동 거리(구멍수t/㎛ 층두께)
Al Cr
14 (AlCrN) B1 19 81 21
15 (AlCrN) B1 41.5 58.5 52
16 (AlCrCN) B1 41.5 58.5 65
17 (AlCrN) B1 69.5 30.5 108
18 (AlCrN) B4 72 28 46
예5는 층두께에 대해 표준화된, 여러 Al-함량으로 이루어진 AlyCr1-yN / AlyCr1-yCN 층을 갖는 HSS-드릴링 구멍수의 비교를 도시한다.
층들은 표2에 상응하는 변수에 의해 제조되었다. 여기서, 금속 함량에서 알루미늄의 비율이 대략 70%까지 증가함에 따라 수명이 증가되는 것이 도시되어 있다. 더 증가되어 6방정계 결정 구조를 갖는 층이 형성되는 경우, 성능은 명확히 감소된다. 따라서, 41.5와 69.5% Al(실험 15, 17) 사이의 영역에서 상기 적용에 대해 종래 기술(실험 18)에 비해 명확한 성능 증가가 확인될 수 있다.
예6: 심공 드릴링 5xD Ck45
공구: 드릴링 카바이드, 직경 D=6.8mm
재료: 강철 1.1191(Ck45)
드릴링 변수:
절삭 속도 Vc=120 m/min
진행 f=0.2 mm
구멍 깊이 z=34 mm, 막힌 구멍
냉각: 에멀젼 5%
마모 기준: 코너 마모 VB=0.3 mm
실험 번호 금속 비율 (At%) 층 VB=0.3mm인 경우의 수명(t)(구멍의 수)
Ti Al Cr
18 (TiAlN) 70 30 - 890
19 (TiAlN) 53 47 1135
20 (AlCrN)B1 - 69.5 30.5 2128
예6은 드릴링에서 산업상 사용된 TiAlN 층과 비교하여 AlCrN 층의 개선된 공구 수명 이동 거리를 도시한다. 여기에서 본 발명에 따른 AlCrN 코팅의 개선된 연마-마모 저항성이 효력을 발휘한다.
또한, 실험 번호 20에서와 같이 코팅된 드릴에 Cr 부착층의 도포 후 WC/탄소 활주층이 구비되었으며, 그 외의 동일한 실험 조건하에서는 부분적으로 명확히 개선된 수명이 구현될 수 있었다. 동일 시간 실행된 토크 측정에 따르면 활주층이 없는 경우보다 명확히 더 작은 토크가 발생된다. 또한, 구멍에서의 보다 양호한 표면 품질이 확인되었으며, 수명 말기의 직전까지 과잉의 온도 부하에 의한 변색은 확인될 수 없었다.
예7: 오스테나이트 강철의 태핑 기계 가공(tapping machining) 2xD
공구: 스크류 탭 HSS, 스크류 치수 M8
재료: 오스테나이트 강철 1.4571 (X6CrNiMoTi17/12/2)
절삭 변수:
절삭 속도 Vc=3 m/min
스크류 깊이: 2xD
스크류 유형: 막힌 구멍
스크류 수: 64
냉각: 에멀젼 5%
마모 기준: 스크류 수에 걸친 토크 경과, 64 스크류 후의 광학적 마모 평가
실험 번호 금속 비율 (At%) 층
Ti Al Cr Φ최대. 절삭 모멘트 (Nm) 광학적 마모(l)
21 (TiCN) 100 - - 4.72 +
22 (AlCrN)B1 - 69.5 30.5 4.05 ++
23 (AlCrN)B1 - 41.5 58.5 4.23 +++
24 (AlCrN)B1 - 19 81 4.27 +
(1)에 대한 설명
+ 태핑 기계 가공 시 만족스러운 마모 특성
++ 태핑 기계 가공 시 양호한 마모 특성
+++ 태핑 기계 가공 시 매우 양호한 마모 특성
모든 AlCrN 층에서 종래 기술(TiCN)에 비해 평균 최대 절삭 모멘트의 감소가 달성될 수 있다. 또한, 보다 더 높은 알루미늄 함유 층의 매우 양호한 내마모성으로 인해 TiCN에 비해 개선된 마모 특성이 달성된다. 물론, 상기 예에서 아마도 재료 윤활 및 더 나아가 층 유발을 발생시키는 알루미늄의 점착 경향으로 인해 실험 번호 23의 층은 번호 22보다 더 양호한 마모 특성을 나타낸다.
또한, 실험 번호 22 및 번호 23에서와 같이 코팅된 스크류 탭에는 AlCr 부착층의 도포 후 WC/탄소 활주층이 구비되거나 또는 Ti 부착층의 도포 후 Ti 함유 MoS2 층이 구비되었으며, 마찬가지로, 그 외의 동일한 실험 조건하에서는 수명 개선 및 가공된 재료의 양호한 표면 품질이 얻어질 수 있었다.
예8: Cr-Mo 강철에 대한 호빙(hobbing)
공구: 호브
재료 DIN S6-7-7-10 (ASP60)
직경 D=80mm, 길이 L=240mm, 모듈 m=1.5
25 절삭홈
조작 각도 α= 20°
기준 프로파일 2, 톱니수 50, 통로폭 25mm
재료: Cr-Mo 강철 DIN 34CrMo4
절삭 변수:
절삭 속도 Vc=260 m/min
진행 2mm/U
피이스(piece) 수: 300
냉각: 건조 절삭, 칩의 제거를 위한 공압
실험 번호 금속 비율 (At%) 층 마모 표시 폭(mm)
Ti Al Cr 틈새면 문지름 마모
25 (TiCN) 100 - - 0.32 0.062
26 (TiAlN) 53 47 - 0.25 0.042
27 (AlCrN)B4 72 28 0.29 0.053
28 (AlCrN)B1 - 19 81 0.26 0.051
29 (AlCrN)B1 - 41.5 58.5 0.13 0.022
30 (AlCrN)B1 - 69.5 30.5 0.14 0.018
25 내지 30의 실험에서 여러 층 시스템을 갖는 분말 야금 제조된 고속 강철 (HSS)로 이루어진 여러 호브가 건조 절삭에서 시험되었다. 여기서, 본 발명에 따라 코팅된 공구(실험 29 및 30)에 의해, 공지된 TiCN 또는 TiAlN으로 코팅된 밀링 커터에 비해 본질적인 개선이 구현될 수 있었다. 마찬가지로, 작은 Al 함량(번호 28) 또는 너무 많은 Al 함량을 갖는 AlCrN 층은 6방정계 결정 구조(번호 27)의 존재 시 마모에 대한 보호가 적게 이루어진다는 것도 알 수 있다.
또한, 이하의 예들(번호 31 내지 33)은 입방 결정 그리드, 본질적으로 화학양론적인 질소 비율 및 66%의 Al 함량을 갖는 본 발명에 따른 AlCrN 층의 명확한 우수성을 나타낸다. 여기서 PM HSS 또는 카바이드로 제조된 호브는 건조식 뿐만 아니라 에멀젼 윤활식 절삭에서도 시험되었다.
실험 번호 31: 호빙
공구: PM HSS
직경 D=80mm, 길이 L=240mm
재료: 16 Mn Cr 5
절삭 속도: 180m/min, 건조
(Al0.42Ti0.58)N, 발리니트(Balinit) NANO: 1809 피이스
(Al0 .63Ti0 .37)N, 발리니트 X.CEED: 2985 피이스
(Al0 .66Cr0 .34)N: 5370 피이스
실험 번호 32: 호빙
공구: 카바이드 (HM)
직경 D=60mm, 길이 L=245mm
모듈: 1.5
조작 각도 α= 20°
재료: 42 CrMo4
절삭 속도: 350m/min, 건조
(Al0.41Ti0.59)N, 발리니트 X.TREME: 1722 피이스
(Al0.63Ti0.37)N, 발리니트 X.CEED: 2791 피이스
(Al0 .66Cr0 .34)N: >3400 피이스
실험 번호 33: 호빙
공구: PM HSS
모듈 2.5
재료: 16MnCr5
절삭 속도: 140m/min, 에멀젼
TiCN, 발리니트 B: 1406 피이스
(Al0.42Ti0.58)N, 발리니트 NANO: 1331 피이스
(Al0.66Cr0.34)N: 1969 피이스
여기에 상세히 설명되지 않은 다른 실험에 따르면, Vc=450m/min까지의 보다 더 높은 절삭 속도 범위에서도 양호한 내변형성이 존재한다. 또한, 코팅된 카바이 드 밀링 커터의 수명은 습식 가공 및 특히 건조 가공에서도 명확히 증가될 수 있다.
예9: 공구 강철의 러핑 밀링
공구: 엔드 밀 HSS
직경 D=10mm, 톱니수 z=4
재료: 공구 강철 X 40 CrMoV 5 1, DIN 1.2344(36HRC)
밀링 변수:
절삭 속도 Vc=60 m/min
톱니 진행 fz=0.05 mm
반경 조작폭 ae=3 mm
축방향 조작폭 ap=5 mm
냉각: 에멀젼 5%
공정: 동기 밀링, 러핑
마모 기준: 틈새면 마모 VB=0.1 mm
실험 번호 금속 비율 (At%) 층 VB=0.1mm인 경우의 공구 수명 이동 거리(lf)(미터)
Ti Al Cr
34 (AlTi)N 35 65 - 6-8
35 (AlTi)N 58 42 - 3-4
36 (AlTi)CN 50 50 - 3-4
37 TiCN 100 - - 8-11
38 (AlCr)N HS 64 36 12-21
39 (AlCr)N 펄스 66 34 21-28
40 (AlCr)N - 66 34 12-18
HS TiN으로 이루어진 부착층
puls 펄스형 바이어스
예10: 케이스 경화 강철의 외경 선반 가공
공구: 납땜된 CBN 장착 회전 절삭기
재료: 케이스 경화 강철 16 MnCr 5, DIN 1.7131 (49-62 HRC)
선반 가공 변수: 불연속 절삭이 이루어지고 부분적으로 보다 더 얇은 벽두께를 갖는 경질-연성 가공
냉각: 건조
마모 기준: VB=0.1mm의 틈새면 마모가 이루어질 때까지의 피이스 수
실험 번호 금속 비율 (At%) 층 VB=0.1mm인 경우의 저항량
Ti Al Cr
41 (AlTi)N 35 65 - 90
42 (AlCr)N 66 34 144
유사한 결과가, 각각의 경우에 몰리브덴 및/또는 탄탈이 첨가되는 TiN, TiC 또는 Ti(CN)-경질상으로 이루어진 분말 야금 제조된 도성 합금(cermet)에 의해서도 구현되었다. 여기서, 결합상으로서 Ni 또는 Ni/Co가 사용되었다.
예11: 아연 도금된 금속판의 나사 성형
실험 번호 43:
공구: HSS M9 나사 성형기
코어 구멍 직경: 8.34mm
절삭 변수: 55m/s
절삭 회전수: 2000U/min
복귀 회전수: 3600U/min
윤활: S26 CA
TiN: 3200 나사
TiCN: 3200 나사
TiAlN: 3500 나사
(Al0 .66Cr0 .34)N: 8800 나사
코팅된 CBN(입방 붕소 질화물) 또는 도성 합금 공구에 의한 실험: 30-99 체적% 사이의 CBN 함량 및 나머지는 결합제를 갖는 여러 CBN-소결 재료로 이루어진 절삭 삽입체가 한편으로는 실험8에 따른 공지된 TiAlN 층으로 코팅되고 다른 한편으로는 실험 3, 5 및 6에 따른 본 발명의 AlCrN 층으로 코팅되었다. 물론, 에칭 및 코팅 공정에 대한 CBN 소결 재료의 비도전 특성으로 인해 중간 주파수 범위, 양호하게는 20 내지 250 kHz 주파수 범위의 펄스형 기판 바이어스가 인가된다.
90%까지의 CBN 함량을 갖는 재료에 대해, 적어도 아래의 그룹의 성분 중 하나, 즉, Ti-, V- 또는 Cr-그룹, 즉, IVa-, Va- 및 VIa-성분 및 알루미늄 또는 Al-화합물의 질화물, 카바이드, 붕소화물 및 산화물로 이루어진 결합제 분말이 사용된다.
95%까지의 CBN 함량을 갖는 재료에 대해, 티타늄 질화물 및 적어도 아래의 그룹의 성분 중 하나, 즉, 코발트, 니켈, 볼프람 카바이드, 알루미늄 또는 알루미늄 화합물로 이루어진 결합제 분말이 사용된다.
90% 이상의 CBN 함량을 갖는 재료에 대해, 티타늄 질화물 및 적어도 아래의 그룹의 성분 중 하나, 즉, 알칼리- 또는 알칼리 토금속의 붕소화물 또는 붕소 질화물로 이루어진 결합제 분말이 사용된다.
후속적으로 실행된 선반 가공- 및 밀링 실험에서는 대부분의 경우 TiAlN 층에 비해 명확히 개선된 마모 특성이 확인될 수 있었다. 보다 복잡한 기하학으로 된 부분적으로만 경화된 축이 부분적으로 불연속적인 절삭으로 가공되는, 특히 비용이 드는 외경 선반 가공 실험에서도 마찬가지이다.
예12: 열간 단조
공구: 단조 조(jaw) 4 피이스, 220×43×30mm, W360, 경도 54 HRC, 4개의 공구가 동시 작동
공작물: 원형 재료 직경 22mm, 재료 42CrMo4
방법: 성형 이전의 공작물 온도 1.050℃
압력 57 t/각각의 조
냉각: 몰리코트(Molicote) + 그래파이트
실험 번호 금속 비율 (At%) 층 저항량 (피이스 수)
Ti Al Cr Nb/Si V/W
43 비코팅 - - - - 500
44 TiAlN 58 42 - - 900
45 AlCrN - 64 36 - 1900
46 AlCrNVN - 63 31 6 1500
47 AlCrSiN HS 65 26 9 1800
48 AlCrNbN - 62 31 7 1550
49 AlCrWN - 65 26 9 1630
50 AlCrYN - 62 31 7 1730
51 AlCrMoN - 62 31 7 1460
HS TiN으로 된 부착층
예13: 열간 플랜징(flanging)
공구: HM 플로우드릴(flowdrill) 직경 10mm
공작물: 1.0338
실험 번호 금속 비율 (At%) 층 저항량 (피이스 수)
Ti Al Cr Nb/Si V/W
52 비코팅 - - - - 500
53 TiAlN 58 42 - - 900
54 AlCrN - 64 36 - 1700
55 AlCrVN - 63 31 6 1530
56 AlCrSiN HS 65 26 9 1650
57 AlCrNbN - 62 31 7 1450
58 AlCrWN - 65 26 9 1390
59 AlCrYN - 62 31 7 1660
60 AlCrMoN - 62 31 7 1340
방법: 공구가 약 2800U/min으로 회전된 상태에서, 3000N이 공작물에 대해 가압된다. 운동 에너지를 통해 공작물은 적색열, 즉, 약 1000℃로 되어 성형된다.
예14: 천공
공구: 1.2379, 장공 스탬프 20mm×10mm
공작물: TRIP 700, 1.2mm 두께
방법: 전단 절삭날, 절삭틈 10%, 500 행정/min, 절삭력 20kN
실험 번호 금속 비율 (At%) 층 저항량 (피이스 수)
Ti Al Cr Nb/Si V/W
61 비코팅 - - - - 100000
62 TiAlN 58 42 - - 200000
63 AlCrN - 64 36 - 350000
64 AlCrVN - 63 31 6 370000
65 AlCrSiN HS 65 26 9 280000
66 AlCrNbN - 62 31 7 300000
67 AlCrWN - 65 26 9 340000
68 AlCrYN - 62 31 7 320000
69 AlCrMoN - 62 31 7 290000
Hs TiN으로 된 부착층
표1
실험 명칭 타겟의 Al/Cr 비율 결정 구조 Al At% Cr At% 층두께 (㎛) HV 0.03 AV (m3m-1n-110-15) 부착
A 3 B1 69.5 30.5 3.2 3100 0.8 HF1
B 3 B4 72 18 4.2 2100 1.0 HF1
C 1 B1 41.5 58.5 3.8 2800 1.5 HF1
D 0.33 B1 19 81 4.1 2300 2.5 HF1
표2
실험 명칭 타겟의 Al/Cr 비율 P타겟 (kW) U기판 (V) PN2 (Pa) 온도 (℃)
A 3 3 -50 3 450
B 3 3 -50 1 450
C 1 3 -50 3 450
D 0.33 3 -50 3 450
표3
기판 바이어스 (V) AV (m3m-1n-110-15)
0 1.23
-20 0.47
-40 0.76
-100 0.83
-150 1.0
-200 1.36

Claims (25)

  1. X=N, C, B, CN, BN, CBN, NO, CO, BO, CNO, BNO 또는 CBNO 이고 0.2≤y<0.7일 때, 조성((AlyCr1-y) X)으로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 층 시스템을 포함하는 공작물이며,
    상기 층내의 층 조성은 본질적으로 일정하거나, 또는 층두께에 걸쳐 연속적으로 또는 계단형으로 변화되며, 공작물은 이하의 공구들 중 하나, 즉, 밀링 커터, 특히, 호브, 구형 헤드-, 편평- 및 프로파일 밀링 커터, 및 브로칭 공구, 리머, 회전- 및 밀링 가공용 절삭 삽입체, 성형기 또는 사출 성형 공구인 공작물.
  2. X=N, C, B, CN, BN, CBN, NO, CO, BO, CNO, BNO 또는 CBNO 이고 0.2≤y<0.7일 때, 조성((AlyCr1-y) X)으로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 층 시스템을 포함하는 공작물이며,
    상기 층내의 층 조성은 본질적으로 일정하거나, 또는 층두께에 걸쳐 연속적으로 또는 계단형으로 변화되며, 공작물은 부품인 공작물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 부품은 밀봉 링, 기어, 피스톤, 밸브 액츄에이터의 일부 또는 분사 노즐용 니들이거나, 또는 톱니를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공구는 성형 공구, 특히, 스탬프, 다이, 테스트 링, 토출 코어 또는 나사형 포머, 천공 공구인 것을 특징으로 하는 공구.
  5. 제1항에 있어서, 상기 공구는 열간 성형 공구, 특히, 단조-, 플랜징- 천공 공구인 것을 특징으로 하는 공구.
  6. 제1항에 있어서, 상기 공구는 합성 수지 성형 부품 또는 데이터 기억 매체의 제조를 위한 사출 성형 공구인 것을 특징으로 하는 공구.
  7. 제1항에 있어서, 상기 공구는 CBN 또는 도성 합금 기본 몸체를 포함하거나 또는 CBN 또는 도성 합금 절삭 삽입체인 것을 특징으로 하는 공구.
  8. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, (AlyCr1-y) X 층은 입방 결정 구조에 존재하는 것을 특징으로 하는 공작물.
  9. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, (AlyCr1-y) X 층의 마모율은 1.5m3m-1N-110-15 보다 작거나 또는 이와 동일한 것을 특징으로 하는 공작물.
  10. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, (AlyCr1-y) X 층의 비커스 경도는 2300 내지 3100인 것을 특징으로 하는 공작물.
  11. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, (AlyCr1-y) X 층의 층구조는 미세 결정이며, 평균 코어 크기는 20-120nm인 것을 특징으로 하는 공작물.
  12. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 공작물과 (AlyCr1-y) X 층 사이에는 부착층이 도포되는 것을 특징으로 하는 공작물.
  13. 제12항에 있어서, 부착층은 IV, V, 또는 VI 소그룹의 금속 중 적어도 하나 또는 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작물.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 부착층은 IV, V, 또는 VI 소그룹의 하나 이상의 금속의 적어도 하나의 질화물, 카바이드 또는 탄질화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작물.
  15. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 (AlyCr1-y) X 층 상에 추가로 활주층이 도포되는 것을 특징으로 하는 공작물.
  16. 제15항에 있어서, 활주층은 분산된 탄소를 갖는 적어도 하나의 금속의 카바이드, MeC/C, 다이아몬드계 탄소층, Si- 또는 금속 함유 다이아몬드계 탄소층, MoSx, WSx, 또는 티타늄 함유 MoSx 또는 MoWx-층을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작물.
  17. X=N, C, B, CN, BN, CBN, NO, CO, BO, CNO, BNO, CBNO 이고 0.2≤y<0.7일 때, 적어도 하나의 (AlyCr1 -y) X 층을 공작물 상에 형성하는 PVD-방법이며,
    0.25≤z≤0.75인 적어도 하나의 AlzCr1-z 타겟을 포함하는 진공 코팅 장치내로 적어도 하나의 공작물이 장착되고, 압력이 0.5-8Pa이고, 질소-, 탄소-, 붕소- 또는 산소 함유 반응 가스를 첨가한 상태에서, 공작물에 인가된 기판 전압이 아크- 또는 스퍼터링 소스로서 -3 내지 -150V 사이인 경우, 적어도 하나의 (AlyCr1-y) X 층내의 층 조성이 본질적으로 일정하거나, 또는 층두께에 걸쳐 연속적으로 또는 계단형으로 변화되도록 작동되는 PVD-방법.
  18. 제17항에 있어서, X=N이고 반응 가스는 질소 또는 산소인 것을 특징으로 하는 PVD-방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 기판 전압은 펄스형인 것을 특징으로 하는 PVD-방법.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, AlzCr1-z 타겟은 분말 야금 제조된 타겟인 것을 특징으로 하는 PVD-방법.
  21. 제20항에 있어서, 분말형 생산 재료의 혼합을 통해 냉간 압축되고 그 다음 수회의 성형을 통해, 예를 들면 단조 압축에서, 660℃ 이하의 온도에서 유동 및 냉각 용접 하에 압축되며 대략 96-100%의 이론적 밀도를 갖는 최종 상태로 되는 타겟이 사용되는 것을 특징으로 하는 PVD-방법.
  22. 제1항에 따른 공구가 사용되는 것을 특징으로 하는 재료의 가공 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 가공은 윤활- 또는 냉각제의 첨가 없이 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 공구는 카바이드 또는 HSS-호브이며, 절삭 속도는 60 내지 450m/min인 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 공구는 엔드 밀, 구형 헤드 밀링 커터 또는 러핑 커터인 것을 특징으로 하는 방법.
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