KR20070121448A - 절삭공구용 고경도 ｃｖｄ 다원소 복합막 - Google Patents

절삭공구용 고경도 ｃｖｄ 다원소 복합막 Download PDF

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KR20070121448A
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윤여균
홍성필
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한국야금 주식회사
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Abstract

본 발명은 고경도 내마모 특성을 갖는 절삭공구용 다원소 복합막에 관한 내용으로, 화학증착법(chemical vapor deposition: CVD)을 이용하여, 초경합금, 써메트 및 탄소강, 합금강, 고속도강 등의 공구강의 표면에 내마모성 향상을 위해 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 중에서 적어도 두 개 이상의 금속 혹은 이들의 혼합물, 화합물의 카바이드, 나이트라이드, 카보니트라이드, 옥시카보니트라이드에 반드시 보론이 포함되는 화합물 중 적어도 하나의 상으로 이루어진 고경도 다원소 복합막을 적어도 단일층 혹은 복수층 혹은 다층막 중의 한 층으로 코팅하여, 적어도 두 가지 이상의 금속원소 복합과 더불어 보론 첨가로 내마모성 향상에 기여하는 경도 증가효과를 얻고자 한다. 본 발명의 내마모 특성의 경질막은 (M1x, M2y)(BuCvNw)이며, 여기서 M1과 M2는 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 혹은 이들의 혼합물, 혼합물이며, 이에 사용되는 주요 반응 가스로 Metal chloride(M1 chloride > M2 chloride; M1은 주로 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 혹은 이들의 혼합물, 화합물이며, 좋게는 Ti, Zr, Hf, M2는 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 혹은 이들의 혼합물, 화합물이며, 좋게는 Zr, Hf 중 M1과 중복되지 않을 것)를 사용하며, x+y=1, x>y, 0.01<y<0.35, u+v+w=1, 0.001<u<0.01의 조성으로 구성된 다원소 복합막으로서 내마모성을 증가시켜 절삭공구의 성능을 향상시킨다.

Description

절삭공구용 고경도 ＣＶＤ 다원소 복합막{CVD multi composite film for cutting tools}
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 적층된 막 구조의 2,000배 주사전자현미경(scanning electron microscope: SEM)사진
a: 모재(초경합금)
b: TiN층
c: TiBCN층
d: TiZrBCN층
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 적층된 박막(TiZrBCN(a)) 표면의 3,000배 주사전자현미경(scanning electron microscope: SEM)사진
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 적층된 박막(TiZrBCN(a))의 2회의 절삭성능평가 후, I/S의 광학현미경(Optical microscope: OM)사진
(a), (c) 종래 기술에 의한 코팅
(b), (d) 본 발명에 의한 코팅
본 발명은 고경도 절삭공구 및 내마모성이 필요한 공구용 피복 초경합금 피복 부재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 내마모성을 위해 고경도의 특성을 갖는 절삭공구용 혹은 다양한 공구용 피복 초경합금 부재로 사용되는 고경도 CVD 다원소 복합막에 관한 것이다.
일반적으로 초경합금, 써메트(cermet) 및 탄소강, 합금강, 고속도강 등의 공구강의 표면에 내마모성 향상을 위해 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 중 적어도 하나 이상의 금속의 카바이드(C), 나이트라이드(N), 카보니트라이드(CN), 옥시카보니트라이드(OCN), 보로카보니트라이드(BCN), 옥시보로카보니트라이드(OBCN)를 피복으로 증착함으로서 보다 우수한 절삭성능을 발휘하여 공구수명을 향상시키며, 사용조건의 고속화를 통해 가공효율 증대 및 정밀도 향상 등의 많은 장점을 통해 작업능률 향상효과를 얻을 수 있다는 사실은 널리 알려져 있다.
또한, 기재에 피복을 증착하는 방법은 크게 화학증착법(chemical vapor deposition: CVD)과 물리증착법(physical vapor deposition: PVD)으로 나누어지며, 특히 화학증착법은 고온 화학증착법(high temperature CVD: HT-CVD)과 중온 화학 증착법(moderate temperature CVD: MT-CVD)으로 나뉘는데, MTCVD는 HTCVD 대비, 현저히 낮은 반응온도에서 증착하는 공정이라는 점을 가장 큰 특징으로 한다. 그 온도차이는 수백 ℃에 이르며, MTCVD를 이용하면 고온에서 진행되는 HTCVD공정에서, 상이한 재료간의 열팽창계수 차이로 인해 모재-박막 혹은 박막간 계면에서 필연적으로 발생되는 인장응력에 따른 균열과 그로 인한 부정적인 효과를 막을 수 있으며, 성막속도 향상효과를 얻을 수 있다고 알려져 있다.
또한, MTCVD는 HTCVD 대비보다 낮은 온도에서 소기의 코팅을 효율적으로 수행하기 위해 CH3CN와 같은 카본과 니트로겐의 유기화합물(CN)을 반응가스로 사용한다. HTCVD 혹은 MTCVD를 통해 TiCN을 코팅하는 경우, HTCVD는 티타늄 테트라클로라이드(TiCl4), 수소(H2)와 함께 카본과 니트로겐의 공급원으로서 각각 메탄(CH4), 질소(N2)를 포함하는 반응공정가스를 사용하여 약 1000℃ 이상의 반응온도에서 증착하는데 반해, MTCVD는 상기 반응가스와 함께 카본과 니트로겐의 공급원으로서 CH4 대신 아세틸렌(CH3CN)가스를 이용하여, 700 ~ 900℃의 반응온도 범위에서 효율적인 증착이 이루어진다.
이러한 적어도 한 층 이상의 TiCN 피복을 이용하여 경질부재에 코팅하기 위한 공정가스로서 CH3CN와 같은 카본과 니트로겐의 유기화합물(CN)을 이용하는 MTCVD 코팅기술은 해당 분야에서는 널리 알려져 일반화된 기술이다. A.T.Santhanam, D.T.Quinto의 ASM핸드북. Vol.5, 표면공학(1994), 페이지 900~908의 카바이드, 써메트 및 세라믹 절삭공구의 표면공학(Surface Engineering of Carbide, Cermet and Ceramic Cutting Tools)는 1980년대 중반에 이미 상업화된 초경합금 코팅분야에서 초경합금 위에 TiCN을 증착하기 위해 MTCVD를 이용하는 것을 언급하고 있다. 이것은 통상의 CVD 공정보다 낮은 반응온도 범위에서 빠른 증착속도를 얻기 위해 CH3CN 등의 카본과 니트로겐의 유기화합물(CN)과 TiCl4, H2 혼합물을 반응공정가스로 이용하는 것이다. -CN을 이용하는 MTCVD 공정은 계속적인 진보가 있었다. 한 예로, Odani 등의 미국특허 제5436071호는 반응온도 800 ~ 900℃, 반응압력 30 ~ 200Torr에서, 0.1~1%의 CH3CN, 1~5%의 TiCl4, 0~25%의 N2 그리고 나머지는 H2로 구성된 반응가스 조합을 통해 써메트에 대한 MTCVD TiCN코팅을 시작하였다.
또한, Ralf Tabersky, Harmut Westphal, Hendrikus Van Den Berg, Udo Knig, Volkmar Sottke 등의 미국특허 제5981078호는 초경합금, 써메트, 스틸, 세라믹에 cyanide radical(-C≡N기)을 포함하는 가스를 이용하는 MTCVD를 통해 IV족, V족, VI족 중 2개의 금속을 포함하는 (TiZr)(CN), (TiHf)(CN) 등의 quaternary layer를 증착하기 시작했다.
또한, 최근에는 Holzschuh Helga의 PCT특허 제2004055235호에서는 ZrBxCyNz (x+y+z=1, x = 0.001 ~ 0.05, y = 0 ~ 0.95, z = 0 ~ 0.95)를 경질피복으로 이용하기 위해, Zr halide(5vol% 이상), B halide(5vol% 이하)가스를 이용하였으며, 이 경질피복을 이용하여 내마모성 향상 및 최외각 데코층 외관 개선효과를 제시하였다.
또한, Sakari Ruppi의 미국 특허 제20040265541(A1)은 도핑 효과를 나타내면서, 등축정 입자를 형성하는 (TixAlyXz)(CuOwNv) (x: 0.3~0.8, y: 0.0~0.2, z: 0.0~0.2, u: 0.3~0.9, w: 0.0~0.2, v: 0.3~0.6, X: 4~6족 금속 중 하나임(주로, Zr, Hf))에 대한 특허로서 스테인리스 강에 우수한 성능을 나타내는 박막에 대한 내용을 제시하고 있다. 반응가스로는 CO: 1.5~4.0%, CO2: 0.1~0.8%, CO/CO2 비: 2 이상, AlCl3: 1.0~6.0%, ZrCl4: 1.0~5.0%, HfCl4: 1.0~5.0%이다.
유사한 특허로서 Sakari Ruppi의 미국 특허 제20050013995(A1)는 초경, 써메트, 세라믹, 고속도강, CBN이나 다이아몬드 등의 초고경도 재료에 (TixAlyXz)(CuOwNv)/알루미나 구조(x: 0.3~0.8, y: 0.0~0.1, z: 0.0~0.1, u: 0.3~0.9, w: 0.0~0.1, v: 0.3~0.6, X: Zr, Hf, 알루미나: α-Al2O3, κ-Al2O3, γ-Al2O3)를 적용하여 탄소강에 우수한 성능을 나타내는 박막에 대한 특허를 제시하였다. 또한 박막의 TC(texture coefficients)를 TiCN(422), (331)>5로 한정하고 있다. 반응가스는 CO: 0.1~1.0%, CO2: 0.01~0.08%, CO/CO2 비: 8 이상, AlCl3: 0.5~3.0%, ZrCl4, HfCl4: 0~0.5%, CH3CN이다.
최근 경향은 절삭가공의 고속화를 위해 우수한 내마모성을 갖는 고경도의 경질막이 요구되는 추세이다. 종래 코팅 기술에서는 경도향상을 통한 내마모성 향상을 위해, 카본/나이트로겐의 소스로서 CN을 사용하는 MTCVD공정, 그리고 CH4를 사용하는 HTCVD에서 주로 한 가지 혹은 두 가지 금속의 복합막을 이용하거나 한 가지 금속에 보론을 첨가하는 경질 막을 이용하고 있다. 이러한 종래의 기술의 한계를 넘어서 보다 우수한 경도를 갖는 경질박막이 요구되고 있는 추세이다.
본 발명은 상기와 같은 우수한 경도를 갖는 경질 박막의 요구에 따라, 경질 피복 증착 방법 중 주로 중온 화학증착법을 이용하여, 초경합금, 써메트 및 탄소 강, 합금강, 고속도강 등의 공구강의 표면에 내마모성 향상을 위해 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 중에서 적어도 두 개 이상의 금속 혹은 이들의 혼합물, 화합물의 카바이드, 나이트라이드, 카보니트라이드, 옥시카보니트라이드, 및/또는 카바이드, 나이트라이드, 카보니트라이드, 옥시카보니트라이드에 반드시 보론이 포함되는 화합물 중 적어도 하나의 상으로 이루어진 다원소 복합막을 적어도 단일층 또는 복수층 또는 다층막 중의 한 층으로 코팅하여, 적정한 복합 비율을 갖는 적어도 두 가지 이상의 금속원소와 보론의 첨가로 인한 내마모성 향상 및 고경도를 갖게 하는, 절삭공구용 고경동 CVD 다원소 복합막을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은,
절삭공구 및 내마모성이 필요한 공구용에 사용되는 경질 피복 공구와 관련하여, 경질모재로서 초경합금, 써메트 및 탄소강, 합금강, 고속도강 등의 공구강의 표면에 화학증착법을 이용하여, 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 원소의 카바이드, 나이트라이드, 카보니트라이드 중 적어도 한 층 이상으로 이루어진 경질 피복층을 증착하여, 모재와 다원소 복합막 사이의 계면으로서의 역할을 수행 할 수 있게 하는데, 이 박막의 표면 위에 다시 중온 화학증착법을 이용하여, 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 원소 중에서 적어도 두 개 이상의 금속원소 혹은 이들의 혼합물, 화합물의 카바이드, 나이트라이드, 카보니트라이드, 옥시카보니트라이드, 그리고/혹은 카바이드, 나이트라이드, 카보니트라이드, 옥시카보니트라이드에 반드시 보론이 포함되는 화합물 중 적어도 하나로 이루어지는 다원소 복합막을 단일층 혹은 복수층으로 적용하거나 혹은 다층 막의 한 층으로 코팅하는 고경도 CVD 다원소 복합막을 제공한다.
상기에서 경질 피복 증착은 중온 화학증착법(MTCVD)으로 증착함이 바람직하고, 상기 중온화학증착법에서의 반응가스는 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속의 할로겐화합물 가스이며, 카본/니트로겐 소스로는 시안화기(-CN)를 0.0~2.0vol% 포함하며, 보론 소스로는 보론 할로겐화합물 가스를 10.0~40.0vol% 포함하며, 적어도 두 개 이상의 금속을 포함하기 위해 적어도 두 개 이상의 금속의 할로겐 화합물 가스 1.0~2.0vol%를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 경질 복합막은 화학증착법을 이용한 경질 피복으로서 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 중에서 적어도 두 개 이상의 금속 혹은 이들의 혼합물, 화합물과 보론 첨가 효과를 동시에 이용한 다원소 복합막 형성으로 막구조의 치밀화 및 경도 증가를 얻었으며, 37.0~42.0GPa(좋게는 39.5~41.0GPa)의 경도를 갖는 것을 특징으로 하며, 4.00~4.25(좋게는 4.09~4.20)의 격자 상수를 갖는 것이 바람직하고 상기 경질 박막에 대한 구조는 다원소 복합막을 단일층 혹은 복수층으로 적용하거나 혹은 다층 박막의 한 층으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 상기 CVD 다원소복합막의 증착된 고경도 경질 복합막 중 적어도 하나 이상의 층은 (M1x, M2y)(BuCvNw)이며, 여기서 M1과 M2는 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속이며, 반응 가스로 M1 chloride > M2 chloride의 Metal chloride(M1은 주로 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 혹은 이들의 혼합물, 화합물이며, 좋게는 Ti, Zr, Hf, M2는 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 혹은 이들의 혼합물, 화합물이며, 좋게는 Zr, Hf 중 M1과 중복되지 않을 것)를 사용하며, x+y=1, x>y, 0.01<y<0.35, u+v+w=1, 0.001<u<0.01의 조성을 갖는 경질 복합막이라는 것이 바람직하고, 증착된 고경도 경질 복합막 중 적어도 하나 이상의 층은 반응가스 비율을 TiCl4 > ZrCl4 혹은 TiCl4 > HfCl4로 적용한 (Tix,Zry)(BuCvNw) 혹은 (Tix,Hfy)(BuCvNw) 이며, x+y=1, x>y, 0.01<y<0.35, u+v+w=1, 0.001<u<0.01, Zr 또는 Hf는 1at%이상, 좋게는 1.3at%이상을 포함하며, B는 0.5at%이상, 좋게는 1.1at%이상을 포함함이 바람직하다.
상기와 같은, 본 발명에 따르면, 적어도 두 개 이상의 금속원소를 포함하면서 반드시 보론을 포함하고 있는 고경도 CVD 다원소 복합막을 증착함으로서, 기존 막 대비 치밀한 박막구조를 얻었으며, 향상된 경도를 얻게 되었다. 이러한 경도 향상에 따라 절삭공구 및 내마모성이 필요한 공구에 사용되는 경질 피복으로서의 내마모성 증가 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에서의 다원소 복합막은 두 개 이상의 금속을 포함하는 방법으로 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 원소 중에서 적어도 한 개의 금속원소가 메인 매트릭스를 이루며, 또 다른 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 원소 중에서 적어도 한 개의 금속원소가 치환형으로, 또한 보론이 침입형으로 복합막을 형성하였다. 이러한 방식의 코팅은 초기의 기본 결정격자에 변형을 유발하므로 원자 결정면을 따른 슬립이 어렵게 된다. 이것은 경도향상의 요인으로 작용할 수 있다.
복합막의 경도향상은 금속 간의 비율에 따라 그리고 합금의 특성에 따라 그에 상응하는 강도 혹은 경도의 향상 효과를 볼 수 있다. 이는 보론의 경우도 마찬가지이다. 본 발명의 다원소 복합막 내 금속의 경우는 원자반경이 크며, 서로 유사하기 때문에 치환형으로, 보론은 카바이드, 나이트라이드, 옥사이드와 마찬가지로 원자 반경이 작기 때문에 침입형으로 다원소 복합막을 형성하게 된다. 특히 지르코늄과 티타늄의 합금의 경우는 주기율표상에서 같은 IV족 원소로서 화학적 특성이 유사하여, 상호 고용도가 높기 때문에 높은 고용도를 통해 안정적인 결정구조를 형성하면서 경도 상승 효과를 얻을 수 있다. 티타늄과 지르코늄의 복합막은 기본적으로 티타늄카보니트라이드를 기본으로 하므로, NaCl구조를 이루고 있는 기존의 티타늄카보니트라이드에 지르코늄과 보론이 첨가되어서 결정격자의 변형을 일으켰으며, 이를 통해 경도 상승 효과를 얻을 수 있었다. 이때, 티타늄과 지르코늄의 소스로 사용되는 반응가스의 비율에 따라 경도의 차이를 나타낼 수 있는데, 실시예에서 이들 금속 할로겐소스의 비율에 따른 테스트를 진행하였으며, 그 결과 티타늄 클로라이드가 지르코늄 클로라이드 보다 많이 투입된 박막이 높은 경도를 나타내었다.
한편, 보론의 첨가의 경우도 보론의 확산으로 인하여 모재와 박막 사이의 계면에 에타상( phase)이 발생할 수 있으므로, 경도향상을 위한 적절한 함량의 보론량을 결정하는 것이 중요하다.
경도향상 효과를 얻을 수 있는 다원소 복합막은 (M1x, M2y)(BuCvNw)로 표현될 수 있으며, 여기서 M1과 M2는 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 혹은 이들의 혼 합물, 화합물이며, 반응 가스로 Metal chloride를 사용하고, 여기서, M1 chloride > M2 chloride(M1은 주로 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속이며, 좋게는 Ti, Zr, Hf, M2는 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 혹은 이들의 혼합물, 화합물이며, 좋게는 Zr, Hf 중 M1과 중복되지 않을 것)의 비율로 투입된다. 본 발명의 다원소 복합막의 조성은 XPS(x-ray photoelectron spectroscopy)분석을 통해 x+y=1, x>y, 0.01<y<0.35, u+v+w=1, 0.001<u<0.01의 조성을 갖는 경질 복합막이다.
[실시예]
본 발명의 실시예에 의해 이루어지는 실험은 통상의 MTCVD 기술을 이용하여, 다원소 복합막을 코팅하여, 기존 경질막 대비 경도 향상 및 막 특성 변화를 알아보기 위해 실시되었다. 총 6회의 코팅이 실시되었으며, 다원소 복합막을 증착하기 위한 실시예(1~6)의 반응 가스 조성은 표 1과 같다.
표 1. 테스트 반응조건 및 반응가스조성
박막명 반응온도, 압력, 시간 반응가스 비율
실시예 1 TiCN 900℃, 90mbar, 450분 1.9vol%CH3CN, 2.5vol%TiCl4, N2, H2 for balance
실시예 2 TiBCN 900℃, 90mbar, 450분 0.6vol%CH3CN, 1.4vol%TiCl4, 27.6vol%BCl3, N2, H2 for balance
실시예 3 TiZrCN 900℃, 90mbar, 450분 1.8vol%CH3CN,2.0vol%TiCl4, 2.0vol%ZrCl4,N2, H2 for balance
실시예 4 TiZrBCN(a) 900℃, 90mbar, 450분 CH3CN 2.0vol%이하, N2, H2 for balance TiCl4 > ZrCl4
실시예 5 TiZrBCN(b) 900℃, 90mbar, 450분 CH3CN 2.0vol%이하, N2, H2 for balance TiCl4 ZrCl4
실시예 6 TiZrBCN(c) 900℃, 90mbar, 450분 CH3CN 2.0vol%이하, N2, H2 for balance TiCl4 < ZrCl4
본 코팅을 통해 성막한 (TixZry)(BuCvNw)박막은 5개의 원소를 포함하는 다원소 복합으로 성막하였으며, 미소경도계를 이용하여 경도분석을 실시하였다.
분석 결과, 표 2에서 보는 바와 같이, 본 테스트 막의 경도는 종래의 3원계 박막인 TiCN보다 우수하였으며, 종래의 4원계 박막인 TiBCN, TiZrCN 등의 박막 보다 증가된 결과를 얻을 수 있었다.
또한, 표 3에서 보는 바와 같이, 다원소 복합막 중에서도 반응가스로 Ti chloride > Zr chloride를 사용한 경우, Ti chloride Zr chloride 혹은 Ti chloride < Zr chloride 대비 우수한 경도특성을 나타내었으며, 본 박막은 (TixZry)(BuCvNw)는 x+y=1, x>y, 0.01<y<0.35, u+v+w=1, 0.001<u<0.01의 조성을 가지며, Zr은 1at%이상, 바람직하게는 1.3at%이상을 포함하며, B는 0.5at%이상, 더욱 바람직하게는 1.1at%이상을 포함한다.
표 2. 미소경도분석 결과
종래기술 TiCN 약 26.7 GPa
종래기술 TiBCN 약 32.21GPa
종래기술 TiZrCN 약 37.46 GPa
본 특허기술 (Ti,Zr)(BCN) (a) 약 40.09 GPa
표. 3 미소경도분석 결과
본 특허기술 (Ti,Zr)(BCN) (a) 약 40.09 GPa
본 특허기술 (Ti,Zr)(BCN) (b) 약 36.95 GPa
본 특허기술 (Ti,Zr)(BCN) (c) 약 36.44 GPa
또한, X-ray 회절을 이용하여, 본 코팅 막에 대한 Lattice parameter를 분석하였다. 그 결과, TiCN을 기준으로 하여, B을 첨가한 경우, 격자상수가 작아졌으며, Zr을 첨가한 경우, Ti보다 원자 반경이 큰 Zr의 함량이 증가될수록 격자상수가 증가되었다. 본 발명의 박막은 4.09~4.20의 격자 상수를 나타낸다.
또한, ISO CNMG120408 P20grade 초경 인서트에 본 특허기술에 의한 코팅을 실시하여 절삭성능평가를 실시하였다. V=200m/min, f=0.35mm/rev, d=2.0mm의 조건으로 합금강(SCM440)에 습식 조건에서 2회의 테스트를 진행하였으며, 상면 크레이터 및 측면 마모량을 기준으로 평가한 결과 도. 3에서 보는 바와 같이 종래 코팅품(1차 테스트 VB마모: 0.173mm, 2차 테스트 VB마모: 0.178mm)대비, 경도가 우수한 본 특허품(1차 테스트 VB마모: 0.137mm, 2차 테스트 VB마모: 0.128mm)이 우수한 내 마모성을 나타내었다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 적어도 두개 이상의 금속원소를 포함하면서 반드시 보론을 포함된 고경도 CVD 다원소복합막을 증착할 수 있어서, 원자반경이 작은 침입형 보론으로 다원소복합막을 형성하게 되어 기존막 대비 치밀한 박막구조를 얻을 수 있어서 향상된 경도를 얻을 수 있고, 이러한 향상에 따라 절삭공구 및 내마모성이 필요한 공구에 사용할 수 있어서 경질 피복으로서의 내마모성 증가 효과를 얻을 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것입니다.

Claims (7)

  1. 화학증착법을 이용하여, 초경합금, 써메트 및 탄소강, 합금강, 고속도강 등의 공구강의 표면에 경도 증가에 따른 내마모성 향상을 위해 증착하는 경질박막으로서, 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 중에서 두 개 이상의 금속이나 이들의 혼합물 및 화합물의 카바이드, 나이트라이드, 카보니트라이드, 옥시카보니트라이드, 및/또는 카바이드, 나이트라이드, 카보니트라이드, 옥시카보니트라이드에 반드시 보론이 포함되는 화합물 중 하나 이상의 경질 박막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고경도 CVD 다원소 복합막
  2. 제1항에 있어서, 경질 피복 증착은 중온 화학증착법(MTCVD)에 의해 증착된 것임을 특징으로 하는 고경도 CVD 다원소 복합막
  3. 제2항에 있어서, 상기 중온화학증착법에서의 반응가스는 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속의 할로겐화합물 가스이며, 카본/니트로겐 소스로는 시안화기(-CN)를 0.0~2.0vol% 포함하며, 보론 소스로는 보론 할로겐화합물 가스를 10.0~40.0vol% 포함하며, 두 개 이상의 금속을 포함하기 위해 두 개 이상의 금속의 할로겐 화합물 가스 1.0~2.0vol%를 포함하는 것임을 특징으로 하는 고경도 CVD 다원소 복합막
  4. 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 고경도 CVD 다원소복합막은 37.0~42.0GPa의 경도를 갖고, 4.00~4.25의 격자 상수를 갖는 것임을 특징으로 하는 고경도 CVD 다원소 복합막
  5. 제 1항에 있어서, 상기 경질 박막에 대한 구조는 다원소 복합막을 단일층 혹은 복수층으로 적용하거나 혹은 다층 박막의 한 층으로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 고경도 CVD 다원소 복합막
  6. 제 1항에 있어서, 상기 CVD 다원소복합막의 하나 이상의 층은 (M1x, M2y)(BuCvNw)이고, 여기서 M1과 M2는 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속이며, 증착시 반응 가스로 M1 chloride > M2 chloride의 Metal chloride(M1은 주로 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 혹은 이들의 혼합물, 화합물이며, M2는 주기율표 상의 IV족, V족, VI족 금속 혹은 이들의 혼합물, 화합물이고)를 사용하며, x+y=1, x>y, 0.01<y<0.35, u+v+w=1, 0.001<u<0.01의 조성을 갖는 것임을 특징으로 하는 고경도 CVD 다원소 복합막
  7. 제 6항에 있어서, 증착된 고경도 경질 복합막 중 적어도 하나 이상의 층은 반응가스 비율을 TiCl4 > ZrCl4 혹은 TiCl4 > HfCl4로 적용한 (Tix,Zry)(BuCvNw) 또는 (Tix,Hfy)(BuCvNw) 이며, x+y=1, x>y, 0.01<y<0.35, u+v+w=1, 0.001<u<0.01 이고, Zr 또는 Hf는 1at%이상, B는 0.5at%이상 포함함을 특징으로 하는 고경도 CVD 다원소 복합막
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