KR20080085876A - 시멘트화 탄화물 또는 서멧 기재의 코팅방법 및 코팅된시멘트화 탄화물 또는 서멧 체 - Google Patents

시멘트화 탄화물 또는 서멧 기재의 코팅방법 및 코팅된시멘트화 탄화물 또는 서멧 체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물리적 기상 증착 (PVD) 방법에 의한 시멘트화 탄화물 또는 서멧 기재의 코팅방법으로서, 여기서 완전히 소결된 상기 기재는, 상기 PVD 공정 이전에 추가적인 중간 처리없이, 입자 블라스팅제(particulate blasting agent)를 이용하여 표면에 가까운 기재 영역이 도포된 단일 또는 첫 번째 PVD 층에 존재하는 잔류 응력과 적어도 본질적으로 동일한 크기의 잔류 응력을 갖을 때까지 블라스팅 처리된다. 본 발명은 또한 특히 커팅 공구의 형태의 그러한 코팅된 시멘트화 탄화물 또는 서멧 체(cermet body)에 관한 것이다.

Description

시멘트화 탄화물 또는 서멧 기재의 코팅방법 및 코팅된 시멘트화 탄화물 또는 서멧 체{Method of coating a cemented carbide or cermet substrate body and coated cemented carbide or cermet body}
본 발명은 물리적 기상 증착(PVD)에 의한 시멘트화 탄화물(cemented carbide) 또는 서멧 기재의 코팅방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 코팅된 시멘트화 탄화물 또는 서멧 체(cermet body)에 관한 것이다.
다양한 조성을 갖는 시멘트화 탄화물 또는 서멧 기재가 많은 응용분야에서 제안되어 왔다. 기재 조성은 응용분야의 목적에 따라 조절된다. 예를 들면, 초경도, 온도변동에 대한 내성 또는 내마모성이 특별히 강조되며, 특히 내마모성은 칩(chip) 제조 기계가공에서 사용되는 공구의 경우에 강조된다. 특정한 경우, 일층 이상으로 이루어진 코팅을 갖는 코팅된 기재가 또한 성공적으로 사용되어 왔다. 코팅재료는 주기율표 IVa족 내지 VIa족의 금속의 탄화물, 질화물, 탄화질화물, 산화탄화질화물(oxycarbonitrides), 산화질화물(oxynitrides) 또는 산화물 또는 Al2O3 및 TiAlN과 같은 알루미늄 화합물을 포함한다. 기재를 코팅하기 위하여, 특히 물리적 또는 화학적 기상 증착 방법이 사용된다. 일반적으로, 물리적 기상 증착(PVD) 방법은 저온에서 코팅을 도포할 수 있는 장점이 있다. 종래기술에 따르면, PVD 공정 이전에 기재는 그라인딩된다. 거친 기재 표면(즉 소결상태)을 갖도록 남겨진 기재는 사실상 잔류 압축 또는 인장 응력을 갖지 않는다. 그라인딩 작업의 결과, 시멘트화 탄화물의 경우 -200 내지 -1200 MPa 범위의 잔류 압축 응력이 기재의 표면에 생성된다. 층에 층형성 성분(이온)을 도입하기 위하여 사용되는 고에너지 방법 때문에, PVD 층은 항상 약 -1800 내지 -4000 MPa 범위의 잔류 압축 응력을 갖는다. 코팅과 그라인딩된 기재 사이의 이러한 잔류 압축 응력의 차이는 따라서 소결 상태로 남겨진 기재의 경우보다 작다. 기재와 코팅 사이의 잔류 응력의 차이는 전단 응력(shearing stresses)을 야기하며, 이는 코팅의 접착력에 부정적인 영향을 준다. 이러한 이유 때문에, PVD에 의하여 코팅된 그라인딩되지 않은 기재는 더 나쁜 커팅 성능을 갖는다.
본 발명의 목적은 PVD에 의하여 코팅된 기재 체의 사용 수명을 향상시키는 것이다.
이 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1에 따른 방법 및/또는 청구항 9에 따른 기재 체(substrate body)가 제안된다.
본 발명의 다른 태양은 종속항인 청구항 2 내지 8 및 10에 개시되어 있다.
본 발명의 핵심 아이디어는 시멘트화 탄화물 또는 서멧으로 이루어진 완전히 소결된 기재를, PVD 공정 이전에 추가적인 중간 처리없이, 입자 블라스팅제(particulate blasting agent)를 이용하여 표면에 가까운 기재 영역에서의 잔류 응력이 도포된 단일 또는 첫 번째 PVD 층에 존재하는 잔류 응력과 적어도 실질적으로 동일하게 될 때까지 블라스팅 처리를 하는 것이다.
놀랍게도, 기재 표면에 가까운 영역에서의 기재의 잔류 응력을 PVD 층의 기지의 잔류 압축 응력으로 맞추면(adjust), 사용 수명이 상당히 향상된다는 것이 발견되었다. 원리를 잘 알고 있는 블라스팅 방법을 이용하면, 표면에 가까운 영역은 콤팩트하게 되어, 잔류 압축 응력이 증가한다. 이 잔류 압축 응력을 도포된 단일 또는 첫 번째 PVD 층의 기지의 잔류 압축 응력으로 맞춤으로써, 커팅 성능이 향상되었다.
바람직하게는, 입자를 포함하는 블라스팅제가 이용되며, 상기 입자는 최대입경 600㎛, 바림직하게는 150㎛ 이하, 특히 15 내지 100㎛을 갖는다. 본 발명의 다른 태양에 따르면 건식 블라스팅 방법을 이용하여 처리되는 기재는 바람직하게는 적어도 실질적으로 구상 블라스팅제 또는 둥근 입자 형상(rounded particulate shape)을 갖는 블라스팅제에 의하여 처리된다. 가능한 블라스팅제는 특히 분무 젯트(atomized jets), 주철 과립(cast iron granules), 중금속 분말 또는 이로부터 제조된 합금, 유리, 강옥(corundum), 경금속 과립(hard-metal granules) 및/또는 내파쇄성 세라믹(fracture-resistant ceramics)이다.
또한, 바람직하게는 블라스팅제 또는 블라스팅제들은 적어도 1.0 x 105 내지 10 x 105 Pa, 바람직하게는 1.5 x 105 to 3.5 x 105 Pa의 압력을 갖는 압축공기에 의하여 기재에 가해진다.
기재 표면에 수직이 되도록 향하는 블라스팅제 입자로 기재를 블라스팅하는 것이 특히 유리하다.
상기한 방식의 블라스팅 처리는 주기율표 IVa족 내지 VIa족의 원소의 탄화물, 질화물, 탄화질화물, 산화탄화질화물(oxycarbonitrides), 산화물 또는 산화질화물(oxynitrides) 또는 Al2O3, AlTiN 또는 AlN을 포함하는 후속 PVD 코팅과 관련해서 특히 성공적으로 이루어졌다. 각층의 두께는 바람직하게는 0.1㎛ 내지 10㎛이고 총두께(다층 코팅의 경우)는 20㎛ 이하이다.
따라서, 상기 목적은 상기한 장점들이 적용되는 청구항 9에 따른 코팅된 시멘트화 탄화물 또는 서멧 체에 의하여 달성된다.
이러한 방식으로 코팅된 시멘트화 탄화물 또는 서멧 체는 특히 드릴링, 밀링 또는 선삭(turning) 작업용 커팅 공구로서 제조된다.
하나의 구체적인 구현예에서, 회전 커팅 플레이트들이 350 내지 600도(코팅온도)에서 물리적 기상증착(PVD)에 의하여 AlTiN 코팅으로 코팅되었다. 소결후 후속 처리 없이 또는 단지 그라인딩 처리 후에 코팅된 이 공구들은 마모 때문에 단지 짧은 시간후에 대체되어야 했지만, 본 발명에 의하여 가공된, 즉 소결후 10 내지 60초의 블라스팅 처리를 받은 동일한 형상을 갖는 대응하는 공구들의 사용 수명은 상당히 향상되었다. 이는 절대치로서 100 MPa 이하의, 표면에 가까운 기재의 경계 영역에서의 잔류 인장 응력 또는 매우 작은 잔류 압축 응력과 비교하여, 상기 PVD층들이 SIN2-Ψ 방법에 따라 측정되었을 때 -1.5 내지 3.5 GPa 범위의 잔류 압축 응력을 나타냈기 때문이다. 그러나, 특히 50㎛ 및 100㎛의 둥근 과립으로의 건식 블라스팅 방법을 이용하는 블라스팅 처리의 결과로 표면에 가까운 기재 영역에서의 잔류 인장 응력이 코팅재료 및 PVD 파리미터에 좌우되어 상기 잔류 압축 응력까지 상승되면( +/- 10% 이하), 이러한 잔류 압축 응력의 증가는 공구들의 내마모성을 상당히 향상되게 한다.

Claims (10)

  1. 물리적 기상 증착 (PVD) 방법에 의한 시멘트화 탄화물 또는 서멧 기재의 코팅방법으로서,
    상기 완전히 소결된 기재를, 상기 PVD 공정 이전에 추가적인 중간 처리없이, 입자 블라스팅제(particulate blasting agent)를 이용하여 표면에 가까운 기재 영역에서의 잔류 응력이 도포된 단일 또는 첫 번째 PVD 층에 존재하는 잔류 응력과 적어도 실질적으로 동일하게 될 때까지 블라스팅 처리를 하는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 블라스팅제는 최대 입경 600㎛, 바림직하게는 150㎛ 이하, 더욱 바람직하게 100㎛ 이하를 갖는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기재는 건식 블라스팅 방법에 의하여 처리되는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 블라스팅제는 적어도 실질적으로 둥근 입자 형상(rounded particulate shape)을 갖는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사용되는 블라스팅제는 분무 젯트(atomized jets), 주철 과립(cast iron granules), 중금속 분말 또는 이로부터 제조된 합금, 유리, 강옥(corundum), 경금속 과립(hard-metal granules) 및/또는 내파쇄성 세라믹(fracture-resistant ceramics)인 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 블라스팅제 또는 블라스팅제들은 적어도 1.0 x 105 내지 10 x 105 Pa, 바람직하게는 1.5 x 105 to 3.5 x 105 Pa의 압력을 갖는 압축공기에 의하여 상기 기재에 가해지는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 블라스팅제는 기재 표면에 수직이 되도록 향하는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 블라스팅 처리후에, 상기 기재는 주기율표 IVa족 내지 VIa족의 원소의 탄화물, 질화물, 탄화질화물, 산화탄화질화물(oxycarbonitrides), 산화물 또는 산화질화물(oxynitrides) 또는 Al2O3, AlTiN 또는 AlN으로 이루어진 일층 이상으로 코팅되며, 상기 각층의 두께는 0.1㎛ 내지 10㎛이고 또한 총두께는 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  9. 코팅을 구비한 시멘트화 탄화물 또는 서멧 체(cermet body)로서,
    표면에 가까운 상기 기재 영역에서의 잔류 응력이 도포된 단일, 또는 복수의 층의 경우에는 첫 번째 PVD 층의 잔류 응력과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 시멘트화 탄화물 또는 서멧 체.
  10. 제9항에 있어서, 상기 시멘트화 탄화물 기재 또는 서멧 체는 커팅 공구인 것을 특징으로 하는 시멘트화 탄화물 또는 서멧 체.
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