KR20110105980A - Cutting tool having multi coating layers with improved oxidation resistance and high hardness - Google Patents

Cutting tool having multi coating layers with improved oxidation resistance and high hardness Download PDF

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KR20110105980A KR1020100025143A KR20100025143A KR20110105980A KR 20110105980 A KR20110105980 A KR 20110105980A KR 1020100025143 A KR1020100025143 A KR 1020100025143A KR 20100025143 A KR20100025143 A KR 20100025143A KR 20110105980 A KR20110105980 A KR 20110105980A
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Abstract

본 발명은 다층 코팅 절삭공구에 관한 것으로서, 초경합금, 써멧 또는 세라믹으로 형성된 모재 위에 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 "CVD"라 한다)과 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition, 이하 "PVD"라 한다)을 병행(hybrid)하여 하이브리드 다층 코팅(hybrid multi-layer coating)을 증착하여, 내마모성, 내산화성, 내치핑성 등을 획기적으로 개선한 절삭공구에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-layer coated cutting tool, wherein chemical vapor deposition (hereinafter referred to as "CVD") and physical vapor deposition ("PVD") are formed on a base material formed of cemented carbide, cermet or ceramic. The invention relates to a cutting tool in which a hybrid multi-layer coating is deposited in parallel to improve wear resistance, oxidation resistance, chipping resistance, and the like.

Description

고경도 및 내산화성을 갖는 다층막 절삭공구{CUTTING TOOL HAVING MULTI COATING LAYERS WITH IMPROVED OXIDATION RESISTANCE AND HIGH HARDNESS}CUTTING TOOL HAVING MULTI COATING LAYERS WITH IMPROVED OXIDATION RESISTANCE AND HIGH HARDNESS}

본 발명은 고경도 및 내산화성을 갖는 절삭공구에 대한 것으로서, 특히 고온에서의 경도와 내산화성이 우수한 절삭공구에 대한 것이다. 본 발명에 의한 절삭공구는 화학적 기상 증착(CVD)과 물리적 기상 증착(PVD)을 병행(hybrid)하여 코팅된 하이브리드 다층 코팅층을 적층하여 내마모성과, 내산화성, 내치핑성 등의 기계적 특성이 우수하다. 본 발명에 의한 절삭공구는 특히, 인덱서블 공구의 인써트 (indexible insert)로 유용하게 적용될 수 있다.The present invention relates to a cutting tool having high hardness and oxidation resistance, and particularly to a cutting tool having excellent hardness and oxidation resistance at high temperature. The cutting tool according to the present invention has excellent mechanical properties such as wear resistance, oxidation resistance, and chipping resistance by laminating a hybrid multilayer coating layer coated by hybridizing chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD). . The cutting tool according to the present invention can be particularly usefully applied as an indexable insert of an indexable tool.

인써트(insert)를 교체하면서 사용하는 공구를 인덱서블 공구라고 하는데, 여기서 실제 절삭을 담당하는 부분이 인써트이다. 일반적으로, 상기 인써트를 절삭공구라고 할 때도 있고, 상기 인써트가 삽입된 인덱서블 공구 전체를 절삭공구라고 하기도 하며, 두 가지 모두를 절삭공구라고 하기도 한다. 본 발명에서는 인써트와 인써트가 삽입된 인덱서블 공구를 모두 절삭공구라고 한다.The tool used to replace the insert is called an indexable tool, where the part responsible for the actual cutting is the insert. In general, the insert is sometimes referred to as a cutting tool, the entire indexable tool into which the insert is inserted may be referred to as a cutting tool, and both may be referred to as cutting tools. In the present invention, both the insert and the indexable tool into which the insert is inserted are called cutting tools.

이러한 절삭공구 또는 인써트는 일반적으로 피가공물의 재질보다 경도가 높고, 내마모성이 우수해야 하는 동시에 절삭가공시 발생하는 기계적 충격에 견딜 수 있는 적절한 인성을 가지고 있어야 한다. 이러한 요구사항을 만족하는 재질로서 초경합금, 써멧, 세라믹 등의 재질이 알려져 있는데, 이들 재질을 그대로 절삭공구로 하면 마모 등의 문제로 인하여 공구의 수명이 길지 않기 때문에 상기 초경합금, 써멧, 세라믹 등의 재질을 모재로 하여 여기에 코팅을 하여 공구로 사용한다.Such cutting tools or inserts generally have a higher hardness than the material of the workpiece, have good abrasion resistance, and have appropriate toughness to withstand the mechanical impact generated during cutting. Carbide alloys, cermets, ceramics, and the like are known as materials that satisfy these requirements. If these materials are used as cutting tools, the life of the tool is not long due to problems such as wear. It is used as a tool by coating it on the base material.

예컨대, 공구의 수명 향상을 위하여, 상기 초경합금 등으로 된 모재보다 경도가 더 우수한 TiN, TiC, TiCN 등과 같은 비산화물계 세라믹 물질들을, CVD(화학적 기상증착) 또는 PVD (물리적 기상증착) 공법을 이용하여 상기 모재의 표면에 단층 또는 다층 코팅하는 등의 노력이 있어 왔다. 그러나 가공 속도가 높고 이로 인해 고온, 고압이 발생하는 조건에서의 절삭 가공의 경우, 상기와 같은 비산화물계 박막은 산소와 반응하여 산화되거나 또는 열전달로 인하여 공구의 인선에 소성변형이 발생하여 그 사용에 문제점이 있다.For example, in order to improve the life of the tool, non-oxide ceramic materials such as TiN, TiC, TiCN, etc., which are harder than the base material of the cemented carbide, are used by CVD (chemical vapor deposition) or PVD (physical vapor deposition). Thus, efforts have been made to coat the surface of the base material with a single layer or multiple layers. However, in the case of cutting at high speed and high temperature and high pressure, the non-oxide-based thin film is oxidized or reacted with oxygen or plastic deformation occurs at the edge of the tool due to heat transfer. There is a problem.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 상기 비산화물계 박막과 더불어, 고온에서 내산화성이 우수하고 열의 차단효과가 있는 산화물계 박막인 Al2O3 박막을 추가로 형성한 다층박막을 절삭공구에 적용하려는 시도가 있었다. 이러한 다층박막은 공구수명을 획기적으로 증가시키는 것이 확인되었다. 이러한 시도에 기초하여 초경합금 등으로 된 모재 위에, 예를 들어, TiCN/Al2O3/TiN 순의 적층순서를 갖는 다층 박막을 형성하는 것이 현재 상용되는 다층 세라믹 박막의 대표적인 예라고 할 수 있다.In order to solve this problem, in addition to the non-oxide-based thin film, an attempt to apply a multi-layered thin film further formed Al 2 O 3 thin film, which is an oxide-based thin film having excellent oxidation resistance and heat blocking effect at a high temperature. There was. Such multilayer thin films have been found to dramatically increase tool life. Based on such an attempt, forming a multilayer thin film having, for example, TiCN / Al 2 O 3 / TiN lamination order on a base material made of cemented carbide or the like can be said to be a typical example of a multilayer ceramic thin film currently commercially available.

그런데, 상기 Al2O3는 고온에서 내산화성과 경도가 우수한 장점은 있지만, 취성(brittleness)이 강한 재료이기 때문에, 절삭가공시 기계적 단속(interupt) 이 발생하는 경우, 결손(缺損)이나 치핑(chipping)이 발생하기 쉬운 단점이 있다. 그리고 상기 Al2O3 박막은 CVD 방법으로 형성되었는데, 상기 CVD 방법으로 Al2O3 코팅층을 형성하기 위해서는 일반적으로 1000~1100℃의 고온이 필요하게 되며, 상기 코팅 공정이 완료된 후에는 냉각공정을 거치는데, 이러한 냉각공정 과정에서 모재와 세라믹 박막 간의 열팽창 계수의 차이로 인하여 상기 코팅된 박막의 표면과 내부 사이에 인장잔류응력(tensile residual stress)이 생겨 열균열이 발생하고 이러한 열균열은 박막의 인성을 저하시키는 단점이 있다.By the way, Al 2 O 3 has the advantage of excellent oxidation resistance and hardness at high temperature, but because of the brittleness of the material, when the mechanical interupt occurs during cutting, defects or chipping ( There is a disadvantage that chipping is likely to occur. The Al 2 O 3 thin film was formed by a CVD method. In order to form an Al 2 O 3 coating layer by the CVD method, a high temperature of 1000 to 1100 ° C. is generally required. After the coating process is completed, a cooling process is performed. In this cooling process, due to the difference in thermal expansion coefficient between the base material and the ceramic thin film, a tensile residual stress is generated between the surface and the inside of the coated thin film, and thermal cracking occurs. There is a disadvantage that the toughness is lowered.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로서 미국특허 US 5,597,272호 및 US 5,776,588호 등에서는 MTCVD(Moderate Temperature Chemical Vapor Deposition; 중온 화학적 기상 증착법)에 의해 형성된 TiCN/Al2O3/TiN의 적층구조를 갖는 다층 박막이 형성된 초경합금 절삭공구의 인선부에 브러쉬와 다이아몬드 페이스트 등을 이용하여 표면처리를 실시함으로써, 인선부의 알루미나(Al2O3) 두께를 얇게 하거나 제거시킴으로써 CVD 방법으로 코팅된 초경합금의 인성, 내치핑성, 내결손성 등을 향상시키는 방법이 소개되어 있다.As a method for solving this problem, US Pat. Nos. 5,597,272 and 5,776,588 disclose a multilayer thin film having a stacked structure of TiCN / Al 2 O 3 / TiN formed by MTCVD (Moderate Temperature Chemical Vapor Deposition). The surface treatment is performed by using a brush and a diamond paste on the edge portion of the formed cemented carbide cutting tool, thereby reducing or reducing the thickness of the alumina (Al 2 O 3 ) of the edge portion of the cemented carbide. , Methods of improving defect resistance are introduced.

그리고, 유럽특허 EP 0,693,574호, 미국특허 US 6,015,614호 및 미국특허공개 US 2002/0039521호 등에는, CVD 공정 후 Al2O3 내에 발생하는 인장잔류응력을 완화할 목적으로, CVD 코팅 후 물과 약 100~300 mesh의 Al2O3 분말을 혼합한 슬러리를 일정 압력으로 CVD 코팅 초경합금에 분사하는 블라스팅(blasting) 공정을 적용하여 박막내의 인장잔류응력을 완화하거나, 또는 압축잔류응력(compressive residual stress)을 부여하여 절삭공구의 내치핑성과 내결손성을 향상시키는 방법이 소개되어 있다.In addition, European Patent EP 0,693,574, US Patent US 6,015,614, US Patent Publication US 2002/0039521, etc., Al 2 O 3 after the CVD process In order to alleviate the tensile residual stress generated inside, by applying a blasting process to inject a slurry of water and Al 2 O 3 powder of about 100 ~ 300 mesh to the CVD coated cemented carbide at a certain pressure after CVD coating A method of improving the chipping resistance and fracture resistance of a cutting tool by introducing a tensile residual stress in a thin film or by applying a compressive residual stress is introduced.

상기와 같은 방법을 적용하였을 때, Al2O3 박막의 내치핑성과 내결손성은 종전 보다 향상되기는 하지만, 근본적으로 Al2O3 박막의 취성을 극복하기에는 부족한 점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 미국특허 US 5,143,488호에서는, 초경합금 모재 위에 내층(inner layer)으로서 CVD공법으로 제조된 TiN, ZrN, HfN을 형성하고, 그 위에 PVD공법으로 TiN, ZrN, HfN 또는 TiCN, ZrCN, HfCN 등을 형성하여, 이러한 층들이 압축잔류응력을 갖도록 하는 것이 소개되어 있다. 아울러 한국특허 10-0665266에는 WC와 Co로 구성된 단순계 초경합금의 모재 표면에 MTCVD 방법으로 TiCN, TiC, TiN을 증착하고, 그 위에 PVD 방법으로 TiAlN 또는 AlTiN을 단층 혹은 다층으로 형성하는 기술이 소개되어 있다.When the above method is applied, the chipping resistance and the fracture resistance of the Al 2 O 3 thin film are better than before, but there is a deficiency in overcoming the brittleness of the Al 2 O 3 thin film. In order to solve this problem, US Pat. No. 5,143,488, forms TiN, ZrN, HfN produced by the CVD method as an inner layer on a cemented carbide base material, and TiN, ZrN, HfN or TiCN, It is introduced to form ZrCN, HfCN, etc. so that these layers have compressive residual stress. In addition, Korean Patent No. 10-0665266 discloses a technique for depositing TiCN, TiC, TiN on the surface of a simple cemented carbide composed of WC and Co by MTCVD, and forming TiAlN or AlTiN on a single layer or multilayer by PVD method. have.

상기와 같이 CVD 방법과 PVD 방법을 병행하여 박막을 형성하는 하이브리드 다층 코팅(hybrid multi-layer coating)은, 종래 CVD공법의 일종인 MTCVD 방법으로 형성된 TiCN / Al2O3 / TiN의 적층구조를 갖는 박막이 갖고 있던 Al2O3 의 취성문제를 해결하는 방법의 하나이다. 왜냐하면 PVD공법은 CVD공법에 비하여 코팅온도가 낮고(약 600℃ 부근), 반응 챔버내에서 타겟에서 증발한 코팅물질들이 전자기력에 의하여 가속되어 운동에너지를 지닌 상태로 모재 표면에 충돌하며 성막되기 때문에 박막의 밀도가 치밀하고, 공정 후 박막표면 및 내부에는 공구수명에 유리한 압축잔류응력이 형성되어 내치핑성과 내결손성이 우수하기 때문이다.As described above, the hybrid multi-layer coating for forming a thin film by using a CVD method and a PVD method is TiCN / Al 2 O 3 formed by the MTCVD method, which is a kind of a conventional CVD method. It is one of the methods to solve the brittleness problem of Al 2 O 3 that a thin film having a / TiN lamination structure has. Because the PVD method has a lower coating temperature than the CVD method (around 600 ° C), the coating materials evaporated from the target in the reaction chamber are accelerated by the electromagnetic force and collide with the surface of the base material with kinetic energy to form a thin film. This is because the density of D is high and the compressive residual stress is formed on the surface and the inside of the thin film after the process, which is advantageous for tool life, so that the chipping resistance and the fracture resistance are excellent.

그러나, 상기와 같이 모재 위에 MTCVD방법으로 TiCN 코팅을 1차로 형성하고 이어 PVD방법에 의하여 AlTiN 또는 TiAlN 등을 형성하여 적층구조가 형성된 하이브리드 코팅의 경우, 밀링가공과 같은 단속가공에서는 우수한 개선효과가 나타나지만, 선삭 가공과 같은 연속가공 위주의 공정에서 약간의 단속이 발생하며, 가공속도가 높은 경우에는 주로 내마모성의 한계가 있다는 문제점이 있다.However, as described above, in the case of the hybrid coating in which the laminated structure is formed by forming TiCN coating on the base material by MTCVD method first and then forming AlTiN or TiAlN by PVD method, an excellent improvement effect is shown in intermittent processing such as milling. In the continuous processing-oriented processes such as turning, a slight interruption occurs, when the machining speed is high, there is a problem that there is a limit mainly to wear resistance.

이에 본 발명에서는, 상기 설명한 CVD 방법에 의하여 형성된 Al2O3 박막의 취성의 문제를 해결함과 동시에, CVD 방법과 PVD 방법을 병용하여 형성된 종래 하이브리드 코팅의 내마모성 문제를 해결하고자 한다. 또한 본 발명은 고속 가공에서 요구되는 내마모성, 내산화성, 내치핑성 및 내결손성 등을 만족하는 코팅을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention is intended to solve the problem of brittleness of the Al 2 O 3 thin film formed by the CVD method described above, and at the same time solve the wear resistance problem of the conventional hybrid coating formed by using the CVD method and the PVD method. In addition, the present invention is to provide a coating that satisfies the wear resistance, oxidation resistance, chipping resistance and defect resistance required in high speed processing.

따라서 본 발명의 목적은, 우수한 내마모성, 내산화성, 내치핑성 및 내결손성을 갖는 코팅막을 구비하는 절삭공구를 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide a cutting tool having a coating film having excellent abrasion resistance, oxidation resistance, chipping resistance and defect resistance.

본 발명의 다른 목적은, 우수한 내마모성, 내산화성, 내치핑성 및 내결손성을 갖는 코팅막을 구비하는 절삭공구의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a cutting tool having a coating film having excellent wear resistance, oxidation resistance, chipping resistance and defect resistance.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 절삭공구용 모재(300), 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD)에 의하여 상기 모재에 형성된 제 1 코팅층(100) 및 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition; PVD)에 의하여 상기 제 1 코팅층에 형성된 제 2 코팅층(200)을 포함하며, 상기 제 2 코팅층은 적어도 3단계의 층구조를 갖는 절삭공구를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, a cutting tool base material 300, the first coating layer 100 formed on the base material by chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (physical vapor deposition); PVD) and the second coating layer 200 formed on the first coating layer, the second coating layer provides a cutting tool having a layer structure of at least three stages.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 절삭공구용 모재는 초경합금, 써멧 및 세라믹으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나에 의하여 형성될 수 있다.According to an example of the present invention, the cutting tool base material may be formed by any one selected from the group consisting of cemented carbide, cermet and ceramics.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 제 1 코팅층을 형성하는 화학적 기상 증착법은 중온 화학적 기상 증착법(moderate temperature chemical vapor deposition; MTCVD)이며, 상기 제 1 코팅층의 두께는, 예를 들어 3 내지 10㎛ 정도가 가능하다.According to an example of the present invention, the chemical vapor deposition method for forming the first coating layer is a medium temperature chemical vapor deposition (MTCVD), the thickness of the first coating layer is, for example, about 3 to 10㎛ It is possible.

본 발명의 일례에 따르면, 제 1 코팅층은 티타늄(Ti), 탄소(C) 및 질소(N)를 포함하고, 또한 붕소(B) 및 산소(O) 중 적어도 하나를 더 포함한다.According to an example of the present invention, the first coating layer comprises titanium (Ti), carbon (C) and nitrogen (N), and further includes at least one of boron (B) and oxygen (O).

본 발명의 일례에 따르면, 상기 제 1 코팅층의 우선성장 방위는 311 또는 220인 것이 가능하다.According to an example of the present invention, the preferential growth orientation of the first coating layer may be 311 or 220.

상기 제 1 코팅층에서, 상기 티타늄(Ti)의 함량은 40 내지 90 중량%인 정도로 함유될 수 있으며, 상기 붕소(B)의 함량은 0 내지 2 중량% 인 것이 가능하다.In the first coating layer, the content of titanium (Ti) may be contained in an amount of 40 to 90% by weight, and the content of boron (B) may be 0 to 2% by weight.

한편, 상기 제 2 코팅층은 적어도 3단계의 층구조를 갖는데, 본 발명의 일례에 따르면, 상기 제2 코팅층(200)은 제 1 단계층(210); 제 2 단계층(220); 및 제 3 단계층(230);을 포함한다. 본 발명의 일례에 따르면 상기 제 1 단계층(210)은 예를 들어 인성 강화층으로 작용하고, 상기 제 2 단계층(220)은 내마모성 강화층으로 작용할 수 있으며, 상기 제 3 단계층(230)은 내산화성 및 경도 강화층으로 작용할 수 있다.On the other hand, the second coating layer has a layer structure of at least three steps, according to an example of the present invention, the second coating layer 200 is a first step layer 210; Second step layer 220; And a third step layer 230. According to an example of the present invention, the first step layer 210 may act as a toughening reinforcing layer, for example, the second step layer 220 may function as a wear resistant reinforcing layer, and the third step layer 230. May act as an oxidation resistance and hardness enhancement layer.

여기서, 상기 제 1 단계층(210)은 TikAl1 - kN의 조성을 가지며, 0.3 ≤ k ≤ 0.7 인 것이 가능하다.Here, the first step layer 210 has a composition of Ti k Al 1 - k N, and may be 0.3 ≦ k ≦ 0.7.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 제 2 단계층(220)은, AlaTibSi1 -a- bN의 조성을 가지며 0.3≤a≤0.7, 0.3≤b≤0.7 및 0<1-a-b≤0.1 인 단위층 A(221); TimAl1 -mN의 조성을 가지며 0.3≤m≤0.7인 단위층 B(222); 및 AlxTi1 - xN의 조성을 가지며 0.3≤x≤0.7인 단위층 C(223);를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 단위층 A(221), 단위층 B(222) 및 단위층 C(223)는 각각 적어도 1회 이상 교대로 적층되는 것이 가능하다. 바람직하게는 상기 단위층 A(221), 단위층 B(222) 및 단위층 C(223)는 각각 1회 내지 4회 주기로 적층될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the second step layer 220 has a composition of Al a Ti b Si 1 -a- b N and has 0.3 ≦ a ≦ 0.7, 0.3 b ≦ 0.7 and 0 <1-ab ≦ 0.1 Phosphorus unit layer A 221; A unit layer B 222 having a composition of Ti m Al 1 -m N and having 0.3 ≦ m ≦ 0.7; And a unit layer C (223) having a composition of Al x Ti 1 - x N and having 0.3 ≦ x ≦ 0.7. Here, the unit layers A 221, the unit layers B 222, and the unit layers C 223 may be alternately stacked at least once or more times. Preferably, the unit layer A 221, the unit layer B 222, and the unit layer C 223 may be stacked in one to four cycles, respectively.

예를 들어, 단위층 A, B, C의 주기는 [단위층A-단위층B-단위층C]의 형태, [단위층A-단위층B-단위층C-단위층A-단위층B]의 형태, [단위층A-단위층C-단위층B-단위층A]의 형태 등 다양한 형태로 적층할 수 있으며, 또한, 상기 단위층 A(221), 단위층 B(222) 및 단위층 C(223)를 단일층으로 적층할 수 있다. 상기 단위층들의 적층형태는, 상기 단위층 A(221), 단위층 B(222) 및 단위층 C(223)는 각각 적어도 1회 이상 교대로 적층되기만 한다면 본 발명의 목적에 부합되도록 당업자가 필요에 의하여 적층형태를 조정하여 실시할 수 있을 것이다.For example, the periods of the unit layers A, B, and C are in the form of [unit layer A-unit layer B-unit layer C], [unit layer A-unit layer B-unit layer C-unit layer A-unit layer B]. ], [Unit layer A-unit layer C-unit layer B-unit layer A], and the like, and can also be laminated in various forms. Further, the unit layer A 221, the unit layer B 222 and the unit Layer C 223 may be stacked in a single layer. In the stacking form of the unit layers, those skilled in the art are required to meet the object of the present invention as long as the unit layer A 221, the unit layer B 222, and the unit layer C 223 are alternately stacked at least once each. It can be carried out by adjusting the stacking form by.

한편, 상기 제 3 단계층(230)은, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 및 질소(N)를 포함하며, 또한 실리콘(Si) 및 이트륨(Y) 중 적어도 하나를 더 포함하는 것이 가능하다. 본 발명의 일례에 따르면, 상기 제 3 단계층은 AldTie(Si, Y)1-d- eN의 조성을 가지며, 여기서 0.3≤d≤0.7, 0.3≤e≤0.7, 0<1-d-e≤0.1인 것이 가능하다.Meanwhile, the third step layer 230 may include aluminum (Al), titanium (Ti), and nitrogen (N), and may further include at least one of silicon (Si) and yttrium (Y). . According to an example of the present invention, the third step layer has a composition of Al d Ti e (Si, Y) 1-d- N, wherein 0.3 ≦ d ≦ 0.7, 0.3 ≦ e ≦ 0.7, 0 <1-de It is possible to be ≤0.1.

상기 제 1 단계층(210), 제 2 단계층(220) 및 제 3 단계층(230)의 두께는 서로 같거나 다를 수 있으며, 각각 단계층의 두께범위는 0.1 내지 5㎛의 범위인 것이 가능하다. The thickness of the first step layer 210, the second step layer 220 and the third step layer 230 may be the same or different from each other, the thickness of the step layer may be in the range of 0.1 to 5㎛ each Do.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 제 2 코팅층의 우선결정방위는 200인 것이 가능하다.According to one embodiment of the present invention, the preferred crystal orientation of the second coating layer may be 200.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 모재(300)와 상기 제 1 코팅층(100) 사이에된 하지층(400)이 추가로 형성될 수 있다. 상기 하지층(400)의 두께는, 예를 들면, 0.1 내지 10㎛인 것이 가능하다.According to an example of the present invention, an underlayer 400 formed between the base material 300 and the first coating layer 100 may be further formed. The thickness of the base layer 400 may be, for example, 0.1 to 10 μm.

본 발명은 또한, 절삭공구용 모재(300)를 준비하는 단계; 상기 모재에 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 방법에 의하여 제 1 코팅층(100)을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 코팅층 위에, 물리적 기상 증착(physical vapor deposition; PVD) 방법에 의하여 제 2 코팅층(200)을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 제 2 코팅층을 형성하는 단계에서는 적어도 3회 이상의 코팅을 수행하여 상기 제 2 코팅층이 3단계 이상의 층구조를 갖도록 하는 절삭공구의 제조방법을 제공한다. The present invention also comprises the steps of preparing a base material 300 for cutting tools; Forming a first coating layer (100) on the base material by chemical vapor deposition (CVD); And forming a second coating layer 200 on the first coating layer by a physical vapor deposition (PVD) method, wherein the forming of the second coating layer includes at least three coatings. It provides a method for producing a cutting tool to perform the second coating layer has a layer structure of three or more steps.

본 발명의 일례에 의하면, 상기 제 1 코팅층을 형성하는 화학적 기상 증착은 중온 화학적 기상 증착(moderate temperature chemical vapor deposition; MTCVD)인 것이 가능하다.According to one embodiment of the present invention, the chemical vapor deposition forming the first coating layer may be a medium temperature chemical vapor deposition (MTCVD).

본 발명의 일례에 의하면, 상기 제 2 코팅층(200)을 형성하는 단계는 다시 세분화되어, 제 1 단계층(210)을 형성하는 단계; 제 2 단계층(220)을 형성하는 단계; 및 제 3 단계층(230)을 형성하는 단계;를 포함한다. 상기에서도 설명한 바와 같이, 상기 제 1 단계층(210)은 예를 들어 인성 강화층으로 작용할 수 있고, 상기 제 2 단계층(220)은 내마모성 강화층으로 작용할 수 있으며, 상기 제 3 단계층(230)은 내산화성 및 경도 강화층으로 작용할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the step of forming the second coating layer 200 may be further subdivided to form a first step layer 210; Forming a second step layer 220; And forming a third step layer 230. As described above, the first step layer 210 may act as a toughness reinforcing layer, for example, the second step layer 220 may act as a wear resistant reinforcement layer, and the third step layer 230. ) May act as an oxidation resistance and hardness enhancement layer.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 제 2 단계층(220)을 형성하는 단계는, AlaTibSi1-a-bN의 조성을 가지며 0.3≤a≤0.7, 0.3≤b≤0.7 및 0<1-a-b≤0.1 인 단위층 A(221)를 형성하는 단계; TimAl1 -mN의 조성을 가지며 0.3≤m≤0.7인 단위층 B(222)를 형성하는 단계; 및 AlxTi1 - xN의 조성을 가지며 0.3≤x≤0.7인 단위층 C(223)를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 단위층 A(221), 단위층 B(222) 및 단위층 C(223)를 형성하는 단계는 각각 적어도 1회 이상 실시될 수 있으며, 바람직하게는 상기 단위층 A(221), 단위층 B(222) 및 단위층 C(223)는 각각 1회 내지 4회 주기로 적층되도록 할 수 있다.According to an example of the present invention, the forming of the second step layer 220 may have a composition of Al a Ti b Si 1-ab N and has 0.3 ≦ a ≦ 0.7, 0.3 ≦ b ≦ 0.7 and 0 <1-ab Forming a unit layer A 221 of ≤ 0.1; Forming a unit layer B 222 having a composition of Ti m Al 1 -m N and having 0.3 ≦ m ≦ 0.7; It may include; - and Al x Ti 1 x N having the composition of forming the unit layer 0.3≤x≤0.7 C (223). Here, the forming of the unit layer A 221, the unit layer B 222, and the unit layer C 223 may be performed at least one or more times, and preferably, the unit layer A 221, the unit The layer B 222 and the unit layer C 223 may be stacked in one to four cycles, respectively.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 제 1 코팅층(100)을 형성하는 단계 이전에, 모재에 하지층(400)을 형성하는 단계를 실시할 수 있다. 상기 하지층(400)의 두께는, 예를 들면, 0.1 내지 10㎛가 되도록 형성할 수 있다.According to an example of the present invention, before the forming of the first coating layer 100, the forming of the base layer 400 on the base material may be performed. The base layer 400 may be formed to have a thickness of, for example, 0.1 to 10 μm.

본 발명에 의하면, CVD 방법, 특히 MTCVD 방법에 의하여 모재에 Ti(B,C,N), Ti(C,O,N), Ti(B,C,N,O)와 같은 Ti를 주성분으로 하는 제 1 코팅층을 형성함으로써, 종래 상용화된 TiCN 코팅층보다 박막 주상정입자가 미세화되어 경도와 내마모성이 향상된 박막을 확보할 수 있다. 또한 상기 제 1 코팅층 위에 PVD 방법을 이용하여 3단계 구조를 갖는 제 2 코팅층인 PVD 박막을 형성함으로써 종래 하이브리드 코팅이 갖는 고온 내마모성, 내산화성의 문제점을 해결할 수 있었다.According to the present invention, the base material is mainly composed of Ti, such as Ti (B, C, N), Ti (C, O, N), Ti (B, C, N, O), by the CVD method, particularly the MTCVD method. By forming the first coating layer, the thin film columnar crystal grains are finer than the conventional commercially available TiCN coating layer, thereby obtaining a thin film having improved hardness and wear resistance. In addition, by forming a PVD thin film, which is a second coating layer having a three-step structure, on the first coating layer by using a PVD method, high temperature wear resistance and oxidation resistance of the conventional hybrid coating may be solved.

상기 3단계 구조를 갖는 제 2 코팅층(200) 중에서 특히 제 2 단계 층(220)은 다층으로 형성하여 박막의 경도를 증가시켜 내마모성 강화층으로 작용하게 함으로써 선삭가공과 같은 연속가공에 보다 적합하게 하였다. 또한, 최외각층인 제 3 단계층(230)은 AlTiN에 Si나 Y를 첨가하여 구성함으로써, 고온경도, 내산화성 및 고경도성을 부여하여 고온이 발생하는 고속선삭가공에서 종래의 하이브리드 코팅보다 우수한 내마모성과 내치핑성, 내산화성을 구현할 수 있도록 하였다. Among the second coating layer 200 having the three-step structure, the second step layer 220 is formed in multiple layers to increase the hardness of the thin film to act as a wear-resistant reinforcing layer, making it more suitable for continuous processing such as turning. . In addition, the third step layer 230, which is the outermost layer, is formed by adding Si or Y to AlTiN, thereby providing high temperature hardness, oxidation resistance, and high hardness, and thus having higher wear resistance than conventional hybrid coatings in high-speed turning processing in which high temperature is generated. And chipping resistance and oxidation resistance.

또한 상기 3단계 적층 구조를 갖는 제 2 코팅층은 압축잔류응력을 갖는 것이 특징으로서, Ti를 주성분으로 하는 제 1 코팅층 위에 상기 제 2 코팅층을 형성함으로써 종래 CVD 박막인 MTCVD 방법에 의하여 형성된 TiCN/Al2O3/TiN의 적층구조를 갖는 박막과 비교하여 내치핑성과 내결손성이 획기적으로 개선되는 인성 향상효과를 얻을 수 있다.In addition, the second coating layer having the three-step laminated structure is characterized in that it has a compressive residual stress, TiCN / Al 2 formed by the MTCVD method of the conventional CVD thin film by forming the second coating layer on the first coating layer containing Ti as a main component Compared with a thin film having a laminated structure of O 3 / TiN, a toughness improving effect of remarkably improving chipping resistance and fracture resistance can be obtained.

도 1은 본 발명의 일례에 의한 절삭공구의 단면을 모식적으로 표현한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 일례에 의한 절삭공구의 단면을 모식적으로 표현한 것이다.
1 is a schematic representation of a cross section of a cutting tool according to an example of the present invention.
2 is a schematic representation of a cross section of a cutting tool according to another example of the present invention.

이하 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일례에 의한 절삭공구의 단면이며, 도 2는 본 발명의 다른 일례에 의한 절삭공구의 단면으로서, 도 2에 의한 절삭공구는 하지층(400)을 을 더 포함하고 있다.1 is a cross section of a cutting tool according to an example of the present invention, and FIG. 2 is a cross section of a cutting tool according to another example of the present invention, and the cutting tool according to FIG. 2 further includes an underlayer 400.

본 발명의 일례에 따르면, 초경합금 등으로 된 모재(300)의 표면에 먼저 MTCVD방법으로 제 1 코팅층(100)인 TiCN 계열의 박막을 형성하고, 이어 PVD 방법으로 제 2 코팅층(200)인 AlTiN계열의 박막을 형성하였다.According to an example of the present invention, the TiCN-based thin film, which is the first coating layer 100, is first formed on the surface of the base material 300 made of cemented carbide, or the like, followed by the AlTiN series, which is the second coating layer 200 by the PVD method. A thin film of was formed.

여기서, 다층박막이 갖는 내마모성을 보다 향상시키기 위하여 MTCVD 방법으로 제 1 코팅층(100)인 TiCN 계열의 박막을 형성하며, 이 과정에서 입자미세화로 인한 경도 및 내마모성을 향상시키기 위해서 CO 가스와 BCl3 가스를 동시에 또는 1종씩 도핑한다. Here, in order to further improve wear resistance of the multilayer thin film, a TiCN-based thin film, which is the first coating layer 100, is formed by MTCVD, and in this process, CO gas and BCl 3 gas are used to improve hardness and abrasion resistance due to fine particles. Doping at the same time or one by one.

즉, 상기 MTCVD 공정은 약 800~900℃의 온도와 70~100mbar의 압력에서 실시되며 반응가스로서 TiCl4, CH3CN, H2, N2가 사용되는데, 이때, CO 가스와 BCl3 가스 중 적어도 1종을 추가적으로 도핑되는 것이다. 여기서 도핑되는 BCl3 가스는 전체 반응가스 유량의 약 0.1~0.2 부피l%, CO 가스는 전체 반응가스 유량의 약 4~6 부피% 정도로 할 수 있다. 상기 제 1 코팅층을 형성을 위한 코팅시간은 약 100~300분을 유지시킨다. 상기의 BCl3 가스의 도핑 유량과 CO 가스의 도핑 유량은 동시에 유입되거나 단독으로 유입되어도 유효하다. That is, the MTCVD process is carried out at a temperature of about 800 ~ 900 ℃ and a pressure of 70 ~ 100mbar and used as the reaction gas TiCl 4 , CH 3 CN, H 2 , N 2 , wherein, in the CO gas and BCl 3 gas At least one additionally doped. The doped BCl 3 gas may be about 0.1 to 0.2% by volume of the total reaction gas flow rate, CO gas may be about 4 to 6% by volume of the total reaction gas flow rate. Coating time for forming the first coating layer is maintained for about 100 ~ 300 minutes. The doping flow rate of the BCl 3 gas and the doping flow rate of the CO gas are effective even if introduced at the same time or flowed alone.

상기와 같은 방법으로 형성된 제 1 코팅층(100)인 TiCN 계열의 박막은, 예를 들어, Ti(B, C, N), Ti(C, O, N), 또는 Ti(B, C, O, N) 등의 조성을 가질 수 있다. 상기 제 1 코팅층은 약 3~10㎛의 두께를 가질 수 있으며, 우선성장 방위는 (311) 또는 (220)이 가능하다. 여기서, 원소조성은 0<B, C, N, O≤60 중량% 정도이며, 상기 B의 함량은 0<B≤2 중량%가 바람직하다. The TiCN-based thin film, which is the first coating layer 100 formed by the above method, is, for example, Ti (B, C, N), Ti (C, O, N), or Ti (B, C, O, N) or the like. The first coating layer may have a thickness of about 3 ~ 10㎛, preferential growth orientation (311) or (220) is possible. Here, the element composition is 0 <B, C, N, O ≤ 60% by weight, the content of B is preferably 0 <B ≤ 2% by weight.

상기 제 1 코팅층 위에 PVD 공법을 이용하여 3단계 박막 구조를 갖는 제 2 코팅층(200)을 형성한다. A second coating layer 200 having a three-step thin film structure is formed on the first coating layer by using a PVD method.

제 1 단계층(210)은 인성 강화층인 TikAl1 - kN이며 원자조성은 0.3≤k≤0.7이고, 그 두께는 0.1~5㎛인 것이 바람직하다. Step layer 210 1 toughness enhancement layer of Ti Al k 1 - k and the N atom 0.3≤k≤0.7 composition, and its thickness is preferably 0.1 ~ 5㎛.

제 2 단계층(220)은 내마모성 강화층으로서, AlaTibSi1 -a- bN 으로 된 단위층 A(221), TimAl1 - mN 으로 된 단위층 B(222) 및 AlxTi1 - xN 으로 된 단위층 C(223)가 각각 적어도 한층 이상 교대로 적층된 복합다층 박막구조이다. 이때, 단위층 A(221)인 AlaTibSi1 -a- bN 의 원자조성은 0.3≤a≤0.7, 0.3≤b≤0.7, 0<1-a-b≤0.1이며, 단위층 B(222)인 TimAl1 - mN 의 원자조성은 0.3≤y≤0.7이고, 상기 단위층 C(223)인 AlxTi1-xN 의 원자조성은 0.3≤x≤0.7 이다. 상기 제 2 단계층의 두께는 0.1~5㎛인 것이 바람직하다. The second step layer 220 is a wear-resistant reinforcing layer, a unit layer A (221) made of Al a Ti b Si 1 -a- b N, a unit layer B (222) made of Ti m Al 1 - m N, and Al x Ti 1 - a unit layer C (223) to x N is at least one layer is a composite multi-layered thin film alternately laminated in at least each. At this time, the atomic composition of Al a Ti b Si 1 -a- b N, which is the unit layer A 221, is 0.3 ≦ a ≦ 0.7, 0.3 b ≦ 0.7, 0 <1-ab ≦ 0.1, and unit layer B (222). ), The atomic composition of Ti m Al 1 - m N is 0.3 ≦ y ≦ 0.7, and the atomic composition of Al x Ti 1-x N, which is the unit layer C (223), is 0.3 ≦ x ≦ 0.7. It is preferable that the thickness of a said 2nd step layer is 0.1-5 micrometers.

제 3 단계층은 내산화성 및 경도 강화층인 AldTie(Si, Y)1-d- eN 이고 원자조성은 0.3≤d≤0.7, 0.3≤e≤0.7, 0<1-d-e≤0.1이며, 그 두께는 0.1~5㎛의 범위를 가진다. The third step layer is Al d Ti e (Si, Y) 1-d- N, which is an oxidation resistance and hardness strengthening layer, and the atomic composition is 0.3 ≦ d ≦ 0.7, 0.3 ≦ e ≦ 0.7, 0 <1-de ≦ 0.1 The thickness is in the range of 0.1 to 5 mu m.

이와 같은 3단계 구조를 갖는 PVD 박막으로 된 제 2 코팅층(200)을 형성하기 위하여, 증착 타겟으로서 AlTiSi, TiAl, AlTi, 또는 AlTiY 합금을 사용하며, 물리적 증착방식인 아크 이온 플레이팅 방식을 이용하여 코팅을 하였다. In order to form the second coating layer 200 made of a PVD thin film having a three-step structure as described above, AlTiSi, TiAl, AlTi, or AlTiY alloy is used as a deposition target, and an arc ion plating method, which is a physical vapor deposition method, is used. Coating.

코팅공정의 초기 진공도는 8.5×0-5Torr이하로 감압하고 반응가스로 N2를 주입하였다. 코팅을 위한 위한 가스압력은 30×0-5Torr 이하이며, 바람직하게는 20×0-5Torr 이하이다, 코팅 온도는 400~550℃로 조정하였으며, 코팅시 기판 바이어스 전압은 -20~-150V으로 인가하였다. 물론 작업 조건은 장비 특성 및 조건에 따라 달라질 수 있다.
Initial vacuum degree of the coating process was reduced to 8.5 × 0 -5 Torr or less and N 2 was injected into the reaction gas. Gas pressure for the coating is 30 × 0 -5 Torr or less, preferably 20 × 0 -5 Torr or less, the coating temperature is adjusted to 400 ~ 550 ℃, the substrate bias voltage during coating is -20 ~ -150V Was applied. Of course, the working conditions may vary depending on the equipment characteristics and conditions.

이하 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples.

<실시예 및 비교예>&Lt; Examples and Comparative Examples &

하기 표 1의 구성으로 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 6에 따른 절삭공구를 제조하였다. 참고로, 실시예 및 비교예서 코팅에 적용된 성분별 조성 함량은 하기 시험예 1의 표 2에 개시되어 있다.Cutting tools according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 6 were prepared in the following Table 1. For reference, the composition content of each component applied to the coating examples and comparative examples is disclosed in Table 2 of the following Test Example 1.

모재Base material 하지층
(CVD)
(0.5~1㎛)
Base layer
(CVD)
(0.5 ~ 1㎛)
제1코팅층
(MTCVD)
(8~10㎛)
First coating layer
(MTCVD)
(8 ~ 10㎛)
제 2 코팅층 (PVD)Second coating layer (PVD)
1단계
(1~3㎛)
Stage 1
(1 ~ 3㎛)
2단계
(2~4㎛)
Tier 2
(2 ~ 4㎛)
3단계
(0.5~3㎛)
Tier 3
(0.5 ~ 3㎛)
실시예 1Example 1 94WC
-0.5WTiC
-5.5Co
94WC
-0.5WTiC
-5.5 Co
TiNTiN Ti(B,C,N)Ti (B, C, N) TiAlNTiAlN AlTiSiN/TiAlN /AlTiNAlTiSiN / TiAlN / AlTiN AlTi(Si,Y)NAlTi (Si, Y) N
실시예 2Example 2 Ti(C,O,N)Ti (C, O, N) 실시예 3Example 3 Ti(B,C,O,N)Ti (B, C, O, N) 비교예 1Comparative Example 1 Ti(C,N)Ti (C, N) TiAlN 단층TiAlN monolayer 비교예 2Comparative Example 2 Ti(C,N)Ti (C, N) AlTiN 단층AlTiN monolayer 비교예 3Comparative Example 3 Ti(B,C,N)Ti (B, C, N) AlTiN 단층AlTiN monolayer 비교예 4Comparative Example 4 Ti(C,N)Ti (C, N) TiAlNTiAlN AlTiSiN/TiAlNAlTiSiN / TiAlN AlTi(Si,Y)NAlTi (Si, Y) N 비교예 5Comparative Example 5 Ti(B,C,N)Ti (B, C, N) TiAlNTiAlN AlTiSiN/TiAlN
/AlTiN
AlTiSiN / TiAlN
/ AlTiN
비교예 6Comparative Example 6 Ti(C,N)Ti (C, N) CVD방법 Al2O3/TiNCVD method Al 2 O 3 / TiN

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

WC(Tungsten Carbide) 94%, Co 5.5%, 0.5% WTiC의 조성을 갖는 초경합금을 모재로 사용하였다. 상기 모재 위에, 기재층(400)으로서 CVD공법을 이용하여 0.5~1㎛의 TiN을 먼저 형성하였다.A cemented carbide having a composition of Tungsten Carbide (WC) 94%, Co 5.5%, and 0.5% WTiC was used as the base material. On the base material, 0.5-1 μm TiN was first formed using the CVD method as the base layer 400.

이어, MTCVD공법을 이용하여 약 850~900℃의 온도와 85~95mbar의 압력조건에서 H2, N2, TiCl4, CH3CN 가스 및 B 도핑 소스(source)로서 BCl3 가스를 이용하여 약 360분간 코팅하여 8~10㎛의 두께를 갖는 Ti(B,C,N) 박막을 형성함으로써 제 1 코팅층(100)을 형성하였다. 상기 BCl3 가스는 50~100ml/min의 조건으로 반응챔버에 유입시켰다. 상기 제 1 코팅층의 우선성장방위는 (311) 또는 (220)이다. Next, using the MTCVD method, H 2 , N 2 , TiCl 4 , CH 3 CN gas and BCl 3 gas were used as B doping source at a temperature of about 850-900 ° C. and a pressure of 85-95 mbar. The first coating layer 100 was formed by coating for 360 minutes to form a thin film of Ti (B, C, N) having a thickness of 8 ~ 10㎛. The BCl 3 gas was introduced into the reaction chamber under the condition of 50-100 ml / min. The preferential growth direction of the first coating layer is (311) or (220).

상기 제 1 코팅층을 형성한 후, PVD 아크 이온 플레이팅 공법을 이용하여 3단계의 적층구조를 갖는 PVD박막을 형성함으로써 제 2 코팅층(200)을 형성하였다. After the first coating layer was formed, the second coating layer 200 was formed by forming a PVD thin film having a three-layer laminated structure by using a PVD arc ion plating method.

상기의 PVD 박막 형성함에 있어서, 사용 타겟은 AlTiSi 합금, AlTi 합금, TiAl 합금의 3종류 합금을 사용하였고, 반응챔버 내의 초기 진공도는 8.5×0-5Torr 이하로 감압하였으며, 반응가스로 N2를 주입하였다. PVD코팅 공정 중 가스 압력은 20×0-5Torr 이하, 코팅 온도는 450~550℃로 조절하였으며, 코팅 공정 중 모재에 인가되는 바이어스 전압은 -100~-110V로 조절하였다. In forming the PVD thin film, three types of alloys of AlTiSi alloy, AlTi alloy, and TiAl alloy were used, and the initial vacuum in the reaction chamber was reduced to 8.5 × 0 -5 Torr or lower, and N 2 was reacted as a reaction gas. Injected. Gas pressure during the PVD coating process was adjusted to 20 × 0 -5 Torr or less, the coating temperature was adjusted to 450 ~ 550 ℃, the bias voltage applied to the base material during the coating process was adjusted to -100 ~ -110V.

상기 제 2 코팅층은 형성하는 3단계 구조를 갖는 박막 중 제 1 단계층은 인성 강화층인 TikAl1 - kN이며 원자조성은 0.3≤k≤0.7, 0.3≤1-k≤0.7이고, 그 두께는 1~3㎛로 형성하였다. 제 2 단계층은 내마모성 강화층으로서, 단위층(A) AlaTibSi1 -a- bN 막과, 단위층(B) TimAl1 -mN 막과, 단위층(C) AlxTi1 - xN 막을 각각 한층씩 여러 주기로 적층한 복합다층 박막구조로서, 두께는 2~4㎛로 형성하였다. 제 3 단계층은 내산화층 및 고경도층인데 AldTie(Si, Y)1-d- eN 이고 원자조성은 0.3≤d≤0.7, 0.3≤e≤0.7, 0<1-d-e≤0.1이며, 그 두께는 0.5~3㎛이 되도록 형성하였다. 상기 제 2 코팅층을 형성하는 각각의 1~3 단계층의 우선결정방위는 (200)면을 갖는다. 각각 성분의 구체적인 함량은 표 2에 개시되어 있다.
The first coating layer of the thin film having a three-step structure to form the second coating layer is a toughened layer Ti k Al 1 - k N and the atomic composition is 0.3≤k≤0.7, 0.3≤1-k≤0.7, The thickness was formed in 1-3 micrometers. The second step layer is an abrasion resistant reinforcement layer, wherein the unit layer (A) Al a Ti b Si 1 -a- b N film, the unit layer (B) Ti m Al 1 -m N film, and the unit layer (C) Al x Ti 1 - x N film as a composite multi-layer thin film structure in which several lamination cycle by more each, and the thickness was formed to 2 ~ 4㎛. The third stage layer is an oxidation resistant layer and a hardened layer, Al d Ti e (Si, Y) 1-d- e N and atomic composition of 0.3≤d≤0.7, 0.3≤e≤0.7, 0 <1-de≤0.1 It was formed so that the thickness might be 0.5-3 micrometers. The preferred crystal orientation of each of the first to third stage layers forming the second coating layer has a (200) plane. Specific contents of each component are shown in Table 2.

<실시예 2> <Example 2>

실시예 1과 비교하여, 제 1 코팅층을 형성할 때 Ti(B,C,N) 대신 Ti(C,O,N)을 형성하는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 상기 Ti(C,O,N)을 형성하기 위하여 코팅 온도와 압력, 코팅시간, H2, N2, TiCl4, CH3CN 가스의 유량은 실시예 1과 동일하게 하며, 도핑가스로서 BCl3 대신 CO를 사용하여 2.0~2.5 l/min의 유량으로 반응챔버 안에 유입되도록 하였다.
In comparison with Example 1, the same process as in Example 1 was performed except that Ti (C, O, N) was formed instead of Ti (B, C, N) when the first coating layer was formed. In order to form the Ti (C, O, N), the coating temperature and pressure, the coating time, the flow rate of H 2 , N 2 , TiCl 4 , CH 3 CN gas is the same as in Example 1, BCl 3 as a doping gas Instead, CO was used to flow into the reaction chamber at a flow rate of 2.0-2.5 l / min.

<실시예 3><Example 3>

실시예 1과 비교할 때, Ti(B,C,N) 대신 Ti(B,C,O,N)을 형성하는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. Ti(B,C,O,N)을 형성하기 위하여 코팅 온도와 압력, 코팅시간, H2, N2, TiCl4, CH3CN 가스의 유량은 실시예 1과 동일하게 하며 도핑가스로서 BCl3와 CO를 모두 사용하되, BCl3 가스는 50~100ml/min의 조건으로 반응챔버에 유입시켰고, CO는 2.0~2.5l/min의 유량으로 반응챔버 안에 유입되도록 하였다.
When compared with Example 1, it carried out similarly to Example 1 except forming Ti (B, C, O, N) instead of Ti (B, C, N). In order to form Ti (B, C, O, N), coating temperature and pressure, coating time, and the flow rate of H 2 , N 2 , TiCl 4 , CH 3 CN gas were same as in Example 1 and BCl 3 as doping gas. Both and CO were used, but BCl 3 gas was introduced into the reaction chamber under the conditions of 50-100 ml / min, and CO was allowed to enter the reaction chamber at a flow rate of 2.0-2.5 l / min.

<비교예 1>Comparative Example 1

실시예 1에서 사용된 것과 동일한 조성의 초경합금 모재 위에 CVD공법으로 0.5~1㎛의 두께를 갖는 TiN을 형성하여 하지층을 형성한 후, MTCVD공법을 이용하여 8~10㎛의 두께를 갖는 TiCN을 형성하여 제 1 코팅층을 형성하였다. 그 후, PVD 아크 이온플레이팅 공법을 이용하여 TiAlN을 단층으로 약 3~5㎛의 두께로 형성하여 제 2 코팅층을 형성하였다.
After forming TiN having a thickness of 0.5 to 1 μm on the cemented carbide base material having the same composition as used in Example 1 to form a base layer, TiCN having a thickness of 8 to 10 μm was formed using the MTCVD method. To form a first coating layer. Thereafter, TiAlN was formed in a single layer with a thickness of about 3 to 5 μm using a PVD arc ion plating method to form a second coating layer.

<비교예 2>Comparative Example 2

비교예 1과 비교하여, 제 2 코팅층으로서 단층의 TiAlN층 대신 AlTiN 단층을 형성하였다.
In comparison with Comparative Example 1, an AlTiN single layer was formed instead of a single TiAlN layer as the second coating layer.

<비교예 3>Comparative Example 3

제 1 코팅층으로서 MTCVD 방법에 의하여 Ti(B,C,N)을 형성하는 것을 제외하고 비교예 2와 동일하게 제조하였다.
Except for forming Ti (B, C, N) by the MTCVD method as a first coating layer was prepared in the same manner as in Comparative Example 2.

<비교예 4><Comparative Example 4>

실시예 1과 비교하여, 제 1 코팅층으로서 비교예 1과 동일한 TiCN을 형성하고, 제 2 코팅층(200) 중 제 2 단계층(220)으로서 AlTiSiN/TiAlN 을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Compared with Example 1, the same TiCN as in Comparative Example 1 was formed as the first coating layer, and the same as in Example 1 except that AlTiSiN / TiAlN was formed as the second step layer 220 of the second coating layer 200. It was carried out.

<비교예 5>Comparative Example 5

실시예 1과 비교하여, 제 2 코팅층의 3 단계층을 형성하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
Compared with Example 1, it was carried out in the same manner as in Example 1 except that the three-stage layer of the second coating layer was not formed.

<비교예 6>Comparative Example 6

비교예 1과 비교하여, 제 2 코팅층으로서 CVD 방법으로 Al2O3층을 형성하고 그 위에 최상층으로써 CVD 방법으로 TiN을 형성한 것을 제외하고 비교예 1과 동일하게 실시하였다.
Compared with Comparative Example 1, it was carried out in the same manner as in Comparative Example 1 except that the Al 2 O 3 layer was formed by the CVD method as a second coating layer, and TiN was formed by the CVD method as a top layer thereon.

<시험예 1><Test Example 1>

실시예 1~3과 비교예 1~6에서 제조된 절삭공구에 대하여 에너지 회절 X선 분석(EDX, Energy Dispersive X-ray Spectrometer)과 플라즈마 방전 성분 분석(GDOES, Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy)에 의하여 코팅층을 형성하는 박막의 조성을 분석을 하였다. 박막의 조성은 표 2에 도시하였다.The coating layer of the cutting tools prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 6 by energy diffraction X-ray spectroscopy (EDX) and plasma discharge component analysis (GDOES, Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy) The composition of the thin film to form a was analyzed. The composition of the thin film is shown in Table 2.

CVD층 박막조성 분석
(EDX+GDOES, wt%)
CVD thin film composition analysis
(EDX + GDOES, wt%)
PVD(CVD)층 박막조성 분석
(EDX+GDOES, at.%)
PVD (CVD) thin film composition analysis
(EDX + GDOES, at.%)
TiTi BB CC NN OO AlAl TiTi SiSi YY NN OO 실시예 1Example 1 54.554.5 1.21.2 20.920.9 23.423.4 31.531.5 17.217.2 1.81.8 0.20.2 49.349.3 실시예 2Example 2 50.250.2 16.216.2 23.123.1 10.510.5 30.430.4 18.118.1 1.51.5 0.10.1 49.149.1 실시예 3Example 3 50.550.5 1.41.4 16.916.9 21.921.9 9.39.3 31.231.2 18.218.2 1.71.7 0.30.3 48.648.6 비교예 1Comparative Example 1 53.653.6 22.922.9 23.523.5 24.424.4 23.523.5 -- -- 52.152.1 비교예 2Comparative Example 2 52.752.7 21.421.4 25.925.9 29.429.4 19.519.5 -- -- 51.151.1 비교예 3Comparative Example 3 54.254.2 1.31.3 20.820.8 23.723.7 28.228.2 20.420.4 -- -- 51.451.4 비교예 4Comparative Example 4 52.452.4 23.223.2 25.425.4 30.330.3 18.218.2 1.61.6 0.20.2 48.948.9 비교예 5Comparative Example 5 54.154.1 1.21.2 21.621.6 23.123.1 30.430.4 1919 1.71.7 48.948.9 비교예 6Comparative Example 6 53.153.1 22.622.6 24.324.3 52.152.1 1.31.3 0.80.8 45.845.8

<시험예 2><Test Example 2>

에너지 회절 X선 분석(EDX, Energy Dispersive X-ray Spectrometer)과 플라즈마 방전 성분 분석(GDOES, Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy)에 의하여 박막두께 분석을 실시하여 그 결과를 표 3에 표시하였다.Thin film thickness was analyzed by Energy Diffraction X-ray Spectrometer (EDX) and Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy (GDOES), and the results are shown in Table 3.

아울러, 표 3에서는 X선 회절분석(XRD)에 의한 우선결정방위, 상온 박막경도 및 열화경도 테스트 결과도 도시하였다.In addition, Table 3 also shows the results of the preferential crystal orientation, room temperature thin film hardness and deterioration hardness test by X-ray diffraction analysis (XRD).

먼저, 실시예 1~3과 비교예 1~6에서 제조된 절삭공구에 대해 1㎛의 다이아몬드 연마제로 연마한 초경합금 모재 위에 각각의 박막을 증착시킨 시편에 대하여 Cu의 ka선을 이용한 2θ법을 이용한 X선 회절분석(XRD)을 하였다.First, using the 2θ method using Cu ka line for specimens in which each thin film was deposited on a cemented carbide base material polished with a diamond abrasive of 1 μm for the cutting tools prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 6, respectively. X-ray diffraction analysis (XRD) was performed.

또한, 박막경도는 Fischerscope(HP100C-XYP; 독일 HELMUT FISCHER GMBH, ISO14577)를 사용하여 미소경도테스트 결과를 나타내었으며, 900℃에서 30분간 열처리 노내에서 열화 테스트를 실시하여 열처리 후 경도값, 즉 열화경도값을 측정하였다. 그 결과는 표 3에 도시되어 있다.In addition, the thin film hardness showed the results of micro hardness test using Fischerscope (HP100C-XYP; German HELMUT FISCHER GMBH, ISO14577), and the hardness value after the heat treatment, that is, the thermal hardness, was carried out in a heat treatment furnace at 900 ° C. for 30 minutes. The value was measured. The results are shown in Table 3.

실시예 1~3 및 비교예 1~6을 비교할 때, PVD 층인 제 2 코팅층의 박막구조가 다층으로 이루어진 경우 단일층에 비해 강화효과에 의한 우수한 경도특성을 갖는다. 단일층에 비해 다층박막의 경우 반복으로 적층된 박막 계면층이 전위의 이동을 억제하여, 경도향상 효과를 얻을 수 있다. 아울러, 실시예 1~3과 같이 산화에 의한 열화경도 감소현상을 최외각층이 억제한다면, 고온에서도 중간층의 우수한 고온 경도 물성을 유지시킬 수 있는 것이다.Comparing Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 6, when the thin film structure of the second coating layer, which is a PVD layer, is formed of a multilayer, it has excellent hardness characteristics due to the strengthening effect compared to a single layer. In the case of a multilayer thin film, compared to a single layer, the thin film interface layer repeatedly laminated suppresses dislocation movement, thereby obtaining an effect of improving hardness. In addition, as shown in Examples 1 to 3, if the outermost layer suppresses the reduction of deterioration hardness due to oxidation, it is possible to maintain excellent high temperature hardness properties of the intermediate layer even at high temperatures.

열화 테스트 진행시 실시예 1~3과 비교예 1~6에서 고온에 의한 박막의 산화반응이 발생하게 된다. During the deterioration test, the oxidation reaction of the thin film due to the high temperature occurs in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 6.

본 발명의 실시예 1~3의 경우, 제 2 코팅층의 제 3 단계층(230)인 최외각층(내산화층)은 고온에 의해 산화반응이 일어남에 따라 박막 표면에 Al2O3와 SiO2 , Y2O3층의 2가지 산화층을 형성된다. 그 결과 실시예 1~3은 특히 비교예 1~3인 TiAlN, AlTiN 박막보다 우수한 내산화 특성을 갖는다. 일반적으로, SiO2층과 Y2O3층은 TiO2와 Al2O3 산화층 보다 안정적이고 빠르게 산화층을 형성하여, 고용 원소인 Al과 Ti의 원자 확산을 억제하며, 경질박막 내에 고용원소 고갈로 인한 경도가 감소하는 경도열화 현상을 억제한다.In Examples 1 to 3 of the present invention, the outermost layer (oxidation layer), which is the third step layer 230 of the second coating layer, has Al 2 O 3 and SiO 2 , Two oxide layers of Y 2 O 3 layers are formed. As a result, Examples 1-3 have especially oxidation-resistant characteristics superior to the TiAlN and AlTiN thin films which are Comparative Examples 1-3. In general, the SiO 2 layer and the Y 2 O 3 layer form an oxide layer that is more stable and faster than the TiO 2 and Al 2 O 3 oxide layers, thereby suppressing atomic diffusion of Al and Ti as solid solutions and depleting the solid solution in the hard thin film. Suppresses the hardness deterioration caused by the decrease in hardness.

한편, 표 3의 결과에서 보는 바와 같이 실시예 1~3의 CVD 층은 비교예에 비하여 보다 우수한 상온 경도를 가짐을 알 수 있다. 이는 MTCVD 층에 첨가된 B 또는 O 원소로 인하여 박막 주상정 조직이 더욱 미세화되어 박막경도가 증가한 것으로 판단된다. On the other hand, as shown in the results of Table 3 it can be seen that the CVD layer of Examples 1 to 3 has a superior room temperature hardness than the comparative example. It is believed that the thin film columnar structure is further refined due to the B or O element added to the MTCVD layer, thereby increasing the thin film hardness.

반면, 실시예 1~3과 비교예 1~6에서 CVD 층(CVD+MTCVD)에 대한 열화경도를 확인한 결과에서 확인할 수 있듯이, CVD 층의 열화경도 감소는 현상은 크지 않음을 확인할 수 있다. 이는 박막의 최외각부인 PVD 층에서 산화층이 형성되어, CVD 내부층까지는 열화현상이 진행되지 않음을 확인할 수있다. On the other hand, as can be seen from the results of confirming the degradation hardness of the CVD layer (CVD + MTCVD) in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 6, it can be seen that the decrease in the degradation hardness of the CVD layer is not large. The oxide layer is formed in the outermost portion of the thin film PVD layer, it can be seen that the degradation does not proceed to the CVD inner layer.

상기 경도열화 현상은 고속, 고이송 절삭가공시 내마모 특성에 큰 영향을 주는 주요 인자이다. 상기와 같이 경도열화 현상이 억제된다면 절삭가공시 우수한 절삭성능 및 절삭수명을 유지할 수 있을 것이다.The hardness deterioration phenomenon is a major factor that greatly affects the wear resistance during high speed and high feed cutting. If the hardness deterioration is suppressed as described above it will be possible to maintain excellent cutting performance and cutting life during cutting.

박막두께(㎛)Thin film thickness (㎛) 우선결정방위(XRD)Preferred Crystal Direction (XRD) 상온
박막경도(GPa)
Room temperature
Thin Film Hardness (GPa)
열화경도(GPa)
900℃, 30min
Degradation Hardness (GPa)
900 ℃, 30min
CVD층CVD layer PVD층PVD layer CVD층
CVD+MTCVD
CVD layer
CVD + MTCVD
PVD층
(CVD층)
PVD layer
(CVD layer)
CVD층
CVD+MTCVD
CVD layer
CVD + MTCVD
PVD층
(CVD층)
PVD layer
(CVD layer)
CVD층
CVD+MTCVD
CVD layer
CVD + MTCVD
PVD층
(CVD층)
PVD layer
(CVD layer)
실시예 1Example 1 10.210.2 3.53.5 (311)(311) (200)(200) 2828 3939 2727 3939 실시예 2Example 2 10.310.3 3.23.2 (220)(220) (200)(200) 2626 4141 2626 3838 실시예 3Example 3 10.610.6 3.13.1 (311)(311) (200)(200) 2727 4040 2626 3939 비교예 1Comparative Example 1 10.110.1 3.33.3 (220)(220) (200)(200) 2323 3030 2323 2424 비교예 2Comparative Example 2 10.810.8 3.43.4 (220)(220) (200)(200) 2222 3636 2121 2929 비교예 3Comparative Example 3 10.510.5 3.13.1 (311)(311) (200)(200) 2828 3636 2626 2828 비교예 4Comparative Example 4 10.410.4 3.23.2 (220)(220) (200)(200) 2222 4040 2222 3838 비교예 5Comparative Example 5 10.310.3 3.43.4 (311)(311) (200)(200) 2828 3838 2727 3737 비교예 6Comparative Example 6 10.710.7 3.53.5 (220)(220) (220)(220) 2222 3030 2121 3030

<시험예 3> 내마모성능 테스트Test Example 3 Wear Resistance Test

실시예 1~3과 비교예 1~6에서 제조된 절삭공구에 대하여 내마모성을 비교하였다. 상기 내마모성능 평가조건은 아래와 같다.Wear resistance was compared with respect to the cutting tools manufactured in Examples 1-3 and Comparative Examples 1-6. The wear resistance evaluation conditions are as follows.

절삭속도 (Vc) = 400m/minCutting speed (Vc) = 400 m / min

이송속도 (fn) = 0.35mm/revFeedrate (fn) = 0.35mm / rev

절입깊이 (ap) = 2.0mmDepth of cut (ap) = 2.0mm

절삭유: 습식Coolant: Wet

가공물재질: GC250 (회주철, Φ300, 실린더타입)Workpiece material: GC250 (Gray Cast Iron, Φ300, Cylinder Type)

가공방식: 연속가공
Processing method: Continuous processing

상기의 조건으로 실시된 내마모성능 평가 결과를 표 4에 정리하였다. Table 4 summarizes the results of the wear resistance evaluation performed under the above conditions.

평가결과, 본 발명의 박막이 적용된 실시예 1~3은 종래의 박막이 적용된 비교예 1 및 2와 비교할 때, 공구수명이 대폭 향상되었음을 확인할 수 있다. As a result of the evaluation, Examples 1 to 3 to which the thin film of the present invention was applied can be confirmed that the tool life was greatly improved as compared with Comparative Examples 1 and 2 to which the conventional thin film was applied.

실시예 1~3과 비교예 3의 결과를 보면, 제 2 코팅층(200)이 3단계 적층 구조를 갖는 본 발명에 의한 PVD 박막이 종래의 단층의 PVD 박막보다 공구수명이 탁월함을 확인할 수 있다. In the results of Examples 1 to 3 and Comparative Example 3, it can be seen that the PVD thin film according to the present invention having the second coating layer 200 having a three-stage stacking structure has superior tool life than the PVD thin film of the conventional single layer.

실시예 1~3과 비교예 4의 비교결과, 제 1 코팅층(100)을 형성하는 본 발명의 MTCVD TiBCN이 종래의 MTCVD TiCN 대비 공구수명 향상효과가 있음을 확인할 수 있다. As a result of the comparison between Examples 1 to 3 and Comparative Example 4, it can be seen that the MTCVD TiBCN of the present invention forming the first coating layer 100 has an effect of improving tool life compared to conventional MTCVD TiCN.

실시예 1~3과 비교예 5의 비교 결과, 본 발명의 제 2 코팅층(200) 중 내산화성 향상 및 고온경도를 향상시키는 역할을 하는 제 3 단계층(230)도 내마모성 향상효과는 유효함을 확인할 수 있다. As a result of the comparison between Examples 1 to 3 and Comparative Example 5, the third step layer 230, which serves to improve the oxidation resistance and the high temperature hardness, of the second coating layer 200 of the present invention is effective to improve the wear resistance. You can check it.

실시예 1~3과 비교예 6의 비교에서 본 발명에 따른 적층구조를 갖는 코팅층은 종래의 CVD방법으로 형성된 Al2O3/TiN에 비하여 효과가 개선되어 CVD방법으로 형성된 Al2O3을 대체할 수 있는 기술임을 확인할 수 있다.
In the comparison between Examples 1 to 3 and Comparative Example 6, the coating layer having the laminated structure according to the present invention has an improved effect compared to Al 2 O 3 / TiN formed by the conventional CVD method, replacing Al 2 O 3 formed by the CVD method. You can see that it is a technology that can be done.

<시험예 4> 고온내마모성 및 내산화성능 테스트<Test Example 4> high temperature wear resistance and oxidation resistance test

본 발명에 따른 코팅층을 갖는 절삭공구가 절삭가공시 고온내마모성과 내산화성능이 종래의 절삭공구와 비교할 때 어느정도 진보된 효과를 나타내는지 확인하기 위하여, 절삭 가공시 인선부의 국부적인 영역에 고온이 발생하기 쉬운 난삭재 가공 평가를 실시하였다. In order to confirm that the cutting tool having the coating layer according to the present invention exhibits a somewhat improved effect in high temperature wear resistance and oxidation resistance in cutting, compared to a conventional cutting tool, a high temperature is generated in the local region of the edge portion during cutting. Difficult-to-work material evaluation was performed.

평가조건을 아래에 하였다.Evaluation conditions were as follows.

절삭속도 (Vc) = 70m/minCutting speed (Vc) = 70 m / min

이송속도 (fn) = 0.15mm/revFeedrate (fn) = 0.15mm / rev

절입깊이 (ap) = 1.5mmDepth of cut (ap) = 1.5mm

절삭유: 습식Coolant: Wet

가공물재질: Inconell 718 (내열합금, Φ100, 실린더타입)Workpiece material: Inconell 718 (Heat-resistant alloy, Φ100, Cylinder type)

가공방식: 연속가공
Processing method: Continuous processing

그 평가결과는 표 4에 나타내었다. The evaluation results are shown in Table 4.

평가결과 실시예 1~3은 종래기술인 비교예 1, 2와 비교할 때, 인선부의 내산화성과 고온내모성이 대폭 향상되었음을 확인할 수 있다. Evaluation Results Examples 1 to 3 may confirm that the oxidation resistance and high temperature wear resistance of the edge portion were significantly improved as compared with Comparative Examples 1 and 2 of the prior art.

또한 실시예 1~3과 비교예 3을 비교할 때, 본 발명의 제 2 코팅층인 3단계 적층구조를 갖는 PVD 박막이 종래의 PVD 박막에 비하여 우수한 수명을 나타냄을 확인할 수 있다. In addition, when comparing Examples 1 to 3 and Comparative Example 3, it can be seen that the PVD thin film having a three-step laminated structure, which is the second coating layer of the present invention, exhibits an excellent lifespan as compared to the conventional PVD thin film.

실시예 1~3과 비교예 4의 비교에서는 본 발명의 제 1 코팅층을 형성하는 Ti(B,C,O,N)이 종래의 TiCN 보다 우수한 내마모성이 있음을 확인할 수 있다.In the comparison between Examples 1 to 3 and Comparative Example 4, it can be seen that Ti (B, C, O, N) forming the first coating layer of the present invention has superior wear resistance than conventional TiCN.

실시예 1~3과 비교예 5를 비교하면, 본 발명의 제 2 코팅층의 제 3 단계층(230)의 고온 내마모성과 내산화성의 향상효과가 유효함을 확인할 수 있다. Comparing Examples 1 to 3 and Comparative Example 5, it can be confirmed that the effect of improving the high temperature wear resistance and oxidation resistance of the third step layer 230 of the second coating layer of the present invention is effective.

실시예 1~3과 비교예 6을 비교할 때, 고온내마모성과 내산화성 면에서 본 발명에 따른 코팅층은 CVD공법으로 형성된 TiCN/Al2O3/TiN의 적층구조를 갖도록 형성된 종래의 박막보다 우수한 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다.
When comparing Examples 1 to 3 and Comparative Example 6, the coating layer according to the present invention in terms of high temperature wear resistance and oxidation resistance is superior to the conventional thin film formed to have a laminated structure of TiCN / Al 2 O 3 / TiN formed by the CVD method It could be confirmed that.

<시험예 5> 내결손성 테스트Test Example 5 Defect Resistance Test

코팅층 박막의 내결손성을 비교 평가하기 위하여 실시예 1~3과 비교예 6을 아래의 절삭조건으로 평가를 실시하였다. 단 비교예 6은 내치핑성과 내결손성을 보완하기 위해서 상용화된 표면처리방법인 습식 블라스팅을 적용하여 CVD 다층 박막 내에 존재하는 인장잔류응력을 완화하고 압축잔류응력을 적용하였고, 평가 결과를 나타내었다. In order to evaluate and evaluate the fracture resistance of the coating layer thin film, Examples 1 to 3 and Comparative Example 6 were evaluated under the following cutting conditions. However, Comparative Example 6 applied wet blasting, a commercially available surface treatment method, to compensate for chipping resistance and fracture resistance, to mitigate tensile residual stress present in CVD multilayer thin films, and to apply compressive residual stress. .

Vc = 200m/minVc = 200 m / min

fn = 0.25mm/revfn = 0.25 mm / rev

ap = 2.0mmap = 2.0mm

절삭유: 건식Coolant: Dry

가공물 재질: SCM440 4구홈
Workpiece material: SCM440 4-hole

절삭가공에서 기계적 단속(충격)이 심하게 발생하는 가공조건에서 종래의 상용화된 CVD 박막은 습식블라스팅이라는 표면처리를 적용하여도 본 발명의 실시예 1~3에서 형성된 코팅층 대비 내치핑성과 내결손성에 못 미치는 성능을 나타냄이 확인되었다. 이를 볼 때, MTCVD와 PVD 공법을 함께 적용한 하이브리드 박막은 내치핑성과 내결손성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기술임을 알 수 있다.Conventional commercialized CVD thin films in the machining conditions in which mechanical interruption (impact) occurs severely in the cutting process cannot be chipped and fracture resistant compared to the coating layers formed in Examples 1 to 3 even when the surface treatment of wet blasting is applied. It has been confirmed that the performance is indicative. In view of this, it can be seen that the hybrid thin film applied with the MTCVD and PVD methods is a technology that can significantly improve the chipping resistance and the fracture resistance.

공구수명Tool life 내마모성
(시험예 3)
Wear resistance
(Test Example 3)
내산화성+고온경도
(시험예 4)
Oxidation Resistance + High Temperature Hardness
(Test Example 4)
내결손성
(시험예 5)
Fault tolerance
(Test Example 5)
실시예 1Example 1 33분33 minutes 18분18 minutes 152초152 seconds 실시예 2Example 2 31분31 minutes 19분19 minutes 148초148 seconds 실시예 3Example 3 30분30 minutes 19분19 minutes 155초155 seconds 비교예 1Comparative Example 1 17분17 minutes 7분7 minutes 비교예 2Comparative Example 2 18분18 minutes 8분8 minutes 비교예 3Comparative Example 3 20분20 minutes 12분12 minutes 비교예 4Comparative Example 4 25분25 minutes 15분15 minutes 비교예 5Comparative Example 5 23분23 minutes 14분14 minutes 비교예 6Comparative Example 6 29분29 minutes 6분6 minutes 37초37 seconds

<도면부호에 대한 설명>
100: 제 1 코팅층 200: 제 2 코팅층
210: 제 1 단계층 220: 제 2 단계층
221: 단위층 A 222: 단위층 B
223: 단위층 C 230: 제 3 단계층
300: 모재 400: 하지층
<Description of Drawing>
100: first coating layer 200: second coating layer
210: first stage layer 220: second stage layer
221: unit layer A 222: unit layer B
223: unit layer C 230: third layer
300: base material 400: base layer

Claims (12)

절삭공구용 모재(300);
화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD)에 의하여 상기 모재에 형성된 제 1 코팅층(100); 및
물리적 기상 증착법(physical vapor deposition; PVD)에 의하여 상기 제 1 코팅층에 형성된 제 2 코팅층(200);을 포함하며,
여기서, 상기 제2 코팅층(200)은, 제 1 단계층(210), 제 2 단계층(220) 및 제 3 단계층(230);을 포함하고,
상기 제 1 단계층(210)은 TikAl1 - kN의 조성을 가지며, 여기서 0.3 ≤ k ≤ 0.7 이며,
상기 제 2 단계층(220)은
AlaTibSi1 -a- bN의 조성을 가지며, 0.3≤a≤0.7, 0.3≤b≤0.7 및 0<1-a-b≤0.1 인 단위층 A(221);
TimAl1 -mN의 조성을 가지며, 0.3≤m≤0.7인 단위층 B(222); 및
AlxTi1 - xN의 조성을 가지며, 0.3≤x≤0.7인 단위층 C(223);를 포함하되,
상기 단위층 A(221), 단위층 B(222) 및 단위층 C(223)는 각각 적어도 1회 이상 교대로 적층되어 있으며,
상기 제 3 단계층(230)은,
알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 및 질소(N)를 포함하며; 또한
실리콘(Si) 및 이트륨(Y) 중 적어도 하나를 더 포함하고,
그 조성은 AldTie(Si, Y)1-d- eN이고, 0.3≤d≤0.7, 0.3≤e≤0.7, 0<1-d-e≤0.1
인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
Cutting tool base material 300;
A first coating layer (100) formed on the base material by chemical vapor deposition (CVD); And
And a second coating layer 200 formed on the first coating layer by physical vapor deposition (PVD).
Here, the second coating layer 200, the first step layer 210, the second step layer 220 and the third step layer 230; includes,
The first step layer 210 has a composition of Ti k Al 1 - k N, where 0.3 ≦ k ≦ 0.7,
The second step layer 220
A unit layer A 221 having a composition of Al a Ti b Si 1 -a- b N, wherein 0.3 ≦ a ≦ 0.7, 0.3 b ≦ 0.7, and 0 <1-ab ≦ 0.1;
A unit layer B 222 having a composition of Ti m Al 1 -m N and having 0.3 ≦ m ≦ 0.7; And
And a unit layer C (223) having a composition of Al x Ti 1 - x N and wherein 0.3 ≦ x ≦ 0.7.
The unit layers A 221, the unit layers B 222, and the unit layers C 223 are alternately stacked at least once each,
The third step layer 230,
Aluminum (Al), titanium (Ti) and nitrogen (N); Also
Further comprising at least one of silicon (Si) and yttrium (Y),
Its composition is Al d Ti e (Si, Y) 1-d- e N, 0.3≤d≤0.7, 0.3≤e≤0.7, 0 <1-de≤0.1
Cutting tool, characterized in that.
제 1항에 있어서, 상기 절삭공구용 모재는 초경합금, 써멧 및 세라믹으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나에 의하여 형성된 것임을 특징으로 하는 절삭공구.According to claim 1, The cutting tool base material is a cutting tool, characterized in that formed by any one selected from the group consisting of cemented carbide, cermet and ceramics. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 코팅층을 형성하는 화학적 기상 증착법은 중온 화학적 기상 증착법(moderate temperature chemical vapor deposition; MTCVD)인 것을 특징으로 하는 절삭공구.The cutting tool of claim 1, wherein the chemical vapor deposition method for forming the first coating layer is a medium temperature chemical vapor deposition (MTCVD) method. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 코팅층의 두께는 3 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 절삭공구.The cutting tool according to claim 1, wherein the first coating layer has a thickness of 3 to 10 μm. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 코팅층은,
티타늄(Ti), 탄소(C) 및 질소(N)를 포함하며, 또한
붕소(B) 및 산소(O) 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭공구.
The method of claim 1, wherein the first coating layer,
Titanium (Ti), carbon (C) and nitrogen (N);
Cutting tool, characterized in that it further comprises at least one of boron (B) and oxygen (O).
제 5항에 있어서, 상기 티타늄(Ti)의 함량은 40 내지 90 중량%인 것을 특징으로 하는 절삭공구.The cutting tool according to claim 5, wherein the titanium (Ti) content is 40 to 90% by weight. 제 5항에 있어서, 상기 붕소(B)의 함량은 0 내지 2 중량% 인 것을 특징으로 하는 절삭공구.The cutting tool according to claim 5, wherein the boron (B) content is 0 to 2% by weight. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 단계층, 제 2 단계층 및 제 3 단계층의 두께는 서로 같거나 다를 수 있으며, 각각의 두께범위는 0.1 내지 5㎛인 것을 특징으로 하는 절삭공구.The cutting tool according to claim 1, wherein the thicknesses of the first step layer, the second step layer, and the third step layer may be the same or different from each other, and the thickness ranges from 0.1 to 5 μm. 제 1항에 있어서, 상기 모재(300)와 상기 제 1 코팅층(100) 사이에 형성된 하지층(400)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭공구.The cutting tool according to claim 1, further comprising an underlayer (400) formed between the base material (300) and the first coating layer (100). 절삭공구용 모재(300)를 준비하는 단계;
상기 모재에 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD) 방법에 의하여 제 1 코팅층(100)을 형성하는 단계; 및
상기 제 1 코팅층 위에, 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition; PVD) 방법에 의하여 제 2 코팅층(200)을 형성하는 단계;를 포함하며,
여기서, 상기 제 2 코팅층(200)을 형성하는 단계는, 제 1 단계층(210)을 형성하는 단계; 제 2 단계층(220)을 형성하는 단계; 및 제 3 단계층(230)을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 제 1 단계층(210)은 TikAl1 - kN의 조성을 가지며, 여기서 0.3 ≤ k ≤ 0.7이며,
상기 제 2 단계층(220)을 형성하는 단계는
AlaTibSi1 -a- bN의 조성을 가지며, 여기서 0.3≤a≤0.7, 0.3≤b≤0.7 및 0<1-a-b≤0.1 인 단위층 A(221)를 형성하는 단계;
TimAl1 -mN의 조성을 가지며, 여기서 0.3≤m≤0.7인 단위층 B(222)를 형성하는 단계; 및
AlxTi1 - xN의 조성을 가지며, 여기서 0.3≤x≤0.7인 단위층 C(223)를 형성하는 단계;를 포함하되,
상기 단위층 A(221)를 형성하는 단계, 상기 단위층 B(222)를 형성하는 단계 및 상기 단위층 C(223)를 형성하는 단계는 각각 적어도 1회 이상 교대로 실시되며,
상기 제 3 단계층은,
알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 및 질소(N)를 포함하며, 또한
실리콘(Si) 및 이트륨(Y) 중 적어도 하나를 더 포함하며,
그 조성은 AldTie(Si, Y)1-d- eN 이며, 0.3≤d≤0.7, 0.3≤e≤0.7, 0<1-d-e≤0.1
인 것을 특징으로 하는 절삭공구의 제조방법.
Preparing a base material 300 for cutting tools;
Forming a first coating layer (100) on the base material by chemical vapor deposition (CVD); And
And forming a second coating layer 200 on the first coating layer by physical vapor deposition (PVD).
Here, the forming of the second coating layer 200 may include forming a first step layer 210; Forming a second step layer 220; And forming a third step layer 230,
The first step layer 210 has a composition of Ti k Al 1 - k N, where 0.3 ≦ k ≦ 0.7,
Forming the second step layer 220
Forming a unit layer A 221 having a composition of Al a Ti b Si 1 -a- b N, wherein 0.3 ≦ a ≦ 0.7, 0.3 b ≦ 0.7, and 0 <1-ab ≦ 0.1;
Forming a unit layer B 222 having a composition of Ti m Al 1 -m N, wherein 0.3 ≦ m ≦ 0.7; And
Forming a unit layer C (223) having a composition of Al x Ti 1 - x N, wherein 0.3≤x≤0.7;
Forming the unit layer A 221, forming the unit layer B 222, and forming the unit layer C 223 are alternately performed at least one or more times, respectively.
The third step layer,
Aluminum (Al), titanium (Ti) and nitrogen (N);
Further comprising at least one of silicon (Si) and yttrium (Y),
Its composition is Al d Ti e (Si, Y) 1-d- e N, 0.3≤d≤0.7, 0.3≤e≤0.7, 0 <1-de≤0.1
Method for producing a cutting tool, characterized in that.
제 10항에 있어서, 상기 제 1 코팅층을 형성하는 화학적 기상 증착법은 중온 화학적 기상 증착법(moderate temperature chemical vapor deposition; MTCVD)인 것을 특징으로 하는 절삭공구의 제조방법.The method of claim 10, wherein the chemical vapor deposition method for forming the first coating layer is a medium temperature chemical vapor deposition (MTCVD) method. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 코팅층(100)을 형성하는 단계 이전에 하지층(400)을 형성하는 단계를 실시하는 것을 특징으로 하는 절삭공구의 제조방법.11. The method of claim 10, wherein the step of forming a base layer (400) before the step of forming the first coating layer (100).
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