KR20130002964A - 타겟 및 하드 코팅 필름-코팅된 컷팅 수단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Cr_{1 -x-y- z}Al_x[Ni_{1 - a}Zr_a]_yM_z에 의해 표현되는 조성을 가지고 또한 95% 이상의 상대 밀도(relative density)를 가지며, 여기서 M은 Ti, Nb, Si, B, W 및 V로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소이고, 또한 a, x, y 및 z는 0.5≤x≤0.8, 0.01≤y≤0.35, 0≤z≤0.2, 0.51≤x+y+Z≤1 및 0.2≤a≤0.5를 만족하는 타겟에 관한 것이다. 상기 타겟은 컷팅 수단을 위한 하드 코팅 필름을 형성하는데 있어서의 사용을 위한 것이다.

Description

타겟 및 하드 코팅 필름-코팅된 컷팅 수단{TARGET AND HARD COATING FILM-COATED CUTTING TOOL}

본 발명은 타겟 및 하드 코팅 필름-코팅된 컷팅 수단(hard coating film-coated cutting tool)에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 표면이 하드 코팅 필름으로 코팅된 하드 코팅 필름-코팅된 컷팅 수단, 및 그러한 하드 코팅 필름을 형성하기 위한 타겟에 관한 것이다.

컷팅 수단(cutting tool)에서, 하드 코팅 필름(hard coating film)은 내마모성(wear resistance)을 향상시킬 목적으로 그 컷팅 수단의 표면에 코팅된다. 무엇보다도, 높은 견고성(high hardness) 및 우수한 내산화성(excellent oxidation resistance)을 갖는 Cr-Al-N-베이스의 코팅 필름으로의 코팅이 최근까지 증가 되어 오고 있다. 그러나, Cr-Al-N-베이스의 코팅 필름과 같은 높은 견고성의 코팅 필름은 상기 코팅 필름이 균열(cracking) 또는 그와 같은 것으로 인하여 용이하게 분리된다는 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 다양한 제안들이 통상적으로 이루어져 왔다.

예로서, 특허 문헌 1은 Cr-Al-Ni-N-베이스의 코팅 필름이 그 베이스 재료 표면 상에 형성되어 있는 표면-코팅된 컷팅 수단을 개시한다.

동일한 문헌에서, Ni가 상기 코팅 필름 내에 함유되어 있을 때, 상기 코팅 필름의 내마모성 및 내산화성이 현저하게 향상된다고 기재되어 있다.

하드 코팅 필름(hard coating film)으로 코팅된 컷팅 수단은 종종 고속 회전(high-speed rotation)을 갖는 컷팅 수단을 사용하는 피니싱 단계(finishing step)에서 사용된다. 따라서, 그 블레이드를 적용함에 있어서 충격에 의한 어떠한 분리도 야기하지 않을 정도로 충분히 높은 부착성(adherence)이 상기 하드 코팅 필름에 대하여 요구된다. 상기 Cr-Al-N-베이스의 코팅 필름은 충분한 견고성(hradness)를 가지고 있으나 필름 균열 및 그 부착성에 있어서 열악함을 유발할 가능성이 있다.

다른 한편, Ni가 Cr-Al-N-베이스의 코팅 필름에 부가될 때에, 어떤 수준의 견고성을 유지하면서 상기 필름의 부착성이 향상될 수 있다. 그러나, Cr-Al-Ni-N-베이스의 코팅 필름의 경우에도 내마모성 및 부착성(내구성(durability)) 양자를 매우 만족시키는 것은 어렵다.

특허 문헌 1: JP-A-2006-82210(여기서 사용된 바로서의 용어 "JP-A"는 "비심사된 공개된 일본 특허 출원"을 의미한다)

본 발명이 해결하고자 하는 문제점은 내마모성 및 부착성에서 탁월한 하드 코팅 필름(hard coating film)을 형성하기 위한 타겟(target) 및 그 표면이 상기 하드 코팅 필름으로 코팅되어 있는 하드 코팅 필름-코팅된 컷팅 수단(hard coating film-coated cutting tool)을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은 Cr_1-x-y-zAl_x[Ni_1-aZr_a]_yM_z 에 의해 표현되는 조성을 갖고 또한 95% 이상의 상대 밀도(relative density)를 갖는 타겟을 제공하며, 상기 타겟은 컷팅 수단을 위한 하드 코팅 필름을 형성하는데에 사용하기 위한 것이고, 여기서 M은 Ti, Nb, Si, B, W 및 V로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소이고, 또한 여기서 a, x, y 및 z는 0.5≤x≤0.8, 0.01≤y≤0.35, 0≤z≤0.2, 0.51≤x+y+Z≤1 및 0.2≤a≤0.5를 만족한다.

이에 더하여, 본 발명은 또한 베이스 재료, 및 상기 베이스 재료의 표면 상에 형성된, 청구항 1에 따른 타겟을 이용하여 형성되며 또한 질화물(nitride), 카바이드(carbide) 또는 탄소-질소 화합물(carbonitride)을 포함하는 하드 코팅 필름을 포함하는 하드 코팅 필름-코팅된 컷팅 수단을 제공한다.

Cr-Al-Ni-베이스의 타겟의 Ni 부분이 Zr로 대체되고 또한 코팅 필름이 질소 및/또는 탄소의 공동-존재 하에서 이러한 타겟을 이용하여 형성될 때에, Cr-Al-(Zr,Ni)-(C,N)-베이스의 코팅 필름이 얻어진다. 그러한 Cr-Al-(Zr,Ni)-(C,N)-베이스의 코팅 필름이 컷팅 수단의 표면 상에 형성될 때에, 내마모성 및 부착성은 통상적인 코팅 필름들과 비교하여 향상된다.

이는 하기와 같은 것에 원인이 있는 것으로 고려된다:

(a) 상기 코팅 필름에 대한 Ni의 부가에 의하여, 그 코팅 필름의 거칠기(toughness)가 증가되고, 또한

(b) 통상적인 Cr-Al-Ni-베이스의 코팅 필름과 비교할 때 높은 열전도성을 갖는 Zr(C,N)이 상기 코팅 필름 내에 형성된다.

나아가, 원소 M이 Cr-Al-(Zr,Ni)-(C,N)-베이스의 코팅 필름에 대하여 부가될 때에, 상기 코팅 필름은 내마모성 및 부착성에 있어서 더욱 증가된다.

본 발명은 내마모성 및 부착성에서 탁월한 하드 코팅 필름(hard coating film)을 형성하기 위한 타겟(target) 및 그 표면이 상기 하드 코팅 필름으로 코팅되어 있는 하드 코팅 필름-코팅된 컷팅 수단(hard coating film-coated cutting tool)을 제공한다.

도 1은 반경 엔드 밀(radius end mill)의 R 부분의 최대 마모량(maximum wear volume)을 측정하기 위한 방법을 보여주는 도면이다.
도 2는 Cr_0.3Al_0.6[Ni_1-aZr_a]_0.1의 Zr 양(값 a) 및 10 m의 컷팅 거리에서 반경 엔드 밀의 R 부분의 최대 마모량과의 관계를 보여주는 도면이다.
도 3은 Cr_0.4-yAl_0.6[Ni_0.5Zr_0.5]_y의 Zr+Ni 양(값 y) 및 10 m의 컷팅 거리에서 반경 엔드 밀의 R 부분의 최대 마모량과의 관계를 보여주는 도면이다.

본 발명의 일 실시예는 하기에 상세히 기재된다.

1. 타겟(target)

본 발명의 타겟은 Cr_{1 -x-y- z}Al_x[Ni_{1 - a}Zr_a]_yM_z에 의해 표현되는 조성 및 95% 이상의 상대 밀도(relative density)를 가지며, 컷팅 수단을 위한 하드 코팅 필름을 형성하기 위하여 사용된다.

상기 조성에서, M은 Ti, Nb, Si, B, W 및 V로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소이고, 또한 a, x, y 및 z는 0.5≤x≤0.8, 0.01≤y≤0.35, 0≤z≤0.2, 0.51≤x+y+Z≤1 및 0.2≤a≤0.5를 만족한다.

1.1. 타겟 조성(Target Composition)

(1) Cr 양(1-x-y-z):

Cr은 상기 코팅 필름의 견고성(hardness) 및 내마모성(wear resistance)을 향상시키는 효과를 갖는다. 상기 Cr의 양은 바람직하게 0.2 이상이다.

다른 한편, 만약 상기 Cr의 양이 과량일 경우, 상기 필름 강도(film strength) 및 내마모성(wear resistance)이 감소된다. 따라서, 상기 Cr의 양은 0.49 이하이어야 한다. 상기 Cr의 양은 더욱 바람직하게 0.3 이하이다.

(2) Al 양(x):

Al은 상기 코팅 필름의 견고성(hardness) 및 내산화성(oxidation resistance)을 향상시키는 효과를 갖는다. 그러한 효과를 얻기 위하여, 상기 Al의 양은 0.5 이상이어야 한다. 상기 Al의 양은 바람직하게 0.55 이상이다.

다른 한편, 만약 상기 Al의 양이 과량일 경우, 상기 코팅 필름의 견고성(hardness) 및 내마모성(wear resistance)이 감소된다. 따라서, 상기 Al의 양은 0.8 이하이어야 한다. 상기 Al의 양은 바람직하게 0.70 이하이다.

(3) Zr+Ni 양(y):

Ni은 상기 코팅 필름의 견고성(hardness)를 감소시키지만 반면 내마모성(wear resistance)을 향상시키는 효과를 갖는다. 이러한 효과는 상대적으로 낮은-견고성 Ni 질화물(Ni nitride)이 상기 코팅 필름 내에 생성되고 또한 컷팅 작업 과정 동안 하중 응력(load stress)의 완화 및 균열 또는 분리에서의 감소의 결과를 가져오는 것에 원인이 있는 것으로 생각된다.

또한, Ni의 Zr로의 부분적인 대체는 상기 코팅 필름의 견고성(hardness)을 향상시키고, 또한 동시에 나아가 상기 내마모성(wear resista)을 향상시키는 효과를 갖는다. 본 발명자들은 Zr의 질화물 또는 카바이드가 Cr, Ti 또는 그와 같은 것의 질화물 또는 카바이드의 그것과 유사한 견고성 및 그것보다 더 높은 열 전도성을 갖는다는 지식을 획득하였다. 왜 상기 코팅 필름의 견고성 및 내마모성이 Ni의 Zr로의 부분적인 대체에 의하여 향상되는지의 이유는 Zr의 질화물 및 카바이드가 상기 코팅 필름 내에 생성되기 때문인 것으로 여겨진다.

상기 Zr+Ni의 양은 상기 코팅 필름의 내마모성에 영향을 미친다. 일반적으로, Zr+Ni의 양이 커지면, 상기 코팅 필름의 내마모성이 더욱 향상된다. 이것은 Ni의 하중 응력-완화 효과(load stress-relieving effect) 및 Zr의 열-분산 활동(heat-dissipating action) 양자가 증가하는 것에 원인이 있는 것으로 간주된다. 그러한 효과를 얻기 위하여, 상기 Zr+Ni의 양은 0.01 이상이 되어야 한다. 상기 Zr+Ni의 양은 바람직하게 0.10 이상이다.

다른 한편, 만약 상기 Zr+Ni의 양이 과량일 경우, 내마모성이 오히려 감소된다. 이것은 전체로서의 상기 코팅 필름이 소프트해지는 것에 원인이 있는 것으로 간주된다. 이러한 이유 때문에, 상기 Zr+Ni의 양은 0.35 이하이어야 한다. 상기 Zr+Ni의 양은 바람직하게 0.15 이하이다.

Fe, Ru, Os, Co, Rh 및 Ir, 이들은 Ni의 동족 원소들이다, 은 또한 상기 코팅 필름의 거칠기(toughness)를 향상시킨다. 그러나, Zr과의 결합에서 복수의 화합물들 (Ni₅Zr, Ni₇Zr₂, Ni₃Zr, Ni₂₁Zr₈, Ni₁₀Zr₇, Ni₁₁Zr₉, NiZr, NiZr₂)을 형성하는 Ni가 생산성의 관점에서 가장 안정적이라는 것이 확인되었다. 다시 말하여, 합금 샘플을 생산하는데 있어서, Zr 및 Ni를 블렌딩하는 것이 간단하고 또한 용이하게 수행될 수 있다.

(4) Zr로 대체된 Ni의 양(a):

Zr로 대체된 Ni의 양(값 a)은 상기 코팅 필름의 내마모성에 영향을 미친다. 일반적으로, 상기 값 a가 커지면, 상기 코팅 필름의 내마모성이 더욱 향상된다. 이것은 Zr의 질화물 및 카바이드에 의하여 열-분산 활동(heat-dissipating action)이 증가되는 것에 원인이 있는 것으로 간주된다. 그러한 효과를 얻기 위하여, 상기 값 a는 0.2 이상이어야 한다. 값 a는 바람직하게 0.35 이상이다.

다른 한편, 만약 상기 값 a가 과량일 경우, Ni의 하중 응력-완화 효과(load stress-relieving effect)가 감소되고 또한 내마모성이 오히려 감소된다. 또한 필요 보다 많은 양의 Zr의 부가는 비용에 있어서의 증가를 가져온다. 이러한 이유로서, 상기 값은 바람직하게 0.5 이하이다.

(5) M의 양(z):

M은 선택적인 원소이며 또한 Ti, Nb, Si, B, W 및 V로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분으로 이루어진다. 이러한 것들 가운데에서, Ti는 그 견고성에 있어서 CrN 보다 높은 TiAlN의 제조를 유발하는 효과를 갖는다. Nb는 소프트한 AlN의 제조를 억제하며 또한 이에 따라 상기 코팅 필름 내에서의 Al의 양은 증가시키고 또한 상기 코팅 필름에 대하여 높은 견고성을 부여하는 효과를 갖는다. S 및 B는 AlN을 정제하고 또한 분산시키는 것으로 여겨지며 또한 이에 따라, 상기 견고성을 증가시키는 효과를 갖는다. V는 건조 컷팅 과정 동안 윤활 효과(lubricating effect)를 제공하는 것으로 여겨진다. 나아가, W는 높은 융점을 갖는 원소이며 또한 상기 타겟 내부로 혼입될 때에 드롭렛(droplet) 형성을 억제하고 또한 상기 코팅 필름의 견고성을 증가시키거나 또는 내산화성을 향상시키는 효과를 갖는 것으로 여겨진다.

일반적으로, 원소 M의 함량이 증가되면, 상기 코팅 필름의 내마모성이 향상된다.

다른 한편, 만약 원소 M의 함량이 과량일 경우, 견고성을 보장하기 위하여 생산성의 관점에서 상기 Al의 양이 상대적으로 감소되어야 하고 또한, 이에 따라 내마모성이 오히려 감소된다. 이러한 이유로서, 상기 M의 양은 0.20 이하이어야 한다. 상기 M의 양은 바람직하게 0.10 이하이다.

1.2. 상대 밀도(Relative Density)

일반적으로, 상기 타겟의 상대 밀도가 낮은 경우, 개방 기공(open pore) 내에 함유된 가스와 같은 불순물들이 환경 중으로 방출되어 상기 코팅 성능의 열화를 야기한다. 또한, 상기 타겟의 상대 밀도가 낮아지면, 타겟 소모(target exhaustion)가 불균일해지고 또한 상기 타겟 강도가 감소된다. 이러한 이유로서, 상기 타겟의 상대 밀도는 95% 이상이어야 한다. 상기 타겟의 상대 밀도는 바람직하게 98% 이상이다.

1.3. 용도(Use)

본 발명의 타겟은 컷팅 수단을 위한 하드 코팅 필름을 형성하는데 있어서 사용된다.

본 발명이 적용되는 컷팅 수단은 특별히 제한되는 것은 아니며, 또한 본 발명은 다양한 컷팅 수단들에 대하여 적용될 수 있다. 상기 컷팅 수단들에 대한 구체적인 예들은, 드릴(drill), 엔드 밀(end mill), 드릴용 컷팅 에지 교체-타입 팁(cutting edge exchange-type tip for drills), 엔드 밀용 컷팅 에지 교체-타입 팁(cutting edge exchange-type tip for end mills), 밀링 프로세스를 위한 컷팅 에지 교체-타입 팁(cutting edge exchange-type tip for milling process), 턴닝 프로세스를 위한 컷팅 에지 교체-타입 팁(cutting edge exchange-type tip for turning process), 금속톱(metal saw), 기어 컷팅 수단(gear cutting tool), 리머(reamer), 및 탭(tap)을 포함한다.

2. 타겟의 생산 방법(Production Method of Target)

상기 타겟은 성분 원소들을 포함하는 파우더들을 혼합하는 것 및 상기 혼합된 파우더에 대하여 저온 또는 고온 가압(cold or hot pressurization)을 적용하는 것에 의하여 생산될 수 있다.

상기 비가공 재료 파우더는 순수한 금속, 합금 또는 상기 성분 원소를 각각 포함하는 화합물일 수 있다. 그러나, 원소 성분으로서의 Zr은 생산성의 관점에서 다루기가 어렵고 또한 이에 따라, ZrNi 화합물이 바람직하게 사용된다.

형성 방법의 예들은 저온 등방압(cold isostatic pressing)(CIP) 방법, 고온 등방압(hot isostatic pressing)(HIP) 방법, 고온 압출 방법(hot extrusion method), 및 초-고압 고온 압력 방법(ultra-high pressure hot pressing method)을 포함한다. ZrNi 화합물을 사용하는 경우에서, 상기 타겟 재료는 그러한 형성 방법에 의하여 용이하게 생산될 수 있다. 상기 형성 조건들은 특별히 제한되는 것은 아니며, 또한 상기 조건들은 미리 정해진 상대 밀도가 얻어질 수 있는 경우라면 충분할 수 있다.

3. 하드 코팅 필름-코팅된 컷팅 수단(Hard Coating Film-Coated Cutting Tool)

본 발명의 하드 코팅 필름-코팅된 컷팅 수단은 베이스 재료 및 하드 코팅 필름을 포함한다.

3.1. 베이스 재료(Base Material)

상기 베이스 재료는 특별히 제한되는 것은 아니며, 또한 일반적으로 컷팅 수단으로서 사용되는 모든 재료들이 사용될 수 있다.

상기 베이스 재료의 구체적인 예들은 하기를 포함한다:

(1) WC-Co-베이스의 합금, WC-TiC-Co-베이스의 합금, WC-TaC-Co-베이스의 합금 및 WC-TiC-TaC-Co-베이스의 합금과 같은 시멘트화된 카바이드 합금(cemented carbide alloy),

(2) TiC-Mo₂C-Ni 및 TiC-TiN-WC-Mo₂C-Ni와 같은 시멘트,

(3) 고속 철강(high speed steel), 및

(4) TiC, SiC, Si₃N₄, AlN, Al₂O₃, 큐빅 BN, 다이아몬드 및 Al₂O₃-TiC와 같은 세라믹.

3.2. 하드 코팅 필름(Hard Coarting Film)

상기 하드 코팅 필름은 질소 및/또는 탄소의 공동-존재 하에서 본 발명의 타겟을 사용하는 것에 의하여 베이스 재료 표면 상에 형성되는 코팅 필름으로 이루어진다. 따라서, 상기 하드 코팅 필름은 필름 적층(deposition)의 과정 중 환경 중에 포함되어 있는 질소 및 탄소의 농도에 따르는 상기 타겟을 구성하는 금속 원소의 질화물(nitride), 카바이드(carbide) 또는 탄소-질소 화합물(carbonitride)을 포함한다.

하드 코팅 필름의 필름 적층을 위하여, PVD 방법이 통상적으로 사용된다. 질화물 필름을 형성하는 경우에 있어서, 질소 소스(예로서, N₂ 가스)가 상기 필름 적층 환경 중으로 유입된다. 카바이드 필름을 형성하는 경우에 있어서, 탄소 소스(예로서, CH₄ 가스)가 상기 필름 적층 환경 중으로 유입된다. 나아가. 탄소-질소 화합물 필름을 형성하는 경우에 있어서, 질소 소스 및 탄소 소스(예로서, N₂+CH₄ 혼합된 가스)가 상기 필름 적층 환경 중으로 유입된다.

필름 적층 조건들은 특별히 제한되는 것이 아니며, 또한 최적의 조건들이 타겟 조성 또는 필름 적층 환경에 따라 선택될 수 있고 이에 따라 목적으로 하는 하드 코팅 필름이 효과적으로 형성될 수 있다.

4. 타겟의 활동 및 하드 코팅 필름-코팅된 컷팅 수단(Action of Target and Hard Coating Film-Coated Cutting Tool)

Cr-Al-Ni 타겟 재료를 사용하여 코팅 필름이 형성될 때에, 상기 코팅 필름 견고성에 있어서의 감소가 인지될 수 있으나 컷팅 테스트에서의 마모량(wear volume)이 적다는 것이 실험에 의해서 발견되었다. 이것은 Ni 가 첨가될 때에, 상대적으로 낮은-견고성의 Ni 질화물이 Cr-Al-N-베이스의 코팅 필름 내에서 생성되는 것에 원인이 있는 것으로 여겨진다. Cr-Al-Ni-베이스의 코팅 필름은 매우 높은 코팅 필름 견고성을 가지며 컷팅 수단 또는 그와 같은 것 상에 그것을 코팅하는 것에 의하여 사용될 때에, 상기 필름은 작업될 재료와의 접촉에서 하중 응력 때문에 크랙되고, 또한 분리되며 또한 따라서 그것의 고유의 우수한 특성들을 가져올 수 없는 것으로 여겨지고 있다. 그러나, 상대적으로 낮은-견고성 Ni 질화물의 내부로의 혼입은, 아마도 하중 응력을 완화하고, 균열 또는 분리를 억제하며 또한 컷팅 테스트에서의 상기 수단 상의 마모를 감소시키는 것을 가능하게 한다.

상기 하중 응력 완화는 Ni 및 질소에 의한 Ni₄N 화합물의 형성으로 인하여 일어나는 것으로 여겨진다. 더욱 구체적으로, Fe 및 Co와 같은 원소들은 질화물을 형성할 때에 FeN 및 CoN으로서 존재하지만, 그러나 본 발명에서는, Ni의 개입하는 양이 증가되고, 또한 이것은 또한 하중 응력 완화, 즉 거칠기의 증가된 향상에 기여하는 것으로 예상된다.

또한 코팅 필름이 Cr-Al-Ni-Zr 타겟 재료를 사용하여 형성될 때에, 상기 코팅 필름의 견고성이 향상되며 또한 동시에, 그 컷팅 테스트에서의 마모량은 Zr을 포함하지 않는 코팅 필름을 사용하는 경우와 비교할 때에 적다는 것이 실험에 의해 밝혀졌다. 이것은 Zr의 질화물 또는 카바이드가 Cr 또는 Ti의 질화물 또는 카바이드의 그것과 유사한 견고성 및 그것보다 더 높은 열 전도성을 갖는 것에 원인이 있는 것으로 여겨진다. 컷팅 작업에서, 상기 수단은 매우 높은 열에 대하여 노출된다. 따라서, 최근에는, 그러한 수단은 Ti-Al-N-베이스의 코팅 필름 또는 Cr-Al-N-베이스의 코팅 필름과 같이 높은 내산화성을 갖는 코팅 필름으로 코팅되는 경향이 있다. 그러나 상기 표면이 열에 의한 열화로부터 보호되는 경우에도, 수단 그 자체는 열로 인하여 피할 수 없이 열화된다. 이에 따라, 컷팅 테스트에서 수단의 마모는 높은 열 전도성을 갖는 Zr-부가된 코팅 필름으로 코팅하는 것에 의하여 감소될 수 있으며 이에 따라 그 열은 가능한 많이 그 표면에 남아 있지 않게 된다.

실시예

(실시예 1)

1. 샘플의 제조

Cr-Al-(Zr,Ni)-M 타겟이 성분 원소들을 포함하는 파우더들을 형성하는 것에 의하여 제조되었다. Zr 소스에 대하여, ZrNi 화합물 파우더가 사용되었다. 그 상대 밀도는 98% 이었다.

후속적으로, 상기 생산된 Cr-Al-(Zr,Ni)-M 타겟 및 PVD 장비를 이용하여, 0.5의 R을 갖는 반경 수퍼하드 엔드 밀(radius superhard end mill)(직경 6 mm) 상에 코팅 필름이 형성되었다. 상기 PVD 조건들은 하기와 같다.

코팅 시간: 20 분

코팅 온도: 500℃

바이어스 전압: 100V

가스 압력: 3.0 Pa

아크 전류: 100A

가스 흐름 속도:

질화물 필름에 대하여: N₂=300 ccm

탄소-질소 화합물 필름에 대하여: N₂=200 ccm, CH₄= 100 ccm

2. 테스트 방법

상기 엔드 밀의 컷팅 테스트는 머시닝 센터(machining center)를 사용하여 수행되었다. 그 컷팅 조건들은 하기와 같았다.

컷팅 방법: 고속 피니시 컷팅(high-speed finish cutting)

작업시편: JIS SKD61 (HRC45)

수단: 수퍼하드 반경 엔드 밀(superhard radius end mill)(두 개의 블레이드)

컷팅 깊이: 축 방향: 0.3 mm

직경 방향: 0.3 mm

주요 축의 회전 속도:

5,000 rpm (작업 사이트 내에서의 원주 방향 속도: 약 100 m/분)

테이블 피드 속도(Table feed speed): 400 mm/분

컷팅 오일: 없음, 건조 컷팅(공기 분사(air blow))

10 m의 컷팅 작업 후에, 상기 엔드 밀은 머시닝 센터로부터 제거되었고, 또한 상기 반경 엔드 밀의 R 부분의 최대 마모량이 측정되었다. 상기 반경 엔드 밀의 R 부분의 최대 마모량은 3 배의 확대로 CCD 카메라를 이용하는 실질적인 측정에 의하여 결정되었다. 여기서, "상기 반경 엔드 밀의 R 부분의 최대 마모량"은 도 1에서 보여지는 바와 같이, 상기 반경 엔드 밀의 R 부분의 팁으로부터 상기 코팅 필름의 분리 및 마모가 확인될 수 있는 지점까지의 거리의 최대 값을 의미한다. 즉, 내마모성 및 부착성은 인디케이터로서 최대 마모량을 사용하여 평가될 수 있었다. 일반적으로, 상기 마모량이 약 200 ㎛을 초과할 때에, 상기 컷팅 수단은 컷팅 가능성(cuttability) 또는 폴딩 데미지(folding damage)와 같은 파손(breakage)에서의 열화에 대한 우려로 인하여 그 수명의 끝에 도달하는 것으로 평가되며 또한 폐기된다.

3. 결과

상기 결과들은 표 1에 보여진다. 표 1에서, 상기 타겟 조성이 함께 보여진다. 통상적으로, 코팅 필름의 조성은 실질적으로 타겟 조성과 일치한다. 도 2는 Cr_0.3Al_0.6[Ni_1-aZr_a]_0.1의 Zr 양(값 a) 및 10 m의 컷팅 길이에서 반경 엔드 밀의 R 부분의 최대 마모량 사이의 관계를 보여준다. 나아가, 도 3은 Cr_0.4-yAl_0.6[Ni_0.5Zr_0.5]_y의 Zr+Ni 양(값 y) 및 10 m의 컷팅 거리에서 반경 엔드 밀의 R 부분의 최대 마모량과의 관계를 보여준다.

표 1 및 도 2 및 3에서의 결과들은 하기를 밝혀 낸다:

(1) y=0.1인 경우에, Zr 양(값 a)이 커지면, 그 최대 마모량은 줄어들고, 또한 a≥0.2 일 때에, 상기 최대 마모량은 120 ㎛ 이하가 된다;

(2) a=0.5인 경우에, Zr+Ni 양(값 y)이 0.01 부터 0.35 까지일 때에, 상기 최대 마모량은 120 ㎛ 이하가 된다; 및

(3) 원소 M이 부가될 때에, 모든 경우들에 있어서 상기 최대 마모량은 100 ㎛ 이하가 된다.

비교예 1에 대하여, 과량의 ZrNi가 부가되었을 때에, 상기 코팅 필름은 소프트해지고 또한 이에 따라, 그 마모량은 커지는 것으로 간주된다. 비교예 2에 대하여, Ni가 부가되었던 경우에도 높은 열 전도성을 가지는 Zr이 부가되지 않았고 또한 이에 따라, 마모량은 감소될 수 없었다. 다른 비교예들에서, Ni 및 Zr은 부가되지 않았고 또한 이에 따라 마모는 감소될 수 없었다.

또 다른 한편, 각 실시예에서, 최대 마모량은 120 ㎛ 이하이었고 또한 상기 코팅 필름은 충분한 내마모성 및 부착성을 갖는 것으로 확인될 수 있었다.

부수적으로, ZrNi 화합물을 제외하고 생산될 수 있었던 Zr-X 화합물(X=Fe, Ru, Os, Co, Rh 또는 Ir)을 사용하는 테스트가 수행되었고, 그러나 생산성에 있어서 적용 가능한 Zr/X 비율의 기준점으로부터, 단지 a=0.2인 경우의 조성물이 생산될 수 있었다.

본 발명을 수행하기 위한 모드가 상세하게 기재되었으나, 본 발명은 이러한 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 다양한 변화들 및 변형들이 본 발명의 목적으로부터 벗어나지 않고 그 안에서 이루어질 수 있다.

본 발명의 타겟은 컷팅 수단의 표면 상에서의 하드 코팅 필름을 형성하기 위한 타겟으로서 사용될 수 있다.

본 발명의 하드 코팅 필름-코팅된 컷팅 수단은 다양한 컷팅 수단들 용으로 사용될 수 있다.

Claims (2)

1. Cr_{1 -x-y- z}Al_x[Ni_{1 - a}Zr_a]_yM_z 에 의해 표현되는 조성을 갖고 또한 95% 이상의 상대 밀도(relative density)를 갖는 타겟(target)으로, 상기 타겟은 컷팅 수단을 위한 하드 코팅 필름을 형성하는데에 사용하기 위한 것이고,
   여기서 M은 Ti, Nb, Si, B, W 및 V로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소이고, 또한
   여기서 a, x, y 및 z는 0.5≤x≤0.8, 0.01≤y≤0.35, 0≤z≤0.2, 0.51≤x+y+Z≤1 및 0.2≤a≤0.5를 만족하는 것을 특징으로 하는 타겟.
2. 베이스 재료, 및
   상기 베이스 재료의 표면상에 형성된, 제1항에 따른 타겟을 이용하여 형성되며 또한 질화물(nitride), 카바이드(carbide) 또는 탄소-질소 화합물(carbonitride)을 포함하는 하드 코팅 필름
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 하드 코팅 필름-코팅된 컷팅 수단(hard coating film-coated cutting tool).
   

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