KR20130115375A - 경질 적층 피막 - Google Patents

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Abstract

본 실시예의 경질 적층 피막 (20) 에서는, (Ti1 - aBa) 의 산화물 또는 산질화물로 이루어지는 제 1 피막 (22) 과, TiB2 로 이루어지는 제 2 피막 (24) 이 모재 (12, 62, 77) 의 표면 상에 교대로 적층됨으로써 경질 적층 피막 (20) 이 구성되고, 제 1 피막 (22) 을 구성하는 (Ti1 - aBa) 의 원자비 a 는 0.02≤a≤0.7 이고, 제 1 피막 (22) 의 막두께는 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하이고, 제 2 피막 (24) 의 막두께는 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하이고, 경질 적층 피막 (20) 의 총 막두께는 0.2 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하인 것으로부터, 내마모성, 내열성, 내용착성 및 밀착성 (부착 강도) 에 있어서 모두 만족할 만한 특성이 얻어진다.

Description

경질 적층 피막 {HARD MULTILAYER COATING FILM}
본 발명은, 조성이 서로 상이한 2 종류의 피막을 모재의 표면 상에 교대로 적층한 경질 적층 피막에 관한 것으로, 특히, 그 경질 적층 피막 특성의 개량에 관한 것이다.
고속도 공구강이나 초경 합금 등의 공구 모재의 표면에 형성하는 내마모성 경질 피막으로서, 조성이 서로 상이한 2 종류의 제 1 피막 및 제 2 피막을 교대로 적층한 여러 가지 경질 적층 피막이 제안되어 있다. 특허문헌 1, 2 에 기재된 경질 적층 피막은 그 일례로, 원소 주기율표의 IVa 족, Va 족, VIa 족의 금속 원소, 혹은 Al 등의 질화물이나 탄화물 등으로 이루어지는 2 종류의 피막이 소정의 적층 두께 주기로 반복해서 적층되어 있다. 즉, 제 1 피막 및 제 2 피막의 박막화나 다층화, 금속 원소의 합금화 등의 여러 가지 수단에 의해 피막 경도나 내마모성의 향상이 도모되고 있다.
일본 공개특허공보 평7-205361호 일본 공개특허공보 2005-256081호
그러나, 이와 같은 경질 적층 피막으로 피복된 절삭 공구를 사용하여, 특히, 인코넬 (니켈기 초경 합금의 상표) 이나 티탄 합금 등의 내열 합금이나 그것을 함유하는 복합재를 절삭 가공하는 경우에, 내용착성, 내마모성, 내열성에 있어서 여전히 충분히 만족스러운 성능을 갖는 절삭 공구가 얻어지지 않고 있었다.
본 발명은 이상의 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 인코넬이나 티탄 합금 등의 내열 합금이나 그것을 함유하는 복합재를 절삭 가공하는 경우에도, 내용착성, 내마모성, 내열성에 있어서 충분히 만족스러운 성능을 갖는 경질 적층 피막을 제공하는 것에 있다.
본 발명자는 이상의 사정을 배경으로 하여 여러 가지 검토를 거듭한 결과, Ti 계 경질 적층 피막을 구성하는 제 1 피막 및 제 2 피막의 일방에 붕소 원소 B 의 산화물 또는 질화물을 함유시키면, 내용착성 및 내열성에 대해서는 만족할 만한 특성이 되는 반면, 내마모성 및 부착 강도가 충분하지 않고, 붕소 원소 B 를 함유시키면, 내열성, 내마모성 및 부착 강도에 대해서는 그다지 문제는 없지만, 내용착성에 대해서는 만족할 만한 특성이 얻어지지 않았다. 그래서, 제 1 피막 및 제 2 피막의 일방에 붕소 원소 B 의 산화물 또는 질화물을 함유시킴과 동시에, 타방에 붕소 원소 B 를 함유시켜 교대로 적층하면, 내마모성, 내열성, 내용착성 및 밀착성 (부착 강도) 에 있어서 동시에 만족할 만한 특정이 얻어지는 것을 알아냈다. 본 발명은 이러한 지견에 기초하여 이루어진 것이다.
즉, 제 1 발명은, (a) 조성이 서로 상이한 2 종류의 제 1 피막 및 제 2 피막이 모재의 표면 상에 교대로 복수 적층된 경질 적층 피막으로서, (b) 상기 제 1 피막은, (Ti1 - aBa) 의 산화물 또는 산질화물이고, (c) 상기 제 2 피막은 TiB2 인 것을 특징으로 한다.
또, 제 2 발명은, 제 1 발명에 있어서, (d) 상기 제 1 피막에 있어서의 원자비 a 는 0.02≤a≤0.7 이고, (e) 상기 제 1 피막의 막두께는 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하이고, (f) 상기 제 2 피막의 막두께는 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하이고, (g) 상기 경질 적층 피막의 총 막두께는 0.2 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
또, 제 3 발명은, 제 1 발명 또는 제 2 발명에 있어서, (h) 상기 경질 적층 피막의 적층수는, 2 층 이상 100 층 이하인 것을 특징으로 한다.
제 1 발명의 경질 적층 피막에 의하면, (Ti1 - aBa) 의 산화물 또는 산질화물로 이루어지는 제 1 피막과, TiB2 로 이루어지는 제 2 피막이 모재의 표면 상에 교대로 적층됨으로써 경질 적층 피막이 구성되어 있기 때문에, 내마모성, 내열성, 내용착성 및 밀착성 (부착 강도) 에 있어서 모두 만족할 만한 특성이 얻어진다.
또, 제 2 발명의 경질 적층 피막에 의하면, 그 제 1 피막을 구성하는 (Ti1 -aBa) 의 원자비 a 는 0.02≤a≤0.7 이고, 제 1 피막의 막두께는 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하이고, 제 2 피막의 막두께는 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하이고, 경질 적층 피막의 총 막두께는 0.2 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하인 것으로부터, 내마모성, 내열성, 내용착성 및 밀착성 (부착 강도) 에 있어서 모두 만족할 만한 특성이 얻어진다.
또, 제 3 발명의 경질 적층 피막에 의하면, 그것을 구성하는 제 1 피막 및 제 2 피막의 적층수는 2 층 이상 100 층 이하인 것으로부터, 내마모성, 내열성, 내용착성 및 밀착성 (부착 강도) 에 있어서 모두 만족할 만한 특성이 얻어진다.
여기서, 바람직하게는 상기 경질 적층 피막은, 엔드 밀, 탭, 드릴 등의 회전 절삭 공구의 적어도 칼날부에 적용되는 것 외에, 바이트 등의 비회전식 절삭 공구, 혹은 전조 공구 등, 여러 가지 가공 공구의 표면에 형성되는 경질 적층 피막에 바람직하게 적용될 수 있지만, 반도체 장치 등의 표면 보호막 등 가공 공구 이외 부재의 표면에 형성되는 경질 적층 피막에도 적용할 수 있다. 공구 모재 등 경질 적층 피막이 형성되는 모재의 재질로는, 초경 합금이나 고속도 공구강이 바람직하게 사용되지만, 다른 금속 재료여도 된다.
또, 바람직하게는 상기 경질 적층 피막을 형성하는 PVD 법 (물리 증착법) 으로는, 아크 이온 플레이팅법이나 스퍼터링법이 바람직하게 사용된다. 제 1 피막 및 제 2 피막의 막두께는, 타깃에 대한 투입 전력량 등에 의해 적절히 설정할 수 있다.
또, 바람직하게는 상기 제 1 피막에 있어서의 (Ti1 - aBa) 의 원자비 a 는 0.02 와 0.7 사이의 값이면 되고, 금속 원소의 종류나 요구 특성 등에 따라 적절히 설정할 수 있다. 원자비 a 가 0.02 를 하회하거나 0.7 을 상회하거나 하면, 내마모성이 잘 얻어지지 않게 된다. 또, 제 1 피막은 (Ti1 - aBa) 의 산화물 및 질화물 중 어느 것이어도 된다.
또, 바람직하게는 상기 제 1 피막 및 제 2 피막에 있어서의 조성에 있어서는, (Ti1 - aBa) 의 산화물 또는 질화물 및 TiB2 외에 불가피적인 불순물 원소나 성질에 영향을 주지 않는 다른 원소를 함유해도 지장 없다.
또, 바람직하게는 상기 제 1 피막의 막두께는 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하이고, 제 2 피막의 막두께는 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하이고, 경질 적층 피막의 총 막두께는 0.2 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하이다. 제 1 피막 혹은 제 2 피막의 막두께가 0.1 ㎛ 를 하회하거나, 경질 적층 피막의 총 막두께가 0.2 ㎛ 를 하회하는 경우에는, 적어도 내마모성에 있어서 만족할 만한 특성이 얻어지지 않는다. 제 1 피막 혹은 제 2 피막의 막두께가 0.5 ㎛ 를 상회하는 경우 및 경질 적층 피막의 총 막두께가 10.0 ㎛ 를 상회하는 경우에는, 제조 비용이 높아진다.
또, 바람직하게는 제 1 피막과 제 2 피막을 합친 적층수는, 2 층 이상 100 층 이하의 범위가 바람직하다. 적층수가 2 를 하회하면 제 1 피막 또는 제 2 피막이 존재하지 않게 되어, 내마모성에 대해서는 만족할 만한 특성이 얻어지지 않게 된다. 또, 적층수가 100 을 상회할수록 제조 비용이 높아진다.
제 1 피막 및 제 2 피막은, 어느 것을 먼저 부재 (공구 모재 등) 의 표면 상에 형성해도 되고, 피막의 조성에 따라, 예를 들어 밀착성이 우수한 쪽을 먼저 형성하는 것이 바람직하지만, 특별히 한정하지 않고 형성하는 것도 가능하다. 또, 제 1 피막 및 제 2 피막을 페어로 하여 적층되어도 되지만, 합계 층수를 홀수로 하는 것도 가능하여, 제 1 피막을 먼저 형성한 경우에 최상층도 제 1 피막이거나, 제 2 피막을 먼저 형성한 경우에 최상층도 제 2 피막이거나 해도 된다. 또한, 본 발명의 경질 적층 피막과 부재 표면 사이에, 필요에 따라 다른 경질 피막을 개재시키거나 최상층에 다른 피막을 형성하거나 하는 것도 가능하다.
도 1 은 본 발명의 경질 적층 피막이 적용된 엔드 밀을 나타내는 도면으로서, 축심과 직각 방향에서 본 정면도이다.
도 2 는 도 1 의 엔드 밀을 나타내는 도면으로서, 그 칼날부의 표면 부분에 적층된 경질 적층 피막의 구성을 확대해서 설명하는 단면도이다.
도 3 은 도 1 의 경질 적층 피막을 PVD 법에 의해 바람직하게 형성할 수 있는 아크 이온 플레이팅 장치의 일례를 설명하는 개략 구성도이다.
도 4 는 도 3 의 아크 이온 플레이팅 장치에 있어서의 회전 테이블 및 타깃의 위치 관계를 설명하는 평면도이다.
도 5 는 본 발명의 경질 적층 피막이 적용된 볼 엔드 밀을, 그 축심과 직각 방향에서 본 정면도이다.
도 6 은 도 5 의 볼 엔드 밀의 칼날부를 축심 방향에서 본 측면도이다.
도 7 은 본 발명의 경질 적층 피막이 적용된 드릴을, 그 축심과 직각 방향에서 본 정면도이다.
도 8 은 도 7 의 드릴의 칼날부를 나타내는 사시도이다.
도 9 는 도 7 의 드릴의 칼날부에 본 발명의 경질 적층 피막을 형성하고, 그 경질 적층 피막의 조성비, 막두께, 적층수, 내마모성의 평가 결과를, 일단 수치 범위에서 벗어난 시험품 및 1 종류의 피막으로 구성된 경질 성층 (成層) 피막이 피복된 종래품의 조성비, 막두께, 적층수, 내마모성 평가 결과와 대비하여 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
실시예 1
도 1 은, 본 발명의 경질 적층 피막 피복 공구의 일례인 엔드 밀 (10) 을 설명하는 도면으로서, 축심 (C) 과 직각 방향에서 본 정면도이다. 이 엔드 밀 (10) 은, 초경 합금으로 구성되어 있는 공구 모재 (12) 에는 섕크 및 칼날부 (14) 가 일체로 형성되어 있다. 칼날부 (14) 에는, 절삭날로서 나선상의 외주날 (16) 및 직선상의 바닥날 (18) 이 형성되어 있고, 축심 (C) 둘레로 회전 구동됨으로써 그것 등의 외주날 (16) 및 바닥날 (18) 에 의해 절삭 가공이 행해지도록 되어 있음과 함께, 그 칼날부 (14) 의 표면에는 경질 적층 피막 (20) 이 코팅되어 있다. 도 1 의 사선부는 경질 적층 피막 (20) 을 나타내고 있다.
도 2 는, 칼날부 (14) 의 표면 부분에 코팅된 경질 적층 피막 (20) 의 구성을 확대해서 나타내는 단면도이다. 엔드 밀 (10) 은 회전 절삭 공구이고, 공구 모재 (12) 는 경질 적층 피막 (20) 이 표면에 형성되는 기재에 상당한다.
도 2 로부터 분명한 바와 같이, 경질 적층 피막 (20) 은, 서로 상이한 조성의 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (24) 을, 공구 모재 (12) 의 표면 상에 교대로 다수 적층한 것이다. 제 1 피막 (22) 은, (Ti1 - aBa) 합금의 산화물 또는 산질화물로 구성된다. 그 (Ti1 - aBa) 합금의 원자비 a 는 0.02≤a≤0.7 이고, 제 1 피막 (22) 은, 그 막두께가 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하가 되도록 형성되어 있다. 제 2 피막 (24) 은, TiB2 합금으로 구성되어 있다. 이 제 2 피막 (24) 은, 그 막두께가 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하가 되도록 형성되어 있다. 그리고, 그들 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (24) 의 적층에 의해 구성되는 경질 적층 피막 (20) 은, 2 층 이상 100 층 이하의 적층수로 구성되고, 그 막두께가 0.2 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하가 되도록 형성되어 있다.
도 3 은, 상기 경질 적층 피막 (20) 을 형성할 때에 바람직하게 사용되는 아크 이온 플레이팅 장치 (30) 의 개략적인 구성을 설명하는 도면이다. 도 4 는 도 3 의 A-A 단면에 상당하는 도면으로서, 평면도이다. 이 아크 이온 플레이팅 장치 (30) 는, 대략 수평인 제 1 회전 테이블 (32), 그 제 1 회전 테이블 (32) 을 대략 수직인 1 중심선 (O) 둘레로 회전 구동시키는 회전 구동 장치 (33), 제 1 회전 테이블 (32) 의 외주부에 복수 (도 4 에서는 4 개) 배치 형성됨과 함께 다수의 워크, 즉 경질 적층 피막 (20) 을 피복하기 전의 절삭날 (16, 18) 등이 형성된 공구 모재 (12) 를 유지하는 제 2 회전 테이블 (34), 공구 모재 (12) 에 부 (負) 의 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전원 (36), 공구 모재 (12) 등을 내부에 수용하고 있는 처리 용기로서의 챔버 (38), 챔버 (38) 내에 소정의 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 장치 (40), 챔버 (38) 내의 기체를 진공 펌프 등으로 배출하여 감압하는 배기 장치 (42), 제 1 아크 전원 (44), 제 2 아크 전원 (46) 등을 구비하고 있다. 이 아크 이온 플레이팅 장치 (30) 는 피막 형성 장치에 상당한다. 또한, 도 4 에서는, 제 2 회전 테이블 (34) 에 장착되는 공구 모재 (12) 가 생략되어 있다.
상기 제 2 회전 테이블 (34) 은 제 1 회전 테이블 (32) 과 평행하게 배치 형성되어 있고, 그 제 1 회전 테이블 (32) 의 1 중심선 (O) 과 평행한 자신의 중심선 (제 2 중심선) 둘레로 회전됨과 함께, 복수의 공구 모재 (12) 를, 그 축심이 제 2 중심선과 평행하고 칼날부 (14) 가 상향이 되는 수직인 자세로 유지하도록 되어 있다. 따라서, 복수의 공구 모재 (12) 는, 제 2 회전 테이블 (34) 의 중심선 (제 2 중심선) 둘레로 회전 구동되면서, 제 1 회전 테이블 (32) 에 의해 1 중심선 (O) 둘레로 회전 구동되게 된다. 제 1 회전 테이블 (32) 주위에는, 1 중심선 (O) 둘레에 제 1 타깃 (48) 및 제 2 타깃 (52) 이 180°간격으로 교대로 위치가 고정되어 배치 형성되어 있고, 제 1 회전 테이블 (32) 의 연속 회전에 의해, 공구 모재 (12) 는 제 2 회전 테이블 (34) 과 함께 그것 등의 제 1 타깃 (48) 및 제 2 타깃 (52) 앞을 교대로 주기적으로 통과하게 된다. 본 실시예에서는, 제 1 타깃 (48) 및 제 2 타깃 (52) 은, 각각 1 중심선 (O) 둘레에 180°간격으로 2 개씩 배치 형성되어 있게 된다. 또한, 복수의 제 2 회전 테이블 (34) 은, 예를 들어 독자적인 회전 구동 장치에 의해 독립적으로 회전 구동되도록 구성되지만, 기어 기구 등에 의해 제 1 회전 테이블 (32) 의 회전에 연동하여 기계적으로 회전 구동되도록 할 수도 있다.
상기 반응 가스 공급 장치 (40) 는, 질소 가스 (N2) 나 탄화수소 가스 (CH4, C2H2 등), 산소 가스 (O2) 등의 탱크를 구비하고 있어, 제 1 피막 (22) 이나 제 2 피막 (24) 의 조성에 따라, 예를 들어 산화물의 경우에는 산소 가스만을 공급하고, 질화물의 경우에는 질소 가스만을 공급하고, 산질화물의 경우에는 산소 가스 및 질소 가스를 공급하고, 탄질화물의 경우에는 질소 가스 및 탄화수소 가스를 공급한다. 붕질화물 등 다른 화합물을 형성하는 경우에도 동일하게 하여 소정의 반응 가스를 공급하면 된다.
상기 1 중심선 (O) 에 대해 대향하는 위치에 배치 형성된 제 1 타깃 (48) 은, 상기 제 1 피막 (22) 의 구성 물질인 (Ti1 - aBa) 합금으로 구성되어 있는 한편, 마찬가지로 1 중심선 (O) 에 대해 대향하는 위치에 배치 형성된 제 2 타깃 (52) 은, 상기 제 2 피막 (24) 의 구성 물질인 TiB2 합금으로 구성되어 있다. 그리고, 상기 제 1 아크 전원 (44) 은, 상기 제 1 타깃 (48) 을 캐소드로 하여 애노드 (50) 와의 사이에 소정의 아크 전류를 통전하여 아크 방전시킴으로써, 제 1 타깃 (48) 으로부터 (Ti1 - aBa) 합금을 증발시키는 것으로, 증발된 (Ti1 - aBa) 합금은 정 (＋) 의 금속 이온이 되어 부 (-) 의 바이어스 전압이 인가되고 있는 공구 모재 (12) 에 부착된다. 그 때, 공급된 반응 가스와 반응하여, 상기 (Ti1 - aBa) 의 산화물 혹은 산질화물로 이루어지는 제 1 피막 (22) 이 형성된다. 또, 제 2 아크 전원 (46) 은, 상기 제 2 타깃 (52) 을 캐소드로 하여 애노드 (54) 와의 사이에 소정의 아크 전류를 통전하여 아크 방전시킴으로써, 제 2 타깃 (52) 으로부터 TiB2 합금을 증발시키는 것으로, 증발된 TiB2 합금은 정 (＋) 의 금속 이온이 되어 부 (-) 의 바이어스 전압이 인가되고 있는 공구 모재 (12) 에 부착된다.
이와 같은 아크 이온 플레이팅 장치 (30) 를 사용하여 공구 모재 (12) 의 칼날부 (14) 의 표면에 경질 적층 피막 (20) 을 형성할 때에는, 미리 배기 장치 (42) 로 배기하면서 챔버 (38) 내가 소정의 압력 (예를 들어, 1.33 ㎩ ∼ 3.99 ㎩ 정도) 으로 유지되도록 반응 가스 공급 장치 (40) 로부터 소정의 반응 가스를 공급함과 함께, 바이어스 전원 (36) 에 의해 공구 모재 (12) 에 소정의 바이어스 전압 (예를 들어, -50 V ∼ -150 V 정도) 을 인가한다. 또, 제 2 회전 테이블 (34) 을 중심선 둘레로 회전 구동시키면서 제 1 회전 테이블 (32) 을 1 중심선 (O) 둘레로 일 방향으로 일정 속도로 연속 회전시킴으로써, 공구 모재 (12) 를 제 2 회전 테이블 (34) 과 함께 제 2 중심선 둘레로 회전시키면서, 제 1 타깃 (48) 및 제 2 타깃 (52) 앞을 교대로 주기적으로 통과시킨다.
이로써, 공구 모재 (12) 가 제 1 타깃 (48) 앞을 통과할 때에는, (Ti1 - aBa) 의 산화물 혹은 질화물로 이루어지는 제 1 피막 (22) 이 공구 모재 (12) 의 표면에 부착되게 되고, 제 2 타깃 (52) 앞을 통과할 때에는, TiB2 로 이루어지는 제 2 피막 (24) 이 공구 모재 (12) 의 표면에 부착되게 되는 것이다. 이로써, 공구 모재 (12) 의 표면에 제 1 피막 (22) 과 제 2 피막 (24) 이 교대로 연속적으로 적층되어, 경질 적층 피막 (20) 이 형성된다. 본 실시예에서는, 제 1 회전 테이블 (32) 주위에 제 1 타깃 (48) 및 제 2 타깃 (52) 이 배치 형성되어 있기 때문에, 제 1 회전 테이블 (32) 이 회전함으로써 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (24) 이 적층된다. 각 아크 전원 (44, 46) 의 아크 전류의 전류값은, 제 1 피막 (22), 제 2 피막 (24) 의 막두께에 따라 정해진다. 이와 같은 경질 적층 피막 (20) 의 형성은, 컴퓨터를 포함하는 제어 장치에 의해 자동적으로 실시할 수 있다.
또한, 제 1 피막 (22) 은 (Ti1 - aBa) 의 산화물 혹은 산질화물로 이루어지고, 제 2 피막 (24) 은 TiB2 로 이루어지기 때문에, 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (24) 을 따로따로 형성할 필요가 있고, 반응 가스 공급 장치 (40) 로부터 공급하는 반응 가스의 전환과, 제 1 아크 전원 (44) 및 제 2 아크 전원 (46) 을 선택적으로 ON, OFF 하여 제 1 타깃 (48) 과 제 2 타깃 (52) 을 전환하거나 한다.
실시예 2
도 5 및 도 6 은, 전술한 경질 적층 피막 (20) 이 실시예 1 의 엔드 밀 (10) 과 동일한 경질 피막 형성 공정을 거쳐 칼날부 (64) 의 표면에 형성된 볼 엔드 밀 (60) 을, 그 축심 (C) 에 직교하는 방향에서 본 정면도 및 축심 (C) 의 방향에서 칼날부 (64) 를 본 측면도를 나타내고 있다. 이 볼 엔드 밀 (60) 은, 초경 합금으로 구성되어 있는 공구 모재 (62) 에는 섕크 및 칼날부 (64) 가 일체로 형성되어 있다. 칼날부 (64) 에는, 절삭날로서 나선상의 외주날 (66) 및 2 장의 반원상의 볼 칼날 (바닥날) (68) 이 형성되어 있고, 축심 둘레로 회전 구동됨으로써 그것 등의 외주날 (66) 및 볼 칼날 (68) 에 의해 절삭 가공이 행해지도록 되어 있음과 함께, 그 칼날부 (64) 의 표면에는, 도 2 에 도시되어 있는 경질 적층 피막 (20) 이 코팅되어 있다. 도 5 및 도 6 의 사선부는 그 경질 적층 피막 (20) 을 나타내고 있다.
실시예 3
도 7 및 도 8 은, 전술한 경질 적층 피막 (20) 이 실시예 1 의 엔드 밀 (10) 과 동일한 경질 피막 형성 공정을 거쳐 선단 칼날부 (76) 의 표면에 형성된 드릴 (70) 을, 그 축심 (C) 에 직교하는 방향에서 본 정면도 및 그 선단 칼날부 (76) 를 나타내는 사시도를 나타내고 있다. 이 드릴 (70) 은, 예를 들어 초경 합금제 모재로 일체로 구성된 3 장 칼날의 트위스트 드릴로, 주축에 파지되기 위한 섕크 (72) 와 축부 (74) 와 선단 칼날부 (76) 가 초경 합금제 축상 공구 모재 (77) 에 축심 방향으로 순차적으로 형성되어 있다. 선단 칼날부 (76) 의 직경 (D) 은 축부 (74) 보다 약간 대경이 되어, 오로지 절삭에 기여하는 칼날부로서 기능하고 있다. 선단부 (76) 의 표면에는, 도 2 에 도시되어 있는 경질 적층 피막 (20) 이 코팅되어 있다. 도 7 및 도 8 의 사선부는 그 경질 적층 피막 (20) 을 나타내고 있다.
상기 축부 (74) 및 선단 칼날부 (76) 에는, 드릴 축심 (C) 둘레에 등각도 간격으로 3 개의 비틀림 홈 (78) 이 스파이럴상으로 형성되고, 그들 비틀림 홈 (78) 이 선단 칼날부 (76) 에 있어서의 드릴 선단에 개구 부분에 각각의 비틀림 홈 (78) 의 개구 가장자리를 따라 주절삭날 (바닥날) (80) 이 형성되어 있다. 선단 칼날부 (76) 의 끝면인 주절삭날 (80) 의 플랭크면에는 절삭액 공급공 (82) 이 개구되어 있다.
다음으로, 상기 드릴 (70) 의 선단 칼날부 (76) 의 표면에 피복하는 경질 적층 피막의 조성, 막두께, 적층수를 도 9 에 나타내는 바와 같이 변경한 복수 종류의 시험 드릴을 제작하고, 이하의 구멍 절삭 시험 조건에서 절삭했을 때의 가공 구멍수에 기초하여 평가를 실시한 결과를 도 9 의 표에 나타낸다. 도 9 에 있어서, A 층은 제 1 피막 (22) 에 대응하고, B 층은 제 2 피막 (24) 에 대응하고 있다. 또, A 층의 조성에 있어서 말미의 「O」가 산화물을 나타내고, 「N」은 질화물을 나타내고, 「ON」은 산화질화물을 나타내고 있다. 또, 도 9 에 있어서, 가공 구멍수란 주절삭날 (바닥날) (80) 에 계속되는 선단 플랭크면의 마모폭이 0.2 ㎜ 에 도달할 때까지 가공한 구멍수로, 합격이란 내마모성을 평가하는 것으로서, 그 가공 구멍수가 20 을 초과한 것을 기준으로 판단하고 있다.
＜절삭 시험 조건＞
드릴：경질 적층 피복이 형성된 초경 합금제 드릴 (φ8.3 ㎜)
피삭재：인코넬 718 (니켈기 초경 합금의 상표)
사용 기계：수직형 머시닝 센터
절삭 속도：10 m/min
이송 속도：0.1 ㎜/rev.
가공 깊이：33 ㎜ (블라인드 홀)
스텝량：논스텝
절삭유：유성
상기 구멍 절삭 시험에 있어서, 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (24) 의 교대 적층으로 이루어지는 경질 적층 피막 (20) 이 형성된 시험 드릴은, 용착성, 내열성, 밀착성에 대해서는 모두 만족할 만한 것이었지만, 내마모성에 대해서는, 도 9 의 판정 결과에 나타내는 바와 같이 차이를 볼 수 있었다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (24) 의 교대 적층으로 이루어지는 경질 적층 피막 (20) 이 형성된 시험 드릴 중 합격 평가의 시험 드릴에 대해서는, 본 발명품 1 내지 19 라는 명칭을 붙이고, 불합격 평가의 시험 드릴에 대해서는 시험품 1 내지 9 라는 명칭을 붙이고, 1 종류의 피막의 적층으로 이루어지는 경질 적층 피막이 형성된 시험 드릴에 대해서는, 종래품 1 내지 6 이라는 명칭을 붙이고 있다.
합격 평가의 시험 드릴인 본 발명품 1 내지 19 는, 그 칼날부에 피복된 경질 적층 피막 (20) 은, 제 1 피막 (22) (A 층) 및 제 2 피막 (24) (B 층) 의 교대 적층으로 이루어지고, 제 1 피막 (22) 은, (Ti1 - aBa) 합금의 산화물 또는 산질화물로 구성된다. 그 (Ti1 - aBa) 합금의 원자비 a 는 0.02≤a≤0.7 이고, 제 1 피막 (22) 은, 그 막두께가 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하가 되도록 형성되어 있다. 제 2 피막 (24) 은 TiB2 합금으로 구성되어 있다. 이 제 2 피막 (24) 은, 그 막두께가 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하가 되도록 형성되어 있다. 그리고, 그들 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (24) 의 적층에 의해 구성되는 경질 적층 피막 (20) 은, 2 층 이상 100 층 이하의 적층수로 구성되고, 그 막두께가 0.2 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하가 되도록 형성되어 있다. 이들 본 발명품 1 내지 19 의 평가 결과에 나타나는 바와 같이, 제 1 피막 (22) (A 층) 및 제 2 피막 (24) (B 층) 중 어느 것이 최하층 혹은 최상층인지와는 관계가 없다.
이에 대해, 불합격 평가의 시험 드릴인 시험품 1 내지 9 는, 그 칼날부에 피복된 경질 적층 피막 (20) 은, 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (24) 의 교대 적층으로 이루어지고, 제 1 피막 (22) 은 (Ti1 - aBa) 의 산화물 또는 산질화물로 구성되고, 제 2 피막 (24) 은 TiB2 로 구성되어 있지만, 원자비 a, 막두께, 층수 중 어느 것에 있어서 상기 본 발명품의 범위에서 벗어나 있다. 또, 1 종류의 피막의 적층으로 이루어지는 경질 적층 피막이 형성된 시험 드릴인 종래품 1 내지 6 은, 단순히 내마모성이 대폭 낮을 뿐만 아니라, 도 9 에는 도시되어 있지 않지만, 내용착성, 내열성, 밀착성 중 어느 것에 있어서 부족한 점이 있다.
상기 서술한 바와 같이, 본 실시예의 경질 적층 피막 (20) 에서는, (Ti1 - aBa) 의 산화물 또는 산질화물로 이루어지는 제 1 피막 (22) 과, TiB2 로 이루어지는 제 2 피막 (24) 이 모재 (12, 62, 77) 의 표면 상에 교대로 적층됨으로써 경질 적층 피막 (20) 이 구성되어 있기 때문에, 내마모성, 내열성, 내용착성 및 밀착성 (부착 강도) 에 있어서 모두 만족할 만한 특성이 얻어진다.
또, 본 실시예의 경질 적층 피막 (20) 에 의하면, 그 제 1 피막 (22) 을 구성하는 (Ti1 - aBa) 의 원자비 a 는 0.02≤a≤0.7 이고, 제 1 피막 (22) 의 막두께는 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하이고, 제 2 피막 (24) 의 막두께는 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하이고, 경질 적층 피막 (20) 의 총 막두께는 0.2 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하인 것으로부터, 내마모성, 내열성, 내용착성 및 밀착성 (부착 강도) 에 있어서 모두 만족할 만한 특성이 얻어진다.
또, 본 실시예의 경질 적층 피막 (20) 에 의하면, 그것을 구성하는 제 1 피막 (22) 및 제 2 피막 (24) 의 적층수는, 2 층 이상 100 층 이하인 것으로부터, 내마모성, 내열성, 내용착성 및 밀착성 (부착 강도) 에 있어서 모두 만족할 만한 특성이 얻어진다.
이상, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명하였지만, 이것 등은 어디까지나 일 실시형태로, 본 발명은 당업자의 지식에 기초하여 여러 가지 변경, 개량을 가한 양태로 실시할 수 있다.
산업상 이용가능성
본 발명의 경질 적층 피막은, (Ti1 - aBa) 의 산화물 또는 산질화물로 이루어지는 제 1 피막 (22) 과, TiB2 로 이루어지는 제 2 피막 (24) 이 공구 모재 (12, 62, 77) 의 표면 상에 교대로 적층됨으로써 경질 적층 피막 (20) 이 구성되어 있기 때문에, 내마모성, 내열성, 내용착성 및 밀착성 (부착 강도) 에 있어서 모두 만족할 만한 특성이 얻어지게 되고, 특히 내마모성이 한층 더 향상되기 때문에 회전 절삭 공구 등의 경질 피막으로서 바람직하게 사용된다.
10：엔드 밀 (경질 적층 피막이 형성된 절삭 공구)
12, 62, 77：공구 모재
20：경질 적층 피막
22：제 1 피막
24：제 2 피막
60：볼 엔드 밀 (경질 적층 피막이 형성된 절삭 공구)
70：드릴 (경질 적층 피막이 형성된 절삭 공구)

Claims (3)

  1. 조성이 서로 상이한 2 종류의 제 1 피막 및 제 2 피막이 모재의 표면에 교대로 복수 적층된 경질 적층 피막으로서,
    상기 제 1 피막은, (Ti1 - aBa) 의 산화물 또는 산질화물이고,
    상기 제 2 피막은 TiB2 인 것을 특징으로 하는 경질 적층 피막.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피막에 있어서의 원자비 a 는, 0.02≤a≤0.7 이고,
    상기 제 1 피막의 막두께는, 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하이고,
    상기 제 2 피막의 막두께는, 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하이고,
    상기 경질 적층 피막의 총 막두께는, 0.2 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 경질 적층 피막.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 경질 적층 피막의 적층수는, 2 층 이상 100 층 이하인 것을 특징으로 하는 경질 적층 피막.
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