KR20130121884A

KR20130121884A - 코팅된 절삭 공구 인서트

Info

Publication number: KR20130121884A
Application number: KR1020137016278A
Authority: KR
Inventors: 한스 린드; 리카르드 포르센; 마트스 요한손; 페렌크 타스나디; 나우렌 가포르; 비외른 알링; 망누스 오덴; 이고르 아브리코소브
Original assignee: 쎄코 툴스 에이비
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2013-11-06
Also published as: BR112013012688A2; CN103249869B; RU2013128471A; US20130287507A1; EP2643498B1; WO2012069475A1; EP2643498A1; US9180522B2; CN103249869A; KR101831014B1

Abstract

본 발명은 경질 및 내마모성 코팅이 물리 증착법 (PVD) 에 의해서 증착된 초경합금, 서멧, 세라믹들, 다결정질 다이아몬드 또는 입방정계 질화 붕소 기반 재료들의 경질 합금 몸체를 포함하는 칩 제거 기계가공용 절삭 공구 인서트에 관한 것이다. 상기 코팅은 NaCl-구조의 적어도 하나의 (Ti_cAl_aCr_bMe_d)(C_zO_yN_x) 층을 포함하고, 여기서 Me 는 원소들: Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W 및/또는 Si 중 하나 이상이고, 0.10 < a < 0.60, b + d > 0.20, c > 0.05, 0 ≤ d < 0.25, 0.75 < x < 1.05, 0 ≤ y < 0.25 및 0 ≤ z ≤ 0.25 이고 두께는 0.5 내지 10 μm 이다. 상기 층은 1 μm 미만의 평균 기둥형 폭, -6 GPa < s < -0.5 GPa 의 압축 응력 레벨 및 25 GPa 초과의 나노경도 (nanohardness) 를 갖는 기둥형 미세구조를 갖는다. 이 인서트는 높은 공구 온도를 생성하는 금속 절삭 적용 시에 특히 유용하다.

Description

코팅된 절삭 공구 인서트{COATED CUTTING TOOL INSERT}

본 발명은 초경합금, 서멧, 세라믹들 그리고 입방정계 질화 붕소 기반 재료들의 경질 합금의 몸체 및 높은 공구 온도를 생성하는 금속 절삭 적용들에 사용되도록 구성된 코팅을 포함하는 절삭 공구 인서트에 관한 것이다. 상기 코팅은 적어도 하나의 열적으로 안정한, 텍스쳐된 (textured) (Ti,Al,Cr,Me) 기반 니트라이드, 카보니트라이드, 옥시니트라이드 및/또는 옥시카보니트라이드 층을 포함하고, 여기서 Me 는 원소들: Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W 또는 Si 중 하나 이상이다. 코팅은 물리 증착법 (PVD) 에 의해서 그리고 바람직하게는 음극 아크 증착법 (cathodic arc evaporation) 에 의해서 성장된다.

1980년대 중반 이후, 성질들, 예를 들어 내마모성 및 따라서 공구 코팅의 성능을 향상시키기 위한 노력들이 있어왔다. 그 당시, 일반적인 관행은 TiN 으로 절삭 공구들을 코팅하는 것이었다. 그러나, TiN 은 열악한 내산화성으로 어려움이 있다. 향상된 내열성은 (Ti,Al)N 상태로 Al 을 합금함으로써 달성되었다. 공구 코팅들의 성능을 더 향상시키기 위해서, 좋은 결과들을 갖는 것과 나쁜 결과를 갖는 광범위한 3 원계 및 4 원계가 조사되어왔다. 이 연구에서 가장 중요한 파라미터 중 하나는 합금하는 원소들의 용해성 (solubility) 거동의 양호한 제어와 다음으로 이것이 최적의 코팅 성능을 산출하는 방법을 달성하는 것이다. 최근, (Ti,Al,Cr)N 상태로 Cr 을 합금하는 것이 코팅 거동 금속 절삭 적용들을 향상시킨다는 점이 보여져 왔다.

JP 7237010 은 (Ti,Al,Cr)C, (Ti,Al,Cr)N 또는 (Ti,Al,Cr)(C,N) 으로부터 선택된 적어도 하나의 층과 Ti, TiC, TiN 또는 TiCN 중 적어도 하나의 층의 코팅된 절삭 공구를 개시한다.

JP 4128363 은 (Ti₁ _-x- _yAl_xCr_y)N 층을 개시하고, 여기서 x < 0.8 이고 0.2 < y < 0.7 이다.

JP 2000038653 은 (Ti₁ _-x- _yCr_xAl_y)N 층을 개시하고, 여기서 0.02 ≤ x < 1.0 이고 0.02 ≤ y ≤ 0.7 이다.

EP 1219723 은 (Ti₁ _-a-b-c- _dAl_aCr_bSi_cB_d)(C₁ _- _eN_e) 로 구성된 절삭 공구들을 위한 경질 코팅을 개시하고, 여기서 0.5 ≤ a ≤ 0.8, 0.06 ≤ b, 0 ≤ c ≤ 0.1, 0 ≤ d ≤ 0.1, 0 ≤ c + d ≤ 0.1, a + b + c + d < 1 그리고 0.5 ≤ e ≤ 1 이다.

EP 1132498 은 (Al_aTi_bCr_c)(N_wO₁ _-w) 의 하나 또는 두 개의 층들을 포함하는 경질 내마모성 코팅을 개시하고, 여기서 30 ≤ a ≤ 70, 30 ≤ b ≤ 70, 0.5 ≤ c ≤ 20, a + b + c = 100 그리고 0.7 ≤ w ≤ 0.9 이다.

EP 1947209 는 (Cr₁ _- _xM_x)(B_aC_bN₁ _-a-b) 의 제 1 층 (여기서 0 ≤ x ≤ 0.7, 0 ≤ a ≤ 0.2 그리고 0 ≤ b ≤ 0.5 이고 M 은 원소들: W, V, Mo, Nb, Ti 및 Al 중 적어도 하나), 및 (Ti₁ _-X- _YCr_XAl_YL_Z)(B_BC_AN₁ _-A-B) 의 제 2 층 (여기서 0 ≤ 1 - X - Y ≤ 0.5, 0 < X ≤ 0.5, 0.4 ≤ Y ≤ 0.7, 0 ≤ Z ≤ 0.15, 0 ≤ A ≤ 0.5, 그리고 0 ≤ B ≤ 0.2 이고 L 은 적어도 Si 및 Y 중 어느 하나) 을 개시한다.

언급된 바와 같이, 금속 절삭 산업은 향상된 고온 내마모성을 갖는 새로운 경질 코팅들을 계속해서 찾고 있고, 향상된 생산성에 대한 필요뿐만 아니라 진보한 작업 재료 (work material) 의 계속적인 개발에 의해서 부분적으로 편향되어 있다. 다시, 이 관점들은 전형적으로 절삭 작업 동안에 공구 온도의 상승으로 이어진다. 따라서, 본 발명에 의해서 해결될 문제는 코팅된 절삭 공구 인서트, 드릴 또는 엔드밀을 제조하기 위한 대안적인 방법을 어떻게 제공할 지에 초점을 맞춘다.

본 발명의 목적은 높은 공구 온도의 금속 절삭 적용들에서 향상된 성능을 산출하는 코팅된 절삭 공구 인서트를 제공하는 것이다.

놀랍게도, (Ti,Al)N 상태로 Cr 을 합금하고, 절삭 공구 인서트 상의 텍스쳐된 (Ti,Al,Cr,Me)(C,O,N) 층 구조체상태로, 소량의 금속 원소들 (Me) : Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W 및 /또는 Si 을 첨가함으로써, 높은 공구 온도를 생성하는 기계가공 작동들에서 공구 수명이 향상된다는 점이 밝혀졌다.

도 1 은 II 로 표시된 초경합금 인서트 상의 I 로 표시된, 파괴된 (fractured) 단면 (Ti₀ _.17Al₀ _.53Cr₀ _.30)N 층의 SEM 현미경 사진이다.
도 2 는 (Ti₀ _.17Al₀ _.53Cr₀ _.30)N 층의 단면 TEM 현미경 사진이다. 이미지가 층 두께의 중간에 근접한 곳에서 얻어진다. 성장 방향은 화살표로 표시된다.
도 3 은 1 °의 입사각으로 얻어진 (Ti₀ _.17Al₀ _.53Cr₀ _.30)N 층의 그레이징 입사 (grazing incidence) X-레이 회절 패턴들이다. 회절 피크들 (peaks) 은 NaCl 구조체로서 인덱스된다.
도 4 는 (A) 30 at% 의 Cr 함량을 갖는 {111} 섬유 텍스쳐 (fiber texture) 를 갖는 층과 (B) 10 at% 의 Cr 함량을 갖는 {200} 섬유 텍스쳐를 갖는 층을 갖는 (Ti,Al,Cr)N 층들의 X-레이 회절 패턴들이다.

본 발명에 따르면, 0.5 내지 10 ㎛, 바람직하게는 1.5 내지 5 ㎛ 의 두께를 갖는 적어도 하나의 NaCl-구조의 (Ti_cAl_aCr_bMe_d)(C_zO_yN_x) 층을 포함하는 경질 내마모성 코팅이 증착되는 (deposited), 초경합금, 서멧, 세라믹들, 다결정질-다이아몬드 또는 입방정계 질화 붕소 기반 재료들의 경질 합금의 몸체를 포함하는 칩 제거 기계가공용 절삭 공구 인서트가 제공되고, 여기서 Me 는 원소들: Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W 또는 Si 바람직하게는 Zr, Nb 및 Ta 중 하나 이상이고, 그리고

0.10 < a < 0.60, 바람직하게는 0.25 < a < 0.55, 가장 바람직하게는 0.45 < a < 0.55,

b + d > 0.20, 바람직하게는 b + d > 0.25, 가장 바람직하게는 b + d > 0.35

c > 0.05, 바람직하게는 0.05 < c < b + d,

0 ≤ d < 0.25,

0.75 < x < 1.05, 바람직하게는 0.90 < x < 1.05,

0 ≤ y < 0.25, 바람직하게는 0 ≤ y < 0.15,

0 ≤ z ≤ 0.25, 바람직하게는 0 ≤ z ≤ 0.15 이다.

상기 층은

- TC(220) < TC(111),

- TC(220) < TC(200) 및

- 0.1 < TC(111)/TC(200) < 10, 바람직하게는 1 < TC(111)/TC(200) < 10, 가장 바람직하게는

4 < TC(111)/TC(200) < 10 에 따른 텍스쳐 계수들 (texture coefficients), 즉 TC(hkl) 를 갖는 섬유 텍스쳐를 갖는다.

유한한 층 두께 때문에, 보정된 텍스쳐 계수들, 즉 TC(hkl) 은:

와 같이 유도되고, 여기서, TC_meas(hkl) 은 주어진 (hkl) 반사에 대한 측정된 텍스쳐 계수이고, μ(μm^-1) 은 선형 흡수 계수이고, x(μm) 는 층 두께이고, θ_hkl 은 동일 (hkl) 반사에 대한 회절 각도의 절반이다.

상기 층들에 대해서, μ 는 CuKα 방사선을 이용하여 0.053 과 0.11 μm^-1 사이에서 변한다. 평균적으로, μ = 0.08201 을 갖는 (Ti₀ _.17Al₀ _.53Cr₀ _.30)N 에 대한 값에도 근사한 TC(hkl) 계산들에서 μ = 0.0815 μm^-1 가 이용된다.

TC_meas(hkl) 은 θ - 2θ 구성의 X-레이 회절 데이타로부터 아래와 같이 결정된다:

여기서, I_meas(hkl) 은 (hkl) 반사의 강도이고, I₀(hkl) 은 동일 (hkl) 에 대한 표준 강도 이며 여기서 각각 I₀(111) = 72, I₀(200) = 100 및 I₀(220) = 45 이고, n = 3, 즉 계산들에서 이용되는 (hkl) 반사들의 수이다. 여기서, 단지 제 1 차 반사들 (hkl) , 즉 (111), (200) 및 (220) 이 각각 이용된다.

층의 중간 영역, 즉 성장 방향의 층 두께의 30 내지 70 % 내의 영역의 단면 투과 전자 현미경 검사에 의해서 결정되는 바와 같이, 상기 층은 1 μm 미만, 바람직하게는 0.6 μm 미만의 평균 기둥 폭을 갖는 기둥형 미세구조를 갖고, 상기 평균 기둥형 폭은 적어도 10 개의 인접 기둥들의 평균이다.

상기 층은 -6.0 < σ < -0.5 GPa, 바람직하게는 -4.0 < σ < -1.5 GPa 의 압축 응력 레벨을 갖는다. 잔류 응력은 ν = 0.23 의 푸아송비와 E = 379 GPa 의 영 계수로 sin²Ψ 방법을 이용하여 XRD 에 의해 평가된다.

나노압입 (nanoindentation) 실험들에 의해 측정되는 바와 같이, 상기 층은 25 GPa 초과, 바람직하게는 25 GPa 내지 40 GPa 의 나노경도 (nanohardness) 를 갖는다.

일 바람직한 실시형태에서, d = y = z = 0 이다.

다른 바람직한 실시형태에서, y = z = 0 이다.

또 다른 바람직한 실시형태에서, d = y = 0 이다.

또 다른 바람직한 실시형태에서, y = 0 이다.

또 다른 바람직한 실시형태에서, d = z = 0 이다.

또 다른 바람직한 실시형태에서, z = 0 이다.

또 다른 실시형태에서, y = z = 0 이고 Me = Zr 이다.

또 다른 실시형태에서, y = z = 0 이고 Me = Nb 이다.

또 다른 실시형태에서, y = z = 0 이고 Me = Ta 이다.

또 다른 실시형태에서, y = 0 이고 Me = Zr 이다.

또 다른 실시형태에서, y = 0 이고 Me = Nb 이다.

또 다른 실시형태에서, y = 0 이고 Me = Ta 이다.

또 다른 실시형태에서, z = 0 이고 Me = Zr 이다.

또 다른 실시형태에서, z = 0 이고 Me = Nb 이다.

또 다른 실시형태에서, z = 0 이고 Me = Ta 이다.

종래 기술에 따르면, 상기 층은 0.7 내지 20 μm, 바람직하게는 2 내지 10 μm, 가장 바람직하게는 2 내지 7 μm 의 전체 두께로, 예를 들어 TiN, TiC, Ti(C,N) 또는 (Ti,Al)N, 바람직하게는 TiN 또는 (Ti,Al)N 의 내측 단일- 및/또는 적층된 코팅 구조체, 및/또는 예를 들어 TiN, TiC, Ti(C,N), (Ti,Al)N 또는 산화물들, 바람직하게는 TiN 또는 (Ti,Al)N 의 외측 단일- 및/또는 적층된 코팅 구조체를 포함할 수도 있다.

본 발명의 층들을 위한 증착 방법은 PVD 기술들, 예를 들어 하나 이상의 순수 및/또는 합금된 금속 (Ti_cAl_aCr_bMe_d) 음극들/타겟들을 이용하는 음극 아크 증착법 또는 마그네트론 스퍼터링에 근거한다.

음극 아크 증착법의 경우에, 본 발명에 따른 층들은 음극 (cathode) 의 사이즈에 의존하여 50 내지 200 A 의 증착 전류로 성장된다. 유사한 증착 조건들을 달성하기 위해서 더 큰 증착 전류가 더 큰 음극들을 위해서 필요하다. 층들은, 1.0 내지 7.0 Pa, 바람직하게는 1.5 내지 4.0 Pa 의 전체 가스 압력에서, 예를 들어 Ar 과 같은 캐리어 가스를 갖거나 갖지 않은 N₂ 가스 및 선택적으로 O₂ 가스 및/또는 C-함유 가스를 포함하는 반응성 분위기에서, 하나 이상의 순수, 복합 및/또는 합금된 금속 음극을 이용하여 성장되고, 여기서 Me 는 원소들: Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W 또는 Si 중 하나 이상이다. C 함유 가스는, 예를 들어 CH₄ 및/또는 C₂H₂ 로부터 선택될 수도 있다. 바람직한 층 조성은 적절한 (Ti_cAl_aCr_bMe_d) 음극 조성들 및 가스 분위기를 선택함으로써 얻어진다. 음의 기판 바이어스는 0 내지 300 V, 바람직하게는 10 내지 150 V, 가장 바람직하게는 15 내지 60 V 이다. 증착 온도는 200 내지 800 ℃, 바람직하게는 300 내지 600 ℃ 이다.

마그네트론 스퍼터링의 경우에, 본 발명에 따른 층들은 0.5 내지 15 W/cm², 바람직하게는 1 내지 5 W/cm² 의 스퍼터 타겟에 적용되는 전력 밀도로 성장된다. 층들은, 0.13 내지 7.0 Pa, 바람직하게는 0.13 내지 2.5 Pa 의 전체 압력에서, 예를 들어 Ar 과 같은 캐리어 가스를 갖거나 갖지 않은 N₂ 가스 및 선택적으로 O₂ 가스 및/또는 C-함유 가스를 포함하는 반응성 분위기에서, 하나 이상의 순수, 복합 및/또는 합금된 금속 음극을 이용하여 성장되고, 여기서 Me 는 원소들: Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W 또는 Si 중 하나 이상이다. C 함유 가스는, 예를 들어 CH₄ 및/또는 C₂H₂ 로부터 선택될 수도 있다. 바람직한 층 조성은 적절한 (Ti_cAl_aCr_bMe_d) 음극 조성들 및 가스 분위기를 선택함으로써 얻어진다. 음의 기판 바이어스는 0 내지 300 V, 바람직하게는 10 내지 150 V, 가장 바람직하게는 20 내지 100 V 이다. 증착 온도는 200 내지 800 ℃, 바람직하게는 300 내지 600 ℃ 이다.

또한 본 발명은, 절삭 속도 및 인서트 기하학적 구조에 의존하여 0.08 - 0.5 mm/rev, 바람직하게는 0.1 - 0.4 mm/rev 의 평균 이송으로, 50 - 500 m/min, 바람직하게는 50 - 300 m/min 의 절삭 속도들로, 고온을 생성하는, 예를 들어 초내열 합금들 (super alloys) 및 경화 강 (hardened steel) 의 금속 기계가공을 위한 상기에 따른 절삭 공구 인서트의 용도에 관한 것이다.

본 발명은 절삭 공구 인서트를 참조하여 설명되었으나, 분명하게 다른 금속 절삭 공구들, 예를 들어 드릴들 및 엔드밀들에도 또한 적용될 수 있다.

실시예 1

90 wt% 의 WC - 10 wt% 의 Co 의 조성 (미세 입자의 사이즈, Hc = 20.5 kA/m) 을 갖는 초경합금 인서트들이 이용되었다.

증착 전에, 표준 관행에 따라서 인서트들이 세척되었다. 시스템이 0.08 Pa 미만의 압력으로 배기되었고, 이 후에 인서트들이 Ar 이온들로 스퍼터 세척 (sputter cleaning) 되었다. (Ti_cAl_aCr_b)N_y 층들은 합금된 (Ti,Al,Cr) 음극들을 이용하여 음극 아크 증착에 의해서 성장되었고, 표 1 에 보여지는 바와 같은 바람직한 층 조성들로 이어졌다. 층들은 -40 V 의 기판 바이어스 및 75 A 의 증착 전류를 이용하여, 2.5 Pa 의 전체 압력에서 순수 N₂ 분위기 내, 400 ℃ 에서 약 3.0 μm 의 전체 두께로 성장되었다.

위와 같이 증착된 층들은 스캐닝 전자 현미경 (SEM), 투과 전자 현미경 (TEM), X-레이 회절 (XRD) 및 나노압입 각각에 의한 조성, 미세구조 및 경도에 관해서 특징 지워진다.

상기 층들의 평균 조성은 Thermo Noran EDS 를 구비한 10 kV 에서 작동되는 LEO Ultra 55 스캐닝 전자 현미경을 이용하여 에너지 분광 (EDS) 분석 영역에 의해서 평가되었다. 산업 표준들 및 ZAF 보정이 양적 분석을 위해서 이용되었다. 금속 조성은 Noran 시스템 식스 (NSS ver 2) 소프트웨어 (표 1 참조) 를 이용하여 평가되었다.

모든 층들이 기둥형 미세구조 (columnar microstructure) 를 보였다. 도 1 은 표 1 의 샘플 번호 23 의 SEM 현미경 사진이며, I 로 표시된 (Ti₀ _.17Al₀ _.53Cr₀ _.30)N 층 및 II 로 표시된 초경합금 인서트의 파괴된 (fractured) 단면을 도시한다. SEM 뿐만 아니라, 더욱 상세한 미세구조가 200 kV 에서 작동되는 FEI Technai G²TF 20 UT 를 이용하는 단면 TEM 에 의해서 얻어졌다. TEM 용 샘플들은 샘플들의 전자 투과성에 대한 이온-빔 에칭이 뒤따르는 종래의 기계적 연삭/연마에 의해서 준비되었다. 도 2 는 단면의 (Ti₀ _.17Al₀ _.53Cr₀ _.30)N 층의 TEM 현미경 사진을 도시한다. 이미지는 층 두께의 중간에 인접하여 얻어지고 성장 방향은 화살표로 표시된다. 상기 층은 약 0.5 μm 의 평균 기둥형 폭을 갖는 기둥형 미세구조를 갖는다. 평균 기둥 폭은 10 개 초과의 인접한 기둥들의 폭을 평균함으로써 결정되었다.

층들의 NaCl-구조가 θ-2θ 및 그레이징 입사 (GI) 구성 모두로 XRD 에 의해서 확인되었다. XRD 패턴들은 Bruker AXS D8-어드밴스드 x-레이 회절계를 이용하여 CuKα 방사선으로 얻어졌다. 도 3 은 샘플 번호 23 의 GI 패턴, 1° 입사각을 도시하고 이로부터 NaCl 층 구조가 검증된다. 또한 XRD 데이타는 샘플들의 텍스쳐 관계들을 결정하기 위해서 이용되었다. 도 4 는 텍스쳐 계수 TC(111) = 2.48, TC(200) = 0.43 및 TC(220) = 0.09, 즉 {111} 섬유 텍스쳐를 갖는, A 로 표시된 샘플 번호 14 의 XRD 패턴 및 텍스쳐 계수 TC(111) = 0.41, TC(200) = 2.26 및 TC(220) = 0.33, 즉 {200} 섬유 텍스쳐를 갖는, B 로 표시된 샘플 번호 30 의 XRD 패턴을 도시한다.

(Ti,Al,Cr)N 층들의 잔류 응력들, 즉 σ 는 sin²Ψ 방법으로 XRD 측정치들에 의해서 평가되었다. 응력 측정치들은 220-반사를 이용하여 얻어졌다. 데이타는, sin²Ψ 범위가 0 내지 0.82 (Ψ~65°) 의 등간격을 갖고, 11 Ψ-각도들 (양 및 음) 을 갖는 측면각 기술 (side-inclination technique) (Ψ-기하학) 을 이용하여 얻어졌다. 잔류 응력 값들은 ν = 0.23 의 푸아송비와 E = 379 GPa 의 영 계수를 이용하여 평가되었다.

마지막으로, 경도 데이타는 나노압입 기술에 의해서 예측되었다. 압입들은 UMIS 나노압입 시스템을 이용하여 Berkovich 다이아몬드 팁 및 30 mN 의 최대 팁 로드로 기계적으로 연마된 층들 상에서 행해졌다. 경도 데이타는 UMIS 소프트웨어를 이용하여 로드-오프 세그먼트로부터 평가되었다.

실시예 2

실시예 1 이 반복되었으나 합금된 (Ti,Al,Cr,Me) 캐소드들을 이용하였고, Me = Zr 에 대한 표 2, Me = Nb 에 대한 표 3 및 Me = Ta 에 대한 표 4, 각각에서 보여지는 바와 같이 N 성분에서 밸런스된 바람직한 (Ti,Al,Cr,Me)N 층 조성이 얻어졌다.

실시예 3

실시예 1 이 반복되었으나 표 6 에서, 샘플들 1-4 의 성장을 위해 합금된 (Ti_0.33Al_0.33Cr_0.34) 음극을, 샘플들 5-8 의 성장을 위해 합금된 (Ti₀ _.25Al₀ _.45Cr₀ _.30) 음극을, 샘플들 9-12 의 성장을 위해 합금된 (Ti₀ _.15Al₀ _.55Cr₀ _.30) 음극을 각각 이용하였다. 상기 층들은 2.5 Pa 의 전체 가스 압력에서 혼합된 반응성 N₂ + O₂ + CH₄ 가스 혼합물 내에서 성장되었다. N₂, O₂ 및 CH₄의 부분 압력은 표 5 에 보여지는 바와 같이 바람직한 층 조성을 산출하기 위해서 개별적으로 설정되었다.

실시예 4

실시예 1 로부터 샘플들 2, 4, 10, 13, 14, 22, 23, 25 및 30 이 테스트되었고, 하기 조건들 하에서 경쟁자 등급들과 비교되었다:

기하학적 구조: DCMT11T304-F1

적용: 종방향 회전

공작물 재료: DIN 100Cr6

절삭 속도: 250 m/min

이송: 0.15 mm/rev

절삭 깊이: a_p = 0.5 mm

공구 수명 기준: 프랭크 마모 (vb) > 0.2 mm

결과들은 표 6 에 제공된다.

테스트는 동일 최대 프랭크 마모에서 정지되었다. 향상된 마모 특성을 갖는 향상된 공구 성능은 TC(111)/TC(200) 에서 증가되는 것으로 측정된다.

실시예 5

실시예 1 로부터 샘플들 2, 4, 10, 13, 14, 22, 23, 25 및 30 이 테스트되었고 하기 조건들에서 경쟁자 등급들과 비교되었다:

기하학적 구조: XOEX120408-M07

적용: 쇼울더 밀링 (shoulder milling)

커터 직경: 32 mm

공작물 재료: SS1672

절삭 속도: 275 m/min

이송: 0.25 mm/이(tooth)

절삭 깊이: a_p = 3 mm

절삭 폭: 8.8 mm

공구 수명 기준: 플랭크 마모 (vb) > 0.3 mm

결과들이 표 7 에 제공된다.

Claims

적어도 하나의 층을 포함하는 경질 내마모성 코팅이 증착되는 (deposited), 초경합금, 서멧, 세라믹들, 다결정질-다이아몬드 또는 입방정계 질화 붕소 기반 재료들의 경질 합금의 몸체를 포함하는 칩 제거 기계가공용 절삭 공구 인서트로서,
상기 층은 기둥형 NaCl-구조의 (Ti_cAl_aCr_bMe_d)(C_zO_yN_x) 이고, 0.5 내지 10 ㎛ 의 두께, -6 GPa < σ < -0.5 GPa 의 압축 응력 레벨, 25 GPa 초과의 나노경도 (nanohardness) 및 1 ㎛ 미만의 평균 기둥형 폭을 갖고, 여기서 Me 는 원소들: Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W 또는 Si 중 하나 이상이고,
0.10 < a < 0.60,
b + d > 0.20,
c > 0.05,
0 ≤ d < 0.25,
0.75 < x < 1.05,
0 ≤ y < 0.25,
0 ≤ z ≤ 0.25 인 것을 특징으로 하는, 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서,
Me 는 Zr, Nb 및 Ta 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서,
0.25 < a < 0.55 인 것을 특징으로 하는, 절삭 공구 인서트.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
b + d > 0.25 인 것을 특징으로 하는, 절삭 공구 인서트.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
0.05 < c < b + d 인 것을 특징으로 하는, 절삭 공구 인서트.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
0.90 < x < 1.05 인 것을 특징으로 하는, 절삭 공구 인서트.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 층은
- TC(220) < TC(111),
- TC(220) < TC(200) 그리고
- 0.1 < TC(111)/TC(200) < 10 으로 텍스쳐되고,
TC(hkl) 은 (hkl) 반사을 위한 보정된 텍스쳐 계수이고, 아래와 같이 계산되고:

여기서, μ(μm^-1) 은 선형 흡수 계수이고 상기 층들에 대해서 평균적으로 μ = 0.0815 μm^- ¹이고, x(μm) 는 층 두께이고, θ_hkl 은 (hkl) 반사에 대한 회절 각도의 절반이고, TC_meas(hkl) 은 아래와 같은 θ - 2θ 구성으로 XRD 데이타를 이용하여 측정된 텍스쳐 계수이고:

여기서, I_meas(hkl) 은 (hkl) 반사의 강도이고, I₀(hkl) 은 동일 (hkl) 반사에 대한 표준 강도이며, 여기서 각각 I₀(111) = 72, I₀(200) = 100 및 I₀(220) = 45 이고, n = 3, 즉 (hkl) 반사들의 수, 즉 (111), (200) 및 (220) 반사들인 것을 특징으로 하는, 절삭 공구 인서트.
제 7 항에 있어서,
1 < TC(111)/TC(200) < 10 인 것을 특징으로 하는, 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서,
d = y = z = 0 인 것을 특징으로 하는, 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서,
y = z = 0 인 것을 특징으로 하는, 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서,
y = z = 0 이고 Me = Zr 인 것을 특징으로 하는, 절삭 공구 인서트.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 층은 0.7 내지 20 μm, 바람직하게는 2 내지 10 μm 의 전체 두께로, 예를 들어 TiN, TiC, Ti(C,N) 또는 (Ti,Al)N, 바람직하게는 TiN 또는 (Ti,Al)N 의 내측 단일- 및/또는 적층된 코팅 구조체, 및/또는 예를 들어 TiN, TiC, Ti(C,N), (Ti,Al)N 또는 산화물들, 바람직하게는 TiN 또는 (Ti,Al)N 의 외측 단일- 및/또는 적층된 코팅 구조체를 포함할 수도 있는 것을 특징으로 하는, 절삭 공구 인서트.
제 1 항의 절삭 공구 인서트를 제조하는 방법에 있어서,
상기 층은, 1.0 내지 7.0 Pa의 전체 가스 압력에서, 캐리어 가스, 예를 들어 Ar 을 갖거나 갖지 않으면서 N₂ 가스 및 선택적으로 O₂ 가스 및/또는 C-함유 가스를 포함하는 반응성 분위기에서, 복합 및/또는 합금된 Ti_cAl_aCr_bMe_d 음극 (cathode) 을 이용하여 음극 아크 증착법에 의해서 성장되고, 여기서 Me 는 원소들: Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W 또는 Si 중 하나 이상이고, 음극 조성 및 가스 분위기는 적절한 층 조성을 산출하고, 증착 전류는 50 내지 200 A 이고, 음의 기판 바이어스는 0 내지 300 V 이고, 증착 온도는 200 내지 800 ℃ 인 것을 특징으로 하는, 잘삭 공구 인서트를 제조하는 방법.
50 - 500 m/min, 바람직하게는 50 - 300 m/min 의 절삭 속도에서, 절삭 속도 및 인서트의 기하학적 구조에 의존해서, 0.08 - 0.5 mm/rev, 바람직하게는 0.1 - 0.4 mm/rev 의 평균 이송으로, 높은 온도를 생성하는, 예를 들어 초내열 합금들 (super alloys) 및 경화 강 (hardened steel) 의 금속 기계가공을 위한 제 1 항 내지 제 13 항에 따른 절삭 공구 인서트의 용도.