KR20140134705A

KR20140134705A - 절삭 공구용 경질 피막 및 경질 피막 피복 절삭 공구

Info

Publication number: KR20140134705A
Application number: KR20147028617A
Authority: KR
Inventors: 마사토시 사쿠라이; 다카오미 도이하라
Original assignee: 오에스지 가부시키가이샤
Priority date: 2012-04-02
Filing date: 2012-04-02
Publication date: 2014-11-24
Also published as: EP2835200A1; JPWO2013150603A1; US20150072135A1; CN104203466A; EP2835200A4; WO2013150603A1

Abstract

우수한 내마모성 및 내용착성을 겸비한 절삭 공구용 경질 피막 및 경질 피막 피복 절삭 공구를 제공한다. IVa 족 원소, Va 족 원소, VIa 족 원소, Al, 및 Si 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 질화물상, 산화물상, 탄화물상, 탄질화물상, 또는 붕화물상인 경질상 (24) 과, Au, Ag, 및 Cu 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 상인 결합상 (26) 을 구비하고, 경질상 (24) 과 결합상 (26) 이 3 차원적으로 배치된 복합 구조를 갖는 것이므로, 경질상 (24) 이 Au, Ag, 또는 Cu 에 의한 결합상 (26) 에 의해 결합되는 구조를 취함으로써 마찰 계수 및 절삭 저항을 경감시킬 수 있고, 윤활성 및 내용착성이 우수함과 함께 고경도의 경질 피막 (22) 이 얻어진다.

Description

절삭 공구용 경질 피막 및 경질 피막 피복 절삭 공구{HARD COATING FILM FOR CUTTING TOOL AND CUTTING TOOL COATED WITH HARD COATING FILM}

본 발명은, 절삭 공구의 표면에 피복하여 형성되는 절삭 공구용 경질 피막 및 그 경질 피막이 형성된 경질 피막 피복 절삭 공구에 관한 것으로, 특히, 내마모성 및 내용착성을 함께 향상시키기 위한 개량에 관한 것이다.

드릴이나 탭 등의 절삭 공구에는, 내마모성을 향상시키기 위해 경질 피막이 피복되어 형성된다. 이 절삭 공구용 경질 피막으로는, TiN 계, TiCN 계, TiAlN 계, 및 AlCrN 계의 코팅이 널리 사용되고 있고, 그 성능을 더욱 향상시키기 위해 개량이 도모되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에 기재된 내마모성 부재가 그것이다.

일본 공개특허공보 2005-138209호

그러나, 전술한 바와 같은 종래의 기술에 의해 경질 피막이 형성된 절삭 공구에서는, 그 절삭 가공시에 피삭재의 종류나 절삭 조건에 따라서는 내용착성이 불충분해질 우려가 있었다. 즉, 피삭재 등의 용착에 의해 공구의 수명이 짧아지는 경우가 있어, 개량의 여지가 있었다. 이 때문에, 우수한 내마모성 및 내용착성을 겸비한 절삭 공구용 경질 피막 및 경질 피막 피복 절삭 공구의 개발이 요구되고 있었다.

본 발명은, 이상의 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은, 우수한 내마모성 및 내용착성을 겸비한 절삭 공구용 경질 피막 및 경질 피막 피복 절삭 공구를 제공하는 것에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 제 1 발명의 요지로 하는 것은, 절삭 공구의 표면에 피복하여 형성되는 절삭 공구용 경질 피막으로서, IVa 족 원소, Va 족 원소, VIa 족 원소, Al, 및 Si 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 질화물상, 산화물상, 탄화물상, 탄질화물상, 또는 붕화물상인 경질상과, Au, Ag, 및 Cu 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 상인 결합상을 구비하고, 상기 경질상과 상기 결합상이 3 차원적으로 배치된 복합 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

이와 같이, 상기 제 1 발명에 의하면, IVa 족 원소, Va 족 원소, VIa 족 원소, Al, 및 Si 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 질화물상, 산화물상, 탄화물상, 탄질화물상, 또는 붕화물상인 경질상과, Au, Ag, 및 Cu 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 상인 결합상을 구비하고, 상기 경질상과 상기 결합상이 3 차원적으로 배치된 복합 구조를 갖는 것이므로, 상기 경질상이 Au, Ag, 또는 Cu 에 의해 결합되는 구조를 취함으로써 마찰 계수 및 절삭 저항을 경감시킬 수 있고, 윤활성 및 내용착성이 우수함과 함께 고경도의 피막이 얻어진다. 즉, 우수한 내마모성 및 내용착성을 겸비한 절삭 공구용 경질 피막을 제공할 수 있다.

상기 제 1 발명에 종속하는 본 제 2 발명의 요지로 하는 것은, 상기 경질상을 구성하는 입자의 평균 입경이 1 ㎚ 내지 100 ㎚ 의 범위 내이다. 이와 같이 하면, 나노 레벨의 상기 경질상이 Au, Ag, 또는 Cu 에 의해 결합된 이른바 나노 콤포지트 구조를 취함으로써 마찰 계수 및 절삭 저항을 더욱 경감시킬 수 있고, 윤활성 및 내용착성이 우수함과 함께 고경도의 피막이 얻어진다.

상기 제 1 발명 내지 제 2 발명에 종속하는 본 제 3 발명의 요지로 하는 것은, 상기 제 1 발명 내지 제 2 발명의 절삭 공구용 경질 피막이 표면에 피복되어 형성된 경질 피막 피복 절삭 공구이다. 이와 같이 하면, 상기 경질상이 Au, Ag, 또는 Cu 에 의해 결합되는 구조를 취함으로써 마찰 계수 및 절삭 저항을 경감시킬 수 있고, 윤활성 및 내용착성이 우수함과 함께 고경도의 피막이 얻어진다. 즉, 우수한 내마모성 및 내용착성을 겸비한 경질 피막 피복 절삭 공구를 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 경질 피막 피복 절삭 공구의 일 실시예인 드릴을 축심에 수직인 방향에서 본 정면도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 드릴을 절단날이 형성된 선단측에서 본 확대 저면도이다.
도 3 은 도 1 의 드릴의 보디에 있어서의 표면 부근의 확대 단면도이고, 본 발명의 절삭 공구용 경질 피막의 일 실시예인 경질 피막의 구성을 예시하는 것이다.
도 4 는 도 3 의 경질 피막의 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5 는 도 3 의 경질 피막의 코팅 방법의 일례를 설명하는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 효과를 검증하기 위해 본 발명자들이 실시한 구멍 뚫기 시험에 사용된 각 시료의 피막 구조 및 각각의 시험 결과를 함께 나타내는 도면이다.

본 발명의 절삭 공구용 경질 피막은, 엔드밀, 드릴, 정면 프라이스, 총형 프라이스, 리머, 탭 등의 회전 절삭 공구 외에, 바이트 등의 비회전식의 절삭 공구 등, 여러 가지 절삭 공구의 표면 코팅에 바람직하게 적용된다. 공구 기재 즉 경질 피막이 형성되는 부재의 재질로는, 초경합금이나 고속도 공구강이 바람직하게 사용되지만, 다른 재료이어도 되고, 예를 들어 서멧, 세라믹스, 다결정 다이아몬드, 단결정 다이아몬드, 다결정 CBN, 단결정 CBN 등, 여러 가지 재료로 구성된 절삭 공구에 본 발명의 절삭 공구용 경질 피막은 널리 적용된다.

본 발명의 절삭 공구용 경질 피막은, 절삭 공구의 일부 내지 전부의 표면에 피복하여 형성되는 것이고, 바람직하게는, 그 절삭 공구에 있어서 절삭 가공에 관여하는 날부에 형성된다. 더욱 바람직하게는, 적어도 그 날부에 있어서의 절단날 내지 레이크면을 피복하도록 형성된다.

상기 경질상은, IVa 족 원소, Va 족 원소, VIa 족 원소, Al, 및 Si 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 질화물, 산화물, 탄화물, 탄질화물, 또는 붕화물, 또는 이들의 상호 고용체로 구성된다. 구체적으로는, TiN, TiAlN, TiAlCrVSiB, ZrVO, HfCrCN, NbN, CrN, MoSiC, AlN, SiN 등으로 이루어지는 상이다.

본 발명의 절삭 공구용 경질 피막은, 예를 들어 아크 이온 플레이팅법이나 이온 빔 증착법, 스퍼터링법, PLD (Pulse Laser Deposition) 법, IBAD (Ion Beam Assisted Deposition ; 이온 빔 지원 증착) 법 등의 PVD 법에 의해 바람직하게 형성되지만, 도금법, 액체 급랭법, 가스 응집법 등, 다른 성막법을 채용할 수도 있다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 이하의 설명에 사용하는 도면에 관해서, 각 부의 치수비 등은 반드시 정확히 나타나 있지 않다.

도 1 은, 본 발명의 경질 피막 피복 절삭 공구의 일 실시예인 드릴 (10) 을 나타내는 도면이고, 축심 (O) 에 수직인 방향에서 본 정면도이다. 도 2 는, 도 1 에 나타내는 드릴 (10) 을, 절단날 (12) 이 형성된 선단측에서 (즉 화살표 II 로 나타내는 방향으로) 본 확대 저면도이다. 이들 도 1 및 도 2 에 나타내는 본 실시예의 드릴 (10) 은, 2 개 날의 트위스트 드릴이고, 생크 (14) 및 보디 (16) 를 축심 (O) 방향으로 일체로 구비하고 있다. 이러한 보디 (16) 에는, 축심 (O) 의 우측 둘레에 비틀어진 한 쌍의 홈 (18) 이 형성되어 있다. 상기 보디 (16) 의 선단에는, 상기 한 쌍의 홈 (18) 에 대응하여 한 쌍의 절단날 (12) 이 형성되어 있고, 상기 드릴 (10) 이 상기 생크 (14) 측에서 보아 축심 (O) 의 우측 둘레에 회전 구동됨으로써, 상기 절단날 (12) 에 의해 피삭재에 구멍이 절삭 가공됨과 함께, 그 구멍을 절삭 가공할 때에 발생하는 절삭 부스러기가 상기 홈 (18) 을 통해 생크 (14) 측으로 배출되도록 구성되어 있다.

도 3 은, 상기 드릴 (10) 의 보디 (16) 에 있어서의 표면 부근의 확대 단면도이고, 본 발명의 절삭 공구용 경질 피막의 일 실시예인 경질 피막 (22) 의 구성을 예시하는 것이다. 도 4 는, TEM (Transmission Electron Microscope ; 투과형 전자 현미경) 에 의해 촬영된 상기 경질 피막 (22) 의 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다. 상기 드릴 (10) 은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 고속도 공구강 (하이스) 제의 공구 기재 (공구 모재) (20) 의 표면에 상기 경질 피막 (22) 이 코팅되어 구성된 것이다. 이 경질 피막 (22) 의 막두께는, 바람직하게는 2.5 ∼ 6.0 ㎛ 정도이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 상기 경질 피막 (22) 은, 경질상 (24) 을 구성하는 복수의 입자 (입상 요소) 가, 그 간극에 형성된 결합상 (26) 에 의해 서로 결합된 구조를 갖는다. 이 도 4 에 있어서는, 평면적인 현미경 사진을 예시하고 있지만, 상기 경질 피막 (22) 은, 그 평면 방향 (표면에 평행을 이루는 방향) 및 두께 방향 (표면에 수직을 이루는 방향) 의 어느 방향에 있어서도 도 4 에 나타내는 바와 같이 상기 경질상 (24) 과 상기 결합상 (26) 이 서로 결합된 구조를 취하는 것이다. 즉, 상기 경질 피막 (22) 은, 상기 경질상 (24) 과 상기 결합상 (26) 이 3 차원적 (입체적) 으로 배치된 복합 구조를 갖는다.

상기 결합상 (26) 은, 불가피적 불순물을 함유하는 Au, Ag, 또는 Cu, 또는 이들의 상호 고용체로 이루어지는 상이다. 상기 경질상 (24) 은, IVa 족 원소, Va 족 원소, VIa 족 원소, Al, 및 Si 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 질화물, 산화물, 탄화물, 탄질화물, 또는 붕화물, 또는 이들의 상호 고용체이고, 불가피적 불순물을 함유하는 것이다. 즉, 상기 경질상 (24) 은, 구체적으로는, TiN, TiAlN, TiAlCrVSiB, ZrVO, HfCrCN, NbN, CrN, MoSiC, AlN, SiN 등으로 이루어지는 상 (분산상) 이다. 바람직하게는, 상기 경질상 (24) 을 구성하는 입자의 평균 입경은, 1 ㎚ 내지 100 ㎚ 의 범위 내이다. 이 경질상 (24) 을 구성하는 입자의 평균 입경은, 예를 들어 도 4 에 나타내는 바와 같은 현미경 사진 등에 있어서, 무작위 추출되는 상기 경질상 (24) 을 구성하는 복수의 입자 (입상 요소) 에 관해서, 각 입자의 직경 치수에 상당하는 장경, 단경, 또는 장경 및 단경의 평균값에 기초하여 산출된다. 예를 들어, 추출된 그들 복수의 입자에 있어서의 직경 치수의 평균값이, 상기 평균 입경으로서 산출된다. 바꾸어 말하면, 상기 경질 피막 (22) 은, 1 ㎚ 내지 100 ㎚ 의 범위 내의 크기로 입자화된 상기 경질상 (24) 이, 매트릭스로서의 상기 결합상 (26) 내에 분산 (확산) 되어 배치된 나노 콤포지트 (nanocomposite) 구조를 갖는 것이다. 즉, 복상 (複相) 의 나노 결정으로부터 구성되는 나노 조직 금속으로 이루어지는 것이다.

도 5 는, 상기 경질 피막 (22) 의 코팅 방법의 일례를 설명하는 도면이다. 상기 드릴 (10) 등에 대한 상기 경질 피막 (22) 의 코팅은, 예를 들어 도 5 에 나타내는 바와 같은 스퍼터링 장치 (30) 를 사용하여 컨트롤러 (36) 의 제어에 의해 실시된다. 바람직하게는, 먼저, 전처리로서의 에칭 공정에 있어서, 상기 스퍼터링 장치 (30) 의 챔버 (32) 내에 배치된 상기 공구 기재 (20) 에, 바이어스 전원 (34) 에 의해 부 (負) 의 바이어스 전압이 인가된다. 이것에 의해, 정 (正) 의 아르곤 이온 Ar⁺ 가 상기 공구 기재 (20) 에 충돌되고, 그 공구 기재 (20) 의 표면이 조면화된다.

다음으로, 스퍼터링 공정에 있어서, 예를 들어 상기 경질 피막 (22) 에 있어서의 경질상 (24) 의 형성이 실시된다. 예를 들어, 상기 경질상 (24) 을 구성하는 Si 등의 타깃 (38) 에 전원 (40) 에 의해 부의 일정한 바이어스 전압 (예를 들어 -50 ∼ -60 V 정도) 이 인가됨과 함께, 상기 바이어스 전원 (34) 에 의해 공구 기재 (20) 에 부의 일정한 바이어스 전압 (예를 들어 -100 V 정도) 이 인가됨으로써, 아르곤 이온 Ar⁺ 가 상기 타깃 (38) 에 충돌되고, 이것에 의해 Si 등의 구성 물질이 내보내진다. 상기 챔버 (32) 내에는, 아르곤 가스 외에 질소 가스 (N₂) 나 탄화수소 가스 (CH₄, C₂H₂) 의 반응 가스가 소정의 유량으로 도입되고, 그 질소 원자 N 이나 탄소 원자 C 가 상기 타깃 (38) 으로부터 내보내진 Si 등과 결합하여 SiN 등이 되고, 상기 공구 기재 (20) 의 표면에 상기 경질 피막 (22) 에 있어서의 경질상 (24) 등으로서 부착된다. 이러한 처리와, 상기 결합상 (26) 을 구성하는 Ag 등을 타깃 (38) 으로 하는 상기 스퍼터링 공정의 처리를 교대로 실시함으로써, 상기 공구 기재 (20) 의 표면에 도 4 에 나타내는 바와 같은 조직을 갖는 상기 경질 피막 (22) 이 형성된다. 또는, 상기 경질상 (24) 및 상기 결합층 (26) 각각에 대응하여 타깃을 구성하고, 그들 복수의 타깃을 사용하여 동기적으로 스퍼터링을 실시함으로써, 상기 공구 기재 (20) 의 표면에 상기 경질 피막 (22) 을 형성하는 것이어도 된다.

그 밖에, 상기 공구 기재 (20) 의 표면에 대한 상기 경질 피막 (22) 의 형성 방법으로는, 예를 들어 잘 알려진 도금법 (도금 기술), 상기 경질 피막 (22) 을 구성하는 금속을 용융시킨 용융 합금을, 결정의 핵 생성이 일어나는 속도보다 급속히 냉각시킴으로써 아모르퍼스 합금을 얻는 액체 급랭법, He 가스 중에 있어서 상기 경질 피막 (22) 을 구성하는 금속을 증발시켜 응집시킨 나노 입자를, 액체 질소 등에 의해 냉각시킨 기판 상에 퇴적시키고, 그 기판 상으로부터 긁은 나노 미분말을 고화 형성하는 가스 응집법 등이 바람직하게 사용된다.

계속해서, 본 발명의 효과를 검증하기 위해 본 발명자들이 실시한 구멍 뚫기 시험에 대해서 설명한다. 도 6 은, 이 시험에 사용된 본 발명품 및 시험품의 피막 구조와, 각각의 시험 결과 (가공 구멍수 및 판정) 를 함께 나타내는 도면이다. 본 발명자들은, 공구 직경 8.3 ㎜Φ 의 초경 드릴에 도 6 에 나타내는 각 피막 구조 및 막두께의 경질 피막을 코팅하여 시료인 본 발명품 1 ∼ 10 및 시험품 1 ∼ 9 를 제조하고, 각 시험품에 대해서 이하의 절삭 조건으로 절삭 시험을 실시하였다. 이 도 6 에 나타내는 시료 중, 본 발명품 1 ∼ 10 이 본 실시예의 경질 피막 (22) 이 적용된 본 발명품에 상당하고, 시험품 1 ∼ 9 가 본 발명의 요건을 만족하지 않는 (청구항 1 내지 2 의 요건으로부터 벗어나 있다) 경질 피막이 적용된 비발명품에 상당한다. 도 6 에 있어서의 경질상 입경은, 각 시료에 있어서의 피막의 현미경 사진 등에 있어서, 무작위 추출되는 복수의 경질상 구성 입자에 있어서의 직경 치수의 평균값이다. 도 6 에 나타내는 가공 구멍수는, 플랭크면 마모폭 0.2 ㎜ 일 때의 구멍수이고, 합격 판정 기준은, 플랭크면 마모폭 0.2 ㎜ 일 때의 가공 구멍수가 20 구멍 이상이다.

[가공 조건]

·공구 형상 : φ8.3 초경 드릴

·피삭재 : 인코넬 (등록상표) 718

·절삭 기계 : 수직형 M/C

·절삭 속도 : 10 m/min

·이송 속도 : 0.1 ㎜/rev

·가공 깊이 : 33 ㎜ (블라인드)

·스텝량 : 논스텝

·절삭유 : 유성 (油性)

도 6 에 나타내는 바와 같이, 상기 본 발명품 1 ∼ 10 은, 모두 IVa 족 원소, Va 족 원소, VIa 족 원소, Al, 및 Si 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 질화물상, 산화물상, 탄화물상, 탄질화물상, 또는 붕화물상인 경질상 (24) 과, Au, Ag, 및 Cu 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 상인 결합상 (26) 을 구비하고, 상기 경질상 (24) 과 상기 결합상 (26) 이 3 차원적으로 배치된 복합 구조를 갖는다. 또한, 상기 경질상 (24) 을 구성하는 입자의 평균 입경이 1 ㎚ 내지 100 ㎚ 의 범위 내이다. 즉, 상기 본 발명품 1 ∼ 10 은, 모두 본 발명의 청구항 1 및 2 의 요건을 만족하는 경질 피막 (22) 이 적용된 것이다. 도 6 에 나타내는 시험 결과로부터 분명한 바와 같이, 이러한 본 실시예의 경질 피막 (22) 이 적용된 본 발명품 1 ∼ 10 에 있어서는, 어느 시료에 있어서도 플랭크면 마모폭 0.2 ㎜ 일 때의 가공 구멍수가 20 구멍 이상이 되어, 합격 기준을 만족하고 있다.

특히, SiN 으로 이루어지는 경질상 (24) 과, Ag 로 이루어지는 결합상 (26) 을 구비하고, 경질상 (24) 의 평균 입경이 22.7 ㎚, 막두께가 4.1 ㎛ 인 본 발명품 2 에서 가공 구멍수 41, MoSiC 로 이루어지는 경질상 (24) 과, Ag 및 Au 로 이루어지는 결합상 (26) 을 구비하고, 경질상 (24) 의 평균 입경이 94.6 ㎚, 막두께가 5.1 ㎛ 인 본 발명품 9 에서 가공 구멍수 38, CrN 으로 이루어지는 경질상 (24) 과, Au 로 이루어지는 결합상 (26) 을 구비하고, 경질상 (24) 의 평균 입경이 1.0 ㎚, 막두께가 2.6 ㎛ 인 본 발명품 1 에서 가공 구멍수 36, TiN 으로 이루어지는 경질상 (24) 과, Au 및 Cu 로 이루어지는 결합상 (26) 을 구비하고, 경질상 (24) 의 평균 입경이 100.0 ㎚, 막두께가 5.8 ㎛ 인 본 발명품 4 에서 가공 구멍수 33, TiAlCrVSiB 로 이루어지는 경질상 (24) 과, Ag, Cu, 및 Au 로 이루어지는 결합상 (26) 을 구비하고, 경질상 (24) 의 평균 입경이 66.9 ㎚, 막두께가 3.5 ㎛ 인 본 발명품 7 에서 가공 구멍수 31 로, 모두 플랭크면 마모폭 0.2 ㎜ 일 때의 가공 구멍수가 30 구멍 이상이 되어, 특히 양호한 절삭 성능을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.

상기 시험품 1 ∼ 7 은, 모두 IVa 족 원소, Va 족 원소, VIa 족 원소, Al, 및 Si 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 질화물상, 산화물상, 탄화물상, 탄질화물상, 또는 붕화물상인 경질상 (24) 과, Au, Ag, 및 Cu 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 상인 결합상 (26) 을 구비하고 있지만, 상기 경질상 (24) 을 구성하는 입자의 평균 입경이 1 ㎚ 내지 100 ㎚ 의 범위를 일탈하는 것이고, 모두 본 발명의 청구항 2 의 요건을 만족하지 않는다. 즉, 상기 시험품 1, 4, 6, 7 에서는, 상기 경질상 (24) 을 구성하는 입자의 평균 입경이 1 ㎚ 미만으로 작고, 상기 시험품 2, 3, 5 에서는, 상기 경질상 (24) 을 구성하는 입자의 평균 입경이 100 ㎚ 보다 크다. 이와 같이, 상기 경질상 (24) 을 구성하는 입자의 평균 입경이 1 ㎚ 내지 100 ㎚ 의 범위를 일탈하는 경질 피막에 있어서는, 상기 경질상 (24) 이 상기 결합상 (26) 내에 분산 (확산) 되어 배치된 바람직한 나노 콤포지트 구조를 취할 수 없고, 바꾸어 말하면, 상기 경질상 (24) 과 상기 결합상 (26) 이 3 차원적으로 배치된 복합 구조를 갖지 않는다. 즉, 상기 시험품 1 ∼ 7 은, 모두 본 발명의 청구항 1 의 요건을 만족하지 않는다. 상기 시험품 8, 9 는, 모두 Au, Ag, 및 Cu 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 상인 상기 결합상 (26) 을 갖고 있지 않고, 본 발명의 청구항 1 의 요건을 만족하지 않는다. 도 6 에 나타내는 시험 결과로부터 분명한 바와 같이, 이들 시험품 1 ∼ 9 에 있어서는, 모두 플랭크면 마모폭 0.2 ㎜ 일 때의 가공 구멍수가 20 미만이 되어, 상기 본 발명품 1 ∼ 10 과 비교하여 절삭 성능이 열등한 것임을 알 수 있다. 이것은, 본 발명의 청구항 1 내지 2 의 요건을 만족하지 않는 경질 피막에서는, 내용착성이 충분하지 않고, 용착이나 박리 등에 의해 조기 수명에 이르기 때문이라고 생각된다.

이와 같이, 본 실시예에 의하면, IVa 족 원소, Va 족 원소, VIa 족 원소, Al, 및 Si 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 질화물상, 산화물상, 탄화물상, 탄질화물상, 또는 붕화물상인 경질상 (24) 과, Au, Ag, 및 Cu 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 상인 결합상 (26) 을 구비하고, 상기 경질상 (24) 과 상기 결합상 (26) 이 3 차원적으로 배치된 복합 구조를 갖는 것이므로, 상기 경질상 (24) 이 Au, Ag, 또는 Cu 에 의해 결합되는 구조를 취함으로써 마찰 계수 및 절삭 저항을 경감시킬 수 있고, 윤활성 및 내용착성이 우수함과 함께 고경도의 피막이 얻어진다. 즉, 우수한 내마모성 및 내용착성을 겸비한 절삭 공구용 경질 피막 (22) 을 제공할 수 있다.

상기 경질상 (24) 을 구성하는 입자의 평균 입경이 1 ㎚ 내지 100 ㎚ 의 범위 내이므로, 나노 레벨의 상기 경질상 (24) 이 Au, Ag, 또는 Cu 에 의해 결합된 이른바 나노 콤포지트 구조를 취함으로써 마찰 계수 및 절삭 저항을 더욱 경감시킬 수 있고, 윤활성 및 내용착성이 우수함과 함께 고경도의 경질 피막 (22) 이 얻어진다.

본 실시예에 의하면, 상기 경질 피막 (22) 이 표면에 피복되어 형성된 경질 피막 피복 절삭 공구로서의 드릴 (10) 이므로, 상기 경질상 (24) 이 Au, Ag, 또는 Cu 에 의해 결합되는 구조를 취함으로써 마찰 계수 및 절삭 저항을 경감시킬 수 있고, 윤활성 및 내용착성이 우수함과 함께 고경도의 피막이 얻어진다. 즉, 우수한 내마모성 및 내용착성을 겸비한 드릴 (10) 을 제공할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 그 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경이 가해져 실시되는 것이다.

10 : 드릴 (경질 피막 피복 절삭 공구),
12 : 절단날,
14 : 생크,
16 : 보디,
18 : 홈,
20 : 공구 기재,
22 : 경질 피막 (절삭 공구용 경질 피막),
24 : 경질상,
26 : 결합상,
30 : 스퍼터링 장치,
32 : 챔버,
34 : 바이어스 전원,
36 : 컨트롤러,
38 : 타깃,
40 : 전원

Claims

절삭 공구의 표면에 피복하여 형성되는 절삭 공구용 경질 피막으로서,
IVa 족 원소, Va 족 원소, VIa 족 원소, Al, 및 Si 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 질화물상, 산화물상, 탄화물상, 탄질화물상, 또는 붕화물상인 경질상과,
Au, Ag, 및 Cu 중 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 상인 결합상을 구비하고,
상기 경질상과 상기 결합상이 3 차원적으로 배치된 복합 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구용 경질 피막.
제 1 항에 있어서,
상기 경질상을 구성하는 입자의 평균 입경이 1 ㎚ 내지 100 ㎚ 의 범위 내인 절삭 공구용 경질 피막.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 절삭 공구용 경질 피막이 표면에 피복되어 형성된 경질 피막 피복 절삭 공구.