KR20140146203A - 특히 건식 가공 작업에 의해 감소된 크레이터 마모를 나타내는 고성능 공구 - Google Patents

Abstract

서로의 상부에 교대로 증착된 A 나노층과 B 나노층으로 형성된 적어도 하나의 다층 필름을 포함하는 기판의 표면에 증착되는 코팅 시스템에 있어서, 상기 A 나노층은 알루미늄-크롬-붕소-질화물을 포함하고, 상기 B 나노층 또한 알루미늄-크롬-질화물을 포함하되, 붕소는 포함하지 않는다.

Description

특히 건식 가공 작업에 의해 감소된 크레이터 마모를 나타내는 고성능 공구{HIGH PERFORMANCE TOOLS EXHIBITING REDUCED CRATER WEAR IN PARTICULAR BY DRY MACHINING OPERATIONS}

본 발명은 가공 작업으로 인한 절삭 공구의 크레이터 마모(crater wear)를 감소시키기 위한, 특히 호브 절삭(hobbing)과 같은 건식 가공 작업에 유용한 코팅 시스템에 관련된 것으로, 단순한 디코팅 프로세스(decoating processes)를 사용하여 절삭 공구로부터 제거될 수 있는 코팅 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 코팅 시스템으로 표면을 코팅하기 위한 방법에 관련된 것이다.

절삭 공구들은 그들이 건식 또는 습식 가공 작업에 사용될 때, 매우 다른 마모 조건에 노출된다.

예를 들면, 크레이터 마모는 종종 고속 절삭에서 건식 가공 작업에 의한 마모의 첫번째 표시로서 관찰된다. 특히 호브 절삭에서 크레이터 마모가 절삭 공구 수명을 대폭(drastically, 극단적으로) 단축시키는 것이 관찰된다.

최근, AlCrN계 코팅은 건식 가공 작업에 의해 사용되는 절삭 공구의 절삭 성능과 수명 시간을 증가시키기 위한 코팅 시스템이 잘 확립되고 있다.

그러나, 종래 기술에 따른 AlCrN계(AlCrN-based) 코팅을 사용함으로써 달성되는 현재의 개선에도 불구하고, 매일 새로 증가되는 요구사항이 충족될 필요가 생긴다.

AlCrN계 코팅의 또 다른 장점은, 예를 들면 AlTiN계 코팅을 제거하기 위해 사용되어야만 하는 공정들보다 더 쉽고, 더 저렴하고, 그리고 종종 절삭 공구 표면에 덜 해로운, 단순한 디코팅 프로세스에 의하여 절삭 공구로부터 제거될 수 있는 능력에 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술에 비해 크레이트 마모, 결과적으로는 프랭크 마모(flank wear)의 상당한 감소를 허용하며, 그에 따라 특히 호브 절삭과 같은, 건식 절삭 가공에 사용되는 절삭 공구의 절삭 성능과 수명을 상당히 증가시키는 AlCrN계 코팅 시스템을 제공하기 위한 것이다. 또한, 본 발명에 따라 제공되는 코팅 시스템은 단순한 디코팅 프로세스에 의해 절삭 공구로부터 제거될 수 있어야한다. 또한, 절삭 공구의 코팅에 적용될 수 있는 본 발명에 따른 코팅 시스템의 제조 방법을 제공하는 것이 목적이다.

본 발명의 목적은 알루미늄-크롬-붕소-질화물 (Al-Cr-B-N) 및 알루미늄-크롬-질화물 (Al-Cr-N) 나노층으로 형성되는 다층 필름(multi-layered film)을 포함하는 코팅 시스템을 제공하는 것으로, 다층 필름은 낮은 열전도 계수(thermal conductivity coefficient), 낮은 연마 마모 계수(abrasive wear coefficient), 높은 경도(hardness) 및 우수한 접착 강도(adhesion strength)의 특정한 조합을 나타낸다.

본 발명에 따른 코팅 시스템의 바람직한 실시예는 3.0 W/m·K 미만, 바람직하게는 2.5 W/m·K 미만의 열전도 계수를 나타내는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 코팅 시스템의 바람직한 실시예에 있어서, 다층 필름은 Al-Cr-B-N 및 Al-Cr-N 나노층이 서로 교대로 증착되어(deposited) 형성된다. 각각의 Al-Cr-Br-N 나노층에 존재하는 Al, Cr 및 B의 원자의 총량이 100 원자 퍼센트로 간주되는 경우, Al-Cr-B-N 나노층은 (Al_xCr_1-x-zB_z)N의 원소 조성을 갖는데, 여기서 x=50-80 원자 퍼센트이고 z=5-30 원자 퍼센트이고 x+z≤90 원자 퍼센트이며, 바람직하게는 x=50-70 원자 퍼센트이고 z=10-20 원자 퍼센트이고 x+z≤80 원자 퍼센트이며, x 및 z는 각기 원자 퍼센트에서 Al(알루미늄) 및 B(붕소)의 농도를 나타낸다. 각각의 Al-Cr-N 나노층에 존재하는 Al 및 Cr의 원자의 총량이 100 원자 퍼센트로 간주되는 경우, Al-Cr-N 나노층은 (Al_yCr_1-y)N의 원소 조성을 갖는데, 여기서 y=50-80 원자 퍼센트이고 바람직하게는 60-70 원자 퍼센트이며, y는 원자 퍼센트에서 Al의 농도이다.

본 발명에 따른 코팅 시스템의 다른 바람직한 실시예에 있어서, 다중 필름에 있는 Al-Cr-N 나노층의 두께에 대한 Al-Cr-B-N 나노층의 두께의 비율(두께_AlCrN/두께_AlCrBN)은 2 이하이며, 바람직하게는 약 1이다.

본 발명에 따른 코팅 시스템의 다른 바람직한 실시예에 있어서, 다중 필름에 서 두개의 서로 증착된 Al-Cr-N 및 Al-Cr-B-N 나노층의 두께(두께_AlCrN+두께_AlCrBN)는 200nm 이하이며, 바람직하게는 100 이하이고, 더욱 바람직하게는 50n 이하이고, 특히 약 10 내지 30nm이다.

본 발명에 따른 코팅 시스템의 더욱 바람직한 실시예는, 다중 필름 아래에 베이스 층을 포함하며, 베이스 층은 (Al_wCr_1-w)N의 원소 조성을 갖는 바, 여기서 w=50-80 원자 퍼센트이고, 바람직하게는 60-70 원자 퍼센트이며, w는 베이스 층에 존재하는 Al 및 Cr의 원자 총량이 100%의 원자 퍼센트로 간주되는 경우, 원자 퍼센트에서 Al의 농도가 된다. 베이스 층의 두께에 대한 다층 필름의 두께의 비율(두께베이스 층/두께_{다층 필름})은 바람직하게는 2 및 5 사이, 더 바람직하게는 약 3 및 4 사이이다.

본 발명에 따른 코팅 시스템은 물리적 기상 증착(PVD) 방법에 의해 특히 잘 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 코팅 시스템의 제조를 위한 특별한 이점은 아크 이온 플레이팅(AlP) 증착 방법이다.

본 발명에 따른 코팅 시스템의 제조를 위한 코팅 방법의 바람직한 실시예는 기판 표면에 코팅을 형성하기 위한 재료는 질소 분위기(nitrogen atmosphere)에서 Al-Cr 및 Al-Cr-B 타겟들의 아크 증발(기상 증착)에 의해 제공되는 아크 이온 플레이팅 방법이다.

본 발명에 따른 코팅 시스템의 제조를 위한 코팅 방법의 다른 바람직한 실시예는 코팅 증착을 하기 전에, 기판에 확산 영역을 생성하기 위해서 질소(nitrogen) 또는 질소/수소(hydrogen) 또는 질소/수소/아르곤(argon) 분위기에서 실시되는 플라즈마 에칭 단계를 포함한다.

[실험 예]

호브 절삭 공구(hobbing tools)는 본 발명에 따라 아크 이온 플레이팅 코팅 머신 안에서 코팅된다. 기판은 코팅 챔버 안에 투입되는데, 이러한 코팅 챔버는 0.4Pa 미만으로 펌핑 다운되고, 기판은 각기 아르곤이나 아르곤/수소 분위기에서 가열되고(heated) 에칭되며(etched), 본 발명에 따라 베이스 층과 다층 필름으로 구성된 코팅 시스템은 기판상에 증착된다. 코팅 증착을 하기 위해서 Al-Cr-B 및 Al-Cr의 합금 타겟들이 사용되는데, 이러한 Al-Cr-B 및 Al-Cr 합금 타겟들은 예컨대 원자 퍼센트에서 다음의 원소 조성을 각각 갖는다. : Al₅₂Cr₂₈B₂₀ 및 Al₅₀Cr₅₀ 또는, Al₅₂Cr₂₈B₂₀ 및 Al₇₀Cr₃₀ 또는, Al₇₀Cr₂₀B₁₀ 및 Al₅₀Cr₅₀ 또는, Al₇₀Cr₂₀B₁₀ 및 Al₇₀Cr₃₀. 일부 경우에는 코팅 증착은 먼저 Al-Cr-N 베이스 층에 증착되고, 다음으로 다층 Al-Cr-B-N 필름에 증착되고, 다른 경우에는 오직 다층 Al-Cr-B-N 필름에만 증착된다. 베이스 층의 증착을 위해서 오직 Al-Cr 타겟으로 부터 재료가 증발된다. Al-Cr-B 및 Al-Cr의 합금 타겟들은, 기판의 회전 운동(rotational movement)에 의해 코팅 챔버에서 서로 교체되는 각각의 Al-Cr-B-N 및 Al-Cr-N 나노층을 증착하기 위해서 코팅 머신 안에 전략적으로 배치된다. 따라서 Al-Cr-B-N 및 Al-Cr-N 타겟들의 증발을 위한 아크 전류는 가장 효율적인 공정과, 다른 층 및/또는 각각의 나노층과 관련하여 필요한 두께 관계와 동시에 적합한 기계적 특성을 얻기 위해 선택된다.

본 발명자는 Al-Cr-B-N 코팅이 Al-Cr-N 코팅보다 낮은 압축 응력을 보이고, Al-Cr-B-N 코팅이 어느 정도는 다공성인 것을 발견했다. 또한, Al-Cr-B-N 코팅에서 붕소의 함량을 증가시킴으로써 압축 응력의 감소가 관찰되었다. 그러나, 지나치게 낮은 압축 응력은 또한 가공 작업에서 적용하기에 단점이 될 수 있다. 이러한 이유로, 본 발명자는 필름에서 압축 응력을 증가시키기 위해서 기판에 바이어스 전압을 인가했다. 놀랍게도, 본 발명자는 Al-Cr-B-N 층의 증착 동안에 적어도 70V, 그러나 바람직하게는 70V 이상의 기판 바이어스 전압을 인가함으로써, 특히 흥미로운 Al-Cr-B-N 층을 제조하는 것이 가능하며, 이 Al-Cr-B-N 층은 특히 높은 밀도(다공성을 회피한)와, 엄청나게 낮은 열전도 계수 및 적합한 압축 응력을 동시에 갖는다. 결과적으로, 본 발명자는 바이어스 전압 및 붕소 함량을 조정함으로써, 밀도, 열전도 계수 및 압축 응력에 대해 한정된 적용을 위해 가장 적합한 특성을 갖는 Al-Cr-B-N 층을 증착시킬 수 있다. 따라서, 이는 예컨대, 약 2.0 W/m·K의 매우 낮은 열전도 계수를 나타내는 Al₅₂Cr₂₈B₂₀ 타겟으로부터 Al-Cr-B-N 층을 증착시키는 것이 가능하다.

또한, 본 발명자는 본 발명에 따른 Al-Cr-N 베이스 층을 증착함으로써 기판 바이어스 전압을 낮은 값(U_{bias_low})부터 높은 값(U_{bias_high})까지 변화시킴에 따라, 특히 우수한 코팅 기계 특성 및 접착 강도가 얻어질 수 있다. 기판 바이어스 전압은 연속적 또는 단계적으로 증가될 수 있다.

본 발명에 따른 코팅 시스템을 증착하기 위한 코팅 방법의 또 다른 실시예는, 낮은 바이어스 전압부터 높은 바이어스 전압까지 점진적 또는 단계적으로 증착하는 동안에 기판 바이어스 전압을 변화시키는 베이스 층을 증착하는 것을 포함한다. 예를 들면, 적어도 2개의 단계이며, 여기서 U_{bias_lowest}≤4·U_{bias_highest}인 것이 바람직하다.

절삭 공구 수명에서 가장 인상적인 개선은 절삭시험 예의 결과에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 코팅 시스템을 이용하여 달성될 수 있다.

[절삭시험 예]

계수 m_n=2.57mm, 압력 각도 α_n0=17.5˚ 및 직경 d_a0=110mm을 갖는 동기 밀링(synchronous milling)용 PM-HSS 호브 s390 Bohler는 세 가지의 상이한 코팅 시스템으로 코팅된다:

- 비교 코팅 1 : 근본적으로 (Al₇₀Cr₃₀)N으로 이루어진 종래 기술에 따른 코팅 시스템,

- 비교 코팅 2 : (Al₇₀Cr₃₀)N 및 Al-Cr-Si-W-N 층을 포함하는 다층 코팅으로 이루어진 종래 기술에 따른 코팅 시스템, 및

- 본 발명의 코팅 : 본 발명에 따른 코팅 시스템은 반드시 질소를 포함하는 분위기에 있는 Al₇₀Cr₃₀ 타겟들로부터 증착된 반드시 Al-Cr-N 베이스 층 및 서로 교대로 증착된 Al-Cr-N 및 Al-Cr-B-N 나노층으로 반드시 형성된 다층 필름을 포함하며, Al-Cr-N 나노층은 Al₇₀Cr₃₀ 타겟들로부터 증착되고 Al-Cr-B-N 층은 Al-Cr-B-N 층의 증착을 위해서, 반드시 질소를 포함하는 분위기에 있는 Al₇₀Cr₃₀B₁₀ 타겟들로부터 증착된다. Al-Cr-B-N 층의 증착을 위해서 70V 이상의 바이어스 전압이 기판에 인가된다.

전술한 비교 코팅 1, 비교 코팅 2 및 본 발명의 코팅으로 코팅된 절삭 공구는 다음의 절삭 조건에 의해서 16MnCr5(경도:160 HB)의 플라이 호빙(fly hobbing)으로 시험된다.

- 건식

- V_c = 240 m/min

- f_a = 4.8mm

-H_{cu, max according to SPARTA} = 0.25mm

- 공구 수명 기준 : 크레이터 마모 깊이 (KT) 또는 프랭크 마모 VB_max ≥ 150㎛

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 코팅을 사용함으로써, 기존의 종래 코팅과 비교하여 절삭 성능을 상당히 향상시키는 것이 가능하며, 공구 수명의 강력한 증가를 달성할 수 있다.

[열전도율, 연마 내마모성 및 경도]

본 발명의 범위 내에서, 상이한 코팅층의 열전도 계수는, 데이비드 G. 케이힐 교수가 국제 학술지 리뷰 오브 사이언티픽 인스트루먼츠 75호, 5119(2004년)에 발표한 논문 제목 "Analysis of heat flow in layered structures for time-domain thermoreflectance"에 의해 제안되고 설명된 측정 기술에 따라 측정되었다.

게다가, 동일한 코팅층의 연마 마모 계수는 DIN V ENV 1071에 따른 kaloMAX NT 타입의 연마 마모 테스터를 사용하여 결정된다. 이 방법에 따르면, 볼(ball)은 고무 바퀴를 가진 샤프트에 의해 구동되며, 샘플을 따라 슬라이드된다.

수평축으로의 샘플 홀더의 각도 및 볼 사이즈는 볼과 샘플 표면 사이에 적용되는 부하(load)를 결정한다. 슬러리는 볼 중심에 공급되고 접촉 영역으로 이동되며, 볼은 크레이터를 샘플용으로 간다(grind). 제거된 재료의 양은 크레이터 직경을 측정함으로써 계산되며, 마모 계수는 부하, 슬라이딩 거리 및 마모 크레이터의 체적으로부터 계산된다. 이러한 측정 기술은 습도 및 온도에 매우 의존하므로, 시험은 20℃의 실온 및 39%의 습도의 기후 제어실에서, 100rpm의 슬라이딩 속도로 30mm의 직경을 갖는 볼과, 1㎛의 입자 크기를 갖는 알루미늄 산화 입자를 함유한 슬러리를 사용하여 시행된다.

표 1은 비교 코팅 1, 비교 코팅 2 및 본 발명의 코팅, 단층 Al-Cr-B-N 코팅 및 단층 Ti-Al-N 코팅에 대한 열전도 계수, 비커스 경도값 및 연마 마모 계수를 나타낸다. 단층 Al-Cr-B-N 코팅은 반드시 질소를 포함하는 분위기에서 원자 퍼센트 52:28:20의 원소 조성을 갖고, 70V 이상의 바이어스 전압을 사용하는 Al-Cr-B 타겟들로부터 증착된다. 단층 Ti-Al-N 코팅은 반드시 질소를 포함하는 분위기에서 원자 퍼센트 50:50의 원소 조성을 갖는 Ti-Al 타겟들로부터 증착된다.

표 1에서 관찰할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 코팅은 매우 우수한 조합의 필름 특성을 나타내는데, 이러한 특성은 놀랍게도 다른 코팅 구성임에도 불구하고, 단층 Al-Cr-B-N 코팅의 필름 특성과 매우 유사하다.

본 발명에 따라 증착되는 코팅은, 다층 Al-Cr-N/Al-Cr-B-N 필름을 포함하고, 및/또는 다층 Cr-Al-N/Cr-Al-B-N 필름을 포함하고, 베이스 Cr-Al-N 층은 그럼에도 불구하고 단층 Al-Cr-B-N 코팅 보다 절삭 성능이 더 나은 것으로 나타난다.

[표 1 : 측정된 열전도 계수, 비커스 경도값 및 연마 마모 계수]

본 발명의 맥락에서, 각각의 개별 나노층 A 및 B의 두께는 200nm 이하인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 100 nm 이하이다.

본 발명에 따른 (AlxCr1-x-zBz)N 층에서 가장 높은 붕소 농도는 또한 가능하면 낮은 열전도 계수를 갖는 붕소 함유 층을 제조하기 위해서 원자 퍼센트 5% 미만이지만 바람직하게 2% 이상으로 될 수 있다. 본 발명에 따른 낮은 열전도 계수를 갖는 코팅은 높은 절삭 속도(Vc>200m/min)의 절삭 공정 동안의 결과인 고온에 노출된 절삭 공구의 열적 부하를 점감시키기 위해 매우 유리하다. 본 발명에 따라 제조되는 코팅의 속성은 크레이터 마모가 기본적으로 지나치게 높은 열적 부하때문에 이런 종류의 절삭 공구에서 생성되기 때문에, HSS-호브와 같은 고속도강으로 만들어진 절삭 공구의 크레이터 마모를 점감시키기 위하여 특히 효과적이다.

본 발명의 맥락에서, 알루미늄-크롬-붕소-질화물 (Al-Cr-B-N) 나노층은 A 나노층이라 불리고, 알루미늄-크롬-질화물 (Al-Cr-N) 나노층은 B 나노층이라 언급될 것이다. A 및 B 나노층은 반드시 알루미늄, 크롬, 붕소 및 질소 또는 알루미늄, 크롬 및 질소를 각각 포함한다. 그러나, A 및 B 나노층은 소량의 다른 원소를 포함할 수 있지만, 이러한 A 및 B 나노층에서 소량의 다른 원소는, A 나노층에서의 알루미늄, 크롬 및 붕소의 합 원자 퍼센트 총 농도 및/또는 B 나노층에서의 알루미늄 및 크롬의 합 원자 퍼센트 총 농도의 5% 이하여만 한다.

다층 필름을 형성하는 A 및 B 나노층은, A 및 B 나노층을 제조하기 위해서 AlCrB를 함유하는 타겟 및 AlCr을 함유하는 타겟에 표면이 각각 교대로 노출되는 방법으로, 코팅될 기판 표면이 코팅 챔버에서 회전하는 방법으로 실시되는 PVD-반응 공정에 의해 제조되는 경우, 다음과 같이 이해된다.

- 반드시 식 (Al_xCr_1-x-zB_z)N 및 (Al_yCr_1-y)N에 상응하는 원소 농도를 갖는 A 및 B 나노층 사이에는, 전술한 바와 같이, 알루미늄, 크롬, 붕소 및 질소를 함유하되, 더 낮은 붕소 농도를 갖는 영역이 존대할 수 있으며, 가장 바람직하게는 이러한 영역에서의 붕소 농도는 차등이 있다. 이 영역에서 붕소 농도는 원자 퍼센트 3% 미만이 될 수 있다. 그러나 이 경우에 식 (Al_xCr_1-x-zB_z)에 대한 조건 z≥3%이고, 바람직하게 z≥5%이며, 이 조건은 가장 높은 붕소 함량을 갖는 A 나노층의 영역에 적용된다.

본 발명에 따른 코팅 시스템의 다른 바람직한 실시예에 있어서, 원자 퍼센트의 알루미늄 함량에 대한 크롬 함량의 비율은, 기본적으로 알루미늄-크롬-붕소-질화물 및 알루미늄-크롬-질화물을 각각 함유하는 A 및 B 나노층을 교대로 하여 형성된 다층 필름의 두께를 따라 일정하게 유지된다. 또한, 본 발명의 본 실시예에 따른 코팅 시스템은 또한 알루미늄 및 크롬을 포함하는 베이스 층을 포함하는 경우, 베이스 층은 다층 필름처럼 동일한 알루미늄 함량에 대한 크롬 함량 비율을 갖도록 제조된다.

또한, 일부 절삭 작업을 위해서, 매우 우수한 절삭 성능은 본 발명에 따른 코팅 시스템으로 코팅된 절삭 공구를 사용함으로써 달성될 수 있는데, 이때 베이스 층의 두께에 대한 다층 필름의 두께의 비율(두께_{베이스 층}/두께_{다층 필름})은 약 0.25 이상, 바람직하게는 약 0.5 이상이다.

본 발명에 따른 코팅 시스템의 다른 바람직한 실시예는 코팅 시스템의 총 두께를 따라 A 및 B 나노층으로 만들어진 하나 이상의 다층 필름을 포함한다.

하나 이상의 다층 필름을 포함하는 이 바람직한 실시예의 바람직한 변형에 있어서, 코팅 시스템은 절삭 공구의 표면에 증착되며, 코팅 시스템은 기판 표면에 증착되는 알루미늄-크롬-질화물로 만들어진 베이스 층 및 베이스 층에 증착되는 다층 구조 필름을 포함하는데, 여기서 다층 구조 필름은 서로 교대로 증착되는 C 및 D 층으로 형성되며, 여기서 C 층은 붕소를 포함하지 않는 AlCrN 층이고, D 층은 A 및 B 나노층이 교대로 하여 만들어진 다층 필름이다.

이러한 바람직한 실시예의 하나 이상의 바람직한 변형에 있어서, 코팅 시스템이 상부에 증착된 절삭 공구의 표면은 질소-농후 영역(nitrogen-enriched zone)이다.

본 발명에 따라 코팅된 공구 기판 표면의 질소-농후 영역의 생성은 공구 크레이터 마모를 감소시키는데 크게 기여한다.

본 발명에 따른 코팅 시스템을 제조하기 위한 바람직한 방법은 PVD-방법이며, A 및 B 나노층의 제조를 위한 알루미늄, 크롬 및 붕소 원소는 원자 퍼센트가 (Al_iCr_1-1)_1-jB_j 및 (Al_iCr_1-1)의 원소 조성을 갖는 타겟으로 부터 각각 나오는데, 여기서:

- i는 바람직하게는 50 원자% 이상 80 원자% 이하, 더 바람직하게는 70 원자% 이다.

- j는 바람직하게는 2 원자% 이상 30 원자% 이하이다.

또한, 본 발명에 따른 코팅 시스템으로 기판을 코팅하는 것은 마그네트론 스퍼터링 공정이며, 특히 적합한 고전력 자극 마그네트론 스퍼터링(HIPIMS) 기술을 포함한다.

또한, 분말 야금에 의해 만들어진 타겟은 본 발명에 따른 코팅 시스템의 제조에 특히 적합하다.

특히, 본 발명에 따른 코팅 시스템, 코팅된 기판 및 코팅 시스템으로 기판을 코팅하기 위한 방법들의 가장 바람직한 실시예는 다음의 청구항 제1 내지 제15항에 기재되어 있다.

Claims (15)

1. 서로의 상부에 교대로 증착된 A 나노층과 B 나노층으로 형성된 적어도 하나의 다층 필름을 포함하는 기판의 표면에 증착되는 코팅 시스템에 있어서,
   상기 A 나노층은 알루미늄-크롬-붕소-질화물을 포함하고,
   상기 B 나노층 또한 알루미늄-크롬-질화물을 포함하되, 붕소는 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 A 나노층은 가장 높은 붕소 함량을 지닌 영역과 가장 낮은 붕소 함량을 지닌 영역을 가지며,
   여기서, 상기 가장 낮은 붕소 함량을 지닌 영역은 상기 B 나노층에 인접한 영역인 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
   
3. 제1항 또는 제2항 중 적어도 한 항에 있어서,
   - 상기 A 나노층의 원소 조성, 또는 상기 A 나노층의 가장 높은 붕소 함량을 지닌 영역이 주어진 경우 상기 A 나노층의 가장 높은 붕소 함량을 지닌 영역의 원소 조성은 기본적으로 식 (Al_xCr_1-x-zB_z)N에 의해 정의되며, 여기서:
   계산을 위해 오직 원소 Al, Cr 및 B가 고려되는 경우, x 및 z는 각각 원자 퍼센트 Al 농도와 원자 퍼센트 B 농도이고,
   x = 50 - 80 at-%이고, z = 2 - 30 at-%이며, x+z ≤ 90 at-%이고, 바람직하게는 x = 50 - 70 at-%이고, z = 5 - 20 at-%이거나 z = 5 - 20 at-%이고 x+z ≤ 80 at-%,
   및/또는
   - 상기 B 나노층의 원소 조성은 기본적으로 식 (Al_yCr_1-y)N에 의해 정의되며, 여기서:
   계산을 위해 오직 원소 Al 및 Cr만 고려되는 경우 y는 원자 퍼센트 Al 농도이고,
   y = 50 - 80 at-%이고, 바람직하게는 60 - 70 at-%인 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 적어도 한 항에 있어서,
   상기 코팅 시스템은 3.0W/m.K 미만, 바람직하게는 2.5W/m.K 미만의 열전도 계수를 나타내는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 적어도 한 항에 있어서,
   상기 다층 필름에 서로 증착되는 상기 A 나노층의 두께와 상기 B 나노층의 두께의 합은 200nm 이하, 바람직하게는 100nm 이하, 보다 바람직하게는 50nm 이하, 특별하게는 30nm 이하인 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 적어도 한 항에 있어서,
   상기 다층 필름상에 서로 증착되는 상기 B 나노층의 두께에 대한 상기 A 나노층의 두께의 비율은 2 이하, 바람직하게는 약 1인것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 적어도 한 항에 있어서,
   상기 코팅 시스템은 상기 기판 표면과 상기 다층 필름 사이에 용착된 베이스 층을 포함하며, 바람직하게 상기 베이스 층의 원소 조성은 기본적으로 식 (Al_wCr_1-w)N에 의해 정의되며, 여기서:
   - 원소 Al 및 Cr가 오직 계산을 위해 고려되는 경우 w는 원자 퍼센트 Al 농도이고,
   - w = 50 - 80 at-%이고, 바람직하게는 60 - 70 at-%인 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 코팅 시스템은,
   상기 베이스 층상에 증착되는 다층 구조 필름을 포함하며,
   상기 다층 구조 필름은 C 및 D 층이 서로 번갈아 용착됨으로써 형성되고,
   상기 C 층은 붕소를 포함하지 않는 AlCrN층이며,
   상기 D 층은 상기 A 및 B 나노층이 번갈아 형성되는 다층 필름인 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
   
9. 제1항 내지 제8항 중 적어도 한 항에 있어서,
   상기 알루미늄 함량에 대한 크롬 함량의 비율은 상기 다층 필름의 전체 두께를 따라 및/또는 상기 베이스 층의 전체 두께를 따라 주어지는 경우 베이스 층의 전체 두께를 따라 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
   
10. 제1항 내지 제9항 중 적어도 한 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 코팅 시스템과의 인터페이스시 질소-농후 확산 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템으로 코팅되는 기판.
    
11. 제1항 내지 제9항 중 적어도 한 항에 따르는 코팅 시스템을 사용하여 기판 표면을 코팅하는 방법에 있어서,
    상기 다층 필름은 음극성 아크 PVD와 같은 물리적 증착 기술 및/또는 특히 고전력 자극 마그네트론 스퍼터링 기술을 포함하는 마그네트론 스퍼터링 기술 수단에 의해 증착되고,
    바람직하게는 상기 다층 필름을 형성하기 위한 재료는, 질소를 포함하는 분위기에서, 상기 A 나노층을 제조하기 위해 알루미늄, 크롬 및 붕소를 포함하는 적어도 하나의 타겟, 바람직하게는 분말 야금으로 만들어진 타겟과, 상기 B 나노층을 제조하기 위해 알루미늄 및 크롬을 포함하는 적어도 하나의 타겟, 바람직하게는 분말 야금으로 만들어진 타겟에 대한 음극 아크 이온 플레이팅 증발로 제공되며,
    그리고,
    적어도 상기 B 나노층을 증착시킴으로써 상기 기판에 음극 바이어스 전압이 인가되며, 상기 전압은 바람직하게는 절대값이 70V 이상인 것을 특징으로 하는 코팅 시스템을 사용한 기판 코팅 방법.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 A 나노층을 형성하기 위한 적어도 하나의 타겟은 상기 식 (Al_iCr_1-1)_1-jB_j로 주어지는 원자 퍼센트 원소 조성을 갖고,
    상기 B 나노층을 형성하기 위한 적어도 하나의 타겟은 상기 식 (Al_iCr_1-1)로 주어지는 원자 퍼센트 원소 조성을 가지며,
    여기서, 바람직하게는 i는 50 원자% 이상 80 원자% 이하이고, 더 바람직하게는 i는 70 원자%이며,
    바람직하게는 j는 2 원자% 이상 30 원자% 이하인 것을 특징으로 하는 코팅 시스템을 사용한 기판 코팅 방법.
    
13. 제7항 내지 제9항 중 적어도 한 항에 의한 코팅 시스템으로 기판의 표면을 코팅하기 위한 제11항 내지 제12항 중 적어도 한 항에 있어서,
    상기 베이스 층은 물리적 증착 기술, 바람직하게는 상기 증착 시간의 일부 동안 상기 기판에 음의 바이어스 전압을 인가하는 음극 아크 이온 플레이팅 PVD 기술 수단에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템을 사용한 기판 코팅 방법.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 베이스 층의 증착 도중에 인가된 상기 바이어스 전압은 증착 도중에 변화되고, 최저값 U_{Bias_lowest}에서 최고값 U_{Bias_highst} 까지 증가되며, 바람직하게는 U_{Bias_lowest}는 절대값이 U_{Bias_highst}의 4배 이하인 것을 특징으로 하는 코팅 시스템을 사용한 코팅 방법.
    
15. 제10항에 의해 코팅된 기판을 제조하기 위한 제11항 내지 제14항 중 적어도 한 항에 있어서,
    상기 확산 영역은 코팅 증착 전에 플라즈마 에칭 단계를 달성함으로써 제공되며, 이는 질소 분위기에서, 또는 질소/수소 분위기에서, 또는 질소/수소/아르곤 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템을 사용한 기판 코팅 방법.
    

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