KR20150068422A - 고온에서 사용 가능한 마찰 응력을 갖는 코팅 - Google Patents

고온에서 사용 가능한 마찰 응력을 갖는 코팅 Download PDF

Info

Publication number
KR20150068422A
KR20150068422A KR1020157011684A KR20157011684A KR20150068422A KR 20150068422 A KR20150068422 A KR 20150068422A KR 1020157011684 A KR1020157011684 A KR 1020157011684A KR 20157011684 A KR20157011684 A KR 20157011684A KR 20150068422 A KR20150068422 A KR 20150068422A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
coating system
molybdenum
active
multilayer coating
Prior art date
Application number
KR1020157011684A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102112891B1 (ko
Inventor
마티아스 루카스 소비쉬
위르겐 람
Original Assignee
오를리콘 서피스 솔루션스 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102012022114.2A external-priority patent/DE102012022114A1/de
Application filed by 오를리콘 서피스 솔루션스 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐 filed Critical 오를리콘 서피스 솔루션스 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐
Publication of KR20150068422A publication Critical patent/KR20150068422A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102112891B1 publication Critical patent/KR102112891B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G39/00—Compounds of molybdenum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G39/00—Compounds of molybdenum
    • C01G39/006—Compounds containing, besides molybdenum, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/28—Nitrogen-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/38—Boron-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D1/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M103/00—Lubricating compositions characterised by the base-material being an inorganic material
    • C10M103/04—Metals; Alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M103/00—Lubricating compositions characterised by the base-material being an inorganic material
    • C10M103/06—Metal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/38—Boron-containing compounds
    • C08K2003/382—Boron-containing compounds and nitrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2201/00—Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2201/04—Elements
    • C10M2201/05—Metals; Alloys
    • C10M2201/053—Metals; Alloys used as base material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2201/00—Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2201/06—Metal compounds
    • C10M2201/061—Carbides; Hydrides; Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2201/00—Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2201/06—Metal compounds
    • C10M2201/061—Carbides; Hydrides; Nitrides
    • C10M2201/0613—Carbides; Hydrides; Nitrides used as base material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2201/00—Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2201/06—Metal compounds
    • C10M2201/062—Oxides; Hydroxides; Carbonates or bicarbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2010/00—Metal present as such or in compounds
    • C10N2010/02—Groups 1 or 11
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2010/00—Metal present as such or in compounds
    • C10N2010/08—Groups 4 or 14
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2010/00—Metal present as such or in compounds
    • C10N2010/10—Groups 5 or 15
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2010/00—Metal present as such or in compounds
    • C10N2010/12—Groups 6 or 16
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2030/00—Specified physical or chemical properties which is improved by the additive characterising the lubricating composition, e.g. multifunctional additives
    • C10N2030/06—Oiliness; Film-strength; Anti-wear; Resistance to extreme pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2030/00—Specified physical or chemical properties which is improved by the additive characterising the lubricating composition, e.g. multifunctional additives
    • C10N2030/08—Resistance to extreme temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2030/00—Specified physical or chemical properties which is improved by the additive characterising the lubricating composition, e.g. multifunctional additives
    • C10N2030/14—Metal deactivation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/135—Steam engines or turbines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/20—Metal working
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/20—Metal working
    • C10N2040/22—Metal working with essential removal of material, e.g. cutting, grinding or drilling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/20—Metal working
    • C10N2040/24—Metal working without essential removal of material, e.g. forming, gorging, drawing, pressing, stamping, rolling or extruding; Punching metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/20—Metal working
    • C10N2040/242—Hot working
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/20—Metal working
    • C10N2040/244—Metal working of specific metals
    • C10N2040/245—Soft metals, e.g. aluminum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/25—Internal-combustion engines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/36—Release agents or mold release agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2050/00—Form in which the lubricant is applied to the material being lubricated
    • C10N2050/023—Multi-layer lubricant coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2050/00—Form in which the lubricant is applied to the material being lubricated
    • C10N2050/023—Multi-layer lubricant coatings
    • C10N2050/025—Multi-layer lubricant coatings in the form of films or sheets
    • C10N2210/04—
    • C10N2210/05—
    • C10N2210/06—
    • C10N2230/06—
    • C10N2230/08—
    • C10N2230/14—
    • C10N2240/10—
    • C10N2240/14—

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Mounting, Exchange, And Manufacturing Of Dies (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Pretreatment Of Seeds And Plants (AREA)
  • Tea And Coffee (AREA)
  • General Preparation And Processing Of Foods (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 발명은 마찰 응력이 있는 고온 적용분야용 코팅에 관한 것이다. 본 코팅은 다층 코팅 시스템 및 상단 윤활층을 포함하며, 상단 윤활층은 몰리브덴을 주성분으로 함유한다.

Description

고온에서 사용 가능한 마찰 응력을 갖는 코팅{COATINGS FOR HIGH-TEMPERATURES USES WITH TRI-BIOLOGICAL STRESS}
본 발명은 사용시 고온에 노출되는 컴포넌트, 부품 및 공구에 대한 내마모 코팅에 관한 것이다. 컴포넌트, 부품 및 공구는 이하 모두 기판(substrate)으로 정의된다.
"높은" 온도에 노출되는 컴포넌트, 부품 및 공구에 있어 표면 기능성을 확보하는 것은 기계적, 구조적 및 화학적 안정성의 관점에서 볼 때 커다란 난제를 갖고 있다.
장기간에 걸쳐 안정적인 표면 기능성을 달성하고 이에따라 산업 공정 상의 생산성을 확보하기 위해, 본 발명은 부품, 동적 컴포넌트 뿐만 아니라 성형 도구 및 절단 도구에 대한 경질 재료층 시스템(ard material layer systems)을 제안함으로써, 명확하게 증가된 열 응력(즉, 400℃ 이상의 온도, 이하에서 고온 사용으로 지칭함)을 갖는 상이한 산업 적용분야에서 사용되는 컴포넌트 및 공구에 대한 내마모 성능을 만족스러운 방식으로 개선시킨다. 고온에서 안정적인 이러한 경질 재료층 시스템의 기본 속성은: i) 연마 마모(abrasive wear)에 대한 충분한 보호가 가능하고, ii) 응착 마모(adhesive wear)에 대한 충분한 보호가 가능하며, iii) 충분한 층 응착이 가능하고 및 iv) 충분한 온도 안정성(위상 안정성 및 내산화성)의 발휘가 가능하다.
본 발명에 따라, 기본적으로 다층 코팅 시스템(multi-layer coating system)을 베이스에 포함하는 코팅 시스템이 제공된다. 이러한 다층 코팅 시스템에서, 적어도 하나의 층을 가진 탑 스미어 코팅 시스템(top smear coating system)이 제공된다. 이러한 탑 스미어 코팅 시스템에 의해 전체 코팅 시스템이 완성된다. 탑 스미어 코팅 시스템은 그 주성분으로 몰리브덴을 포함하고 적절한 아키텍처/미세구조 및 적절한 조성을 가질 수 있는데, 상기 주성분은 일반적인 고온 마찰 접촉 및 그로 인해 발생하는 표면의 기계적/화학적 스트레스에 따라 달라진다.
아래에 바람직한 구조/미세구조 및 조성에 대한 상세 내용이 제공된다. 단순화 하기 위해 상기 탑 스미어 코팅 시스템을 탑 스미어층(top smear layer)으로도 부른다.
본 발명에 따른 고온에서 안정적으로 사용 가능한 경질 재료층 시스템에 의해 컴포넌트 및 공구에 대한 내마모 성능을 만족스러운 방식으로 개선 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 코팅을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 코팅의 나노층들에 대한 상세도를 도시한다.
도 3는 본 발명에 따른 코팅의 나노층들에 대한 상세도를 도시한다.
이러한 탑 스미어층의 구조는 i) 단층(mono-layer) 구성, ii) 중층(bi-layer) 구성, iii) 다층(multi-layer) 구성 또는 iv) 나노 적층(nano-laminated) 구성으로 특징지어질 수 있으며, 상기 ii) ~ iv)의 경우에는 구성에 따라서 그 미세 구조 또는 화학적 성질(chemistry)을 변경할 수 있다. 그러나, 필요한 기계적 성질과 관련된 각 적용분야에 대한 윤활 기능의 제공을 위해, i) ~ iv)의 모든 경우에 있어서 상기 미세구조 및/또는 조성에 대한 단계적 차이가 가능하고 적절할 수 있다. 모든 경우에 있어서, 상기 층들은 기본적으로 나노 스케일의 구조를 가진다.
탑 스미어층의 화학적 조성은 일반적으로 Moa-Xb-Yc 으로 특징지어지며, 여기서 a,b 및 c는 각 성분의 원자 농도를 나타내고 a+b+c=1 이며, 몰리브덴(Mo)은 지배 성분으로 표현되고, 즉 0≤b<a 및 0≤c<a 이며, X는 B, Si, V, W, Zr, Cu 및 Ag 또는 이들의 조합인 금속 성분의 변수이고, Y는 C, O 및 N 또는 이들의 조합인 비금속 성분의 변수이다.
다음의 조성을 가진 탑 스미어층들은 특히 500℃ 이상의 고온 적용분야에 적합하다:
o Mo 및/또는 Mo-Cu
o Mo-N 및/또는 Mo-Cu-N
o Mo-O-N 및/또는 Mo-Cu-O-N
o Mo-Si-B 및/또는 Mo-Si-B-N
o Mo-Si-B-O-N
탑 스미어층은 바람직하게는 적어도 95 at%의 몰리브덴을 포함한다. 더욱 바람직하게는 탑 스미어층은 알루미늄을 일체 포함하지 않는다. 탑 스미어층의 막 두께는 바람직하게는 0.25 내지 1.5 ㎛ 사이, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 1.0 ㎛ 사이이다.
특정 고온 적용 분야에 대한 적절한 페어의 탑 스미어층 및 하부 코팅 시스템이 바람직한 방식으로 평가된다(온도, 마찰 접촉, 주변 분위기 및 지속시간).
이하에 Mo-X-Y 탑 스미어층과 하부의 다층 코팅 시스템과의 상호작용에 대해 예를 통해 설명한다. 다양한 고온 적용분야의 기계적, 구조적 및 화학적 조성과 관련된 탑 스미어층과 하부 다층 코팅 시스템의 작용 메카니즘은 아마도 다음과 같이 설명될 수 있는데: 탑 스미어층은 마찰 접촉의 초기 단계에서는 독점적으로 사용되고, 이러한 탑 스미어층은 고형 윤활제 페이즈(특히 금속 산화물)의 형성하에 상승된 온도에서 지속적으로 사용됨에 따라 마찰 대응 기능이 최적화되며(즉, 초기 마찰 접촉은 추가의 프로세스에 대해 최적으로 조절됨), (탑 스미어층을 통해 표면 조절을 수행한 후) 하부 다층 코팅 시스템은 고온에서 장기간 지속되고 안정성 있는 내마모 보호(연마 및 응착) 기능을 유지할 책임을 갖게 된다. 약 400℃의 온도에서 탑 스미어층의 산화가 시작된다는 것이 가정되어야 한다(정밀한 미세 구조 및 조성에 따라 달라짐). B, V, W, Zr, Cu, Ag 및 Mo 등의 탑 스미어층에 포함된 금속의 산화는 이른바 "마그넬리 페이즈(Magneli phases)"의 형성을 초래할 수 있다. 이러한 마그넬리 페이즈는 우수한 윤활 특성(고체 윤활)을 갖는 것으로 알려져 있다. 반면에 텐덤 구조(architecture in tandem)를 가진 코팅층의 화학적 조성에 의해, 하부의 다층 코팅 시스템은 1000℃ 까지의 고온에서 장기간 안정적으로 사용시 필요한 기계적, 구조적 및 화학적 고온 안정성을 제공할 뿐만 아니라 본 경우에서처럼 바람직하고 제어 가능한 고형 윤활제 페이즈(특히 금속 산화물; 이는 이른바 "마그넬리 페이즈"의 형성을 초래할 수 있음)의 형성도 제공 가능하다.
본 발명에 따르면, 다층 코팅 시스템은 고온에서 안정적인 적어도 하나의 층(HT층)을 포함한다. 이들 중 하나는 예를 들면 (Me1, Me2, Mo)N 에 해당할 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 다층 코팅 시스템은, 기판으로부터의 거리가 증가함에 따라 HT층 위에 활성 윤활층(actively lubricating layer)이 형성된 형태의 적어도 두개 층으로 구성된 패킷(packets)을 포함한다. 활성 윤활층은 HT층과 연관 가능하며, 몰리브덴의 함량에 따라 구성을 달리한다. 즉, 몰리브덴 함량이 낮은 층에서는 HT층을 형성하는 반면, 몰리브덴 함량이 풍부한 층에서는 윤활층을 형성한다. 몰리브덴 함량이 풍부한 층의 최대 몰리브덴 농도는 바람직하게는 적어도 10 at%이며, 더욱 바람직하게는 이웃한 몰리브덴 함량이 낮은 층의 최소 몰리브덴 농도를 넘어서는 적어도 20 at%이다. 교차 증착층 시스템에서 몰리브덴 함량이 풍부한 층의 증착은 예컨대, 개별 컴포넌트 물질 소스(타겟)를 사용하는 PVD 공정 뿐만 아니라 다중 컴포넌트 물질 소스를 사용하는 PVD 공정에 의해서도 수행 가능하다.
교차 증착층 시스템에서 몰리브덴 함량이 풍부한 층은 C, O, B, Si, V, W, Zr, Cu 및 Ag를 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 다수의 추가 원소들을 포함함으로서 윤활 성능을 추가로 개선시킬 수 있다.
교차 증착층 시스템에서 몰리브덴 함량이 낮은 층은 B, Si, W, Zr 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 다수의 추가 원소들을 포함함으로서 예컨대, 기계적 및 화학적 특성의 개선에 의한 고온 안정성의 추가 개선이 가능하다.
본 발명에 따르면 상기 언급된 탑 스미어층은 이러한 다층 코팅 시스템에 적용된다.
본 발명에 따른 기판, 즉 본 발명에 따른 코팅 시스템으로 코팅된 기판은 사용시 고온 및 마찰 응력이 발생하는 곳 어디에서든 적합하게 사용될 수 있다. 예컨대 직접 프레스 경화 등에서 사용 가능하며, 구체적으로는 다음과 같다:
o Al-Si로 코팅된 22MnB5 USSH 시트의 직접 프레스 경화
o 비코팅된 22MnB5 USSH 시트의 직접 프레스 경화
적용 사례에 대한 추가의 예로 다음을 들 수 있다.
o 고강도 금속 시트의 단조
o 고강도 티타늄 및 니켈 합금의 절단 및 성형
o 내연기관 및 터보차저 분야에서 사용되는 컴포넌트 및 동적 부품
o 알루미늄 및 마그네슘 다이캐스팅
o 고강도 플라스틱 또는 알루미늄의 사출성형 및 압출
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 2㎛ 두께의 (Ti0.5Al0.5)N 층이 하드 프레스 성형 도구에 도포된다. 이어 5개 층으로 구성된 패킷이 뒤따르는데, 각 층 패킷은 0.5㎛ 두께의 (Ti0.3Al0.3Mo0.4)N 층을 포함하며, 0.5㎛ 두께의 (Ti0.5Al0.5)N 층이 뒤따른다. 0.5㎛ 두께의 (Ti0.3Al0.3Mo0.4)N 층으로 이러한 다층 코팅 시스템을 완성한 후, 0.5㎛ 두께의 Mo0.05Si0.03B0.02 을 탑 스미어층으로 하여 전체 코팅 시스템을 완성한다. 구체적으로는 MoN 및 Mo0.05Cu0.05N 이 탑 스미어층으로 특별히 적합하다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 2㎛ 두께의 (Al0.65Cr0.25Si0.05)N 층이 하드 프레스 성형 도구에 도포되며, 여기서 Si는 선택적으로 제외될수도 있다. 이어 5개 층으로 구성된 패킷이 뒤따르는데, 각 층 패킷은 0.5㎛ 두께의 (Al0.42Cr0.18Mo0.35Cu0.05)N 층을 포함하며, 0.5㎛ 두께의 (Al0.7Cr0.3)N 층이 뒤따른다. 0.5㎛ 두께의 (Al0.42Cr0.18Mo0.35Cu0.05)N 층으로 이러한 다층 코팅 시스템을 완성한 후, 0.5㎛ 두께의 MoN 을 탑 스미어층으로 하여 전체 코팅 시스템을 완성한다.
다층 코팅 시스템을 갖는 코팅은 특별히 바람직하게는, Al 및 B의 (C 및/또는 N 및/또는 O) 화합물 및 한편으로는 IV 및 V 서브그룹의 원소들, 다른 한편으로는 Mo의 (C 및/또는 N 및/또는 O) 화합물을 포함하고, 탑 스미어층은 Mo를 주성분으로 하는 Mo 화합물을 포함하며, 그 두께는 다층 시스템 내의 몰리브덴 함유층의 두께와 같거나 또는 바람직하게는 이보다 더 크다.
상기와 같은 다층 코팅 시스템을 갖는 코팅은 특별히 바람직하게는, 전체 금속 비율 대비 Mo 함량이 50 at% 미만이다.
추가의 실험에 의해 본 발명의 특별히 바람직한 실시예에 대한 다음과 같은 여러 특성들을 확인할 수 있었다:
o 활성 윤활층(TiAlMoN)은 20~60 at%, 바람직하게는 25~35 at%, 더욱 바람직하게는 30 at%의 Mo 함량을 갖는다(10kV에서 EDX로 측정시 평균치).
o 평균 Mo 함량은 또한 활성 윤활층의 구조(나노층 구조)에 의해서도 제어될 수 있다(도면 참조). 이는 2가지 유형의 타겟(Mo 및 TiAl)의 사용에 의해, i) 회전 속도의 변화; 및/또는 ii) 동시에 구동하는 모든 타겟들의 타겟 파라메터들의 변화;를 통해서 기술적으로 달성 가능하다.
o TiAlMoN 층(나노층에서 라이트층)에서 MoN이 풍부한 층의 두께는 10~60 nm, 바람직하게는 20~50 nm, 더욱 바람직하게는 30~40 nm의 범위이다. TiAlMoN 층에서 MoN이 풍부한 층의 최적 두께는 약 40 nm로 추정된다.
o 활성 윤활층(TiAlMoN)에서 약 30 at%의 Mo 함량은 800~900 ℃ 온도에서 매우 바람직하게는 표면 산화를 촉진시킴으로써(전체 층 구조에 미치는 악영향이 없이), 장기간 사용시 AlSi의 스미어링(smearing)을 방지할 수 있는 충분한 산화물 윤활제의 항시 제공이 가능하다. 이는 적용 포커스 시험(예를 들어, Usibor® 시트를 지속적으로 변화시켜 항상 같은 층을 테스트하는 HT-SRV 시험)에 의해 확인되었다.
o 매우 바람직한 점은, 활성 윤활층(TiAlMoN)에서 Mo 함량이 20~40 at%에 있을 때, 전체 층의 기계적 성질(강도, 탄성계수, 응착도), 구조적 특성(위상 조성물) 뿐만 아니라 산화 특성(대기 분위기에서 800 ℃에서 1 시간 동안 산화물 층의 성장도)이 크게 변화되지 않는다는 것이다. 이에 의해 연마 및 응착 내마모성의 관점에서 다양한 HT층에 적용 가능한 타겟 구조 및 구성을 최적시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 다층 코팅 시스템(multi-layer coating system) 및 탑 스미어층(top smear layer)을 포함하는 코팅에 있어서,
    상기 다층 코팅 시스템은 적어도 하나의 HT(고온)층을 포함하고, 상기 탑 스미어층은 Moa-Xb-Yc 에 따른 조성을 가지며, 여기서 a,b 및 c는 각 성분의 원자 농도를 나타내고, a+b+c=1, 0≤b<a 및 0≤c<a 이며, X는 B, Si, V, W, Zr, Cu 및 Ag 또는 이들의 조합인 금속 성분이고, Y는 C, O 및 N 또는 이들의 조합인 비금속 성분의 변수인 것을 특징으로 하는 코팅.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다층 코팅 시스템은 적어도 하나의 활성 윤활층(actively lubricating layer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 다층 코팅 시스템은 적어도 두개 층으로 구성된 패킷(packet)을 포함하고, 상기 층 패킷은 각각 활성 윤활층 및 HT층으로 구성되며, 상기 활성 윤활층에 의해 상기 다층 코팅 시스템을 완성하는 것을 특징으로 하는 코팅.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 활성 윤활층은 몰리브덴을 함유하고, 상기 HT층도 또한 몰리브덴을 함유한 경우, 상기 활성 윤활층의 몰리브덴 함유 농도가 HT층보다 높으며, 바람직하게는 HT층보다 20% 높은 것을 특징으로 하는 코팅.
  5. 전술한 항 중 어느 한 항에 따른 코팅으로 코팅된 기판에 있어서,
    상기 기판은 부품, 컴포넌트 또는 공구인 코팅된 기판.
  6. 제 5항에 따른 기판을 내연기관 또는 터보 차저 분야의 컴포넌트 또는 동적 부품으로 사용.
  7. 제 5항에 따른 기판을 직접 프레스 경화(direct press hardening), 단조, 절단, 성형 또는 압출 용도로 사용.
  8. 제 2항 내지 제 4항에 따른 코팅에 있어서,
    상기 적어도 하나의 활성 윤활층은, 10kV에서 EDX로 측정시 평균 20~60 at%, 바람직하게는 25~35 at%, 더욱 바람직하게는 30 at%의 Mo(몰리브덴) 함량을 갖는 Ti-Al-Mo-N 층인 것을 특징으로 하는 코팅.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 활성 윤활층은 MoN 함량이 풍부한 나노층들 및 MoN 함량이 낮은 나노층들로 구성된 것을 특징으로 하는 코팅.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 MoN 함량이 풍부한 나노층들의 두께는 10~60 nm 사이, 바람직하게는 20~50 nm 사이, 더욱 바람직하게는 30~40 nm 사이, 더더욱 바람직하게는 40 nm인 것을 특징으로 하는 코팅.
KR1020157011684A 2012-10-10 2013-10-09 고온에서 사용 가능한 마찰 응력을 갖는 코팅 KR102112891B1 (ko)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261712021P 2012-10-10 2012-10-10
US61/712,021 2012-10-10
DE102012022114.2A DE102012022114A1 (de) 2012-11-13 2012-11-13 Beschichtung für Hochtemperaturanwendungen mit tribologischer Beanspruchung
DE102012022114.2 2012-11-13
EP12008340 2012-12-14
EP12008340.7 2012-12-14
PCT/EP2013/003022 WO2014056605A1 (de) 2012-10-10 2013-10-09 Beschichtungen für hochtemperaturanwendungen mit tribologischer beanspruchung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150068422A true KR20150068422A (ko) 2015-06-19
KR102112891B1 KR102112891B1 (ko) 2020-05-19

Family

ID=49883044

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157011684A KR102112891B1 (ko) 2012-10-10 2013-10-09 고온에서 사용 가능한 마찰 응력을 갖는 코팅
KR1020157015459A KR20150084049A (ko) 2012-11-13 2013-11-11 마찰 응력을 갖는 고온 적용을 위한 코팅

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157015459A KR20150084049A (ko) 2012-11-13 2013-11-11 마찰 응력을 갖는 고온 적용을 위한 코팅

Country Status (10)

Country Link
US (2) US9586252B2 (ko)
EP (2) EP2906668B1 (ko)
JP (3) JP6273288B2 (ko)
KR (2) KR102112891B1 (ko)
CN (2) CN104995287B (ko)
AR (1) AR092945A1 (ko)
BR (1) BR112015010860A2 (ko)
ES (1) ES2621234T3 (ko)
MX (1) MX2015004645A (ko)
WO (2) WO2014056605A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180123029A (ko) * 2016-03-11 2018-11-14 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 내치핑성과 내마모성이 우수한 표면 피복 절삭 공구

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AR092945A1 (es) * 2012-10-10 2015-05-06 Oerlikon Trading Ag Trübbach Recubrimiento para usos a altas temperaturas con solicitacion tribologica
US9994785B2 (en) * 2014-04-02 2018-06-12 Rolls-Royce Corporation Thermally stable self-lubricating coatings
KR101729579B1 (ko) * 2015-05-18 2017-04-24 엘지전자 주식회사 압축기
JP6452006B2 (ja) * 2016-02-29 2019-01-16 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
WO2017150550A1 (ja) * 2016-02-29 2017-09-08 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
CN109852224B (zh) * 2019-01-23 2021-04-02 广州集泰化工股份有限公司 一种集装箱用水性快干耐磨木地板涂料及其制备方法
CN111962029A (zh) * 2020-08-14 2020-11-20 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种高温自润滑(Cr,V)2AlC MAX相涂层及其制备方法与应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011224685A (ja) * 2010-04-16 2011-11-10 Mitsubishi Materials Corp 表面被覆切削工具
WO2012055485A1 (de) * 2010-10-28 2012-05-03 Oerlikon Trading Ag, Trübbach Molybdänmonoxidschichten und deren herstellung mittels pvd
JP2012115924A (ja) * 2010-11-30 2012-06-21 Osg Corp 切削工具用硬質被膜及び硬質被膜被覆切削工具
JP2012157940A (ja) * 2011-02-01 2012-08-23 Sumitomo Electric Hardmetal Corp 表面被覆切削工具

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU541105B2 (en) * 1981-02-23 1984-12-13 Vsesojuzny Nauchno-Issledovatelsky Instrumentalny Institut Multilayer coating for metal-cutting tool
US4465604A (en) 1983-06-09 1984-08-14 Pennwalt Corporation Lubricating compositions and process using complex metal chalcogenides
US4619865A (en) * 1984-07-02 1986-10-28 Energy Conversion Devices, Inc. Multilayer coating and method
US4751109A (en) * 1987-01-20 1988-06-14 Gte Laboratories Incorporated A process for depositing a composite ceramic coating on a hard ceramic substrate
JP2583581B2 (ja) * 1988-08-11 1997-02-19 オリンパス光学工業株式会社 光学素子成形用型
US5360675A (en) * 1992-05-14 1994-11-01 Praxair S.T. Technology, Inc. Molten zinc resistant alloy and its manufacturing method
JP2711962B2 (ja) * 1992-07-06 1998-02-10 株式会社リケン ピストンリング及びその製造方法
JP3266439B2 (ja) * 1994-12-29 2002-03-18 帝国ピストンリング株式会社 ピストンリングおよびその製造方法
ES2143239T3 (es) * 1995-10-31 2000-05-01 Volkswagen Ag Procedimiento para la realizacion de una superficie de deslizamiento sobre una aleacion de metal ligero.
SE0004203D0 (sv) * 2000-11-16 2000-11-16 Haakan Hugosson A surface coating
SE526338C2 (sv) * 2002-09-04 2005-08-23 Seco Tools Ab Skär med utskiljningshärdad slitstark refraktär beläggning
SE526339C2 (sv) * 2002-09-04 2005-08-23 Seco Tools Ab Skär med slitstark refraktär beläggning med kompositstruktur
JP3735717B2 (ja) * 2002-09-24 2006-01-18 国立大学法人東北大学 Ｍｏ−Ｓｉ−Ｂ合金
JP4448342B2 (ja) * 2004-02-02 2010-04-07 株式会社神戸製鋼所 微細結晶硬質皮膜
JP4771202B2 (ja) 2005-04-13 2011-09-14 日立金属株式会社 密着性と摺動特性に優れた複合皮膜およびその製造方法
US20100119819A1 (en) * 2007-03-30 2010-05-13 Rodgers John R Coating
JP4774080B2 (ja) * 2007-08-02 2011-09-14 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜被覆材および冷間塑性加工用金型
JP2009101491A (ja) * 2007-10-25 2009-05-14 Mitsubishi Materials Corp 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた潤滑性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具
WO2009105024A1 (en) * 2008-02-21 2009-08-27 Seco Tools Ab Multilayered coated cutting tool
US8926722B2 (en) * 2010-02-04 2015-01-06 Oerlikon Trading Ag, Truebbach Cutting tools with Al—Cr—B—N/Ti—Al—N multilayer coatings
DE102011001140A1 (de) * 2011-03-08 2012-09-13 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Stahlflachprodukt, Verfahren zum Herstellen eines Stahlflachprodukts und Verfahren zum Herstellen eines Bauteils
EP2568058B1 (de) * 2011-09-09 2014-12-17 iwis motorsysteme GmbH & Co. KG Gelenkkette mit hartstoffbeschichteten Kettengelenken
AR092945A1 (es) * 2012-10-10 2015-05-06 Oerlikon Trading Ag Trübbach Recubrimiento para usos a altas temperaturas con solicitacion tribologica

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011224685A (ja) * 2010-04-16 2011-11-10 Mitsubishi Materials Corp 表面被覆切削工具
WO2012055485A1 (de) * 2010-10-28 2012-05-03 Oerlikon Trading Ag, Trübbach Molybdänmonoxidschichten und deren herstellung mittels pvd
JP2012115924A (ja) * 2010-11-30 2012-06-21 Osg Corp 切削工具用硬質被膜及び硬質被膜被覆切削工具
JP2012157940A (ja) * 2011-02-01 2012-08-23 Sumitomo Electric Hardmetal Corp 表面被覆切削工具

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180123029A (ko) * 2016-03-11 2018-11-14 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 내치핑성과 내마모성이 우수한 표면 피복 절삭 공구

Also Published As

Publication number Publication date
EP2906668A1 (de) 2015-08-19
JP6700326B2 (ja) 2020-05-27
US9586252B2 (en) 2017-03-07
ES2621234T3 (es) 2017-07-03
EP2920278A1 (de) 2015-09-23
JP6273288B2 (ja) 2018-01-31
JP2016500752A (ja) 2016-01-14
CN105026530A (zh) 2015-11-04
WO2014075787A1 (de) 2014-05-22
US9623468B2 (en) 2017-04-18
EP2920278B1 (de) 2018-12-26
BR112015010860A2 (pt) 2017-07-11
CN105026530B (zh) 2017-10-03
KR20150084049A (ko) 2015-07-21
AR092945A1 (es) 2015-05-06
JP2016501280A (ja) 2016-01-18
MX2015004645A (es) 2016-03-04
EP2906668B1 (de) 2017-01-04
KR102112891B1 (ko) 2020-05-19
US20150291800A1 (en) 2015-10-15
CN104995287A (zh) 2015-10-21
JP2018111828A (ja) 2018-07-19
CN104995287B (zh) 2017-04-19
US20160067755A1 (en) 2016-03-10
WO2014056605A1 (de) 2014-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102112891B1 (ko) 고온에서 사용 가능한 마찰 응력을 갖는 코팅
CA2788142C (en) Cutting tools with al-cr-b-n / ti-al-n multilayer coatings
KR102236892B1 (ko) 크로뮴-기반 산화 보호층
MX2014012538A (es) Herramientas de alto rendimiento que exhiben desgaste concavo reducido en particular debido a operaciones de mecanizado en seco.
US9968980B2 (en) Coatings for forming tools
KR20150091227A (ko) 다층 플레인 베어링
WO2013091889A1 (en) Substrate with a double layered coating
KR20170008295A (ko) 적층형 경질 피막 및 절삭 공구
US20170036258A1 (en) Hard coating film having anti-adhesion property to soft metal
CA2983720A1 (en) Hard coating and hard coating-covered member
TW201414850A (zh) 用於直接加壓淬火之含鉬塗層工具
US20130149551A1 (en) Diffusion coating method and chromium coat produced therewith
CA2891886C (en) Hard coating having excellent adhesion resistance to soft metal
JP4718382B2 (ja) 硬質皮膜
CN115151678A (zh) 含软金属的高粘结强度硬质涂层
TW201226208A (en) Articles and method for making the same
JP2002331407A (ja) 耐摩耗皮膜被覆工具

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant