KR20150121118A - 내마모성이 우수한 적층 피막 - Google Patents

Abstract

기재 상에 하기의 피막 Q와 피막 R이 각각 1층 이상 교대로 적층된 적층 피막. [피막 Q] 조성식이 Ti_{1 -a-b- c}B_aC_bN_c이고, 각 원소의 원자비가 0.2≤a≤0.7, 0≤b≤0.35 및 0≤c≤0.35를 만족시키는 피막; 조성식이 Si_{1 -d- e}C_dN_e이고, 각 원소의 원자비가 0.2≤d≤0.50 및 0≤e≤0.3을 만족시키는 피막; 및 조성식이 B_{1-f- g}C_fN_g이고, 각 원소의 원자비가 0.03≤f≤0.25 및 0≤g≤0.5를 만족시키는 피막;으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 피막. [피막 R] 조성식이 L(B_xC_yN_{1 -x-y})(상기 L은, W, Mo 및 V로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소)이고, 각 원소의 원자비가 0≤x≤0.15 및 0≤y≤0.5를 만족시키는 피막.

Description

내마모성이 우수한 적층 피막{LAMINATED COATING FILM HAVING SUPERIOR WEAR RESISTANCE}

본 발명은 내마모성이 우수한 적층 피막에 관한 것이다. 예를 들어 절삭 공구나 금형 등의 치공구 등의 표면에 형성되는 내마모성이 우수한 적층 피막에 관한 것이다.

종래부터, 절삭 공구나 금형 등의 치공구의 장수명화를 목적으로, TiN이나 TiCN, TiAlN 등의 경질 피막을, 치공구의 표면에 코팅하여 해당 치공구의 내마모성을 향상시키는 것이 행해지고 있다.

최근에는, 절삭 공구 표면의 피복막으로서, 예를 들어 특허문헌 1이나 2에 개시되는 적층 구조의 막이 제안되어 있다. 구체적으로 특허문헌 1이나 2에서는, Mo와 N의 고용체, Mo₂N, MoN 또는 이들의 혼합체를 포함하는 피막 A와, Ti_{1 -x-y}Al_xSi_yN을 포함하는 피막 B를, 교대로 각각 2층 이상 적층시킨 것이며, 이들 피막 A와 피막 B의 각 층 두께, 피막 A와 피막 B의 층 두께비와, 피복막의 적층 방향 단면에 있어서의 이 층 두께비의 경사 구조가 규정된 적층 피막이 개시되어 있다. 또한 해당 적층 피막에 있어서, 상기 피막 A는, 윤활성, 내용착성을 갖고, 피삭재의 가공 품위의 향상이나, 고속, 드라이 가공 시의 날 끝 온도 저하에 효과적이고, 상기 피막 B는, 내마모성과 인성의 밸런스가 우수한 것이 나타나 있다. 그러나, 예를 들어 절삭 공구 등에는, 더욱 우수한 내마모성이 요구되고 있으므로, 가일층의 검토가 필요하다.

일본 특허 출원 공개 2011-93008호 공보 일본 특허 출원 공개 2011-93009호 공보

본 발명은 상기와 같은 사정에 착안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 예를 들어 절삭 공구나 금형 등의 치공구 등의 표면에 형성되고, 해당 절삭 공구 등의 내마모성을 충분히 향상시킬 수 있는, 내마모성이 우수한 적층 피막을 실현하는 데에 있다.

상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명의 적층 피막은, 기재 상에 형성되는 적층 피막이며, 하기의 피막 Q와 피막 R이 각각 1층 이상 교대로 적층되어 있는 것에 특징을 갖는다.

[피막 Q]

조성식이 Ti_{1 -a-b- c}B_aC_bN_c(단, a, b, c는 각각 B, C, N의 원자비를 나타냄)이고, 0.2≤a≤0.7, 0≤b≤0.35, 및 0≤c≤0.35를 만족시키는 피막;

조성식이 Si_{1 -d- e}C_dN_e(단, d, e는 각각 C, N의 원자비를 나타냄)이고, 0.2≤d≤0.50, 및 0≤e≤0.3을 만족시키는 피막; 및,

조성식이 B_{1-f- g}C_fN_g(단, f, g는 각각 C, N의 원자비를 나타냄)이고, 0.03≤f≤0.25, 및 0≤g≤0.5를 만족시키는 피막;으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 피막.

[피막 R]

조성식이 L(B_xC_yN_{1 -x-y})(단, L은, W, Mo 및 V로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, x, y는 각각 B, C의 원자비를 나타냄)이고, 0≤x≤0.15, 및 0≤y≤0.5를 만족시키는 피막.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 피막 Q와 상기 피막 R의 막 두께는 모두 2㎚ 이상이다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 피막 Q와 상기 피막 R의 막 두께는 모두 100㎚ 이하이다.

본 발명에 따르면, 내마모성이 우수한 적층 피막을 실현할 수 있다. 또한 이 적층 피막을, 절삭 공구나 금형 등의 치공구(특히, 습식 환경 하에서의 펀칭 가공에 사용하는 공구)의 표면[「최표면」을 말함. 이하 동일함]에 형성하면, 해당 절삭 공구 등의 내마모성을 향상시킬 수 있고, 해당 절삭 공구 등의 장수명화를 실현할 수 있다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 절삭 공구나 금형 등의 치공구의 표면에 형성되는 경질 피막에 대해 예의 연구를 거듭하였다. 상세하게는, 다음과 같은 사상 하에, 본 발명을 완성시켰다. 즉, TiB₂, SiC, B₄C, 또는 이들에 C, N을 첨가한 TiBN, TiBC, SiCN, BCN은, 고경도의 화합물이지만, 금속 재료에 대한 마찰 계수가 높다. 따라서, 상기 고경도의 화합물을 포함하는 피막만을 상기 절삭 공구 등의 최표면에 형성하면, 절삭 시의 미끄럼 이동에 의해 마찰 발열이 발생하고, 기재가 온도 상승에 의해 연화되고, 이 기재의 연화에 수반하여 피막의 손상이 진행되는 등의 문제가 있다. 따라서 본 발명에서는, 상기 고경도의 화합물을 포함하는 피막과, 윤활성을 나타내는 화합물층을 적층시키면, 내마모성이 우수한 피막을 얻을 수 있지 않을까 하는 사상 하에, 하기의 피막 Q와 피막 R을 각각 1층 이상 교대로 적층시킨 적층 피막을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.

[피막 Q]

조성식이 Ti_{1 -a-b- c}B_aC_bN_c(단, a, b, c는 각각 B, C, N의 원자비를 나타냄)이고, 0.2≤a≤0.7, 0≤b≤0.35, 및 0≤c≤0.35를 만족시키는 피막;

조성식이 Si_{1 -d- e}C_dN_e(단, d, e는 각각 C, N의 원자비를 나타냄)이고, 0.2≤d≤0.50, 및 0≤e≤0.3을 만족시키는 피막; 및,

조성식이 B_{1-f- g}C_fN_g(단, f, g는 각각 C, N의 원자비를 나타냄)이고, 0.03≤f≤0.25, 및 0≤g≤0.5를 만족시키는 피막;

으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 피막.

[피막 R]

조성식이 L(B_xC_yN_{1 -x-y})(단, L은, W, Mo 및 V로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, x, y는 각각 B, C의 원자비를 나타냄)이고, 0≤x≤0.15, 및 0≤y≤0.5를 만족시키는 피막.

이하, 각 피막을 규정한 이유에 대해 설명한다.

[피막 Q에 대해]

먼저 피막 Q로서, 조성식이 Ti_{1 -a-b- c}B_aC_bN_c인 피막(피막 Q1)을 들 수 있다. 피막 Q1은, TiB₂(Ti_0.33B_0.67)를 포함하는 피막 외에, 해당 피막 중에 C나 N을 포함하고, 고경도를 발휘하는 Ti-N 결합, Ti-C 결합, B-C 결합, 또는 윤활성을 나타내는 B-N 결합을 갖는 내마모성이 보다 높은 피막이어도 된다. 상기 C나 N을 함유시키는 경우, C량(b)은, 0.05 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.10 이상, 더욱 바람직하게는 0.15 이상이다. 또한 N량(c)은 0.05 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.10 이상이다. 그러나 C, N 모두 과도하게 포함되면, 경도의 저하, 즉 내마모성의 저하를 초래한다. 따라서, C량과 N량의 상한은 모두 0.35이다. C량의 상한은, 바람직하게는 0.20 이하이다. N량의 상한은, 바람직하게는 0.15 이하이다.

상기 피막 Q1에 있어서의 B량(a)은, 고경도를 확보하는 관점에서 0.2 이상으로 한다. 바람직하게는 0.30 이상이다. 또한, B량의 상한은, TiB₂의 경우(C나 N을 포함하지 않은 경우)를 고려하여 0.7이다. C 및/또는 N을 포함하는 경우에는, B량을 0.60 이하, 또는 0.50 이하로 할 수 있다.

상기 피막 Q1에 있어서의 Ti량(1-a-b-c)은, 다른 원소의 함유량에 의해 결정된다. Ti량의 하한은, 예를 들어 0.30 이상, 또는 0.40 이상으로 할 수 있다. 또한 Ti량의 상한은, 예를 들어 0.50 이하, 또는 0.45 이하로 할 수 있다.

또한 상기 피막 Q는, 조성식이 Si_{1 -d- e}C_dN_e인 피막(피막 Q2)이어도 된다. 피막 Q2는, SiC(Si_{0 . 50}C_{0 . 50})를 포함하는 피막 외에, 해당 피막 중에 N을 포함한 피막이어도 된다. N을 함유시킴으로써 윤활성을 높일 수 있다. 이 N에 의한 효과를 얻기 위해, N량(e)은 0.05 이상인 것이 바람직하다. 그러나, N량이 과잉으로 되면 경도가 저하되므로, N량의 상한은 0.3이다. N량은 바람직하게는 0.1 이하이다.

상기 피막 Q2에 있어서의 C량(d)은, 고경도를 확보하는 관점에서 0.2 이상이다. 바람직하게는 0.30 이상이다. 또한, C량의 상한은, SiC를 고려하여 0.50이다. 상기 N을 포함하는 경우, C량은 0.40 이하로 할 수 있다.

상기 피막 Q2에 있어서의 Si량(1-d-e)은, 다른 원소(C, N)의 함유량에 의해 결정된다. 상기 Si량은, 대략 0.3 내지 0.6의 범위 내로 할 수 있다.

또한 상기 피막 Q는, 조성식이 B_{1-f- g}C_fN_g인 피막(피막 Q3)이어도 된다. 피막 Q3은, B₄C(B_0.80C_0.20)를 포함하는 피막 외에, 해당 피막 중에 N을 포함한 피막이어도 된다. N을 함유시킴으로써, 윤활성을 나타내는 B-N 결합을 생성할 수 있다. 이 N에 의한 효과를 얻기 위해, N량(g)은 0.10 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.15 이상이다. 그러나, N량이 과잉으로 되면 경도가 저하되므로, N량의 상한은 0.5이다. N량은 바람직하게는 0.4 이하이다.

상기 피막 Q3에 있어서의 C량(f)은, 고경도를 확보하는 관점에서 0.03 이상이다. 바람직하게는 0.04 이상, 보다 바람직하게는 0.08 이상, 더욱 바람직하게는 0.10 이상이다. 또한, C량의 상한은, B₄C를 고려하여 0.25이다. 상기 N을 포함하는 경우, C량은 0.20 이하, 또는 0.16 이하로 할 수 있다.

상기 피막 Q3에 있어서의 B량(1-f-g)은, 다른 원소(C, N)의 함유량에 의해 결정된다. B량은, 대략 0.50 내지 0.80의 범위 내로 할 수 있다.

상기 피막 Q는, 상기 피막 Q1, 상기 피막 Q2 및 상기 피막 Q3으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상의 피막이면 된다. 상기 피막 Q를 구성하는 상기 피막 Q1, 상기 피막 Q2, 상기 피막 Q3의 각 피막은, 상기 각 조성 범위 내에서 조성이 서로 다른 2종 이상의 피막이 적층된 것이어도 된다.

[피막 R에 대해]

피막 R은, 미끄럼 이동 하에 있어서 윤활성의 산화물을 형성하는 L(이하, 「원소 L」이라고 함), 구체적으로는, W, Mo 및 V로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소를 포함한다. 상기 원소 L로서 V가 가장 저온에서 윤활성 산화물을 형성하므로 바람직하다.

상기 피막 R은, 상기 원소 L의 질화물로 구성되는 것 외에, B 및/또는 C를 포함하는 화합물로 구성되어 있어도 된다. B나 C를 포함함으로써, 경도를 더 증가시킬 수 있다. 해당 효과를 얻기 위해서는, B를 포함하는 경우, B량(x)은 바람직하게는 0.05 이상이다. 그러나 B량이 과잉으로 되면, 경도가 오히려 저하된다. 따라서 B량은 0.15 이하로 한다. 바람직하게는 0.10 이하이다. 또한 C를 포함하는 경우, C량(y)은 바람직하게는 0.15 이상, 보다 바람직하게는 0.20 이상이다. 그러나 C량이 과잉으로 되면, 경도가 오히려 저하된다. 따라서 C량은 0.5 이하로 한다. 바람직하게는 0.25 이하이다.

상기 피막 R은, 상기 조성 범위 내에서 조성이 서로 다른 2종 이상의 피막이 적층된 것이어도 된다.

[피막의 두께]

상기 피막 Q 및 피막 R의 각 기능을 발휘시키기 위해서는, 각 피막이 일정 이상의 두께를 갖고, 독립된 적층 상태로 존재할 필요가 있다. 「독립된 적층 상태」라 함은, 각 피막이 일정 이상의 두께를 갖는 상태를 말한다. 다층막을 형성할 때에, 각 층의 막 두께가 얇아지면, 피막의 조성이 서로 섞이는 경향이 있으므로, 어느 정도 막 두께를 두껍게 하지 않으면 각각의 층의 조성이 일정해지는 부분이 나타나지 않기 때문이다. 따라서, 피막 Q, 피막 R의 각각의 막 두께[본 발명에 있어서, 이 「막 두께」는, 1층의 막 두께(두께)를 나타내고, 적층 피막의 전체 막 두께(총 두께)와는 구별됨]는, 모두 2㎚ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5㎚ 이상, 더욱 바람직하게는 10㎚ 이상이다. 적층 피막의 전체 막 두께를, 예를 들어 3㎛로 한 경우, 막 두께가 1500㎚인 피막 Q와, 막 두께가 1500㎚인 피막 R의 2층 구조의 적층 피막으로 할 수도 있다. 그러나, 피막 Q에 의한 고경도화와 피막 R에 의한 윤활막의 효과를 최대한으로 발휘시키기 위해서는, 적층 피막이, 피막 Q와 피막 R이 각각 2층 이상 서로 적층한 구조를 갖고 있는 것이 바람직하다. 이 관점으로부터, 피막 Q와 피막 R의 막 두께는 모두 100㎚ 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직한 상한은 모두 50㎚ 이하, 더욱 바람직한 상한은 모두 30㎚ 이하이다.

또한 피막 Q와 피막 R의 막 두께는 반드시 동일할 필요는 없고, 목적에 따라 피막 Q와 피막 R의 막 두께를 변경해도 된다. 예를 들어, 피막 Q의 막 두께를 일정(예를 들어, 20㎚)하게 하고, 피막 R을, 예를 들어 2 내지 100㎚ 사이에서 변경해도 된다.

적층 피막의 전체 막 두께(피막 Q와 피막 R의 총 두께)는, 지나치게 얇으면 우수한 내마모성이 충분히 발휘되기 어렵다. 따라서 상기 전체 막 두께는, 바람직하게는 1㎛ 이상, 보다 바람직하게는 2㎛ 이상이다. 한편, 적층 피막의 전체 막 두께가 지나치게 두꺼우면, 절삭 중에 막의 결손이나 박리가 발생하기 쉬워진다. 따라서 상기 전체 막 두께는, 5㎛ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 4㎛ 이하이다.

[적층 피막의 형성 방법에 대해]

본 발명은, 상기 적층 피막의 형성 방법까지 규정하는 것은 아니고, 해당 적층 피막은, 물리 기상 성장법(PVD법)이나 화학 기상 성장법(CVD법) 등 공지의 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 기재와의 밀착성 확보 등의 관점에서, 상기 PVD법을 사용하여 제조하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 스퍼터링법이나 진공 증착법, 이온 플레이팅법 등을 들 수 있다.

피막 Q의 형성 방법으로서, 예를 들어, 증발원(타깃)으로서, 피막 Q를 구성하는 C나 N 이외의 성분(Ti, Si, B)을 포함하는 타깃을 사용하고, 분위기 가스(반응성 가스)로서, 질소 가스나 탄화수소 가스(메탄, 아세틸렌 등)를 사용하여, 성막하는 것을 들 수 있다. 또한, 피막 Q를 구성하는 원소를 포함하는 화합물을 포함하는 타깃(질화물, 탄질화물, 탄화물, 탄붕화물, 질붕화물, 탄질붕화물)을 사용하여 성막해도 된다.

피막 R의 형성 방법으로서, 예를 들어, 증발원(타깃)으로서, 원소 L을 포함하는 타깃(B를 포함하는 피막을 형성하는 경우에는, B를 더 포함하는 타깃)을 사용하고, 분위기 가스(반응성 가스)로서, 질소 가스나 탄화수소 가스(메탄, 아세틸렌 등)를 사용하여 성막을 행할 수 있다. 또한, 피막 R을 구성하는 원소를 포함하는 화합물을 포함하는 타깃(질화물, 탄질화물, 탄화물, 탄붕화물, 질붕화물, 탄질붕화물)을 사용하여 성막해도 된다. 상기 반응성 가스(질소 가스나 탄화수소 가스)를 사용하는 경우, 이 반응성 가스 이외에, Ar, Ne, Xe 등의 희가스를 방전 안정성을 위해 첨가해도 된다.

상기 적층 피막을 제조하는 장치로서는, 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 2008-024976호 공보의 도 1에 도시된, 아크 증발원과 스퍼터 증발원을 각각 2군데 구비한 성막 장치를 사용할 수 있다. 해당 성막 장치를 사용한 성막 방법으로서, 예를 들어 2군데의 스퍼터 증발원 중, 한쪽에 피막 Q 형성용 타깃을 설치하고, 다른 쪽에 피막 R 형성용 타깃을 설치하여, 교대로 방전시키고, 피막 Q와 피막 R의 양쪽을 스퍼터링법에 의해 적층 피막을 형성하는 방법을 들 수 있다. 또한, 피막 Q와 피막 R 중, 한쪽을 이온 플레이팅법, 다른 쪽을 스퍼터링법으로 형성하는 것도 가능하다.

이하에서는, 피막 Q 및/또는 피막 R을 스퍼터링법으로 성막하는 경우의 바람직한 성막 조건에 대해 설명한다.

먼저 성막 시의 기재(피처리체)의 온도는, 기재의 종류에 따라 적절히 선택하면 된다. 기재와 적층 피막의 밀착성을 확보하는 관점에서는, 300℃ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 400℃ 이상이다. 한편, 기재의 변형 방지 등의 관점에서, 기재의 온도는 700℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 600℃ 이하로 하는 것이 권장된다.

성막 시의 기재(피처리체)에 인가하는 바이어스 전압은, 30 내지 200V(접지 전위에 대해 기재가 마이너스 전위로 되는 음의 바이어스 전압임. 이하 동일함)의 범위로 하는 것이 바람직하다. 기재에 바이어스 전압을 인가함으로써 기재(피처리체)로의 이온 충격이 유효하게 행해지고, 암염 구조형의 형성이 촉진된다고 생각된다. 이와 같은 효과를 발휘시키기 위해, 상기 바이어스 전압을 30V 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나 상기 바이어스 전압이 지나치게 높으면, 이온화한 성막 가스에 의해 막이 에칭되어, 성막 속도가 극단적으로 작아지기 쉽다. 따라서, 상기 바이어스 전압은 200V 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는, 형성 시의 반응 가스의 분압 또는 전압을 0.1 내지 0.6㎩의 범위로 하는 것이 바람직하다. 상기 분압 또는 전압이 0.1㎩ 미만인 경우, 형성되는 피막 중의 질소량이 결핍되어, 양론 조성의 피막이 형성되지 않기 때문이다.

본 발명의 적층 피막은, 바람직하게는 치공구의 표면에 형성됨으로써 그 효과가 충분히 발휘된다. 해당 치공구로서, 칩, 드릴, 엔드밀 등의 절삭 공구나, 단조 가공, 프레스 성형, 압출 성형, 전단 등의 각종 금형이나, 펀칭 펀치 등의 치공구를 들 수 있다. 특히, 습식 환경 하에서의 절삭 가공에 사용되는 공구에 적합하다. 또한 특히, 습식에서의 가공이 주류로 되어 있는 드릴에 적합하다.

본 발명의 적층 피막을 형성하는 기재는, 상술한 치공구의 종류에 따라 적절히 결정된다. 상기 기재로서, 기계 구조용 탄소강, 구조용 합금강, 공구강, 스테인리스강 등의 각종 강재나 초경합금 등의, 금속재로 형성된 것을 들 수 있다. 또한, 해당 금속재의 표면에 도금층, 용사층 등의 중간층이 형성된 것도, 상기 기재로서 들 수 있다.

상기 기재와, 본 발명의 적층 피막 사이에는, TiAlN, TiN, CrN 등의 하지층이 더 형성되어 있어도 된다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것은 물론 아니고, 전ㆍ후술의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

[실시예 1]

실시예 1에서는, 피막 Q, 피막 R의 각 조성이 다양한 적층 피막(피막 Q와 피막 R의 각 두께는 일정)을 형성하고, 해당 조성이 내마모성에 미치는 영향에 대해 검토하였다.

표 1에 나타내는 조성의 피막 Q 및 피막 R을 교대로 적층시킨 적층 피막을, 복수의 증발원을 갖는 성막 장치로 형성하였다. 상세는 다음과 같다. 기재로서, 절삭 공구(2매 날 초경 드릴, Φ8.5㎜, 절삭 시험용)를 준비하였다. 이 기재를, 에탄올 중에서 초음파 탈지 세정하여, 성막 장치에 도입하였다. 5×10^-3㎩까지 배기 후, 기재를 500℃까지 가열하고, 그 후, Ar 이온에 의한 에칭을 5분간 실시하였다. 계속해서, 적층 피막[피막 Q 및 피막 R, 전체 막 두께 약 3㎛(약 3000㎚)]을 하기에 상세하게 설명하는 바와 같이 기재 상에 형성하였다.

피막 Q 형성용 타깃으로서, 표 1에 나타나는 피막 Q를 구성하는 C나 N 이외의 성분(Ti, Si, B)을 포함하는 타깃을 사용하였다. 피막 Q 형성 시의 분위기 가스로서, 피막 Q가 N을 포함하는 경우는 질소 가스, 피막 Q가 C를 포함하는 경우에는 탄화수소 가스를 사용하였다(필요에 따라 Ar 가스를 더 사용함). 또한 피막 Q가 N과 C를 포함하지 않은 경우는 Ar 가스만을 사용하였다.

피막 R 형성용 타깃으로서, 표 1에 나타나는 피막 R을 구성하는 원소 L을 포함하는 타깃(피막 R이 B를 포함하는 경우에는, B를 포함하는 더 타깃)을 사용하였다. 피막 R 형성 시의 분위기 가스로서, 피막 Q가 N을 포함하는 경우는 질소 가스, 피막 Q가 C를 포함하는 경우는 탄화수소 가스를 사용하였다(필요에 따라 Ar 가스를 더 사용함).

그리고, 상기 피막 Q 형성용 타깃과 상기 피막 R 형성용 타깃을 별도의 증발원에 설치하고, 기재를 탑재한 테이블을 장치 내에서 회전시키고, 각 타깃을 교대로 방전시키고, 적층 피막(각 피막의 1층의 두께는 표 1에 나타내는 바와 같음)을 스퍼터링법에 의해 형성하였다. 또한, 어떤 예이든, 상기 스퍼터링은, 기재 온도: 500℃, 분위기 가스의 전체 압력을 0.6㎩로 하고, 스퍼터 증발원(타깃 직경: 6인치＝152㎜)에 3㎾의 전력을 투입하고, 또한 음의 바이어스 전압: 100V의 조건으로 행하였다. 각 피막의 두께나 적층 횟수는, 상기 기재를 탑재한 테이블의 회전수(즉, 기재의 회전수)나, 타깃의 방전 시간을 변경하여 조정하였다.

비교예로서, TiAlN 단층막(표 1의 No.1), TiN 단층막(표 1의 No.2)을 상기 기재 상에 성막한 샘플이나, 피막 Q만을 상기 기재 상에 성막한 샘플(표 1의 No.31 내지 37)도 준비하였다.

[절삭 시험]

상기 절삭 공구 표면에 성막한 샘플을 사용하여, 하기 조건으로 절삭 시험을 행하였다. 이 절삭 시험에서는, 초경 드릴이 파손에 이르기까지의 가공 구멍 수를 공구 성능의 지표로 하였다. 그리고, 상기 「초경 드릴이 파손에 이르기까지의 가공 구멍 수」(절삭 가능 구멍 수)가 1500개 이상인 경우를 내마모성이 우수하다고 평가하였다.

[절삭 시험 조건]

피삭재 : S50C(미가공재)

절삭 속도 : 100m/분

이송 : 0.24㎜/회전

구멍 깊이 : 23㎜

윤활 : 외부 급유, 에멀전

평가 지표 : 초경 드릴이 파손에 이르기까지의 가공 구멍 수

표 1에 나타낸 바와 같이, No.3 내지 5, 7, 8, 10 내지 15, 17 내지 20, 22 내지 26, 28, 및 30은, 본 발명의 규정을 만족시키는 적층 피막이 형성되어 있으므로, 내마모성이 양호했다. 한편, 상기 No. 이외의 예는, 본 발명의 범위를 만족시키고 있지 않으므로, 우수한 내마모성이 얻어지지 않았다. 구체적으로는 이하와 같다.

No.1, 2는 각각, Ti_{0 . 50}Al_{0 .50}N 단층막, TiN 단층막을 형성한 종래예(비교예)이다. 이들 예에서는, 모두 절삭 가능 구멍 수가 적어, 내마모성이 떨어져 있다.

No.6은, 피막 Q의 C량이 과잉이고, No.9는, 피막 Q의 N량이 과잉이므로, 모두 내마모성이 떨어지는 결과로 되었다.

No.16은, 피막 Q의 N량이 과잉으로 되어 C량이 부족했으므로, 내마모성이 떨어지는 결과로 되었다.

No.21은, 피막 Q의 C량이 부족하므로, No.27은, 피막 R의 C량이 과잉이므로, 또한 No.29는, 피막 R의 B량이 과잉이므로, 모두 내마모성이 떨어지는 결과로 되었다.

No.31 내지 37은, 피막 Q만, 즉, 고경도의 화합물을 포함하는 피막의 단층이므로, 우수한 내마모성이 얻어지지 않았다.

[실시예 2]

실시예 2에서는, 피막 Q와 피막 R의 피막 조성을 일정하게 하고, 샘플마다 피막 Q와 피막 R의 각 막 두께ㆍ적층 횟수가 다른 피막(총 두께는 모두 3000㎚로 일정)을 형성하고, 이 피막 Q와 피막 R의 각 막 두께ㆍ적층 횟수가, 절삭 성능에 미치는 영향에 대해 검토하였다.

피막 Q의 조성은 Si_{0 . 50}C_{0 .50}, 피막 R의 조성은 VN으로 일정하게 하고, 표 2에 나타내는 바와 같이, 샘플마다 피막 Q, 피막 R의 각 막 두께와 총 두께를 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 마찬가지로 하여 샘플을 제작하였다. 그리고, 실시예 1과 마찬가지로 하여 절삭 시험을 행하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2에 나타낸 바와 같이, No.1 내지 13은, 규정의 피막 Q와 피막 R을 적층시키고 있으므로, 모두 내마모성이 양호했다. 특히 No.1, 3 내지 6, 10 내지 12는, 피막 Q와 피막 R의 각 막 두께가 보다 바람직한 범위 내에 있으므로, 더욱 우수한 내마모성이 얻어졌다.

본 발명을 상세하게, 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 다양한 변형이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명확하다.

본 출원은, 2013년 3월 25일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2013-062260)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명의 적층 피막을 절삭 공구나 금형 등의 치공구로 형성함으로써, 이들 공구의 장수명화를 도모할 수 있다.

Claims (3)

1. 기재 상에 형성되는 적층 피막이며, 하기의 피막 Q와 피막 R이 각각 1층 이상 교대로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는, 내마모성이 우수한 적층 피막.
   [피막 Q]
   조성식이 Ti_{1 -a-b- c}B_aC_bN_c(단, a, b, c는 각각 B, C, N의 원자비를 나타냄)이고, 0.2≤a≤0.7, 0≤b≤0.35, 및 0≤c≤0.35를 만족시키는 피막;
   조성식이 Si_{1 -d- e}C_dN_e(단, d, e는 각각 C, N의 원자비를 나타냄)이고, 0.2≤d≤0.50, 및 0≤e≤0.3을 만족시키는 피막; 및,
   조성식이 B_{1-f- g}C_fN_g(단, f, g는 각각 C, N의 원자비를 나타냄)이고, 0.03≤f≤0.25, 및 0≤g≤0.5를 만족시키는 피막;
   으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 피막.
   [피막 R]
   조성식이 L(B_xC_yN_{1 -x-y})(단, L은, W, Mo 및 V로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, x, y는 각각 B, C의 원자비를 나타냄)이고, 0≤x≤0.15, 및 0≤y≤0.5를 만족시키는 피막.
2. 제1항에 있어서, 상기 피막 Q와 상기 피막 R의 막 두께가 모두 2㎚ 이상인, 내마모성이 우수한 적층 피막.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피막 Q와 상기 피막 R의 막 두께가 모두 100㎚ 이하인, 내마모성이 우수한 적층 피막.