KR20160002867A - Cvd 코팅을 갖는 공구 - Google Patents

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Abstract

공구는 카바이드, 서멧, 세라믹, 강 또는 고속도강으로 된 베이스 본체 및 CVD 프로세스에서 상기 베이스 본체에 부착된 단층 또는 다층의 마모-방지 코팅을 구비하고, 상기 마모-방지 코팅은 0.70 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 0.25 및 0.75 ≤ z < 1.15 의 화학양론 계수를 갖는 적어도 하나의 Ti1-xAlxCyNz 층을 구비하고, 상기 Ti1-xAlxCyNz 층은 1 ㎛ 내지 25 ㎛ 의 두께를 갖고, 또한, 결정학적 {111}면 및 {200}면의 X선 회절 피크의 강도의 비율에 의해 특징지어지는 결정학적 우선 배향을 갖고, I{111}/I{200} ＞ 1+h(In h)2 이고, h 는 '㎛' 의 상기 Ti1-xAlxCyNz 층의 두께이다.

Description

CVD 코팅을 갖는 공구{TOOL HAVING CVD COATING}
본 발명은, 카바이드, 서멧, 세라믹, 강 또는 고속도강으로 된 베이스 본체 및 CVD 프로세스에서 상기 베이스 본체에 형성된 단층 또는 다층의 마모-방지 코팅을 구비하고, 상기 마모-방지 코팅은 0.70 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 0.25 및 0.75 ≤ z < 1.15 의 화학양론 계수 및 결정학적 우선 배향을 갖는 적어도 하나의 Ti1-xAlxCyNz 층을 구비하는 공구에 관한 것이다. 또한 본 발명은 그러한 공구의 제조 방법에 관한 것이다.
재료 기계가공용, 특히 금속 기계가공 절삭용 절삭 인서트들은, 대부분의 경우에 절삭 및/또는 마모 특성의 개선을 위해 단층 또는 다층 카바이드 코팅이 제공된 카바이드, 서멧, 세라믹, 강 또는 고속도강으로 된 기재 본체를 포함한다. 카바이드 코팅은 단일금속 또는 혼합금속 카바이드 상들로 된 상호 중첩된 층들을 포함한다. 단일금속 카바이드 상들의 예로는 TiN, TiC, TiCN 및 Al2O3 가 있다. 하나의 결정 금속이 다른 것에 의해 부분적으로 대체되는 혼합금속 상들의 예로는 TiAlN 및 TiAlCN 이 있다. 전술한 종류의 코팅들은 CVD 프로세스 (화학적 기상 증착), PCVD 프로세스 (플라즈마를 이용한 CVD 프로세스) 또는 PVD 프로세스 (물리적 기상 증착) 에 의해 부착된다.
PVD 또는 CVD 프로세스에서 증착물의 결정 성장의 어떠한 우선 배향은, 상이한 용도의 절삭 인서트에 대해 코팅의 주어진 층들의 상이한 우선 배향들이 특히 유리하다는 점에서, 특별한 이점을 가질 수 있는 것으로 밝혀졌다. 성장의 우선 배향은 밀러 지수에 의해 규정되는 결정 격자의 면에 관하여 일반적으로 특정되고, 결정학적 텍스처 (예를 들어 섬유 텍스처) 로서 지칭된다.
DE 10 2005 032 860 은 0.75 < x < 0.93 의 Al 함량을 갖는 면심입방 Ti1-xAlxCyNz 층을 갖는 카바이드 코팅 및 그 제조 방법을 개시하고 있다.
DE 10 2007 000 512 는 기재상에 직접적으로 증착된 TiN, TiCN 또는 TiC 로 된 제 1 층상에 증착된 TiAlN 층 및 두 개의 층들 사이에 제공된 접착층을 갖고 상 구배를 갖는 카바이드 코팅을 개시하고 있다. TiAlN 층은 결정 격자의 (200) 면에 대해서 결정 성장의 우선 배향을 갖는다.
공개 명세서 WO 2009/112115, WO 2009/112116 및 WO 2009/112117 A1 은 고 Al 비율 및 면심입방격자를 갖고 CVD 프로세스에 의해 증착된 TiAlN 및 TiAlCN 층들을 개시하고 있지만, 결정 성장의 결정학적 우선 배향은 기재되어 있지 않다.
결정 성장의 결정학적 우선 배향을 갖고 PVD 프로세스에 의해 제조된 TiAlN 코팅이 알려져 있지만, CVD 코팅과 대조하여, TiAlN 코팅의 면심입방격자의 PVD 코팅은 Al 함량이 67% 미만으로 제한된다. 결정의 성장 방향에 대해서 {200}면의 결정학적 우선 배향을 갖는 TiAlN 코팅은 금속 기계가공을 위해 유리한 것으로 기재되어 있다 (예를 들어 US 2009/0274899, US 2009/0074521 및 WO 2009/127344).
본 발명의 목적은, 종래기술에 비해 내마모성이 개선된 절삭 금속 기계가공용, 특히 강 또는 주조 재료의 선삭 및 밀링 기계가공용의 절삭 인서트를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 카바이드, 서멧, 세라믹, 강 또는 고속도강으로 된 베이스 본체 및 CVD 프로세스에서 상기 베이스 본체에 형성된 (applied) 단층 또는 다층의 마모-방지 코팅을 구비하는 공구의 제조 방법으로서,
상기 마모-방지 코팅은 0.70 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 0.25 및 0.75 ≤ z < 1.15 의 화학양론 계수 및 1 ㎛ 내지 25 ㎛ 범위의 두께를 갖는 적어도 하나의 Ti1-xAlxCyNz 층을 구비하고,
상기 Ti1-xAlxCyNz 층의 제조를 위해,
a) 코팅될 본체들은 반응기의 길이방향 축선에 대해 실질적으로 방사상 방향에서 프로세스 가스들로 코팅될 상기 본체들에서의 어플럭스 유동 (afflux flow) 을 위해 설계된 실질적으로 원형통인 CVD 반응기에 놓이고,
b) 두 개의 전구체 가스 혼합물들 (VG1 및 VG2) 이 제공되고,
제 1 전구체 가스 혼합물 (VG1) 은
0.005% 내지 0.2 부피% 의 TiCl4,
0.025% 내지 0.5 부피% 의 AlCl3 및
캐리어 가스로서 수소 (H2) 또는 수소 및 질소의 혼합물 (H2/N2) 을 포함하고,
제 2 전구체 가스 혼합물 (VG2) 은
0.1 내지 3.0 부피% 의 암모니아 (NH3) 및 히드라진 (N2H4) 으로부터 선택되는 적어도 하나의 N-도너 및
캐리어 가스로서 수소 (H2) 또는 수소 및 질소의 혼합물 (H2/N2) 을 포함하고,
상기 제 1 전구체 가스 혼합물 (VG1) 및/또는 상기 제 2 전구체 가스 혼합물 (VG2) 은 아세토 니트릴 (CH3CN), 에탄 (C6H6), 에텐 (C2H4), 에틴 (C2H2) 및 그 혼합물로부터 선택된 C-도너를 선택적으로 포함하고, 상기 전구체 가스 혼합물들 (VG1, VG2) 에서의 N-도너 및 C-도너의 전체 부피% 비율은 0.1 내지 3.0 부피% 의 범위이고,
c) 상기 두개의 전구체 가스 혼합물들 (VG1, VG2) 은 반응 구역으로의 통과 이전에 별도로 유지되고, 600℃ 내지 850℃ 범위의 상기 CVD 반응기에서의 프로세스 온도 및 0.2 내지 18 kPa 범위의 상기 CVD 반응기에서의 프로세스 압력으로 상기 반응기의 길이방향 축선에 대해 실질적으로 방사상으로 도입되고,
상기 전구체 가스 혼합물들 (VG1, VG2) 의 체적 가스 유동 (
Figure pct00001
) 의 비율
Figure pct00002
(VG1)/
Figure pct00003
(VG2) 은 1.5 미만인, 공구의 제조 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 전구체 가스 혼합물에서의 부피% 비율은 반응 구역에 도입되고 제 1 및 제 2 전구체 가스 혼합물을 포함하는 가스 혼합물의 총 부피에 관한 것이다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 방법 구현예에 의하면 0.70 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 0.25 및 0.75 ≤ z < 1.15 의 화학양론 계수 및 면심입방격자를 갖고 결정 격자의 {111}면에 대해 결정 성장의 확연한 우선 배향을 갖는 Ti1-xAlxCyNz 및 Ti1-xAlxNz 층들을 제조할 수 있는 것으로 밝혀졌다. TiAlCN 및 TiAlN 층들을 갖는, 특히 결정 격자의 {200}면에 대해 결정 성장의 우선 배향을 갖는 알려진 코팅들과 비교하여, 본 발명에 따른 코팅들은 금속 기계가공에 있어서 뛰어난 특성을 갖는다. 또한 더욱 놀랍게도, 절삭 금속 기계가공, 특히 강 또는 주조 재료의 선삭 및 밀링에 있어서, 여기에 설명된 종류의 코팅을 갖는 절삭 인서트의 경우에, 알려진 절삭 인서트에 비해 개선된 내마모성, 및 더 넓은 범위의 적용을 얻을 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 발명에 따른 CVD 프로세스에서는, 두 개의 전구체 가스 혼합물 (VG1, VG2) 가 준비되는데, 제 1 전구체 가스 혼합물 (VG1) 은 염화물 형태로 금속들 Ti 및 Al 그리고 캐리어 가스를 포함하고, 제 2 전구체 가스 혼합물 (VG2) 는 적어도 하나의 N-도너를 포함한다. 일반적으로, 순수 TiAlN 층의 제조를 위해서는 오직 N-도너 암모니아 (NH3) 또는 히드라진 (N2H4) 이 사용된다. TiAlCN 층의 제조를 위해서는, N-도너 및 C-도너, 예를 들어 에텐 (C2H4) 과 혼합된 암모니아 (NH3) 가 사용된다. 본 발명에 따른 방법에서는, 아세토 니트릴 (CH3CN) 이 C-도너로서 주로 작용하고 따라서 N-도너와의 혼합물에 사용된다. 각각의 소망하는 화학양론에 따라서는, 추가의 N-도너들 및 C-도너들과의 혼합물을 사용하는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 방법을 위해서는, N-도너가 금속들 Ti 및 Al 의 염화물로부터 개별적으로 공급되는 것이 필요하지만, 반대로 제 1 전구체 가스 혼합물 (VG1) 에 의해 그리고 제 2 전구체 가스 혼합물 (VG2) 에 의해 C-도너가 공급될 수 있다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, N-도너는 암모니아 (NH3) 이다.
본 발명에 따라 사용되는 CVD 프로세스는, 600℃ 내지 850℃ 범위의 CVD 반응기에서의 프로세스 온도 및 0.2 내지 18 kPa 범위의 프로세스 압력에서의 MT-CVD 프로세스이다. CVD 반응기는, 반응기의 길이방향 축선에 대해, 즉 실린더 케이싱에 의해 형성된 반응기의 외벽들의 방향에서 원통형 반응기의 중심 축선으로부터 실질적으로 방사상으로 프로세스 가스들로 코팅될 본체들에 대한 어플럭스 유동 (afflux flow) 을 위해 설계된 실질적으로 원형통인 반응기이다. 이러한 원통형 반응기는, 예를 들어 스위스 Olten 의 Ionbond AG 로부터의 타입 Bernex®BPXpro 의 CVD 코팅 시스템으로 알려져 있고 시판되고 있다.
본 발명에 따른 방법에서의 필수적인 프로세스 스텝은, 두 개의 전구체 가스 혼합물 (VG1, VG2) 이 반응 구역으로의 통과 이전에 개별로 유지되는 것이다. 그렇지 않으면, 전구체 가스 유동은 예를 들어 공급 라인들에서 이미 과도하게 이르게 반응할 수 있으며, 소망하는 코팅이 얻어지지 않는다.
본 발명에 따른 방법에서의 또 다른 필수적인 스텝은, 전구체 가스 혼합물들 (VG1, VG2) 의 체적 가스 유동 (
Figure pct00004
) 의 비율
Figure pct00005
(VG1)/
Figure pct00006
(VG2) 이 1.5 미만인 것이다. 전구체 가스 혼합물들 (VG1, VG2) 의 체적 가스 유동 (
Figure pct00007
) 의 비율
Figure pct00008
(VG1)/
Figure pct00009
(VG2) 이 1.5 보다 크면, Ti1-xAlxCyNz 층을 위한 소망의 특성을 부여받지 못하고, 특히 X선 회절 피크의 강도의 비율 I{111}/I{200} 로서 규정되고 본 발명에 따르면 1+h(In h)2 초과이고 h 는 '㎛' 의 Ti1-xAlxCyNz 층의 두께인, 결정 격자의 {111}면에 대한 결정 성장의 우선 배향을 부여받지 못한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, CVD 반응기에서의 프로세스 온도는 650℃ 내지 800℃ 범위, 바람직하게는 657℃ 내지 750℃ 범위이다.
CVD 반응기에서의 프로세스 온도가 너무 높으면, 고함량의 육방정 AlN 이 층에서 얻어지고, 그럼으로써 그 중에서도 층 경도가 떨어진다.
반대로 CVD 반응기에서의 프로세스 온도가 너무 낮으면, 증착율이 비경제적인 범위까지 떨어질 수 있다. 더욱이, 낮은 온도에서는 1 원자% 초과의 염소 함량을 갖고 경도가 낮은 층들이 얻어진다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, CVD 반응기에서의 프로세스 압력은 0.2 내지 7 kPa 범위, 바람직하게는 0.4 내지 1.8 kPa 범위이다.
CVD 반응기에서의 프로세스 압력이 너무 높으면, 에지들에서 증가된 층 두께를 갖는 공구에 있어서 불규칙한 층 두께 분포, 소위 도그 본 (dog bone) 효과가 초래된다. 더욱이, 고비율의 육방정 AlN 이 빈번하게 얻어진다.
반대로, 0.2 kPa 미만의 CVD 반응기에서의 프로세스 압력은 기술적으로 구현하기가 곤란하다. 더욱이, 과도하게 낮은 프로세스 압력에서는 공구들의 균일한 코팅이 더 이상 보장되지 않는다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 전구체 가스 혼합물들 (VG1, VG2) 의 체적 가스 유동 (
Figure pct00010
) 의 비율
Figure pct00011
(VG1)/
Figure pct00012
(VG2) 은 1.25 미만, 바람직하게는 1.5 미만이다.
전구체 가스 혼합물들 (VG1, VG2) 의 체적 가스 유동 (
Figure pct00013
) 의 비율이 너무 높으면, 본 발명에 따른 {111} 우선 배향 이외의 우선 배향이 일반적으로 달성된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 단계 c) 에서 반응기에 도입된 체적 가스 유동
Figure pct00014
(VG1) 및
Figure pct00015
(VG2) 에서의 Ti 대 N 의 몰비가 0.25 이하이도록 전구체 가스 혼합물 (VG1) 의 TiCl4 의 농도 및 전구체 가스 혼합물 (VG2) 의 N-도너의 농도가 설정된다.
Ti 대 N 의 몰비가 더 높으면, 반응기에 도입된 체적 가스 유동
Figure pct00016
(VG1) 및
Figure pct00017
(VG2) 가, 특히 N-도너로서 암모니아 (NH3) 를 이용하는 때에, Ti 가 매우 풍부한 층들을 포함하는 것으로 놀랍게도 밝혀졌다. 체적 가스 유동에서의 Ti 대 N 의 비가 과도하게 높으면, AlCl3 의 반응이 TiCl4 와 N-도너간의 착화에 의해 떨어지는 것으로 추정된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 제 2 전구체 가스 혼합물 (VG2) 은 1.0 부피% 이하, 바람직하게는 0.6 부피% 이하의 N-도너를 포함한다.
제 2 전구체 가스 혼합물 (VG2) 에서 C-도너와 선택적으로 혼합된 N-도너의 농도가 과도하게 높으면, 소망하는 조성 및 결정학적 우선 배향이 얻어지지 않는다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 마모-방지 코팅은, 블라스팅 처리후의 Ti1-xAlxCyNz 층이 +300 내지 -5000 MPa 범위, 바람직하게는 -1 내지 -3500 MPa 범위의 잔류 응력을 갖도록 하는 조건하에, 미립 블라스팅제, 바람직하게는 코런덤에 의한 블라스팅 처리를 받는다.
Ti1-xAlxCyNz 층의 잔류 압축 강도가 너무 높으면, 공구의 에지들에서 코팅의 스폴링 (spalling) 이 있을 수 있다.
반대로 Ti1-xAlxCyNz 층에 잔류 인장 응력이 존재하는 경우에는, 교번의 열적가공 (thermomechanical) 부하에 대하여 또는 콤 (comb) 크랙의 형성과 관련하여 공구의 최적한 내성이 달성되지 않는다.
Ti1-xAlxCyNz 층에서 바람직한 잔류 응력을 생성하기 위해서 건식 또는 습식 블라스팅 처리가 유리하게 사용될 수 있다. 바람직하게는 블라스팅 처리는 1 bar 내지 10 bar 의 블라스팅제 압력으로 실행된다.
본 발명에 따라 잔류 응력을 도입하는데 요구되는 블라스팅 처리의 기간 및 필요한 블라스팅 압력은, 당업자가 간단한 실험에 의해 본원에 규정된 범위내에서 확인할 수 있는 파라미터들이다. 여기서, 넓은 전면적인 명시는, 블라스팅 처리의 기간 및 블라스팅 압력 뿐만아니라 전체 코팅의 구조 및 두께에 따라 발생하는 잔류 응력으로서 가능하지 않다. 그러나, 이 관점에서, 블라스팅 기간과 비교하여, 블라스팅 압력은 코팅과 기재 본체에서의 잔류 응력의 변화에 대해 실질적으로 더 큰 영향을 미치는 점에 유의한다. 적합한 블라스팅 처리 기간은 통상은 10 내지 600 초의 범위이다.
블라스팅 각도, 즉 공구의 표면과 처리 제트 사이의 각도가 또한 잔류 응력의 도입에 실질적인 영향을 미친다. 90°의 블라스팅 제트 각도에 의하면 잔류 압축 응력의 최대 도입이 발생한다. 더 낮은 블라스팅 제트 각도, 즉 경사진 각도로 블라스팅제를 적용하게 되면, 표면 마모가 더 심해지고 잔류 압축 응력이 더 낮게 도입된다.
본 발명은 또한, 카바이드, 서멧, 세라믹, 강 또는 고속도강으로 된 베이스 본체 및 CVD 프로세스에서 상기 베이스 본체에 부착된 단층 또는 다층의 마모-방지 코팅을 구비하는 공구로서,
상기 마모-방지 코팅은 0.70 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 0.25 및 0.75 ≤ z < 1.15 의 화학양론 계수를 갖는 적어도 하나의 Ti1-xAlxCyNz 층을 구비하고,
상기 Ti1-xAlxCyNz 층은 1 ㎛ 내지 25 ㎛ 의 두께를 갖고, 또한, 결정학적 {111}면 및 {200}면의 X선 회절 피크의 강도의 비율에 의해 특징지어지는 결정학적 우선 배향을 갖고, I{111}/I{200} ＞ 1+h(In h)2 이고, h 는 '㎛' 의 상기 Ti1-xAlxCyNz 층의 두께인, 공구에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, Ti1-xAlxCyNz 층의 {111}면의 X선 회절 피크의 반치전폭 (FWHM) 은 1% 미만, 바람직하게는 0.6% 미만, 특히 바람직하게는 0.45% 미만이다.
Ti1-xAlxCyNz 층의 {111}면의 X선 회절 피크의 과도하게 높은 반치전폭은 면심입방 (fcc) 상의 더 작은 입자 크기 및 비정질 상들의 비례로 어어진다. 이는 이전의 테스트들에서 내마모성의 관점에서 불리한 것으로 입증되었다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, Ti1-xAlxCyNz 층은 면심입방 (fcc) 격자를 갖는 적어도 90 부피% 의 Ti1-xAlxCyNz 상, 바람직하게는 면심입방 (fcc) 격자를 갖는 적어도 95 부피% 의 Ti1-xAlxCyNz 상, 특히 바람직하게는 면심입방 (fcc) 격자를 갖는 적어도 98 부피% 의 Ti1-xAlxCyNz 상을 갖는다.
면심입방 (fcc) 격자를 갖는 Ti1-xAlxCyNz 상의 비율이 너무 낮으면, 낮은 수준의 내마모성이 관찰된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, Ti1-xAlxCyNz 층은 0.70 ≤ x < 1, y = 0 및 0.95 ≤ z < 1.15 의 화학양론 계수를 갖는다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, Ti1-xAlxCyNz 층은 3 ㎛ 내지 20 ㎛ 범위, 바람직하게는 4 ㎛ 내지 15 ㎛ 범위의 두께를 갖는다.
Ti1-xAlxCyNz 층의 두께가 너무 작으면, 공구의 내마모성이 적절하지 않다.
반대로, Ti1-xAlxCyNz 층의 두께가 너무 크면, 코팅 작업후에 열적 잔류 응력에 의해 층의 스폴링이 발생할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, Ti1-xAlxCyNz 층의 결정학적 {111}면 및 {200}면의 X선 회절 피크의 강도의 비율은 1+(h+3)×(In h)2 초과이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, Ti1-xAlxCyNz 층은 2300 HV 초과, 바람직하게는 2750 HV 초과, 특히 바람직하게는 3000 HV 초과의 비커스 경도 (HV) 를 갖는다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 베이스 본체와 Ti1-xAlxCyNz 층 사이에, TiN 층, 고온 CVD (CVD) 또는 중온 CVD (MT-CVD) 에 의해 증착된 TiCN 층, Al2O3 층 및 이의 조합으로부터 선택된 적어도 하나의 추가의 카바이드 층이 배치된다. 추가의 층들이 비경제적인 냉각 시간을 회피하기 위해 예를 들어 중온 CVD (MT-CVD) 에 의해 Ti1-xAlxCyNz 층과 동일한 온도 범위에서 부착되면 특히 바람직하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, Ti1-xAlxCyNz 층 위에, 적어도 하나의 추가의 카바이드 층, 바람직하게는 변형 γ-Al2O3, κ-Al2O3 또는 α-Al2O3 의 적어도 하나의 Al2O3 층, 특히 바람직하게는 α-Al2O3 층이 배치되고, Al2O3 층은 고온 CVD (CVD) 또는 중온 CVD (MT-CVD) 에 의해 증착된다. 상기와 같은 이유로 Ti1-xAlxCyNz 층의 가능한 상 전환을 회피하기 위해 산화 알루미늄층이 중온 CVD (MT-CVD) 에 의해 Ti1-xAlxCyNz 층과 동일한 온도 범위로 부착되는 것이 특히 바람직하다. 600 내지 850℃ 범위에서의 γ-Al2O3, κ-Al2O3 또는 α-Al2O3 층의 제조 프로세스는 예를 들어 EP 1 122 334 및 EP 1 464 727 로부터 당업자에게 잘 알려져 있다.
또 다른 바람직한 실시형태에서는, fcc Ti1-xAlxCyNz 층의 {111} 강도의 방사선학적으로 또는 EBSD 에 의해 측정된 절대 최대 (absolute maximum) 가 샘플 표면의 법선 방향으로부터 시작하여 α = ±10°의 각도 범위내, 바람직하게는 α = ±5°의 각도 범위내, 특히 바람직하게는 α = ±1°의 각도 범위내에 있도록 fcc Ti1-xAlxCyNz 층의 {111}면의 결정학적 우선 배향이 확연하다. 이 관점에서 중요한 것은 방위각 β (샘플 표면 법선을 중심으로 하는 회전 각도) 에 걸친 강도의 통합 (integration) 후의 fcc Ti1-xAlxCyNz 의 {111} 극점도를 통한 섹션이다.
도 1 은 선삭 시험후의 종래 기술에 따른 코팅 No 9 를 갖는 인덱서블 절삭 비트의 절삭 에지를 나타낸다.
도 2 는 선삭 시험후의 종래 기술에 따른 코팅 No 8 을 갖는 인덱서블 절삭 비트의 절삭 에지를 나타낸다.
도 3 은 선삭 시험후의 본 발명에 따른 Ti1-xAlxCyNz 코팅 No 1 을 갖는 인덱서블 절삭 비트의 절삭 에지를 나타낸다.
도 4 는 코팅 No 4 (본 발명) 의 X 선 회절을 나타낸다.
도 5 는 코팅 No 8 (종래 기술) 의 X 선 회절을 나타낸다.
도 6 은 코팅 No 1 (본 발명) 의 법선 방향에 대한 역 극점도를 나타낸다.
도 7 은 코팅 No 1 (본 발명) 의 β 에 걸친 통합후의 X 선 회절도의 극점도를 통한 섹션을 나타낸다.
도 8 은 코팅 No 2 (본 발명) 의 β 에 걸친 통합후의 X 선 회절도의 극점도를 통한 섹션을 나타낸다.
예들
코팅된 카바이드 인덱서블 절삭 비트의 제조
이들 예에서, 사용된 기재 본체는 86.5 중량% WC, 5.5 중량% Co, 2 중량% TiC, 6 중량% (NbC + TaC) 의 조성 및 혼합된 카바이드가 없는 에지 구역을 갖는 지오메트리 CNMA120412 의 카바이드 인덱서블 절삭 비트들이다.
카바이드 인덱서블 절삭 비트의 코팅을 위해 반응기 높이 1250 mm 및 반응기 직경 325 mm 의 타입 Bernex BPX325S 의 CVD 코팅 설비가 사용되었다. 가스 유동은 반응기의 길이방향 축선에 대해 방사상이었다.
본 발명에 따른 Ti1-xAlxCyNz 층들과 비교층들의 결합을 위해 대략 0.3 ㎛ 두께의 TiN 층 또는 TiCN 층이 먼저 표 1 에 나타낸 증착 조건하에 CVD 에 의해 카바이드 기재에 직접 부착되었다.
Figure pct00018
본 발명에 따른 Ti1-xAlxCyNz 층들의 제조를 위해 시작 화합물 TiCl4 과 AlCl3 를 갖는 제 1 전구체 가스 혼합물 (VG1) 및 반응성 질소 화합물로서 시작 화합물 NH3 를 갖는 제 2 전구체 가스 혼합물 (VG2) 은 두 개의 가스 유동의 혼합이 반응 구역 안으로의 통과시에만 일어나도록 서로 개별적으로 반응기에 도입되었다.
본 발명에 따른 코팅의 제조에서 체적 가스 유동의 비율
Figure pct00019
(VG1)/
Figure pct00020
(VG2) 이 1.5 미만이도록 전구체 가스 혼합물들 (VG1, VG2) 의 체적 가스 유동이 선택되었다. 본 발명에 따른 Ti1-xAlxCyNz 코팅 및 비교 코팅의 제조 파라미터는 표 3 에 나타난다.
비교 코팅의 제조
종래 기술에 따른 또 다른 비교예들로서 카바이드 인덱서블 절삭 비트들은 이하의 것으로 코팅되었다:
a) 시퀀스 TiN/MT-Ti(C,N) / TiN (코팅 No 9) 의 12 ㎛ 두께의 층 시스템, 및
b) 시퀀스 TiN/MT-Ti(C,N) (코팅 No 10) 의 5 ㎛ 두께의 층 시스템. 이하의 표 2 에 따른 증착 조건이 그 목적을 위해 사용되었다:
Figure pct00021
코팅의 조성, 텍스처, 잔류 응력 및 경도의 조사를 위해 이하의 방법이 사용되었다.
X 선 회절 (XRD) 및 전자 회절, 특히 EBSD 의 양자의 방법이 결정학적 우선 배향을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 우선 배향을 신뢰성있게 결정하기 위한 목적으로 개별 표면들 {hkl} 의 반사에서의 회절 측정은 적절하지 않고, 배향 밀도 함수 (ODF) 를 확인하여야 한다. 이의 역 극점도 형태의 표현은 존재할 수 있는 임의의 섬유 텍스처의 위치 및 선명도를 나타낸다. 배향 밀도 함수는 통계적으로 적절한 개수의 개별 배향 측정으로부터 구성되거나 (EBSD 의 경우) 또는 여러 반사 {hkl} 에서의 최소 개수의 극점도의 측정으로부터 구성되어야 한다 (XRD 에 의함). 이러한 관점에서 이하를 참조한다: L Spiess 등, Moderne Roentgenbeugung, 제 2 판, Vieweg & Teubner, 2009.
본 발명에 따른 Ti1-xAlxCyNz 층들의 경우, 극점도의 XRD 측정 및 ODF 계산이 정확하게 <111> 방향에서 또는 <111> 로부터 10°미만의 각도 편차를 갖는 결정학적 방향에서 섬유 축선을 갖는 섬유 구조가 포함되어 있는지 확인하는데 사용되었다. θ-2θ 측정으로부터의 {111} 및 {200} 의 강도 비는 그 텍스처의 정량화를 위해 사용될 수 있다. 섬유 축선의 위치는 역 극점도 또는 {111} 반사의 방사선학적으로 측정된 극점도로부터 확인 될 수 있다.
X선 회절
X선 회절 측정은 CuKα 방사선을 사용하여 타입 GE Sensing & Inspection Technologies PTS3003 의 회절계에서 실행되었다. θ-2θ 잔류 응력 및 극점도 측정을 위해, 일차측에 콜리메이터로서 2 mm 핀홀 및 다중모세관 수단을 포함하는 평행 빔 광학 시스템이 사용되었다. 이차측에서 니켈 Kβ 필터 및 0.4°발산을 갖는 평행 플레이트 콜리메이터가 사용되었다.
피크 강도 및 반치전폭은 θ-2θ 측정에 기초하여 결정되었다. 백그라운드의 디덕션후에 측정 데이터에 의사-보이트 (pseudo-Voigt) 함수가 피팅되었는데, Kα2 디덕션은 Kα1/Kα2 더블릿 매칭에 의해 수행되었다. 표 4 에 규정된 강도 및 반치전폭의 값들은 그런 식으로 피팅된 Kα1 간섭에 관한 것이다. 격자 상수는 각각 PDF-카드 38-1420 및 46-1200 으로부터 TiN 및 AlN 의 격자 상수의 가정에서 Vegard 의 법칙에 따라 계산된다.
면심입방 (fcc) Ti 1-x Al x C y N z 과 육방정 AlN 사이의 구별
입방 XTi1-xAlxCyNz 의 {111} 및 {222} 와 육방정 AlN 의 {101} 및 {202} 간섭은 각각의 화학 조성에 따라 더 크거나 더 적은 정도로 상호 중첩될 수 있다. 입방 Ti1-xAlxCyNz 의 {200}면의 간섭만이 예를 들어 기재 본체 또는 위 또는 아래에 배치된 층들과 같은 또 다른 간섭에 의해 중첩되지 않고, 임의의 배향에 대한 가장 높은 강도를 갖는다.
측정 부피에서의 육방정 AlN 의 부피 비율의 판단을 위해 그리고 입방 Ti1-xAlxCyNz 의 {111} 및 {200} 강도의 관점에서의 오해석을 회피하기 위해 두 개의 상이한 틸트 각도 ψ (ψ=0° 및 ψ=54.74°) 에서 측정 (θ-2θ 스캔) 이 수행되었다. {111} 및 {200} 의 면 법선들 간의 각도가 약 54.74°이므로 강한 {111} 섬유 텍스처의 경우에 틸트 각도 ψ=54.74°에서 {200} 반사의 강도 최대가 있는 한편으로 {111} 반사의 강도가 0 으로 향하는 경향이 있다. 역으로 틸트 각도 ψ=54.74°에 의하면 강한 {200} 섬유 텍스처를 갖는 {111} 반사의 강한 강도 최대가 있는 한편으로 {200} 반사의 강도가 0 으로 향하는 경향이 있다.
예들에 따라 제조된 텍스처링된 층들에 대해서는 2θ
Figure pct00022
38.1°에서의 측정된 강도가 면심입방 Ti1-xAlxCyNz 상과 주로 관련되는지 또는 더 큰 비율의 육방정 AlN 이 층에 포함되는지를 그러한 방식으로 체크하는 것이 가능하다. X선 회절 측정 및 EBSD 측정 모두는 동일하게 본 발명에 따른 층들에서의 육방정 AlN 상의 단지 작은 비율을 나타낸다.
극점도
{111} 반사의 극점도가 원형 배열의 측정 포인트들로 0°< α < 75°(증분 5°) 및 0°< β < 360°(증분 5°) 의 각도 범위에 걸쳐 2θ=38.0°에서 수행되었다. 모든 측정된 그리고 역산된 극점도들의 강도 분포는 대략 회전 대칭이었고, 즉 조사된 층들은 섬유 텍스처를 나타냈다. 우선 배향의 체크를 위해 {111} 극점도 이외에 {200} 및 {220} 반사에서 극점도들이 측정되었다. 배향 밀도 분포 함수 (ODF) 는 폴란드, LaboSoft 로부터의 소프트웨어 LaboTex3.0 으로 계산되었고, 우선 배향은 역 극점도로서 표현되었다. 본 발명에 따른 층들에 의하면 강도 최대는 <111> 방향 또는 <111> 로부터 10°이하의 각도 편차에서 있었다.
잔류 응력 분석
sin2ψ 방법에 따른 잔류 응력 분석을 위해 면심입방 Ti1-xAlxCyNz 층의 {222} 간섭이 사용되었고 측정은 -60°내지 60°(증분 5°) 25 ψ 각도에서 행해졌다. 백그라운드 디덕션, Lorentz 편광 보정 및 Kα2 디덕션 (Rachinger 분리) 후에 간섭들의 라인 위치들이 측정 데이터에 대한 프로파일 함수의 적합화에 의해 결정되었다. 사용된 탄성 상수는 ½s2 = 1.93 TPa-1 및 s1 = -0.18 TPa-1 이었다. 카바이드 기재의 WC 상에서의 잔류 응력은 ½s2 = 1.66 TPa-1 및 s1 = -0.27 TPa-1 을 이용하여 {201} 간섭에 기초하여 동일한 방식으로 결정되었다.
잔류 응력은 일반적으로 단위 메가파스칼 (MPa) 로 명시되며, 잔류 인장 응력은 양의 부호 (+), 잔류 압축 응력은 음의 부호 (-) 로 식별된다.
EDX 측정 (에너지 분산형 X선 분광법)
EDX 측정은, UK, 옥스포드 인스트루먼트로부터의 EDX 분광계 타입 INCA x-act 에 의해 15 kV 의 가속 전압에서 Carl Zeiss 로부터의 주사 전자 현미경 Supra 40 VP 에서 수행되었다.
미세경도 결정
미세경도의 측정은, 코팅된 본체들의 폴리싱된 섹션에서, 독일, Sindelfingen 의 Helmut Fischer GmbH 로부터의 타입 Fischerscope H100 의 유니버셜 경도 시험기로 DIN EN ISO 14577-1 과 -4 에 따라 수행되었다.
블라스팅 처리
예들에서 코팅된 카바이드 인덱서블 절삭 비트는, CVD 코팅 작업후에, 압축된 공기 건식 제트 블라스팅 처리를 받았다. Ti1-xAlxCyNz 층 및 기재 (WC) 에서의 잔류 응력은 블라스팅 처리의 이전과 이후에 측정되었다. 사용된 제트 블라스팅 파라미터 및 측정된 잔류 응력 값은 표 5 에 나타낸다.
Figure pct00023
Figure pct00024
Figure pct00025
절삭 시험 - 선삭
86.5 중량% WC, 5.5 중량% Co, 2 중량% TiC, 6 중량% (NbC + TaC) 의 조성이고 혼합된 카바이드없는 에지 구역을 갖는 지오메트리 CNMA120412 의 카바이드 인덱서블 절삭 비트들은 표 3 에 나타낸 CVD 코팅 Nos 1 및 8 에 의해 그리고 전술한 코팅 No 9 에 의해 코팅되었다 (TiN/MT-Ti1-xAlxCyNz 층(C,N)/TiN). 모든 공구들에 대한 총 층두께는 약 12 ㎛ 이었다. 길이방향 선삭 기계가공 작업이 이하의 절삭 조건하에서 절삭 인서트로 수행되었다:
작업물 재료: 회색 주철 GG25
냉각 유체: 에멀젼
이송: f = 0.32 mm
절삭 깊이: ap = 2.5 mm
절삭 속도: vc = 200 m/min.
도 1 내지 3 은 t = 9 min 의 맞물림 시간후의 인덱서블 절삭 비트에 사용된 절삭 에지를 나타낸다. 종래 기술에 따른 두 개의 인덱서블 절삭 비트들 (도 1: 코팅 9; 도 2: 코팅 8) 은 절삭 에지를 따라 층의 큰 면적의 스폴링을 나타낸다. 본 발명에 따른 Ti1-xAlxCyNz 층(도 3: 코팅 1) 을 갖는 인덱서블 절삭 비트에서는 거의 어떠한 스폴링이 관찰되지 않는다.
절삭 시험 - 밀링 (1)
90.47 중량% WC, 8 중량% Co 및 1.53 중량% TaC/NbC 의 조성의 지오메트리 SEHW1204AFN 의 카바이드 인덱서블 절삭 비트들은 표 3 에 나타낸 CVD 코팅 Nos 4 및 8 로 코팅되었다. 모든 공구들에서의 총 층두께는 약 11 ㎛ 이었다. 밀링 작업은 이하의 절삭 조건하에 절삭 인서트로 수행되었다:
작업물 재료: 구상 흑연 주철 GGG70 (강도 680 MPa)
공동 방향, 건식 기계가공
치부 이송: fz = 0.2 mm
절삭 깊이: ap = 3 mm
절삭 속도: vc = 185 m/min
설정 각도: κ = 45°
작업 맞물림: ae = 98 mm
프로젝션: ue = 5 mm.
이어서 최대 마모 마크 폭 VB,max 는 3200 m 밀링 트래블후에 주 절삭 에지에서 결정되었다:
Figure pct00026
절삭 시험 - 밀링 (2)
90.47 중량% WC, 8 중량% Co 및 1.53 중량% TaC/NbC 의 조성의 지오메트리 SEHW1204AFN 의 카바이드 인덱서블 절삭 비트들은 표 3 에 나타낸 CVD 코팅 No 5 및 전술한 코팅 No 10 으로 코팅되었다 (TiN/MT-Ti(C,N)). 코팅 No 5 를 갖는 인덱서블 절삭 비트들은 한편으로는 언블라스팅 조건에서 그리고 다른 한편으로는 표 5 의 샘플 S8 에 따라 블라스팅제로서 ZrO2 에 의한 건식 제트 블라스팅 처리후에 사용되었다. 밀링 작업은 이하의 절삭 조건하에서 절삭 인서트로 수행되었다:
작업물 재료: 회색 주철 GGG70
공동 방향, 건식 기계가공
치부 이송: fz = 0.2 mm
절삭 깊이: ap = 3 mm
절삭 속도: vc = 283 m/min
설정 각도: κ = 45°
작업 맞물림: ae = 98 mm
프로젝션: ue = 5 mm.
이어서 주 절삭 에지에서 평균 마모 마크 폭 VB 및 콤 크랙들의 수가 2400 m 밀링 트래블후에 결정되었다.
Figure pct00027
절삭 시험 - 밀링 (3)
90.47 중량% WC, 8 중량% Co 및 1.53 중량% TaC/NbC 의 조성의 지오메트리 SEHW1204AFN 의 카바이드 인덱서블 절삭 비트들은 표 3 에 나타낸 CVD 코팅 No 5 및 전술한 코팅 No 10 으로 코팅되었다 (TiN/MT-Ti(C,N)). 세 개의 절삭 인서트들이 각각의 코팅 변형예의 관점에서 테스트되었다. 밀링 작업은 이하의 절삭 조건하에서 절삭 인서트로 수행되었다:
작업물 재료: 구조강 ST37 (강도 약 500 MPa)
공동 방향, 건식 기계가공
치부 이송: fz = 0.3 mm
절삭 깊이: ap = 6 mm
절삭 속도: vc = 299 m/min
설정 각도: κ = 75°
작업 맞물림: ae = 50 mm
프로젝션: ue = 350 mm.
이어서 주 절삭 에지에서의 콤 크랙들의 수는 3200 m 밀링 트래블후에 결정되었다:
Figure pct00028

Claims (17)

  1. 카바이드, 서멧, 세라믹, 강 또는 고속도강으로 된 베이스 본체 및 CVD 프로세스에서 상기 베이스 본체에 형성된 (applied) 단층 또는 다층의 마모-방지 코팅을 구비하는 공구의 제조 방법으로서,
    상기 마모-방지 코팅은 0.70 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 0.25 및 0.75 ≤ z < 1.15 의 화학양론 계수 및 1 ㎛ 내지 25 ㎛ 범위의 두께를 갖는 적어도 하나의 Ti1-xAlxCyNz 층을 구비하고,
    상기 Ti1-xAlxCyNz 층의 제조를 위해,
    a) 코팅될 본체들은 반응기의 길이방향 축선에 대해 실질적으로 방사상 방향에서 프로세스 가스들로 코팅될 상기 본체들에서의 어플럭스 유동 (afflux flow) 을 위해 설계된 실질적으로 원형통인 CVD 반응기내에 놓이고,
    b) 두 개의 전구체 가스 혼합물들 (VG1 및 VG2) 이 제공되고,
    제 1 전구체 가스 혼합물 (VG1) 은
    0.005% 내지 0.2 부피% 의 TiCl4,
    0.025% 내지 0.5 부피% 의 AlCl3 및
    캐리어 가스로서 수소 (H2) 또는 수소 및 질소의 혼합물 (H2/N2) 을 포함하고,
    제 2 전구체 가스 혼합물 (VG2) 은
    0.1 내지 3.0 부피% 의, 암모니아 (NH3) 및 히드라진 (N2H4) 으로부터 선택되는 적어도 하나의 N-도너 및
    캐리어 가스로서 수소 (H2) 또는 수소 및 질소의 혼합물 (H2/N2) 을 포함하고,
    상기 제 1 전구체 가스 혼합물 (VG1) 및/또는 상기 제 2 전구체 가스 혼합물 (VG2) 은 아세토니트릴 (CH3CN), 에탄 (C6H6), 에텐 (C2H4), 에틴 (C2H2) 및 그 혼합물로부터 선택된 C-도너를 선택적으로 포함하고, 상기 전구체 가스 혼합물들 (VG1, VG2) 에서의 N-도너 및 C-도너의 전체 부피% 비율은 0.1 내지 3.0 부피% 의 범위이고,
    c) 상기 두개의 전구체 가스 혼합물들 (VG1, VG2) 은 반응 구역으로의 통과 이전에 별도로 유지되고, 600℃ 내지 850℃ 범위의 상기 CVD 반응기에서의 프로세스 온도 및 0.2 내지 18 kPa 범위의 상기 CVD 반응기에서의 프로세스 압력에서 상기 반응기의 길이방향 축선에 대해 실질적으로 방사상으로 도입되고,
    상기 전구체 가스 혼합물들 (VG1, VG2) 의 체적 가스 유동들 (
    Figure pct00029
    ) 의 비율
    Figure pct00030
    (VG1)/
    Figure pct00031
    (VG2) 은 1.5 미만인, 공구의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 CVD 반응기에서의 프로세스 온도는 650℃ 내지 800℃ 범위, 바람직하게는 657℃ 내지 750℃ 범위이고 그리고/또는 상기 CVD 반응기에서의 프로세스 압력은 0.2 내지 7 kPa 범위, 바람직하게는 0.4 내지 1.8 kPa 범위인 것을 특징으로 하는 공구의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전구체 가스 혼합물들 (VG1, VG2) 의 체적 가스 유동들 (
    Figure pct00032
    ) 의 비율
    Figure pct00033
    (VG1)/
    Figure pct00034
    (VG2) 은 1.25 미만, 바람직하게는 1.5 미만인 것을 특징으로 하는 공구의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    단계 c) 에서 상기 반응기에 도입된 체적 가스 유동들
    Figure pct00035
    (VG1) 및
    Figure pct00036
    (VG2) 에서의 Ti 대 N 의 몰비가 0.25 이하이도록 전구체 가스 혼합물 (VG1) 의 TiCl4 의 농도 및 전구체 가스 혼합물 (VG2) 의 N-도너의 농도가 설정되는 것을 특징으로 하는 공구의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 전구체 가스 혼합물 (VG2) 은 1.0 부피% 이하, 바람직하게는 0.6 부피% 이하의 N-도너를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 N-도너는 암모니아 (NH3) 인 것을 특징으로 하는 공구의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 마모-방지 코팅은, 블라스팅 처리후의 상기 Ti1-xAlxCyNz 층이 +300 내지 -5000 MPa 범위, 바람직하게는 -1 내지 -3500 MPa 범위의 잔류 응력을 갖도록 하는 조건하에, 미립 블라스팅제, 바람직하게는 코런덤에 의한 블라스팅 처리를 받는 것을 특징으로 하는 공구의 제조 방법.
  8. 카바이드, 서멧, 세라믹, 강 또는 고속도강으로 된 베이스 본체 및 CVD 프로세스에서 상기 베이스 본체에 형성된 단층 또는 다층의 마모-방지 코팅을 구비하는 공구로서,
    상기 마모-방지 코팅은 0.70 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 0.25 및 0.75 ≤ z < 1.15 의 화학양론 계수를 갖는 적어도 하나의 Ti1-xAlxCyNz 층을 구비하고,
    상기 Ti1-xAlxCyNz 층은 1 ㎛ 내지 25 ㎛ 의 두께를 갖고, 또한, 결정학적 {111}면 및 {200}면의 X선 회절 피크의 강도의 비율에 의해 특징지어지는 결정학적 우선 배향을 갖고, I{111}/I{200} ＞ 1+h(In h)2 이고, h 는 '㎛' 의 상기 Ti1-xAlxCyNz 층의 두께인, 공구.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 Ti1-xAlxCyNz 층의 {111}면의 X선 회절 피크의 반치전폭 (FWHM) 은 1% 미만, 바람직하게는 0.6% 미만, 특히 바람직하게는 0.45% 미만인 것을 특징으로 하는 공구.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 Ti1-xAlxCyNz 층은 면심입방 (fcc) 격자를 갖는 적어도 90 부피% 의 Ti1-xAlxCyNz 상, 바람직하게는 면심입방 (fcc) 격자를 갖는 적어도 95 부피% 의 Ti1-xAlxCyNz 상, 특히 바람직하게는 면심입방 (fcc) 격자를 갖는 적어도 98 부피% 의 Ti1-xAlxCyNz 상을 갖는 것을 특징으로 하는 공구.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 Ti1-xAlxCyNz 층은 0.70 ≤ x < 1, y = 0 및 0.95 ≤ z < 1.15 의 화학양론 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 공구.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 Ti1-xAlxCyNz 층은 3 ㎛ 내지 20 ㎛ 범위, 바람직하게는 4 ㎛ 내지 15 ㎛ 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 공구.
  13. 제 8 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 Ti1-xAlxCyNz 층의 상기 결정학적 {111}면 및 {200}면의 X선 회절 피크의 강도의 비율은 1+(h+3)×(In h)2 초과인 것을 특징으로 하는 공구.
  14. 제 8 항 내지 제 13 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 Ti1-xAlxCyNz 층은 2300 HV 초과, 바람직하게는 2750 HV 초과, 특히 바람직하게는 3000 HV 초과의 비커스 경도 (HV) 를 갖는 것을 특징으로 하는 공구.
  15. 제 8 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 본체와 상기 Ti1-xAlxCyNz 층 사이에, TiN 층, 고온 CVD (CVD) 또는 중온 CVD (MT-CVD) 에 의해 증착된 TiCN 층, Al2O3 층 및 이의 조합으로부터 선택된 적어도 하나의 추가의 카바이드 층이 배치되고, 그리고/또는
    상기 Ti1-xAlxCyNz 층 위에, 적어도 하나의 추가의 카바이드 층, 바람직하게는 변형 γ-Al2O3, κ-Al2O3 또는 α-Al2O3 의 적어도 하나의 Al2O3 층, 특히 바람직하게는 α-Al2O3 층이 배치되고, Al2O3 층은 고온 CVD (CVD) 또는 중온 CVD (MT-CVD) 에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 공구.
  16. 제 8 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    fcc Ti1-xAlxCyNz 층의 결정학적 {111}면들의 회절 강도의 방사선학적으로 또는 EBSD 에 의해 측정된 절대 최대 (absolute maximum) 는 샘플 표면의 법선 방향으로부터 시작하여 α = ±10°의 각도 범위내, 바람직하게는 α = ±5°의 각도 범위내, 특히 바람직하게는 α = ±1°의 각도 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 공구.
  17. 제 8 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    제 1 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 따라 제조된 것을 특징으로 하는 공구.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014103220A1 (de) * 2014-03-11 2015-09-17 Walter Ag TiAIN-Schichten mit Lamellenstruktur
KR20240005993A (ko) * 2015-07-27 2024-01-12 발터 악티엔게젤샤프트 TiAlN 코팅을 갖는 공구
WO2017167980A1 (en) * 2016-03-31 2017-10-05 Walter Ag Coated cutting tool with h-aln and ti1-xalxcynz layers
JP6044861B1 (ja) * 2016-04-08 2016-12-14 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具およびその製造方法
JP6045010B1 (ja) * 2016-04-14 2016-12-14 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具およびその製造方法
JP6973699B2 (ja) * 2016-04-14 2021-12-01 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具およびその製造方法
EP3263738B1 (en) * 2016-07-01 2018-12-05 Walter Ag Cutting tool with textured alumina layer
CN109477215B (zh) * 2016-07-07 2020-11-27 三菱日立工具株式会社 硬涂层、硬涂布的工具以及它们的生产方法
CN110382145B (zh) * 2017-02-28 2021-09-21 住友电工硬质合金株式会社 表面被覆切削工具及其制造方法
KR102064172B1 (ko) * 2017-09-01 2020-01-09 한국야금 주식회사 내마모성과 인성이 우수한 경질피막
CN109975339B (zh) * 2017-12-28 2023-08-15 厦门钨业股份有限公司 一种TiCN基金属陶瓷性能的评估方法
JP2020104255A (ja) * 2018-12-27 2020-07-09 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
CN116847938A (zh) * 2021-02-12 2023-10-03 株式会社Moldino 包覆工具
CN114517283A (zh) * 2022-01-24 2022-05-20 赣州澳克泰工具技术有限公司 沉积在基体表面的多层涂层系统及其制备方法
US20240051033A1 (en) 2022-08-10 2024-02-15 Iscar, Ltd. CUTTING TOOL WITH A TiAlN COATING HAVING RAKE AND RELIEF SURFACES WITH DIFFERENT RESIDUAL STRESSES

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5879823A (en) * 1995-12-12 1999-03-09 Kennametal Inc. Coated cutting tool
FR2745299B1 (fr) * 1996-02-27 1998-06-19 Centre Nat Rech Scient Procede de formation de revetements de ti1-xalxn
EP1017870B1 (en) * 1997-09-12 2002-10-23 Unaxis Balzers Aktiengesellschaft Tool having a protective layer system
JP3031907B2 (ja) * 1998-03-16 2000-04-10 日立ツール株式会社 多層膜被覆部材
SE521284C2 (sv) * 1999-05-19 2003-10-21 Sandvik Ab Aluminiumoxidbelagt skärverktyg för metallbearbetning
US6572991B1 (en) 2000-02-04 2003-06-03 Seco Tools Ab Deposition of γ-Al2O3 by means of CVD
JP2001341008A (ja) * 2000-06-02 2001-12-11 Hitachi Tool Engineering Ltd 窒化チタンアルミニウム膜被覆工具及びその製造方法
ATE343659T1 (de) * 2000-12-28 2006-11-15 Kobe Steel Ltd Hartstoffschicht für schneidwerkzeuge
EP2848712B1 (en) * 2002-08-08 2018-05-30 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Process for producing alumina coating composed mainly of alpha-type crystal structure, alumina coating composed mainly of alpha-type crystal structure, laminate coating including the alumina coating , member clad with the alumina coating or laminate coating, process for producing the member, and physical vapor deposition apparatus
SE526526C3 (sv) 2003-04-01 2005-10-26 Sandvik Intellectual Property Sätt att belägga skär med A1203 samt ett med A1203 belagt skärverktyg
SE529223C2 (sv) 2005-05-06 2007-06-05 Seco Tools Ab Belagt skärverktyg innefattande hexagonal h-(Mel,Me2)Xfas
DE102005032860B4 (de) * 2005-07-04 2007-08-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Hartstoffbeschichtete Körper und Verfahren zu deren Herstellung
WO2007013392A1 (ja) * 2005-07-29 2007-02-01 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. 刃先交換型切削チップおよびその製造方法
JP2007168032A (ja) * 2005-12-22 2007-07-05 Mitsubishi Materials Corp 高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性および耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具
US8080312B2 (en) * 2006-06-22 2011-12-20 Kennametal Inc. CVD coating scheme including alumina and/or titanium-containing materials and method of making the same
SE530756C2 (sv) 2006-09-15 2008-09-02 Sandvik Intellectual Property Sätt att tillverka ett belagt skärverktyg av hårdmetall, ett belagt skär och ett belagt roterande skärverktyg
SE531946C2 (sv) 2007-08-24 2009-09-15 Seco Tools Ab Skär för fräsning i gjutjärn
SE531971C2 (sv) 2007-08-24 2009-09-15 Seco Tools Ab Belagt skärverktyg för allmän svarvning i varmhållfast superlegeringar (HRSA)
DE102007000512B3 (de) 2007-10-16 2009-01-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Hartstoffbeschichtete Körper und Verfahren zu deren Herstellung
DE102008013964A1 (de) 2008-03-12 2009-09-17 Kennametal Inc. Hartstoffbeschichteter Körper
DE102008013966A1 (de) 2008-03-12 2009-09-17 Kennametal Inc. Hartstoffbeschichteter Körper
DE102008013965A1 (de) 2008-03-12 2009-09-17 Kennametal Inc. Hartstoffbeschichteter Körper
DE102008019202A1 (de) 2008-04-17 2009-10-22 Kennametal Inc. Beschichtungsverfahren , Werkstück oder Werkzeug und dessen Verwendung
DE102009046667B4 (de) * 2009-11-12 2016-01-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Beschichtete Körper aus Metall, Hartmetal, Cermet oder Keramik sowie Verfahren zur Beschichtung derartiger Körper
CN103249869B (zh) * 2010-11-23 2016-05-18 山高刀具公司 涂层切削工具刀片
AT510963B1 (de) 2011-03-18 2012-08-15 Boehlerit Gmbh & Co Kg Beschichteter körper und verfahren zu dessen herstellung
US8440328B2 (en) 2011-03-18 2013-05-14 Kennametal Inc. Coating for improved wear resistance
ES2728705T3 (es) * 2011-09-16 2019-10-28 Walter Ag Herramienta de corte recubierta con alfa-alúmina diseñada con límites de grano

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Surface & Coatings Technology 205, 1307-1312(2010. 9. 7.) 1부.* *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013104254A1 (de) 2014-10-30
US20160053372A1 (en) 2016-02-25
EP2989227A1 (de) 2016-03-02
US9976213B2 (en) 2018-05-22
ES2684410T3 (es) 2018-10-02
EP2989227B1 (de) 2018-06-27
CN105247099B (zh) 2019-01-11
CN105247099A (zh) 2016-01-13
JP6542753B2 (ja) 2019-07-10
KR102257864B1 (ko) 2021-05-28
JP2016522323A (ja) 2016-07-28
WO2014173755A1 (de) 2014-10-30

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