KR20160050056A - 코팅된 절삭 공구 및 절삭 공구를 코팅하기 위한 방법 - Google Patents

코팅된 절삭 공구 및 절삭 공구를 코팅하기 위한 방법 Download PDF

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KR20160050056A
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리카르드 포르센
외사르 마트스 요한손
망누스 오덴
시에드 무함마드 비랄
나우렌 가포르
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쎄코 툴스 에이비
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Abstract

본 발명은 고온 성능이 개선된 적어도 1 종의 금속계 질화물층 (3) 을 포함하는 본체 (1) 를 위한 경질 및 내마모성 코팅 및 코팅된 절삭 공구에 관한 것으로서, 상기 질화물층은 0.55 < x < 0.85, 0.05 < y < 0.45, 0 ≤ z < 0.20, 0.95 < a < 1.10 인 (ZrxCr1-x-y-zAlyMez)Na 이고, Me 는 Y, Ti, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn 또는 Si 원소들 중 1 종 이상이며, 상기 질화물층은 단일의 입방정상, 단일의 육방정상 또는 이들의 혼합물, 바람직하게는 염화나트륨 구조물의 입방정상을 포함하고, 상기 질화물층은 0.5 ㎛ ~ 15 ㎛ 의 두께를 가진다. 상기 질화물층은 음극 아크 증발을 사용하여 성막되고 그리고 고온을 생성하는 금속 절삭 적용들에 유용하다.

Description

코팅된 절삭 공구 및 절삭 공구를 코팅하기 위한 방법 {A COATED CUTTING TOOL AND A METHOD FOR COATING THE CUTTING TOOL}
본 발명은 높은 공구 온도들을 발생시키는 금속 절삭 적용들에 사용되도록 구성된 코팅 및 본체를 포함하는 코팅된 절삭 공구에 관한 것이다. 코팅은 적어도 1 종의 Zr, Cr, Al-계 질화물층을 포함한다. 본원은 또한 절삭 공구를 코팅하기 위한 방법 및 절삭 공구의 용도에 관한 것이다.
1980 년대 중반부터, 공구 코팅들의 특성들, 예를 들어 내마모성 및 그에 따른 성능을 향상시키려는 노력을 하였다. 그 당시에, 통례로서는 TiN 으로 절삭 공구들을 코팅하는 것이었다. 하지만, 승온된 온도에서 비교적 열악한 내산화성으로 인해, 보다 복합적인 3 원 및 4 원 화합물들, 예를 들어 고온 성능이 개선된 Ti-Al-N, Ti-Al-Si-N 및 Ti-Cr-Al-N 쪽으로 집중하게 되었다. 예를 들어, Ti-Al-Si-N 는 x-선 무정형 Si3N4 또는 SiNx 와 조합되는 NaCl 타입의 결정상으로 구성되는 2 상 구조물의 면에서 설명되는 바와 같이, 초경질, H > 40 GPa 인 것으로 보고된다.
JP 20060082209 에는 (Cr,Al,Zr)N 으로 각각 형성되는 상부층 및 하부층을 포함하는 코팅을 가진 코팅된 절삭 공구가 개시되어 있다. 상부층은 0.5 ~ 1.5 ㎛ 의 평균 두께를 가지고, 하부층은 2 ~ 6 ㎛ 의 평균 두께를 가진다. 상부층은, 5 ~ 20 nm 의 두께를 각각 가진 얇은 층 (A) 및 얇은 층 (B) 의 적층 구조물을 가진다. 하부층은 화학식 (Cr1-x-yAlxZry)N 을 가지고, 여기에서 0.55 ≤ x ≤ 0.75 그리고 0.05 ≤ y ≤ 0.15 이다. 얇은 층 (A) 은 화학식 (Cr1-x-yAlxZry)N 을 가지고, 여기에서 0.25 ≤ x ≤ 0.40 그리고 0.20 ≤ y ≤ 0.30 이다. 얇은 층 (B) 은 화학식 (Cr1-x-yAlxZry)N 을 가지고, 여기에서 0.55 ≤ x ≤ 0.75 그리고 0.05 ≤ y ≤ 0.15 이다.
JP 2006289537 에는 (Cr,Al,Zr)N 으로 각각 형성되는 상부층 및 하부층을 포함하는 코팅을 가진 코팅된 절삭 공구가 개시되어 있다. 상부층은 0.5 ~ 1.5 ㎛ 의 평균 두께를 가지고, 하부층은 2 ~ 6 ㎛ 의 평균 두께를 가진다. 상부층은 얇은 층 (A) 및 얇은 층 (B) 의 적층 구조물을 가진다. 얇은 층 (A) 및 얇은 층 (B) 각각은 5 ~ 20 nm 의 평균 두께를 가진다. 하부층은 화학식 (Cr1-x-yAlxZry)N 을 가지고, 여기에서 0.55 ≤ x ≤ 0.75 그리고 0.05 ≤ y ≤ 0.15 이다. 얇은 층 (A) 은 화학식 (Cr1-x-yAlxZry)N 을 가지고, 여기에서 0.01 ≤ x ≤ 0.06 그리고 0.35 ≤ y ≤ 0.55 이다. 얇은 층 (B) 은 화학식 (Cr1-x-yAlxZry)N 을 가지고, 여기에서 0.25 ≤ x ≤ 0.40 그리고 0.20 ≤ y ≤ 0.30 이다.
WO 200605217 에는 이하의 조성 Al1-a-b-c-dCraXbSicBdZ 을 포함하는 내마모성 코팅을 가진 코팅된 절삭 공구가 개시되어 있고, 여기에서 X 는 Nb, Mo, W 또는 Ta 로부터 적어도 1 종의 원소이고; Z 는 N, C, CN, NO, CO, CNO 로부터의 1 종의 원소 또는 화합물이며; 0.2 ≤ a ≤ 0.5; 0.01 ≤ b ≤ 0.2; 0 ≤ c ≤ 0.1; 0 ≤ d ≤ 0.1 이다.
JP 2007007765 에는 (Cr,Al,Zr)N 으로 각각 형성되는 상부층 및 하부층을 포함하는 코팅을 가진 코팅된 절삭 공구가 개시되어 있다. 상부층은 0.5 ~ 1.5 ㎛ 의 평균 두께를 가지고, 하부층은 2 ~ 6 ㎛ 의 평균 두께를 가진다. 상부층은 얇은 층 (A) 및 얇은 층 (B) 의 적층 구조물을 가진다. 얇은 층 (A) 및 얇은 층 (B) 각각은 5 ~ 20 nm 의 평균 두께를 가진다. 하부층은 화학식 (Cr1-x-yAlxZry)N 을 가지고, 여기에서 0.50 ≤ x ≤ 0.65 그리고 0.01 ≤ y ≤ 0.10 이다. 얇은 층 (A) 은 화학식 (Cr1-x-yAlxZry)N 을 가지고, 여기에서 0.15 ≤ x ≤ 0.30 그리고 0.35 ≤ y ≤ 0.50 이다. 얇은 층 (B) 은 화학식 (Cr1-x-yAlxZry)N 을 가지고, 여기에서 0.50 ≤ x ≤ 0.65 그리고 0.01 ≤ y ≤ 0.10 이다.
오늘날 제조업에서는 경제적이고 높은 생산성/피드-스루 (feed-through) 제조를 위한 방안을 지속적으로 찾고 있다. 이러한 요구를 만족하기 위해서는 작동 동안 공구 수명을 개선시키도록 특성들이 발전된 새로운 재료들이 필요하다. 금속 절삭 공구 제조업에서, 이러한 노력의 대부분은 적용시 사용된 코팅 재료의 특성들을 디자인함으로써 절삭 공구들의 마모 거동을 개선시키는데 집중한다. 통상적으로, 높은 생산성/피드-스루 절삭 공정은 공구 온도를 현저히 증가시키고, 그리하여 고온 내마모성을 가진 코팅 재료가 중요하다.
본 발명의 목적은 금속 절삭 적용들에서 고온 성능이 개선된 코팅 재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 코팅으로 절삭 공구를 코팅하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본원의 제 1 양태에 따라서, 상기 목적은 본체상에 경질 및 내마모성 코팅을 가진 본체를 포함하는 코팅된 절삭 공구에 의해 달성되고, 상기 코팅은 적어도 1 종의 금속계 질화물층을 포함하며, 상기 질화물층은 0.55 < x < 0.85, 0.05 < y < 0.45, 0 ≤ z < 0.20, 0.95 < a < 1.10 인 (ZrxCr1-x-y-zAlyMez)Na 이고, Me 는 Y, Ti, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn 또는 Si 로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소들 중 1 종 이상이며, 상기 질화물층은 단일의 입방정상, 단일의 육방정상 또는 이들의 혼합물, 바람직하게는 염화나트륨 구조물의 입방정상을 포함하고, 상기 질화물층은 0.5 ㎛ ~ 15 ㎛ 의 두께를 가진다. 그리하여, 고온 내마모성을 가진 경질 및 내마모성 코팅이 달성된다. 코팅의 향상된 온도 특성들은, 예를 들어, 고온 성능을 나타내는 칩 제거에 의해 금속 가공시에 개선된 크레이터 (crater) 내마모성으로서 관찰된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 0.60 < x < 0.80, 바람직하게는 0.65 < x < 0.75 이다. 전술한 실시형태에 대한 다른 실시형태에 따라서, 0.55 < x ≤ 0.70 이다. 전술한 실시형태에 대한 또 다른 실시형태에 따라서, 0.70 < x < 0.85 이다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 0.05 < y < 0.35, 바람직하게는 0.05 < y < 0.25 이다. 전술한 실시형태에 대한 다른 실시형태에 따라서, 0.05 < y ≤ 0.20 이다. 전술한 실시형태에 대한 또 다른 실시형태에 따라서, 0.20 < y < 0.45 이다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 0 ≤ z < 0.15, 바람직하게는 0 ≤ z < 0.10, 가장 바람직하게는 z = 0 이다. 전술한 실시형태에 대한 다른 실시형태에 따라서, 0.05 ≤ z < 0.20, 바람직하게는 0.10 ≤ z < 0.15 이다.
본원의 일 실시형태에 따라서, Me 는 Ta, Ti, Nb 및 Si 로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 원소들 중 1 종 이상이다. 원소들 Ta, Ti, Nb 및 Si 중 1 종 이상을 소량 첨가함으로써, 우수한 내고온성이 달성된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 적어도 1 종의 금속계 질화물층은 0.5 ㎛ ~ 10 ㎛, 바람직하게는 0.5 ㎛ ~ 5 ㎛ 의 두께를 가진다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 적어도 1 종의 금속계 질화물층은 20 GPa 초과의 나노경도를 가지며, 바람직하게는 25 GPa ~ 40 GPa, 가장 바람직하게는 30 GPa ~ 40 GPa 의 나노경도이다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 코팅은, 1 ㎛ ~ 20 ㎛, 바람직하게는 1 ㎛ ~ 15 ㎛, 가장 바람직하게는 1 ㎛ ~ 7 ㎛ 의 전체 코팅 두께에 대하여, 예를 들어 TiN, TiC, Ti(C,N) 또는 (Ti,Al)N 을 포함하는 최내부 단일층 및/또는 다중층, 바람직하게는 (Ti,Al)N 의 단일층과 그 뒤의 상기 (Zr,Cr,Al,Me)N 층, 및 예를 들어 TiN, TiC, Ti(C,N) 또는 (Ti,Al)N 을 포함하는 외부 단일층 및/또는 다중층, 바람직하게는 TiN 의 단일층으로 구성된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 코팅된 절삭 공구는 칩 제거에 의해 가공하기 위한 절삭 공구 인서트이고, 상기 인서트는 초경합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화 붕소계 재료 또는 고속강의 경질 합금의 본체를 포함한다. 다른 실시형태에 따라서, 코팅된 절삭 공구는 드릴 또는 엔드 밀 (end mill) 이다.
본원의 제 2 양태에 따라서, 상기 목적은, N2 를 포함하고 그리고 선택적으로 예를 들어 Ar 과 같은 캐리어 가스를 가진 반응 분위기에서, 1.0 Pa ~ 7.0 Pa, 바람직하게는 1.5 Pa ~ 4.0 Pa 의 전체 가스 압력에서, 0 V ~ 300 V, 바람직하게는 10 V ~ 150 V 의 음의 기재 바이어스로, 200 ℃ ~ 800 ℃, 바람직하게는 300 ℃ ~ 600 ℃ 온도에서, 복합물 및/또는 합금화된 캐소드들을 사용하여 50 A ~ 200 A 의 증발 전류를 가진 음극 아크 증발에 의해 금속계 질화물층을 성장시킴으로써 경질 및 내마모성 코팅으로 코팅된 절삭 공구를 제조하는 방법에 의해 달성되고, 상기 질화물층은 0.55 < x < 0.85, 0.05 < y < 0.45, 0 ≤ z < 0.20 그리고 0.95 < a < 1.10 인 (ZrxCr1-x-y-zAlyMez)Na 이고, Me 는 Y, Ti, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn 또는 Si 원소들 중 1 종 이상이다.
본원의 제 3 양태에 따라서, 상기 목적은, 50 ~ 400 m/min, 바람직하게는 75 ~ 300 m/min 의 절삭 속도들에서, 절삭 속도 및 인서트의 기하학적 형상에 따라서 밀링의 경우에 날당 0.08 ~ 0.5 mm, 바람직하게는 0.1 ~ 0.4 mm 의 평균 이송량으로, 특히 고온을 생성하는, 칩 제거에 의해 가공하기 위한 절삭 공구 인서트를 사용함으로써 달성된다.
도 1 은 본체 및 (Zr,Cr,Al,Me)N 층을 포함하는 절삭 공구의 부분의 개략적인 단면도이다.
도 2 는 본체와, 최내부 단일층 및/또는 다중층,(Zr,Cr,Al,Me)N 층 및 최외부 단일층 및/또는 다중층으로 구성되는 코팅을 포함하는 절삭 공구의 부분의 개략적인 단면도이다.
도 3 은 (Zr0.75Cr0.14Al0.11)N1.03 층의 후속 열처리 (T) 에 따른 나노경도 (H) 의 선도이다.
본 발명의 일 실시형태에 따라서, 도 1 에 도시된 바와 같이 적어도 1 종의 금속계 질화물층 (3) 을 포함하는 경질 및 내마모성 코팅이 성막되는 본체 (1) 가 제공된다. 금속계 질화물층 (3) 은 0.55 < x < 0.85, 0.05 < y < 0.45, 0 ≤ z < 0.20, 0.95 < a < 1.10 인 (ZrxCr1-x-y-zAlyMez)Na 이고, Me 는 Y, Ti, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn 및 Si 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소들의 1 종 이상이며, 상기 질화물층은, X-선 회절에 의해 결정되는 바와 같이, 단일의 입방정상, 단일의 육방정상, 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 바람직하게는 입방정 염화나트륨 구조물을 가진다. 금속계 질화물층은 0.5 ㎛ ~ 15 ㎛, 바람직하게는 0.5 ㎛ ~ 10 ㎛, 가장 바람직하게는 0.5 ㎛ ~ 5 ㎛ 의 두께를 가진다. 추가로, 상기 질화물층은 0 ~ 2 at%, 바람직하게는 0 ~ 1 at% 의 산소 (O) 및 탄소 (C) 농도의 합을 포함한다.
O 및 C 를 포함하는, 상기 질화물층, x, y, 및 z 의 기본 조성은, 예를 들어 EDS 또는 WDS 기법들에 의한 측정들로부터 예측되며 그리고 측정 정확성내에서, 예를 들어 성장 동안 인서트들의 회전과 같은 통상의 공정 변동 (variation) 의 영향을 포함하여 10% 미만의 변동으로 층 두께를 통하여 모두 본질적으로 일정하다.
상기 층은, 층의 중간 영역, 즉 성장 방향으로 층 두께의 30 % ~ 70 % 내의 영역의 단면 투과 전자 현미경에 의해 결정되는 바와 같이, 1 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.6 ㎛ 미만의 평균 칼럼 폭을 가진 주상 미세구조를 가지고, 상기 평균 주상 폭은 적어도 10 개의 인접한 칼럼들의 평균이다.
상기 층은 -6.0 GPa < σ < -0.5 GPa, 바람직하게는 -3.0 GPa < σ < -1.0 GPa 의 압축 응력 레벨을 가진다. 잔류 응력은 ν = 0.23 의 프와송비 및 E = 379 GPa 의 영계수를 가진 sin2ψ 법을 사용하여 XRD 에 의해 평가된다.
상기 층은, 나노만입 측정들 (nanoindentation measurements) 에 의해 측정되는 바와 같이, 20 GPa 초과의 나노경도를 가진다. 나노경도 데이터는 최대 선단 부하가 25 mN 인 Berkovich 다이아몬드 선단을 가진 UMIS 2000 나노만입 시스템을 사용하여 표면을 기계적 연마한 후에 층들의 나노만입 기법에 의해 예측되었다.
본원의 일 실시형태에 따라서, z = 0 이고, 상기 층은 (ZrxCr1-x-yAly)Na 이고, 여기에서 0.55 < x < 0.85, 바람직하게는 0.60 < x < 0.80, 가장 바람직하게는 0.65 < x < 0.75, 0.05 < y < 0.45, 바람직하게는 0.05 < y < 0.35, 가장 바람직하게는 0.05 < y < 0.25, 0 ≤ z < 0.20 및 0.95 < a < 1.10 이다.
상기 (Zr,Cr,Al,Me)N 층은 복합 코팅 디자인의 부분일 수 있고 그리고 상기 복합 코팅의 내부층, 중간층 및/또는 외부층으로서 사용될 수 있다.
도 2 에서는 본원의 일 실시형태를 도시하고, 여기에서 절삭 공구 (1) 는 코팅이 제공된 소위 기재라고 하는 본체 (1) 를 포함하고, 이 코팅은, 1 ㎛ ~ 20 ㎛, 바람직하게는 1 ㎛ ~ 15 ㎛, 가장 바람직하게는 1 ㎛ ~ 7 ㎛ 의 전체 코팅 두께에 대하여, 예를 들어 TiN, TiC, Ti(C,N) 또는 (Ti,Al)N 을 포함하는 최내부 단일층 및/또는 다중층 (2), 바람직하게는 (Ti,Al)N 의 단일층과 그 뒤의 상기 (Zr,Cr,Al,Me)N 층 (3), 및 예를 들어 TiN, TiC, Ti(C,N) 또는 (Ti,Al)N 을 포함하는 최외부 단일층 및/또는 다중층 (4), 바람직하게는 TiN 의 단일층으로 구성된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 본체는 칩 제거에 의해 가공하기 위한 절삭 인서트이고, 상기 인서트는 초경합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화 붕소계 재료 또는 고속강의 경질 합금의 본체를 포함한다. 하지만, 상기 본체는 다른 금속 절삭 공구들, 예를 들어 드릴들 및 엔드 밀들일 수 있음이 명백하다.
상기 층을 위한 성막 방법은 PVD 기법들, 예를 들어 1 종 이상의 순수한, 복합 및/또는 합금화된 (Zr,Cr,Al,Me) 캐소드들/대상들을 사용하는 음극 아크 증발 또는 마그네트론 스퍼터링에 기초로 한다.
음극 아크 증발의 경우에, 금속계 질화물층은 음극 크기에 따라서 50 A ~ 200 A 의 증발 전류로 성장되고, 상기 층은 (ZrxCr1-x-y-zAlyMez)Na 이고, 여기에서 0.55 < x < 0.85, 0.05 < y < 0.45, 0 ≤ z < 0.20 및 0.95 < a < 1.10 이다. 필적가능한 성막 조건들을 달성하기 위해서, 더 큰 캐소드들에 대해서는 더 큰 증발 전류가 필요하다. 층들은 1 종 이상의 복합 및/또는 합금화된 캐소드들을 사용하여 성장된다. N2 를 포함하고 그리고 선택적으로 예를 들어 Ar 과 같은 캐리어 가스를 가진 반응성 분위기에서, 1.0 Pa ~ 7.0 Pa, 바람직하게는 1.5 Pa ~ 4.0 Pa 의 전체 가스 압력에서, (Zr,Cr,Al,Me) 캐소드 및 가스 분위기의 적합한 조성을 선택함으로써 원하는 층 조성이 얻어지고, 여기에서 Me 는, 층내에 존재한다면, Y, Ti, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn 및 Si 로 구성되는 그룹으로부터 선택된 원소들 중 1 종 이상이다. 음의 기재 바이어스는 0 V ~ 300 V, 바람직하게는 10 V ~ 150 V, 가장 바람직하게는 15 V ~ 60 V 이다. 성막 온도는 200 ℃ ~ 800 ℃, 바람직하게는 300 ℃ ~ 600 ℃ 이다.
마그네트론 스퍼터링의 경우에, (Zr,Cr,Al,Me)N 층들은, N2 를 포함하고 그리고 선택적으로 예를 들어 Ar 과 같은 캐리어 가스를 가진 반응성 분위기에서, 0.1 Pa ~ 5.0 Pa, 바람직하게는 0.1 Pa ~ 2.5 Pa 의 전체 압력에서, 각각의 대상들에 대한 전력을 변경함으로써 (각각의 대상에 대한 성막율을 변경함으로써) 순수한 기초 대상들의 공동 스퍼터링으로부터 또는 복합 및/또는 합금화된 대상으로부터, 0.5 W/㎠ ~ 15 W/㎠, 바람직하게는 1 W/㎠ ~ 5 W/㎠ 의 스퍼터 대상에 적용되는 전력 밀도로 성장될 수 있고, 여기에서 Me 는, 존재한다면, Y, Ti, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn 및 Si 로 구성되는 그룹으로부터 선택된 원소들 중 1 종 이상이다. (Zr,Cr,Al,Me) 대상의 적절한 조성, 대상 전력 밀도 및 가스 분위기를 선택함으로써 원하는 층 조성이 얻어진다. 음의 기재 바이어스는 0 V ~ 300 V, 바람직하게는 10 V ~ 150 V, 가장 바람직하게는 10 V ~ 80 V 이다. 성막 온도는 200 ℃ ~ 800 ℃, 바람직하게는 300 ℃ ~ 600 ℃ 이다.
본원은 또한 50 ~ 400 m/min, 바람직하게는 75 ~ 300 m/min 의 절삭 속도들에서, 절삭 속도 및 인서트의 기하학적 형상에 따라서 밀링의 경우에 날당 0.08 ~ 0.5 mm, 바람직하게는 0.1 ~ 0.4 mm 의 평균 이송량으로, 가공하기 위한 전술한 바에 따른 코팅된 절삭 공구 인서트의 용도에 관한 것이다.
실시예 1
음극 아크 증발에 의한 층 성막을 위해 본체로서 94 wt% WC - 6 wt% Co 조성의 초경합금 인서트들을 사용하였다.
성막 이전에, 인서트들은 알칼리 용액 및 알코올의 초음파 욕들 (baths) 에서 세정되었다. 이러한 시스템은 2.0x10-3 Pa 미만의 압력으로 증발되었고, 그 후에 인서트들은 Ar 이온들로 스퍼터 세정되었다. 0.43 < x < 0.85, 0.05 < y < 0.45, z = 0 및 1.00 < a < 1.09 인 (ZrxCr1-x-y-zAlyMez)Na 층들, 표 1 에서 코팅들 1 ~ 18 은, 표 2 에서 코팅들 1 ~ 18 에 따른 조성들로 (Zr,Cr,Al) 캐소드들을 사용하여 성장되었다. 층들은 약 3 ㎛ 의 전체 두께에 대하여 450 ℃ 에서 순수한 N2 분위기, 3 Pa 의 공정 압력, -30 V 의 바이어스 및 60 A 의 증발 전류에서 성막되었다.
Figure pct00001
Figure pct00002
실시예 2
표 2 에서 코팅들 19 ~ 24 에 대하여 특정된 바와 같이 캐소드들을 사용하여, (ZrxCr1-x-y-zAlyMez)Na 층들, 표 1 에서 코팅들 19 ~ 24 을 성막하기 위해 (Zr,Cr,Al,Me) 캐소드들을 사용하여 실시예 1 을 반복하였다.
실시예 3
(ZrxCr1-x-y-zAlyMez)Na 층들의 조성 x, y, z 및 a 는 10 kV 에서 작동되고 그리고 Thermo Noran EDS 검출기가 장착된 LEO Ultra 55 스캐닝 전자 현미경을 사용하여 에너지 분산 분광법 (EDS) 에 의해 예측되었다. Noran System Six (NSS ver 2) 소프트웨어를 사용하여 데이터가 평가되었다.
성막된 그 자체의 (ZrxCr1-x-y-zAlyMez)Na 층들의 상 구조물은 Bruker AXS D8 Advance 회절계에서 Cu K 알파 복사 및 θ-2θ 형상을 사용하여 X-선 회절 (XRD) 에 의해 특징지워진다.
(Zr1-x-zSixMez)Ny 층들의 잔류 응력들, σ 은 sin2ψ 법 (예를 들어, I.C.Noyan, J.B. Cohen, 회절에 의한 잔류 응력 측정 및 해석, Springer-Verlag, New York, 1987) 을 사용하여 XRD 측정들에 의해 평가되었다. 이러한 측정들은 (311)-반사에 대한 CuKα- 복사를 사용하여 실시되었다. ν = 0.23 의 프와송비 및 E = 379 GPa 의 영계수를 사용하여 평가되는 바와 같이 상이한 층들에 대하여 잔류 응력 값들은 -5.0 GPa < σ < -1.0 GPa 이내이었다.
경도 데이터는 최대 선단 부하가 25 mN 인 Berkovich 다이아몬드 선단을 가진 UMIS 2000 나노만입 시스템을 사용하여 표면을 기계적 연마한 후에 층들의 나노만입 기법에 의해 예측되었다. 도 2 에서는 통상의 시효 경화 거동을 나타내는, 후속 열처리에 따라서 (Zr0.75Cr0.14Al0.11)N1.03 층의 나노경도 (H) 를 도시한다.
실시예 4
절삭 시험에 대해서는 이하의 데이터로 선삭 작업시에 표 1 (실시예 1) 로부터의 코팅들을 사용한다:
기하학적 형상 : CNMG120408-MF1
적용 : 정면
가공물 재료 : 100Cr6
절삭 속도 : 200 m/min
이송량: 0.25 mm/rev.
절삭 깊이 : 2 mm
성능 기준 : 크레이터 내마모성
표 3 에 도시된 바와 같이, 이하의 상대 절삭 결과들이 예측된다. 본원의 코팅들 12 ~ 15 은, 선행 기술에 따른 기준 재료들과 비교하여, 1 mm2 의 크레이터 영역의 중지 기준인 개선된 크레이터 마모 성능을 가진 것으로 예측된다.
Figure pct00003

Claims (13)

  1. 본체 (1) 및 상기 본체상의 경질 및 내마모성 코팅을 포함하는 코팅된 절삭 공구로서,
    상기 코팅은 적어도 1 종의 금속계 질화물층 (3) 을 포함하며,
    상기 질화물층은 0.55 < x < 0.85, 0.05 < y < 0.45, 0 ≤ z < 0.20, 0.95 < a < 1.10 인 (ZrxCr1-x-y-zAlyMez)Na 이고, Me 는 Y, Ti, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn 또는 Si 로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소들 중 1 종 이상이며,
    상기 질화물층은 단일의 입방정상, 단일의 육방정상 또는 이들의 혼합물, 바람직하게는 염화나트륨 구조물의 입방정상을 포함하고,
    상기 질화물층은 0.5 ㎛ ~ 15 ㎛ 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는, 코팅된 절삭 공구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    0.60 < x < 0.80 인, 코팅된 절삭 공구.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    0.05 < y < 0.35 인, 코팅된 절삭 공구.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    0 ≤ z < 0.15 인, 코팅된 절삭 공구.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Me 는 Ta, Ti, Nb 및 Si 로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 원소들 중 1 종 이상인, 코팅된 절삭 공구.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 1 종의 금속계 질화물층은 0.5 ㎛ ~ 10 ㎛ 의 두께를 가지는, 코팅된 절삭 공구.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 1 종의 금속계 질화물층은 20 GPa 초과의 나노경도를 가지는, 코팅된 절삭 공구.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 1 종의 금속계 질화물층은 25 GPa ~ 40 GPa 의 나노경도를 가지는, 코팅된 절삭 공구.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅은 1 ㎛ ~ 20 ㎛, 바람직하게는 1 ㎛ ~ 15 ㎛, 가장 바람직하게는 1 ㎛ ~ 7 ㎛ 의 전체 코팅 두께에 대하여, 예를 들어 TiN, TiC, Ti(C,N) 또는 (Ti,Al)N 을 포함하는 최내부 단일층 (2) 및/또는 다중층, 바람직하게는 (Ti,Al)N 의 단일층, 그 뒤의 상기 (Zr,Cr,Al,Me)N 층 (3), 및 예를 들어 TiN, TiC, Ti(C,N) 또는 (Ti,Al)N 을 포함하는 외부 단일층 (4) 및/또는 다중층, 바람직하게는 TiN 의 단일층으로 구성되는, 코팅된 절삭 공구.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅된 절삭 공구는 초경합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화 붕소계 재료 또는 고속강의 경질 합금의 본체 (1) 를 포함하는, 칩 제거에 의해 가공하기 위한 절삭 인서트인, 코팅된 절삭 공구.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅된 절삭 공구는 초경합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화 붕소계 재료 또는 고속강의 경질 합금의 본체를 포함하는, 칩 제거에 의해 가공하기 위한 드릴 또는 엔드-밀인, 코팅된 절삭 공구.
  12. 코팅된 절삭 공구의 제조 방법으로서,
    N2 를 포함하고 그리고 선택적으로 예를 들어 Ar 과 같은 캐리어 가스를 가진 반응 분위기에서, 1.0 Pa ~ 7.0 Pa, 바람직하게는 1.5 Pa ~ 4.0 Pa 의 전체 가스 압력에서, 0 V ~ 300 V, 바람직하게는 10 V ~ 150 V 의 음의 기재 바이어스로, 200 ℃ ~ 800 ℃, 바람직하게는 300 ℃ ~ 600 ℃ 온도에서, 복합물 및/또는 합금화된 캐소드들을 사용하여 50 A ~ 200 A 의 증발 전류를 가진 음극 아크 증발에 의해 본체 (1) 상에 금속계 질화물층 (3) 을 성장시키고, 상기 질화물층은 0.55 < x < 0.85, 0.05 < y < 0.45, 0 ≤ z < 0.20 그리고 0.95 < a < 1.10 인 (ZrxCr1-x-y-zAlyMez)Na 이고, Me 는 Y, Ti, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn 또는 Si 로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소들 중 1 종 이상인, 코팅된 절삭 공구의 제조 방법.
  13. 50 ~ 400 m/min, 바람직하게는 75 ~ 300 m/min 의 절삭 속도들에서, 절삭 속도 및 인서트의 기하학적 형상에 따라서 밀링의 경우에 날당 0.08 ~ 0.5 mm, 바람직하게는 0.1 ~ 0.4 mm 의 평균 이송량으로, 특히 고온을 생성하는, 칩 제거에 의해 가공하기 위한 제 10 항에 따른 절삭 인서트의 용도.
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