KR20190079959A - 경질피막이 형성된 절삭공구 - Google Patents

경질피막이 형성된 절삭공구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초경합금의 조성 및 미세조직 제어와 경질피막의 미세조직 제어를 통해, 고온 내산화성과 열크랙에 대한 저항성을 구비하여, 개선된 수명을 갖는 절삭공구에 관한 것이다.
본 발명에 따른 절삭공구는, 초경합금으로 이루어진 모재와 상기 모재의 적어도 일 부분에 형성된 경질피막을 포함하고, 상기 모재는, 5.5~10중량%의 Co와, WC를 제외한 4~15중량%의 탄화물과, 나머지 WC 및 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 WC의 평균입도가 0.8~3㎛이고, 상기 모재의 표면에는 CFL(Cubic phase Free Layer)층이 5㎛ 미만의 두께로 형성되어 있고, 상기 경질피막은, 단층 또는 2층 이상의 다층 구조로 이루어지고, PVD법으로 형성된 TiaAlbMecC1-xNxOy(0.3≤a≤0.6, 0.4≤b≤0.7, 0≤c≤0.1, 0.5≤x≤1, 0≤y≤0.5, Me는 4a, 5a, 6a족, Si, B, S로부터 선택되는 1종 이상)로 이루어진 층을 포함하고, 상기 절삭공구의 경사면의 인선부로부터 5~50㎛ 범위에 위치하는 피막 표면의 입도가 1㎛ 이상인 드랍렛(droplet) 중 종횡비가 1.5 이하인 입자의 비율이 50% 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

경질피막이 형성된 절삭공구 {CUTTING TOOLS COATED WITH HARD FILM}
본 발명은 초경합금으로 이루어진 모재에 경질피막이 형성된 절삭공구에 관한 것으로, 구체적으로는 초경합금의 조성 및 미세조직 제어와 경질피막의 미세조직 제어를 통해, 고온 내산화성과 열크랙에 대한 저항성을 구비하여, 개선된 수명을 갖는 절삭공구에 관한 것이다.
절삭공구에 사용되는 초경합금은 WC를 포함하는 경질상을 Co로 대표되는 금속의 바인더로 결합시킨 복합재료로 대표적인 분산형 합금이며, 그 기계적 특성은 기본적으로 WC 경질상의 입도와 Co 결합금속상의 양에 의존하며, 특히 경도와 인성은 상호 반비례하는 관계에 있다. 한편, 절삭가공 방법이나 피삭재에 따라 절삭공구용 초경합금에 요구되는 특성도 달라지며, 이에 따라 초경합금의 기계적 특성을 제어하기 위한 다양한 시도가 행해져 왔다.
또한, 초경합금의 표면에는 전술한 고온산화, 열충격, 마모 등에 대응하여 절삭공구의 수명을 연장하기 위하여, 경질피막이 형성된다.
강(steel)은 스테인리스강이나 주철에 비해 상대적으로 우수한 피삭 특성을 나타낸다. 그러나 생산성 향상을 위해 일반적으로 고속 절삭 가공을 수행하기 때문에, 절삭공구의 표면은 높은 열에 노출되어, 산화에 의한 화학적인 마모 양상을 통해 수명이 종료된다.
또한, 기계 부품류와 같이 단속이 심한 피가공물의 경우, 반복적인 열 충격이 절삭 공구에 가해지기 때문에, 주로 열크랙에 의한 파손을 통해 절삭공구의 수명이 종료된다.
특허문헌에는 TiaAlbNbdMe(C1-xNx) 피막의 절삭성능을 향상시키기 위하여, 여유면에는 입경이 300㎚ 이하인 미세 액적(droplet)이 절삭면보다 다량 존재하게 하고, 여유면에 존재하는 입경이 1000㎚ 이상인 조대 액적의 평균 조성이 절삭면에 존재하는 상기 조대 액적의 평균 조성에 비하여 Nb의 함유 비율이 높게 함으로써, 절삭수명을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0098861호
본 발명은 고온산화 환경에 의한 산화를 억제하고, 단속이 심한 피가공물의 가공 시에 발생하는 열충격에 의한 열크랙을 억제하여, 절삭공구의 수명을 향상시키는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 초경합금으로 이루어진 모재와 상기 모재의 적어도 일 부분에 형성된 경질피막을 포함하는 절삭공구로, 상기 모재는, 5.5~10중량%의 Co와, WC를 제외한 4~15중량%의 탄화물과, 나머지 WC 및 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 WC의 평균입도가 0.8~3㎛이고, 상기 모재의 표면에는 CFL(Cubic phase Free Layer)층이 5㎛ 미만의 두께로 형성되어 있고, 상기 경질피막은, 단층 또는 2층 이상의 다층 구조로 이루어지고, PVD법으로 형성된 TiaAlbMecC1-xNxOy(0.3≤a≤0.6, 0.4≤b≤0.7, 0≤c≤0.1, 0.5≤x≤1, 0≤y≤0.5, Me는 4a, 5a, 6a족, Si, B, S로부터 선택되는 1종 이상)로 이루어진 층을 포함하고, 상기 절삭공구의 경사면의 인선부로부터 5~50㎛ 범위에 위치하는 피막 표면의 입도가 1㎛ 이상인 드랍렛(droplet) 중 종횡비가 1.5 이하인 입자의 비율이 50% 이상인 절삭공구를 제공한다.
본 발명에 따른 공구는 내산화성과 열크랙을 억제하여 절삭공구의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1은 인선부 주위에 형성된 드랍렛의 종횡비를 설명하기 위한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 절삭공구의 CFL의 두께를 측정방법을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 형성된 경질피막의 주사전자현미경 이미지이다.
도 4는 드랍렛의 입도 및 장단비를 이미지 분석기를 사용하여 측정하는 과정을 나타낸 것이다.
도 5는 반응 압력과 피막의 입도, 경도, 및 코팅 두께(상면/측면)을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 6 및 7은 비교예에 따른 경질피막의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 8 및 9는 실시예에 따른 경질피막의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 절삭공구는, 초경합금으로 이루어진 모재와 상기 모재의 적어도 일 부분에 형성된 경질피막을 포함하는 절삭공구로, 상기 모재는, 5.5~10중량%의 Co와, WC를 제외한 4~15중량%의 탄화물과, 나머지 WC 및 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 WC의 평균입도가 0.8~3㎛이고, 상기 모재의 표면에는 CFL(Cubic phase Free Layer)층이 5㎛ 미만의 두께로 형성되어 있고, 상기 경질피막은, 단층 또는 2층 이상의 다층 구조로 이루어지고, PVD법으로 형성된 TiaAlbMecC1-xNxOy(0.3≤a≤0.6, 0.4≤b≤0.7, 0≤c≤0.1, 0.5≤x≤1, 0≤y≤0.5, Me는 4a, 5a, 6a족, Si, B, S로부터 선택되는 1종 이상)로 이루어진 층을 포함하고, 상기 절삭공구의 경사면의 인선부로부터 5~50㎛ 범위에 위치하는 피막 표면의 입도가 1㎛ 이상인 드랍렛(droplet) 중 종횡비가 1.5 이하인 입자의 비율이 50% 이상인 것을 특징으로 한다.
초경합금 모재
본 발명에 따른 초경합금 절삭공구를 구성하는 모재는 초경합금 소결체로 이루어지며, Co 5.5~10중량%, WC를 제외한 탄화물 4~15중량%를 포함하고, 나머지 WC와 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 Co는 경질상인 WC를 잡아주는 바인더 역할을 하는 것으로, Co 함량이 증가함에 따라 인성이 증가하고 그 함량이 감소함에 따라 인성이 감소하는 경향을 보인다. Co함량이 5.5중량% 미만일 경우 인성이 충분하지 못해 단속 가공 시에 파손 빈도가 높아지기 때문에 바람직하지 않고, 10중량%를 초과할 경우 고이송 가공 시에 소성변형을 유발할 수 있어 바람직하지 않다.
상기 탄화물은 Cr3C2와 같은 금속 탄화물을 포함하며, 소결과정에서 WC 입자의 성장을 억제하는 역할을 하며, 그 함량이 4중량% 미만일 경우 절삭공구 경사면의 빠른 마모를 초래하고, 15중량%를 초과할 경우 열크랙 형성 빈도가 높아지므로, 4~15중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 불가피한 불순물은 초경합금을 제조하는 원료 또는 제조 공정 중에 불가피하게 혼입되는 불순물로, 1중량% 이하로 유지되어야 하고, 0.1중량% 이하가 바람직하고, 0.01중량% 이하가 보다 바람직하다.
상기 WC의 평균입도는 0.8㎛ 미만일 경우 절삭 가공 시 빠른 경사면 마모(Crater wear)를 유발하고, 3㎛ 초과일 경우 모재 경도가 낮아져 여유면 마모(Flank wear)가 빨라지게 되므로, 0.8~3㎛ 범위가 바람직하다.
상기 모재의 표면에는 큐빅(cubic)상의 탄화물 및 탄질화물이 존재하지 않는 CFL(Cubic phase Free Layer)층이 5㎛ 이상의 두께로 형성되어 있을 경우 절삭공구 경사면의 빠른 마모를 초래하므로, 5㎛ 미만이 바람직하고, CFL층이 형성되어 있지 않는 것이 보다 바람직하다.
경질피막
상기 경질피막은, 단일층 또는 2층 이상의 다층 구조로 형성될 수 있으며, PVD법(물리기상증착법)으로 형성된 TiaAlbMecC1-xNxOy(0.3≤a≤0.6, 0.4≤b≤0.7, 0≤c≤0.1, 0.5≤x≤1, 0≤y≤0.5, Me는 4a, 5a, 6a족, Si, B, S로부터 선택되는 1종 이상)로 이루어진 층이 주층(경질피막 물성을 실질적으로 좌우하는 층)으로 이루어질 수 있다. 이때, 필요에 따라 주층 외의 다른 층이 형성될 수 있다.
상기 TiaAlbMecC1-xNxOy 층을 형성할 경우, 드랍렛(droplet)이 생성되는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 절삭공구의 경사면의 인선부로부터 5~50㎛ 범위에 위치하는 입도 1㎛ 이상의 드랍렛(droplet) 입자의 50% 이상의 종횡비(장단비)가 1.5 초과일 경우, 피막의 인선부 치핑 및 박리 발생 빈도가 높아져 단속 가공 시에 빠른 수명 종료를 유발할 수 있으므로, 입도 1㎛ 이상의 드랍렛(droplet) 입자의 50% 이상의 종횡비(장단비)가 1.5 이하로 유지되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 경질피막의 총 두께는 5㎛ 미만일 경우 빠른 경사면 마모를 유발하여 강(steel)용 공구로 부적절하고, 20㎛ 초과일 경우 박리 및 치핑이 발생하기 쉬우므로 5~20㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 절삭공구는 인써트를 포함할 수 있고, 상기 PVD법으로 형성된 TiaAlbMecC1-xNxOy 층은 XRD 분석 시, (200)면이 인써트 표면의 법선방향에서 30°~60° 방향으로 우선성장한 것이 바람직하다. 이때, 상기 각도는 모재 표면의 법선과의 (200)면 방향이 이루는 내각을 의미한다.
상기 PVD법으로 형성된 TiaAlbMecC1-xNxOy 층은 2~5Pa 이하의 반응압력에서 형성되는 것이 본 발명에 따른 미세조직을 구현하는데 용이하며, 2Pa 미만일 경우 도 5에 나타난 바와 같이 인써트의 측면 대비 상면의 박막 두께 비율이 약 70% 미만으로 얇아져 절삭가공 시 빠른 상면 마모를 유발하며 측면과 상면의 응력 불균일을 초래하여 20㎛ 미만의 박막 두께에서 박리를 유발할 수 있다, 반응압력이 5Pa를 초과할 경우 박막표면의 압축응력이 낮아지며 인써트의 경도 및 내 소성 변형성(H3/E2)이 저하 되므로 상기 공정 조건으로 제조되는 것이 바람직하다.
[초경 합금]
아래 표 1과 같이 준비된 출발원료는 배합 외팔보가 용기(jar) 내에 있어 강제 분쇄효과가 있는 어트리션밀(attrition mill)을 사용하여 동일하게 8시간 동안 배합하였다.
배합시 출발원료와 용기 전체 부피의 30 vol% 해당하는 총경 볼을 혼합/분쇄 매체로 사용하였고 30 vol% 해당하는 에탄올을 도와주는 솔벤트로 적용하였다. 배합한 슬러리를 스프레이 드라이어를 통하여 조립화한 후 CNMG120408-HM 형태(마름모꼴 형상)로 프레스하여 형압체를 만든 후 1350~1450℃의 온도에서 60~120분간 진공 소결로에서 소결하였다.
이러한 과정을 통해 제조한 소결체의 상,하면을 연삭하고 호닝을 실시한 후 PVD 방식으로 첫 번째 층으로 약 4㎛ 두께의 TiAlN(Al:Ti=5:5), 두번째 층으로 약 4㎛ 두께의 AlTiN(Al:Ti=67:33)을 코팅하였으며 증착시 코팅은 아크 이온플래이팅 방식의 코팅로를 이용 하였으면 케소드 전류는 120A, Pulsed Bias -40V, duty Cycle 70%, 주파수 40kHz의 조건에서 실시하였다.
CFL층의 분석은 도 2와 같이 소결체의 단면을 경면처리(폴리싱)한 후 광학현미경으로 CFL층의 두께를 분석하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
이러한 방식으로 최종 제작된 절삭공구의 절삭시험은 SM45 재질의 4각 각재 모양의 피삭재를 사용하여, 절삭속도를 300m/min, 200m/min, 이송 속도를 0.25mm/rev, 절삭깊이를 1.5mm로 하여 단면 가공을 실시하였으며, 과대마모 및 파손이 발생할 때까지 가공 횟수를 대비하는 방법으로 평가하였다.
구분 출발원료 CFL
(㎛)		 절삭 회수
WC 탄질화물(wt%) Co
(wt%)		 Vc=
150		 Vc=
250
wt% 입도
(㎛)		 TaC TaNbC Cr3C2 WTiC WTiCN
비교예1 94 0.8 0 0 1.0 0 0 5.0 1미만 40 40
비교예2 93 0.8 1.5 0 0 0 0 5.5 1미만 110 55
실시예1 90.5 0.8 4.0 0 0 0 0 5.5 1미만 140 65
실시예2 86.5 0.8 8.0 0 0 0 0 5.5 1미만 140 65
비교예3 92.5 1.3 0 1.5 0 0 0 6.0 1미만 110 65
비교예4 89 0.8 0 0 1.0 0 0 10.0 1미만 70 70
실시예3 90 2.0 0 4.0 0 0 0 6.0 1미만 140 70
실시예4 84 2.0 0 5.0 0 5.0 0 6.0 1미만 140 65
실시예5 80 2.0 0 7.0 0 7.0 0 6.0 1미만 125 65
비교예5 74 2.0 0 10.0 0 10.0 0 6.0 1미만 100 65
실시예6 83 2.0 0 5.0 0 5.0 0 7.0 1미만 140 70
실시예7 82 2.0 0 5.0 0 5.0 0 8.0 1미만 140 70
비교예6 72 2.0 0 10.0 0 10.0 0 8.0 1미만 70 65
실시예8 77 2.0 0 7.0 0 7.0 0 9.0 1미만 140 80
비교예7 89 2.0 0 0 1.0 0 0 10.0 1미만 85 80
실시예9 76 2.0 0 7.0 0 7.0 0 10.0 1미만 125 80
비교예8 69 2.0 0 10.0 1.0 10.0 0 10.0 1미만 85 70
비교예9 71 2.0 5.0 12.0 0 0 0 12.0 1미만 55 65
비교예10 71 3.6 5.0 7.0 0 7.0 0 10.0 2 100 80
실시예10 89 2.0 0 4.0 0 0 1.0 6.0 4 125 70
비교예11 86 2.0 0 4.0 0 0 3.0 7.0 15 105 65
비교예12 84 2.0 0 4.0 0 0 4.0 8.0 24 75 70
표 1에서 확인되는 바와 같이, 5.5~10중량%의 Co와, WC를 제외한 4~15중량%의 탄화물을 포함하고, WC의 평균입도는 0.8~3㎛이고, CFL층은 5㎛ 미만의 두께를 갖는 초경합금으로 이루어진 절삭공구(실시예 1~10)의 물성이 TiAlN계 또는 AlTiN계 경질피막을 형성하였을 때, 본 발명의 실시예 범위에 속하지 않은 절삭공구(비교예 1~12)에 비해 우수한 절삭 성능을 나타냄을 알 수 있다.
[경질 피막]
상기 표 1의 결과에 기초하여, 실시예 8의 배합비를 갖는 원료로 제작된 CNMG120408-HM 형태(마름모꼴 형상)의 초경합금 소재를 이용하여 박막 조건별 성막 테스트를 실시하였다.
주층은 박층A, 단일층 또는 박층A와 박층B를 교대 적층하는 방식으로 제작하였다. 박층A는 아크이온 플래이팅 방식으로 제작되었으며, 박층B는 Sputtering 방식으로 제작되었다.
각각의 성막조건은 아래 표 2에 나타내었다. 표 2의 조건으로 제작된 박막의 분석 결과 및 절삭성능평가 결과를 아래 표 3에 나타내었다.
이때 박막의 두께는 파단면을 SEM을 통해 분석하는 방식으로 측정하였으며, 드랍렛의 장단 비율은 도 3의 이미지를 도 4에 나타난 바와 같이 이미지 분석 소프트웨어를 횔용하여 1㎛ 이상의 드랍렛을 필터링하여 장단비를 분석하는 방식으로 측정하였다.
또한, XRD 분석을 통해, 박막의 반응압력(0.5Pa~5Pa) 변화에 따른 배향성 변화를 측정하였으며, 그 결과를 도 6 내지 9에 나타내었다.
이와 같이 주층이 형성된 절삭공구의 절삭시험은 SCM45 재질의 4각 각재 모양의 피삭재를 사용하여, 절삭속도를 200m/min, 300m/min, 이송 속도를 0.25mm/rev, 절삭깊이를 1.5mm로 하여 단면 가공을 실시하였으며, 과대마모 및 파손이 발생할 때까지 가공 횟수를 대비하는 방법으로 평가하였다.
구분 주층
박층A 박층B 구조 반응
압력
(Pa)		 Puls Bias
타겟 CH4:N A(I) 타겟 N:O kW V Duty kHz
비교예2-1 Ti 2:1 120 - - - 단일층 0.5 40 1 40
실시예2-1 Ti 2:1 120 - - - 단일층 2.5 30 0.7 40
실시예2-2 Ti 2:1 120 - - - 단일층 5 30 0.7 40
비교예2-2 Ti 2:1 120 - - - 단일층 8 30 0.7 40
비교예2-3 Ti:Al=5:5 0:1 120 - - - 단일층 2 50 1 20
비교예2-4 Ti:Al=5:5 0:1 120 - - - 단일층 3 50 1 20
비교예2-5 Ti:Al=5:5 0:1 120 - - - 단일층 4 50 1 20
실시예2-3 Ti:Al=5:5 0:1 120 - - - 단일층 4 50 0.7 40
비교예2-6 Ti:Al=6.7:3.3 0:1 120 - - - 단일층 0.5 40 1 40
비교예2-7 Ti:Al=6.7:3.3 0:1 120 - - - 단일층 1.5 40 1 40
실시예2-4 Ti:Al=6.7:3.3 0:1 120 - - - 단일층 2.5 30 1 40
실시예2-5 Ti:Al=6.7:3.3 0:1 120 - - - 단일층 5 30 1 40
비교예2-8 Ti:Al=6.7:3.3 0:1 120 - - - 단일층 8 30 1 40
실시예2-6 Ti:Al:Cr=4:5:1 0:1 120 - - - 단일층 5 40 0.7 40
실시예2-7 Ti:Al:Nb=4:5:1 0:1 120 - - - 단일층 5 40 0.7 40
실시예2-7 Ti:Al:Ta=4:5:1 0:1 120 - - - 단일층 5 40 0.7 40
실시예2-9 Ti:Al:Y=4:5.5:5 0:1 120 - - - 단일층 5 40 0.7 40
실시예2-10 Ti:Al:Si=4:5.5:0.5 0:1 120 - - - 단일층 5 30 0.7 40
실시예2-11 Ti:Al=5:5 0:1 120 Al 0:1 10 교대적층 5 40 0.7 40
실시예2-12 Ti:Al=6.7:3.3 0:1 120 Al 0:1 10 교대적층 5 40 0.7 40
실시예2-13 Ti:Al:Cr=4:5:1 0:1 120 Al 0:1 10 교대적층 5 40 0.7 40
실시예2-14 Ti:Al:Nb=4:5:1 0:1 120 Al 0:1 10 교대적층 5 40 0.7 40
실시예2-15 Ti:Al:Ta=4:5:1 0:1 120 Al 0:1 10 교대적층 5 40 0.7 40
실시예2-16 Ti:Al:Y=4:5.5:5 0:1 120 Al 0:1 10 교대적층 5 40 0.7 40
실시예2-17 Ti:Al:Si=4:5.5:0.5 0:1 120 Al 0:1 10 교대적층 5 30 0.7 40
도 5는 반응 압력과 피막의 입도, 경도, 코팅 두께(상면/측면)을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 도 5에서 확인되는 바와 같이, 공정 압력이 2Pa 미만일 경우 인써트의 측면 대비 상면의 박막 두께 비율이 약 70% 미만으로 얇아져 절삭가공 시 빠른 상면 마모를 유발하며 측면과 상면의 응력 불균일을 초래하여 20㎛ 미만의 박막 두께에서 박리를 유발할 수 있다, 반응압력이 5Pa를 초과할 경우 박막표면의 압축응력이 낮아지며 인써트의 경도 및 내 소성 변형성(H3/E2)이 저하되므로 상기 공정 조건으로 제조되는 것이 바람직함을 알 수 있다.
또한, 도 8 및 도 9에서 확인되는 바와 같이, XRD 분석 결과, 비교예(도 6 및 도 7 참조)와 달리, 본 발명의 실시예에 따라 형성된 표 2의 경질피막의 경우, (200)면이 인써트 표면의 법선방향에서 30°~60° 방향으로 우선성장한 상태를 나타내었다.
구분 드랍렛
종횡비 1.5
이하 분율		 박막두께
(㎛)		 절삭회수
vc:200 vc:300
비교예2-1 0 9.4 145 55
실시예2-1 62 8.7 130 60
실시예2-2 90 7.6 125 60
비교예2-2 100 6.9 65 50
비교예2-3 13 6.3 105 70
비교예2-4 45 6.6 115 60
비교예2-5 37 7.8 50 55
실시예2-3 100 9.2 115 105
비교예2-6 43 11.7 100 95
비교예2-7 57 10.4 90 90
실시예2-4 85 8.9 130 110
실시예2-5 90 8.7 130 110
비교예2-8 90 7.4 90 75
실시예2-6 100 15.6 155 145
실시예2-7 100 12.3 150 130
실시예2-7 100 12.6 145 120
실시예2-9 100 9.1 130 100
실시예2-10 100 8.4 115 105
실시예2-11 100 9.3 165 110
실시예2-12 100 10.2 115 110
실시예2-13 100 8.2 155 115
실시예2-14 100 7.3 155 100
실시예2-15 100 7.7 145 120
실시예2-16 100 8.2 115 100
실시예2-17 100 9.3 145 145
위 표 3에서 확인되는 바와 같이, 실시예 2-1~2-17에 따른 경질피막과 같이 입도 1㎛ 이상의 드랍렛의 종횡비가 1.5 이하인 것이 50% 이상인 것(즉, 큰 드랍렛의 종횡비를 1.5 이하로 유지하는 분율을 최대화한 것)이 그렇지 않은 것(비교예 2-1~2-8)에 비해 향상된 절삭 성능을 나타내었다.
즉, 본 발명의 실시형태에 따른 초경합금 모재에 상기 절삭공구의 경사면의 인선부로부터 5~50㎛ 범위에 위치하는 피막 표면의 입도가 1㎛ 이상인 드랍렛(droplet) 중 종횡비가 1.5 이하인 입자의 비율이 50% 이상으로 형성된 경질피막이 형성될 경우, 그렇지 않은 것에 비해 향상된 절삭 성능을 구현할 수 있다.

Claims (4)

  1. 초경합금으로 이루어진 모재와 상기 모재의 적어도 일 부분에 형성된 경질피막을 포함하는 절삭공구로,
    상기 모재는, 5.5~10중량%의 Co와, WC를 제외한 4~15중량%의 탄화물과, 나머지 WC 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    상기 WC의 평균입도가 0.8~3㎛이고,
    상기 모재의 표면에는 CFL(Cubic phase Free Layer)층이 5㎛ 미만의 두께로 형성되어 있고,
    상기 경질피막은, 단층 또는 2층 이상의 다층 구조로 이루어지고,
    PVD법으로 형성된 TiaAlbMecC1-xNxOy(0.3≤a≤0.6, 0.4≤b≤0.7, 0≤c≤0.1, 0.5≤x≤1, 0≤y≤0.5, Me는 4a, 5a, 6a족, Si, B, S로부터 선택되는 1종 이상)로 이루어진 층을 포함하고,
    상기 절삭공구의 경사면의 인선부로부터 5~50㎛ 범위에 위치하는 피막 표면의 입도가 1㎛ 이상인 드랍렛(droplet) 중 종횡비가 1.5 이하인 입자의 비율이 50% 이상인, 경질피막이 형성된 절삭공구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경질피막의 총 두께는 5~20㎛인, 경질피막이 형성된 절삭공구.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절삭공구는 인써트를 포함하고,
    상기 PVD법으로 형성된 TiaAlbMecC1-xNxOy 층은 XRD 분석 시, (200)면이 인써트 표면의 법선방향에서 30°~60° 방향으로 우선성장한, 경질피막이 형성된 절삭공구.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 PVD법으로 형성된 TiaAlbMecC1-xNxOy 층은 2Pa 이상 5Pa 이하의 반응압력에서 형성된, 경질피막이 형성된 절삭공구.
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