KR20200039690A - 성능 향상된 탭 드릴 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 및 코팅을 포함하는 탭 드릴에 관한 것이며, 여기에서 코팅은 드릴의 헤드를 포함하는 기판의 적어도 일부에 증착되고, 코팅은 기판에 직접 증착된 제1 층 및 상기 제1 층 위에 증착된 제2 층을 포함하고, 제1 층은 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링(HiPIMS)에 의해 증착된 (Al, Cr)N의 내마모성 층이고 제2 층은 마찰 감소 층이며, 제2 층은 마그네트론 스퍼터링 유형, 바람직하게는 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링 유형의 물리 기상 증착(PVD) 프로세스를 사용하여 증착된 금속 카바이드 층 또는 금속 카바이드 함유층이다.

Description

성능 향상된 탭 드릴
본 발명은 Al-Cr-N의 내마모성 층과 상기 내마모성 층 위에 증착된 마찰 감소 층을 포함하는, 성능 향상된 탭 드릴 및 탭 드릴의 제조 방법에 관한 것이다.
미국특허 US 9540726 B2에서, 적어도 드릴 헤드를 코팅함으로써 드릴, 특히 탭 드릴 및 마이크로 드릴의 성능을 향상시키는 것이 제안되어 있다. 코팅은 드릴 기판(substrate)에 직접 적용되며 하나 이상의 질화물 및/또는 탄화물 및/또는 산화물의 하나 이상의 층을 포함하는 적어도 하나의 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링(HiPIMS) 코팅, 및 상기 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링 층 상에 제공된 비정질 탄소 또는 DLC(diamond like carbon) 층을 포함한다. 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링 코팅은 (Al, Cr)N 층일 수 있고 DLC 층은 금속을 함유한 DLC 층일 수 있다. US 9540726 B2에 제시된 드릴은 스테인리스 강 공작물의 드릴링 작업에 사용할 수 있지만, 공구 수명은 비교적 짧다.
본 발명의 목적은 종래 기술과 비교하여 스테인리스 강 공작물의 드릴링 작업에서 더욱 우수한 성능 및 공구 수명을 나타낼 수 있는 코팅된 탭 드릴 및 탭 드릴의 제조 방법을 제공하는 것이다. 특히, 마찰 감소 및 냉간 용접 감소 특성과 관련하여 성능이 더욱 우수하다.
본 발명의 목적은 기판 및 코팅을 포함하는 탭 드릴을 제공함으로써 달성되며, 여기에서 코팅은 드릴의 헤드를 포함하는 기판의 적어도 일부에 증착되고, 코팅은 기판에 직접 증착된 제1 층 및 상기 제1 층 위에 증착된 제2 층을 포함하고, 제1 층은 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링에 의해 증착된 (Al, Cr)N의 내마모성 층이고, 제2 층은 마찰 감소 층이며,
제2 층은 금속 마그네트론 스퍼터링 유형, 바람직하게는 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링 방법 유형의 물리 기상 증착(PVD) 프로세스를 사용하여 증착된 금속 카바이드 층 또는 금속 카바이드 함유층인 것을 특징으로 한다.
HiPIMS 방법은 고출력 펄스식 마그네트론 스퍼터링이라는 용어로 인해 HPPMS 방법으로 또한 알려져 있다.
스퍼터링에 의해, 특히 HiPIMS에 의해 생성된 코팅은, 특히 아크-증착 코팅이 후처리 되지 않는 경우, 아크에 의해 생성된 코팅에 비해 훨씬 우수한 성능을 나타낸다.
HiPIMS는 조밀하고 매끄러운 코팅을 생성할 수 있는 가능성을 제공한다. 도 1에 도시된 AlCrN + WC/C 코팅과 같은 코팅은 하나의 증착 실행에서 생성될 수 있다.
바람직하게는, 마찰 감소 층은 바람직하게는 탄소-함유 티타늄 질화물 또는 티타늄 탄질화물 또는 텅스텐 카바이드로 도핑된 다이아몬드 유사 탄소 또는 텅스텐 카바이드 층이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 금속 카바이드 층은 텅스텐 카바이드 층일 수 있거나 또는 주로(50 원자% 초과의) 텅스텐 카바이드를 포함하고, 바람직하게는 70 원자% 초과의 텅스텐 카바이드를 포함하고, 더욱 바람직하게는 90 원자% 초과의 텅스텐 카바이드를 포함한다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시예에 따라, 금속 카바이드 층은 티타늄 카바이드 층일 수 있거나 또는 주로(50 원자% 초과의) 티타늄 카바이드를 포함하고, 바람직하게는 70 원자% 초과의 티타늄 카바이드를 포함하고, 더욱 바람직하게는 90 원자% 초과의 티타늄 카바이드를 포함한다.
바람직하게는, 제2 층은 WC/C 유형의 텅스텐 카바이드 함유층이다.
본 발명의 목적은 청구항 6에 따른 탭 드릴을 제조하는 방법을 제공함으로써 달성된다.
바람직하게는, 제2 층은 WC/C 유형의 텅스텐 카바이드 함유층이고 아르곤 및 탄소-함유 가스, 바람직하게는 아세틸렌 가스를 포함하는 분위기에서 WC 타겟의 스퍼터링에 의해 증착된다.
바람직하게는 HiPIMS 기술이 WC 타겟의 스퍼터링을 위해 사용된다.
바람직하게는 제2 층은 티타늄 카바이드 함유층이고, 아르곤 및 탄소-함유 가스, 바람직하게는 아세틸렌 가스를 포함하는 분위기에서 Ti 또는 TiC 타겟의 스퍼터링에 의해 증착된다.
바람직하게는 HiPIMS 기술이 TiC 타겟의 Ti의 스퍼터링을 위해 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 탭 드릴을 위한 코팅을 보여주는 도면이다.
도 2는 종래 기술과 비교하여 본 발명의 이점들을 보여주는 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 탭 드릴(1)의 상부에서의 사진을 도시한다. 탭 드릴(1)은 기판(2) 및 코팅(3)을 포함한다. 코팅(3)은 드릴(1)의 헤드를 포함하는 기판(2)의 적어도 일부에 증착된다.
코팅(3)은 제1 층(4)을 포함한다. 제1 층(4)은 기판(2)에 직접 증착된다. 코팅(3)은 제2 층(5)을 포함한다. 제2 층(5)은 제1 층(4)의 위에 증착된다.
제1 층(4)은 (Al, Cr)N의 내마모성 층이다. 제1 층(4)은 HiPIMS에 의해 증착된다. 제2 층(5)은 마찰 감소 층이다. 제2 층(5)은 금속 카바이드 층 또는 금속 카바이드 함유층이다. 바람직하게는 탄소 함유 티타늄 질화물 또는 티타늄 탄질화물 또는 텅스텐으로 도핑된 다이아몬드 유사 탄소 또는 텅스텐 카바이드 층일 수 있다. 제2 층(5)은 바람직하게는 마그네트론 스퍼터링 유형, 바람직하게는 HiPIMS 유형의 물리 기상 증착(PVD) 프로세스를 사용하여 증착된다.
이는 도 2에서 알 수 있는데, 도 2는 상이한 코팅들 및/또는 증착 방법들의 상대적인 공구 수명을 다이어그램으로 보여준다. 벤치마크(Benchmark) 공구의 공구 수명은 100%로 규정된다. 도 2에서 벤치마크 공구는 TiN으로 증착되었다. AlCrN 코팅은 벤치마크와 비교하여 100%의 동일한 공구 수명을 나타낸다. 아크 증착에 의해 증착되고 거칠기를 감소시키기 위해 후처리된 AlCrN + TiN 코팅은, 벤치마크와 비교하여 160%의 공구 수명을 나타낸다. 공구 수명이 현저하게 증가한 것을 알 수 있다. 아크 증착에 의해 증착된 AlCrN + WC/C 코팅은 벤치마크와 비교하여 3%의 공구 수명을 나타낸다. HiPIMS 증착에 의해 증착된 AlCrN + WC/C 코팅은 벤치마크와 비교하여 710%의 공구 수명을 나타낸다.
AlCrN + TiN 코팅(아크에 의해 증착되고 거칠기를 감소시키기 위해 후처리한)은 벤치마크와 대비하여 공구 수명이 현저하게 증가한 것을 보여준다.
매끄러운 코팅 표면은 장점이 있다.
스퍼터링에 의해, 특히 HiPIMS에 의해 생성된 코팅은, 특히 아크-증착 코팅이 후처리 되지 않은 경우, 아크에 의해 생성된 코팅에 비해 훨씬 우수한 성능을 나타낸다.
HiPIMS는 조밀하고 매끄러운 코팅을 생성할 수 있는 가능성을 제공한다. 도 1에 도시된 AlCrN + WC/C 코팅과 같은 코팅은 하나의 증착 실행으로 생성될 수 있다.
AlCrN + Ti(CN) 코팅은 공구 수명의 증가를 보여준다. 이것은 실제로 응용의 주요 주제이다.
바람직하게는, 제1 층(4)은 HiPIMS 기술을 사용하여 질소 반응성 분위기(아르곤 및 질소를 포함하거나 질소만을 포함하는)에서 Cr 타겟을 스퍼터링 하는 것에 의해 증착된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 제2 층(5)은 아르곤 및 탄소-함유 가스, 바람직하게는 아세틸렌 가스를 포함하는 분위기에서(즉, 바람직하게는 아르곤 및 아세틸렌 가스를 포함하는 분위기에서) WC 타겟의 스퍼터링에 의해 증착될 수 있는 WC/C (WC + C) 유형의 텅스텐 카바이드 함유층이다. 이 바람직한 실시예의 변형에 따라, 종래의 스퍼터링 기술 대신에 HiPIMS 기술이 WC 타겟의 스퍼터링을 위해 사용된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 제2 층(5)은 아르곤 및 탄소-함유 가스, 바람직하게는 아세틸렌 가스를 포함하는 분위기에서(즉, 바람직하게는 아르곤 및 아세틸렌 가스를 포함하는 분위기에서) Ti 또는 TiC 타겟의 스퍼터링에 의해 증착될 수 있는 티타늄 카바이드 함유층이다. 이 바람직한 실시예의 변형에 따라, 종래의 스퍼터링 기술 대신에 HiPIMS 기술이 Ti 또는 TiC 타겟의 스퍼터링을 위해 사용된다.

Claims (10)

  1. 기판(2) 및 코팅(3)을 포함하는 탭 드릴(1)에 있어서,
    코팅(3)은 드릴의 헤드를 포함하는 기판(2)의 적어도 일부에 증착되고, 코팅(3)은 기판(2)에 직접 증착된 제1 층(4) 및 상기 제1 층(4)의 위에 증착된 제2 층(5)을 포함하고, 제1 층(4)은 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링(HiPIMS)에 의해 증착된 (Al, Cr)N의 내마모성 층이고 제2 층(5)은 마찰 감소 층이며,
    제2 층(5)은 마그네트론 스퍼터링 유형, 바람직하게는 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링 유형의 물리 기상 증착(PVD) 프로세스를 사용하여 증착된 금속 카바이드 층 또는 금속 카바이드 함유층인 것을 특징으로 하는 탭 드릴.
  2. 제1항에 있어서,
    제2 층(5)은 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링을 사용하여 증착되는 것을 특징으로 하는 탭 드릴.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    금속 카바이드 층은 텅스텐 카바이드 층이거나 또는 주로(50 원자% 초과의) 텅스텐 카바이드를 포함하고, 바람직하게는 70 원자% 초과의 텅스텐 카바이드를 포함하고, 더욱 바람직하게는 90 원자% 초과의 텅스텐 카바이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 탭 드릴.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    금속 카바이드 층은 티타늄 카바이드 층이거나 또는 주로(50 원자% 초과의) 티타늄 카바이드를 포함하고, 바람직하게는 70 원자% 초과의 티타늄 카바이드를 포함하고, 더욱 바람직하게는 90 원자% 초과의 티타늄 카바이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 탭 드릴.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 층(5)은 WC/C 유형의 텅스텐 카바이드 함유층인 것을 특징으로 하는 탭 드릴.
  6. 기판(2) 및 코팅(3)을 포함하는 탭 드릴(1)을 제조하는 방법에 있어서,
    코팅(3)은 드릴의 헤드를 포함하는 기판(2)의 적어도 일부에 증착되고, 코팅(3)은 제1 층(4) 및 제2 층(5)을 포함하며,
    제1 층(4)은 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링(HiPIMS)에 의해 기판(2)에 직접 증착된 (Al, Cr)N의 내마모성 층이고,
    제2 층(5)은 마찰 감소 층이고, 제2 층(5)은 금속 카바이드 층 또는 금속 카바이드 함유층이며, 마그네트론 스퍼터링 유형, 바람직하게는 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링 유형의 물리 기상 증착(PVD) 프로세스를 사용하여 증착되는 것을 특징으로 하는 탭 드립(1) 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    제2 층(5)은 WC/C 유형의 텅스텐 카바이드 함유층이고, 아르곤 및 탄소-함유 가스, 바람직하게는 아세틸렌 가스를 포함하는 분위기에서 WC 타겟의 스퍼터링에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 탭 드릴(1) 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    WC 타겟의 스퍼터링을 위해 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링 기술이 사용되는 것을 특징으로 하는 탭 드릴(1) 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    제2 층(5)은 티타늄 카바이드 함유층이고, 아르곤 및 탄소-함유 가스, 바람직하게는 아세틸렌 가스를 포함하는 분위기에서 Ti 또는 TiC 타겟의 스퍼터링에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 탭 드릴(1) 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    TiC 타겟의 Ti의 스퍼터링을 위해 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링 기술이 사용되는 것을 특징으로 하는 탭 드릴(1) 제조 방법.
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