KR20200094758A - 열적 안정성이 향상된 Al-Cr 계열 세라믹 코팅 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진공 코팅 챔버에서 알루미늄, 크롬, 산소 및 질소를 포함하는 다층 박막을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 다층 박막은 서로 교대로 증착된 유형 A 층들 및 유형 B의 층들을 포함하며, 다층 박막의 증착 동안 알루미늄 및 크롬을 포함하는 하나 이상의 타겟이 PVD 기술에 의해 음극으로서 작동되며 이 방식에서 알루미늄 및 크롬을 공급하기 위한 재료 공급원으로서 사용되고, 산소 가스 흐름 및 질소 가스 흐름이 알루미늄 및 크롬과 반응하기 위해 진공 챔버 내에 반응 가스로서 도입되어, 다층 박막을 형성하기 위한 산소 및 질소를 공급하며, A 층은 반응 가스로서 질소와 산소를 동시에 사용하여 Al-Cr-O-N의 산질화물 층으로 증착되고, B 층은 Al-Cr-N 층의 형성을 위한 반응 가스로서 질소만을 사용하기 위하여 산소 가스 흐름을 감소시키고 질소 가스 흐름을 증가시키는 것에 의해 Al-Cr-N의 질화물 층으로서 증착되고, 다층 박막에서 산소 함량과 질소 함량 사이의 관계는 1.8 내지 4의 값을 갖는 원자 백분율의 비율에 상응하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고온에서 향상된 열적 안정성을 나타내는 Al-Cr-O-N 계열 코팅에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명의 코팅을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "고온"은 1000℃ 초과, 특히 1020℃ 이상의 온도를 지칭하는 용어로 이해되어야 한다.
알루미늄 크롬 산화물 함유 코팅과 알루미늄 크롬 질화물 함유 코팅(각각, Al-Cr-O 계열 코팅과 Al-Cr-N 계열 코팅이라고도 함)은 일반적으로 음극 아크 기화(이하 CAE로 약칭함)에 의해 합성된다. 이들은 상이한 종류의 공구, 예켠대 절삭, 성형 및 밀링 공구를 코팅하기 위해 널리 사용되는 재료이다.
이들 재료는 특히 우수한 열적-기계적 성질 및 높은 내마모성 및 내산화성을 나타내는 것으로 알려져 있다.
그러나, 공구 및 부품의 성능 및 수명의 추가 증가에 대한 현재의 요구는 이미 잘 확립되고 널리 사용되는 코팅 재료에 대해서도 개선을 요구한다.
건식 고속 절단과 같은 가공 작업에서, 보호 코팅은 1000℃ 또는 그 이상의 온도를 견뎌야 한다.
특히, 면심 입방체 단일 상 및 x = 0.7의 문턱값에 가급적 가까운 값에 상응하는 Al 몰 분율을 나타내는 (AlxCr1-x)N 코팅은 기계적 성질 및 열적 안정성의 우수한 조합을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 그러나, PVD 공정에 의한 (AlxCr1-x)N 코팅의 모놀리식 성장(즉, 단일 층으로서) 및 다층 성장 동안에, (AlxCr1-x)N의 면심 입방체 단일 상은 알루미늄 질화물의 우르자이트 상(이하 w-AlN으로도 약칭함)과 크롬의 체심 입방체 상(이하, bcc-Cr으로 약칭함)으로 분해되는 것으로 관찰되었으며, 크롬의 체심 입방체 상은 중간에 형성된 육방체 상의 크롬 질화물(이하 h-Cr2N으로도 약칭함)의 질소의 방출을 통해 형성된다.
이러한 상 전이는, 특히 큰 부피 변화 및 질량 손실과 관련될 때 코팅 성능을 현저히 저하시킨다. 따라서, 적용 온도 또는 심지어 더 높은 온도에서 이러한 상 전이의 개시를 억제하는 가능성을 찾는 것이 바람직할 수 있다.
질소 대신에 산소와 Al 및 Cr의 화학적 조합은 훨씬 더 높은 열적 안정성 및 산화 환경에서의 저항성과 같은 완전히 다른 물질 특성을 발생시킨다.
가공 공구의 성능을 향상시키는 데 사용되는 Al2O3 코팅은 일반적으로 800 ~ 1000℃의 온도에서 수행되는 화학 기상 증착(이하 CVD로도 약칭함) 프로세스에 의해 생성된다. 이러한 종류의 코팅은 전형적으로 알파 구조 또는 카파 구조(이하 각각 α-구조 및 κ-구조로도 약칭함)를 나타내게 성장하며 우수한 내마모성 및 높은 고온 경도를 제공하는 것으로 알려져 있다.
그러나 커런덤(corundum) 구조를 나타내는 α-Al2O3의 성장 온도의 감소는 특히 Al2O3의 다형성(polymorphic) 특성 때문에 커다란 도전 과제를 구성한다.
α-Al2O3 코팅 대신 커런덤 타입 (Al,Cr)203 고용체로 형성된 코팅의 사용은 지난 몇 년간 가공 공구를 코팅하기 위한 유망한 대안으로 입증되었다. 주된 이유는 아마도 다음과 같다:
- Cr은 α-Al2O3와 유사한 격자 상수 및 α-Al2O3와의 특정 혼화성을 가진 동등 구조의 α-타입 Cr203을 형성하며.
- α-타입 Cr203가 PVD 공정을 이용하여 쉽게 형성될 수 있으며,
- PVD 프로세스, 특히 CAE를 이용하여 500℃ ~ 600℃의 공정 온도에서 준안정성 커런덤 타입 (Al,Cr)203 고용체 박막의 성장을 촉진할 수 있다.
그러나 상기 준안정성 커런덤 타입 (Al,Cr)203 고용체 박막을 사용하는 것의 명백한 결점은, 코팅 공구가 고온에 노출되는 가공 작업 동안, 특히 커런덤 타입 (Al,Cr)203 고용체 박막에서 Al 몰 분율은 50%보다 높고(즉, x > 0.5 이고) 박막이 PVD에 의해 저온에서(예를 들어 500℃ 내지 600℃에서) 제조된 경우, 바람직하지 않은 상들이 일반적으로 형성된다는 것이다.
본 발명의 주요 목적은 기판 표면에, 고온에서 열적 안정성을 나타내는 Al-Cr 계열 코팅을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 Al-Cr-O-N으로 제조된 유형 A의 복수의 개별 층과 Al-Cr-N으로 제조된 유형 B의 복수의 개별 층을 포함하는 다층 구조를 나타내는 Al-Cr-O-N 박막(이하 다층 박막으로도 지칭됨)을 구비한 코팅을 제공함으로써 달성될 수 있으며, 유형 A의 개별 층은 유형 B의 개별 층에 대해 교대로 증착되며 따라서 유형 A의 개별 층 각각이 유형 B의 2 개의 개별 층 사이에 증착되거나, 유형 B의 각각의 개별 층이 유형 A의 2 개의 개별 층 사이에 증착되어, ...B/A/B/A/B/A/B/A/B/A/B... 와 같은 개별 층의 순서를 갖는 다층 구조를 형성한다. 다층 구조를 갖는 Al-Cr-O-N 박막에서 평균적으로 O 함량과 N 함량 사이의 관계는 1.8 내지 4의 값, 바람직하게는 2 내지 3의 값을 갖는 0 : N의 비율에 대응한다. 이 비율은 O의 함량과 N의 함량만이 계산을 위해 고려될 때, Al-Cr-O-N 박막에서 원자 백분율로 O의 평균 함량을 Al-Cr-O-N 박막에서 원자 백분율로 N의 평균 함량을 나눈 것에 의한 몫이다. 이는 O의 함량과 N의 함량의 합이 100 at.%(원자%)가 되는 방식으로 원자 백분율로 O의 함량 및 원자 백분율로 N의 함량을 정규화 함을 의미한다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시 양태에 따라, ...B/A/C/A/B/A/C/A/B/A/C/A/B... 와 같은 개별 층의 순서를 갖는 다층 구조가 형성되는 방식으로, Al-Cr-O-N 박막은 Al-Cr-O로 제조된 유형 C의 개별 층을 추가로 포함하여 제조된다.
본 발명에 따른 코팅은,
- ...B/A/B/A/B/A/B/A/B/A/B... 와 같은 개별 층의 순서를 갖는 다층 구조를 가진 하나 이상의 Al-Cr-O-N 박막, 또는
- ...B/A/C/A/B/A/C/A/B/A/C/A/B... 와 같은 개별 층의 순서를 갖는 다층 구조를 가진 하나 이상의 Al-Cr-O-N 박막, 또는
- ...B/A/B/A/B/A/B/A/B/A/B... 와 같은 개별 층의 순서를 갖는 다층 구조를 가진 하나 이상의 Al-Cr-O-N 박막 및 ...B/A/C/A/B/A/C/A/B/A/C/A/B... 와 같은 개별 층의 순서를 갖는 다층 구조를 가진 하나 이상의 Al-Cr-O-N 박막을 포함하고,
Al-Cr-O-N 박막의 A 및 B 층에 존재하는 그리고 경우에 따라 A, B 및 C 층에 존재할 수 있는 상들의 분해에 대한 놀라운 저항성을 나타낸다.
본 발명자들은 또한, 코팅에 존재하는 Al-Cr-O-N 박막과 기판 사이에 증착되는, 또는 하나 이상의 Al-Cr-O-N 박막이 코팅에 존재하는 경우에 기판과 기판에 가장 가까이 증착된 Al-Cr-O-N 박막 사이에 증착되는 혹은 2 개의 상이한 Al-Cr-O-N 박막 사이에 증착되는 추가 층 예를 들어 Cr-함유 층을 포함한다. 놀랍게도, 본 발명자들은 이들 추가 층, 특히 Cr-함유 층에 존재하는 상들의 분해에 대한 방지가 또한 달성될 수 있음을 관찰하였다.
본 발명에 따른 코팅에 존재하는 하나 이상의 Al-Cr-O-N 박막은 코팅에서 O의 확산에 대한 장벽으로서 및 Cr의 확산에 대한 장벽으로서도 작용할 수 있는 것으로 보인다. 이에 의해, 고온에서 코팅 성분의 확산 및 질량 손실(예를 들어, 코팅 표면에서 휘발성 Cr-O 화합물의 형성에 의해 야기되는 Cr의 확산 및 Cr의 손실)을 방지한다.
본 발명의 하나 이상의 바람직한 실시예에 따라, 코팅은 코팅의 최외곽 표면을 형성하는 증착된 하나의 Al-Cr-O-N 박막을 포함한다.
본 발명에 따른 코팅, 특히 코팅에 포함된 하나 이상의 Al-Cr-O-N 박막은 바람직하게는 물리 기상 증착(PVD) 방법에 의해 제조된다.
본 발명의 코팅을 제조하기 위해 임의의 PVD 방법이 적합할 수 있다. 예를 들어, 음극 아크 기화 또는 음극 스퍼터링은 고출력 펄스 마그네트론 스퍼터링(HPPMS)이라고도 하는 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링(HIPIMS)이라 하는 스퍼터링 변형을 포함한다.
그러나, 본 발명에 따른 코팅의 증착이 상기 언급된 방법에만 한정되는 것은 아니다.
고온에서 높은 열적 안정성 및 우수한 기계적 성질을 달성하기 위해, 유형 A의 층은 1.5 내지 4의 값을 갖는 Al : Cr의 비율로 표현될 수 있는 A 층에서의 Al 함량과 Cr 함량 사이의 관계가 되는 각각의 농도로 Al 및 Cr을 포함해야 한다. 이 비율은 Al 및 Cr의 함량만이 계산에 고려될 때 A 층에서 원자 백분율로 Al의 함량을 A 층에서 원자 백분율로 Cr의 평균 함량으로 나눈 몫이다. 이는 Al의 함량과 Cr의 함량의 합이 100 at.%가 되는 방식으로 원자 백분율로 Al의 함량 및 원자 백분율로 Cr의 함량을 정규화 함을 의미한다.
Al-Cr-O-N 박막에 A 및 B 층만이 포함되는 경우, 바람직하게는 고온에서 높은 열적 안정성 및 우수한 기계적 성질을 달성하기 위해, 유형 A의 층 및 유형 B의 층 모두는 A 층에 대해 상기 언급된 바와 같이 Al 함량 및 Cr 함량을 갖게 제조되어야 한다.
C 층이 Al-Cr-O-N 박막에 추가로 포함되는 경우, 바람직하게는 고온에서 높은 열적 안정성 및 우수한 기계적 성질을 달성하기 위해, 3 가지 유형의 층, 즉 A, B 및 C 층은 A 층에 대해 상기 언급된 바와 같이 Al 함량 및 Cr 함량을 갖게 제조되어야 한다.
이러한 마지막 두 가지 경우에, 다층 구조를 갖는 Al-Cr-O-N 박막에서 평균적으로 Al 함량과 Cr 함량 사이의 관계는 1.5 내지 4의 값을 갖는 Al : Cr의 비율에 상응해야 한다. 이 비율은 Al 및 Cr의 함량만이 계산에 고려될 때 Al-Cr-O-N 박막에서 원자 백분율로 Al의 평균 함량을 Al-Cr-O-N 박막에서 원자 백분율로 Cr의 평균 함량으로 나눈 몫이다. 이는 Al의 함량과 Cr의 함량의 합이 100 at.%가 되는 방식으로 원자 백분율로 Al의 함량 및 원자 백분율로 Cr의 함량을 정규화 함을 의미한다. 상기 언급된 Al 및 Cr 농도의 제한은 예를 들어 Al의 농도가 70 at.%이고 Cr의 농도가 30 at.% 인 경우를 포함하며, 이 경우에 Al : Cr의 비율은 대략 2.33이다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시 양태에 따라, B 층에 존재하는 N의 함량 및 O의 함량만이 계산을 위해 고려될 때, 코팅에 포함된 하나 이상의 Al-Cr-O-N 박막의 B 층은 10 at.%를 초과하지 않는 작은 농도의 산소를 포함하는 Al-Cr-N 층으로서 제조될 수 있다. 이는 Al의 함량과 Cr의 함량의 합이 100 at.%가 되는 방식으로 원자 백분율로 Al의 함량 및 원자 백분율로 Cr의 함량을 정규화 함을 의미한다.
진공 코팅 챔버에서 단일층 Al-Cr-O-N 박막의 PVD 증착 및 또한 다층 Al-Cr-O-N 박막의 PVD 증착을 위해, 고체상에서 알루미늄 및 크롬을 포함하는 하나 이상의 타겟이 Al-Cr-O-N 층의 형성을 위해 알루미늄 및 크롬을 공급하는 재료 공급원으로서 사용될 수 있다. 마찬가지로, 산소 가스 흐름 및 질소 가스 흐름은 Al-Cr-O-N 층의 형성을 위한 산소 및 질소를 공급하기 위해 진공 코팅 챔버에 반응 가스로서 도입될 수 있다. 옵션으로, 하나 이상의 불활성 가스(예를 들어 아르곤)의 흐름은 예를 들어 공정 안정성을 개선하거나 코팅 파라미터를 조정하기 위해 당업자에게 공지된 방식으로 작업 가스로서 진공 코팅 챔버에 또한 도입될 수 있다.
하나 이상의 타겟은 예를 들어 아크 기화 기술 또는 임의의 스퍼터링 기술을 사용하여, 타겟 재료를 고체상으로부터 증기상으로 되게 하기 위해 음극으로서 작동될 수 있다.
이러한 방식으로, Al-Cr-O-N 층은 진공 코팅 챔버의 내부에서 산소 및 질소를 포함하는 반응성 분위기에서 타겟을 작동시킴으로써 형성될 수있다.
다층 Al-Cr-O-N 박막의 증착을 위해, 산소 가스 흐름 및 질소 가스 흐름은 각각 유형 A 층 및 유형 B 층을 형성하기 위해 변경될 수 있다.
질소 분압이 유형 A 층을 생성하기 위해 감소될 수 있고 유형 B 층을 생성하기 위해 증가될 수 있으며, 이로써 유형 B 층보다 낮은 질소 함량을 포함하는 유형 A 층이 형성된다.
본 발명의 맥락에서, 상기 언급된 알루미늄 및 크롬을 포함하는 하나 이상의 타겟은 알루미늄 및 크롬을 주성분으로 포함하는 타겟이다.
알루미늄 및 크롬을 포함하는 타겟은 바람직하게는 알루미늄 및 크롬으로 제조된 타겟이다. 본 발명의 맥락에서 용어 "알루미늄 및 크롬으로 제조된 타겟"은 알루미늄 및 크롬으로 구성되는 타겟을 지칭하지만 불가피한 불순물을 포함할 수도 있다.
산소를 포함하지 않거나 실질적으로 산소를 포함하지 않는 상기 언급된 질화물 B 층을 제조하기 위해, 본 발명자들은 산소 가스 흐름이 완전히 중단되거나 거의 완전히 중단될 때까지 다층 박막의 증착 동안 산소 가스 흐름을 감소시킬 것을 권장한다. 본 발명의 맥락에서, '거의 완전히 중단'이라는 용어는 실질적으로 질화물 B 층의 형성에 기여하지 않는 무시할 수 있는 나머지 가스 흐름을 의미하는 용어로 이해되어야 한다. 환언하면, 산소 분자의 수는 질소 분자의 수와 비교하여 너무 적어서, 무시할 수 있는 나머지 산소 가스 흐름은 질화물 B 층 내에 미량의 불순물이 된다.
결정 입방체 상은 우수한 기계적 성질을 생성하는 것으로 알려져 있기 때문에, 본 발명자들은 Al-Cr-O-N 박막의 결정 입방체 상을 생성하기 위해 당업자에게 공지된 방식으로 공정 온도, 코팅 챔버의 전체 가스 압력, 재료 공급원으로 사용되는 타겟 도는 타겟들에서의 전력 밀도 또는 전류 밀도, 코팅될 기판에 인가되는 바이어스 전압 등과 같은 추가의 코팅 파라미터를 선택할 것을 권장한다.
본 발명은 다음과 같은 것들을 또한 개시한다.
전술한 바와 같은 방법에서, 다층 박막은 질소 가스 흐름을 감소시키고 산소 가스 흐름을 증가시킴으로써 산화물 층으로서 증착된 유형 C의 개별 층을 추가로 포함하고, 이에 의해 각각의 경우에 하나의 A 층과 하나의 B 층 사이 또는 하나의 B 층과 하나의 A 층 사이에 증착되어 ...B/A/C/A/B/A/C/A/B/A/C/A/B... 와 같은 개별 층의 순서를 갖는 다층 구조를 형성하는 Al-Cr-O의 산화물 층을 형성한다.
전술한 바와 같은 방법에서, A 층은 가변 함량의 질소 및 산소를 갖는 구배 층으로서 증착되고, B 층 상에 증착된 A 층은 다층 박막의 최외측 표면 방향으로 그 개별 두께를 따라 증가하는 산소 함량 및 감소하는 질소 함량을 나타내며, C 층 상에 증착된 A 층은 다층 박막의 최외측 표면 방향으로 그 개별 두께를 따라 증가하는 질소 함량 및 감소하는 산소 함량을 나타낸다.
상기 언급된 실시예들 중 어느 하나에 설명된 바와 같은 방법에서, 다층 박막은 다층 박막에 포함된 A 및 B 층의 쌍의 양이 12개 이상인 것에 상응하는 이중층 기간을 갖게, 바람직하게는 25개 이상의 이중층 기간을 갖게, 보다 바람직하게는 50개 이상의 이중층 기간을 갖게 증착된다.
터빈 구성요소는 상기 언급된 방법들 중 어느 하나를 사용하여 증착된 다층 박막을 포함하는 코팅으로 코팅된다.
증기 터빈은 상기 언급된 방법들 중 어느 하나를 사용하여 증착된 다층 박막을 포함하는 코팅으로 코팅된다.
가스 터빈은 상기 언급된 방법들 중 어느 하나를 사용하여 증착된 다층 박막을 포함하는 코팅으로 코팅된다.
연소 엔진의 구성요소는 상기 언급된 방법들 중 어느 하나를 사용하여 증착된 다층 박막을 포함하는 코팅으로 코팅된다.
본 발명은 다음과 같은 것을 달성할 수 있기 때문에 적어도 종래 기술과 비교하여 특히 유리하다:
- 1000℃ 이상의 고온에서 Al-Cr-N가 w-AlN 및 h-Cr2N으로 분해됨으로써 시작되는 질량 손실에 대항하는 증가된 저항성,
- Al-Cr-O-N 코팅에 대한 향상된 산소 장벽 특성,
- Cr 확산이 일어나는 유사한 코팅들과 비교하여, 최대 1500℃ 까지 Al-Cr 계열 코팅의 높은 구조 안정성.
상기 언급된 장점을 보장하기 위해, 본 발명에 따른 코팅에 존재하는 Al-Cr-O-N 박막의 두께는 0.5 ㎛ 이상이어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, Al-Cr-O-N 박막은 1 ㎛ 이상의 두께로 증착된다.
본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 이하의 본 발명의 설명 부분에서 일부 예들이 언급될 것이다. 이를 위해, 도 1 및 도 2가 설명에서 참조될 것이다.
도 1은 서로 교대로 증착된 개별적인 B 층(이하, 질화물 층으로도 지칭함, 예를 들어 Al-Cr-N으로 제조됨), 및 개별적인 C 층(이하, 산화물 층으로도 지칭함, 예를 들어 Al-Cr-O로 제조됨)을 포함하는 다층 박막의 개략도이다. 다층 박막은 질화물 층과 산화물 층 사이에 3가지 상이한 종류의 계면인, 흐릿한 계면(blurred interface), 혼합된 계면(hybrid interface) 및 선명한 계면(distinct interface)을 나타내는데, 흐릿한 계면은 예를 들어 Al-Cr-O-N으로 제조된 A 층을 형성하여 생성된다. 도 1은 질화물 층으로서 Al-Cr-N 층과 산화물 층으로서 Al-Cr-0 층을 포함하는 다층 구조로 확립된, 정량적으로 낮음, 중간, 높음으로 분류된 계면 부피 분율을 또한 보여준다. 도 1에 도시된 바와 같이, 흐릿한 계면을 갖게 형성된 다층 박막(또는 본 명세서에서 다층 코팅이라고도 함)은 선명한 계면 또는 혼합된 계면을 갖게 형성된 다층 박막보다 높은 계면 부피 분율을 갖는 것으로 여겨지는데, 왜냐하면 흐릿한 계면은 다층 박막의 전체 두께를 따라 코팅이 더욱 길게 연장되어 있다. 이와 관련하여, 다층 박막에서 더 많은 양의 이중층은 다층 박막에서 더 많은 계면이 존재함을 초래하고, 또한 다층 박막 내에서 더 큰 계면 부피 분율을 초래한다는 것을 고려하는 것도 중요하다. 결과적으로, 더 많은 양의 이중층 및 다층 박막에서 흐릿한 계면의 형성의 조합은 다층 박막 내에서 더욱더 큰 계면 부피 분율을 초래한다.
도 2는 서로 교대로 증착된 Al-Cr-N으로 제조된 B 층으로서 개별적인 질화물 및 Al-Cr-O로 제조된 C 층으로서 개별적인 산화물 층을 포함하는 다층 박막의 DSC 및 TGA 시그널을 나타내는 도면이다. 다층 박막은 질화물 층과 산화물 층 사이에 3가지 상이한 종류의 계면인, 흐릿한 계면, 혼합된 계면 및 선명한 계면을 나타내는데, 흐릿한 계면은 Al-Cr-O-N으로 제조된 유형 A 층을 형성하여 생성된다. 도 2 (a), (b) 및 (c)는 각각 흐릿한, 혼합된 및 선명한 질화물-산화물 계면에 대한 부피 분율(12, 25 또는 50개 이중층)의 영향을 보여준다. 도 2 (d), (e) 및 (f)는 각각 12, 25, 50개 이중층에 대한 구조(선명한, 흐릿한 및 혼합된)의 영향을 보여준다.
도 1은 서로 교대로 증착된 개별적인 B 층(이하, 질화물 층으로도 지칭함, 예를 들어 Al-Cr-N으로 제조됨), 및 개별적인 C 층(이하, 산화물 층으로도 지칭함, 예를 들어 Al-Cr-O로 제조됨)을 포함하는 다층 박막의 개략도이다. 다층 박막은 질화물 층과 산화물 층 사이에 3가지 상이한 종류의 계면인, 흐릿한 계면(blurred interface), 혼합된 계면(hybrid interface) 및 선명한 계면(distinct interface)을 나타내는데, 흐릿한 계면은 예를 들어 Al-Cr-O-N으로 제조된 A 층을 형성하여 생성된다. 도 1은 질화물 층으로서 Al-Cr-N 층과 산화물 층으로서 Al-Cr-0 층을 포함하는 다층 구조로 확립된, 정량적으로 낮음, 중간, 높음으로 분류된 계면 부피 분율을 또한 보여준다. 도 1에 도시된 바와 같이, 흐릿한 계면을 갖게 형성된 다층 박막(또는 본 명세서에서 다층 코팅이라고도 함)은 선명한 계면 또는 혼합된 계면을 갖게 형성된 다층 박막보다 높은 계면 부피 분율을 갖는 것으로 여겨지는데, 왜냐하면 흐릿한 계면은 다층 박막의 전체 두께를 따라 코팅이 더욱 길게 연장되어 있다. 이와 관련하여, 다층 박막에서 더 많은 양의 이중층은 다층 박막에서 더 많은 계면이 존재함을 초래하고, 또한 다층 박막 내에서 더 큰 계면 부피 분율을 초래한다는 것을 고려하는 것도 중요하다. 결과적으로, 더 많은 양의 이중층 및 다층 박막에서 흐릿한 계면의 형성의 조합은 다층 박막 내에서 더욱더 큰 계면 부피 분율을 초래한다.
도 2는 서로 교대로 증착된 Al-Cr-N으로 제조된 B 층으로서 개별적인 질화물 및 Al-Cr-O로 제조된 C 층으로서 개별적인 산화물 층을 포함하는 다층 박막의 DSC 및 TGA 시그널을 나타내는 도면이다. 다층 박막은 질화물 층과 산화물 층 사이에 3가지 상이한 종류의 계면인, 흐릿한 계면, 혼합된 계면 및 선명한 계면을 나타내는데, 흐릿한 계면은 Al-Cr-O-N으로 제조된 유형 A 층을 형성하여 생성된다. 도 2 (a), (b) 및 (c)는 각각 흐릿한, 혼합된 및 선명한 질화물-산화물 계면에 대한 부피 분율(12, 25 또는 50개 이중층)의 영향을 보여준다. 도 2 (d), (e) 및 (f)는 각각 12, 25, 50개 이중층에 대한 구조(선명한, 흐릿한 및 혼합된)의 영향을 보여준다.
본 발명에 따라 제조된 다층 박막을 포함하는 본 발명의 코팅의 증착을 위해, 외를리콘 발저스의 인노바 타입(type Innova of Oerlikon Balzers)의 코팅 장치가 사용되었다. 코팅 기계에 음극 아크 기화 시스템이 장착되었다. 분말 야금 학적(PM)으로 제조된 타겟이 음극 재료로서 사용되었다.
특히, 아래에 설명되는 예들에서는 원자 백분율로 70 % 알루미늄 및 30 % 크롬에 상응하는 원소 조성을 갖는, 알루미늄 및 크롬으로 제조된 음극 재료(타겟)가 사용되었다. 이들 타겟은 플란제 복합재료 게엠베하(Plansee Composite Materials GmbH)에서 제조되었다.
실험을 위해 다른 종류의 기판 재료, 예를 들어 DSC 및 TGA를 위한 저합금강 포일 및 EDS 조성 분석을 위한 Si(100)가 코팅되었다. 기판은 아세톤 및 에탄올에서 10 분 동안 초음파로 세정한 다음, 대략 25 cm의 최소의 타겟-기판 거리를 두고 2중 회전 캐러셀에 장착되었다.
이하에서는 공정 설명과 실험에서 합성된 상이한 유형의 계면에 대한 설명이 주어진다. 500℃의 공정 온도를 달성하기 위해 증착 챔버는 약 30 분 동안 조합된 복사 및 플라즈마 가열 프로세스에 의해 가열되었다.
코팅될 기판 표면으로부터 임의의 오염물 및 산화물을 제거하기 위해, 아르곤 이온 에칭이 추가로 30 분 동안 수행되었다.
코팅의 다층 구조는 질소 및 산소 분위기에서 각각 170 4개의 활성 이웃 음극의 위치 중 2개를 교대로 작동시킴으로써 실현되었다. 상세하게, 개별적인 질화물 층은 150A의 아크 전류 및 1100 sccm의 질소 유동률를 사용하여 합성되는 반면에, 산화물 층에 대해서는 다른 2개의 음극은 180A에서 1000 sccm의 산소 유동률로 음극 표면에 주입하면서 작동되었다. 개별적인 질화물 층 및 산화물 층의 평균 증착 압력은 각각 ~ 3.6 Pa 및 ~ 2.6 Pa이었다. 성장 동역학을 향상시키기 위해, -40V의 네가티브 바이폴라 펄스 기판 바이어스가 적용되었다. 이중층 기간의 변화, 따라서 전체 계면 분율은 전체적으로 12, 25 및 50개의 이중층[즉, 24, 50 및 100개의 층(질화물 및 산화물)]이 되게 활성 소스 시간을 145, 60, 30 초로 감소시킴으로써 실현되었다. 또한, 3개의 상이한 계면 유형(선명한, 혼합된 및 흐릿한으로 지칭됨)은 도 1에 도시된 바와 같이 대응하는 2개의 음극의 스위치 온 및 오프의 조합과 질소와 산소 사이에 가스 교환을 조정함으로써 확립되었다. 모든 코팅 변화를 위해, 프로세스는 질소 분위기에서 시작되었지만, 산화물 층으로 시작하는 것도 실현될 수 있다.
두 개의 작동 음극(질화물 증착)은 스위치 오프되고 동시에 다른 두 개의 음극(산화물 증착)은 스위치 온 된 후에- 및 그 반대로 -, 활성 소스 시간(각각 12, 25 및 50개의 이중층을 갖는 다층 구조의 증착을 위한 30, 60 및 145 초) 이후 산소와 질소 사이에 중첩 가스 교환은 질화물 층(B 층)과 산화물 층(C 층) 사이에 Al-Cr-O-N 층(A 층)을 형성하는 흐릿한 계면의 형성으로 이어진다. 개별 질화물과 산화물 층 사이의 확실한 전이는 대응하는 타겟들이 다시 점화되기 전에, 가스 교환이 완료될 때까지(기계에서 약 37 초 소요) 모든 소스의 스위치를 오프하는 것에 의해 실현되었다. 도 1에 도시된 바와 같이 혼합된 190 계면 유형의 경우 두 프로세스 체계가 결합되는데, 질화물 층에서 산화물 층으로의 전이는 흐릿하지만(즉, Al-Cr-O-N으로 만들어진 A 층을 형성함) 산화물 층에서 질화물 층으로의 전이는 선명하다(Al-Cr-O-N으로 만들어진 A 층을 형성하지 않음).
다층 박막은 Al0.7Cr0.3 타겟들의 음극 아크 기화에 의해 증착되었는데, 이 타겟들은 각각의 A 층, B 층 및 C 층의 형성을 위해 가변 질소 분압을 갖는 질소 가스 및 산소 가스를 포함하는 분위기에서 각각의 일정한 아크 전류에서 음극으로서 작동되었다. (산소가 없는) B 층을 생산해야 하는 경우에는 산소 가스의 흐름이 완전히 중단되었다.
본 발명의 일부 실시예에서, 개별적인 B 층(본 명세서에서 질화물 층이라고도 지칭함)은 각각의 음극 표면에 분사되는 1100 sccm의 질소 유동률 및 150A의 아크 전류를 사용하여 음극으로서 4개의 타겟을 작동시킴으로써 합성되었고, 반면에 개별적인 C 층(본 명세서에서 산화물 층이라고도 지칭함)의 증착을 위해, 각각의 음극 표면에 또한 분사되는 1000 sccm의 산소 유동률 및 180A에서 음극으로서 다른 2개의 타겟이 작동되었다. B 층의 증착과 C 층의 증착 사이에 질소 가스와 산소 가스가 코팅 장치의 진공 코팅 챔버에 존재하고 또한 타겟이 활성을 유지하는 경우에, 본질적으로 Al-Cr-O-N으로 구성된 층이 형성되게 된다. 용어 "본질적으로 Al-Cr-O-N으로 구성"은 알루미늄, 크롬, 산소 및 질소로 구성되지만 불가피한 불순물을 또한 포함할 수 있는 재료를 지칭하기 위해 사용된다.
성장 동역학을 향상시키기 위해, -40V의 네가티브 바이폴라 펄스 기판 바이어스가 기판 홀더에 적용되었다. Al-Cr-O-N 코팅의 합성을 위해, 코팅에서 높은 농도의 산소에도 불구하고 코팅은 여전히 일정한 전기 전도성을 갖기 때문에 전형적으로 20kHz 범위의 바이어스가 이용될 수 있다.
이중층 기간은 다층 박막의 전체 두께를 따라 개별 B 층 및 C 층의 양을 변화시킴으로써 변화되었다.
이러한 변화는 예를 들어 상이한 활성 소스 시간을 사용하여 달성될 수 있다. 이 맥락에서, 활성 소스 시간은 타겟이 음극으로서 활성으로 작동되는 동안의 시간을 지칭한다. 물론 이것이 다층 코팅에서 이중층 기간을 변화시키는 유일한 방식은 아니다.
열적 안정성의 분석을 위해, 12, 25 및 50 개의 이중층(즉, 24, 50 및 100 개의 개별 층)을 포함하는 다층 박막이 증착되었다. 모든 경우에 다층 박막의 전체 두께는 약 4 ㎛였다.
코팅의 열적 안정성은 7 가지 원소(In, Sn, Bi, Zn, Al, Ag, Au)로 교정된 DSC-STA 449 F1 Jupiter®를 사용한 시차 주사 열량측정법(DSC : differential scanning calorimetry) 및 열 중량 분석(TGA : thermal gravimetric ananlysis)의 조합으로 조사되었다. 측정은 동적 헬륨 분위기(보호 = 50 ml/분; 퍼지 = 50 ml/분)에서 최대 1500℃까지 20 K/분의 가열 속도로 측정을 실행되었다.
코팅의 화학적 및 형태학적 조사는 EDAX 에너지 분산 X-선 분광법(EDS) 검출기가 부착된 FEI Quanta 200 전계 방출건 주사 전자 현미경(FEG SEM)을 사용하여 실행되었다.
결정학적인 조성에 대한 정보는 어닐링된 분말 샘플에 대해 브래그-브렌타노(Bragg-Brentano) 장치(BB : 2θ = 15 - 90°)에서 X-선 회절(XRD)에 의해 얻었다.
EDS 조성 분석의 결과는 이중층 사이의 선명한 및 흐릿한 계면들에 대해 표 1에 표시되어 있다. 코팅의 금속 성분들 사이의 비율은 70 at.% Al 및 30 at.% Cr으로 이루어진 타겟의 원래 금속 조성에 매우 가깝다. 그러나, 놀랍게도 모든 코팅에 대해 동일한 산소 및 질소 흐름이 사용되었다는 사실에도 불구하고, 이중층의 수에 따른 산소 함량의 강한 증가가 나타난다. 선명한 계면 뿐만 아니라 흐릿한 계면 모두에 대한 산소의 백분율은 12 개의 이중층의 경우 약 70 %의 전체 다층 백분율로부터 50 개의 이중층의 경우 82 내지 83 %의 전체 백분율로 증가한다.
표 1. SEM-EDS에 의해 얻은 (Al,Cr)N/(Al,Cr)203 다층의 원소 조성.
다층 코팅에서 증가된 산소 함량이 열적 안정성에 미치는 영향을 조사하기 위해 DSC, TGA 및 XRD 분석을 수행하였다.
도 2는 (Al,Cr)N/(Al,Cr)203 다중 코팅에 대한 DSC 신호 및 어닐링 온도의 함수로서 상응하는 질량 변화를 보여준다. 이에 의해, 도 2a, 2b 및 2c는 상이한 종류의 계면에 따른 증착되고 조사된 다층 코팅의 분류를 나타내고, 도 2d, 2e 및 2f는 그 계면 분율에 따른 분류를 나타낸다.
열 흐름 신호에서의 흡열 및 흡열 반응뿐만 아니라 12 개의 이중층과 선명한 계면 유형을 갖는 다층 구조의 상응하는 질량 손실이 도 2a 및/또는 도 2d에 도시되어 있다. 650 - 1000℃ 범위의 발열 DSC 특징은 증착-유기 결함(deposition-induced defect)의 회복 및 이완 공정에서 유래된다. 1034℃ 및 1162℃에서 최대 피크를 가진 뚜렷한 흡열 특성뿐만 아니라 덜 강렬한 흡열 특성은 Cr-N 결합의 해리에 할당될 수 있다. CrN은 처음에 N2의 방출 하에서 h-Cr2N으로 변태되고, 높은 어닐링 온도로 Cr2N은 Cr으로 분리된다. 이러한 2 단계 분해는 상응하는 TGA 신호(개시 온도, To - 1000℃)에 의해 표시된다. 1000 - 1200℃ 사이에서 TGA 곡선의 기울기 차이는 입방체 CrN과 육방체 Cr2N에서 질소의 다른 결합 특성에서 유래된다. 1170 내지 1330℃에서 검출된 발열 DSC 특징은 결정립 성장, 재결정 및/또는 소결 공정과 관련될 수 있다. 이는 모든 Al-Cr-O-N 다층 코팅에 대해, Cr이 2 단계 반응을 통하여 코팅으로부터 방출됨을 의미한다.
25 및 50 개의 이중층을 가진 다층 코팅의 TGA 스펙트럼(각각 점선과 점선으로 표시된 도 2a, 선명한 계면 유형)은 분해를 위한 약간 높은 개시 온도를 나타낸다(각각 To25 ~ 1140℃ 및 To50 ~ 1160℃). 12 개의 이중층과 선명한 계면을 가진 다층 코팅에 대한 것이었던 2 단계 질량 손실은 거의 연속적인 1 단계 공정으로 바뀌었다. 상응하는 DSC 신호는 유사한 거동을 보여준다. 25 개의 이중층의 경우, 제1 발열 반응은 600 내지 1120℃에서 발생하고, 제1 흡열 반응의 최대 피크는 1145℃로 이동된다. 상응하게 감소하는 질량 신호로 표시되는 N2 방출 하에서 Cr2N이 Cr로 해리되는 제2 흡열 반응(1175 - 1250℃)은 동일한 온도 범위에서 발생하는 발열 반응에 의해 중첩된다. 증가하는 이중층의 수(따라서 증가하는 계면의 수 및 특히 증가하는 산화물 층의 수)는 질소 및 크롬의 확산에 대항하는 확산 장벽으로서 작용할 수 있다.
선명한 계면을 갖는 50 개의 이중층으로 구성된 다층 코팅의 TGA 데이터(도 2a, 점선)는 To ~ 1160℃에서 작은 질량 손실 만을 나타내며, 이는 N2의 방출과 관련될 수 있다. 상응하게 중첩하는 흡열 특징과는 별도로, DSC 신호는 3 가지 주요 발열 특징을 나타낸다. 500 ~ 1130℃ 사이에서 회복 및 이완 과정이 일어난다. XRD 분석에서 알 수 있듯이 1190℃에서 최대 피크를 갖는 제2 발열 반응은 α-Al203의 형성에 기인할 수 있으며, 1240 - 1450℃의 온도 범위에서 소결 가능성은 가장 높은데, 이는 DSC 측정 후에 분말 조성에 의해 또한 입증된다. Cr-N 결합의 지연된 해리 및 이중층의 수(계면 부피)의 증가로 α-Al203의 지연된 형성으로 인한 다층 코팅의 증가된 열적 안정성의 경향은 계면 유형/계면 형상과 무관하게 관측될 수 있다(도 2 참조). 그러나, 도 2d - 2f에서 볼 수 있는 바와 같이 절대적으로 말해서 DSC 및 TGA 신호에는 물론 차이가 있다. 12 개의 이중층과 혼합된 및/또는 흐릿한 계면 형상을 갖는 다층 코팅의 DSC 및 TGA 신호는, 선명한 계면을 가진 다층과 비교하여 질량 손실의 개시 온도(To ~ 970℃) 뿐만 아니라 제1 흡열 특징의 온도를 저온(1010℃ 이하)으로 이동시키는 것을 보여준다(도 2d 참조). 흐릿한 계면의 경우에, 산화물 층은 다소 밀도가 낮고 주상 구조를 보이는데, 이는 질소의 보다 용이한 확산을 허용하는 코팅 영역을 나타낸다. 9.1 %의 전체 질량 손실은 세 가지 계면 형상에 대해서 모두 동일하다.
전체로 25 개의 이중층을 가진 다층의 경우(도 2e 참조), 흐릿한 및 선명한 계면 구조는 1140℃ 이하에서 하나의 뚜렷한 흡열 열 흐름 특징을 갖는 거의 동일한 DSC 및 TGA 신호 및 10℃ 이하에 의해서만 구분되는 4.8 wt.%(중량%) 이하의 질량 손실을 나타낸다. 혼합된 계면으로 구성된 다층은 각각 1110 및 1135℃에서 각각 최대 피크를 갖는 2개의 구분 가능한 흡열 특징들을 나타낸다. 질량 신호는 다른 계면 형상들에 대해서 관찰된 것보다 약 35℃ 낮은 To ~ 1105℃로 시작하는 5.4 wt.%의 총 질량 손실을 나타낸다.
이중층이 50 개인 다층 코팅에서 계면 구조의 영향은 도 2f에서 볼 수 있다. 여기서 3 가지 계면 유형 모두의 TGA 신호는 1 단계 질량 손실만을 나타낸다. N2 방출을 통한 Cr2N의 Cr으로의 지연된 해리는 확산 장벽으로서 효과적으로 작용하는, 다층 내의 더 높은 계면 분율에 의해 설명될 수 있다. 이것은 더욱 강력한 발열 반응에 의해 추가로 중첩되는 작은 흡열 특징만을 나타내는 상응하는 DSC 신호와 일치한다. 질량 손실의 개시 온도 To ~ 1165℃는 혼합된 및 선명한 계면을 갖는 다층에 대한 것과 동일하지만, 흐릿한 계면 형상에 대한 질량 손실의 시작은 1200℃ 이하로 이동된다. 얻을 수 있는 총 질량 손실에도 차이가 있다. 총 질량 손실 값은 각각 혼합된, 뚜렷한 및 흐릿한 계면을 갖는 다층에 대해 각각 3.4, 2.7 및 1.6 wt.%이다.
요약하면, 질량 손실은 계면의 부피 분율이 증가함에 따라 현저히 감소하고, 특히 흐릿한 유형의 질화물-산화물 계면의 경우 특히 두드러진다(즉, 12 개에서 25 개, 50 개의 이중층으로).
따라서, 50 개의 이중층 및 흐릿한 계면을 갖는 다층 코팅(도 2c 및/또는 도 2f에서 점선들)은 가장 높은 열적 안정성을 나타낸다.
따라서, 일반적으로 최대 50 개의 이중층 수 및 구체적으로 흐릿한 계면 구조는 다층 코팅의 열적 안정성을 크게 증가시킨다. 그 이유 중 하나는 흐릿한 계면 설계의 경우에 산소 혼입이 증가했기 때문일 수 있다. 본 발명에 따른 코팅 내에 박막으로서 또는 코팅으로서 제공된 이러한 종류의 다층 구조를 갖는 다층 박막은, 본 발명의 맥락에서 증가된(높은) 계면 부피 분율을 갖는다.
본 발명은 특히 다음의 것들을 개시한다.
진공 코팅 챔버에서 알루미늄, 크롬, 산소 및 질소를 포함하는 다층 박막을 제조하는 방법에 있어서, 다층 박막은 ...B/A/B/A/B/A... 개별 층의 순서를 갖는 다층 구조를 형성하게 서로 교대로 증착된 유형 A의 개별 층들 및 유형 B의 개별 층들을 포함하며, 다층 박막의 증착 동안 알루미늄 및 크롬을 포함하는 하나 이상의 타겟이 PVD 기술에 의해 음극으로서 작동되며 이 방식에서 알루미늄 및 크롬을 공급하기 위한 재료 공급원으로서 사용되고, 산소 가스 흐름 및 질소 가스 흐름이 알루미늄 및 크롬과 반응하기 위해 진공 챔버 내에 반응 가스로서 도입되어, 다층 박막을 형성하기 위한 산소 및 질소를 공급하며,
- A 층은 반응 가스로서 질소와 산소를 동시에 사용하여 Al-Cr-O-N의 산질화물 층으로 증착되고,
- B 층은 Al-Cr-N 층의 형성을 위한 반응 가스로서 질소만을 사용하기 위하여 산소 가스 흐름을 감소시키고 질소 가스 흐름을 증가시키는 것에 의해 Al-Cr-N의 질화물 층으로서 증착되고,
다층 박막에서 산소 함량과 질소 함량 사이의 관계는 1.8 내지 4의 값을 갖는 원자 백분율의 비율에 상응한다.
전술한 바와 같은 방법에서, 상기 다층 박막은 질소 가스 흐름을 감소시키고 산소 가스 흐름을 증가시키는 것에 의해 산화물 층으로서 증착된 유형 C의 개별 층을 또한 포함하고, 이에 의해 각각의 경우에 하나의 A 층과 하나의 B 층 사이 또는 하나의 B 층과 하나의 A 층 사이에 증착되어 B/A/C/A/B/A/C/A/B/A... 개별 층의 순서를 갖는 다층 구조를 형성하는 Al-Cr-O의 산화물 층을 형성한다.
전술한 바와 같은 방법에서, A 층은 가변 함량의 질소 및 산소를 갖는 구배 층으로서 증착되고, B 층 상에 증착된 A 층은 다층 박막의 최외측 표면 방향으로 그 개별 두께를 따라 증가하는 산소 함량 및 감소하는 질소 함량을 나타내며, C 층 상에 증착된 A 층은 다층 박막의 최외측 표면 방향으로 그 개별 두께를 따라 증가하는 질소 함량 및 감소하는 산소 함량을 나타낸다.
상기 언급된 실시예들 중 어느 하나에 설명된 바와 같은 방법에서, 다층 박막은 다층 박막에 포함된 A 및 B 층의 쌍의 양이 12개 이상인 것에 상응하는 이중층 기간을 갖게, 바람직하게는 25개 이상의 이중층 기간을 갖게, 보다 바람직하게는 50개 이상의 이중층 기간을 갖게 증착된다.
터빈 구성요소는 상기 언급된 방법들 중 어느 하나를 사용하여 증착된 다층 박막을 포함하는 코팅으로 코팅된다.
증기 터빈은 상기 언급된 방법들 중 어느 하나를 사용하여 증착된 다층 박막을 포함하는 코팅으로 코팅된다.
가스 터빈은 상기 언급된 방법들 중 어느 하나를 사용하여 증착된 다층 박막을 포함하는 코팅으로 코팅된다.
연소 엔진의 구성요소는 상기 언급된 방법들 중 어느 하나를 사용하여 증착된 다층 박막을 포함하는 코팅으로 코팅된다.
Claims (23)
- 진공 코팅 챔버에서 알루미늄, 크롬, 산소 및 질소를 포함하는 다층 박막을 제조하는 방법으로서, 다층 박막은 ...B/A/B/A/B/A... 개별 층의 순서를 갖는 다층 구조를 형성하게 서로 교대로 증착된 유형 A의 개별 층들 및 유형 B의 개별 층들을 포함하며, 다층 박막의 증착 동안 알루미늄 및 크롬을 포함하는 하나 이상의 타겟이 PVD 기술에 의해 음극으로서 작동되며 이 방식에서 알루미늄 및 크롬을 공급하기 위한 재료 공급원으로서 사용되고, 산소 가스 흐름 및 질소 가스 흐름이 알루미늄 및 크롬과 반응하기 위해 진공 챔버 내에 반응 가스로서 도입되어, 다층 박막을 형성하기 위한 산소 및 질소를 공급하는, 상기 다층 박막을 제조하는 방법에 있어서,
- A 층은 반응 가스로서 질소와 산소를 동시에 사용하여 Al-Cr-O-N의 산질화물 층으로 증착되고,
- B 층은 Al-Cr-N 층의 형성을 위한 반응 가스로서 질소만을 사용하기 위하여 산소 가스 흐름을 감소시키고 질소 가스 흐름을 증가시키는 것에 의해 Al-Cr-N의 질화물 층으로서 증착되고,
다층 박막에서 산소 함량과 질소 함량 사이의 관계는 1.8 내지 4의 값을 갖는 원자 백분율의 비율에 상응하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항에 있어서,
다층 박막에서 산소 함량과 질소 함량 사이의 관계는 2 내지 3의 값을 갖는 원자 백분율의 비율에 상응하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
산소 가스의 흐름이 B 층을 생성하기 위해 완전히 차단되는 것을 특징으로 하는 방법. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
코팅에 포함된 하나 이상의 Al-Cr-O-N 박막의 B 층이 10 원자%를 초과하지 않는 산소 농도를 포함하는 Al-Cr-N 층으로서 생성될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
코팅이 코팅의 최외측 표면을 형성하게 증착된 하나의 Al-Cr-O-N 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
사용된 PVD 기술은 음극 아크 기화 또는 음극 스퍼터링을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
유형 A 층은, 상기 A 층에서의 Al 함량과 Cr 함량 사이의 관계가 1.5 내지 4의 값을 갖는 Al:Cr의 비율로서 표현될 수 있게 하는 농도의 Al 및 Cr을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
유형 B 층은, 상기 B 층에서의 Al 함량과 Cr 함량 사이의 관계가 1.5 내지 4의 값을 갖는 Al:Cr의 비율로서 표현될 수 있게 하는 농도의 Al 및 Cr을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
다층 박막은 추가 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제9항에 있어서,
상기 추가 층은 기판과 Al-Cr-O-N 박막 사이에 증착되거나, 또는 기판과 상기 기판에 가장 근접하게 증착된 Al-Cr-O-N 박막 사이에 증착되거나, 또는 2 개의 상이한 Al-Cr-O-N 박막 사이에 증착되는 것을 특징으로 하는 방법. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
다층 박막은 질소 가스 흐름을 감소시키고 산소 가스 흐름을 증가시키는 것에 의해 산화물 층으로서 증착된 유형 C의 개별 층을 또한 포함하고, 이에 의해 각각의 경우에 하나의 A 층과 하나의 B 층 사이 또는 하나의 B 층과 하나의 A 층 사이에 증착되어 B/A/C/A/B/A/C/A/B/A... 개별 층의 순서를 갖는 다층 구조를 형성하는 Al-Cr-O의 산화물 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제11항에 있어서,
A 층은 가변 함량의 질소 및 산소를 갖는 구배 층으로서 증착되고, B 층 상에 증착된 A 층은 다층 박막의 최외측 표면 방향으로 그 개별 두께를 따라 증가하는 산소 함량 및 감소하는 질소 함량을 나타내며, C 층 상에 증착된 A 층은 다층 박막의 최외측 표면 방향으로 그 개별 두께를 따라 증가하는 질소 함량 및 감소하는 산소 함량을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법. - 제11항 또는 제12항에 있어서,
유형 C 층은, 상기 C 층에서의 Al 함량과 Cr 함량 사이의 관계가 1.5 내지 4의 값을 갖는 Al:Cr의 비율로서 표현될 수 있게 하는 농도의 Al 및 Cr을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
다층 박막의 두께가 0.5 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 방법. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
다층 박막의 두께가 1 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 방법. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 불활성 가스의 흐름이 작업 가스로서 진공 코팅 챔버에 도입될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
다층 박막은 다층 박막에 포함된 A 층 및 B 층의 쌍의 양이 12개 이상인 것에 상응하는 이중층 기간을 갖게 증착되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제17항에 있어서,
이중층 기간이 25개 이상인 것을 특징으로 하는 방법. - 제17항에 있어서,
이중층 기간이 50개 이상인 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 다층 박막을 포함하는 코팅으로 코팅된 것을 특징으로 하는 터빈 구성요소.
- 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 다층 박막을 포함하는 코팅으로 코팅된 것을 특징으로 하는 증기 터빈.
- 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 다층 박막을 포함하는 코팅으로 코팅된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
- 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 다층 박막을 포함하는 코팅으로 코팅된 것을 특징으로 하는 연소 엔진의 구성요소.
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