KR20240056831A - 코팅된 절삭 공구 - Google Patents

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KR20240056831A
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라르스 욘손
에바 사이코프
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에이비 산드빅 코로만트
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Abstract

본 발명은 기재(5) 및 코팅(6)을 포함하는 코팅된 절삭 공구 (1)에 관한 것이고, 상기 코팅(6)은 Ti1-xAlxN, 0.35≤x<0.67인 제1 나노층 타입(9), Ti1-ySiyN, 0.10≤y≤0.25인 제2 나노층 타입(10), 및 Ti1-zAlzN, 0.70≤z≤0.90인 제3 나노층 타입(11)의 교호하는 나노층들의 약 0.5 내지 약 10 ㎛의 나노-멀티층(8)을 포함하고, 상기 나노-멀티층(8)에서 나노층 타입들 Ti1-xAlxN(9), Ti1-ySiyN(10), 및 Ti1-zAlzN(11) 각각의 평균 나노층 두께는 1 내지 30 nm이다.

Description

코팅된 절삭 공구
본 발명은 Ti1-xAlxN, 0.35≤x<0.67, Ti1-ySiyN, 0.10≤y≤0.25, 및 Ti1-zAlzN, 0.70≤z≤0.90의 교호하는 나노층들의 나노-멀티층을 포함하는 코팅된 절삭 공구에 관한 것이다.
금속 기계가공 작업은 예를 들어 선삭, 밀링 및 드릴링을 포함한다. 긴 공구 수명을 제공하기 위해, 인서트와 같은 코팅된 절삭 공구는 상이한 타입의 마모에 대해 높은 저항을 가져야 한다. 절삭 공구의 내마모성을 증가시키기 위해, 다양한 타입의 내마모성 코팅이 당업계에 공지되어 있다.
절삭 공구는 일반적으로 적어도 하나의 레이크 면(rake face) 및 적어도 하나의 플랭크 면(flank face)을 갖는다. 절삭 에지(cutting edge)는 레이크 면과 플랭크 면이 만나는 곳에 존재한다.
플랭크 마모는, 주로 연마 마모 메커니즘으로부터, 절삭 에지의 플랭크 면 상에 명백하게 발생한다. 플랭크 면들은 작업편 이동을 받고, 너무 많은 플랭크 마모는 작업편의 불량한 표면 텍스츄어, 절삭 프로세스에서의 부정확성 및 절삭 프로세스에서 증가된 마찰을 초래할 것이다.
더 양호한 플랭크 내마모성이 제공되면, 소정 금속 기계가공 작업에 대해 더 긴 공구 수명이 제공된다.
코팅은 또한 기계가공 작업 동안 기재에 대한 접착성을 유지해야 하며, 즉 박편화(flake off)되지 않아야 한다. ISO-M(스테인레스 강) 및 ISO-S(내열성 초합금 및, 예를 들어, 티타늄)와 같은 일부 작업편 재료 타입은 소위 점착성 재료이고, 다른 작업편 재료 타입보다 플레이킹을 더 유도한다. 이들 재료 타입은 또한 스미어링(smearing) 거동을 갖는 데, 이는 작업편 재료가 절삭 공구 표면 상에 스미어링되어 결국 절삭 에지 상에 작업편 재료의 빌드-업 에지(built-up edge)(BUE)의 형성을 초래할 수 있다는 것을 의미한다. 그러한 BUE는 코팅이 박편화되거나 심지어 절삭 공구의 에지의 일부를 찢어지게(rip off) 할 수 있다.
상이한 금속 기계가공 작업은 코팅된 절삭 공구에 대해 상이한 방식으로 영향을 준다. 예를 들어 선삭은 연속적인 금속 기계가공 작업이지만 밀링은 본질적으로 더 간헐적이다. 밀링에서 열적 및 기계적 로드는 시간에 걸쳐 변할 것이다. 열적 로드는 코팅에서 본원에서 "콤 크랙(comb crack)"으로서 지칭되는 소위 열 크랙(thermal crack) 을 초래할 수 있는 열 인장을 유도하는 반면, 후자는 절삭 에지에서 피로를 유발하여 칩핑, 즉 기재의 나머지로부터 느슨해지는 절삭 에지의 작은 단편화를 초래할 수 있다. 따라서, 밀링에서 코팅된 절삭 공구의 일반적인 마모 타입은 크래킹(cracking) 및 칩핑이다. 코팅의 높은 레벨의 인성은, 특히 절삭 에지에서, 이러한 칩핑을 감소시킬 수 있다. 따라서, 높은 콤 크랙 저항성 및 에지 라인 인성(edge line toughness)은 공구 수명에 대해 매우 중요하다.
현재 시장에서 입수가능한 절삭 공구보다 우수한 특성을 갖는 절삭 공구를 제공하기 위해, 코팅이 내마모성, 에지 라인 인성, 콤 크랙 저항성, 플레이킹 저항성 등의 측면에서 우수한 특성을 갖는 코팅 절삭 공구에 대한 수요가 계속되고 있다. 전술한 특성 중 하나 이상이 개선되면 더 긴 공구 수명이 제공된다.
나노-멀티층은 금속 기계 가공을 위한 절삭 공구 분야에서 사용된다. 이들 코팅에서, 일부 측면에서 상이한 적어도 2개의 층이 나노층의 스택의 코팅을 교호로 형성한다.
본 발명의 목적은 적어도 높은 플랭크 내마모성 및 높은 플레이킹 저항성을 나타내는 코팅된 절삭 공구를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 기재 및 코팅을 포함하는 코팅된 절삭 공구에 의해 제공되고, 상기 코팅은 Ti1-xAlxN, 0.35≤x<0.67인 제1 나노층 타입, Ti1-ySiyN, 0.10≤y≤0.25인 제2 나노층 타입, 및 Ti1-zAlzN, 0.70≤z≤0.90인 제3 나노층 타입의 교호하는 나노층들의 약 0.5 내지 약 10 ㎛의 나노-멀티층을 포함하고, 상기 나노-멀티층에서 나노층 타입들 Ti1-xAlxN, Ti1-ySiyN, 및 Ti1-zAlzN 각각의 평균 나노층 두께는 1 내지 30 nm이다.
“제1 나노층 타입, 제2 나노층 타입 및 제3 나노층 타입의 교호하는 나노층들의 나노-멀티층"이란 본원에서 상이한 타입들의 나노층들이 일반적으로 나노-멀티층에서 소정 순서로 교호한다는 것을 의미한다. 그러나, 예를 들어 코팅되는 공구의 소위 3배 회전을 사용하여, PVD 반응기에서 나노-멀티층을 디포짓팅하기 위해 선택된 방식으로 인해, 나노-멀티층 내의 일부 장소에서 3개의 타입의 나노층의 순서의 변경이 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 나노층 타입들의 모두의 나노층 두께의 합 사이에서 나노-멀티층의 비 Ti1-xAlxN:Ti1-ySiyN:Ti1-zAlzN는 a:b:c이고, 여기서, 0.5<a<3, 0.5<b<3, 0.5<c<3, 바람직하게는 0.75<a<2.5, 0.75<b<2.5, 0.75<c<2.5, 가장 바람직하게는 0.9<a<2.25, 0.9<b<2.25, 0.9<c<2.25이다.
나노-멀티층에서 각각의 나노층 타입의 나노층 두께의 합 사이의 비 Ti1-xAlxN:Ti1-ySiyN:Ti1-zAlzN, 즉 a:b:c는, 바람직하게는, 에너지-분산 X-선 분광법(EDS)과 조합하여, STEM(Scanning Transmission Electron Microscopy) 분석에 의해 결정될 수 있으며, 여기서 기재 표면에 대한 법선을 따르는 거리에 걸쳐, 원소 조성 및 개별 나노층의 두께가 결정된다. 평균 나노층 두께의 적어도 25배의 거리가 사용된다. 제1 나노층 타입 Ti1-xAlxN의 나노층들에 대한 나노층 두께의 합은 "a"이고, 제2 나노층 타입 Ti1-ySiyN의 나노층들에 대한 나노층 두께의 합은 "b"이고, 제3 나노층 타입 Ti1-zAlzN의 나노층들에 대한 나노층 두께의 합은 "c"이다.
상기 나노-멀티층에서 나노층 타입들 Ti1-xAlxN, Ti1-ySiyN, 및 Ti1-zAlzN 각각의 평균 나노층 두께는 또한 상기 설명된 STEM/EDS 분석에 의해 결정될 수 있다.
제1 나노층에 대해 타입은 Ti1-xAlxN 이고, 적합하게는 0.40≤x≤0.67, 바람직하게는 0.45≤x≤0.62 이다.
제2 나노층에 대해 타입은 Ti1-ySiyN 이고, 적합하게는 0.13≤y≤0.23, 바람직하게는 0.17≤y≤0.21 이다.
제3 나노층에 대해 타입은 Ti1-zAlzN이고, 적합하게는 0.70<z≤0.85, 바람직하게는 0.75<z≤0.85이다.
나노-멀티층에서 나노층 타입들 Ti1-xAlxN, Ti1-ySiyN,및 Ti1-zAlzN 각각의, 상기 나노-멀티층에서의 평균 나노층 두께가 적절하게는 1 내지 20 nm, 바람직하게는 1.5 내지 10 nm, 가장 바람직하게는 2 내지 5 nm이다.
나노-멀티층에서 나노층 타입들 Ti1-xAlxN, Ti1-ySiyN, 및 Ti1-zAlzN 중 임의의 하나 내지 상기 나노층 타입들 Ti1-xAlxN, Ti1-ySiyN, 및 Ti1-zAlzN 중 임의의 나머지 2개 사이에서 상기 나노-멀티층의 평균 나노층 두께의 비는 적절하게 0.1 내지 10, 바람직하게 0.5 내지 5, 가장 바람직하게 0.8 내지 2이다.
적절하게, 나노-멀티층에서, 10개의 연속 나노층들, 바람직하게는 8개, 가장 바람직하게는 6개의 연속 나노층들의 시퀀스 내에서, 상기 나노층 타입들 Ti1-xAlxN, Ti1-ySiyN, 및 Ti1-zAlzN 모두가 존재한다.
나노-멀티층의 두께는 적절하게는 약 1 내지 약 8 ㎛, 바람직하게는 약 1.5 내지 약 5 ㎛이다.
일 실시예에서, 코팅은, 바람직하게 기재에 가장 가까운, 나노-멀티층 아래에 TiN 또는 (Ti,Al)N의 내부 층을 포함한다. (Ti,Al)N 층은 상이한 Ti/Al 비의 교호하는 나노층들의 단층 또는 나노-멀티층일 수 있다. 바람직하게는, 내부 층은 (Ti,Al)N이다. (Ti,Al)N이 내부 층으로서 사용된다면, 이때 (Ti,Al)N은 적합하게는 Ti1-tAltN, 0.35≤t≤0.67 이고, 바람직하게 0.40≤t≤0.67, 가장 바람직하게는 0.45≤t≤0.62이다. 바람직한 실시예에서, 내부 층의 (Ti,Al)N에서의 Ti-Al 관계는 나노-멀티층의 제1 나노층 타입에서의 Ti-Al 관계와 동일하다. 이는 동일한 타겟이 이미 나노-멀티층에 대해 사용되는 바와 같이 사용될 수 있을 때 제조를 단순화하기 때문이다. 이러한 내부 층의 두께는 적절하게 약 0.1 내지 약 3 ㎛, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 2 ㎛일 수 있다.
일 실시예에서, 코팅된 공구의 색상의 제어를 위해, 코팅은 제1 나노층 타입 i1-xAlxN, 0.35≤x<0.67, 제2 나노층 타입 Ti1-ySiyN, 0.10≤y≤0.25, 또는 제3 나노층 타입 Ti1-zAlzN, 0.70≤z≤0.90 중 임의의 하나의 최외부 단일 층을 포함한다.
최외부 층의 x, y 또는 z의 값은 바람직하게는 나노-멀티층에서 Ti1-xAlxN, Ti1-ySiyN, 또는 Ti1-zAlzN 의 x, y 또는 z와 동일하다. 이는 동일한 타겟이 이미 나노-멀티층에 대해 사용되는 바와 같이 사용될 수 있을 때 제조를 단순화하기 때문이다.
이러한 최외부 층의 두께는 약 0.1 내지 약 0.5 ㎛, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 0.3 ㎛ 일 수 있다.
제1 나노층 타입, 제2 나노층 타입 및 제3 나노층 타입의 나노층들은 적합하게 캐소드 아크 증발 디포짓팅된 층이다. 또한, TiN 또는 (Ti,Al)N의 선택적인 내부 층 뿐만 아니라 선택적인 최외부 단일 층은 적합하게 캐소드 아크 증발 디포짓팅된 층이다.
코팅된 절삭 공구의 기재는 초경합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소 및 고속도강의 그룹으로부터 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 기재는 5 내지 18 wt% Co를 포함하는 초경합금이다.
코팅된 절삭 공구는 금속 기계가공을 위한 절삭 공구 인서트, 드릴, 또는 솔리드 엔드 밀에 적합하다. 절삭 공구 인서트는 예를 들어 선삭 인서트 또는 밀링 인서트이다.
도 1은 밀링 인서트인 절삭 공구의 일 실시예의 개략도를 도시한다.
도 2는 선삭 인서트인 절삭 공구의 일 실시예의 개략도를 도시한다.
도 3은 기재 및 상이한 층들을 포함하는 코팅을 도시하는 본 발명의 코팅된 절삭 공구의 일 실시예의 단면의 개략도를 도시한다.
도 1 은 레이크 면(2) 및 플랭크 면(3) 및 절삭 에지(4)를 갖는 절삭 공구(1)의 일 실시예의 개략도를 도시한다. 절삭 공구(1)는 본 실시예에서 밀링 인서트이다. 도 2는 레이크 면(2) 및 플랭크 면(3) 및 절삭 에지(4)를 갖는 절삭 공(1)의 일 실시예의 개략도를 도시한다. 절삭 공구(1)는 본 실시예에서 선삭 인서트이다. 도 3 는 기재(5) 및 코팅(6)을 갖는 본 발명의 코팅된 절삭 공구의 일 실시예의 단면의 개략도를 도시한다. 코팅(6)은 제1 (Ti,Al)N 최내부 층(7), 이어서 Ti1-xAlxN, Ti1-ySiyN, 및 Ti1-zAlzN 인 교호하는 나노층들(9, 10 및 11)의 나노-멀티층(8)으로 이루어진다.
실시예들의 설명
일 실시예에서, 나노-멀티층(8)에서, 각각의 나노층 타입(9, 10, 11)의 나노층 두께의 합 사이의 나노-멀티층(8)의 비 Ti1-xAlxN:Ti1-ySiyN:Ti1-zAlzN는 a:b:c이고, 여기서 1.5<a<2.5, 0.75<b<1.25, 0.75<c<1.25, 바람직하게는 1.75<a<2.25, 0.9<b<1.1, 0.9<c<1.1이다. 이러한 실시예에서, 나노-멀티층(8)은 적절하게 Ti1-xAlxN/ Ti1-zAlzN/ Ti1-xAlxN/ Ti1-ySiyN 순서로, 제1 나노층 타입(9), Ti1-xAlxN, 제2 나노층 타입(10), Ti1-ySiyN, 및 제3 나노층 타입(11), Ti1-zAlzN의 연속 나노층들의 반복되는 시퀀스를 포함한다. 나노-멀티층(8)은 적절하게 (Ti1-xAlxN/ Ti1-zAlzN/ Ti1-xAlxN/ Ti1-ySiyN..)m 로 구성되고, 여기서 m=15-1500, 적절하게 m=30-800 이다.
추가의 실시예에서, 나노-멀티층(8)에서, 각각의 나노층 타입(9, 10, 11)의 나노층 두께의 합 사이의 나노-멀티층(8)의 비 Ti1-xAlxN:Ti1-ySiyN:Ti1-zAlzN는 a:b:c이고, 여기서 0.75<a<1.25, 1.5<b<2.5, 0.75<c<1.25, 바람직하게는 0.9<a<1.1, 1.75<b<2.25, 0.9<c<1.1이다. 이러한 실시예에서, 나노-멀티층(8)은 적절하게 Ti1-xAlxN/ Ti1-ySiyN/ Ti1-zAlzN/ Ti1-ySiyN 순서로, 제1 나노층 타입(9), Ti1-xAlxN, 제2 나노층 타입(10), Ti1-ySiyN, 및 제3 나노층 타입(11), Ti1-zAlzN의 연속 나노층들의 반복되는 시퀀스를 포함한다. 나노-멀티층(8)은 적절하게 (Ti1-xAlxN/ Ti1-ySiyN/ Ti1-zAlzN/ Ti1-ySiyN)n 로 구성되고, 여기서 n=15-1500, 적절하게 n=30-800이다.
추가의 실시예에서, 나노-멀티층(8)에서, 각각의 나노층 타입(9, 10, 11)의 나노층 두께의 합 사이에서 상기 나노-멀티층(8)의 비, Ti1-xAlxN:Ti1-ySiyN:Ti1-zAlzN는 a:b:c이고, 여기서 0.75<a<1.25, 0.75<b<1.25, 1.5<c<2.5, 바람직하게는 0.9<a<1.1, 0.9<b<1.1, 1.75<c<2.25이다. 이러한 실시예에서, 나노-멀티층(8)은 적절하게 Ti1-zAlzN/ Ti1-xAlxN/ Ti1-zAlzN / Ti1-ySiyN 순서로, 제1 나노층 타입(9), Ti1-xAlxN, 제2 나노층 타입(10), Ti1-ySiyN, 및 제3 나노층 타입(11), Ti1-zAlzN의 연속 나노층들의 반복되는 시퀀스를 포함한다. 나노-멀티층(8)은 적절하게 (Ti1-zAlzN/ Ti1-xAlxN/ Ti1-zAlzN / Ti1-ySiyN)p 로 구성되고, 여기서 p=15-1500, 적절하게 p=30-800 이다.
추가의 실시예에서, 나노-멀티층(8)에서, 각각의 나노층 타입(9, 10, 11)의 나노층 두께의 합 사이에서 나노-멀티층(8)의 비, Ti1-xAlxN:Ti1-ySiyN:Ti1-zAlzN는 a:b:c이고, 여기서 0.75<a<1.25, 0.75<b<1.25, 0.75<c<1.25, 바람직하게는 0.9<a<1.1, 0.9<b<1.1, 0.9<c<1.1이다. 이러한 실시예에서, 나노-멀티층(8)은 적절하게 Ti1-xAlxN/ Ti1-ySiyN/ Ti1-zAlzN 순서로, 제1 나노층 타입(9), Ti1-xAlxN, 제2 나노층 타입(10), Ti1-ySiyN, 및 제3 나노층 타입(11), Ti1-zAlzN의 연속 나노층들의 반복되는 시퀀스를 포함한다. 나노-멀티층(8)은 적절하게 (Ti1-xAlxN/ Ti1-ySiyN/ Ti1-zAlzN)q 로 구성되고, 여기서 q=20-2000, 적절하게 q=40-1000 이다.
추가의 실시예에서, 코팅(6)은 나노-멀티층(8) 아래에 (Ti,Al)N의, 바람직하게는 기재(5)에 가장 가까운, 내부 층(7)을 포함하며, 내부 층(7)은, Ti1-uAluN, 0.35≤u<0.67, 적적하게 0.40≤u≤0.67, 바람직하게 0.45≤u≤0.62 및 Ti1-vAlvN, 0.70≤v≤0.90, 적절하게 0.70≤v≤0.80의 교호하는 나노층들의 (Ti,Al)N 나노-멀티층인 (Ti,Al)N 층이다.
(Ti,Al)N 나노-멀티층에서 Ti1-uAluN 층들의 평균 나노층 두께는 적절하게는 1 내지 30 nm, 바람직하게는 1 내지 20 nm, 가장 바람직하게는 2 내지 10 nm 이다. 이러한 내부 층의 두께(7)는 약 0.1 내지 약 3 ㎛, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 2 ㎛일 수 있다.
예들
예 1 (본 발명)
코팅된 절삭 공구가 지오메트리 CNMG120408MM 및 R390-11T308M-PM의 소결된 초경합금 절삭 인서트 블랭크 상에 디포짓팅된 Ti0.85Si0.15N, Ti0.50Al0.50N 및 Ti0.20Al0.80N 나노층들의 나노-멀티층을 포함하도록 제공되었다. 초경합금의 조성은 10 wt% Co, 0.4 wt% Cr 및 잔부 WC 였다. 초경합금 블랭크는 4개의 원호형(arc) 플랜지들을 포함하는 진공 챔버에서 캐소딕 아크(arc) 증발에 의해 코팅되었고, 각각의 플랜지는 여러 개의 캐소드 증발기를 포함한다. Ti0.50Al0.50의 타겟은 서로 반대쪽의 2개의 플랜지에서 증발기에 장착되었다. 나머지 타겟 Ti0.85Si0.15 및 Ti0.20Al0.80은 서로 반대쪽의 2개의 나머지 플랜지에서 증발기에 장착되었다. 타겟은 오픈 마켓에서 이용가능한 직경 100 mm를 갖는 원형 및 평면형이었다. 아크 증발을 위한 적합한 타겟 기술 패키지는 IHI Hauzer Techno Coating B.V., Kobelco(Kobe Steel Ltd.) 및 Oerlikon Balzers 와 같은 시판 중인 공급업체로부터 입수가능하다.
코팅되지 않는 블랭크들은 PVD 챔버에서 3배 회전을 겪는 핀들 상에 장착되었다.
챔버는 높은 진공(10-2 Pa 미만)까지 펌핑되었고, 챔버 내측에 위치된 가열기들에 의해 약 450-550℃로 가열되었다. 그후, 블랭크들은 Ar 플라즈마에서 60 분 동안 에칭되었다.
처음에, Ti0.50Al0.50N의 최내부 층이 Ti0.50Al0.50 타겟만을 사용함으로써 디포짓팅되었다.
챔버 압력(반응 압력)은 4 Pa의 N2 가스로 설정되었고, (챔버 벽들에 대한) -50 V의 DC 바이어스 전압이 블랭크 조립체에 인가되었다. 캐소드들은 70 분 동안 (각각) 150 A의 전류에서 아크 방전 모드로 실행(run)되었다(2개의 플랜지). 테이블 회전 속도는 5 rpm이었다. 약 1.4 ㎛의 두께를 갖는 Ti0.50Al0.50N의 층이 블랭크들 상에 디포짓팅되었다.
그후, 나노-멀티층이 장착된 모든 타겟을 사용함으로써 디포짓팅되었다.
챔버 압력(반응 압력)은 4 Pa의 N2 가스로 설정되었고, (챔버 벽들에 대한) -70 V의 DC 바이어스 전압은 블랭크 조립체에 인가되었다. 캐소드들은 35 분 동안 (각각) 150 A의 전류에서 아크 방전 모드로 실행되었다(4개의 플랜지). 테이블 회전 속도는 5 rpm이었다. 약 1.4 ㎛의 두께를 갖는 나노-멀티층 코팅이 블랭크 상에 디포짓팅되었다.
회전 속도는 소정 주기 두께와 상관되고, 그것은 사용된 장비 및 현재 디포지션 레이트에 대해 5 rpm의 테이블 회전 속도가 약 2 nm의 나노층 Ti0.50Al0.50N, Ti0.85Si0.15N 및 Ti0.20Al0.80N 각각의 평균 개별 나노층 두께와 상관된다는 것으로 결론지어졌다. 나노-멀티층의 나노층들의 수는 약 700개이다.
나노-층은 순서 Ti0.50Al0.50N/ Ti0.20Al0.80N/ Ti0.50Al0.50N/ Ti0.85Si0.15N로 연속 나노층들의 반복 시퀀스를 포함한다.
마지막으로, 제조된 개별 코팅된 절삭 공구 사이에서 균일한 색상을 획득하기 위해, Ti0.85Si0.15N의 최외부 층이 Ti0.85Si0.15 타겟만을 사용함으로써 디포짓팅되었다. 바이어스가 -60 V이고 캐소드가 10분 동안 실행된 것(1개의 플랜지)을 제외하고는, 모든 디포지션 파라미터는 이전 층을 디포짓팅하기 위한 것과 동일하였다. Ti0.85Si0.15N의 층이 약 0.2 ㎛의 두께로 디포짓팅되었다.
나노-멀티층에서, 나노층들 Ti0.50Al0.50N, Ti0.85Si0.15N, Ti0.20Al0.80N 각각의 나노층 두께의 합의 비, 즉 Ti0.50Al0.50N: Ti0.85Si0.15N: Ti0.20Al0.80N는 약 2:1:1이다. 비는 동일한 것으로 가정된 각각의 타겟으로부터의 디포지션 레이트, 디포지션 동안의 회전 및 디포지션 시간으로부터 추정된다.
코팅된 절삭 공구는 "샘플 1 (본 발명)"이라 하였다.
예 2
코팅된 절삭 공구가 지오메트리 CNMG120408MM 및 R390-11T308M-PM의 소결된 초경합금 절삭 인서트 블랭크 상에 디포짓팅된 Ti0.85Si0.15N, Ti0.50Al0.50N 및 Ti0.20Al0.80N 나노층들의 나노-멀티층을 포함하도록 제공되었다. 초경합금의 조성은 10 wt% Co, 0.4 wt% Cr 및 잔부 WC였다. 초경합금 블랭크는 4개의 원호형 플랜지들을 포함하는 진공 챔버에서 캐소딕 아크 증발에 의해 코팅되었고, 각각의 플랜지는 여러 개의 캐소드 증발기를 포함한다. Ti0.50Al0.50의 타겟은 서로 반대쪽의 2개의 플랜지에서 증발기에 장착되었다. 나머지 타겟 Ti0.85Si0.15 및 Ti0.20Al0.80은 서로 반대쪽의 2개의 나머지 플랜지에서 증발기에 장착되었다. 타겟은 오픈 마켓에서 이용가능한 직경 100 mm를 갖는 원형 및 평면형이었다. 아크 증발을 위한 적합한 타겟 기술 패키지는 IHI Hauzer Techno Coating B.V., Kobelco(Kobe Steel Ltd.) 및 Oerlikon Balzers 와 같은 시판 중인 공급업체로부터 입수가능하다.
코팅되지 않는 블랭크들은 PVD 챔버에서 3배 회전을 겪는 핀들 상에 장착되었다.
챔버는 높은 진공(10-2 Pa 미만)까지 펌핑되었고, 챔버 내측에 위치된 가열기들에 의해 약 450-550℃로 가열되었다. 그후, 블랭크들은 Ar 플라즈마에서 60 분 동안 에칭되었다.
처음에, Ti0.50Al0.50N의 최내부 층이 Ti0.50Al0.50 타겟만을 사용함으로써 디포짓팅되었다.
챔버 압력(반응 압력)은 4 Pa의 N2 가스로 설정되었고, (챔버 벽들에 대한) -50 V의 DC 바이어스 전압이 블랭크 조립체에 인가되었다. 캐소드들은 70 분 동안 (각각) 150 A의 전류에서 아크 방전 모드로 실행되었다(2개의 플랜지). 테이블 회전 속도는 5 rpm이었다. 약 1.4 ㎛의 두께를 갖는 Ti0.50Al0.50N의 층이 블랭크들 상에 디포짓팅되었다.
그후, 나노-멀티층은, 약 35 nm 두께의 Ti0.85Si0.15N/ Ti0.20Al0.80N 나노-멀티층의 제1 시퀀스를 생성하도록, Ti0.85Si0.15 및 Ti0.20Al0.80 타겟의 사용을 교호함으로써 디포짓팅되었다. 테이블 회전 속도는 5 rpm이었다. 그후, Ti0.50Al0.50 타겟만이 약 35 nm 두께의 Ti0.50Al0.50N 층을 생성하도록 사용되었다. 이러한 절차는 Ti0.50Al0.50N의 "단일층"과 조합된 나노층들 Ti0.85Si0.15N 및 Ti0.20Al0.80N의 나노-멀티층 시퀀스의 20개 시퀀스가 완료될 때까지 반복되었다. 디포짓팅된 나노-멀티층의 총 두께는 1.4㎛ 였다.
챔버 압력(반응 압력)은 4 Pa의 N2 가스의 설정되고, (챔버 벽에 대해) -40 V의 DC 바이어스 전압은 Ti0.85Si0.15 및 Ti0.20Al0.80 타겟을 사용할 때 블랭크 조립체에 인가되었고 (챔버 벽에 대해) -80 V의 DC 바이어스 전압은 Ti0.50Al0.50 타겟을 사용할 때 인가되었다. 캐소드들은 70 분 동안 (각각) 150 A 의 전류에서 아크 방전 모드로 실행되었다(동시에 2개의 플랜지). 테이블 회전 속도는 5 rpm이었다. 약 1.4 ㎛의 두께를 갖는 나노-멀티층 코팅이 블랭크 상에 디포짓팅되었다.
회전 속도는 소정 주기 두께와 상관되고, 그것은 사용된 장비 및 현재 디포지션 레이트에 대해 5 rpm의 테이블 회전 속도가 약 2 nm의 나노층 Ti0.85Si0.15N 및 Ti0.20Al0.80N 각각의 평균 개별 나노층 두께와 상관된다는 것으로 결론지어졌다.
마지막으로, 제조된 개별 코팅된 절삭 공구 사이에서 균일한 색상을 획득하기 위해, Ti0.85Si0.15N의 최외부 층이 Ti0.85Si0.15 타겟만을 사용함으로써 디포짓팅되었다. 바이어스가 -60 V이고 캐소드가 10분 동안 실행된 것(1개의 플랜지)을 제외하고는, 모든 디포지션 파라미터는 이전 층을 디포짓팅하기 위한 것과 동일하였다. Ti0.85Si0.15N의 층이 약 0.2 ㎛의 두께로 디포짓팅되었다.
코팅된 절삭 공구는 "샘플 2 (비교예)"이라 하였다.
예 3
코팅된 절삭 공구의 샘플의 3개의 상이한 세트가 지오메트리 CNMG120408MM 및 R390-11T308M-PM의 소결된 초경합금 절삭 인서트 블랭크 상에 디포짓팅된 각각 높은-Al Ti0.25Al0.75N, Ti0.15Al0.85N 또는 Ti0.05Al0.95N 나노층들 중 하나 및 Ti0.80Si0.20N, Ti0.40Al0.60N의 나노-멀티층을 포함하도록 제공되었다. 초경합금의 조성은 10 wt% Co, 0.4 wt% Cr 및 잔부 WC 였다. 초경합금 블랭크는 4개의 원호형 플랜지들을 포함하는 진공 챔버에서 캐소딕 아크 증발에 의해 코팅되었고, 각각의 플랜지는 여러 개의 캐소드 증발기를 포함한다. Ti0.80Si0.20의 타겟은 서로 반대쪽의 2개의 플랜지에서 증발기에 장착되었다. 나머지 타겟 Ti0.40Al0.60 및 사용된 높은-Al (Ti,Al) 타겟(3개의 상이한 실행에서, 각각, Ti0.25Al0.75, Ti0.15Al0.85 또는 Ti0.05Al0.95)은 서로 반대쪽의 2개의 나머지 플랜지에서 증발기에 장착되었다. 타겟은 오픈 마켓에서 이용가능한 직경 100 mm 를 갖는 원형 및 평면형이었다. 아크 증발을 위한 적합한 타겟 기술 패키지는 IHI Hauzer Techno Coating B.V., Kobelco(Kobe Steel Ltd.) 및 Oerlikon Balzers 와 같은 시판 중인 공급업체로부터 입수가능하다.
코팅되지 않는 블랭크들은 PVD 챔버에서 3배 회전을 겪는 핀들 상에 장착되었다.
챔버는 높은 진공(10-2 Pa 미만)까지 펌핑되었고, 챔버 내측에 위치된 가열기들에 의해 약 450-550℃로 가열되었다. 그후, 블랭크들은 Ar 플라즈마에서 60 분 동안 에칭되었다.
처음에, Ti0.40Al0.60N의 최내부 층이 Ti0.40Al0.60 타겟만을 사용함으로써 디포짓팅되었다. 챔버 압력(반응 압력)은 4 Pa의 N2 가스로 설정되었고, (챔버 벽들에 대한) -70 V의 DC 바이어스 전압은 블랭크 조립체에 인가되었다. 캐소드들은 100 분 동안 (각각) 150 A의 전류에서 아크 방전 모드로 실행되었다(1개의 플랜지). 테이블 회전 속도는 5 rpm이었다. 약 1 ㎛의 두께를 갖는 Ti0.40Al0.60N의 층이 블랭크들 상에 디포짓팅되었다.
그후, 나노-멀티층이 장착된 모든 타겟을 사용함으로써 디포짓팅되었다.
챔버 압력(반응 압력)은 4 Pa의 N2 가스로 설정되었고, (챔버 벽들에 대한) -100 V의 DC 바이어스 전압은 블랭크 조립체에 인가되었다. 캐소드들은 50 분 동안 (각각) 150 A의 전류에서 아크 방전 모드로 실행되었다(4개의 플랜지). 테이블 회전 속도는 5 rpm이었다. 약 2 ㎛의 두께를 갖는 나노-멀티층 코팅이 블랭크 상에 디포짓팅되었다.
테이블 회전 속도는 소정 주기 두께와 상관되기 때문에, 그것은 사용된 장비 및 현재 디포지션 레이트에 대해 5 rpm의 테이블 회전 속도가 약 2 nm로 제조된 3개의 상이한 나노-멀티층에서, 각각, 나노층 Ti0.40Al0.60N, Ti0.80Si0.20N 및 또한 Ti0.25Al0.75N, Ti0.15Al0.85N 및 Ti0.05Al0.95N 각각의 평균 개별 나노층 두께에 상관된다는 것으로 결론지어졌다. 나노-멀티층의 모든 3개의 상이한 세트들의 나노층들의 수는 약 1000개이다.
샘플들의 제1 세트의 나노-멀티층은 순서 Ti0.40Al0.60N/ Ti0.80Si0.20N/ Ti0.25Al0.75N/ Ti0.80Si0.20N로 연속 나노층들의 반복 시퀀스를 포함한다. 샘플들의 제2 세트의 나노-멀티층은 순서 Ti0.40Al0.60N/ Ti0.80Si0.20N/ Ti0.15Al0.85N/ Ti0.80Si0.20N로 연속 나노층들의 반복 시퀀스를 포함한다. 샘플들의 제3 세트의 나노-멀티층은 순서 Ti0.40Al0.60N/ Ti0.80Si0.20N/ Ti0.05Al0.95N/ Ti0.80Si0.20N로 연속 나노층들의 반복 시퀀스를 포함한다.
마지막으로, 제조된 개별 코팅된 절삭 공구 사이에서 균일한 색상을 획득하기 위해, 최외부 층은 3개의 상이한 샘플 세트에 대해 각각의 나노-멀티층을 디포짓팅할 때 사용되는 각각의 높은-Al(Ti,Al) 타겟만을 사용함으로써 디포짓팅되었다. 바이어스가 -100 V이고 캐소드가 10분 동안 실행된 것(1개의 플랜지)을 제외하고는, 모든 디포지션 파라미터는 이전 층을 디포짓팅하기 위한 것과 동일하였다. Ti0.25Al0.75N, Ti0.15Al0.85N 또는 Ti0.05Al0.95N의 층은 각각 약 0.2 ㎛의 두께로, 3개의 상이한 샘플들의 세트들 상에, 디포짓팅되었다.
나노-멀티층에서, 나노층들 Ti0.40Al0.60N, Ti0.85Si0.15N 각각, 및 각각, Ti0.25Al0.75N, Ti0.15Al0.85N, 및 Ti0.05Al0.95N 중 하나의 두께의 두께 비, 즉 Ti0.40Al0.60N: Ti0.85Si0.15N: (Ti0.25Al0.75N, Ti0.15Al0.85N, 또는 Ti0.05Al0.95N)의 합은 약 1:2:1이다. 비는 동일한 것으로 가정된 각각의 타겟으로부터의 디포지션 레이트, 디포지션 동안의 회전 및 디포지션 시간으로부터 추정된다.
제조된 코팅된 절삭 공구는 다음으로 호칭되었다:
- 나노-멀티층이 Ti0.80Si0.20N, Ti0.40Al0.60N 및 Ti0.25Al0.75N의 나노층으로 구성된 코팅된 절삭 공구에 대해 “샘플 3",
- 나노-멀티층이 Ti0.80Si0.20N, Ti0.40Al0.60N 및 Ti0.15Al0.85N의 나노층으로 구성된 코팅된 절삭 공구에 대해 “샘플 4",
- 나노-멀티층이 Ti0.80Si0.20N, Ti0.40Al0.60N 및 Ti0.05Al0.95N의 나노층으로 구성된 코팅된 절삭 공구에 대해 “샘플 5",
예 4
코팅된 절삭 공구가 지오메트리 CNMG120408MM 및 R390-11T308M-PM의 소결된 초경합금 절삭 인서트 블랭크 상에 디포짓팅된 Ti0.80Si0.20N, Ti0.40Al0.60N 및 Ti0.25Al0.75N 나노층들의 나노-멀티층을 포함하도록 제공되었다. 초경합금의 조성은 10 wt% Co, 0.4 wt% Cr 및 잔부 WC 였다. 초경합금 블랭크는 4개의 원호형 플랜지들을 포함하는 진공 챔버에서 캐소딕 아크 증발에 의해 코팅되었고, 각각의 플랜지는 여러 개의 캐소드 증발기를 포함한다. Ti0.80Si0.20의 타겟은 서로 반대쪽의 2개의 플랜지에서 증발기에 장착되었다. 나머지 타겟 Ti0.40Al0.60 및 Ti0.25Al0.75 은 서로 반대쪽의 2개의 나머지 플랜지에서 증발기에 장착되었다. 타겟은 오픈 마켓에서 이용가능한 직경 100 mm 를 갖는 원형 및 평면형이었다. 아크 증발을 위한 적합한 타겟 기술 패키지는 IHI Hauzer Techno Coating B.V., Kobelco(Kobe Steel Ltd.) 및 Oerlikon Balzers 와 같은 시판 중인 공급업체로부터 입수가능하다.
코팅되지 않는 블랭크들은 PVD 챔버에서 3배 회전을 겪는 핀들 상에 장착되었다.
챔버는 높은 진공(10-2 Pa 미만)까지 펌핑되었고, 챔버 내측에 위치된 가열기들에 의해 약 450-550℃로 가열되었다. 그후, 블랭크들은 Ar 플라즈마에서 60 분 동안 에칭되었다.
처음에, Ti0.40Al0.60N 및 Ti0.25Al0.75N 나노층들의 나노-멀티층인 최내부 층이 Ti0.40Al0.60 및 Ti0.25Al0.75 타겟만을 사용함으로써 디포짓팅되었다.
챔버 압력(반응 압력)은 4 Pa의 N2 가스로 설정되었고, (챔버 벽들에 대한) -100 V의 DC 바이어스 전압은 블랭크 조립체에 인가되었다. 캐소드들은 50 분 동안 (각각) 150 A의 전류에서 아크 방전 모드로 실행되었다(2개의 플랜지). 테이블 회전 속도는 5 rpm이었다. 약 1 ㎛의 두께를 갖는 Ti0.40Al0.60N 및 Ti0.25Al0.75N의 나노-멀티층의 층이 블랭크들 상에 디포짓팅되었다. 사용된 현재 디포지션 레이트 및 장비에 대한 회전 속도는 소정 기간 두께와 상관되므로, 평균 개별 나노층 두께는 약 2 nm인 것으로 결론지어졌다.
그후, Ti0.80Si0.20N, Ti0.40Al0.60N 및 Ti0.25Al0.75N 나노층들의 나노-멀티층은 장착된 모든 타겟을 사용함으로써 디포짓팅되었다.
챔버 압력(반응 압력)은 4 Pa의 N2 가스로 설정되었고, (챔버 벽들에 대한) -100 V의 DC 바이어스 전압은 블랭크 조립체에 인가되었다. 캐소드들은 50 분 동안 (각각) 150 A의 전류에서 아크 방전 모드로 실행되었다(4개의 플랜지). 테이블 회전 속도는 5 rpm이었다. 약 2 ㎛의 두께를 갖는 나노-멀티층 코팅이 블랭크 상에 디포짓팅되었다.
회전 속도는 소정 주기 두께와 상관되고, 그것은 사용된 장비 및 현재 디포지션 레이트에 대해 5 rpm의 테이블 회전 속도가 약 2 nm의 나노층 Ti0.40Al0.60N, Ti0.80Si0.20N 및 Ti0.25Al0.75N 각각의 평균 개별 나노층 두께와 상관된다는 것으로 결론지어졌다. 나노-멀티층의 나노층들의 수는 약 1000개이다.
나노-층은 순서 Ti0.40Al0.60N/ Ti0.80Si0.20N / Ti0.25Al0.75N/ Ti0.80Si0.20N로 연속 나노층들의 반복 시퀀스를 포함한다.
마지막으로, 제조된 개별 코팅된 절삭 공구 사이에서 균일한 색상을 획득하기 위해, Ti0.25Al0.75N의 최외부 층이 Ti0.25Al0.75 타겟만을 사용함으로써 디포짓팅되었다. 모든 디포지션 파라미터는 이전 층을 디포짓팅하기 위한 것과 동일하고 캐소드가 10분 동안(1개의 플랜지) 작동되었다. Ti0.25Al0.75N의 층이 약 0.2 ㎛의 두께로 디포짓팅되었다.
3개의 나노층 타입들의 나노-멀티층에서, 나노층들, 각각 Ti0.40Al0.60N, Ti0.80Si0.20N, Ti0.25Al0.75N 각각의 두께의 두께 합의 비, 즉 Ti0.40Al0.60N: Ti0.80Si0.20N: Ti0.25Al0.75N는 약 1:2:1이다. 비는 동일한 것으로 가정된 각각의 타겟으로부터의 디포지션 레이트, 디포지션 동안의 회전 및 디포지션 시간으로부터 추정된다.
코팅된 절삭 공구는 "샘플 6"이라 하였다.
예 5
코팅된 절삭 공구가 지오메트리 CNMG120408MM 및 R390-11T308M-PM의 소결된 초경합금 절삭 인서트 블랭크 상에 디포짓팅된 Ti0.80Si0.20N, Ti0.40Al0.60N 및 Ti0.15Al0.85N 나노층들의 나노-멀티층을 포함하도록 제공되었다. 초경합금의 조성은 10 wt% Co, 0.4 wt% Cr 및 잔부 WC 였다. 초경합금 블랭크는 4개의 원호형 플랜지들을 포함하는 진공 챔버에서 캐소딕 아크 증발에 의해 코팅되었고, 각각의 플랜지는 여러 개의 캐소드 증발기를 포함한다. Ti0.15Al0.85의 2개의 타겟은 서로 반대쪽의 2개의 플랜지에서 증발기에 장착되었다. 나머지 타겟 Ti0.40Al0.60 및 Ti0.80Si0.20 은 서로 반대쪽의 2개의 나머지 플랜지에서 증발기에 장착되었다. 타겟은 오픈 마켓에서 이용가능한 직경 100 mm 를 갖는 원형 및 평면형이었다. 아크 증발을 위한 적합한 타겟 기술 패키지는 IHI Hauzer Techno Coating B.V., Kobelco(Kobe Steel Ltd.) 및 Oerlikon Balzers 와 같은 시판 중인 공급업체로부터 입수가능하다.
코팅되지 않는 블랭크들은 PVD 챔버에서 3배 회전을 겪는 핀들 상에 장착되었다.
챔버는 높은 진공(10-2 Pa 미만)까지 펌핑되었고, 챔버 내측에 위치된 가열기들에 의해 약 450-550℃로 가열되었다. 그후, 블랭크들은 Ar 플라즈마에서 60 분 동안 에칭되었다.
처음에, Ti0.40Al0.60N의 최내부 층이 Ti0.40Al0.60 타겟만을 사용함으로써 디포짓팅되었다.
챔버 압력(반응 압력)은 4 Pa의 N2 가스로 설정되었고, (챔버 벽들에 대한) -70 V의 DC 바이어스 전압은 블랭크 조립체에 인가되었다. 캐소드들은 100 분 동안 (각각) 150 A의 전류에서 아크 방전 모드로 실행되었다(1개의 플랜지). 테이블 회전 속도는 5 rpm이었다. 약 1 ㎛의 두께를 갖는 Ti0.40Al0.60N의 층이 블랭크들 상에 디포짓팅되었다.
그후, 나노-멀티층이 장착된 모든 타겟을 사용함으로써 디포짓팅되었다.
챔버 압력(반응 압력)은 4 Pa의 N2 가스로 설정되었고, (챔버 벽들에 대한) -100 V의 DC 바이어스 전압은 블랭크 조립체에 인가되었다. 캐소드들은 50 분 동안 (각각) 150 A의 전류에서 아크 방전 모드로 실행되었다(4개의 플랜지). 테이블 회전 속도는 5 rpm이었다. 약 2 ㎛의 두께를 갖는 나노-멀티층 코팅이 블랭크 상에 디포짓팅되었다.
회전 속도는 소정 주기 두께와 상관되고, 그것은 사용된 장비 및 현재 디포지션 레이트에 대해 5 rpm의 테이블 회전 속도가 약 2 nm의 나노층들드ㄷ Ti0.40Al0.60N, Ti0.80Si0.20N 및 Ti0.15Al0.85N 각각의 평균 개별 나노층 두께와 상관된다는 것으로 결론지어졌다. 나노-멀티층의 나노층들의 수는 약 1000개이다.
나노-층은 순서 Ti0.15Al0.85N/ Ti0.40Al0.60N/ Ti0.15Al0.85N/ Ti0.80Si0.20N로 연속 나노층들의 반복 시퀀스를 포함한다.
마지막으로, 제조된 개별 코팅된 절삭 공구 사이에서 균일한 색상을 획득하기 위해, Ti0.15Al0.85N의 최외부 층이 Ti0.15Al0.85 타겟만을 사용함으로써 디포짓팅되었다. 모든 디포지션 파라미터는 이전 층을 디포짓팅하기 위한 것과 동일하고 캐소드가 10분 동안(1개의 플랜지) 작동되었다. Ti0.15Al0.85N의 층이 약 0.2 ㎛의 두께로 디포짓팅되었다.
코팅된 절삭 공구는 "샘플 7"이라 하였다.
나노-멀티층에서, 나노층들, 각각 Ti0.40Al0.60N, Ti0.80Si0.20N, Ti0.15Al0.85N 각각의 두께의 두께 합의 비, 즉 Ti0.40Al0.60N: Ti0.80Si0.20N: Ti0.15Al0.85N는 약 1:1:2이다. 비는 동일한 것으로 가정된 각각의 타겟으로부터의 디포지션 레이트, 디포지션 동안의 회전 및 디포지션 시간으로부터 추정된다.
제조된 샘플 1-7 를 표 1 에 열거하였다.
표 1.
Figure pct00001
* 약 35 nm Ti0.50Al0.50N
** 약 35 나노-멀티층 Ti0.85Si0.15N/ Ti0.20Al0.80N
표 2는 샘플 1 내지 샘플 7을 추가로 요약한다.
표 2.
Figure pct00002
예 6
제조된 샘플의 성능을 결정하기 위해서 절삭 테스트가 행해졌다.
사용된 용어에 대한 설명:
이하 표현들/용어들은 금속 절삭시에 일반적으로 사용되지만, 그럼에도 불구하고 이하의 표에 설명된다:
Vc(m/min): 절삭 속도(분 당 미터)
fz(mm/tooth): (밀링시) 이송 속도(치형당 밀리미터)
fn(mm/rev) : (선삭시) 선회당 이송 속도
z: (수) : 절삭기에서 치형의 수
ae (mm): 반경방향 절삭 깊이(밀리미터)
ap (mm): 축방향 절삭 깊이(밀리미터)
플랭크 마모 테스트:
종방향 선삭
작업편 재료:Sverker 21 (공구 강), 경도 ~ 210 HB, D=180, L=700 mm,
Vc=125 m/min
fn=0.072 mm/rev
ap = 2 mm
절삭 유체 없음
공구 수명에 대한 절삭 기준은 0.15 mm의 플랭크 마모(VB)이다.
플레이킹 저항성:
평가는 오스테나이트계 스테인리스 강에서 선삭 테스트를 통해 행해졌다. 코팅의 접착제 마모 및 플레이킹을 유발하기 위해, 절삭 깊이 ap 를 4 내지 0 및 0 내지 4 mm 로 변화시켰다 (반경방향 페이싱 동안 한 번의 실행). 인서트는 SEM 분석을 통해 평가하였다.
작업: 페이싱(선삭)
작업편 재료: 오스트나이트계 스테인리스 강 Sanmac 316L, L=200 mm, D=100 mm, ~215 HB 의 바
인서트 타입: CNMG 120408MM
냉각: 예
절삭 깊이 ap = 4 내지 0, 0 내지 4 mm
절삭 속도 Vc=140 m/분
이송 속도 fz= 0.36 mm/rev
표 3.
Figure pct00003
본 발명 내의 샘플 1, 3, 4, 6 및 7은 높은 플랭크 내마모성을 가지며, 본 발명을 벗어난 비교 샘플 2 및 5보다 훨씬 더 적은 플랭크 마모를 나타낸다고 결론지어진다.
본 발명 내의 샘플 1, 3, 4, 6 및 7은 높은 플레이킹 저항성을 가지며, 본 발명을 벗어난 비교 샘플 2보다 훨씬 더 우수한 성능을 갖는 것으로 결론지어진다.
대안적인 내부 층의 효과:
샘플 3 및 샘플 6은 샘플 6이 단일 (Ti,Al)N 층 대신에 내부 (Ti,Al)N 나노-멀티층을 갖는다는 점에서 상이하다. 추가의 절삭 테스트가 샘플 6에서 대안적인 내부 층을 가짐으로써 콤 크랙 저항성 및 에지 라인 인성에 대한 영향을 결정하기 위해 샘플 3 및 샘플 6에 대해 실행되었다.
콤 크랙 저항성:
작동: 숄더 밀링
공구 홀더: C5-391.20-25 080
작업편 재료:Toolox 33 (공구 강), L=600 mm, I=200 mm, h=100 mm,
인서트 타입:R390-11T308M-PM
절삭 속도 Vc=250 m/분
이송 속도 fz=0.2 mm/rev
절삭 깊이 ap=3 mm
반경방향 맞물림 ae= 12.5 mm
절삭유 있음
공구 수명의 종료에 대한 기준은 > 0.3 ㎜ 의 최대 칩핑 높이 VB이다.
에지 라인 인성:
작업편 재료:Dievar unhardened, P3. 0.Z.AN,
z = 1
Vc=200 m/min
fz = 0.20 mm
ae = 12 mm
ap = 3.0
절삭 길이 = 12mm
절삭 유체 없음
절삭 기준은 플랭크 또는 레이크 상에서 0.2 ㎜ 의 측정 깊이 또는 적어도 0.5 ㎜ 의 에지 라인의 칩핑이다. 공구 수명은 이러한 기준을 달성하기 위하여 절삭 엔트런스들(cut entrances)의 수로서 표현된다.
표 5.
Figure pct00004
양쪽 콤 크랙 저항성 테스트 및 에지 라인 인성(ELT) 테스트의 결과는 내부 Ti0.40Al0.60N 층 대신에 내부 나노-멀티층 Ti0.40Al0.60N/ Ti0.25Al0.75N의 존재에 의해 개선된다.

Claims (14)

  1. 기재(5) 및 코팅(6)을 포함하는 코팅된 절삭 공구(1)로서,
    상기 코팅(6)은 Ti1-xAlxN, 0.35≤x<0.67인 제1 나노층 타입(9), Ti1-ySiyN, 0.10≤y≤0.25인 제2 나노층 타입(10), 및 Ti1-zAlzN, 0.70≤z≤0.90인 제3 나노층 타입(11)의 교호하는 나노층들의 약 0.5 내지 약 10 ㎛의 나노-멀티층(8)을 포함하고,
    상기 나노-멀티층(8)에서 나노층 타입들 Ti1-xAlxN(9), Ti1-ySiyN(10), 및 Ti1-zAlzN(11) 각각의 평균 나노층 두께는 1 내지 30 nm인, 코팅된 절삭 공구(1).
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 나노층 타입들의 모두의 두께의 합 사이에서 상기 나노-멀티층(8)에서의 비 Ti1-xAlxN(9):Ti1-ySiyN(10):Ti1-zAlzN(11)는 a:b:c 이고,
    여기서, 0.5<a<3, 0.5<b<3, 0.5<c<3, 바람직하게는 0.75<a<2.5, 0.75<b<2.5, 0.75<c<2.5, 가장 바람직하게는 0.9<a<2.25, 0.9<b<2.25, 0.9<c<2.25인, 코팅된 절삭 공구(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    Ti1-xAlxN인 상기 제1 나노층 타입(9)에 대해, 적합하게는 0.40≤x≤0.67, 바람직하게는 0.45≤x≤0.62인, 코팅된 절삭 공구(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    Ti1-ySiyN인 제2 나노층 타입(10)에 대해, 적합하게는 0.13≤y≤0.23, 바람직하게는 0.17≤y≤0.21인, 코팅된 절삭 공구(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    Ti1-zAlzN인 제3 나노층 타입(11)에 대해, 적합하게는 0.70<z≤0.85, 바람직하게는 0.75<z≤0.85인, 코팅된 절삭 공구(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노-멀티층에서 나노층 타입들 Ti1-xAlxN, Ti1-ySiyN, 및 Ti1-zAlzN 각각의, 상기 나노-멀티층 (8)에서의 평균 나노층 두께가 적절하게는 1 내지 20 nm, 바람직하게는 1.5 내지 10 nm, 가장 바람직하게는 2 내지 5 nm인, 코팅된 절삭 공구(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노-멀티층에서 상기 나노층 타입들 Ti1-xAlxN(9), Ti1-ySiyN(10), 및 Ti1-zAlzN(11) 중 임의의 하나 내지 상기 나노층 타입들 Ti1-xAlxN(9), Ti1-ySiyN(10), 및 Ti1-zAlzN(11) 중 임의의 나머지 2개 사이에서 상기 나노-멀티층 (8)의 평균 나노층 두께의 비는 적절하게 0.1 내지 10, 바람직하게 0.5 내지 5, 가장 바람직하게 0.8 내지 2인, 코팅된 절삭 공구(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노-멀티층(8)에서, 10개의 연속 나노층들, 바람직하게는 8개, 가장 바람직하게는 6개의 연속 나노층들의 시퀀스 내에서, 상기 나노층 타입들 Ti1-xAlxN(9), Ti1-ySiyN(10), 및 Ti1-zAlzN(11) 모두가 존재하는, 코팅된 절삭 공구(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노-멀티층(8)의 두께는 약 1 내지 약 8 ㎛, 바람직하게는 약 1.5 내지 약 5 ㎛인, 코팅된 절삭 공구(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅(6)은 약 0.1 내지 약 3 ㎛, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 2 ㎛의 두께를 갖는 기재(5)에 가장 가까운 상기 나노-멀티층(8) 아래에 TiN 또는 (Ti,Al)N의 내부 층(7)을 포함하는, 코팅된 절삭 공구(1).
  11. 제10항에 있어서,
    상기 내부 층(7)은 Ti1-tAltN 이고, 0.35≤t≤0.70인, 코팅된 절삭 공구(1).
  12. 제10항에 있어서,
    상기 내부 층(7)은, Ti1-uAluN, 0.35≤u<0.67 및 Ti1-vAlvN, 0.70≤v≤0.90의 교호하는 나노층들의 (Ti,Al)N 나노-멀티층인 (Ti,Al)N 층인, 코팅된 절삭 공구(1).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅된 절삭 공구(1)의 상기 기재(5)는 초경합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소 및 고속도 강의 그룹으로부터 선택되는, 코팅된 절삭 공구(1).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅된 절삭 공구(1)는 금속 기계가공을 위한, 절삭 공구 인서트, 드릴, 또는 솔리드 엔드-밀(solid end-mill)인, 코팅된 절삭 공구(1).

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