WO2021125516A1 - 경질 피막이 형성된 절삭공구 - Google Patents

경질 피막이 형성된 절삭공구 Download PDF

Info

Publication number
WO2021125516A1
WO2021125516A1 PCT/KR2020/013425 KR2020013425W WO2021125516A1 WO 2021125516 A1 WO2021125516 A1 WO 2021125516A1 KR 2020013425 W KR2020013425 W KR 2020013425W WO 2021125516 A1 WO2021125516 A1 WO 2021125516A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cutting tool
film
oxide
oxygen content
hard film
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/013425
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
권진한
박제훈
안승수
Original Assignee
한국야금 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국야금 주식회사 filed Critical 한국야금 주식회사
Priority to CN202080080448.2A priority Critical patent/CN114761606B/zh
Priority to US17/771,879 priority patent/US20220371100A1/en
Priority to DE112020005303.2T priority patent/DE112020005303T5/de
Publication of WO2021125516A1 publication Critical patent/WO2021125516A1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/148—Composition of the cutting inserts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/021—Cleaning or etching treatments
    • C23C14/022—Cleaning or etching treatments by means of bombardment with energetic particles or radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/081—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2226/00—Materials of tools or workpieces not comprising a metal
    • B23B2226/12—Boron nitride
    • B23B2226/125—Boron nitride cubic [CBN]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/10—Coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering

Definitions

  • the present invention relates to a cutting tool coated with a hard film on a hard base material such as cemented carbide, cermet, ceramic, and cubic boron nitride, and more particularly, a single layer of oxide film comprising a cubic gamma phase or hexagonal alpha phase on a hard base material. It relates to a cutting tool having a hard film structure or a multi-layer structure including an oxide film.
  • the cutting edge of the cutting tool is exposed to a high temperature environment of about 1000°C during high-speed processing of high-hardness materials, and not only wears due to friction and oxidation caused by contact with the workpiece, but also receives mechanical shock such as interruption. Therefore, it is essential for cutting tools to have adequate wear resistance and toughness.
  • 'CVD' chemical vapor deposition
  • 'PVD' physical vapor deposition method
  • the hard film is a single-layer or multi-layer non-oxide film (eg, TiN, TiC, TiCN), an oxide-based film (eg, Al 2 O 3 ) having excellent oxidation resistance, or a mixed layer thereof.
  • oxide-based film include carbides, nitrides, and carbonitrides of metal elements of Groups 4, 5, and 6 of the periodic table such as TiN, TiC, and TiCN.
  • oxide-based film include alpha-Al 2 O 3 or gamma- There is Al 2 O 3 .
  • the cutting tool has a slightly different role and required physical properties depending on the part in contact with the workpiece. For example, oxidation resistance, abrasion resistance, and welding resistance are required for an inclined surface, oxidation resistance, thermal crack resistance, peel resistance, etc. are required for a cutting edge, and wear resistance is generally required for a flank surface.
  • the object of the present invention is to extend the lifespan by differently controlling the oxygen content of the hard film formed for each part of the cutting tool so that the physical properties required for each of the cutting edge, the inclined surface and the free surface can be closer to each other.
  • the present invention provides a hard film having a single-layer or multi-layer structure on a base material of a cutting tool, and the hard film includes a layer made of an oxide, and in the layer made of the oxide, the cutting tool Provided is a cutting tool having a hard film in which the oxygen content of the center of the edge is higher than that of a region more than 50 ⁇ m away from the center of the edge.
  • the inclined surface or the flank surface has a relatively low oxygen content compared to the cutting edge, and thus the hardness is increased to improve abrasion resistance, and the cutting edge has improved oxidation resistance and thermal crack resistance through an increase in oxygen content. be able to get
  • FIG. 1 schematically shows the structure of a hard film according to the present invention.
  • a hard film having a single-layer or multi-layer structure is formed on a base material of the cutting tool, and the hard film includes a layer made of an oxide, It is characterized in that the oxygen content of the center of the edge of the cutting tool is higher than the oxygen content of the region separated by 50 ⁇ m or more from the center of the edge.
  • FIG. 1 schematically shows the structure of a hard film according to the present invention.
  • a film made of oxide is formed on the surface of the base material, and this film is a region within about 50 ⁇ m from the center of the cutting edge (curved portion in the base material) toward the inclined or flank surface (the gap between the hatches is wide).
  • the portion) is characterized in that the oxygen content is controlled relatively high compared to the portion not (a portion with a narrow hatch interval).
  • the oxygen content may be uniformly formed in the area within about 50 ⁇ m from the center of the cutting edge (the curved part of the base material) toward the inclined surface or the free surface (the part with a wide hatching interval), It may be formed in a form in which the oxygen content gradually decreases continuously or intermittently as it goes toward the direction.
  • the inclined surface or the free surface has a relatively low oxygen content compared to the cutting edge, and the hardness increases to improve wear resistance, and the oxygen content of the edge portion is lower. In a high state, oxidation resistance and thermal crack resistance can be obtained.
  • the oxygen content of the center of the edge of the cutting tool is less than 5 at.% of the oxygen content in a region separated by 50 ⁇ m or more from the center of the cutting tool.
  • the difference may not be sufficient, and if it exceeds 15 at.%, the wear resistance of the cutting edge is lowered, which is not preferable. Therefore, it is preferable to maintain the oxygen content difference between 5 and 15 at.%.
  • the film may be an oxide including at least one element selected from Al, Cr, Ti, Y, V, W, Ta, Nb, Mo, Zr, Hf, and Si.
  • the thickness of the film is formed as thin as 0.01 ⁇ m, it is difficult to expect the oxidation resistance required during cutting, and when it exceeds 5 ⁇ m, peeling and chipping are easy to occur as the residual stress increases, and the conductivity of the film Since the density and adhesion of the film are decreased as the deposition rate increases, the thickness of the film is significantly reduced, and thus the range of 0.01 to 5 ⁇ m is required, preferably 0.01 to 3 ⁇ m, more preferably 0.01 to 1 ⁇ m.
  • the upper and / or lower portion of the film made of the oxide, Al, Cr, Ti, Y, V, W, Ta, Nb, Mo, Zr, carbide containing at least one selected from Hf and Si, Nitride, oxide, carbonitride, oxynitride, oxycarbide, oxycarbonitride, boride, boron nitride, boron carbide, boron carbonitride, boron oxynitride, boron oxocarbide, boron oxocarbonitride, and boron oxonitride
  • One or more compound layers may be formed.
  • the oxide film may be formed of, for example, Al 2 O 3 having a cubic gamma phase or a hexagonal alpha phase.
  • a film made of oxide was formed on the surface of a hard base material made of a sintered body such as cemented carbide, cermet, ceramic, and cubic boron nitride using magnetron sputtering, a physical vapor deposition (PVD) method, and with this A multi-layered film including the oxide film was formed through a hybrid PVD process in which arc ion plating was simultaneously applied.
  • a hard base material made of a sintered body such as cemented carbide, cermet, ceramic, and cubic boron nitride using magnetron sputtering, a physical vapor deposition (PVD) method
  • the base material after washing the base material with wet microblasting and ultrapure water, it was mounted along the circumference at a distance from the central axis on the rotary table in the coating furnace in the dry state at a distance in the radial direction.
  • the initial vacuum pressure in the coating furnace was reduced to 8.5 ⁇ 10 -5 Torr or less, the temperature was heated to 400 ⁇ 600°C, and a pulse bias of -200 ⁇ -300V was applied to the rotating base material while rotating on the rotary table under an Ar gas atmosphere. Ion bombardment was performed for 30 to 60 minutes by applying a voltage.
  • the gas pressure for coating was maintained at 50 mTorr or less, preferably 40 mTorr or less, and the substrate bias voltage during coating was -100 to -150V for oxide film coating and -20 to -100V for nitride film coating.
  • the coating conditions may vary depending on equipment characteristics and conditions.
  • cemented carbide composed of WC having an average particle size of 0.8 ⁇ m and a Co content of 10 wt.% was used.
  • the oxide film is made of Al 2 O 3 , using an Al 99.9at.% target, bias voltage -125V (Pulsed DC, 20 ⁇ 45kHz), sputtering power 20kW, O 2 and Ar injection as reaction gas, pressure 0.5Pa It was formed under the conditions of
  • the embodiment of the present invention is configured by applying the pulse duty cycle of the bias voltage to less than 50%
  • the comparative example of the present invention is configured by applying the bias voltage pulse duty cycle to 50% or more.
  • an AlTiN or AlCrN nitride film was applied in addition to Al 2 O 3 when forming a film having a multilayer structure including a film made of the oxide, and an AlTi (60at.%/40at.%) target or AlCr (64at.%/36at.%) ) using a target, bias voltage -30 ⁇ -60V, arc current 100 ⁇ 150A, N 2 as a reaction gas was injected, and a film was formed at a pressure of 2.7 ⁇ 4.0Pa.
  • Examples and comparative examples of the present invention were prepared under the above conditions, and basic information on the structure, thickness, and hardness of the corresponding hard film is shown in Table 1 below.
  • Example 1-1 Al 2 O 3 0.8 0.8 28.0 1-2 AlTiN/Al 2 O 3 0.4 2.8 31.5 1-3 AlTiN/Al 2 O 3 /AlTiN 0.4 3.1 31.9 1-4 AlCrN/Al 2 O 3 0.4 3.0 30.1 1-5 AlCrN/Al 2 O 3 /AlCrN 0.4 3.0 31.8 comparative example 2-1 Al 2 O 3 0.9 0.9 26.9 2-2 AlTiN/Al 2 O 3 0.4 3.0 30.4 2-3 AlTiN/Al 2 O 3 /AlTiN 0.4 2.9 32.3 2-4 AlCrN/Al 2 O 3 0.4 3.0 29.8 2-5 AlCrN/Al 2 O 3 /AlCrN 0.4 3.1 31.0
  • 1-3(R), 1-5(R), 2-3(R), and 2-5(R) have the bevel of the tool in the direction perpendicular to the target, and the clearance of the tool with the target. It is mounted on a rotary table so that it lies in a parallel direction.
  • the oxygen content in the oxide film at the center of the cutting tool edge is 5 to 15 at. have a value
  • the oxygen content in the oxide film at the center of the cutting tool edge was 2 to 7 at. That is, the hard film of the embodiment has a more significant difference in oxygen content depending on the position of the cutting tool edge.
  • a milling test was performed to evaluate the abrasion resistance, thermal crack resistance, and chipping resistance of the hard film prepared as shown in Table 2, and the evaluation was performed under the following conditions.
  • the hard film of the embodiment has a higher oxygen content in the center of the cutting edge compared to the inclined surface or the free surface, the oxidation resistance and lubricity of the cutting edge are excellent, and the inclined surface or the free surface has a structure excellent in mechanical wear resistance due to the high thin film hardness. For this reason, in the milling test, it is judged that the hard film of the example has better cutting performance than the hard film of the comparative example because it has better properties required for each part of the tool.
  • the cutting performance is significantly lower due to the low thin film hardness, low adhesion, and thin film thickness.
  • the oxide film is quickly consumed during processing. It shows relatively low cutting performance due to the decrease in oxidation resistance and lubricity.
  • the layered oxide film between the nitride film and the nitride film is structurally stable as in samples 1-3, 1-5, 2-3, and 2-5, and here, as in samples 1-3 and 1-5, When there is a difference in oxygen content for each tool part, it is judged to have a thin film structure that can best reflect the effect of improving cutting performance.
  • the upper and/or lower portion of the oxide film contains at least one selected from Al, Cr, Ti, Y, V, W, Ta, Nb, Mo, Zr, Hf and Si.
  • a hard coat sample with nitride was further prepared. A milling test was performed on this sample, and the evaluation results are shown in Table 4 below.
  • the hard film of Examples is generally superior in abrasion resistance, thermal crack resistance, and chipping resistance compared to the hard film of Comparative Examples.
  • a hard film having a nitride including at least one selected from Al, Cr, Ti, Y, V, W, Ta, Nb, Mo, Zr, Hf and Si on the upper and/or lower portion of the oxide film is the nitride It can be seen that the cutting performance is slightly different for each evaluation item according to the composition and stacking position of the . As described above, through the compositional and structural combination of the oxide film of the present invention and various materials, it is possible to design a hard film suitable for the processing environment and to improve the performance thereof.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 발명은 초경합금, 써멧, 세라믹, 입방정 질화붕소와 같은 경질모재와 이 경질모재 상에 형성되는 경질피막으로 이루어진 절삭공구에 관한 것이다. 본 발명에 따른 절삭공구는, 모재 상에, 단층 또는 다층 구조로 이루어진 경질피막이 형성되고, 상기 경질피막은 산화물로 이루어진 층을 포함하고, 상기 산화물로 이루어진 층에 있어서, 절삭공구의 인선(edge) 중심의 산소 함량이 상기 인선 중심으로부터 50㎛ 이상 떨어진 영역의 산소 함량에 비해 높은 것을 특징으로 한다.

Description

경질 피막이 형성된 절삭공구
본 발명은 초경합금, 써멧, 세라믹, 입방정 질화붕소와 같은 경질모재 상에 경질피막이 코팅된 절삭공구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경질모재 상에 입방정의 감마상 또는 육방정의 알파상으로 이루어지는 산화막의 단층 구조 또는 산화막을 포함하는 다층 구조의 경질피막이 형성된 절삭공구에 관한 것이다.
절삭공구의 인선은 고경도 재료의 고속가공 시, 약 1000℃의 고온환경에 노출되고, 가공물과의 접촉으로 인한 마찰과 산화로 마모가 발생할 뿐 아니라, 단속과 같은 기계적 충격도 받게 된다. 그러므로 절삭공구는 적절한 내마모성과 인성을 갖는 것이 필수적으로 요구된다.
이와 같이 절삭공구에 요구되는 내마모성과 인성을 부여하기 위하여, 일반적으로 절삭공구로 사용되는 초경합금의 표면에는 화학기상증착법(이하, 'CVD'라 함) 또는 물리기상증착법(이하, 'PVD'라 함)을 통해 형성된 경질피막을 형성한다.
이러한 경질피막은, 단층 또는 다층의 비산화물계 피막(예: TiN, TiC, TiCN)이나, 우수한 내산화성을 갖는 산화물계 피막(예: Al2O3) 또는 이들의 혼합층으로 구성되며, 상기 비산화물계 피막의 예로는 TiN, TiC, TiCN 등과 같은 주기율표상 4, 5, 6족 금속원소의 탄화물, 질화물, 탄질화물이 있고, 산화물계 피막의 예로는 대표적으로 알파-Al2O3 또는 감마-Al2O3이 있다.
한편, 절삭공구는 피삭재와 접촉되는 부위에 따라 그 역할과 요구되는 물성에 있어서 조금씩 차이가 있다. 예를 들어 경사면의 경우 내산화성, 내마모성, 내용착성 등이 요구되고, 인선에는 내산화성, 내열크랙성, 내박리성 등이 요구되며, 여유면에는 내마모성이 일반적으로 요구된다.
이러한 절삭공구의 부위 별로 달리 요구되는 물성을 어느 정도 충족시키기 위하여, 여러 가지의 원소를 포함시킨 다원계 박막, 상이한 물질층으로 이루어진 다층구조 박막, 또는 후처리 기술 등이 적용되어 왔지만, 이러한 기술들은 공구 부위 별 물성을 차별화하는데 한계가 있다.
본 발명의 과제는, 절삭공구의 부위 별로 형성되는 경질피막의 산소의 함량을 상이하게 조절하여, 인선, 경사면 및 여유면의 각각에 중점적으로 요구되는 물성에 보다 근접할 수 있도록 함으로써, 수명을 연장시킬 수 있는 절삭공구를 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 절삭공구의 모재 상에, 단층 또는 다층 구조로 이루어진 경질피막이 형성되고, 상기 경질피막은 산화물로 이루어진 층을 포함하고, 상기 산화물로 이루어진 층에 있어서, 절삭공구의 인선(edge) 중심의 산소 함량이 상기 인선 중심으로부터 50㎛ 이상 떨어진 영역의 산소 함량에 비해 높은, 경질피막이 형성된 절삭공구를 제공한다.
본 발명에 따른 절삭공구의 경우, 경사면 또는 여유면은 인선에 비해 상대적으로 산소 함량이 적은 상태가 되어 경도가 높아져 내마모성이 향상되고, 인선은 산소 함량의 증가를 통해 향상된 내산화성과 내열크랙성을 얻을 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 경질피막의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 경질피막이 코팅된 절삭공구는, 절삭공구의 모재 상에, 단층 또는 다층 구조로 이루어진 경질피막이 형성되고, 상기 경질피막은 산화물로 이루어진 층을 포함하고, 상기 산화물로 이루어진 층에 있어서, 절삭공구의 인선(edge) 중심의 산소 함량이 상기 인선 중심으로부터 50㎛ 이상 떨어진 영역의 산소 함량에 비해 높은 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 경질피막의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 모재의 표면에 산화물로 이루어진 피막이 형성되고, 이 피막은 인선(모재에서 굴곡진 부분)의 중심으로부터 경사면 또는 여유면 쪽으로 약 50㎛ 이내의 영역부분(빗금 간격이 넓은 부분)은 그렇지 않은 부분(빗금 간격이 좁은 부분)에 비해 산소 함량이 상대적으로 높게 제어된 것을 특징으로 한다.
한편, 인선(모재에서 굴곡진 부분)의 중심으로부터 경사면 또는 여유면 쪽으로 약 50㎛ 이내의 영역부분(빗금 간격이 넓은 부분)은 산소 함량이 균일하게 형성될 수도 있고, 중심에서 경사면 또는 여유면을 향할 수록 산소 함량이 연속적 또는 단속적으로 점차 감소하는 형태로 형성될 수도 있다.
이와 같이 인선과 경사면 또는 여유면의 산소 함량이 상대적으로 다르게 제어될 경우, 경사면 또는 여유면은 인선에 비해 상대적으로 산소 함량이 적은 상태가 되어 경도가 높아져 내마모성이 향상되고, 인선 부분은 산소 함량이 높은 상태가 되어 내산화성과 내열크랙성을 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기 산화물로 이루어진 층에 있어서, 절삭 공구의 인선 중심의 산소 함량은 상기 인선 중심으로부터 50㎛ 이상 떨어진 영역의 산소 함량의 차이가 5 at.% 미만일 경우 전술한 인선과 경사면 또는 여유면 간의 물성 차이가 충분하지 않을 수 있고, 15 at.% 초과할 경우 인선의 내마모성이 낮아져 바람직하지 않으므로, 산소함량의 차이는 5 ~ 15 at.%를 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 피막은 Al, Cr, Ti, Y, V, W, Ta, Nb, Mo, Zr, Hf 및 Si에서 선택된 1종 이상의 원소를 포함하는 산화물일 수 있다.
또한, 상기 피막의 두께는 0.01㎛ 미만으로 얇게 형성될 경우 절삭 시에 요구되는 내산화성을 기대하기 어렵고, 5㎛ 초과 시에는 잔류응력이 증가함에 따라 박리 및 치핑 등이 발생하기 쉽고, 피막의 전도성이 현저하게 떨어지게 되어 증착할수록 피막의 밀도 및 밀착력이 감소하므로, 0.01 ~ 5㎛ 범위가 요구되며, 0.01 ~ 3㎛ 가 바람직하고, 0.01 ~ 1㎛가 보다 바람직하다.
또한, 상기 산화물로 이루어진 피막의 상부 및/또는 하부에는 추가로, Al, Cr, Ti, Y, V, W, Ta, Nb, Mo, Zr, Hf 및 Si에서 선택된 1종 이상을 포함하는 탄화물, 질화물, 산화물, 탄질화물, 산화질화물, 산화탄화물, 산화탄질화물, 붕화물, 질화붕소, 붕소탄화물, 붕소탄질화물, 붕소산화질화물, 붕소옥소탄화물, 붕소옥소탄질화물, 및 옥소질화붕소로부터 선택되는 화합물층이 1층 이상 형성될 수 있다.
또한, 상기 산화물로 이루어진 피막은 예를 들어, 입방정(cubic)의 감마상 또는 육방정(hexagonal)의 알파상으로 이루어진 Al2O3로 이루어질 수 있다.
[실시예]
경질피막의 제조
본 발명의 실시예에서는 초경합금, 써멧, 세라믹, 입방정 질화붕소와 같은 소결체로 이루어지는 경질 모재 표면 위에 물리적 기상 증착법(Physical vapor deposition; PVD)인 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 산화물로 이루어진 피막을 성막하였으며, 이와 함께 아크 이온 플레이팅을 동시에 적용하는 하이브리드 PVD 프로세스를 통하여 상기 산화물로 이루어진 피막을 포함하는 다층 구조의 피막을 형성하였다.
구체적으로, 상기 모재를 습식 마이크로 블라스팅 및 초순수로 세척한 뒤 건조한 상태에서 코팅로 내 회전 테이블 상의 중심축에서 반경 방향으로 소정 거리 떨어진 위치에 원주를 따라 장착하였다. 코팅로 내 초기 진공압력을 8.5×10-5 Torr 이하로 감압하였으며, 온도를 400 ~ 600℃로 가열한 후 Ar 가스 분위기 하에서 상기 회전 테이블 상에서 자전하면서 회전하는 모재에 -200 ~ -300V의 펄스 바이어스 전압을 인가하여 30 ~ 60 분간 이온 봄바드먼트(Ion bombardment)를 수행하였다. 코팅을 위한 가스압력은 50mTorr 이하 바람직하게는 40mTorr 이하로 유지하였으며, 코팅 시 기판 바이어스 전압은 산화막 코팅 시 -100 ~ -150V, 질화막 코팅 시 -20 ~ -100V를 인가하였다. 상기 코팅조건은 장비특성 및 조건에 따라 달라질 수 있다.
보다 구체적으로, 모재는 평균 입도 0.8㎛의 WC와 10wt.%의 Co 함량으로 이루어진 초경합금을 사용하였다. 산화물 피막은 Al2O3로 이루어지며, Al 99.9at.% 타겟을 사용하여 바이어스 전압 -125V(Pulsed DC, 20 ~ 45kHz), 스퍼터 전력 20kW, 반응가스로 O2와 Ar을 주입, 압력 0.5Pa의 조건으로 성막하였다. 여기서 바이어스 전압의 펄스 듀티 사이클을 50% 미만으로 적용하여 본 발명의 실시예를 구성하였으며, 바이어스 전압 펄스 듀티 사이클을 50% 이상으로 적용하여 본 발명의 비교예를 구성하였다. 또한, 상기 산화물로 이루어진 피막을 포함하는 다층 구조의 피막 형성 시 Al2O3 이외에 AlTiN 또는 AlCrN 질화막을 적용하였으며, AlTi(60at.%/40at.%) 타겟 또는 AlCr(64at.%/36at.%) 타겟을 사용하여 바이어스 전압 -30 ~ -60V, 아크 전류 100 ~ 150A, 반응가스로 N2를 주입, 압력 2.7 ~ 4.0Pa 조건으로 성막하였다.
상기의 조건으로 본 발명의 실시예와 비교예를 제조하였으며, 이에 해당되는 경질 피막의 구조, 두께, 경도에 대한 기본 정보를 아래 표 1에 나타내었다.
구분 번호 박막 구조 박막 두께(㎛) 전체 두께(mm) 박막 경도(GPa)
실시예 1-1 Al2O3 0.8 0.8 28.0
1-2 AlTiN/Al2O3 0.4 2.8 31.5
1-3 AlTiN/Al2O3/AlTiN 0.4 3.1 31.9
1-4 AlCrN/Al2O3 0.4 3.0 30.1
1-5 AlCrN/Al2O3/AlCrN 0.4 3.0 31.8
비교예 2-1 Al2O3 0.9 0.9 26.9
2-2 AlTiN/Al2O3 0.4 3.0 30.4
2-3 AlTiN/Al2O3/AlTiN 0.4 2.9 32.3
2-4 AlCrN/Al2O3 0.4 3.0 29.8
2-5 AlCrN/Al2O3/AlCrN 0.4 3.1 31.0
경질피막의 산소함량 분석결과
하기 표 2에 실시예와 비교예 샘플에 대하여 절삭공구 인선 중심의 산화막 내 산소 함량과 상기 인선 중심으로부터 50㎛ 떨어진 영역의 산화막 내 산소 함량을 EDX(Energy-disperse X-ray spectroscopy)로 분석한 결과를 나타내었다. 이 때 일반적으로 공구의 경사면(Rake face)은 타겟과 평행한 방향에 놓이고, 공구의 여유면(Flank face)은 타겟과 수직한 방향에 놓이며, 이는 공구의 형상 또는 회전 테이블 상의 공구 장착 방식에 따라 바뀔 수 있다. 샘플 번호 1-3(R), 1-5(R), 2-3(R), 2-5(R)은 공구의 경사면이 타겟과 수직한 방향에 놓이고, 공구의 여유면이 타겟과 평행한 방향에 놓이도록 회전 테이블 상에 장착한 것이다.
구분 번호 박막 구조 산화막 내 산소 함량 (EDX, at.%)
인선 중심 경사면 여유면
실시예 1-1 Al2O3 48.9 34.7 42.9
1-2 AlTiN/Al2O3 46.4 32.5 40.5
1-3 AlTiN/Al2O3/AlTiN 47.5 33.1 41.9
1-3(R) AlTiN/Al2O3/AlTiN 50.1 42.8 33.4
1-4 AlCrN/Al2O3 47.8 33.3 40.9
1-5 AlCrN/Al2O3/AlCrN 49.0 37.8 41.8
1-5(R) AlCrN/Al2O3/AlCrN 47.3 40.9 31.6
비교예 2-1 Al2O3 43.7 37.0 41.5
2-2 AlTiN/Al2O3 45.6 39.7 42.5
2-3 AlTiN/Al2O3/AlTiN 43.9 37.2 39.8
2-3(R) AlTiN/Al2O3/AlTiN 45.6 42.9 39.0
2-4 AlCrN/Al2O3 46.4 39.9 44.2
2-5 AlCrN/Al2O3/AlCrN 46.1 40.3 43.0
2-5(R) AlCrN/Al2O3/AlCrN 44.5 42.1 40.0
상기 표 2에서 확인되는 바와 같이, 실시예의 경질피막은 절삭공구 인선 중심의 산화막 내 산소 함량이 상기 인선 중심으로부터 50㎛ 떨어진 영역(경사면 또는 여유면)의 산화막 내 산소 함량 대비 5 ~ 15at.% 높은 값을 가진다. 반면, 비교예의 경질피막은 절삭공구 인선 중심의 산화막 내 산소 함량이 상기 인선 중심으로부터 50㎛ 떨어진 영역(경사면 또는 여유면)의 산화막 내 산소 함량 대비 2 ~ 7at.% 높은 값을 가진다. 즉, 실시예의 경질피막이 절삭공구의 인선 위치에 따라 좀 더 현저한 산소 함량 차이를 갖는다.
절삭성능 평가
상기 표 2와 같이 제조한 경질피막의 내마모성, 내열크랙성, 내치핑성을 평가하기 위하여 밀링가공 시험을 수행하였으며, 하기와 같은 조건으로 평가하였다.
탄소강은 일반적으로 화학적인 마찰마모가 주요 마모유형으로, 인선부의 내산화성이 절삭성능에 미치는 영향이 크다. 합금강은 일반적으로 열크랙과 기계적인 마찰마모가 주요 마모유형으로, 인선부의 열차폐성과 경사면 또는 여유면의 박막 경도가 절삭성능에 미치는 영향이 크다. 스테인레스강은 일반적으로 피삭재의 용착 및 가공경화에 의한 치핑이 주요 마모유형으로, 인선부의 내산화성과 윤활성이 절삭성능에 미치는 영향이 크다.
(1) 내마모성 평가
피삭재: 탄소강(SM45C)
샘플형번: SNMX1206ANN-MM
절삭속도: 250m/min
절삭이송: 0.2mm/tooth
절삭깊이: 2mm
(2) 내열크랙성 평가
피삭재: 합금강(SCM440)
샘플형번: SNMX1206ANN-MM
절삭속도: 200m/min
절삭이송: 0.2mm/tooth
절삭깊이: 2mm
(3) 내치핑성 평가
피삭재: STS316L
샘플형번: ADKT170608PESR-ML
절삭속도: 120m/min
절삭이송: 0.15mm/tooth
절삭깊이: 5mm
이상과 같은 조건으로 평가한 결과를 아래 표 3에 나타내었다.
구분 번호 내마모성 내열크랙성 내치핑성
가공길이(mm) 마모유형 가공길이(mm) 마모유형 가공길이(mm) 마모유형
실시예 1-1 900 박막뜯김,과대마모 900 열크랙,파손 200 경계치핑
1-2 3000 박막뜯김 1500 과대마모,열크랙 400 경계치핑
1-3 5400 정상마모 5400 정상마모 1100 정상마모
1-3(R) 6300 정상마모 4200 정상마모 900 정상마모
1-4 2700 박막뜯김 1500 과대마모, 열크랙 300 경계치핑
1-5 6000 정상마모 5100 정상마모 1200 정상마모
1-5(R) 6600 정상마모 3600 과대마모 1100 정상마모
비교예 2-1 600 박막뜯김,과대마모 900 열크랙,파손 100 경계치핑
2-2 2100 박막뜯김,과대마모 1200 과대마모,열크랙 300 경계치핑
2-3 3300 과대마모 2700 열크랙 600 경계치핑
2-3(R) 3900 과대마모 1800 과대마모,열크랙 500 R부치핑
2-4 1800 박막뜯김,과대마모 1200 과대마모,열크랙 200 경계치핑
2-5 3600 과대마모 2100 열크랙 600 경계치핑
2-5(R) 3900 과대마모 1500 과대마모,열크랙 400 R부치핑
상기 표 3에서 확인되는 바와 같이, 실시예의 경질피막 중 1-3, 1-3(R), 1-5, 1-5(R)은 비교예의 경질피막 대비 내마모성, 내열크랙성, 내치핑성이 우수하다.
실시예의 경질피막은 경사면 또는 여유면 대비 인선 중심의 산소 함량이 높기 때문에 인선부의 내산화성과 윤활성이 우수하고, 경사면 또는 여유면은 박막 경도가 높아 기계적인 내마모성이 우수한 구조를 갖는다. 이 때문에 상기 밀링가공 시험에서 실시예의 경질피막이 비교예의 경질피막 대비 공구의 부위 별 요구되는 물성을 보다 잘 갖추고 있음으로써 절삭성능이 우세한 것으로 판단된다.
여기서 산화막이 단일층으로 이루어진 1-1, 2-1 샘플의 경우 낮은 박막 경도, 낮은 밀착력 그리고 얇은 박막 두께로 인하여 현저히 낮은 절삭성능을 나타낸다. 또한, 질화막 위에 산화막이 적층된 1-2, 1-4, 2-2, 2-4 샘플의 경우에는 박막 경도가 낮은 산화막을 보호할만한 최외각 층이 없기 때문에 가공 시 산화막이 빠르게 소모되고, 그에 따른 내산화성과 윤활성의 감소로 비교적 낮은 절삭성능을 나타낸다. 따라서 1-3, 1-5, 2-3, 2-5 샘플과 같이 산화막이 질화막과 질화막 사이에 적층되어 있는 것이 구조적으로 안정적임을 알 수 있고, 여기에 1-3, 1-5 샘플과 같이 공구 부위 별 산소 함량 차이를 가질 시 그에 따른 절삭성능의 향상 효과를 가장 잘 반영할 수 있는 박막 구조로 판단된다.
상기 평가한 14종의 샘플 외에 산화물로 이루어진 피막의 상부 및/또는 하부에 Al, Cr, Ti, Y, V, W, Ta, Nb, Mo, Zr, Hf 및 Si에서 선택된 1종 이상을 포함하는 질화물을 갖는 경질피막 샘플을 추가로 제조하였다. 이 샘플에 대해 밀링가공 시험을 수행하였으며, 평가한 결과를 아래 표 4에 나타내었다.
구분 번호 박막 구조 내마모성 내열크랙성 내치핑성
가공길이(mm) 가공길이(mm) 가공길이(mm)
실시예 3-1 AlTiN/Al2O3/AlTiSiN(Al:Ti:Si=57:38:5) 7500 8400 1100
3-2 AlTiN/Al2O3/AlTiVZrN(Al:Ti:V:Zr=54:36:5:5) 5700 4500 1700
3-3 AlTiN/Al2O3/AlTiNbMoN(Al:Ti:Nb:Mo=54:36:5:5) 6300 6600 1100
3-4 AlTiWYN/Al2O3/AlTiN(Al:Ti:W:Y=56.4:37.6:3:3) 5400 3900 900
3-5 AlTiTaHfN/Al2O3/AlTiN(Al:Ti:Ta:Hf=56.4:37.6:3:3) 6300 7200 1600
3-6 AlCrN/Al2O3/AlCrSiN(Al:Cr:Si=60.8:34.2:5) 8100 6900 1100
3-7 AlCrN/Al2O3/AlCrVZrN(Al:Cr:V:Zr=57.6:32.4:5:5) 4800 3900 1900
3-8 AlCrN/Al2O3/AlCrNbMoN(Al:Cr:Nb:Mo=57.6:32.4:5:5) 6600 5700 1100
3-9 AlCrWYN/Al2O3/AlCrN(Al:Cr:W:Y=60.2:33.8:3:3) 5400 3600 1000
3-10 AlCrTaHfN/Al2O3/AlCrN(Al:Cr:Ta:Hf=60.2:33.8:3:3) 7800 7200 1900
비교예 4-1 AlTiN/Al2O3/AlTiSiN(Al:Ti:Si=57:38:5) 3300 4200 600
4-2 AlTiN/Al2O3/AlTiVZrN(Al:Ti:V:Zr=54:36:5:5) 2100 1800 900
4-3 AlTiN/Al2O3/AlTiNbMoN(Al:Ti:Nb:Mo=54:36:5:5) 2700 3000 500
4-4 AlTiWYN/Al2O3/AlTiN(Al:Ti:W:Y=56.4:37.6:3:3) 2100 1800 300
4-5 AlTiTaHfN/Al2O3/AlTiN(Al:Ti:Ta:Hf=56.4:37.6:3:3) 3000 2700 700
4-6 AlCrN/Al2O3/AlCrSiN(Al:Cr:Si=60.8:34.2:5) 3900 3900 500
4-7 AlCrN/Al2O3/AlCrVZrN(Al:Cr:V:Zr=57.6:32.4:5:5) 2100 1500 1000
4-8 AlCrN/Al2O3/AlCrNbMoN(Al:Cr:Nb:Mo=57.6:32.4:5:5) 2700 3000 400
4-9 AlCrWYN/Al2O3/AlCrN(Al:Cr:W:Y=60.2:33.8:3:3) 2100 1200 400
4-10 AlCrTaHfN/Al2O3/AlCrN(Al:Cr:Ta:Hf=60.2:33.8:3:3) 3600 4500 800
상기 표 4에서 확인되는 바와 같이, 실시예의 경질피막이 비교예의 경질피막 대비 전반적으로 내마모성, 내열크랙성, 내치핑성이 우수하다.
산화물로 이루어진 피막의 상부 및/또는 하부에 Al, Cr, Ti, Y, V, W, Ta, Nb, Mo, Zr, Hf 및 Si에서 선택된 1종 이상을 포함하는 질화물을 갖는 경질피막은 상기 질화물의 조성과 적층 위치에 따라 평가 항목 별로 조금씩 상이한 절삭성능을 갖는 것을 알 수 있다. 이와 같이 본 발명의 산화물로 이루어진 피막과 여러 물질의 조성적, 구조적 조합을 통하여 가공 환경에 적합한 경질피막의 설계와 그에 따른 성능 향상을 기대할 수 있다.

Claims (6)

  1. 절삭공구의 모재 상에, 단층 또는 다층 구조로 이루어진 경질피막이 형성되고,
    상기 경질피막은 산화물로 이루어진 층을 포함하고, 상기 산화물로 이루어진 층에 있어서, 절삭공구의 인선(edge) 중심의 산소 함량이 상기 인선 중심으로부터 50㎛ 이상 떨어진 영역의 산소 함량에 비해 높은, 경질피막이 형성된 절삭공구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화물로 이루어진 층에 있어서, 절삭 공구의 인선 중심의 산소 함량은 상기 인선 중심으로부터 50㎛ 이상 떨어진 영역의 산소 함량에 비해 5 ~ 15at.% 높은, 경질피막이 형성된 절삭공구.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 피막은 Al, Cr, Ti, Y, V, W, Ta, Nb, Mo, Zr, Hf 및 Si에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 경질피막이 형성된 절삭공구.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피막의 두께는 0.01 ~ 5㎛인, 경질피막이 형성된 절삭공구.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 산화물로 이루어진 피막의 상부 및/또는 하부에,
    Al, Cr, Ti, Y, V, W, Ta, Nb, Mo, Zr, Hf 및 Si에서 선택된 1종 이상을 포함하는 탄화물, 질화물, 산화물, 탄질화물, 산화질화물, 산화탄화물, 산화탄질화물, 붕화물, 질화붕소, 붕소탄화물, 붕소탄질화물, 붕소산화질화물, 붕소옥소탄화물, 붕소옥소탄질화물, 및 옥소질화붕소로부터 선택되는 화합물층이 1층 이상 형성되는, 경질피막이 형성된 절삭공구.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 산화물로 이루어진 피막은 입방정(cubic)의 감마상 또는 육방정(hexagonal)의 알파상으로 이루어진 Al2O3로 이루어진, 경질피막이 형성된 절삭공구.
PCT/KR2020/013425 2019-12-20 2020-09-29 경질 피막이 형성된 절삭공구 WO2021125516A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202080080448.2A CN114761606B (zh) 2019-12-20 2020-09-29 其上形成有硬质涂膜的切削工具
US17/771,879 US20220371100A1 (en) 2019-12-20 2020-09-29 Cutting tool with hard coating film formed thereon
DE112020005303.2T DE112020005303T5 (de) 2019-12-20 2020-09-29 Schneidwerkzeug mit hartbeschichtung darauf

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190172180A KR102297711B1 (ko) 2019-12-20 2019-12-20 경질 피막이 형성된 절삭공구
KR10-2019-0172180 2019-12-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021125516A1 true WO2021125516A1 (ko) 2021-06-24

Family

ID=76477491

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/013425 WO2021125516A1 (ko) 2019-12-20 2020-09-29 경질 피막이 형성된 절삭공구

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220371100A1 (ko)
KR (1) KR102297711B1 (ko)
CN (1) CN114761606B (ko)
DE (1) DE112020005303T5 (ko)
WO (1) WO2021125516A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102600870B1 (ko) * 2021-11-19 2023-11-13 한국야금 주식회사 내마모성과 인성이 우수한 경질피막을 포함하는 절삭공구

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09192906A (ja) * 1995-12-12 1997-07-29 Kennametal Inc コーティングされた切削工具
KR20110078462A (ko) * 2009-12-31 2011-07-07 한국야금 주식회사 절삭공구의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 절삭공구
US20120269589A1 (en) * 2009-10-30 2012-10-25 Mitsubishi Materials Corporation Surface coated cutting tool with excellent chipping resistance
JP2016187847A (ja) * 2015-03-30 2016-11-04 三菱マテリアル株式会社 黒皮偏肉断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐欠損性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具
KR20190028503A (ko) * 2016-08-25 2019-03-18 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤 표면 피복 절삭 공구 및 그 제조 방법

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3377090B2 (ja) * 2000-03-31 2003-02-17 住友電気工業株式会社 被覆切削工具
JP2005271190A (ja) * 2003-12-05 2005-10-06 Sumitomo Electric Hardmetal Corp 表面被覆切削工具
WO2005122942A1 (en) * 2004-06-08 2005-12-29 Neil Hamilton Luebke Dental and medical instruments comprising titanium
DE102009001675A1 (de) 2009-03-19 2010-09-23 Eberhard-Karls-Universität Tübingen Schneidwerkzeug
JP5995080B2 (ja) * 2012-12-20 2016-09-21 三菱マテリアル株式会社 耐クラック性にすぐれた立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製表面被覆切削工具
KR101816712B1 (ko) * 2016-11-10 2018-01-11 한국야금 주식회사 경질피막이 형성된 절삭공구
JP2019155569A (ja) * 2018-03-15 2019-09-19 三菱マテリアル株式会社 硬質被覆層が優れた耐酸化性・耐溶着性を発揮する表面被覆切削工具

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09192906A (ja) * 1995-12-12 1997-07-29 Kennametal Inc コーティングされた切削工具
US20120269589A1 (en) * 2009-10-30 2012-10-25 Mitsubishi Materials Corporation Surface coated cutting tool with excellent chipping resistance
KR20110078462A (ko) * 2009-12-31 2011-07-07 한국야금 주식회사 절삭공구의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 절삭공구
JP2016187847A (ja) * 2015-03-30 2016-11-04 三菱マテリアル株式会社 黒皮偏肉断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐欠損性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具
KR20190028503A (ko) * 2016-08-25 2019-03-18 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤 표면 피복 절삭 공구 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20220371100A1 (en) 2022-11-24
CN114761606A (zh) 2022-07-15
KR102297711B1 (ko) 2021-09-03
CN114761606B (zh) 2024-03-19
KR20210079923A (ko) 2021-06-30
DE112020005303T5 (de) 2022-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101820165B1 (ko) 다층 코팅된 절삭 공구
EP0471005B1 (en) High hardness/high compressive stress multilayer coated tool
EP1253215A2 (en) PVD Al2O3 coated cutting tool
WO2022102929A1 (ko) 절삭공구용 경질 피막
US8709583B2 (en) PVD coated tool
KR100576321B1 (ko) 고인성 절삭공구/내마모성 공구
EP2276874B1 (en) A coated cutting tool and a method of making thereof
WO2009131310A2 (ko) 절삭공구용 다층경질 박막
WO2018016732A1 (ko) 절삭공구용 경질피막
KR101208838B1 (ko) 고경도 및 내산화성을 갖는 다층막 절삭공구 및 이의 제조방법
US20050260432A1 (en) Composite material
JP3460288B2 (ja) 耐摩耗性に優れた表面被覆部材
WO2021125516A1 (ko) 경질 피막이 형성된 절삭공구
WO2020230994A1 (ko) 포밍 치형공구용 다층나노 경질 코팅막
JP3460287B2 (ja) 耐摩耗性に優れた表面被覆部材
WO2013165092A1 (ko) 절삭공구용 경질피막
WO2023090620A1 (ko) 내마모성과 인성이 우수한 경질피막을 포함하는 절삭공구
KR100600573B1 (ko) 절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질부재
EP0447556B1 (en) Surface-coated hard member having excellent abrasion resistance
WO2023177050A1 (ko) 경질피막 절삭공구
KR20210081519A (ko) 절삭공구용 경질피막
WO2024071588A1 (ko) 절삭공구용 경질 피막
KR102497483B1 (ko) 절삭공구용 경질피막
KR20040020316A (ko) 절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질부재
WO2017104958A1 (ko) 절삭공구용 경질피막

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20902040

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20902040

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 12/12/2022)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20902040

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1