KR0157995B1 - 초박막 적층체 - Google Patents

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KR0157995B1
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마코토 세토야마
모토유키 다나카
아키라 나카야마
다카시 요시오카
야스히사 하시모토
가즈오 야마가타
미츠노리 고바야시
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구라우치 노리타카
스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 절삭공구 또는 내마모성 공구의 내마모성을 충분하게 개선시킬 수 있고 전기부품, 전자부품, 미끄럼운동부품 또는 기계부품용 내마모성 피막 또는 보호피막으로서 우수한 품질을 나타내는 피복막에 관한 것이다. 이와같은 피복막은 주기율표의 1Va,Va 및 VIa족의 원소, Aℓ및 B로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 한 원소의 적어도 한 질화물 또는 탄질화물와, 표준온도, 표준압력 및 평형상태에서 입방결정구조이외의 결정구조를 가지고 있고 주로 공유결합성을 가지고 있는 적어도 한 화합물로 이루어져 있고, 상기 적어도 한 질화물 또는 질화 탄소는 입방결정구조와 금속 결합성을 가지고 있고, 상기 적어도 한 질화물 또는 탄질화물 및 상기 적어도 한 화합물은 층의 형태로 교대로 적층되어 있고, 상기 적어도 한 질화물 또는 탄질화물와 상기 적어도 한 화합물의 층두께는 각각 0.2내지 50nm이고, 상기 적층체는 전체로서 입방결정 X-선 회절패턴을 가지고 있다.

Description

초박막 적층체
제1a도는 기판상에 피복된 본발명에 따른 초박막 적층제를 나타낸 약도이고,
제1b도는 동 부분확대도이고,
제2도는 기판상에 중간층및 표면층과 함께 피복된 본 발명에 따른 초박막 적층체의 약도이고,
제3a도는 본발명에 따른 초박막 적층체의 제조방법을 나타낸 도면이고,
제3b도는 피막형성장치의 약평면도이고,
제4도는 TiN 및 AℓN으로 된 초박막 적층체(층의 두께:TiN:1.25nm, AℓN:1.25nm)의 X-선 회절패턴을 나타낸 도면이고,
제5도는 TiN 및 AℓN으로 된 초박막 적층체(층의 두께:TiN:1.25nm, AℓN:1.25nm)의 중량이 분위기 온도가 상승함에 따라 어떻게 변화하는 가를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 절삭공구나 내마모성 공구와 같은 경질 부재의 표면 또는 전기부품 또는 전자부품이나 미끄럼운동부품 또는 기계부품의 표면상에 형성되는 초박막 적층체에 관한 것이다.
여기서 사용되는 용어 적층체는 피복층(또는 피막)그 자체를 말하면 강철, 초경탄화물, 서어멧, 세라믹 또는 유리등의 기판을 의미하지 않는다.
절삭공구의 기판상에 그 내마모성을 개선하기 위해 Ti, Hf 또는 Zr의 탄화물, 질화물또는 탄질화물(carbonitride)혹은 Aℓ산화물의 단일 또는 다수의 피복층을 PVD법이나 CVD법에 의해 형성하는 것은 통상적인 관례이다. PVD법에 의해 형성된 피복은 기판의 강도 저하없이 내마모성을 개선할 수 있기 때문에 특히 바람직하다. 따라서, PVD에 의해 형성되는 표면피복은 드릴, 엔드 밀 드로우 어웨이 인서트 및 밀링 커터와 같은 고강도가 요구되는 절삭공구에 광범위하게 사용된다.
그러나 그러한 종래의 표면 피복은 모두가 금속결합성을 갖는 질화물 또는 탄질화물로 이루어지므로, 내마모성 및 내열성에 있어서 만족스럽지 못하다. 따라서, 그러한 표면피복을 갖는 공구가 고속 절삭용으로 사용되는 경우에는 공구 수명이 짧아지는 경향이 있다.
한편, 다이아몬드, 입방 질화붕소(cBN),질화규소(SiN)및 질화알루미늄(AℓN)과 같은 공유결합 화합물은 Ti,Hf 및 Zr의 탄화물, 질화물 및 탄질화물보다 훨씬 높은 경도를 가지며 내열성도 높다. 따라서, 이들 재료는 상기한 종래 재료를 대신할 수 있는 피복재로서 유용한 것으로 생각된다.
그러나 이들 재료는 합성이 극히 곤란하고 밀착력이 작아서 박리하기 쉽기 때문에 표면피복으로서는 실제로 사용되지 않고 있다.
그러한 상황하에 에이치.홀렉 등에 의한 일본 특공소61-235555(DE3512986)호 공보및 표면 및 피복 기술, 제41권(1990), 179-190페이지에 기재된 바와 같이 TiC 및 TiB와 같은 금속결합성을 가지고 있고 100내지 20000층 정도로 이루어지는 상이한 두종류의 세라믹으로 된 피복을 형성함으로써 절삭공구의 절삭성능을 개선하고자 하는 시도가 행하여 졌는데, 박막 또는 미립자의 형태의 상기 각층은 40nm이하의 막두께 또는 입경을 갖고 있다. 그리고, 층 사이의 계면은 응집성 또는 부분 응집성을 가지고 있다.
이러한 다층 피복은 TiC, TiB 타게트를 사용하는 스퍼터링에 의해 형성되고 있다. 표면 및 피복 기술, 제41권(1990), 179-190 페이지에 따르면, 응집성 또는 부분 응집성인 계면에 형성된 약 2내지 3nm두께의 결정질 또는 비정질 혼합층은 피복층에 전달되는 균열을 소멸시켜 에너지를 분산시키는 역할을 한다. 균열의 전도가 억제되기 때문에 내마모성은 향상되지만, 이 간행물은 내마모성 지수중의 하나인 경도가 향상되는지에 대하여 명시하고 있지 않다.
한편, 엠.에스.웡 및 더블유. 디.스프로울은 상이한 두가지 종류의 금속결합 질화물로 되어 있고 두께가 각각 수 나노미터인 층을 교대로 라미네이팅하여 전체 두께가 소정 단계에 달할때 그 경도는 증가한다고 보고하였다.
그러나 그러한 공지 피복은 모두 동일한 결합태양을 갖는 상이한 종류의 금속결합 화합물로 이루어지므로, 내산화성 및 고온 경도의 증대화가 현저하게 증가할 수는 없다. 특히 고속 절삭에 사용되는 절삭공구에 대해서는 공구 수명을 길게 하는데 필요한 성질은 내열성이 불충분하다는 단점이 있다.
전기및 전자부품과 미끄럼운동및 기계부품용 내마모성 및 보호 피막으로서 사용되는 종래의 피막피복도 역시 만족스럽지는 못하다.
예컨대 자기기억 매체에는 미끄럼 운동중의 위험으로부터 그것을 보호하기 위한 표면보호피막이 요구된다. 그러한 보호피막은 주로 경도에 의해 결정되는 내마모성이 높고 기판에 대한 밀착력이 크며 표면 윤활성이 높을 것이 요구된다.
종래의 보호피막은 SiO,SiN 및 AℓO와 같은 산화물 또는 질화물 또는 탄질화물로 이루어지고 약 80nm의 두께를 가진다. 그러나 자기기억매체의 밀도 및 용량을 증가시키기 위해서는 그 위에 형성되는 보호피막의 두께는 50nm를 상회하지 않을 것이 요구된다. 따라서, 종래 피막을 두께가 50nm또는 그 이하로 감소시키면 내마모성 및 내부식성이 현저하게 저하되는 단점이 생기게 된다.
본발명의 목적은 절삭공구, 내마모성 공구, 전기및 전자부품 그리고 미끄럼운동 및 기계 부품의 내마모성, 내열성 및 내부식성을 개선할 수 있는 초박막 적층체를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 주기율표의 1Va,Va및 VIa족 원소및 Aℓ및 B로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소의 적어도 하나의 질화물 또는 탄질화물과, 평형상태하의 표준온도및 표준압력에서 입방결정구조이외의 결정구조를 갖고 있고 주로 공유결합성을 갖고 있는 적어도 하나의 화합물로 이루어지는 초박막 적층체가 제공되는데, 상기 질화물 또는 탄질화물은 입방결정구조와 주로 금속결합성을 갖고 있고, 적어도 하나의 상기 질화물 또는 탄질화물 및 상기 적어도 하나의 화합물은 층의 형태로 교대로 적층되어 있고, 상기 질화물층 또는 탄질화물층 및 상기 화합물층은 각각 두께가 0.2내지 20nm이고, 상기 적층체는 전체로서의 입방결정 X-선 회절패턴을 가진다.
이러한 구성에 있어서, 초박막 적층체의 두 성분중 하나를 구성하는 공유결합 화합물의 결정구조는 입방결정구조로 변화하는데, 이는 금속결합 화합물에 따른 고유한 구조이다. 그와 같이 형성된 초박막 적층체는 공유결합 화합물의 성질과 금속 결합 화합물의 성질을 모두 가지며, 전체로서는 입방결정구조를 이룬다.
금속결합 화합물과 공유결합 화합물중의 어느 하나는 다른하나의 화합물을 형성하는 원소와 완전히 상이한 원소로 이루어질 수 있다. 그렇지 않고 각 화합물을 형성하는 원소의 일부 또는 전부가 그 조성만이 서로 다른 채 동일할 수도 있다.
초박막 적층체의 전체 두께는 전기 또는 전자부품용 내마모성 또는 보호피막으로서 사용하기 위해서는 5nm 내지 10㎛이어야 하며, 기계부품용 피막으로서 사용하기 위해서는 0.1 내지 10㎛이어야 한다.
본 초박막 적층체는 화합물의 일부가 입방결정 공유결합 화합물인 한편, 각 화합물의 조성중 일부 또는 전부가 연속적으로 변화하여 둘 이상의 화합물로 되어 있는 인접층 사이에 계면이 형성되지 않는 구조를 가질 수 있다.
또한, 본 초박막 적층체의 일부분에는 명백한 계면이 존재하고 그 이외의 부분에는 조성이 연속적으로 변화하여 명백한 계면이 존재하지 않는 구조를 가질 수도 있다.
이러한 초박막 적층체는 스퍼터링이나 이온 플레이팅과 같은 PVD법에 의해 형성될 수 있다. 이 PVD법으로 기판의 강도가 높게 유지될수 있고, 공구의 내마모성및 내치핑성(chipping)을 고수준으로 유지할 수 있다.
PVD법 중에서도 본발명에 따른 입방결정 공유결합 화합물을 형성하는 데에는 아아크이온플레이팅법이 가장 바람직한데, 왜냐하면 이 방법에 의하면 높은 이온화율이 얻어질 수 있으므로, 높은 결정화도를 갖는 공유결합 화합물이 형성될 수 있기 때문이다.
보다 높은 이온화율이 요구되면, 적층체는 질화물 또는 탄질화물 타게트를 사용하는 대신 원료로서 주기율표의 1Va,Va및 VIa족 원소 및 B및 Aℓ을 함유하는 다수의 금속 또는 합금타게트와 C및 N을 함유하는 가스를 사용하여 반응성 PVD법으로 형성할 수 있다.
본 발명의 초박막 적층체가 WC계 초경탄화물, 서어멧 및 고속도강과 같은 경질 기판으로된 인서트, 드릴 및 엔드 밀과 같은 절삭공구상에 피복될 경우에는, 기판에 대한 적층체의 밀착력을 향상시키기 위해 기판과 초박막 적층체 사이의 계면에 중간층을 개재시키는 것이 바람직한데, 이 중간층은 두께가 0.05 내지 5㎛이고, 1Va,Va및 VIa족 원소와 C및 N으로부터 선택된 적어도 한 원소의 화합물 및 1Va족 원소의 산화물로 부터 선택된 적어도 한 화합물로 구성된다.
이와 유사하게 보다 높은 내마모성을 위해서는 초박막 적층체상에 표면층을 형성하는 것이 바람직한데, 이 표면층은 두께가 0.1내지 5㎛이고, 1Va,Va및 VIa족 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물 및 산화물중에서 선택된 적어도 한 화합물 및 1Va족 원소의 산화물로 구성된다.
본 발명의 적층체가 절삭공구, 특히 커팅인서트상에 피복되는 경우에는 그 인서트의 측면 및 경사면상에 형성되는 초박막 적층체는 각 면에 요구되는 특성에 따라 서로 다른 사이클로 라미네이팅되는 것이 바람직하다.
제1도 및 제2도에 있어서, 번호1은 기판(2)상에 형성된 초박막 적층체를 나타낸다.
번호3과 4는 각각 표면층과 중간층을 나타낸다. 본 발명에 따른 초박막 적층체는 적어도 하나의 입방결정 금속결합 화합물의 층 및 평형상태중 표준온도와 표준압력에서 입방결정구조이외의 결정구조를 가지는 적어도 하나의 입방결정 공유결합 화합물의 층을 교대로 적층함으로써 적층체가 전체로서는 입방결정구조를 가지도록 형성된다. 각층은 0.2내지 20nm의 극히 작은 두께를 가진다. 그와 같이 형성된 대단히 높은 경도 및 내산화성을 가지며 뛰어난 내마모성과 내열성을 보유한다.
공유결합 화합물은 표준상태에서 입방구조이외의 결정구조를 가지며 경도가 높고 내열성이 우수하다. 예컨대, 소결체로서 사용되는 질화알루미늄(AℓN)은 평형상태중 표준온도와 표준압력에서 부르짜이트 광형구조(Wurtzite structure)를 가지며 경도와 내열성 둘다 매우 높다.
한편, 다이아몬드 및 입방 질화붕소(cBN)는 표준온도 및 표준압력에서 비평형상의 입방 결정구조를 가지는 공유결합 화합물로서 경도및 내열성이 우수하다. 이와 같이, 입방 결정이 비평형상을 가지는 공유결합 물질은 극히 고도의 특성을 가지는 것으로 추정된다.
그러나 그러한 화합물은 실제로는 내마모성 또는 보호피막으로서 전혀 사용되지 않고 있다. 이는 그러한 피막은 합성하기가 매우 곤란하고, 합성되더라도 초경탄화물, 고속도강 및 서어멧과 같은 일반적인 공구 기판과 중간층으로서 통상 사용되는 TiN,TiC 및 TiCN과 같은 입방 NaCℓ형 결정구조를 갖는 금속 결합 경질재료의 피막에 대한 밀착력이 매우 낮기 때문이다.
상기한 두가지 형의 화합물이 교대로 라미네이팅되면, 인접층간의 밀착력이 낮기 때문에 인접층 사이에서 박리가 쉽게 발생된다. 따라서 이러한 다층 피막은 실용상으로 무익하다.
이러한 근본적인 이유는, 공유결합 화합물과 금속결합 화합물이 서로 결합 특성이 완전히 다르고 결정구조가 상이하기 때문에, 앞서의 경우 원자가 초박막 적층체와 기판 사이 또는 초박막 적층체와 중간층 사이의 계면및 초박막 적층체의 인접층들 사이의 계면에서 충분히 강한 힘으로 결합되지 않는 것이다.
본 발명에 따르면, 평형상태중 표준온도와 표준압력에서 입방결정구조를 갖지 않는 공유결합 화합물이 20nm이하의 아주 얇은 층으로 형성되며, 이 층위에는 입방결정 금속 결합 화합물의 층이 라미네이팅된다. 따라서, 공유결합 화합물은 입방결정구조를 얻게 된다.
양 화합물이 같은 입방결정구조를 가지고, 이 입방결정 공유결합 화합물은 극히 뛰어난 성질을 가지므로, 이들 원자들은 인접층간의 계면에서 충분히 강한힘으로 함께 결합된다. 더욱이, 이들 적층체는 기판 또는 중간층에 대한 밀착력도 충분하고 종래의 피복막 보다 경도 및 내산화성이 높다.
초박막 적층체의 경도를 증가시키는 또 하나의 인자는 공유결합 화합물의 결정구조가 입방결정계로 변화할때의 스트레인 에너지의 누적및 계면에 있는 원자가 함께 결합하여 화합물층이 스트레인을 받게될 때의 스트레인 에너지의 누적이다.
금속결합 화합물층의 두께는 특정 범위에 한정되지 않는다. 그러나 공유결합 화합물층의 두께에 비하여 너무 두꺼우면, 공유결합 화합물에 의해 생기는 고경도 및 고내산화성과 같은 유리한 효과가 충분히 발휘될 수 없다. 이러한 이유로, 양 화합물층의 두께는 20nm을 초과하지 않는 것이 바람직하다.
한편, 각 화합물층의 두께가 0.2nm미만이면, 두 화합물이 균일단일층 피막을 형성하면서 서로 혼합되어 상기한 효과가 상실된다.
금속결합 화합물과 공유결합 화합물중의 어느 하나는 다른 하나의 화합물을 형성하는 원소와 완전히 상이한 원소들로 이루어질 수 있다. 또는, 각 화합물을 형성하는 원소의 일부 또는 전부가 동일할 수도 있다. 각 화합물을 형성하는 원소가 같으면, 그 조성은 서로 달라야 한다.
본발명에 따른 초박막 적층체의 상술한 바의 효과는 인접 화합물층 사이에서의 계면의 존재와는 직접적인 관련은 없다. 즉, 화합물층 사이에 명백하거나 또는 명백하지 않는 계면이 존재할 필연성은 없다고 할수 있다.
한편, 인접 화합물층은 화합물층의 조성이 연속적으로 변화하는 구조를 가질 수 있다. 공유결합화합물은 일정한 범위내의 조성에서는 입방결정구조를 가질수 있다. 이 경우 입방결정구조는 공유결합 화합물의 결정구조를 안정화하는 역할을 한다. 그와같이 형성된 막 적층체는 내마모성 및 내열성에 있어 우수하여 공구의 절삭성을 현저하게 향상시킨다는 것이 발견되었다. 게다가 이것은 결함에 의한 박리 또는 피막상의 응력에 있어서의 예리한 변화를 방지하는 역할을 한다.
본발명에 따른 초박막 적층체의 형성시에는 소량의 비정질 화합물을 함유함으로써 고결정화도를 가지는 공유결합 화합물을 생성할 수 있는 피막형성법에 의해 제조하는 것이 불가피하다. 아아크 이온 플레이팅법은 금속원소를 높은 비율로 이온화 할 수 있는 방법으로 본 발명의 목적에 가장 적합하다. 공유결합 화합물의 피박은 반응성 이온 플레이팅법 또는 마그네트론 스퍼터링법에 의해 형성될 수 있으나, 이들 방법에 의해 형성되는 피막은 반드시 비정질 성분을 함유하게 되고, 이는 피막의 유리한 성질을 열화시키게 된다.
이온화율을 증가시키기 위해서는 반응성 PVD법이 바람직한데, 그것은 이 방법에서는 질화물 또는 탄화물 화합물 타게트 대신 원료로서 C및 N중의 하나 또는 둘다를 함유하는 가스와 1Va,Va, VIa족의 원소, B 및 Aℓ중 적어도 하나의 원소를 함유하는 다수의 금속 또는 합금을 타게트로 사용하기 때문이다. 형성된 화합물의 결정화도를 보다 높이기 위해서는 피막형성용 오븐에 원료 기체 이외에 Ar 및 He과 같은 불활성가스 또는 H와 같은 에칭효과가 있는 가스를 도입하는 것이 좋다.
본발명에 따라 형성된 초박막 적층체는 1gf의 하중에서 4000kgf/mm정도의 높은 비커스경도를 나타낸다.
본발명의 초박막 적층체가 내마모성 부품을 생산하기 위해 WC계 초경탄화물, 서어멧 및 고속도강과 같은 경질 기판상에 피복되는 경우에는, 그 두께가 0.5내지 10㎛이어야 한다. 0.5㎛미만이면, 내마모성이 거의 향상되지 않는다. 교역으로, 10㎛보다 두꺼우면, 피막의 잔류 응력으로 인해 기판과 피막간의 밀착력이 감소한다.
초박막 적층체가 기판상에 직접 형성되면, 기판과 적층체간의 밀착력이 종래의 피복막에 비하여 더 작아질 수 있다. 밀착력은 기판과 막 적층체 사이에 중간층을 형성함으로써 개선된다는 것이 발견되었는데, 상기 중간층은 1Va,Va및 VIa족 원소와 C및 N으로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 한 원소를 포함하는 화합물과, 1Va족 원소의 산화물로 부터 선택된 적어도 한 화합물로 구성되어 있다. 게다가, 상호 활용하여 다른 성질을 갖고 있는 초박막 적층체와 기판의 중간 성질을 갖는 중간층을 활용하여 적층체와 기판사이에서 성분이 점차 변화되도록 할 수 있다. 이 경우, 막 적층체에 잔류하는 응력의 감소를 가져오는 효과도 있다. 한편, 중간층이 0.05㎛보다 얇으면 밀착력이 개선되지 않는다. 또한, 두께가 5㎛를 넘어 증가되면 본 발명의 유리한 효과는 잘 나타나지 않는다. 따라서, 적층체의 특성및 생산성의 관점에서 중간층은 0.05 내지 5㎛의 두께를 가져야 하는 것이다. 더욱이, 본발명의 한 실시예에 따르면, 본발명에 따른 내마모성 피막피복 상부에 제공되는 두께 0.1내지 5㎛의 표면층은 내마모성 피복의 성능을 개선하는 역할을 한다. 내마모성 피복의 최외부층은 매우 가혹한 환경에 노출되는 경향이 있으므로, 마찰 접촉으로 대기 또는 상대부재와 반응하여 열화되기 쉽다. 이 경우, 피막의 내마모성이 저하한다. 한편, 초박막 적층체를 형성하는 성분은 반응성이 낮은 것에 한정되지는 않으므로, 대기 또는 상대부재와의 반응에 대한 내성이 우수한 재료로 된 표면층을 활용하여 피막을 표면반응에 기인하는 마모로부터 보호할 수 있다. 표면층이 0.1㎛보다 얇으면, 내마모성은 개선되지 않고, 5㎛보다 두꺼우면 박리 현상이 나타나므로, 그 두께는 0.1내지 5㎛인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 초박막적층체를 포함하는 내마모성 피복을 인서트, 드릴 및 엔드밀과 같은 절삭공구에 적용하면, 그것들의 절삭성능과 수명이 두드러지게 개선된다.
더욱이 본 발명자들은 절삭공구의 인서트의 경사면에 제공된 초박막 적층체의 라미네이팅 사이클이 그것의 측면에 제공된 초박막적층체의 라미네이팅 사이클 보다 더 길면, 인서트의 절삭성능과 수명이 두드러지게 개선된다는 것을 발견하였다. 또한, 인서트의 모양과 활용 용도가 다른 경우 절삭공구의 인서트의 측면에 제공된 초박막 적층체의 라미네이팅 사이클이 경사면에 제공된 초박막 적층체의 라미네이팅 사이클보다 더 길면 커팅인서트의 절삭 성능과 수명이 크게 개선될 수 있다는 것이 발견되었다. 이것은 인서트의 측면과 경사면에 내마모성과 내산화성이 필요하기 때문이며 최적 라미네이팅 사이클은 인서트의 활용분야 및 용도에 따라서 중점이 두어져야 할 부분이 변한다.
본 명세서에서 사용되는 라미네이팅 사이클이란 용어는 제1A도및 제1B도에 도시한 네가지 다른 화합물(A,B,C 및 D)의 네가지 층(1A,1B,1C 및 1D)의 두께의 합(λ)을 나타낸다.
본 발명에 따른 초박막적층체는 내마모성 또는 보호피막으로서 사용되는 경우, 전자 또는 전기부품이나 미끄럼운동 또는 기계부품의 내마모성을 개선할 수 있다.
전기 또는 전자부품이나 미끄럼운동 또는 기계부품에 대한 내마모성 또는 보호피막으로서의 용도를 위해서 두께가 5nm보다 작으면 내마모성을 충분히 개선할 수 없다. 반대로, 10㎛보다 두꺼우면 기판에 대한 막적층체의 접착력이 너무 낮게 된다. 따라서, 이 경우의 초박막적층체는 0.005내지 10㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 초박막 적층체는 평형상태하의 정상온도와 압력에서 얻을 수 없는 입방결정 공유결합 화합물의 경질층을 가진다. 따라서 통상적인 피복막보다 더 큰 내마모성과 인성을 갖는다. 절삭공구 또는 내마모성 공구에 본 발명의 적층체가 적용되면, 공구가 덜 마모되고 덜 절삭되므로 오랜 기간동안 양호한 특성을 유지할 수 있다.
본 발명의 초박막 적층체는 또한 전기 또는 전자부품이나 미끄럼운동 또는 기계부품의 내마모성을 개선하기 위한 내마모성 피복으로서 사용될 수 있다.
본 초박막 적층체의 다른 이점을 통상적인 피막 보다 상당히 얇게 만들어질 수 있다는 것이다. 따라서 특히 자기 기억매체상의 피복으로 사용된다면, 기억밀도 및 용량을 증가시키는 것이 가능하다. 그리고, 본 발명에 따른 표면피목이 마찰에 의한 마모가 없는 부재, 예컨대 우수한 광학 및 전기적 성질을 갖는 표면 보호피막이 필요한 광자기 기억매체, 광학렌즈 따위의 광학부품, 및 회로기판에 대한 피복으로서 사용되는 경우에도 바람직한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 특성및 목적들은 첨부도면에 대한 설명으로부터 명백해질 것이다. 이하 절삭 공구와 자기디스크의 접촉면에 활용되는 보호피막의 실시예에 대해서 설명한다.
실시예에서는 초박막 적층체의 화합물 층의 두께와 라미네이팅 사이클을 투과형 전자현미경에 의하여 측정하였다. 각 층의 조성에서의 변화를 투과형 전자 현미경을 사용해서 AES 또는 마이크로면적 EDX에 의하여 확인하였다. 전체의 초박막 적층체의 결정구조는 X-선 회절패턴에 따라 측정하였다. 미시적인 결정구조는 투과형 전자현미경을 통해서 관찰한 TED패턴에 의해 확인할 수 있다. X-선 회전피크는 구리타게트 및 니켈 필터를 사용하여 회절측정기로 θ-2θ방법에 의해 Cu-Kα선의 회절선 광선을 관찰함으로써 얻었다.
피막 경도는 25gf의 하중에서 비커스 경도측정법에 의하여 측정하였다. 1gf의 하중에서의 4000kgf/mm의 비커스 경도느 25gf의 하중에서의 3000kgf/mm와 실질적으로 동등하다.
[실시예 1]
JIS 규격의 조성 P30을 갖고 JIS규격의 형태 SNG432를 갖는 초경탄화물로 이루어진 커팅인서트를 제조하였다. 진공아아크방전을 사용하여 이온프레이팅법에 의하여 표면에 초박막 적층체를 형성하였다.
즉 제3도에 도시한 것처럼, 복수의 타게트(6)가 피막형성장치(5)에서 원형으로 배열되고, 상기에서 언급한 커팅인서트(8)가 원형으로 배열된 타게트의 중앙을 중심으로하여 회전하도록 적용된 기판운반체(7)상에 놓여졌다. 피막의 화합물층의 두께는 커팅인서트의 회전속도와 진공아아크 방전전류(타게트를 구성하는 물질의 증발량)를 조정함으로써 조절하였다.
피막형성장치(5)의 진공정도를 초기에는 10-5Torr로 설정했다. 그 다음 아르곤 가스를 도입하고, 압력을 10-2Torr로 유지하면서 가스를 500℃로 가열하였다. 그리고 -1000V의 전압을 인가해서 커팅인서트를 클리닝한 후, 아르곤 가스를 배출시켰다. 주기율표의 1Va,Va및 VIa족의 원소와 Aℓ과 B및 Ti-Aℓ화합물로 이루어진 타게트를, N가스와 CH가스중 하나 또는 둘다를 피막형성장치(5)속으로 200cc/분의 유량으로 도입시키면서, 기판의 회전속도에 의해 결정되는 시간 동안 진공아아크 방전에 의해서 증발시켜서 이온화 하였다. 장치(5)속에 도입된 가스와 타게트내에 포함된 C와 N의 화합물 층이 타게트를 지나면서 회전하는 인서트 상에 형성된다. 본 발명에 따라 그렇게 시편 1-1내지 1-24를 표 1에 나타냈다. 표 1은 본 발명에 따른 시편 1-1내지 1-25의 각각에 대해서 투과형 전자현미경으로 측정된 화합물층의 두께와 라미네이팅 사이클을 나타낸다.
비교를 위해서 또한 통상적인 표면피복을 가진 커팅인서트인 시편 1-25 내지 1-28을 생성하였다. 그것들은 또한 표 1에 나타냈다. 시편 1-25에 대해서는 Cr과 V의 타게트의 사용에 의해서, 시편 1-26및 1-27에 대해서는 통상적인 피복형성장치의 사용에 의한 진공 아아크 방전을 이용하는 이온 플레이팅에 의하여 상기와 동일한 방법으로 상기와 동일한 조성및 형태를 갖는 커팅인서트 상에 TiN 및 /또는 TiCN의 경질피복층을 형성함으로써 제조하였다. 시편1-28은 CVD방법에 의하여 상기와 동일한 조성및 형태를 갖는 커팅 인서트 상에 TiN및 AℓO의 경질피복층을 형성함으로써 제조하였다.
본 발명에 따른 시편 1-2내지 1-24는 모두 25gf의 하중하에 3500kg/mm 또는 그 이상의 극히 높은 비커스 경도를 가진다. 시편1-1의 경우 층의 라미네이팅 사이클이 0.3nm,즉 각 화합물 층의 두께가 0.15nm였다. TEM 관찰에 의하여 시편1-1은 명확하게 적층 구조를 갖지는 않았지만 전체적으로 혼합상을 갖는다는 것이 확인되었다. 그것의 경도는 본 발명에 따른 시편들 중에서 가장 낮았다.
표 1의 표면피복 커팅인서트 시편을 표 2에서 나타낸 조건하에서 연속및 단속 절삭시험하였다. 시험후에 각 시편의 절삭날의 측면 마모의 폭을 측정하였다.
통상적인 표면피복을 갖는 시편들 중에서, 경질 피복층이 PVD방법에 의해 형성된 시편 1-25내지 1-27은 내마모성이 열등하였고, CVD에 의해 형성된 시편1-28은 감소된 기판의 인성 때문에 절삭날이 낮은 내치핑성을 가진다는 것이 표 3으로부터 명백하다. 반대로, 본 발명에 따른 시편1-1내지 1-24는 연속및 단속절삭시험 모두에서 우수한 내마모성을 나타냈다. 이는 경질피복층이 PVD방법에 의해 형성되었기 때문에, 그 기판은 높은 인성을 유지하며, 또한 높은 내치핑성을 가지게 되기 때문이다.
시편1-1내지 1-8의 시험 결과로부터, 절삭공구에 막적층체를 사용하기 위해서는 라미네이팅 사이클이 0.5내지20nm이어야하고, 각층의 두께가 0.2내지 20nm이어야 한다는 것이 발견되었다. 또한 시편 1-15내지 1-21의 시험결과로부터, 중간층의 두께가 0.05내지 5㎛이어야 한다는 것이 명백하다. 또한 시편 1-9내지 1-14의 시험결과는 초박막 적층체의 전체 두께가 0.5내지 10㎛이어야 한다는 것을 나타낸다. 시편 1-25는 시편1-1내지 1-24와 동일한 적층구조를 가짐에도 불구하고, 입방결정 공유결합 화합물층을 포함하지 않기때문에 경도와 내마모성이 모두 낮다.
[실시예 2]
이 실시예에서는 Ti 질화물및 Aℓ질화물로 이루어진 두 종류의 피막을 실시예1과 동일한 장치및 동일한 방법으로 실시예1에서 사용된 것과 동일한 기판에 교대로 형성시켰다.
즉, Ti및 Aℓ의 타게트를 서로 대향하도록 배열하였다. 그 다음 커팅인서트를 아르곤 가스를 도입하고 -2000V의 전압을 인가하고 500℃로 가열함으로써 10-2Torr로 유지된 분위기중에서 클리닝하였다. 아르곤 가스를 배출한 후에, 300cc/분의 유량으로 N가스를 피막형성장치 속으로 도입하면서 Ti 타게트와 Aℓ타게트를 진공아아크 방전에 의해 증발시켜서 이온화하여 TiN 및 AℓN층을 교대로 형성시켰다. 화합물 층의 라미네이팅 사이클 및 두께를 기판의 회전속도와 진공아아크 방전의 양을 조정함으로써 조절하였다. 전체 두께를 피복시간을 조정함으로써 조절하였다. 그렇게해서 형성된 시편 4-1내지 4-9는 표 4에 표시된 두께를 가지고 있고 교대로 적층된 TiN과 AℓN의 초박막으로 이루어지는 초박막 적층체로 피복된 표면을 갖게 되었다.
시편 4-1에 대해서는 X-선 회절의 크기가 TiN층과 AℓN층 사이의 각에서 관찰되었는데, AℓN층은 TiN층과 복합됨으로써 입방결정 구조를 가진다. 예컨대, 2θ에서(111)면에 대한 X-선 회절피크는 초박막 적층체에서는 37.1°,TiN에서는 36.7°그리고 입방 AℓN에서는 37.8°였다. X-선 회절의 관찰결과를 제4도에 나타냈다.
이 시편의 비커스 경도는 25gf의 하중에서 3600kgf/mm였다. 더욱, 내산화성을 측정하기 위하여, 백금기판 상에 형성된 초박막 적층체를 그것의 중량변화를 관찰하면서 1200℃까지 5℃/분의 속도록 공기중에서 가열하였다. 중량증가율이 크면 클수록 적층체의 산화 정도가 더 크다.
제5도에서 나타낸 것처럼 시편 4-1의 중량은 매우 적게 증가하였다. 제5도는 시편 4-1에 대해서는 산화 개시온도가 920℃로 매우 높다는 것을 나타낸다.
또한 표 4의 다른 시편 4-2내지 4-8에 대해서는 유사한 X-선 회절패턴과 중량변화가 관찰되었다.
시편4-1내지 4-9는 하기의 구조를 갖는다(시편4-1 내지 4-4, 라미네이팅 사이클:2.5nm, 층두께:각각 1.25nm, 시편 4-5 내지 4-8, 라미네이팅 사이클:0.4nm, 층두께:각각 0.2nm, 시편 4-9, 라미네이팅사이클:25nm, 층두께:TiN은 21nm, AℓN은 4nm).시편 4-9는 25gf의 하중에서 비커스 경도가 2900kgf/mm였다.
비교를 위하여 또한 동일한 피막형성장치로 동일한 커팅 인서트를 피복시킴으로써 비교시편 5-1내지 5-6(표 5)를 제조하였다. 그것의 표면을 TiN, TiC및 TiCN의 단일층 피막 또는 복합피막(표 5, 시편 5-1내지 5-3), 통상적인 CVD방법에 의해 TiC및 TiN의 복합피막으로(표 5,시편5-4), 동일한 CVD방법에 의해 TiN및 AℓO의 복합피막으로(표 5, 시편 5-5), PVD방법에 의해 TiAℓN의 단일층 피막으로(표 5, 시편 5-6)피복시켰다.
이 시편들을 표 2에 나타낸 조건하에서 연속 및 단속절삭시험하고 각 시편의 절삭날의 측면마모폭을 측정하였다. 본 발명의 시편및 비교시편의 시험결과를 표 4및 표 5에 나타냈다.
표 4 및 표 5의 결과로부터 본 발명에 따른 시편(표 4의 시편 4-1 내지 4-8)은 내마모성 및 내치핑성에서 비교시편(표 5의 시편5-1 내지 5-6)을 능가하며 따라서 비교시편 보다 더나은 절삭성능을 나타낸다는 것을 확인할 수 있다. 또한 시편 4-9(표 4)의 시험결과는 각층의 두께가 20nm를 초과하면 적층 효과가 상실되고 절삭 성능이 감소한다는 것을 보여준다.
[실시예 3]
실시예 2와 동일한 방법으로, 서어멧으로 구성되고 표 6에 도시한 것처럼 서어멧 기판상에 TiN과 AℓN막으로 피복된 표면을 갖는 표면피복 커팅인서트인 본 발명의 시편 6-1내지 6-5(표 6)를 제조하고, 실시예2와 동일한 방법으로 비교시편 7-1내지 7-6(표 7)을 제조하였다. 그것들을 표 2에 표시한 조건하에서 절삭시험한 후에, 각 시편의 마모폭을 측정하였다.
시편 6-1내지 6-5에 대한 각 층의 두께와 라미네이팅 사이클은 하기와 같다:시편 6-1:사이클 0.4nm, 두께 0.2nm, 시편6-2 내지 6-5:사이클14.7nm, 두께:TiN은 8.2nm그리고 AℓN은 6.5nm.
표 6은 본 발명에 따른 시편 6-1 내지 6-5(표 6)가 비교시편 7-1 내지 7-6(표 7)보다 더 큰 내마모성 및 내치피성을 가지므로, 더 우수한 절삭성능을 갖는 다는 것을 확인할 수 있다.
[실시예 4]
기판이 세라믹으로 되어있고 표 8에 표시한 TiN및 AℓN피막으로 피복된 표면을 가지고 있는 표면피복 커팅인서트인 본발명의 시편 8-1 내지 8-5(표 8)과 역시 세라믹으로 구성된 커팅 인서트인 비교시편 9-1 내지 9-4(표 9)를 실시예 3과 동일한 방법으로 제조했다. 이것을 표 2에 표시된 조건에서 절삭한후 각 시편의 마모폭을 측정했다.
표 8로부터 본발명에 따른 시편 8-1내지 8-5(표 8)가 비교시편 9-1내지 9-4(표 9)보다 더 높은 내마모성과 내치핑성을 가지고 있으므로, 더 높은 절삭성능을 가지고 있다는 것을 명확히 알 수 있다.
[실시예 5]
타게트로서 Ti와 Aℓ대신에 Ti와 TiAℓ을 사용한 것을 제외하고서는 실시예 2와 동일한 방법으로, 표면이 TiN과 TiAℓN 합금의 피막으로 피복된 표면을 가지고 있는 본발명의 표면피복커팅인서트(표 10, 시편10-1 내지 10-8)를 제조하고, 실시예 2와 동일한 방법으로 형성된 TiN과 AℓN 피막으로 피복된 표면을 가지고 있는 본 발명의 표면피복 커팅인서트(표 10, 시편 10-9)를 제조하였다.
시편 10-1 내지 10-9에 형성된 TiN과 TiAℓN피막층의 두께는 각각 다음과 같다. 즉, 시편 10-1은 0.15nm, 시편 10-2는 1nm,시편 10-3은 10nm, 시편 10-4는 25nm, 시편 10-5는 50nm, 시편 10-6 내지 10-9는 2nm이였다. 각 시편의 마모폭을 표 2에 표시한 조건에서의 절삭시험을 한후 측정하였다.
TiAℓN 합금의 단일층 피막이 Ti-Aℓ합금 타게트를 사용해서 제조되면, 이 피막은 부르짜이트 광형 구조의 결정구조를 가지게 된다.
표 10으로부터 본발명의 시편 10-1내지 10-9(표 10)가 비교시편 5-1 내지 5-6(표 5)보다 더 높은 내마모성과 내치핑성을 가지고 있으므로, 더 높은 절삭성능을 가지고 있다는 것을 명백하게 알수있다. 그러나, 층두께가 0.2nm이하인 시편 10-1과 층두께가 20nm를 초과하는 시편 10-4와 10-5는 적층효과를 나타내지 않고, 본발명에 따른 표 10의 다른 시편 10-2, 10-3 및 10-6내지 10-8에 비해 절삭성능에 있어서 열등하다는 것에 주목하여야 한다. 또한 본발명의 시편 10-8은 아마도 초박막 적층체를 형성하는 인접피막간의 계면에서의 박리로 인하여 마모 범위가 상당히 넓다. 이와같은 넓은 마모는 본발명의 다른 시편 10-2. 10-3 및 10-6 내지 10-8에서는 관찰되지 않았다.
[실시예 6]
타게트로서, 실시예 5에서와 상이한 조성물을 가지로 있는 Aℓ과 Ti-Aℓ합금을 사용해서, 실시예 5와 동일한 방식으로, 표 11에 도시한 AℓN및 TiAℓN피막으로 피복된 표면을 가지고 있는 본발명의 표면피복커팅인서트(표 11, 시편 11-1 내지 11-8)와, 실시예 2와 동일한 방식으로 형성된 TiN 및 AℓN피막으로 피복된 표면을 가지고 있는 본발명의 표면피복 커팅인서트(표 11, 시편 11-9)를 제조하였다. TiAℓN합금의 단일층 피막이 Ti-Aℓ합금 타게트를 사용해서 제조된 경우, 이 피막의 결정구조는 NaCℓ구조이다.
시편 11-1 내지 11-9상에 형성된 각각의 피막층의 두께는 다음과 같다.:시편 11-1은 0.15nm, 시편 11-2는 1nm, 시편 11-3은 10nm, 시편 11-4는 25nm, 시편 11-5는 50nm, 시편 11-6 내지 11-9는 2nm이였다. 표 2에 표시된 조건에서의 절삭시험후에 각각의 시편의 마모폭도 측정하였다.
표 11로부터 본발명의 시편 11-1내지 11-9(표 11)는 비교시편 5-1내지 5-6(표 5)보다 더 높은 내마모성과 내치핑성을 가지고 있으므로, 더 높은 절삭성능을 가지고 있다는 것을 명확하게 알 수 있다. 그러나, 층두께가 0.2nm이하인 시편 11-1과 층두께가 20nm를 초과하는 시편 11-4및 11-5는 적층효과를 나타내지 않고 본발명에 따른 다른 시편 11-2, 11-3및 11-6내지 11-8에 비해 절삭성능에 있어서 열등하다는 것을 주목해야 한다. 또한, 본발명에 따른 시편 11-9는 인접 피막간의 계면에서의 박리로 인하여 마모범위가 상당히 넓다.
이와같은 넓은 마모는 본발명에 따른 다른 시편 11-2, 11-3및 11-6내지 11-8에서는 관찰되지 않았다.
[실시예 7]
실시예 2에서와 동일한 방식으로 표 12에 표시된 피막으로 피복된 표면을 가지고 있는 본발명의 표면피복커팅인서트(표 12, 시편 12-1내지 12-13)와 실시예 2에서와 동일한 방식으로 형성된 TiN및 AℓN피막으로 피복된 표면을 가지고 있는 본발명의 표면 피복커팅인서트(표 12, 시편 12-14)를 제조하였다.
시편 12-1, 내지 12-13에서, 각각의 화합물층의 조성을 제3b도에 표시된 금속 또는 합금 타게트의 개수 또는 배열, 합금의 조성및 아아크 전류의 세기를 변경함으로써 조절하였다.
본 실시예에서, 인접화합물층(예컨대, TiN과 AℓN층)간의 경계면은 명확하지 않거나, 등급이 매겨진 구조및 조성을 가질수도 있다. 원소 예컨대 Aℓ의 함량이 피막적층체의 두께방향에서 최소로부터 최대로 연속적으로 증가된 경우, 각 층의 두께를 Aℓ함량이 최대인 점과 최소인 점간의 거리로서 측정했다. 다른 양태에 있어서, 두 원소(예컨대, Aℓ및 Ti)의 함량이 변화되지 않는 영역은 이 원소의 함량이 연속적으로 변화되는 영역을 통해서 배열된다. 이 경우, 각 화합물층의 두께를 이 함량이 변화되지 않은 인접영역의 중심간의 거리로서 측정했다.
시편12-1내지 12-13(표 12)상에 형성된 각각의 피막층의 두께는 다음과 같다:시편 12-1은 0.15nm, 시편 12-2와 12-6내지 12-14는 2nm, 시편 12-3은 10nm, 시편 12-4는 25nm, 시편 12-5는 50nm였다. 각각의 시편의 마모폭도 표 2에 표시된 조건에서의 절삭시험후 측정하였다.
투과형 전자현미경에 장치된 미소영역관찰용 EDX를 사용해서 본발명에 따른 시편의 수개층의 조성에 있어서의 변화를 조사했다. 시편 12-1에서는 이와같은 조성변화가 관찰되지 않았다. 이것은 시편 12-1이 본 발명에 따른 구조를 가지고 있지 않음을 보여준다. 시편 12-2내지 12-14에 대해서는 조성변화가 명백하게 관찰되었다. 즉, Aℓ함량이 최대인경우, Ti는 거의 관찰되지 않았으며, 이는 피막적층체의 이 부분이 대체로 AℓN공유 결합층으로 구성되어 있음을 의미한다.
표 12는 본 발명의 시편(12-1 내지 12-13)이 비교시편 5-1 내지 5-6(표 5)보다 더 높은 내마모성과 내치핑성을 가지고 있으므로 더 높은 절삭성능을 가지고 있음을 나타낸다. 그러나, 층두께가 0.2nm이하인 시편 12-1과 층두께가 20nm를 초과하는 시편 12-4 및 12-5는 적층효과를 나타내지 않고, 본 발명에 따른 다른 시편 12-2, 12-3및 12-6내지 12-13에 비해 절삭성능에 있어서 열등하다는 것에 주목해야 한다. 또한 본발명에 따른 시편 12-12내지 12-14(표 12)는 초박막 적층체를 형성하는 인접 피막간의 계면에서의 박리로 인하여 상당히 넓은 범위에 걸쳐 마모가 발생한다. 이와같은 넓은 마모는 본발명에 따른 다른 시편 12-2,12-3 및 12-6 내지 12-13에서는 관찰되지 않았다.
[실시예 8]
서어멧 기판으로 구성되어 있고 표면이 표 13에 표시된 피막으로 피복된 본발명의 표면피복 커팅인서트(표 13, 시편 13-1 내지 13-8)를 실시예 7에서와 같은 방식으로 제조하고, 역시 서어멧으로 구성되어 있고 실시예 2와 동일한 방식으로 형성된 TiN 및 AℓN피막으로 피복된 표면을 가지고 있는 본발명의 표면피복 커팅인서트(표 13,시편 13-9)를 제조하였다. 시편 13-1내지 13-9상에 형성된 피막층의 두께는 각각 다음과 같다:시편 13-1은 0.15nm, 시편 13-2 및 13-6내지 13-9는 2nm, 시편 13-3은 10nm, 시편 13-4는 25nm, 시편 13-5는 50nm이다. 각각의 시편의 마모폭은 표 2에 표시한 조건에서의 절삭시험후에 측정하였다.
표 13으로부터 본발명의 시편 13-1내지 13-8(표 13)은 비교시편 7-1내지 7-6(표 7)보다 더 높은 내마모성과 내치피성을 가지고 있으므로 더 높은 절삭성능을 가지고 있음을 명확히 알수 있다. 그러나, 층두께가 0.2nm이하인 시편 13-1과 층두께가 20nm를 초과하는 시편 13-4와 13-5는 적층효과를 나타내지 않고 본발명의 다른 시편 13-2, 13-3및 13-6내지 13-8보다 절삭성능에 있어서 열등하다는 것에 주목하여야 한다. 또한 시편 13-8은 아마도 초박막 적층체를 형성하는 인접피막간의 계면에서의 박리로 인하여 상당히 넓은 범위에서 마모가 발생한다. 이와같은 마모는 본발명의 다른 시편 13-2, 13-3및 13-6내지 13-8에서는 관찰되지 않는다.
[실시예 9]
피막의 내마모성을 각각의 자기 디스크를 자기 헤드와 접촉시킴으로써 측정하였다. 사용된 자기헤드는 알루미늄및 티타늄 탄화물로 이루어진 소결재(25gf 하중에서 비커스 경도가 400kgf/mm임)로 구성되어 있다. 이 자기헤드는 60gf/cm하중하에서 각각의 자기디스크상에 형성된 보호피막에 대해서 가압된다. 이 상태에서, 이 자기 디스크는 자기헤드가 이 디스크로부터 분리될 때까지 고속으로 회전된다. 일단 헤드가 분리되며, 디스크의 회전을 중지시켜서 이 헤드가 디스크와 다시 접촉하도록 한다. 이 CSS(접촉, 시작, 중단)작업을 100000번 반복하였다. 그시험결과를 표14에 표시하였다.
표 14에 표시된 시편 14-1내지 14-24는 본발명에 따른 내마모성 피막이다. 이 피막은 스퍼터링에 의해 형성된다. 표 14에서는 단지 라미네이팅 사이클만을 알수 있다. 각각의 층두께는 서로 같고, 라미네이팅 사이클의 정확히 절반이다. 비교를 위해 통상적인 재료인 SiO로 구성된 보호피막을 가지고 있는 시편 14-14내지 14-25를 제조하였다.
전체 피막이 매우 얇기 때문에, 그것의 경도를 직접 측정하는 것은 불가능하다. 따라서 피막 그 자체의 경도 대신에, 진공하에서 Ar이온비임(가속전압:3kV)을 받을때 각각의 피막의 에칭속도를 측정해서 표시하였다. 왜냐하면 피막의 경도는 에칭속도에 직접 비례한다는 것이 경험적으로 알려져 있기 때문이다.
표 14로부터 본발명의 시편 14-1 내지 14-24(표 14)는 모든 관점에서 비교시편보다 우수하다는 것을 명확하게 알수 있다. 더욱이 시편 14-1 내지 14-7및 14-13 내지 14-17(표 14)에 대한 결과는 각각의 화합물층의 두께가 0.2내지 10nm인 것이 바람직하다는 것을 나타낸다. 시편 14-8 내지 14-12및 14-19 내지 14-24(표 14)에 대한 결과로부터 전체 피막두께는 5nm이상이 바람직하다는 것이 명백하다.

Claims (13)

  1. 주기율표의 1Va,Va및 VIa족 원소와 Aℓ과 B로 구성된 군으로 부터 선택된 적어도 한 원소의 적어도 한 질화물 또는 탄질화물과, 표준온도와 표준압력과 평형상태에서 입방결정구조이외의 결정구조를 가지고 있고 주로 공유결합성을 가지고 있는 적어도 한 화합물로 이루어져 있고, 상기 질화물 또는 탄질화물은 입방결정구조와 주로 금속결합성을 가지고 있고, 상기 적어도 한 질화물 또는 탄질화물은 입방결정구조와 주로 금속결합성을 가지고 있고, 상기 적어도 한 질화물 또는 탄질화물과 상기 적어도 한 화합물은 층의 형태로 교대로 적층되어 있고, 상기 질화물 또는 탄질화물 및 상기 화합물의 층두께는 각각 0.2내지 20nm이고, 상기 적층체는 전체로서 입방결정 X-선 회절패턴을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 초박막 적층체.
  2. 주기율표의 1Va,Va및 VIa족 원소와 Aℓ로 구성된 군으로 부터 선택된 적어도 한 원소의 적어도 한 질화물 또는 탄질화물과, 주성분으로서 Aℓ및/또는 B를 함유하고 있고 표준온도와 표준압력과 평형상태에서 입방결정구조이외의 결정구조를 가지고 있고 주로 공유결합성을 가지고 있는 적어도 한 질화물로 이루어져 있고, 상기 적어도 한 질화물 또는 탄질화물은 입방결정구조와 주로 금속결합성을 가지고 있고, 상기 적어도 한 질화물 또는 탄질화물과 상기 적어도 한 화합물은 층의 형태로 교대로 적층되어 있고, 상기 질화물 또는 탄질화물 및 상기 화합물의 층두께는 각각 0.2내지 20nm이고, 상기 적층체는 전체로서 입방결정 X-선 회절패턴을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 초박막 적층체.
  3. 제1항에 있어서, 인접화합물 층의 조성이 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 초박막 적층체.
  4. WC계 초경탄화물, 서어멧, 고속도강등으로 구성된 경질 또는 표면경화기판과, 두께가 0.5내지 10㎛이고 상기 기판표면상에 피복된 특허청구의 범위 제1항 내지 3항중 어느 한항의 초박막 적층체로 이루어진 것을 특징으로 하는 내마모성 부재.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기판과 상기 초박막적층체 사이에 제공된 중간층을 더 포함하고, 상기 중간층은 두께가 0.05 내지 5㎛이고, 1Va,Va및 VIa족 원소로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 한 원소를 포함하는 화합물과 C및 N으로부터 선택된 적어도 한 원소의 화합물로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내마모성 부재.
  6. 제5항에 있어서, 상기 초박막 적층체의 표면상에 제공된 표면층을 더 포함하고, 상기 표면층은 두께가 0.1내지 5㎛이고, 1Va,Va및 VIa족 원소의 질화물 및 탄질화물로부터 선택된 적어도 한 화합물로 구성된 것을 특징으로 하는 내마모성 부재.
  7. 제5항 내지 제6항중 어느 한항에 있어서, 커팅인서트, 드릴및 엔드밀과 같은 절삭공구로서 사용되는 것을 특징으로 하는 내마모성 부재.
  8. 제7항에 있어서, 커팅인서트의 형태는 상기 초박막 적층체로 모두 피복된 경사면과 측면을 가지고 있고, 경사면에 형성된 상기 초박막 적층체는 측면상에 형성된 상기 초박막 적층체보다 더큰 라미네이팅 사이클을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 내마모성 부재.
  9. 제7항에 있어서, 커팅인서트의 형태는 상기 초박막 적층체로 모두 피복된 경사면과 측면을 가지고 있고, 측면상에 형성된 상기 초박막 적층체는 경사면상에 형성된 상기 초박막 적층체보다 더 큰 라미네이팅 사이클을 가지고 있는것을 특징으로 하는 내마모성 부재.
  10. 제1항 내지 제3항중 어느 한항의 초박막 적층체가 전기부품, 전자부품, 미끄럼 운동부품 또는 기계부품의 내마모성층 또는 보호층으로서 사용되고, 상기 초박막 적층체의 두께는 5nm내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 내마모성 부재.
  11. 제2항에 있어서, 인접화합물 층의 조성이 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 초박막 적층체.
  12. 제4항에 있어서, 상기 초박막 적층체의 표면상에 제공된 표면층을 더 포함하고, 상기 표면층은 두께가 0.1내지 5㎛이고, 1Va,Va및 VIa족 원소의 질화물 및 탄질화물로부터 선택된 적어도 한 화합물로 구성된 것을 특징으로 하는 내마모성 부재.
  13. 제4항에 있어서, 커팅인서트, 드릴및 엔드밀과 같은 절삭공구로서 사용되는 것을 특징으로 하는 내마모성 부재.
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