KR100818165B1

KR100818165B1 - 윤활성과 내마모성이 우수한 다층복합피막의 제조방법

Info

Publication number: KR100818165B1
Application number: KR1020060012354A
Authority: KR
Inventors: 임상원; 백운승
Original assignee: (주)이온본드 엘트론
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2008-04-02
Also published as: KR20070080885A

Abstract

본 발명의 윤활성과 내마모성이 우수한 다층복합피막의 제조방법은 a) 물리증착법(PVD) 또는 화학증착법(CVD)에 의해 모재에 경질세라믹피막을 형성하는 단계; b) 상기 경질세라믹피막 표면에 마이크로-블라스팅 또는 경면처리 등을 통하여 드롭렛홀(droplet hole) 또는 핀홀(Pin hole)이 노출되도록 하거나, 블라스팅, 연마 또는 경질세라믹피막 형성단계 중 공정변수 제어를 통해 피트(Pit), 요철, 골짜기 등과 같이 고체윤활제를 함유할 수 있는 음각(오일홀)을 형성하기 위한 표면제어 단계; c) 상기 경면처리된 경질세라믹피막층에 고체윤활피막을 형성하여 다층복합피막을 형성하는 단계; 및 d) 상기 다층복합 피막을 100-450℃로 고화시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의해 형성된 다층복합피막은 경질세라믹피막의 장점인 우수한 내마모성과 고체윤활 피막이 장점인 저마찰계수의 윤활특성을 갖으며, 경질세라믹피막 내에 형성된 결함이 오일홀로 작용하여 지속적인 윤활성분을 공급할 수 있어 고하중의 조건에서도 오랜 기간 동안 지속적으로 내마모성과 윤활성을 유지할 수 있다. 이를 통해, 제품의 수명을 획기적으로 연장할 수 있으며, 제품의 미끄럼성, 내마모성, 내소착성 및 이형성을 크게 개선할 수 있는 장점이 있다.

또한, 생산공정이 간단하고 생산비용을 절감할 수 있어 생산효율을 높일 수 있으며, 안정된 품질을 얻을 수 있는 장점이 있다.

저마찰, 복합피막, 경질세라믹피막, 이온플레이팅, 스파터링, 윤활피막, 소착

Description

윤활성과 내마모성이 우수한 다층복합피막의 제조방법{Method for Producing Multilayered-film having Lubricant and Anti-abrasive Property}

도 1은 본 발명에 의한 다층복합피막 제조공정의 하나의 실단계에 대한 구성도.

도 2는 본 발명에 의하여 제조된 다층복합피막의 단면도.

도 3은 본 발명에 의하여 제조된 다층복합피막의 마찰마모시험결과 그래프.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

100 : 다층복합피막 10 : 모재

20 : 경질세라믹피막 30 : 고체윤활피막

50 : 오일홀(음각) 51 : 드롭렛홀

52 : 핀홀

본 발명은 윤활성과 내마모성이 우수한 다층복합피막의 제조방법에 관한 것 으로, 보다 자세하게는 금속과 비금속소재의 성형시 또는 접촉시 발생되는 마모(abrasive wear), 소착(seizing), 냉접(cold weld), 탈리(delamination, spalling, pull-out) 등의 문제를 개선하기 위한 윤활성과 내마모성이 우수한 다층복합피막의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 각종 기계 부품이나 공구류의 내마모성을 개선하기 위한 방법으로는 용사, 산화처리, 질화처리, 물리 또는 화학증착에 의한 경질세라믹피막의 코팅 등이 알려져 있다.

그 중 물리증착법을 이용하는 경우 주로 아크(Arc) 또는 전자빔(Electron Beam) 방식의 이온플레이팅이나 스퍼터링과 같은 방법이 있다.

이온플레이팅은 10^-5 Torr 이상의 고진공으로 배기한 후 Ar, N₂, C₂H₂ 가스 등의 가스를 주입하고, 모재에 전위를 인가하여 플라즈마를 형성하고, 아크 또는 전자빔 등을 이용하여 재료를 증발시켜 기판에 코팅물질을 증착시키는 방법이다.

스퍼터링은 금속을 스퍼터링에 의해 증발시켜 기판에 코팅하는 것을 의미하는데, 증착속도를 높이기 위해 타겟 배면에 자석을 부착하여 전기장에 수직한 자기장을 형성함으로써 전자들의 운동을 타겟 주위로 구속하고 이동 경로를 길게 함으로써 스퍼터링 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.

타겟 배면에 자석을 배치하는 방법인 마그네트론 스퍼터링 방법은 상기 이온플레이팅과 같이 10^-5Torr의 고진공으로 배기한 후 Ar 가스를 주입하고 타겟에 전위를 인가하여 플라즈마를 형성기킨 후 Ar 가스의 충돌에 의해 모재금속으로부터 증착물질이 발생되고 증착물질이 N_2,C₂H₂등의 반응 가스와 반응하여 기판에 경질세라믹 코팅층을 증착시키는 방법이다.

전술한 물리증착법은 가공 특성과 수명의 향상을 위해 각종 기계류 부품, 프레스 금형, 사출금형, 각종 펀치류 등에 세라믹 경질박막을 코팅하는데 널리 활용되고 있는 방법이며, 특히 내마모성을 필요로 하는 부품들은 필수적인 공정이다.

기계의 작동시 발생되는 문제점은 마모 외에도 소착, 냉접 등이 있는데, 이들이 기계의 성능이나 수명에 악영향을 미치므로 제품의 윤활성을 높이기 위해 종래에는 오일 등과 같은 액체 윤활제를 사용해 왔다. 최근 환경규제가 엄격하게 되면서 액체 윤활제의 사용이 점점 규제됨에 따라 액체 윤활제를 대신하여 환경에 적합한 고체 윤활제 피막이 각광을 받고 있다.

종래의 다층복합피막 제조방법의 일예로는 우리나라 공개특허공보 10-2003-0094870호가 개시된 바 있다. 이 방법은 진공실을 대기압 미만으로 진공배기시키는 단계; 기판에 음의 전압을 인가한 상태에서 아크 증발원에 전원을 인가하여 기판을 청정시키는 단계; 기판의 전압을 강하하여 모재에 금속 계면층을 형성하는 단계; 진공실 내로 반응가스를 도입하여 경질 코팅층을 형성하는 단계; 아크 증발원에 인가되는 전원과 반응가스의 도입을 차단하고 Ti 타겟을 스퍼터링하여 금속 버퍼층을 형성하는 단계; MoS₂타겟을 스퍼터링하여 MoS₂-Ti 코팅층을 형성하는 단계; 및 Ti 타겟에 전원을 차단하여 MoS₂코팅층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되어 동일 시스템에서 내마모 코팅 및 윤활 코팅을 동시에 구현하도록 하여 내마모 코팅과 저마 찰 코팅층을 동시에 코팅하는 방법을 개발한 바 있다.

상기한 바와 같이 제조된 다층복합피막은 경질세라믹피막 및 고체 윤활피막이 물리증착법에 의해 증착되기 때문에 공정이 복잡하고, 조건이 엄격하여 안정된 품질을 얻기가 어려울 뿐만 아니라, 모든 공정이 진공에서 이루어지므로 비용이 많이 드는 단점이 있었다.

또한 경질세라믹피막이 증착될 때 형성되는 다수의 표면결함에 대한 별도의 처리공정 없이 고체윤활피막을 바로 증착시키기 때문에 고체윤활제 고유의 윤활특성을 충분히 활용하기 어려울 뿐만 아니라, 작동 중에 경질세라믹피막 내에 박혀 있는 드롭렛(Droplet) 입자들이 이탈되면서 새로운 마모입자로 작용하여 마모를 촉진하고 두 재료간의 밀착성을 떨어뜨리는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 내마모성과 저마찰, 윤활성이 우수한 피막을 쉽게 형성할 수 있고 고하중의 조건에서도 장기간 우수한 내마모성을 유지할 수 있어, 부품의 내마모성, 내소착성 및 이형성을 개선할 수 있는 다층복합 피막의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 제조공정이 간단하고 안정된 품질을 얻을 수 있으며 생산비용을 줄여 효율을 높일 수 있는 윤활성과 내마모성이 우수한 다층복합피막의 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, a) 단계에서 상기 경질세라믹피막은 CrN, Cr₂N, TiN, AlTiN, TiAlN, CrTiN, TiSiN, AlCrN 등의 질화물과 TiC, CrC 등의 탄화물, 이들 질화물과 탄화물이 복합된 TiCN, TiAlCN, CrCN 등과 같은 탄질화물, 또는 Al₂O₃, SiO₂, TiO₂ 등과 같은 산화물에서 선택되는 하나 혹은 이들의 복합층으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또, a) 단계에서 상기 물리적증착법은 아크, 저항가열, 전자빔 등을 이용하는 이온플레이팅 방법, 스퍼터링 방법 등을 이용하고, 화학적 증착법은 플라즈마나 열을 이용한 화학증착법(CVD)을 이용하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 b) 단계의 공정변수 제어는 경질세라믹피막형성단계에서 아크 전류, 진공도, 바이어스 전압, 전류 등을 인위적으로 조절하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 c)단계는 고체 윤활제를 스프레이(Spray) 또는 디핑(Dipping)하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고체윤활제는 MoS₂, WS₂, PTFE에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합물로 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 a)단계 이전에 탈지 및 건조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 b)단계와 c)단계 중간에 탈지 및 건조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 다층복합피막 제조공정의 하나의 실단계에 대한 구성도이며, 도 2는 본 발명에 의하여 제조된 다층복합피막의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 의하여 제조된 다층 복합피막의 마찰마모 시험결과 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 다층복합피막 제조방법은 연마 및 폴리싱 단계(S101), 경질세라믹피막 형성단계(S104), 경면 · 표면제어 처리단계(S105), 고체윤활 피막 처리단계(S108), 건조단계(S109) 또는 고화단계(S110)로 구 성된다.

상기 연마 및 폴리싱 단계(S101)는 준비된 모재(10)의 면조도를 높이고 경면을 부여하기 위한 단계로 블라스팅(blasting), 연마제를 사용한 버핑(Buffing) 또는 폴리싱(Polishing) 등으로 표면의 조도를 균일화하게 처리하는 단계이다.

상기 경질 세라믹피막 형성단계(S104)는 아크, 저항가열, 전자빔 등의 이온플레이팅 방법, 스퍼터링 방법 등의 물리증착법(PVD)이나 플라즈마나 열을 이용한 화학증착법(CVD)을 이용하여 모재(10)의 표면에 질화물, 탄화물, 탄질화물, 산화물을 주성분으로 하는 경질세라믹피막(20)을 증착시키게 된다. 상기 경질세라믹피막(20)은 CrN, Cr₂N, TiN, AlTiN, TiAlN, CrTiN 등의 질화물과 TiC, CrC 등의 탄화물, 이들 질화물과 탄화물이 복합된 TiCN, TiAlCN, CrCN 등과 같은 탄질화물, 또는 Al₂O₃, SiO₂, TiO₂ 등과 같은 산화물에서 선택되는 하나 혹은 이들의 복합층으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 경질세라믹피막 경면·표면제어처리 단계(S105)는 고체 윤활제가 오랫동안 머물 수 있는 오일홀(음각)을 형성하는 단계로서 본 발명에서는 다층복합피막 공정 중에 형성되는 다양한 피막의 결함을 오일홀로 적극적으로 이용하는 것을 특징으로 한다.

증착단계의 대표적인 결함은 드롭렛(Droplet, 표면에 부착 또는 박혀있는 입자)과 핀홀(Pin hole)이다. 상기 드롭렛과 핀홀(52)는 증착 과정 중에 상기 경질세라믹피막(20)의 표면에 생성되며, 아크 전류, 진공도, 바이어스 전압, 전류 등을 조정하여 인위적으로 크기, 분포, 수량 등의 표면상태를 조절할 수 있다. 다른 증착방법에 비해 아크 이온플레이팅방법을 이용하면 경질세라믹피막(20)에 다수의 드롭렛이 형성될 수 있으며 스퍼터링 방법을 이용하면 경질세라믹피막(20)에 핀홀(52)이 다수 형성될 수 있다. 그러나 종래에는 상기 드롭렛이나 핀홀(52)은 일반적으로 결함으로 인식되어 이를 없애기 위한 노력을 줄기차게 기울여왔다.

또한, 물리증착법이나 화학증착법에서 경질세라믹피막(20)을 형성하기 전에 모재(10)가 이론적으로 평면을 이루고 있다고 할지라도 증착되는 동안 경질세라믹피막(20) 표면에 미세한 성장의 꽃무늬 혹은 양배추 모양의 특징(growth feature of flower or growth feature of cabbage)을 갖게 된다. 이러한 무늬 모양도 피막 표면의 결함으로 여겨지고 있으며, 상기 드롭렛과 핀홀(52)과 같이 증착 공정 중 이러한 현상을 없애기 위해 노력해 왔다. 본 발명에서는 이러한 결함을 오일홀(50)로 활용하여 고체윤활제를 채워 마모가 일어나는 동안 고체 윤활제가 오랫동안 머물게 하는 역할을 담당하게 된다.

또, 경질세라믹피막(20)을 형성하는 공정(S104)에서 물리적증착법을 이용할 경우, 경질세라믹피막(20)이 증착되는 전 단계인 이온충격 단계에서 이온충격의 조건에 따라서 표면의 상태를 제어할 수 있는데 조건에 따라서 미세한 피트(Pit), 요철, 골짜기 등을 생성시킬 수 있다. 상기 피트(Pit), 요철, 골짜기와 같은 결함를 형성한 후에 경질세라믹피막을 증착하면 표면에 형성된 결함을 따라 경질세라믹피막(20)이 증착된다. 이러한 경질세라믹피막(20) 표면의 결함도 역시 고체윤활제를 오랫동안 머물게 하는 역할을 담당하게 된다.

상기의 방법은 경질세라믹피막(20)을 형성하는 동안 결함을 인위적으로 만들어 주는 방법을 제시한 것이며, 하기 여러 가지 방법은 경질세라믹 피막(20)이 형성된 후에 경질세라믹 피막(20)의 표면 상태를 조절하는 방법을 제시하고 있다. 일반적으로 아크 이온플레이팅에 의해 증착된 표면에는 튀어나온 형상인 양각 모양의 드롭렛이 다수 존재하므로 상기 드롭렛이 탈리되도록 하여 오일홀로 활용할 수 있는 움푹한 음각이 생성되도록 하는 공정을 거쳐야 한다. 즉, 경질세라믹피막면 경면·표면제어처리단계(S105)는 피막 내에 부착된 드롭렛(Droplet)을 제거하여 다수의 드롭렛 홀(51)(Droplet hole)이 노출되도록 하는 단계이다. 만약 드롭렛(Droplet)입자가 제거되지 않은 경질세라믹피막(20)이 다른 면과 접촉하는 경우에 두 면의 접촉운동 중에 상기 드롭렛입자가 이탈되어 새로운 마모 요인으로 작용하게 되므로 제품의 성능에 악영향을 미치게 된다. 경질세라믹피막면 경면·표면제어처리단계(S105)는 건식과 습식의 블라스팅(Blasting), 연마제를 사용한 버핑(Buffing), 폴리싱(Polishing), 그라인딩(Grainding) 등의 여러 가지 방법이 있다.

증착방법 중 형성된 경질세라믹피막(20) 표면에 일반적으로 드롭렛이 적게 생성되는 스퍼터링이나 전자빔증착법과 핀홀(52)이 비교적 적게 생성되는 전자빔증착법에서는 인위적으로 표면에 물리적인 충돌을 가하여 경질세라믹피막(20) 표면에 결함을 형성할 수 있다. 글라인딩 툴을 이용하거나 알루미나와 실리카와 같이 경도가 높은 입자를 충돌시키는 습식과 건식의 블라스팅 공정을 이용하여 표면에 결함을 형성할 수 있다.

고체윤활피막 형성단계(S108)는 상기 경질세라믹피막(20)에 노출된 드롭렛홀 (51) 또는 핀홀(52)를 포함하는 결함을 메우도록 유기용제에 녹인 고체윤활제를 스프레이(Spray) 또는 디핑(Dipping)하여 고체윤활피막(30)을 형성하는 단계이다. 이때, 상기 고체 윤활피막(30)은 이 분야에서 사용되는 통상의 고체윤활제에서 선택되는 하나 또는 혼합물을 사용하는 것으로 특별한 제한은 없지만 MoS₂, WS₂, PTFE 등이 내구성 면에서 좋다. 상기 고체윤활 피막 형성단계(S108)는 수분과 이물질이 혼입되지 않도록 하고 경질세라믹피막(20)면에 고체윤활 피막(30)이 고르게 형성되도록 하여야 한다. 상기 고체윤활피막(30)을 형성하게 되면 경질세라믹피막(20)의 결함이 오일홀(50)로 작용하여 갈고리 효과(anchoring effect)에 의해 경질세라믹피막(20)과 고체윤활피막(30)의 밀착력을 높일 수 있다. 또한, 조건이 엄격한 증착법을 사용하지 않고 고체윤활피막(30)을 형성할 수 있어 제품의 내마모성과 품질을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 생산단가를 줄일 수 있고 안정된 제품생산을 할 수 있게 된다.

상기 고체윤활피막(30)이 형성된 모재(10)는 건조단계(S109) 및 고화단계(S110)를 거쳐 윤활성과 내마모성이 우수한 고기능성 다층복합피막(100)이 제조되게 된다.

이때 상기 건조단계(S109)는 도포된 고체윤활피막(30)을 자연 건조하는 단계이고 상기 고화단계((S110)는 100~450℃에서 필요에 따라 수십분~수시간 처리된다.

또 본 발명은 필요에 의해서 연마 및 폴리싱 단계(S101)와 경질세라믹피막형성단계(S104) 사이 그리고 경면처리단계(S105)와 고체윤활피막 형성단계(S108) 사 이에 표면을 세정하기 위한 탈지단계와 건조단계가 더 포함될 수도 있다.

연마 및 폴리싱단계(S101) 다음에 포함되는 상기 탈지단계(S102)는 모재(10)의 표면에 존재하는 이물질(기름이나 녹 등)을 유기용매 또는 알칼리를 이용하여 제거하는 단계로 모재(10)에 잔존하는 이물질은 최종제품의 밀착성 및 성능에 영향을 끼칠 수 있으므로 탈지단계(S102)에서 제거되는 것이 바람직하다. 상기 건조단계(S103)는 60℃ 이하의 열풍 또는 자연 건조하는 단계이다.

경면처리단계(S105)단계 다음에 포함되는 상기 탈지단계(S106)는 연마 및 폴리싱 단계(S101) 다음에 포함되는 상기 탈지단계(S102)와 같은 방법으로 수행되며, 건조단계(S107)는 60℃ 이하의 열풍 또는 자연 건조하는 단계이다.

도 3은 본 발명에 의해 제조된 다층복합피막(100)의 마찰, 마모 시험 결과 그래프이다. 이때 실험조건은 하중 950g, 속도 100rpm이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 의하여 제조된 경질세라믹피막인 CrN과 윤활 피막인 MoS₂가형성된 다층복합피막(100)이 형성된 모재는 경질세라믹피막인 CrN이 단독으로 형성된 모재에 비해 마찰계수가 현저히 낮음을 알 수 있다. 또한 본 발명에 의하여 제조된 CrN+MoS₂ 다층복합피막(100)은 고하중의 조건에서도 장시간 동안 우수한 윤활성을 보임을 알 수 있다.

[실시예 1]

HRC58의 경도를 갖는 냉간금형강(SKD11)으로 된 버링 펀치(Burring Punch)를 공압식 연마툴을 이용하여 120번, 220번, 320번, 400번, 600번 휠페이퍼로 순차적으로 연마한 후 올리브유에 1~4μm의 입경을 가진 인조 다이아몬드를 소량 함유하는 연마제를 사용하여 양모휠로 폴리싱 하였다. 그 다음 상기 버링 펀치(Burring Punch)를 MC(메틸렌클로라이드)용매에 침지하여 초음파 세정하고, 111-TCE(트리클로로에탄) 용매에 침지하여 다시 초음파 세정하며, 린스과정을 거치고, 상기 트리클로로에탄 용매 상에 상기 버링 펀치의 표면을 인접하게 위치시키며 트리클로로에탄 용매를 증발시켜 증발된 트리클로로에탄 용매가 버링펀치 표면에 응축되어 세정되도록 한 후, 자연 건조하였다.

고순도 Cr타겟이 표면 내부에 구비된 아크 이온플레이팅 챔버에서 아크 이온플레이팅 방법으로 CrN 경질세라믹피막을 형성하였다. 상기 아크 이온플레이팅 방법은 450℃로 3시간 예열한 후, 전압 -500V → -800V, 진공도 2.5×10^-2Torr, 450℃ 온도에서 Ar으로 1차 플라즈마 세정하고, 전압 -450V → 650V, 타겟아크 전류 65A, 진공도 8×10^-4Torr, 450℃의 온도에서 Ar으로 플라즈마 2차 세정하고, 전압 -600V → 700V, 타겟 아크전류 85A, 진공도 8×10^-4 → 1×10^-3Torr, 450℃의 온도에서 N₂를 주입하고, 타겟에서 발생된 Cr 이온을 제품표면에 충돌하여 활성화 시킨 후, 전압 -105V, 타겟 아크전류 95A, 진공도 9×10^-3Torr, 450℃의 온도로 N₂ 가스를 이용하여 코팅하고 150℃에서 N₂ 가스를 사용하여 냉각하였다.

상기 CrN으로 코팅된 경질 피막면을 양모휠을 사용하여 연마하였으며 연마효율을 높이기 위해 올리브유에 1~4μm의 입경을 가진 인조 다이아몬드를 소량 함유하는 연마제를 사용하였다. 그 다음 상기 버링 펀치를 메틸렌클로라이드 용매에 침지하여 초음파 세정하고, 트리클로로에탄 용매에 침지하여 초음파 탈지하였으며, 린스 과정을 거쳐, 증기를 이용하여 표면을 탈지 한 후 자연 건조하였다.

공압식 스프레이건을 사용하여 MoS₂(SANDSTROM社 제품, #103) 분사하여 자연건조하고 BATCH식 건조로에서 180℃로 30분간 고화하여 약 15μm의 MoS₂ 피막을 갖는 버링 펀치를 제조하였다.

상기 버링 펀치의 작업성능을 평가하기 위하여 피성형재로 3.2t 스테인레스 판재를 이용하여 버링(Burring)가공을 실시하였으며 비교평가하기 위해 기존 CrN 단일피막을 가지는 버링펀치를 동시에 작업하였다. 버링펀치의 작업횟수를 비교하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[실시예 2]

버링 펀치(Burring Punch)를 사용하는 대신 드로잉(Drawing)가공에 이용되며 HRC 10이하의 경도를 갖는 비열처리강(S45C)으로 된 성형다이를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1의 방법과 동일하게 다층복합피막을 형성하였다. 또한 상기 성형다이의 작업성능을 평가하기 위하여 피성형재로 0.8t 엠보싱 알루미늄 판재를 이용하여 드로잉가공을 실시하였으며 비교평가하기 위해 0.8t 엠보싱 알루미늄 판재를 피성형재로 이용하여 기존 CrN 단일피막을 가지는 성형다이도 동시에 작업하였다. 성형다이의 작업횟수를 비교하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

표 1은 실시예 1 및 실시예 2의 작업효율을 비교하여 나타내었다.

[표 1]

	작업 횟수
	기존의 CrN 단층피막	CrN+MoS₂ 다층복합피막
실시예 1	1,250개	40,000개
실시예 2	찢김 현상으로 작업 불가	25,000개

상기 표 1에 나타난 바와 같이 피성형재로 3.2t 스테인레스 판재를 이용하여 버링가공을 실시한 결과, 기존의 CrN 단층피막을 갖는 버링 펀치는 1,250개의 작업을 수행한 후 심한 소착 및 스크레치의 발생으로 더 이상 작업이 불가했으며 본 발명에 의한 CrN+MoS₂ 다층복합피막은 40,000개 작업후에도 상태가 양호함을 보였다.

또한 피성형재로 0.8t 엠보싱 알루미늄 판재를 이용하여 드로잉가공을 실시한 결과, 기존의 CrN 단층피막을 갖는 성형 다이는 찢김 현상으로 작업 자체가 불가했으며 본 발명에 의한 CrN+MoS₂ 다층복합피막은 25,000개 작업 후에도 상태가 양호함을 보였다.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의해 다층복합피막을 형성하면 성형금형, 단조금형의 내구성과 피성형재의 품질을 대폭 개선할 수 있다. 특히, 자동차를 비롯한 각종 내마모용 산업 부품, 점착성재료(알루미늄 합금, 동, 동합금, 스테인레스, 도금강판 등)와 후판의 성형 가공시에 더욱 현저한 효과를 기대할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

Claims

a) 물리증착법(PVD) 또는 화학증착법(CVD)에서 아크 전류, 진공도, 바이어스 전압, 또는 전류를 조절하여 모재에 표면 및 내부에 결함이 형성된 경질세라믹피막을 형성하는 단계;

b) 상기 경질세라믹피막 표면에 마이크로-블라스팅, 경면처리 또는 연마에 의해 드롭렛홀(droplet hole) 또는 핀홀(Pin hole)을 노출되게 하여 음각(오일홀)을 형성하기 위한 표면제어 단계;

c) 상기 표면제어된 경질세라믹피막에 고체윤활제를 스프레이(Spray) 또는 디핑(Dipping)에 의해 고체윤활피막을 형성하여 다층복합피막을 형성하는 단계; 및

d) 상기 다층복합 피막을 100-450℃로 고화시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 윤활성과 내마모성이 우수한 다층복합피막의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

a) 단계에서 상기 경질세라믹피막은 CrN, Cr₂N, TiN, AlTiN, TiAlN, CrTiN, TiSiN, AlCrN 등의 질화물과 TiC, CrC 등의 탄화물, 이들 질화물과 탄화물이 복합된 TiCN, TiAlCN, CrCN 등과 같은 탄질화물, 또는 Al₂O₃, SiO₂, TiO₂ 등과 같은 산화 물에서 선택되는 하나 혹은 이들의 복합층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 윤활성과 내마모성이 우수한 다층복합피막의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

a) 단계에서 상기 물리적증착법(PVD)은 아크, 저항가열, 전자빔 등을 이용하는 이온플레이팅 방법, 스퍼터링 방법 등을 이용하고, 화학적 증착법(CVD)은 플라즈마나 열을 이용하는 화학적증착법을 이용하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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제 1 항에 있어서,

상기 고체윤활제는 MoS2, WS2, PTFE에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 윤활성과 내마모성이 우수한 다층복합피막의 제조방법.
제 1 항 내지 제 3 항 또는 제 6 항에서 선택되는 어느 한 항의 제조방법에 의해서 제조되는 다층복합피막.
제 7 항의 다층복합피막을 가지는 금형 또는 내마모 부품인 것을 특징으로 하는 금속부품.