KR101103865B1 - Method of coating on a basic material for die - Google Patents

Method of coating on a basic material for die Download PDF

Info

Publication number
KR101103865B1
KR101103865B1 KR1020090099372A KR20090099372A KR101103865B1 KR 101103865 B1 KR101103865 B1 KR 101103865B1 KR 1020090099372 A KR1020090099372 A KR 1020090099372A KR 20090099372 A KR20090099372 A KR 20090099372A KR 101103865 B1 KR101103865 B1 KR 101103865B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coating
base material
mold base
layer
gas
Prior art date
Application number
KR1020090099372A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20110042620A (en
Inventor
김은영
전유택
문만빈
Original Assignee
현대하이스코 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 현대하이스코 주식회사 filed Critical 현대하이스코 주식회사
Priority to KR1020090099372A priority Critical patent/KR101103865B1/en
Publication of KR20110042620A publication Critical patent/KR20110042620A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101103865B1 publication Critical patent/KR101103865B1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/14—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/04—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases
    • B05D3/0433—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases the gas being a reactive gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/12—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/14—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by electrical means
    • B05D3/141—Plasma treatment
    • B05D3/142—Pretreatment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

코팅 물질과 모재 간의 밀착력이 우수하고, 코팅시 균열을 야기하지 않는 금형 모재 코팅 방법에 대하여 개시한다. Disclosed is a method for coating a mold base material, which has excellent adhesion between the coating material and the base material and which does not cause cracking during coating.

본 발명에 따른 금형 모재 코팅 방법은 (a) 모재 표면을 플라즈마 질화 처리하여, 상기 모재 표면으로부터 내부로 확산층을 형성하는 단계; (b) 이온 건 에칭을 수행하여, 상기 플라즈마 질화 처리에 의해 상기 확산층 상부에 불가피하게 생성되는 화합물층을 제거하는 단계; 및 (c) 상기 화합물층이 제거된 확산층 표면을 미리 정해진 물질로 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. The mold base material coating method according to the present invention comprises the steps of: (a) plasma-nitriding the base material surface to form a diffusion layer therein from the base material surface; (b) performing an ion gun etching to remove a compound layer inevitably generated on the diffusion layer by the plasma nitriding treatment; And (c) coating the surface of the diffusion layer from which the compound layer is removed with a predetermined material.

Description

금형 모재 코팅 방법{METHOD OF COATING ON A BASIC MATERIAL FOR DIE}METHODS OF COATING ON A BASIC MATERIAL FOR DIE}

본 발명은 금형 모재의 표면 처리 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금형 모재와 코팅 박막 간의 밀착력을 증대시키기 위하여 도입된 플라즈마 질화 처리에서, 불가피하게 발생하는 표면 화합물층을 이온건 에칭을 통하여 제거함으로써 코팅시 균열을 야기하지 않으면서 코팅 물질과 모재 간의 밀착력을 향상시키고, 이와 더불어 경도 및 내마모성을 향상시킬 수 있는 금형 모재 코팅 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a surface treatment technology of a mold base material, and more particularly, in the plasma nitriding process introduced to increase the adhesion between the mold base material and the coating thin film, the coating is performed by removing an inevitable surface compound layer through ion gun etching. The present invention relates to a method of coating a base metal mold which can improve adhesion between the coating material and the base material without causing cracks and improve hardness and wear resistance.

연료전지 금속분리판 제조용 금형과 같은 금형의 경우, 사용시 많은 스트레스를 받게 되는데, 이는 결과적으로 금형의 수명이 짧아지게 되는 원인이 된다.In the case of a mold, such as a mold for manufacturing a fuel cell metal separator plate, a lot of stress is applied during use, which results in shortening the life of the mold.

따라서, 금형의 표면에는 일반적으로 코팅 물질로 코팅이 되어 있다. 코팅 물질은 내마모성 부여 등 그 목적에 따라 각기 다른 물질로 결정된다. Therefore, the surface of the mold is generally coated with a coating material. Coating materials are determined by different materials depending on their purpose, such as providing wear resistance.

예전에는 금형의 표면에 직접 코팅 물질을 코팅하였다. 그러나 이 경우 코팅 물질과 금형을 구성하는 재료(이하 모재라 한다) 간의 밀착성이 저하되어, 코팅 물 질이 쉽게 탈리되는 문제점이 있었다. Previously, the coating material was coated directly on the surface of the mold. However, in this case, the adhesion between the coating material and the material constituting the mold (hereinafter referred to as a base material) is lowered, and there is a problem in that the coating material is easily detached.

이를 해결하고자 최근에는 코팅 전에 미리 플라즈마 질화 처리를 수행하여 모재와 코팅 물질 간의 밀착성을 향상시키고 있다. In order to solve this problem, recently, plasma nitriding treatment is performed before coating to improve adhesion between the base material and the coating material.

도 1은 종래의 금형 모재 코팅 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a flow chart showing a conventional mold base material coating method.

도 1을 참조하면, 종래의 금형 모재 코팅 방법은 플라즈마 질화 처리 단계(S110) 및 PVD 코팅 단계(S120)로 이루어진다. Referring to FIG. 1, the conventional mold base material coating method includes a plasma nitriding treatment step S110 and a PVD coating step S120.

플라즈마 질화 처리 단계(S110)에서는 모재가 로딩된 반응 챔버 내에 질소 가스를 도입하고, 도입된 질소 가스를 이온화하여, 모재의 표면으로부터 질소 입자를 침투 확산시켜 경화층의 두께를 증대시킨다. 이를 통하여 모재의 경도를 증가시키고 적절한 인성을 부여하며, 박막 간의 밀착력을 증가시킨다. In the plasma nitriding treatment step (S110), nitrogen gas is introduced into the reaction chamber loaded with the base material, and the introduced nitrogen gas is ionized to penetrate and diffuse nitrogen particles from the surface of the base material to increase the thickness of the cured layer. This increases the hardness of the base material, gives the appropriate toughness, and increases the adhesion between the thin film.

그리고, PVD 코팅 단계(S120)에서는 PVD법(Physical Vapor Deposition)을 이용하여 모재의 표면에 원하는 코팅 물질을 코팅한다.In the PVD coating step (S120), a desired coating material is coated on the surface of the base material using PVD (Physical Vapor Deposition).

그러나, 상기 플라즈마 질화 처리에 의해 확산층이 형성될 때, 표면에는 ε-Fe2-3N, γFe4N, ε-Fe2 -3N+γFe4N 등과 같은 불가피하게 화합물층이 형성되는데, 이러한 화합물층은 자체 응력 발생으로 인하여 PVD 코팅(S120)시 균열을 야기하고, 이를 코팅층으로 전파시키는 문제가 있다. However, when a diffusion layer formed by the plasma nitriding process, surface, such as ε-Fe 2-3 N, γFe 4 N, ε-Fe 2 -3 N + γFe 4 N Inevitably a compound layer is formed, which causes a crack in the PVD coating (S120) due to the generation of its own stress, there is a problem of propagating it to the coating layer.

그 결과, 코팅층과 모재 간의 밀착력이 저하되어 쉽게 박리될 수 있으며, 경도, 마찰계수 등에도 악영향을 미친다. As a result, the adhesion between the coating layer and the base material is lowered and can be easily peeled off, adversely affecting the hardness, friction coefficient, and the like.

본 발명의 목적은 금형 모재 표면에 코팅 공정을 진행하기 전에 플라즈마 질화 처리를 실시하되, 상기 플라즈마 질화 처리에 의하여 불가피하게 생성되는 화합물층을 빠른 속도로 제거함과 아울러, 표면에 불필요한 산화막을 형성시키지 않는 금형 모재 코팅 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to perform a plasma nitridation treatment prior to the coating process on the surface of the mold base material, but to remove the compound layer inevitably generated by the plasma nitridation at a high speed, the mold does not form unnecessary oxide film on the surface It is to provide a base material coating method.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 금형 모재 코팅 방법은 (a) 모재 표면을 플라즈마 질화 처리하여, 상기 모재 표면으로부터 내부로 확산층을 형성하는 단계; (b) 이온 건 에칭을 수행하여, 상기 플라즈마 질화 처리에 의해 상기 확산층 상부에 불가피하게 생성되는 화합물층을 제거하는 단계; 및 (c) 상기 화합물층이 제거된 확산층 표면을 미리 정해진 물질로 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. The mold base material coating method according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of (a) plasma-nitriding the base material surface, to form a diffusion layer from the base material surface to the inside; (b) performing an ion gun etching to remove a compound layer inevitably generated on the diffusion layer by the plasma nitriding treatment; And (c) coating the surface of the diffusion layer from which the compound layer is removed with a predetermined material.

이때, 상기 플라즈마 질화 처리는 (a1) 상기 모재가 로딩되는 반응챔버 내부를 진공 상태로 형성한 후, 상기 반응챔버 내부에 수소(H2) 가스와 아르곤(Ar) 가스를 유입하여 스퍼터링을 실시하는 단계와, (a2) 상기 반응 챔버 내부에 수소(H2) 가스와 질소(N2) 가스를 유입하고 전압을 인가하여 질화 처리를 실시하는 단계를 포함 할 수 있으며, 상기 (a2)단계에서 상기 수소 가스와 질소 가스의 유입비는 7:3 ~ 8:2인 경우 화합물층의 생성을 최소화할 수 있다. In this case, in the plasma nitriding process (a1), after forming the inside of the reaction chamber into which the base material is loaded in a vacuum state, sputtering is performed by introducing hydrogen (H 2 ) gas and argon (Ar) gas into the reaction chamber. And (a2) injecting hydrogen (H 2 ) gas and nitrogen (N 2 ) gas into the reaction chamber and applying a voltage to perform nitriding treatment. When the ratio of hydrogen gas and nitrogen gas is 7: 3 to 8: 2, the formation of the compound layer can be minimized.

또한, 상기 코팅 단계는 모재와 코팅층 간의 밀착력을 강화하기 위하여 상기 화합물층이 제거된 모재 표면에 버퍼층을 미리 형성한 후 실시할 수 있다. In addition, the coating step may be performed after the buffer layer is formed in advance on the surface of the base material from which the compound layer is removed in order to enhance adhesion between the base material and the coating layer.

본 발명에 따른 금형 모재 코팅 방법은 플라즈마 질화 처리를 통하여 발생하는 모재 표면의 화합물층을 이온건 에칭을 통하여 제거함으로써, 코팅시 모재와 코팅층과의 밀착력을 증대시킴과 아울러, 빠른 속도로 화합물층을 제거할 수 있으며, 또한 불필요한 산화분위기를 형성하지 않는 장점이 있다. In the mold base material coating method according to the present invention, by removing the compound layer on the surface of the base material generated through plasma nitridation through ion gun etching, the adhesion between the base material and the coating layer is increased while coating, and the compound layer can be quickly removed. It also has the advantage of not forming unnecessary oxidizing atmosphere.

또한, 본 발명에 따른 금형 모재 코팅 방법은 반응챔버 내의 온도 변화 및 모재의 마찰로 인한 기계적 스트레스를 최소화할 수 있는 장점이 있다. In addition, the mold base material coating method according to the present invention has an advantage of minimizing mechanical stress due to temperature change in the reaction chamber and friction of the base material.

또한, 본 발명에 따른 금형 모재 코팅 방법은 모재의 경도 증가 및 인성 부여를 위한 플라즈마 질화 처리시, 질소 인입량을 조절함으로써 불가피하게 생성되는 화합물층의 두께를 줄일 수 있는 장점이 있다. In addition, the method for coating a metal mold base material according to the present invention has an advantage of reducing the thickness of the compound layer inevitably generated by adjusting the amount of nitrogen introduced during the plasma nitriding treatment for increasing hardness and toughness of the base metal.

이하에서는, 본 발명에 따른 금형 모재 코팅 방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the mold base material coating method according to the present invention will be described in detail.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되 어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments and drawings described below in detail. However, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is intended that the disclosure of the present invention be limited only by the terms of the appended claims.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 금형 모재 코팅 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.Figure 2 is a flow chart schematically showing a mold base material coating method according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 도시된 금형 모재 코팅 방법은 플라즈마 질화 처리 단계(S210), 이온건 에칭 단계(S220) 및 코팅 단계(S230)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the illustrated mold base material coating method includes a plasma nitriding treatment step S210, an ion gun etching step S220, and a coating step S230.

여기서, 금형 모재는 연료전지 금속 분리판용 금형 등이 될 수 있으며, 다른 금형들도 포함될 수 있다. 상기 금형 모재는 기계 구조용 탄소강(예: S45C, S50C, S10C, S20C), 구조용 합금강(예: SCM4), 스테인리스 스틸강(예: SUS304, SUS310, SUS316), 비 조질강(예: MF, HMF), 탄소 공구강(예: SK3, SK4, SK5), 합금 공구강(예:, SKS3, SKD종, DC53), 고속도 공구강(예: SKH55), 특수 용도강(예: SUP, SUM), 플라스틱 모재강(예: KP1, KP4, KP4M, HPPM, NAK) 등을 제시할 수 있으며, 이외에도 금형 재료로 될 수 있는 것이라면 제한없이 적용될 수 있다. Here, the mold base material may be a mold for a fuel cell metal separator plate, and other molds may also be included. The mold base material may be a mechanical structural carbon steel (e.g. S45C, S50C, S10C, S20C), structural alloy steel (e.g. SCM4), stainless steel (e.g., SUS304, SUS310, SUS316), non-alloyed steel (e.g. MF, HMF) , Carbon tool steels (e.g. SK3, SK4, SK5), alloy tool steels (e.g., SKS3, SKD, DC53), high speed tool steels (e.g. SKH55), special purpose steels (e.g. SUP, SUM), plastic base steels (e.g. For example, KP1, KP4, KP4M, HPPM, NAK), etc. can be presented. Any other material that can be used as a mold material can be applied without limitation.

우선, 플라즈마 질화 처리 단계(S210)에서는 반응챔버 내에 금형 모재를 로딩한 후, 모재 표면을 플라즈마 질화 처리한다. 플라즈마에 의해 활성화된 질소는 모재 내부로 침투 확산되어 확산층을 형성한다. First, in the plasma nitriding step (S210), after the mold base material is loaded into the reaction chamber, the surface of the base material is plasma nitrided. Nitrogen activated by the plasma penetrates and diffuses into the base metal to form a diffusion layer.

플라즈마 질화 처리는 다음과 같은 과정으로 진행될 수 있다.The plasma nitridation treatment may be performed in the following process.

우선, 모재가 로딩되는 반응챔버 내부를 진공 상태로 형성한 후, 반응챔버 내부에 수소(H2) 가스와 아르곤(Ar) 가스를 유입하여 스퍼터링을 실시한다. 이를 통하여 모재 표면이 클리닝될 수 있으며, 모재 표면의 상태가 불안정하게 되어 이어지는 질화 처리에서 질소 가스의 침투 확산이 용이하게 된다. First, the inside of the reaction chamber into which the base material is loaded is formed in a vacuum state, and then hydrogen (H 2 ) gas and argon (Ar) gas are introduced into the reaction chamber to perform sputtering. Through this, the surface of the base material may be cleaned, and the state of the base material surface may become unstable, thereby facilitating the penetration of nitrogen gas in the subsequent nitriding treatment.

이후, 반응 챔버 내부에 수소(H2) 가스와 질소(N2) 가스를 유입하고 전압을 인가하여 질화 처리를 실시한다. 이때, 질화처리는 반응챔버 내에 대략 600V ~ 800V의 전압을 인가하여 질소를 활성화한 상태에서 3~5시간 정도 이루어질 수 있다.Thereafter, hydrogen (H 2 ) gas and nitrogen (N 2 ) gas are introduced into the reaction chamber and nitriding is performed by applying a voltage. In this case, the nitriding treatment may be performed for about 3 to 5 hours in a state where nitrogen is activated by applying a voltage of approximately 600V to 800V in the reaction chamber.

또한, 플라즈마 질화 처리 단계(S210)의 공정 온도는 450℃ 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는 질화시 온도가 450℃를 초과할 경우, 모재의 뒤틀림이나 열변형이 발생할 수 있기 때문이다. In addition, the process temperature of the plasma nitridation step (S210) is preferably 450 ° C or less. The reason is that when the temperature at the time of nitriding exceeds 450 ° C., the base metal may be warped or thermally deformed.

모재의 표면으로부터 침투 확산되는 질소는 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 등의 합금원소와 결합하여 CrN이나 AlN과 같은 미세하고 견고한 질화물로 이루어진 확산층을 생성하여 모재 표면에 내마모성 및 고경도성을 부여한다. Nitrogen penetrated and diffused from the surface of the base material combines with alloying elements such as chromium (Cr) and aluminum (Al) to form a diffusion layer made of fine and rigid nitrides such as CrN and AlN to impart wear resistance and high hardness to the base material surface. .

플라즈마 질화 처리시, 상기 확산층 뿐만 아니라 모재 표면에는 ε-Fe2 -3N, γFe4N, ε-Fe2 -3N+γFe4N 등과 같은 화합물층이 불가피하게 형성된다. 이러한 불가 피한 화합물층은 전술한 바와 같이, 자체 응력을 발생시켜 모재 표면에 균열을 야기하여 코팅의 밀착력을 저해하는 요인으로 작용한다. During plasma nitridation, compound layers such as ε-Fe 2 -3 N, γFe 4 N, ε-Fe 2 -3 N + γFe 4 N, and the like are inevitably formed on the surface of the base material as well as the diffusion layer. As described above, such an unavoidable compound layer generates a self-stress to cause cracks on the surface of the base material, thereby acting as a factor that inhibits the adhesion of the coating.

따라서, 이러한 화합물층은 코팅 전에 제거되어야 한다. 화합물층의 제거 방법으로 연삭기 등을 이용한 기계적 그라인딩 방법을 상정할 수 있다.Therefore, this compound layer must be removed before coating. As a method of removing the compound layer, a mechanical grinding method using a grinding machine or the like can be assumed.

그러나, 기계적 그라인딩 방법은 다음과 같은 문제점이 있다. However, the mechanical grinding method has the following problems.

우선, 플라즈마 질화 처리를 위하여 반응 챔버 내부의 온도는 매우 높은 온도에서 진행되는 반면, 그라인딩은 주로 상온에서 진행된다. 따라서, 이 경우 반응챔버 내의 온도를 다시 낮추어야 하며, 그라인딩시 모재 표면의 온도 상승에 의한 불필요한 산화 분위기가 형성될 수 있다. First, for the plasma nitridation, the temperature inside the reaction chamber proceeds at a very high temperature, while the grinding mainly proceeds at room temperature. Therefore, in this case, the temperature in the reaction chamber must be lowered again, and an unnecessary oxidizing atmosphere may be formed by the temperature rise of the surface of the base material during grinding.

또한, 그라인딩 공정시 공정 속도가 느리며, 그라인딩시 코팅의 밀착력을 저해할 수 있는 조도의 차이를 발생시키는 문제점이 있다. In addition, there is a problem in that the process speed is slow during the grinding process, the difference in roughness that can inhibit the adhesion of the coating during grinding.

따라서, 화합물층을 제거하기 위한 그라인딩 방법의 문제점을 해결할 수 있는 다른 방법이 필요한다. 이에 본 발명에서는 후술하는 이온건 에칭 단계(S220)를 통하여 상기 화합물층을 제거한다. Therefore, there is a need for another method that can solve the problem of the grinding method for removing the compound layer. Accordingly, in the present invention, the compound layer is removed through an ion gun etching step (S220) described later.

플라즈마 질화 처리를 통하여 모재 표면에서 내부로 형성되는 확산층 및 화합물층의 합계 두께는 1㎛ ~ 800㎛가 될 수 있다. 모재 표면 내부로 형성되는 확산층 및 화합물층의 두께가 1㎛ 미만일 경우 확산층의 두께가 지나치게 얇으므로 모재의 경도 증가와 적절한 인성을 부여할 수 없으며 또한 모재와 코팅층 간의 밀착력 증대 효과를 가져올 수 없다. 또한, 확산층 및 화합물층의 두께가 두꺼우면 두 꺼울수록 상기의 효과들을 잘 나타낼 수 있으나, 모재 표면으로부터 800㎛를 초과하여 활성화된 질소가 침투 확산되기는 어렵다. The total thickness of the diffusion layer and the compound layer formed internally from the surface of the base material through the plasma nitriding may be 1 μm to 800 μm. If the thickness of the diffusion layer and the compound layer formed inside the surface of the base material is less than 1 μm, the thickness of the diffusion layer is too thin, so that the hardness of the base material and the appropriate toughness cannot be imparted, and the adhesion between the base material and the coating layer cannot be increased. In addition, the thicker the thickness of the diffusion layer and the compound layer can exhibit the above effects well, but it is difficult to penetrate and diffuse more than 800㎛ activated nitrogen from the surface of the base material.

한편, 화합물층의 두께는 반응챔버 내에 인입되는 수소가스와 질소가스의 유량비에 따라 달라지는데, 질소 가스의 인입량을 질화가 가능할 정도로만 인입할 경우, 화합물층의 생성 두께를 최소화할 수 있다. 따라서, 수소 가스와 질소 가스는 7:3 ~ 8:2 정도의 유량비로 반응챔버 내에 인입되는 것이 바람직하다. On the other hand, the thickness of the compound layer depends on the flow rate ratio of hydrogen gas and nitrogen gas introduced into the reaction chamber, when the amount of nitrogen gas is introduced only enough to nitrile, it is possible to minimize the production thickness of the compound layer. Therefore, the hydrogen gas and the nitrogen gas are preferably introduced into the reaction chamber at a flow rate ratio of about 7: 3 to 8: 2.

이온건 에칭 단계(S220)에서는 이온건 에칭을 통하여 상기 모재 표면에 형성되어 있는 화합물층을 제거한다. In the ion gun etching step (S220), the compound layer formed on the surface of the base material is removed by ion gun etching.

반응챔버에 40~60sccm 정도의 아르곤을 유입하고, 이온건에 800~1500V의 전압과 0.2A 정도의 전류를 인가하여 이온건을 통한 에칭이 이루어질 수 있다. 이때, 이온건에 인가되는 전압이 800V 이하인 경우 이온건 에칭의 효과가 저하되므로, 이온건에 인가되는 전압은 800V 이상이 되어야 한다. 이온건 에칭은 대략 10~30분간 진행될 수 있으나, 모재 표면의 화합물층의 두께나 에칭 속도 등에 따라 이온건 에칭 시간이 달라질 수 있다.Argon of about 40 ~ 60sccm inflow into the reaction chamber, 800 ~ 1500V voltage and 0.2A current is applied to the ion gun can be etched through the ion gun. At this time, when the voltage applied to the ion gun is 800V or less, the effect of the ion gun etching is reduced, the voltage applied to the ion gun should be 800V or more. The ion gun etching may be performed for about 10 to 30 minutes, but the ion gun etching time may vary depending on the thickness of the compound layer or the etching rate of the surface of the base material.

이온건 에칭은 그라인딩 방식에 비하여 화합물층을 제거하는 속도가 빠르고, 공정 중간에 모재 표면의 온도 상승 및 산화분위기를 조성하는 불필요한 과정을 제거할 수 있으며, 코팅시 부착력을 저해할 수 있는 조도의 차이를 최소화할 수 있는 장점이 있다. Ion gun etching is faster to remove the compound layer than the grinding method, and can eliminate unnecessary processes for raising the temperature of the base material surface and forming an oxidizing atmosphere in the middle of the process. There is an advantage that can be minimized.

이온건 에칭을 통하여 제거되는 두께는 전술한 플라즈마 질화 처리시 생성되 는 화합물층의 두께가 되며, 확산층과 화합물층의 합계 두께가 1㎛ ~ 800㎛인 경우 이온건 에칭 두께는 1㎛ ~ 200㎛를 제시할 수 있으며, 확산층과 화합물층의 합계 두께보다는 적다. 그러나, 모재 표면에 불가피하게 생성되는 화합물층의 두께는 플라즈마 질화 처리 조건에 따라 달라지게 되므로, 이에 한정되는 것은 아니다. The thickness removed through the ion gun etching is the thickness of the compound layer formed during the plasma nitridation treatment described above. When the total thickness of the diffusion layer and the compound layer is 1 μm to 800 μm, the ion gun etching thickness is 1 μm to 200 μm. It may be less than the total thickness of the diffusion layer and the compound layer. However, since the thickness of the compound layer inevitably generated on the surface of the base material varies depending on the plasma nitriding treatment condition, the thickness of the compound layer is not limited thereto.

이온건 에칭을 통하여 모재 표면에 존재하는 화합물층은 제거됨에 따라, 모재의 표면에는 확산층이 존재하게 된다. As the compound layer existing on the surface of the base material is removed through ion gun etching, the diffusion layer is present on the surface of the base material.

코팅 단계(S230)에서는 모재 표면, 즉 원하는 물질로 확산층 표면을 코팅한다. In the coating step (S230), the surface of the base material, that is, the surface of the diffusion layer is coated with a desired material.

코팅되는 물질은 경도 부여, 내식성 부여, 내마모성 부여 등 그 목적에 따라 각기 다른 물질로 결정된다. The material to be coated is determined to be different materials depending on the purpose of imparting hardness, imparting corrosion resistance, imparting wear resistance.

예를 들어, 연료전지 금속 분리판용 금형의 경우, 높은 경도와 내마모성, 그리고 고온안정성이 요구되는데, 이러한 물질로는 TiN, CrN과 같은 천이금속의 질화물 또는 TiAlN, CrAlN 등과 같은 천이금속화합물의 질화물이 될 수 있다. 상기 천이금속화합물의 질화물의 예에서 CrAlN은 AlCrN으로도 표시될 수 있는데, 이는 Cr과 Al의 상대적인 몰비율, 즉 함량비에 따라 구별하여 표시되는 것이다. 즉, 화합물에서 Cr의 함량비가 Al의 함량비보다 더 클 경우 CrAlN으로 표시하고, 화합물에서 Al의 함량비가 Cr의 함량비보다 더 클 경우 AlCrN으로 표시한다. Al과 Cr의 함량비가 동일한 경우 CrAlN이나 AlCrN 어느 것이라도 표시 가능하다. 이는 다른 천이금속화합물의 질화물에도 마찬가지로 적용될 수 있다. For example, in the case of a fuel cell metal separator mold, high hardness, wear resistance, and high temperature stability are required. Such materials include nitrides of transition metals such as TiN and CrN or nitrides of transition metal compounds such as TiAlN and CrAlN. Can be. In the example of the nitride of the transition metal compound, CrAlN may also be represented as AlCrN, which is distinguished according to the relative molar ratio of Cr and Al, that is, content ratio. That is, when the content ratio of Cr in the compound is greater than the content ratio of Al, it is expressed as CrAlN, and when the content ratio of Al in the compound is greater than the content ratio of Cr, it is indicated as AlCrN. When the content ratio of Al and Cr is the same, either CrAlN or AlCrN can be displayed. This also applies to nitrides of other transition metal compounds.

상기 천이금속의 질화물이나 천이금속화합물의 질화물로 이루어진 코팅층은 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD)이나 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition: PVD) 등 여러가지 방법을 이용하여 형성할 수 있다. The coating layer made of the nitride of the transition metal or the nitride of the transition metal compound may be formed by various methods such as chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD).

코팅 단계(S230)에서 코팅의 두께는 0.1㎛ ~ 5㎛ 정도의 두께가 될 수 있다. 코팅의 두께가 0.1㎛ 이하인 경우 모재에 코팅을 통한 경도 및 내마모성의 부여가 부족하고, 코팅의 두께가 5㎛를 초과하는 경우 모재에 미세한 패턴이 형성되어 있을 경우, 미세 패턴에 대하여 전체적으로 균일한 두께의 코팅이 어려워지며, 코팅 비용이 과다해지는 문제점이 있다. In the coating step (S230), the thickness of the coating may be about 0.1㎛ ~ 5㎛ thickness. If the thickness of the coating is 0.1㎛ or less, the base material lacks hardness and wear resistance through the coating, and if the thickness of the coating exceeds 5㎛, when a fine pattern is formed on the base material, the overall uniform thickness with respect to the fine pattern The coating becomes difficult, there is a problem that the coating cost is excessive.

코팅은 대략 30분 ~ 2시간 동안 실시할 수 있으나, 코팅 시간은 코팅 속도 및 코팅 두께에 따라 달라지게 되므로 이에 한정되는 것은 아니다. The coating may be performed for about 30 minutes to 2 hours, but the coating time is not limited to this because it depends on the coating speed and the coating thickness.

한편, 코팅은 버퍼층의 형성 과정과 본 코팅 과정으로 2단계로 이루어질 수 있다. 이 경우, 화합물층이 제거된 모재 표면에 천이금속의 질화물이나 천이금속화합물의 질화물로 얇은 두께의 버퍼층을 먼저 형성한 후, 본 코팅을 실시하게 된다. 버퍼층과 본 코팅에 의해 형성되는 코팅층은 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 서로 다른 천이금속의 질화물 혹은 천이금속화합물의 질화물이 될 수 있다. On the other hand, the coating may be formed in two steps, the process of forming the buffer layer and the main coating process. In this case, a thin layer of buffer layer is first formed on the surface of the base material from which the compound layer is removed and nitride of the transition metal or nitride of the transition metal compound, and then the main coating is performed. The buffer layer and the coating layer formed by the present coating may be made of the same material, and may be nitrides of different transition metals or nitrides of transition metal compounds.

버퍼층은 본 코팅의 코팅 두께보다 상대적으로 얇게 형성하며 버퍼층과 확산층은 높은 밀착력을 가지게 된다. 확산층 상에 버퍼층을 먼저 형성하고 본 코팅을 진행함에 따라, 코팅층의 밀착력을 향상시킬 수 있고, 코팅층 형성시에 모재나 확산층이 받는 응력의 집중을 완화할 수 있다. The buffer layer is formed relatively thinner than the coating thickness of the present coating, and the buffer layer and the diffusion layer have high adhesion. As the buffer layer is first formed on the diffusion layer and the main coating is performed, the adhesion of the coating layer can be improved, and the concentration of stress applied to the base material or the diffusion layer at the time of forming the coating layer can be alleviated.

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention through the preferred embodiment of the present invention will be described in more detail. However, this is presented as a preferred example of the present invention and in no sense can be construed as limiting the present invention.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Details that are not described herein will be omitted since those skilled in the art can sufficiently infer technically.

1.One. PVDPVD 코팅 시편의 제조 Preparation of Coated Specimen

표 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1~12 및 비교예 1~4의 시편을 제조하였다. As shown in Table 1, specimens of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 4 were prepared.

실시예 1~12 및 비교예 1~4에서 공통적으로 SUS316L 재질의 모재 시편을 반응챔버에 로딩한 후, 250℃의 온도에서 진공도 4x10-2까지 배기한 후, 반응 챔버 내에 수소 가스와 아르곤 가스를 유입시켜 스퍼터링을 1시간동안 실시하였다. 스퍼터링 후, 10시간동안 400℃에서 700V의 전압을 인가하여 플라즈마 질화 처리를 진행하였다. In Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 4, the base material specimens made of SUS316L were loaded in the reaction chamber in common, and after exhausting to a vacuum degree of 4x10 -2 at a temperature of 250 ° C, hydrogen gas and argon gas were introduced into the reaction chamber. Inflow was carried out for 1 hour for sputtering. After sputtering, plasma nitridation was performed by applying a voltage of 700 V at 400 ° C. for 10 hours.

실시예 1~12의 경우, 플라즈마 질화 공정 후 이온건 에칭을 수행한 후 PVD 코팅을 하였으며, 비교예 1~4의 경우 이온건 에칭을 실시하지 않고 PVD 코팅을 하 였다. 실시예 1~12의 경우, 이온건에 1500V, 0.2Afmf 인가하고 50sccm의 아르곤 가스를 반응챔버 내로 유입하였으며, 에칭시간은 30분이었다. In Examples 1 to 12, PVD coating was performed after performing ion gun etching after the plasma nitridation process, and PVD coating was performed without performing ion gun etching in Comparative Examples 1 to 4. In Examples 1 to 12, 1500 V and 0.2 Aff were applied to the ion gun, and 50 sccm of argon gas was introduced into the reaction chamber, and the etching time was 30 minutes.

비교예 1~4의 경우, PVD 코팅 물질로 CrAlN(비교예 1), AlCrN(비교예 2), TiAlN(비교예 3), AlTiN(비교예 4)를 적용하였으며, 각각 플라즈마 질화 처리시 수소 가스 와 아르곤 가스의 인입비를 7:3으로 하였다. In Comparative Examples 1 to 4, CrAlN (Comparative Example 1), AlCrN (Comparative Example 2), TiAlN (Comparative Example 3), and AlTiN (Comparative Example 4) were applied as PVD coating materials, respectively. And an argon gas introduction ratio of 7: 3.

[표 1][Table 1]

Figure 112009063926997-pat00001
Figure 112009063926997-pat00001

실시예 1~12의 경우, PVD 코팅 물질로 CrAlN(실시예 1~3), AlCrN(실시예 4~6), TiAlN(실시예 7~9), AlTiN(실시예 10~12)를 적용하였으며, 각각의 코팅 물질 별로 플라즈마 질화 처리시 수소 가스와 아르곤 가스의 인입비를 7:3(실시예 1,4,7,10), 5:5(실시예 2,5,8,11), 3:7(실시예 3,6,9,12)로 하였다. In Examples 1 to 12, CrAlN (Examples 1 to 3), AlCrN (Examples 4 to 6), TiAlN (Examples 7 to 9), and AlTiN (Examples 10 to 12) were applied as PVD coating materials. For each coating material, the introduction ratio of hydrogen gas and argon gas in plasma nitridation treatment is 7: 3 (Examples 1, 4, 7, 10), 5: 5 (Examples 2, 5, 8, 11), 3 : 7 (Examples 3, 6, 9, and 12).

2. 물성 평가 방법2. Evaluation of Properties

(1)경도 (1) hardness

도 3은 경도 측정시 이용된 나노인덴터(nanoindenter)를 나타낸 것이다.Figure 3 shows a nanoindenter (nanoindenter) used in the hardness measurement.

경도는 도 3에 도시된 바와 같은 나노인덴터(nanoindenter)를 이용하였다. 분석시 압입 깊이를 15㎛ 이내로 하고, CSM(Continuous Stiffness Measurement) 모드로 측정하였다. Hardness was used as a nanoindenter (nanoindenter) as shown in FIG. The indentation depth was set to 15 µm or less in the analysis, and measured in CSM (Continuous Stiffness Measurement) mode.

(2)마찰계수(내마모성)(2) Friction coefficient (wear resistance)

도 4는 마찰계수 측정시 이용된 Ball-on-disc 타입의 슬라이딩 마찰 테스트기를 나타낸 것이다. Figure 4 shows a sliding friction tester of the ball-on-disc type used when measuring the coefficient of friction.

마찰계수는 도 4에 도시된 바와 같은 Ball-on-disc 타입의 슬라이딩 마찰 테스트기를 이용하여 측정하였다.The coefficient of friction was measured using a ball friction friction tester of the ball-on-disc type as shown in FIG.

테스트에서는 마모 특성을 분석하기 위해 상대재를 스틸 볼(steel ball)로 하였으며, 상온에서 5N 하중으로 거리 1000m, 선속도 0.24m/s로 마모 시험을 실시하였다. 마모 후에 마모흔적을 SEM과 EDS로 관찰하여 마모흔적의 크기 및 형태와 마모 거동을 분석하였다. In the test, the counterpart was made of steel balls to analyze the wear characteristics, and the wear test was performed at a distance of 1000m and a linear speed of 0.24m / s with a 5N load at room temperature. After wear, the wear traces were observed by SEM and EDS to analyze the size and shape of the wear traces and the wear behavior .

(3)밀착력(3) adhesion

도 5는 밀착성 측정시 이용된 스크래치 테스트기를 나타낸 것이다.5 shows a scratch tester used in measuring adhesion.

밀착력은 도 5에 도시된 바와 같은 스크래치 테스트기를 이용하여 0~100N까지 하중을 가하며 측정하였다. Adhesion was measured by applying a load to 0 ~ 100N using a scratch tester as shown in FIG.

도 5에 도시된 스크래치 테스트기의 원리는 다음과 같다. Rockwell C diamond stylus가 시편의 표면 위를 일정한 속도 이동하면서 연속적으로 하중을 증가시킨다. 이때 스타일러스(stylus)가 이동함에 따라 표면에 가해진 하중이 박막의 파괴에 요구되는 하중보다 큰 경우에 파괴가 일어나며 이때 탄성변형과 소성변형을 일으킨다. 일반적으로 최초로 박막이 파괴될 때의 최소 하중을 임계하중 (Critical load, Lc)라고 정의하며 코팅층과 모재의 밀착 강도의 척도로 사용된다.The principle of the scratch tester shown in FIG. 5 is as follows. The Rockwell C diamond stylus continuously increases the load, moving at a constant velocity over the surface of the specimen. At this time, as the stylus moves, fracture occurs when the load applied to the surface is larger than the load required to break the thin film, and this causes elastic deformation and plastic deformation. In general, the minimum load when the thin film is first broken is defined as a critical load (Lc) and is used as a measure of the adhesion strength between the coating layer and the base material.

3. 측정 결과3. Measurement result

(1)경도(1) hardness

표 1에는 경도 측정 결과가 나타나 있으며, 이 중에서, 비교예 1~4 및 실시예 1,4,7,10의 경도 테스트 결과를 도 6에 나타내었다. Table 1 shows the results of hardness measurement, and among these, the hardness test results of Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1, 4, 7, and 10 are shown in FIG. 6.

표 1 및 도 6을 참조하면, 이온건 에칭을 하지 않고 CrAlN을 코팅한 비교예 1의 경우 경도가 32GPa 을 나타내는 것에 비하여 이온건 에칭을 실시하고 CrAlN을 코팅한 실시에 1의 경우 38GPa을 나타내어 실시예 1의 경우가 비교예 1의 경우보다 고경도를 발휘하는 것을 알 수 있다.Referring to Table 1 and FIG. 6, in Comparative Example 1 in which CrAlN was coated without ion gun etching, the ion gun was etched and the CrAlN coated was 38GPa in the case where the hardness was 32GPa. It can be seen that the case of Example 1 exhibits higher hardness than that of Comparative Example 1.

마찬가지로, AlCrN을 코팅한 비교예 2와 실시예 4의 경우, 경도가 34GPa, 38GPa로 실시예 4의 경우가 비교예 2의 경우보다 고경도를 발휘하며, TiAlN을 코팅한 비교예 3와 실시예 7의 경우, 경도가 37GPa, 39GPa로 실시예 7의 경우가 비교예 3의 경우보다 고경도를 발휘하며, AlTiN을 코팅한 비교예 4와 실시예 10의 경우, 경도가 39GPa, 41GPa로 실시예 10의 경우가 비교예 4의 경우보다 고경도를 발휘하는 것을 알 수 있다. Similarly, in the case of Comparative Example 2 and Example 4 coated with AlCrN, the hardness was 34GPa, 38GPa, and Example 4 exhibited higher hardness than that of Comparative Example 2, and Comparative Example 3 and Example coated with TiAlN In the case of 7, the hardness is 37GPa, 39GPa Example 7 exhibits a higher hardness than the case of Comparative Example 3, in the case of Comparative Example 4 and Example 10 coated with AlTiN, the hardness is 39GPa, 41GPa It can be seen that the case of 10 exhibits higher hardness than that of the comparative example 4.

(2)마찰계수(내마모성)(2) Friction coefficient (wear resistance)

표 1에는 마찰계수 측정 결과가 나타나 있으며, 이 중에서, 비교예 1 및 실시예 1,4,7,10의 마찰계수 테스트 결과를 도 7에 나타내었다. Table 1 shows the results of the friction coefficient measurement, and among these, the friction coefficient test results of Comparative Example 1 and Examples 1, 4, 7, and 10 are shown in FIG. 7.

표 1 및 도 7을 참조하면, 비교예 1의 경우 마찰계수가 0.72로 마모흔적이 매우 많음을 알 수 있다. 반면, 실시예 1,4,7,10의 경우 마찰계수가 각각 0.38, 0.42, 0.4 및 0.5로, 비교예 1의 경우보다 마찰계수가 낮고 또한, 마모흔적이 상대적으로 적음을 알 수 있다. Referring to Table 1 and FIG. 7, in Comparative Example 1, the friction coefficient was 0.72, indicating that the wear traces were very high. On the other hand, in Examples 1, 4, 7, and 10, the coefficients of friction are 0.38, 0.42, 0.4, and 0.5, respectively, and the friction coefficient is lower than that of Comparative Example 1, and the wear traces are relatively low.

따라서, 실시예 1,4,7,10의 경우, 비교예 1에 비하여 마찰계수가 낮으며, 내마모성이 우수한 것을 알 수 있다. Therefore, in the case of Examples 1, 4, 7, and 10, it can be seen that the friction coefficient is lower than that of Comparative Example 1, and the wear resistance is excellent.

또한, 표 1을 참조하면, 수소가스와 질소가스의 비율이 7:3인 실시예 1 의 경우가 질소가스의 비율이 상대적으로 높은 실시예 2,3의 경우보다 마찰계수가 더 낮은 것을 알 수 있고, 이는 다른 실시예 군에서도 대체적으로 일치하는 것을 알 수 있다. 이는 플라즈마 질화 처리시 질소가스의 비율이 상대적으로 적을 경우 화 합물층 생성을 최소화하기 때문인 것으로 보인다. In addition, referring to Table 1, it can be seen that in the case of Example 1 in which the ratio of hydrogen gas and nitrogen gas is 7: 3, the coefficient of friction is lower than in the case of Examples 2 and 3 in which the ratio of nitrogen gas is relatively high. It can be seen that this is generally consistent with other embodiments. This seems to be because the formation of compound layer is minimized when the proportion of nitrogen gas is relatively small during plasma nitridation.

(3)밀착력(3) adhesion

표 1에는 밀착력 측정 결과가 나타나 있으며, 이 중에서, 비교예 1 및 실시예 1,4,7,10의 밀착력 테스트 결과를 도 8에 나타내었다. Table 1 shows the results of the adhesion measurement, and among these, the adhesion test results of Comparative Example 1 and Examples 1, 4, 7, and 10 are shown in FIG. 8.

표 1 및 도 8을 참조하면, 비교예 1의 경우 임계 하중이 15N 을 나타내었으나, 실시예 1의 경우 임계 하중이 75N, 실시예 4의 경우 임계 하중이 62N, 실시예 7의 경우 임계하중이 64N, 실시예 10의 경우 임계하중이 69N 을 나타내었다.Referring to Table 1 and FIG. 8, the critical load is 15 N in Comparative Example 1, but the critical load is 75 N in Example 1, the critical load is 62 N in Example 4, and the critical load is in Example 7. In the case of 64N and Example 10, the critical load was 69N.

즉, 실시예 1,4,7,10의 경우, 코팅층과 모재 간의 밀착력이 우수하여 스크래치 테스트에서 매우 높은 임계하중을 나타내어, 밀착서이 우수한 것을 알 수 있다. That is, in the case of Examples 1, 4, 7, and 10, the adhesion between the coating layer and the base material was excellent, and thus a very high critical load was shown in the scratch test, indicating that the adhesion was excellent.

또한, 표 1을 참조하면, 수소가스와 질소가스의 비율이 7:3인 실시예 1 의 경우가 질소가스의 비율이 상대적으로 높은 실시예 2,3의 경우보다 밀착력의 척도가 되는 임계하중이 가장 높은 것을 알 수 있으며, 이는 다른 실시예 군에서도 동일하게 적용될 수 있는 것을 알 수 있다. 이 역시 전술한 마찰계수와 마찬가지로, 플라즈마 질화 처리시 질소가스의 비율이 상대적으로 적을 경우 화합물층 생성을 최소화하기 때문인 것으로 보인다. In addition, referring to Table 1, in the case of Example 1 in which the ratio of hydrogen gas and nitrogen gas is 7: 3, the critical load, which is a measure of adhesion force, is higher than in Examples 2 and 3, where the ratio of nitrogen gas is relatively high. It can be seen that the highest, which can be equally applicable to other embodiments. This also seems to be due to minimizing the formation of the compound layer when the ratio of nitrogen gas is relatively small in the plasma nitridation treatment, as described above.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 금형 모재 코팅 방법은 플라즈마 질화 처리 이후, 이온건 에칭을 통하여 화합물층을 제거함에 따라 고경도를 나타내며, 내마모성 및 코팅층과 모재 사이의 밀착성이 향상되는 효과가 있다. As described above, the mold base material coating method according to the present invention exhibits high hardness as the compound layer is removed through ion gun etching after plasma nitridation treatment, and has an effect of improving wear resistance and adhesion between the coating layer and the base material.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiments and can be modified in various forms, and having ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

도 1은 종래의 금형 모재 코팅 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a flow chart showing a conventional mold base material coating method.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 금형 모재 코팅 방법을 나타내는 순서도이다.2 is a flow chart showing a mold base material coating method according to an embodiment of the present invention.

도 3은 경도 측정시 이용된 나노인덴터(nanoindenter)를 나타낸 것이다.Figure 3 shows a nanoindenter (nanoindenter) used in the hardness measurement.

도 4는 마찰계수 측정시 이용된 Ball-on-disc 타입의 슬라이딩 마찰 테스트기를 나타낸 것이다. Figure 4 shows a sliding friction tester of the ball-on-disc type used when measuring the coefficient of friction.

도 5는 밀착성 측정시 이용된 스크래치 테스트기를 나타낸 것이다.5 shows a scratch tester used in measuring adhesion.

도 6은 비교예 1 및 실시예 1,4,7,10의 경도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the hardness measurement results of Comparative Example 1 and Examples 1,4,7,10.

도 7은 비교예 1 및 실시예 1,4,7,10의 마찰계수 테스트 결과를 나타낸 것이다. Figure 7 shows the friction coefficient test results of Comparative Example 1 and Examples 1, 4, 7, 10.

도 8은 비교예 1 및 실시예 1,4,7,10의 밀착력 테스트 결과를 나타낸 것이다. Figure 8 shows the adhesion test results of Comparative Example 1 and Examples 1,4,7,10.

Claims (13)

(a) 금형 모재 표면을 플라즈마 질화 처리하여, 상기 금형 모재 표면으로부터 내부로 확산층을 형성하는 단계;(a) plasma nitriding the surface of the mold base material to form a diffusion layer from the surface of the mold base material; (b) 이온 건 에칭을 수행하여, 상기 플라즈마 질화 처리에 의해 상기 확산층 상부에 불가피하게 생성되는 화합물층을 제거하는 단계; 및(b) performing an ion gun etching to remove a compound layer inevitably generated on the diffusion layer by the plasma nitriding treatment; And (c) 상기 화합물층이 제거된 확산층 표면을 천이금속의 질화물 또는 천이금속화합물의 질화물로 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 모재 코팅 방법.(c) coating the surface of the diffusion layer from which the compound layer is removed with a nitride of a transition metal or a nitride of a transition metal compound. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (a)단계는Step (a) is (a1) 상기 금형 모재가 로딩되는 반응챔버 내부를 진공 상태로 형성한 후, 상기 반응챔버 내부에 수소(H2) 가스와 아르곤(Ar) 가스를 유입하여 스퍼터링을 실시하는 단계와,(a1) forming the inside of the reaction chamber into which the mold base material is loaded in a vacuum state, and performing sputtering by introducing hydrogen (H 2 ) gas and argon (Ar) gas into the reaction chamber; (a2) 상기 반응 챔버 내부에 수소(H2) 가스와 질소(N2) 가스를 유입하고 전압을 인가하여 질화 처리를 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 모재 코팅 방법. (a2) a method of coating a base metal mold, comprising the step of introducing a hydrogen (H 2 ) gas and a nitrogen (N 2 ) gas into the reaction chamber and applying a voltage to perform nitriding treatment. 제2항에 있어서, 3. The method of claim 2, 상기 (a2)단계에서 상기 수소 가스와 질소 가스의 유입비는 7:3 ~ 8:2인 것을 특징으로 하는 금형 모재 코팅 방법. In the (a2) step, the introduction ratio of the hydrogen gas and nitrogen gas is 7: 3 ~ 8: 2 mold base metal coating method, characterized in that. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (b)단계는 Step (b) is 상기 금형 모재가 로딩되는 반응 챔버 내부에 아르곤 가스를 유입하고, 상기 반응 챔버 내부에 800V ~ 1600V의 전압을 인가하여 실시하는 것을 특징으로 하는 금형 모재 코팅 방법. Argon gas is introduced into the reaction chamber in which the mold base material is loaded, the mold base material coating method, characterized in that carried out by applying a voltage of 800V ~ 1600V in the reaction chamber. 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (c)단계는 Step (c) is 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition: PVD)을 이용하여 상기 천이금속의 질화물 또는 천이금속화합물의 질화물로 코팅하는 것을 특징으로 하는 금형 모재 코팅 방법. A method of coating a metal mold base material by coating with a nitride of the transition metal or a nitride of a transition metal compound using physical vapor deposition (PVD). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (c)단계는 Step (c) is 상기 화합물층이 제거된 금형 모재 표면에 버퍼층을 형성한 후, 상기 코팅을 실시하는 것을 특징으로 하는 금형 모재 코팅 방법. And forming the buffer layer on the surface of the mold base material from which the compound layer is removed, and then performing the coating. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 버퍼층은 천이금속의 질화물 또는 천이금속화합물의 질화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 금형 모재 코팅 방법.The buffer layer is a mold base material coating method, characterized in that formed with a nitride of the transition metal or a transition metal compound. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 버퍼층은 상기 코팅에 의한 두께보다 상대적으로 얇은 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 금형 모재 코팅 방법. Wherein the buffer layer is a metal mold base material coating method characterized in that formed to a thickness relatively thinner than the thickness by the coating. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a)단계의 플라즈마 질화 처리를 통하여 상기 금형 모재 표면 내부로 형성되는 확산층 및 화합물층의 두께는 1㎛ ~ 800㎛이고,The thickness of the diffusion layer and the compound layer formed into the surface of the mold base material through the plasma nitriding treatment of step (a) is 1㎛ ~ 800㎛, 상기 (b)단계의 이온건 에칭을 통하여 제거되는 화합물층의 두께는 1㎛ ~ 200 ㎛인 것을 특징으로 하는 금형 모재 코팅 방법. The thickness of the compound layer removed through the ion gun etching of step (b) is 1 to 200 ㎛ mold coating method, characterized in that. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (b)단계는 상기 (a)단계의 플라즈마 질화 처리를 통하여 형성되는 확산층 및 화합물층의 두께의 5% ~ 30%가 제거되도록 이온건 에칭을 실시하는 것을 특징으로 하는 금형 모재 코팅 방법. Step (b) is a metal mold base coating method characterized in that the ion gun etching to remove 5% to 30% of the thickness of the diffusion layer and the compound layer formed through the plasma nitriding process of step (a). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (c)단계는 0.1㎛ ~ 5㎛의 두께로 코팅하는 것을 특징으로 하는 금형 모재 코팅 방법. Step (c) is a mold base material coating method characterized in that the coating to a thickness of 0.1㎛ ~ 5㎛. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 금형 모재는 The mold base material 기계 구조용 탄소강, 구조용 합금강, 스테인리스 스틸강, 비 조질강, 탄소 공구강, 합금 공구강, 고속도 공구강, 특수 용도강 및 플라스틱 모재강 중 어느 하나의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 금형 모재 코팅 방법. A method for coating a base metal mold, characterized in that the material is made of any one of carbon steel, structural alloy steel, stainless steel, non-alloyed steel, carbon tool steel, alloy tool steel, high speed tool steel, special purpose steel, and plastic base steel.
KR1020090099372A 2009-10-19 2009-10-19 Method of coating on a basic material for die KR101103865B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090099372A KR101103865B1 (en) 2009-10-19 2009-10-19 Method of coating on a basic material for die

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090099372A KR101103865B1 (en) 2009-10-19 2009-10-19 Method of coating on a basic material for die

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110042620A KR20110042620A (en) 2011-04-27
KR101103865B1 true KR101103865B1 (en) 2012-01-12

Family

ID=44047998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090099372A KR101103865B1 (en) 2009-10-19 2009-10-19 Method of coating on a basic material for die

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101103865B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050007953A (en) * 2003-07-12 2005-01-21 두산중공업 주식회사 Titanium nitrite coating method
KR100773486B1 (en) * 2007-05-23 2007-11-05 주식회사 넥스텍 Surface-coated polish carrier and method for coating thereof
KR20100088346A (en) * 2009-01-30 2010-08-09 한국생산기술연구원 Coating film and method for coating cr(n)-c:h on separator using proton exchange membrane fuel cell
KR20100090444A (en) * 2009-02-06 2010-08-16 한국생산기술연구원 Method for nitriding by post-plasma

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050007953A (en) * 2003-07-12 2005-01-21 두산중공업 주식회사 Titanium nitrite coating method
KR100773486B1 (en) * 2007-05-23 2007-11-05 주식회사 넥스텍 Surface-coated polish carrier and method for coating thereof
KR20100088346A (en) * 2009-01-30 2010-08-09 한국생산기술연구원 Coating film and method for coating cr(n)-c:h on separator using proton exchange membrane fuel cell
KR20100090444A (en) * 2009-02-06 2010-08-16 한국생산기술연구원 Method for nitriding by post-plasma

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110042620A (en) 2011-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8043728B2 (en) Hard coating film for forming tool and forming tool
EP2316983B1 (en) Nitrogen-containing amorphous carbon and amorphous carbon layered film, and sliding member
De Souza et al. Hardness and elastic modulus of ion-nitrided titanium obtained by nanoindentation
JP2009167512A (en) Diamond-like carbon film for sliding component and method for manufacturing the same
JP4975481B2 (en) Die for press
EP3660180B1 (en) Sliding member and piston ring
KR101103865B1 (en) Method of coating on a basic material for die
JP4669992B2 (en) Nitrogen-containing chromium coating, method for producing the same, and mechanical member
JP5616082B2 (en) Manufacturing method of ceramic coating material
JP4327781B2 (en) Manufacturing method of carburized parts
JP2010222648A (en) Production method of carbon steel material and carbon steel material
JP2008240157A (en) Hard coating film-coated member for molding tool, and molding tool
JP2012001744A (en) TiAlN FILM AND TiAlN FILM-FORMED BODY
Witkowska et al. Influence of low temperature plasma oxynitriding on the mechanical behavior of NiTi shape memory alloys
JP2012183548A (en) Die for die casting
JP5660696B2 (en) Hard coating member and method for producing the same
KR101350509B1 (en) THE MoN-Cu COATING LAYER AND METHOD FOR MANUFACTURING MoN-Cu COATING LAYER
JP2010222649A (en) Production method of carbon steel material and carbon steel material
CN110709190A (en) Component for aluminum die casting mold
JP2013104107A (en) Hard film-coated member and method for manufacturing the same
JP5634669B2 (en) Hard coating member and method for producing the same
JP5988144B2 (en) Coated article excellent in corrosion resistance and method for producing the same
Kula et al. Hybrid surface layers, made by nitriding with DLC coating, for application in machine parts regeneration
WO2022215651A1 (en) Vanadium silicon carbide film coated member and method for manufacturing same, and vanadium silicon carbide film-forming substrate and method for manufacturing same
Tischler et al. Nanoindentation test for DLC coating analysis

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150102

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151230

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161228

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200102

Year of fee payment: 9