KR102001877B1 - Method for Forming Coating Layers which are made of Distributed Amorphous and Nanocrystalline Alloy on a Cutting Tool - Google Patents
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Abstract
분산형 비정질 및 나노 결정립 합금을 이용한 복합 코팅층 형성방법이 개시된다. 본 발명의 코팅층 형성방법에 의하면, lCr 합금 타겟과 TiCuNiZr 합금 타깃을 동시에 장착하고 증착함으로써, TiCuNiZrAlCrN계 합금의 코팅층을 형성할 수 있다. 본 발명은 TiCuNiZrAlCrN계 합금의 코팅층을 포함한 다층(Multi-layer)의 코팅층을 절삭공구의 모재에 형성함으로써, 내마모성, 내열성, 내산화성 및 고온경도 안정성을 향상시킨 절삭공구를 제작할 수 있다. A method for forming a composite coating layer using dispersed amorphous and nanocrystalline alloys is disclosed. According to the coating layer forming method of the present invention, a coating layer of a TiCuNiZrAlCrN alloy can be formed by simultaneously mounting and depositing an lCr alloy target and a TiCuNiZr alloy target. According to the present invention, a multi-layer coating layer including a coating layer of a TiCuNiZrAlCrN alloy can be formed on a base material of a cutting tool to produce a cutting tool having improved wear resistance, heat resistance, oxidation resistance and high temperature hardness stability.
Description
본 발명은 절삭 공구 등의 내모마성 개선을 위한 분산형 비정질 및 나노결정립의 합금의 코팅층 형성방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of forming a coating layer of an alloy of dispersed amorphous and nanocrystalline alloys for improving resistance to abrasion of cutting tools and the like.
드릴 비트(Drill Bit), 엔드밀(End Mill), 인서트(Insert) 등과 같은 절삭공구는 고경도 피삭재에 대한 고속 절삭가공 또는 열전도도가 낮은 난삭재에 대한 절삭 가공시에 약 900℃ 이상의 고열이 절삭공구의 단부에 국부적으로 발생하기 때문에, 해당 부분의 경도 및 물성이 급격히 저하될 수 있다. 따라서 절삭 공구는 고속으로 회전함에 따른 손상 등을 방지하기 위해 내마모성 등이 요구되며, 그러한 요구를 만족시키기 위한 방법으로 초경합금 모재의 외면을 다른 금속으로 코팅하는 방법을 널리 사용한다. 코팅 막은 내마모성이 요구되는 만큼 결정립이 균일하고 미세하며 물성이 우수한 여러 성분의 합금층으로 형성해야 한다. Cutting tools such as drill bits, end mills, and inserts require high-speed cutting for high-hardness workpieces or high temperatures of about 900 ° C or higher during cutting for difficult-to- It occurs locally at the end portion of the cutting tool, so that the hardness and physical properties of the portion may be rapidly lowered. Therefore, a cutting tool is required to have abrasion resistance and the like in order to prevent damage due to rotation at a high speed. As a method for satisfying such demands, a method of coating the outer surface of a hard metal base with another metal is widely used. The coating film should be formed of a multi-component alloy layer which is as uniform and fine grains as the wear resistance is required, and has excellent physical properties.
물리기상증착(PVD: Physical Vapor Deposition)은 코팅 층을 형성하는 방법 중에 하나로써, 고온/고진공의 챔버(Chamber) 내에 부분적으로 이온화된 증기를 생성하고, 특정가스와 반응을 일으킨 후 모재에 복합 성분의 박막(Thin Layer) 또는 후막(Thick Layer) 코팅을 형성하는 방법이다. 가장 많이 사용되는 물리기상증착 방법이 스퍼터링(Sputtering), 아크 이온 플레이팅(Arc Ion Plating) 이다. Physical vapor deposition (PVD) is one of the methods of forming a coating layer, which generates a partially ionized vapor in a chamber of a high temperature / high vacuum, reacts with a specific gas, (Thin Layer) or a Thick Layer (Coating). The most widely used physical vapor deposition methods are sputtering and arc ion plating.
스퍼터링은 고온/고진공의 챔버 내에서 플라즈마화된 아르곤(Ar)과 같은 불활성 기체의 이온을 이용하여 타깃으로부터 타깃 물질을 떼어 내어 모재에 증착하는 방법이다. (+)으로 대전된 불활성 기체의 이온들이 (-)극으로 대전된 타깃(Target)의 표면에 충격을 주면, 타깃으로부터 원자 또는 분자가 튀어나와 (+)극으로 대전된 모재에 증착되는 것이다. Sputtering is a method in which a target material is removed from a target using ions of an inert gas such as argon (Ar), which is plasmaized in a high-temperature / high-vacuum chamber, and is deposited on the base material. When ions of a positive (+) charged inert gas impinge on the surface of a target charged with a (-) pole, atoms or molecules protrude from the target and are deposited on the (+) polar charged base material.
아크 이온 플레이팅은 진공 아크 방전이 타깃 표면을 때림으로써 모재에 증착할 금속 증기를 발생시키는 방법이다. 아크 이온 플레이팅도 스퍼터링과 비슷한 방법으로서, 다만 플라즈마 영역이 아닌 아크 영역에서 타겟 물질을 활성화시킨다. Arc ion plating is a method of generating metal vapor to be deposited on a base material by vacuum arc discharge striking the target surface. Arc ion plating is also a similar method to sputtering, but activates the target material in the arc region but not in the plasma region.
코팅 막의 특성 개선에 무엇보다 중요한 것 중 하나는 코팅 막의 소재인데, 하나의 금속 또는 비금속 막을 형성하는 것에 비하여 몇 개의 소재를 복합한 다성분계 코팅층이 우수한 물성을 나타낸다. One of the most important factors to improve the properties of the coating film is the material of the coating film. Multicomponent coating layers composed of several materials in combination with one metal or nonmetal film exhibit excellent physical properties.
종래에 사용된 코팅 막으로는 절삭공구의 초경합금 모재에 TiN, TiAlN, AlTiN 또는 AlCrN 등의 경질 박막을 사용하였으나, 내마모성 등에서 만족스러운 성능을 얻지 못하고 있다.As a conventional coating film, a hard thin film such as TiN, TiAlN, AlTiN, or AlCrN is used as a cemented carbide base material for a cutting tool, but satisfactory performance is not obtained due to abrasion resistance and the like.
1980년대까지는 절삭공구의 표면에 TiN을 증착하여 절삭성능 향상 및 수명을 향상시키고자 하였으나, 일반적인 절삭가공 시 약 600 ~ 700℃ 정도 열이 발생하게 되므로, 1980년대 후반에는 기존의 TiN 보다 경도와 내산화성이 높은 알루미늄 티타늄 질화물(AlTiN) 합금의 코팅층을 사용하였다. AlTiN 박막은 Al2O3 산화층을 형성함으로써, 고온 내산화성을 향상시키는 효과를 얻었으나 AlTiN 박막의 경우에도 Al 함량을 70% 이상 첨가하게 되면 h-AlN 상이 형성되어 경도가 감소하는 한계가 있었다.Until the 1980s, TiN was deposited on the surface of the cutting tool to improve the cutting performance and improve the service life. However, since heat is generated at about 600 to 700 ° C during the general cutting process, in the late 1980s, A coating layer of a highly oxidized aluminum titanium nitride (AlTiN) alloy was used. The AlTiN thin film has the effect of improving the oxidation resistance at high temperature by forming the Al2O3 oxide layer. However, in the case of the AlTiN thin film, when the Al content is more than 70%, the h-AlN phase is formed and the hardness is reduced.
고온경도 및 고온 내산화성을 더욱 향상시키기 위해 알루미늄 크롬 질화물 합금(AlCrN), 알루미늄 크롬 규소 텅스텐 합금(AlCrSiW)과 같은 AlCr 계열 코팅기술이 개발되었으며, 난삭재 가공용 절삭공구에 경질의 박막을 형성하여 우수한 특성을 나타냈다. AlCr 계열 코팅은 고온에서 우수한 내마모성 및 내산화성을 나타내지만, 인코넬, 티타늄 등과 같은 고경도 난삭 소재를 가공할 때 피삭재와의 마찰로 인해 발생하는 고온으로 경도가 하락하고 내열성이 낮아지는 한계가 있다.AlCr-based coating technologies such as aluminum chromium nitride alloy (AlCrN) and aluminum chromium silicon tungsten alloy (AlCrSiW) have been developed to further improve high temperature hardness and high temperature oxidation resistance. Respectively. AlCr-based coatings exhibit excellent abrasion resistance and oxidation resistance at high temperatures. However, when machining hard-to-reach hard materials such as inconel, titanium, etc., there is a limit in that hardness is lowered due to friction with workpieces and heat resistance is lowered.
최근에 피삭재는 점차 고경도화 되고 있으며, 열전도도가 낮고 공구와 융착이 심한 난삭재에 대한 절삭가공이 많아지고 있다. 이러한 고경도 피삭재에 대한 고속 절삭가공 및 난삭재에 대한 고속 절삭 가공 시 우수한 절삭성능 및 수명을 얻기 위해서는 기존 단일 박막구조에서 고온 경도의 안정성 및 우수한 내산화성을 가지는 새로운 구조의 다층 경질박막이 더욱 요구되고 있다.In recent years, workpieces have become increasingly hardened, machining has been increasingly applied to hard-to-break materials with low thermal conductivity and severe fusion of tools. In order to achieve high cutting performance and high cutting performance for high-speed machining of high-hardness workpieces and high-speed machining of difficult-to-work materials, a new multi-layer hard thin film having a high temperature hardness stability and excellent oxidation resistance in a conventional single thin film structure is required .
특히, 피삭재가 고경도화 될 뿐만 아니라 다양한 원소가 포함된 합금강을 사용하는 경우가 증가하면서 절삭가공이 더욱 어려워지고 있다. 이러한 피삭재 절삭가공 시 절삭공구의 절삭 성능 및 수명은 급격히 저하된다. 절삭공구 시장 변화에 부응하기 위해서는 고온에서 우수한 고온경도 및 내산화 특성을 가지는 새로운 다층 경질박막이 필요하다.Particularly, in addition to hardening of workpieces, the use of alloy steels containing various elements is increasing, and machining becomes more difficult. The cutting performance and the service life of the cutting tool drastically deteriorate during the cutting of the workpiece. In order to meet the changing market of cutting tools, a new multilayer hard film having excellent high temperature hardness and oxidation resistance at high temperature is needed.
구체적으로, 일본공개특허 평7-310174호는 AlTi(C, N)에 제3 원소인 규소(Si)를 첨가하는 방안이 제안되었다. AlTiSi(C, N)은 Si 첨가로 인해 Al2O3와 SiO2의 2층의 산화층을 형성하여, TiSi(C, N)보다 우수한 내산화성 및 고온경도 안정성을 가진다. 그러나, AlTiSi(C, N)은 단일 박막이기 때문에 다층박막에 비해 박막 초기경도가 낮아, 고경도 피삭재 가공 시 내마모성이 부족한 문제점이 있다.Specifically, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 7-310174 proposes a method of adding silicon (Si) as a third element to AlTi (C, N). AlTiSi (C, N) forms an oxide layer of two layers of Al 2 O 3 and SiO 2 due to the addition of Si and has better oxidation resistance and high temperature hardness stability than TiSi (C, N). However, since AlTiSi (C, N) is a single thin film, the initial hardness of the thin film is lower than that of the multilayer thin film, and there is a problem that wear resistance is poor when machining a hardened material.
예를 들면, 미국등록특허 US 7,166,155 B2 또는 미국공개특허 US 2008/0229891은 Al 및 Cr 함량에 따라 제3 원소인 Si 및 W을 첨가하는 방안이 제안되었다. AlCrSiW는 Si 및 W 첨가로 인해 우수한 내마모성 및 내산화성, 고온경도 안정성을 가졌지만, 단일 박막이기 때문에 절삭공구의 고속절삭 시 내열성, 내산화성 및 고온경도 안정성이 떨어지는 문제점이 있다.For example, U.S. Patent No. 7,166,152 B2 or U.S. Patent Application No. 2008/0229891 propose to add Si and W as the third elements in accordance with Al and Cr contents. AlCrSiW has excellent abrasion resistance, oxidation resistance and high temperature hardness stability due to the addition of Si and W, but has a problem in that heat resistance, oxidation resistance and high temperature hardness stability are poor when cutting tools at high speed cutting due to a single thin film.
<관련 선행기술><Related Prior Art>
1. 일본공개특허 평7-310174호 (내마모성이 우수한 경질 피막, 경질 피막 코팅 공구 및 경빌피박 부재)1. Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 7-310174 (hard film excellent in abrasion resistance, hard film coating tool and light guide foil member)
2. 미국등록특허 US 7,166,155 B2 (Hard Film and Hard Film-Coated Tool)2. US Patent No. 7,166,155 B2 (Hard Film and Hard Film-Coated Tool)
3. 미국공개특허 US 2008/0229891 (WEAR RESISTANT HARD COATING FOR A WORKPIECE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME)3. US Patent Application Publication No. US 2008/0229891 A1 (hereinafter referred to as " WEAR RESISTANT HARD COATING FOR A WORKPIECE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME &
본 발명의 목적은, 절삭 공구 등의 내모마성 개선을 위한 분산형 비정질 및 나노결정립의 합금의 코팅층 형성방법을 제공함에 있다. It is an object of the present invention to provide a method of forming a coating layer of an alloy of dispersed amorphous and nano-crystal grains for improving resistance to abrasion of cutting tools and the like.
특별히, 본 발명은 Al과 Cr의 제1 타깃과 Al, Cr, Ti, Cu, Ni 및 Zr 성분의 제2 타깃을 이격시켜 배치한 다음 동시에 증착함으로써, Al, Cr, Ti, Cu, Ni 및 Zr 성분을 포함하되 분산형 비정질 및 나노결정립의 TiCuNiZrAlCr계 합금 의 코팅층을 절삭공구의 모재에 형성함으로써 코팅부 및 모재의 내마모성을 현저하게 개선한 코팅층 형성방법을 제공함에 있다. In particular, the present invention is characterized in that Al, Cr, Ti, Cu, Ni, and Zr are formed by disposing a first target of Al and Cr and a second target of Al, Cr, Ti, Cu, Ni, Wherein a coating layer of a TiCuNiZrAlCr alloy having dispersed amorphous and nanocrystalline grains is formed on a base material of a cutting tool, thereby providing a coating layer forming method in which abrasion resistance of a coating portion and a base material is remarkably improved.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따라, 절삭공구에 물리기상증착 공법으로 복수 개 층의 다층 코팅층을 형성하는 방법은, 질소(N2)가 주입된 챔버 내에 AlxCry 합금의 제1-1 타깃과 Tia Cub Nic Zrd 합금의 제1-2 타깃을 동시에 장착하여, 상기 절삭공구의 모재에 Al, Cr, Ti, Cu, Ni 및 Zr 성분을 포함하는 TiCuNiZrAlCrN계 합금의 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a multilayer coating layer of a plurality of layers by a physical vapor deposition method on a cutting tool, comprising the steps of: forming a first layer of Al x Cr y alloy in a chamber into which nitrogen (N 2) A TiCuNiZrAlCrN-based alloy coating layer containing Al, Cr, Ti, Cu, Ni and Zr components is formed on the base material of the cutting tool by simultaneously mounting the target and the 1-2 target of Ti a Cu b Ni c Zr d alloy .
여기서, 상기 a, b, c, d는 %로 표시되는 원자비로서, 54≤a≤66, 22.5≤b≤27.5, 6.75≤c≤8.25 및 6.75≤d≤8.25 이며, a+b+c+d=100 인 것이 바람직하다. 또한, 상기 x, y는 각각 %로 표시되는 원자비로서, 63≤x≤77, 27≤y≤33 이며, x+y=100 인 것이 바람직하다. A, b, c, and d are atomic ratios expressed by%, 54? A? 66, 22.5? B? 27.5, 6.75? C? It is preferable that d = 100. X and y are atomic ratios expressed by%, and 63? X? 77, 27? Y? 33, and x + y = 100 are preferable.
실시 예에 따라, 상기 코팅층을 형성하는 단계는, 상기 TiCuNiZrAlCrN계 합금의 코팅층을 형성하는 중에, 상기 제1-2 타깃에 공급되는 전원을 차단함으로써 상기 제1-1 타깃에 의한 AlCr 합금의 코팅층을 상기 TiCuNiZrAlCrN계 합금의 코팅층 상에 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of forming the coating layer may include a step of forming a coating layer of the AlCr alloy by the first target by cutting off power supplied to the first target during the formation of the coating layer of the TiCuNiZrAlCrN- Based alloy on the coating layer of the TiCuNiZrAlCrN-based alloy.
또 다른 실시 예에 따라, 본 발명의 다층 코팅층을 형성하는 방법은, 상기 TiCuNiZrAlCrN계 합금의 코팅층을 상기 모재 상에 제1 코팅층으로 장착한 상태에서, 제2 코팅 층과 제3 코팅 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제2 코팅 층을 형성하는 단계는 AlCr 합금의 타깃과 AlCrSiW 합금의 타깃을 동시에 장착하여, 상기 코팅층의 상면에 Al, Cr, Si, W 성분을 포함하는 제2 합금의 코팅층을 형성하며, 제3 코팅층을 형성하는 단계는 AlCr 합금의 타깃을 이용하여 Al과 Cr 성분을 포함하는 제3 합금의 코팅 층을 상기 제2 코팅층의 상면에 형성한다. According to another embodiment, a method of forming a multilayer coating layer of the present invention includes forming a second coating layer and a third coating layer in a state that a coating layer of the TiCuNiZrAlCrN-based alloy is mounted on the base material as a first coating layer Step < / RTI > Forming a second coating layer includes simultaneously forming a coating layer of a second alloy including Al, Cr, Si, and W on the upper surface of the coating layer by simultaneously mounting a target of an AlCr alloy and a target of an AlCrSiW alloy, The step of forming the coating layer uses a target of AlCr alloy to form a coating layer of a third alloy containing Al and Cr components on the upper surface of the second coating layer.
또 다른 실시 예에 따라, 본 발명의 다층 코팅층을 형성하는 방법은, 상기 모재 상에 크롬(Cr)을 이용한 이온 에칭을 수행하여 상기 모재를 스크래칭하는 전처리 단계를 더 포함하여 상기 모재와 제1 코팅 층 사이의 접착 강도를 증가시킬 수 있다. According to another embodiment of the present invention, a method of forming a multilayer coating layer of the present invention further comprises a pretreatment step of performing ion etching using chromium (Cr) on the base material to scratch the base material, The adhesion strength between the layers can be increased.
본 발명은 상기 방법에 의해 생성된 절삭공구에도 미친다. The present invention extends to a cutting tool produced by the above method.
본 발명의 방법에 의하면, 다층(Multi-layer)의 코팅층을 생성함에 있어서, AlCr 합금 타겟과 TiCuNiZr 합금 타깃을 동시에 장착하고 증착함으로써 절삭공구 코팅부에 AlCrTiCuNiZr 합금 층을 형성할 수 있고, 절삭공구의 고온 경도, 내마모성, 내산화성 등을 개선할 수 있다. According to the method of the present invention, in forming a multi-layer coating layer, an AlCrTiCuNiZr alloy layer can be formed on a cutting tool coating portion by simultaneously mounting and depositing an AlCr alloy target and a TiCuNiZr alloy target, High temperature hardness, abrasion resistance, oxidation resistance, and the like can be improved.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 코팅층이 형성된 절삭공구의 단면,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 코팅층이 형성된 절삭공구의 단면,
도 3은 본 발명의 절삭공구 코팅 방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 4는 본 발명에 따라 생성한 절삭공구 코팅부의 SEM 사진.
도 5는 본 발명에 따라 생성한 절삭공구 코팅부의 TEM 사진.
도 6은 본 발명에 따라 생성한 절삭공구 코팅부에 대한 XRD 결과를 도시한 그래프,
도 7은 본 발명에 따라 엔드밀 가공 후의 절삭공구의 코팅부를 촬영한 사진, 그리고
도 8은 도 7의 엔드밀 가공 후의 마모량을 나타낸 그래프이다.1 is a cross-sectional view of a cutting tool having a coating layer according to an embodiment of the present invention,
2 is a cross-sectional view of a cutting tool in which a coating layer is formed according to another embodiment of the present invention;
Figure 3 is a flow chart provided in the description of a cutting tool coating method of the present invention,
4 is a SEM photograph of a cutting tool coating portion produced according to the present invention.
5 is a TEM photograph of a cutting tool coating portion produced according to the present invention.
6 is a graph showing XRD results for a cutting tool coating portion produced according to the present invention,
FIG. 7 is a photograph of a coated portion of a cutting tool after end milling according to the present invention, and
8 is a graph showing the amount of wear after end milling in Fig.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
본 발명은 물리기상증착(PVD) 공법에 따라 절삭공구의 초경합금 모재에 복수 개의 코팅 층을 적층하는 코팅방법에 관한 것이다. 따라서 본 발명은 물리기상증착으로 분류될 수 있는 아크 이온 플레이팅(Arc Ion Plating, AIP) 방법뿐만 아니라 스퍼터링 공법에도 적용될 수 있다. 이하에서는 주로 아크 이온 플레이팅을 중심으로 설명한다. The present invention relates to a method of coating a plurality of coating layers on a cemented carbide base material of a cutting tool according to a physical vapor deposition (PVD) process. Accordingly, the present invention can be applied not only to the arc ion plating (AIP) method that can be classified into physical vapor deposition but also to the sputtering method. Hereinafter, mainly arc ion plating is mainly described.
본 발명은 특히, 절삭공구의 모재에 AlCr 합금의 제1-1 타깃(Target)과 Tia Cub Nic Zrd 합금의 제1-2 타깃을 동시에 장착하고 증착함으로써 Al, Cr, Ti, Cu, Ni 및 Zr 성분을 포함하는 TiCuNiZrAlCr계 합금의 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 여기서, a, b, c, d는 각각 %로 표시되는 Ti, Cu, Ni 및 Zr 사이의 원자 비율로서, 54≤a≤66, 22.5≤b≤27.5, 6.75≤c≤8.25 및 6.75≤d≤8.25 이며, 다만 a와 b와 c와 d의 합은 100 (a+b+c+d=100) 이다. TiCuNiZrAlCr계 합금의 코팅층은 분산형 비정질 및 나노 결정립 상을 가진다. In particular, the present invention relates to a method of manufacturing a cutting tool, which comprises applying a first target of an AlCr alloy and a first target of a Ti a Cu b Ni c Zr d alloy to a base material of a cutting tool simultaneously, , And a coating layer of a TiCuNiZrAlCr-based alloy containing Ni and Zr components. Where a, b, c, and d are atomic ratios of Ti, Cu, Ni, and Zr expressed as%, respectively, where 54? A? 66, 22.5? B? 27.5, 6.75? C? 8.25, but the sum of a, b, c and d is 100 (a + b + c + d = 100). The coating layer of the TiCuNiZrAlCr-based alloy has dispersed amorphous and nanocrystalline phases.
본 발명의 TiCuNiZrAlCr계 합금의 코팅층은 절삭공구의 모재에 형성된 코팅부의 복수 개 코팅 층 중에서 모재상에 바로 적층하는 제1 층으로 구성할 수도 있고, 다른 코팅 층 사이의 제2 층 또는 제3 층으로 구성할 수도 있다. 본 발명은 TiCuNiZrAlCr계 합금의 코팅층이 경도나 내마모성 등에서 우수한 성능을 가짐을 확인할 수 있었으며, TiCuNiZrAlCr계 합금의 코팅층의 상면이나 하면에 다른 목적, 예컨대 내마모성이나 내산화성의 보강이나 개선을 위한 코팅 층을 얼마든지 더 형성할 수 있다. 도 1 및 도 2에 그 바람직한 실시 예가 도시되어 있다. The coating layer of the TiCuNiZrAlCr-based alloy of the present invention may be constituted by a first layer directly laminated on the mother layer among a plurality of coating layers of the coating portion formed on the base material of the cutting tool or by a second layer or a third layer between the other coating layers . It has been confirmed that the coating layer of the TiCuNiZrAlCr-based alloy has excellent performance in terms of hardness, abrasion resistance and the like. On the upper and lower surfaces of the coating layer of the TiCuNiZrAlCr-based alloy, the coating layer for other purposes such as reinforcement or improvement of abrasion resistance and oxidation resistance Can be formed. 1 and 2 show a preferred embodiment thereof.
제1 실시 예 First Embodiment
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 코팅부(100)는 텅스턴 카본-코발트(WC-CO)의 초경합금 모재(10)에 형성된 제1 코팅 층(110)과, 제1 코팅 층(110) 상면에 형성된 제2 코팅 층(130) 그리고 제2 코팅 층(130) 상에 형성된 최외곽층인 제3 코팅 층(150)을 포함한다. Referring to FIG. 1, a
제1 코팅 층(110)은 앞서 설명하고 본 발명이 특정하는 TiCuNiZrAlCr계 합금 층이고, 제2 코팅 층(130)은 내마모성을 강화하기 위한 것으로서 다양한 종류의 합금으로 형성할 수 있으며 예컨대 AlCrSiW의 합금층으로 형성할 수 있다. 제3 코팅 층(150)은 내산화성을 강화하기 위하여 것으로서 다양한 종류의 합금으로 형성할 수 있으며 예컨대 AlCr의 합금층으로 형성할 수 있다. The
제2 실시 예 Second Embodiment
도 2를 참조하면, 본 발명의 코팅부(200)는 초경합금의 모재(10)에 형성된 제1a 코팅층(201)과, 제1a 코팅층(201) 상면에 형성된 제1b 코팅층(203), 제1b 코팅층(203) 상면에 형성된 제2 코팅 층(230) 그리고 제2 코팅 층(230) 상에 형성된 최외곽층인 제3 코팅 층(250)을 포함한다. 2, the
도 2의 코팅부(200)와 도 1의 코팅부(100)와 기본적으로 동일한 방식으로 코팅하는 것으로서, 특히 제2 코팅층(230)과 제3 코팅층(250)의 형성방식은 도 1의 코팅부(100)의 제2 코팅층(130)과 제3 코팅층(150)의 형성방법과 동일하다. 따라서, 제2 코팅 층(230)은 내마모성을 강화하기 위한 것으로서 다양한 종류의 합금으로 형성할 수 있으며 예컨대 AlCrSiW의 합금층으로 형성할 수 있다. 제3 코팅 층(250)은 내산화성을 강화하기 위하여 것으로서 다양한 종류의 합금으로 형성할 수 있으며 예컨대 AlCr의 합금층으로 형성할 수 있다. The method of forming the
제1a 코팅 층(201)은 TiCuNiZrAlCr계 합금층이고, 제1b 코팅층(203)은 알루미늄 크롬의 합금(AlCr) 층으로서, 서로 다른 합금의 2개 층이지만 하나의 공정으로 형성으로 형성된다. 제1a 코팅층(201)의 생성방법은 도 1의 코팅부(100)의 제1 코팅 층(110)와 동일하다. The
코팅부 형성방법 (도 1, 도 3)Coating part forming method (Figs. 1 and 3)
이하에서는 도 3을 참조하여, 도 1의 코팅부(100)의 형성방법을 설명한다. 도 3의 설명은 기본적으로 물리기상증착에 의한다. 예컨대, 아크 이온 플레이팅 방법이나 스퍼터링 방법을 사용한다. Hereinafter, a method of forming the
우선, 본 발명의 방법은 아래에서 설명하는 S301 단계를 통해 모재(10)의 코팅면을 식각하는 전처리 공정과, S303 내지 S307 단계를 통해 물리기상증착 방식에 따라 모재(10)에 복수 개의 코팅 층을 형성하는 코팅 공정으로 구분된다. 다만, S301 내지 S307 단계의 전체 공정은 하나의 챔버 내에서 일련의 연속 공정으로 수행되는 것이 코팅부(100, 200) 각 층 간의 접착력이나 합금의 균일도를 위해 바람직하다. First, the method of the present invention includes a pre-treatment step of etching a coated surface of a
일련의 연속공정으로 코팅이 완료되면, 냉각을 거쳐 꺼내거나 냉각 챔버로 이송되어 냉각된다. 코팅을 위한 챔버 내부 온도나 챔버 내부 진공도는 다양하게 설정할 수 있으며, 예컨대 온도는 400 ℃ 내지 550 ℃를 유지하고 진공도는 20 mTorr 내지 50 mTorr를 유지하는 것이 바람직하다. 코팅용 챔버 내부는 질소(N2)가스가 주입되기 때문에 일부 공정에서 질소 원자가 코팅 층의 합금에 결합된다. When the coating is completed in a series of continuous processes, it is taken out through cooling or transferred to the cooling chamber and cooled. The temperature inside the chamber or the degree of vacuum in the chamber for the coating can be variously set. For example, it is desirable to maintain the temperature at 400 to 550 ° C and maintain the vacuum at 20 to 50 mTorr. Because the inside of the coating chamber is implanted with nitrogen (N 2) gas, in some processes nitrogen atoms are bonded to the alloy of the coating layer.
<모재에 접착층의 형성하는 전처리 공정: S301>≪ Pretreatment step of forming an adhesive layer on a base material: S301 >
모재(10)의 코팅면에 제1 코팅 층(110)을 형성하기 전에, 크롬(Cr) 이온을 이용한 메탈 이온 에칭을 수행하여 코팅면의 불순물을 세정하거나 수 nm 내외의 미세한 요철을 형성하여 모재(10)와 제1 코팅 층(110) 사이의 접착력을 높인다. 메탈 이온 에칭 공정은 종래의 절삭공구 코팅에 널리 알려진 방법으로 실시할 수 있다. 한편, 전처리 공정은 본 발명의 필수적인 공정은 아니며, 제1 코팅 층(110)의 접착력 강화를 위해 선택적으로 수행할 수 있다. Before the
전처리 공정을 위하여, 메탈 이온 식각용 챔버 내부 온도는 400 ℃ 내지 550 ℃를 유지하고, 챔버 내부의 진공도는 3 mTorr 내지 10 mTorr를 유지하는 것이 바람직하다. For the pretreatment process, it is preferable that the temperature inside the chamber for etching the metal ion is maintained at 400 to 550 ° C, and the degree of vacuum in the chamber is maintained at 3 to 10 mTorr.
<제1 코팅 층의 생성: S303>≪ Production of first coating layer: S303 >
전처리 공정이 완료된 모재(10)에 알루미늄 크롬(AlCr) 합금의 제1-1 타깃과, 티타늄 구리 니켈 지르코늄(TiCuNiZr) 합금의 제1-2 타깃을 동시에 장착하여 물리기상증착 공정을 수행함으로써, 제1 코팅 층(110)을 생성한다. The first target of aluminum chromium (AlCr) alloy and the first target of titanium-copper-nickel-zirconium (TiCuNiZr) alloy are simultaneously mounted on the preformed
제1 코팅 층(110)은 Al, Cr, Ti, Cu, Ni 및 Zr 및 N 성분을 포함하는 TiCuNiZrAlCrN계 합금의 코팅층으로서, 두께는 설계 사양에 따라 다양하게 결정할 수 있으나, 대략 5nm 내지 15nm의 두께로 코팅하는 것이 바람직하다. The
제1-1 타깃은 AlxCry 합금이고, x, y는 각각 %로 표시되는 알루미늄과 크롬 사이의 원자비로서, 63≤x≤77, 27≤y≤33 이며, 다만 x와 y의 합은 100 (x+y=100) 이다. The target 1-1 is an Al x Cr y alloy, x, y is, 63≤x≤77, 27≤y≤33 an atomic ratio between the aluminum and chromium represented by%, respectively, but the sum of x and y Is 100 (x + y = 100).
제1-2 타깃은 Tia Cub Nic Zrd 합금으로 조성된다. 이때, a, b, c, d는 각각 %로 표시되는 Ti, Cu, Ni 및 Zr 사이의 원자비로서, 54≤a≤66, 22.5≤b≤27.5, 6.75≤c≤8.25 및 6.75≤d≤8.25 이며, 다만 a와 b와 c와 d의 합은 100 (a+b+c+d=100) 이다.The 1-2 target is made of Ti a Cu b Ni c Zr d alloy. A, b, c, and d are atomic ratios of Ti, Cu, Ni, and Zr expressed as%, respectively, 54? A? 66, 22.5? B? 27.5, 6.75? C? 8.25, but the sum of a, b, c and d is 100 (a + b + c + d = 100).
물리기상증착 공정 제어를 위한 공정 조건으로, 제1-1 타깃에는 100 ~ 200 A의 전류를 인가하는 것이 바람직하고, 제1-2 타깃은 35 ~ 105 A의 전류를 인가하는 것이 바람직하다. It is preferable that a current of 100 to 200 A is applied to the 1-1 target and a current of 35 to 105 A is applied to the 1-2 target as process conditions for controlling the physical vapor deposition process.
도 5의 (b)에서 확인할 수 있는 것처럼, 제1-1 타깃과 제1-2 타깃이 상호 이격되어 배치되고 모재(10)가 챔버 내에서 일정한 주기로 자전과 공전을 반복하게 되므로, TiCuNiZrAlCrN계 합금의 제1 코팅 층(110)은 제1-1 타깃 물질과 챔버 내에 주입된 질소가 결합하여 생성된 AlCrN-rich 나노 층(Nano-layer)과 제1-2 합금으로 생성된 TiCuNiZr-rich 나노 층이 주기적으로 형성된 미세 구조를 가진다. 도 5의 (b)를 참조하면, 제1 코팅 층(110)의 경우 초기 증착 부분은 결정립 미세화 현상을 확인할 수 있고, 결정립 미세화 현상이 종료된 지점부터는 결정립이 기둥형 구조로 성장하는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 5 (b), since the first target 1 and the
<제2 코팅층의 형성: S305>≪ Formation of Second Coating Layer: S305 >
제1 코팅 층(110)이 생성되면, 제1 코팅 층(110)에 제2 코팅 층(130)을 형성한다. 제2 코팅 층(130)은 AlCr 합금의 제2-1 타깃과, AlCrSiW 합금의 제2-2 타깃을 동시에 장착하여 물리기상증착 공정을 수행함으로써, Al, Cr, Si, W, N 성분을 포함하는 합금의 코팅층을 형성한다. When the
제2-1 타깃은 제1-1 타깃과 동일하게 AlxCry 합금을 사용할 수 있다.
제2-2 타깃은 AlM1CrM2SiM3WM4 합금으로 조성된다. 이때, M1, M2, M3, M4는 각각 %로 표시되는 Al, Cr, Si 및 W 사이의 원자비로서, 63≤M1≤77, 18≤M2≤22, 4.5≤Si≤5.5 및 4.5≤M4≤5.5 이며, 다만 M1과 M2와 M3와 M4의 합은 당연히 100 (M1+M2+M3+M4=100) 이다.The target 2-2 is composed of an Al M1 Cr M2 Si M3 W M4 alloy. In this case, M1, M2, M3 and M4 are atomic ratios of Al, Cr, Si and W, expressed as%, respectively, in which 63? M1? 77, 18? M2? 22, 4.5? Si? 5.5 and 4.5? 5.5, but the sum of M1 and M2 and M3 and M4 is of course 100 (M1 + M2 + M3 + M4 = 100).
물리기상증착 공정 제어를 위해, 제2-1 타깃에는 100 ~ 200 A의 전류를 인가하고, 제2-2 타깃은 90 ~ 270 A의 전류를 인가하는 것이 바람직하다. 앞서 설명한 것처럼, S303 단계와 S305 단계가 하나의 연속 공정으로 진행되는 경우, 제1-1 타깃과 제1-2 타깃에 공급된 전원이 차단되면서 S303 단계가 종료되고 제2-1 타깃과 제2-2 타깃에 전원이 공급되면서 S305 단계가 속행되는 것이다. It is preferable that a current of 100 to 200 A is applied to the target 2-1 and a current of 90 to 270 A is applied to the target 2-2 for the physical vapor deposition process control. As described above, when steps S303 and S305 are performed in one continuous process, the power supplied to the 1-1 target and the 1-2 target are cut off, and the step S303 is terminated, and the 2-1 target and the 2 < th > -2 Power is supplied to the target, and step S305 is continued.
도 5의 (c)에서 확인할 수 있는 것처럼, 제2 코팅 층(130)도 AlCrN-rich 나노 층(Nano-layer)과 AlCrSiW-rich 나노 층이 주기적으로 형성된 미세 구조를 가진다. 5C, the
<제3 코팅층의 형성: S307>≪ Formation of third coating layer: S307 >
제3 코팅 층(150)은 제2 코팅 층(130) 상에 최외곽층으로 형성한다. 제3 코팅 층(150)은 AlCr 합금의 제3 타깃을 이용하여 물리기상증착 공정을 수행함으로써, 알루미늄 크롬 합금의 코팅층을 형성한다. 제3 타깃도 제1-1 타깃과 동일하게 AlxCry 합금을 사용할 수 있다. The
제3 코팅 층(150)은 내산화층으로 기능하며, 대략 400 nm 내지 500 nm 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 물리기상증착 공정 제어를 위해, 제3 타깃에는 100 ~ 200 A의 전류를 인가한다. The
이상의 방법으로 본 발명이 제시하는 도 1 코팅부(100)가 모재(10)에 형성된다. 1
실시 예 2: 코팅부 형성방법 (도 2, 도 3)Example 2: Coating part formation method (FIGS. 2 and 3)
도 2의 코팅부(200)의 형성방법도 기본적으로 도 1의 코팅부(100)에 관한 도 3의 방법이 그대로 적용된다. 따라서 필요에 따라 S301 단계의 전처리 공정을 수행할 수 있고, 식각 공정을 수행한 모재(10)에 제1a 코팅 층(201)과 제1b 코팅층(203)을 생성한다. 제1b 코팅층(203)이 생성되면, S305 단계에 따라 제2 코팅 층(230)을 생성하고, S307 단계에 따라 제3 코팅 층(250)을 이어서 적층하여 도 2의 코팅부(200)를 생성할 수 있다. The method of forming the
제1a 코팅 층(201)과 제1b 코팅층(203)의 증착도 기본적으로 S303 단계와 동일하게 수행된다. 제1a 코팅 층(201)과 제1b 코팅층(203)은 하나의 공정으로 모재(10) 상에 증착된다. 우선, 제1a 코팅 층(201)은 기본적으로 S303 단계와 동일한 방법으로 수행되기 때문에, S303 단계와 S305 단계 사이에 제1b 코팅층(203)를 위한 공정이 추가되는 것과 같다. The deposition of the
전처리 공정이 완료된 모재(10)에 알루미늄 크롬(AlCr) 합금의 제1-1 타깃과, 티타늄 구리 니켈 지르코늄(TiCuNiZr) 합금의 제1-2 타깃을 동시에 장착하여 물리기상증착 공정을 수행함으로써, Al, Cr, Ti, Cu, Ni 및 Zr 성분을 포함하는 TiCuNiZrAlCr계 합금의 코팅층인 제1a 코팅 층(201)을 형성한다. S303 단계와 동일하게, 제1-1 타깃은 AlxCry 합금이고, 제1-2 타깃은 Tia Cub Nic Zrd 합금으로 조성된다. 물리기상증착 공정을 위해, 제1-1 타깃과 제1-2 타깃에 제공하는 전류와 온도, 압력조건도 S303 단계와 동일하다. A first target of aluminum chromium (AlCr) alloy and a first target of titanium-copper-nickel-zirconium (TiCuNiZr) alloy are simultaneously mounted on the preformed
다만, 제1b 코팅 층(213)을 형성하기 위해서 TiCuNiZrAlCr계 합금의 코팅 중에 제1-2 타깃으로의 전원 공급을 중단함으로써 제1-1 타깃 물질만이 증착되도록 한다. 따라서 제1b 코팅 층(213)은 제1a 코팅 층(201)의 TiCuNiZrAlCr계 합금 위에 다시 AlCr 합금으로 형성된다. 제1a 코팅 층(201)과 제1b 코팅 층(213)을 합친 두께는 도 1의 제1 코팅 층(110)과 유사하게, 대략 5nm 내지 15nm이 바람직하다. However, during the coating of the TiCuNiZrAlCr-based alloy to form the first
이상에서 설명한 방법으로 도 2의 코팅부(200)가 생성될 수 있다. The
실시 예Example
표 1은 도 1의 코팅부(100)를 도 3의 방법에 따라 형성하기 위하여 채택한 조건으로서, 발명자는 1㎛의 다이아몬드 연마제로 연마한 WC-Co 초경합금 모재(10)에 아래의 표 1과 같은 조건으로 코팅부(100)를 형성하고, 코팅부(100)의 성능을 확인하였다. 표 1의 조건으로 생성한 복합 코팅부(100) 전체의 두께는 대략 1.5 ~ 2㎛이다. Table 1 is a condition adopted to form the
(A)Applied current
(A)
TiCuNiZr: 60AlCr: 100
TiCuNiZr: 60
AlCrSiW: 150AlCr: 100
AlCrSiW: 150
(sec)Deposition time
(sec)
도 4는 FE-SEM(Field Emission-Scanning Electron Microscope) 방식을 이용하여 촬영한 코팅부(100)의 사진이고, 도 5는 TEM(Transmission Electron Microscope)을 이용하여 촬영한 코팅부(100)의 사진이다. 도 5의 (a)는 전체 코팅부(100)의 사진이고, 도 5의 (b)는 제1 코팅 층(110), 도 5의 (c)는 제2 코팅 층(130), 그리고 도 5의 (d)는 제3 코팅 층(150)이다. FIG. 4 is a photograph of a
도 5의 (b)를 참조하면, 제1 코팅 층(110)의 경우, 증착 초기에는 결정립 미세화 현상이 발생한 것을 확인할 수 있고, 결정립 미세화 현상이 종료된 지점부터는 결정립이 기둥형 구조로 성장하는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5 (b), in the case of the
도 6은 표 1의 공정으로 생성한 코팅부(100)에 대하여 구리(Cu)의 K-alpha선을 이용한 2쎄타(Theta) 법의 X선 회절분석(XRD: X-ray Diffraction) 결과를 도시한 그래프로서, 제1-2 타깃 합금의 TiCuNiZr 성분 중에서 주성분인 티타늄(Ti)이 챔버 내에 주입된 질소와 반응한 TiN 상이 관찰되었고 AlCrN상도 동시에 확인됨으로써, 코팅부(100)내에 TiCuNiZrAlCr계 합금이 생성됨을 확인할 수 있다. 6 shows X-ray diffraction (XRD) results of a 2-theta method using a K-alpha line of copper (Cu) with respect to the
더불어, 경도와 내마모성 등을 확인하기 위하여, 코팅 시료에 대하여 실험을 진행하여 종래의 코팅에 비하여 개선된 경도와 내마모성을 확인하였다. In addition, in order to confirm the hardness and abrasion resistance, the coating samples were tested to confirm the improved hardness and abrasion resistance as compared with the conventional coatings.
<미세경도 시험>≪ Fine hardness test &
미세 경도를 실험하기 위해 사용된 측정장비는 Anton Paar(TTX-NHT, Swiss, ISO14577)이고, 미세경도 테스트 조건은 아래와 같다. The measurement equipment used to test the microhardness is Anton Paar (TTX-NHT, Swiss, ISO 14577) and the microhardness test conditions are as follows.
○ Load : 60 mN, Load: 60 mN,
○ Load Time : 30 sec,○ Load Time: 30 sec,
○ Unload : 60 mN, Unload: 60 mN,
○ Unload Time : 10 sec,○ Unload Time: 10 sec,
○ Pause Time : 1 sec○ Pause Time: 1 sec
결과를 비교하기 위하여, 모재에 AlCrSiW만을 코팅한 절삭공구를 대조 시료로 사용하여 비교하였고, 비교 결과는 다음의 표 2와 같다. In order to compare the results, cutting tools coated with AlCrSiW alone were used as control samples, and the comparison results are shown in Table 2 below.
표 2를 살피면, 제1 실시 예에 따른 시료와 제2 실시 예에 따른 시료 모두의 경도가 모재에 AlCrSiW만을 코팅한 대조 시료와 대비하여 상당히 개선되었음을 알 수 있다. 부착력에 있어서도 제1 실시 예에 따른 시료는 대조 시료와 비슷하지만, 제2 실시 예에 따른 시료는 대조 시료와 대비하여 부착력도 현저하게 개선되었음을 알 수 있다. Table 2 shows that the hardness of both the sample according to the first embodiment and the sample according to the second embodiment is significantly improved as compared with the control sample coated with AlCrSiW only on the base material. As for the adhesive force, the sample according to the first embodiment is similar to the control sample, but the sample according to the second embodiment has remarkably improved adhesion as compared with the control sample.
<엔드밀 절삭 성능 시험><End mill cutting performance test>
내마모성을 평가하기 위해, 본 발명의 코팅방법으로 코팅한 절삭공구에 대하여 엔드밀 가공 절삭 성능 평가를 수행하였으며, 평가 조건은 다음과 같다. In order to evaluate the abrasion resistance, a cutting tool coated with the coating method of the present invention was subjected to end milling cutting performance evaluation, and the evaluation conditions were as follows.
○ 작업재(Work Material) : Inconel718(HRC39)Work Material: Inconel 718 (HRC39)
○ 커팅 속도(Cutting Speed) : 32.01m/min○ Cutting Speed: 32.01m / min
○ 알피엠(R.P.M) : 1,019 rev./min○ ARPI (R.P.M): 1,019 rev./min
○ 피드율(Feed Rate) : 130mm/minFeed Rate: 130 mm / min
○ 밀링 깊이(Milling Depth) : 8mm○ Milling Depth: 8mm
도 7는 엔드밀 가공 후의 절삭공구의 코팅부를 촬영한 사진으로서, (a)는 대조 시료, (b) 제1 실험 예에 따른 시료, 그리고 (c)는 제2 실험 예에 따른 시료이다. 도 8은 엔드밀 가공 후의 절삭공구의 코팅부의 마모량을 도시한 그래프로서, 가로 축은 엔드밀의 밀링 작업 거리, 그리고 세로 축은 절삭공구의 마모량(㎛)을 나타낸다. Fig. 7 is a photograph of the coated portion of the cutting tool after the end milling, wherein (a) is a control sample, (b) a sample according to the first experimental example, and (c) is a sample according to the second experimental example. 8 is a graph showing the amount of wear of the coated portion of the cutting tool after the end milling, wherein the horizontal axis represents the milling working distance of the end mill and the vertical axis represents the wear amount (m) of the cutting tool.
도 7의 (a), (b) 및 (c) 사진에서 상부의 거칠게 마모된 부분은 절삭 공정에 따라 마모된 공구의 코팅부이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 시료가 대조 시료에 비하여 마모가 적음을 알 수 있다. 이러한 점은 도 8의 그래프에서도 확인되는데, 밀링이 진행됨에 따른 제1 실험 예에 따른 시료와 제2 실험 예에 따른 시료의 마모량이 대조 시료에 비하여 상대적으로 적음을 알 수 있다. 다시 말해, 고온 경도 및 내마모성이 개선되었다는 것을 의미한다. In Figures 7 (a), 7 (b) and 7 (c), the upper roughly worn portion is the coated portion of the worn tool according to the cutting process. Referring to FIG. 7, it can be seen that the sample of the present invention has less wear than the control sample. This is also confirmed in the graph of FIG. 8. It can be seen that the wear amount of the sample according to the first experimental example and the sample according to the second experimental example according to the progress of the milling is relatively smaller than that of the control sample. In other words, the high temperature hardness and abrasion resistance are improved.
대조 시료는 중간층은 없기 때문에 절삭공구의 고속 가공으로 인한 인선 선단의 국부적인 고열이 코팅층에 그대로 남아 있어, 결론적으로 절삭 성능을 저하 시키는 것으로 보인다. 이에 반해, 본 발명의 제1 코팅 층(110)은 고속 가공으로 인해 발생되는 고열 및 피삭재와의 충격을 흡수하여 절상성능을 향상시킨다.Since the control sample does not have an intermediate layer, the local high temperature of the tip of the cutting edge due to the high speed machining of the cutting tool remains in the coating layer and consequently the cutting performance is decreased. On the other hand, the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.
Claims (5)
질소(N2)가 주입된 챔버 내에 AlCr 합금의 제1-1 타깃과 TiCuNiZr 합금의 제1-2 타깃을 동시에 장착하여, 상기 절삭공구의 모재에 Al, Cr, Ti, Cu, Ni 및 Zr 성분을 포함하는 TiCuNiZrAlCrN계 합금의 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 코팅층 형성방법.
A method of forming a multilayer coating layer of a plurality of layers by a physical vapor deposition method on a cutting tool,
A target 1 of an AlCr alloy and a target 1 of a TiCuNiZr alloy are simultaneously mounted in a chamber into which nitrogen (N 2) is injected, and Al, Cr, Ti, Cu, Ni and Zr components are added to the base material of the cutting tool ≪ RTI ID = 0.0 > TiCuNiZrAlCrN < / RTI >
상기 코팅층을 형성하는 단계는,
상기 TiCuNiZrAlCrN계 합금의 코팅층을 형성하는 중에, 상기 제1-2 타깃에 공급되는 전원을 차단함으로써 상기 제1-1 타깃에 의한 AlCr 합금의 코팅층을 상기 TiCuNiZrAlCrN계 합금의 코팅층 상에 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 코팅층 형성방법.
The method according to claim 1,
Wherein the forming of the coating layer comprises:
The step of forming a coating layer of the AlCr alloy by the 1-1 target on the coating layer of the TiCuNiZrAlCrN based alloy by cutting off the power supplied to the 1-2 target while forming the coating layer of the TiCuNiZrAlCrN alloy ≪ / RTI >
상기 제1-1 타깃은 AlxCry 합금이고,
상기 제1-2 타깃은 Tia Cub Nic Zrd 합금이며,
상기 x, y는 각각 %로 표시되는 원자비로서, 63≤x≤77, 27≤y≤33 이며, x+y=100 이며,
상기 a, b, c, d는 %로 표시되는 원자비로서, 54≤a≤66, 22.5≤b≤27.5, 6.75≤c≤8.25 및 6.75≤d≤8.25 이며, a+b+c+d=100 인 것을 특징으로 하는 복합 코팅층 형성방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The 1-1 target is an Al x Cr y alloy,
The first target 1-2 is a Ti a Cu b Ni c Zr d alloy,
X and y are atomic ratios expressed by%, respectively, wherein 63? X? 77, 27? Y? 33, x + y = 100,
B, c, and d are atomic ratios expressed as%, wherein 54? A? 66, 22.5? B? 27.5, 6.75? C? Lt; RTI ID = 0.0 > 100. ≪ / RTI >
상기 TiCuNiZrAlCrN계 합금의 코팅층을 상기 모재 상에 제1 코팅층으로 장착한 상태에서,
AlCr 합금의 타깃과 AlCrSiW 합금의 타깃을 동시에 장착하여, 상기 코팅층의 상면에 Al, Cr, Si, W 성분을 포함하는 제2 합금의 제2 코팅층을 형성하는 단계; 및
AlCr 합금의 타깃을 이용하여 Al과 Cr 성분을 포함하는 제3 합금의 제3 코팅층을 상기 제2 코팅층의 상면에 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 코팅층 형성방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
In a state where the coating layer of the TiCuNiZrAlCrN-based alloy is mounted on the base material as the first coating layer,
Forming a second coating layer of a second alloy including Al, Cr, Si and W on the upper surface of the coating layer by simultaneously mounting a target of an AlCr alloy and a target of an AlCrSiW alloy; And
Further comprising the step of forming a third coating layer of a third alloy containing Al and Cr components on the upper surface of the second coating layer using an AlCr alloy target.
상기 모재 상에 크롬(Cr)을 이용한 이온 에칭을 수행하여 상기 모재를 스크래칭하는 전처리 단계를 더 포함하여 접착 강도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 절삭공구의 코팅층 형성방법.
The method according to claim 1,
And a pretreatment step of scratching the base material by performing ion etching using chromium (Cr) on the base material to increase the adhesive strength.
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| KR101013737B1 (en) | 2008-07-11 | 2011-02-14 | 주식회사 이넥트론 | Surface pre-treatment Method for the Eelectroless plating on ABS plastic |
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