KR20060115662A - 내마모성 박막 코팅 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 코팅 및 기재를 포함하는 피복된 절삭 공구 인서트, 솔리드 엔드 밀, 또는 드릴에 관한 것이다. 상기 코팅은 내화 복합물의 1 이상의 층으로 이루어지고, 상기 1 이상의 층은 h-(Me1, Me2)X 를 포함하며, 상기 Me1 은 V, Cr, Nb, 및 Ta 중 1 이상의 원소이고, Me2 는 Ti, Zr, Hf, Al 및 Si 중 1 이상의 원소이며, X 는 N, C, O, 및 B 중 1 이상의 원소이다. h-(Me1, Me2)X 의 비 R = (%X)/(%Me1 + %Me2) 는 0.5 내지 1.0, 바람직하게는 0.75 내지 1.0 이며, X 는 30% 이하의 O + B 를 포함한다. 본 발명은, 특히 칩 두께가 작은 금속 잘삭 적용시 유용하고, 작업물 재료는 솔리드 엔드밀을 사용한 모방 밀링, 인서트 밀링 커터 또는 경질 강의 드릴링 등의 경질이다.

Description

내마모성 박막 코팅 {THIN WEAR RESISTANT COATING}
도 1 은 증착 상태에서의 본 발명에 따른 h-NbN 층으로부터 얻어진 θ-2θ 지오메트리 (geometry) 및 CuKα 방사선을 이용한 X 선 회절 패턴을 도시한 도면,
도 2 는 증착 상태에서의 Nb/Zr = 29/71 의 원자비를 가진 (Nb, Zr)N 층으로부터 얻어진 θ-2θ 지오메트리 및 CuKα 방사선을 이용한 X 선 회절 패턴을 도시한 도면,
도 3 은 증착 상태에서의 본 발명에 따른 NbN 층으로부터 검출기만으로 스캔닝함으로써 주 빔과 샘플면 사이의 1°의 일정한 그레이싱 (gracing) 입사각 및 CuKα 방사선을 이용한 X 선 회절 패턴을 도시한 도면, 및
도 4 는 증착 상태에서 Nb/Zr=86/14 의 원자비를 가진 본 발명에 따른 (Nb, Zr)N 층으로부터 얻어진 θ-2θ 지오메트리 및 CuKα 방사선을 이용한 X 선 회절 패턴을 도시한 도면.
본 발명은 칩 (chip) 제거에 의해 기계가공하기 위한 절삭 공구에 관한 것으로, 이 절삭 공구는 초경합금, 서멧 (cermet), 세라믹, 입방정 질화붕소 기재물, 또는 고속강의 기재와, 1 이상의 층이 증착시 단일상으로 또는 제 2 상과 함께 공동 증착됨으로써 원위치에 형성된 육방정 MeX 상을 포함하는 경질 및 내마모성 내화물 코팅으로 구성된다. 이는 고도의 가능성을 제공해주는 여러 가지 방법으로 완성된 공구의 물성을, 예를 들어 다른 유형이나 동일 유형 또는 결정질 구조체의 코팅 매트릭스내의 육방정 구조체 입자로서 또는 다중층 초구조 (superstructure) 내의 개별층으로서 맞추는데 사용될 수 있다. 육방정 유형의 구조체는, 예를 들어 입방정 구조체 보다 상이한 기계물성과 화학물성을 가지므로, 상이한 유형의 미세결정질 (crystallites) 의 결합물은 단일 구조체의 재료에 비하여 완전히 새로운 물성을 가질 수 있다.
칩 제거에 의해 기계가공하기 위한 금속 절삭에 오늘날 사용되고 있는 대부분의 PVD 층은, 입방정 NaCl 유형의 구조체를 가진 TiN, Ti(C, N) 및 (Ti, Al)N 결정체 (crystalline) 로 이루어진다. 하지만, 준안정성 (Ti, Al)N 층은 승온시, 열처리시 또는 서비스시 충분한 양의 에너지가 공급되면 c-TiN 또는 h-AlN 으로 상분리될 수 있다. h-AlN 및/또는 c-AlN 의 석출물은 층내에서 경화제로서 작용할 수 있다. 입방정 c-(Ti, Al)N 매트릭스내의 c-AlN 및/또는 h-AlN 의 석출물의 최적량은 유럽공개특허 제 1,400,609 호 및 유럽공개특허 제 1,452,621 호에 기재된 바와 같이 층의 성능을 개선시켜준다고 되어 있다. 하지만, 육방정 구조체 (섬유아연석 (wurtzite) 유형) 에서의 단위 원자당 차지하는 체적이 입방정 구조체 (NaCl 유형) 에서보다 25% 더 크다. 그에 따라, 도포된 (Ti, Al)N 층의 구조적 변질 정도가 지나쳐서 층의 응집성 파괴 및 마모를 가속화시킬 수 있다.
본 발명의 목적은 칩 제거에 의해 기계가공하기 위한 절삭 공구에 도포될 h-Mex 상을 포함하는 1 이상의 층을 포함하는 코팅을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 PVD 기법을 사용하여 h-MeX 상을 포함하는 층을 증착시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.
화학 조성물, 성장시 이온 유도면 활성 정도 및 열에너지양, 성장율 (growth rate), 및 압력을 조정함으로써, 종래 기술에 비하여 금속 절삭시 성능이 향상된 h-MeX 상을 포함하는 층을 얻을 수 있다. 이러한 층은 질화물 및/또는 탄화물 및/또는 산화물의 c-NaCl 유형의 구조체의 공존의 유무에 상관없이 h-MeX 의 결정질을 포함한다. 이러한 층은 PVD 기법, 바람직하게는 아크 증착 (arc evaporation) 에 의해 증착된다.
본 발명에 따라서, h-MeX 상의 결정질로 이루어진 1 이상의 층을 포함하는 내화 복합물의 1 이상의 층으로 이루어진 내마모성 코팅이 증착되는, 초경합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소 기재, 또는 고속강의 기재물로 된 경질 합금의 본체를 포함하는 칩 제거에 의해 기계가공하기 위한 절삭 공구를 제공한다. 추가의 층은 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Si, 및 Al 로부터 선택된 원소를 가진 질화물 및/또는 탄화물 및/또는 산화물로 이루어지고, 물리 기상 증착법 (PVD), 또는 플라즈마 화학 기상 증착법 (PACVD) 및/또는 화학 기상 증착법 (CVD) 을 사용하여 성장된다. 본 발명에 따른 공구는 특히 칩 두께가 작은 금속 잘삭시에 유용하 고, 작업물 재료는 솔리드 엔드밀 (solid end mills) 을 사용한 모방 밀링 (copy milling), 인서트 밀링 커터 또는 경질 강의 드릴링 등의 경질이다.
h-MeX 층(들) 은 h-MeX 상의 결정질을 포함한다. 상기 조성물은 MelaMe2l-aXb 로 표시될 것이고, 여기서 Mel 은 V, Cr, Nb, 및 Ta 중 1 이상의 원소이며, Me2 는 Ti, Zr, Hf, Al, 및 Si 중 1 이상의 원소이고, a > 0.5 이며, X 는 N, C, O, 및 B 중 1 이상의 원소이다. 비금속 대 금속의 원자비, 본원에서는 h-(Me1, Me2)X 상의 R = (%X)/(%Me1 + %Me2) 는 0.5 내지 1.0, 바람직하게는 0.75 내지 1.0 이다.
h-(Me1, Me2)X 상을 포함하는 h-MeX 층은 h-(Me1, Me2)X 로 표시되는 결정질 육방정 상을 가지며, 이 상에 대해 θ-2θ 및/또는 그레이싱 입사 지오메트리에서의 X 선 회절 (XRD) 을 실시했을 때 다음과 같은 특성 중 1 이상이 나타난다.
- 약 35˚2θ에서 CuKα방사선을 사용하여 h-NbN 의 경우에, h-(Me1, Me2)X (100) 피크,
- 약 39˚2θ에서 CuKα방사선을 사용하여 h-NbN 의 경우에, h-(Me1, Me2)X (101) 피크,
- 약 48˚2θ에서 CuKα방사선을 사용하여 h-NbN 의 경우에, h-(Me1, Me2)X (102) 피크,
- 약 62˚2θ에서 CuKα방사선을 사용하여 h-NbN 의 경우에, h-(Me1, Me2)X (110) 피크,
- 약 62˚2θ에서 CuKα방사선을 사용하여 h-NbN 의 경우에, h-(Me1, Me2)X (103) 피크,
- 약 72˚2θ에서 CuKα방사선을 사용하여 h-NbN 의 경우에, h-(Me1, Me2)X (112) 피크,
- 약 75˚2θ에서 CuKα방사선을 사용하여 h-NbN 의 경우에, h-(Me1, Me2)X (201) 피크,
- 약 83˚2θ에서 CuKα방사선을 사용하여 h-NbN 의 경우에, h-(Me1, Me2)X (202) 피크,
- Me 및 X 가 각각 Nb 및 N 이 아닌 경우에, 피크의 위치는 이동될 수 있음,
- h-(Me1, Me2)X 의 구조체는 안티-NiAs 유형인 것이 바람직함,
- θ-2θ 지오메트리에서 CuKα방사선을 사용하여 h-(Me1, Me2)X(100) 피크의 영역과 h-(Me1, Me2)X(110) 피크와 h-(Me1, Me2)X(103) 피크를 합친 피크의 영역 사이의 비를 K 로 규정한 집합 조직 (texture) 은 0 내지 0.5, 바람직하게는 0.0 내지 0.25 임,
- 미소한 그레인 및/또는 비균질 응력으로 유발된, θ-2θ 지오메트리에서 CuKα방사선을 사용하여 다음을 만족하는 FWHM (Full Width Half Maximum) 값
- h-(Me1, Me2)X(110) 피크와 h-(Me1, Me2)X(103) 피크를 합친 피크에서는 0.5 내지 3.0˚2θ 및/또는
- h-(Me1, Me2)X(100) 피크에서는 0.4 내지 2.5˚2θ
- X 는 30% 이하의 O 와 B 및 나머지는 N 및/또는 C 로 이루어짐.
h-(Me1, Me2)X 를 포함하는 층의 경도는 NaCl 유형의 c-MeX 구조체의 입방정 단일상 층에 비하여 상당히 증가하게 되고, 실시예 1 을 참조하면 h-(Nb, Zr)N 및 c-(Nb, Zr)N 계 (system) 로 도시되었다.
본 발명에 따른 h-(Me1, Me2)X 를 포함하는 층(들)이 다른 층(들)과 결합하게 되면, 전체 코팅 두께는 0.1 내지 15㎛ 이고, 바람직하게는 0.5 내지 12㎛ 이며, h-(Me1, Me2)X 를 포함하지 않는 층(들)의 전체 두께는 0.5 내지 10㎛ 에서 변한다.
다른 실시형태에 있어서, 전술한 다른 층(들)의 유무에 상관없이 0.5 내지 12㎛ 두께의 층(들)을 포함하는 h-(Me1, Me2)X 와 MoS2, DLC (Diamond Like Coating) 또는 MeC/C 기재의 솔리드 저마찰 재료로 구성된 외부의 0.5 내지 5㎛ 의 두꺼운 층은 코팅의 상부에 증착될 수 있고, 여기서 Me 는 Cr, W, Ti 또는 Ta 이다.
다른 실시형태에 있어서, 0.1 내지 2㎛ 두께의 h-(Me1, Me2)X 를 포함하는 층(들)은, 별개로 2 내지 500, 바람직하게는 5 내지 200 층으로 구성된 1.0 내지 15㎛ 의 두꺼운 다중층 코팅에서 1 내지 5 개의 상이한 재료 중 하나이다.
다른 실시형태에 있어서, 0.5 내지 20㎛ 두께의 h-(Me1, Me2)X 를 포함하는 층(들)은 Al2O3 결정체의 1 이상의 층(들)을 포함할 수 있는 CVD 코팅의 상부에 증착될 수 있다.
다른 실시형태에 있어서, 0.1 내지 1.0㎛ 두께의 1 이상의 h-(Me1, Me2)X 를 포함하는 층(들)은 칩 두께가 매우 작은 금속 절삭시 사용된다.
본원에서 Nb-Zr-N 계에 의해 예시된 바와 같이, 본 발명의 h-(Me1, Me2)X 상을 포함하는 층을 성장시키는데 사용되는 방법은, 다음의 조건에서 합금화 또는 복합재 음극의 아크 증착에 기초로 둔다.
Nb-Zr 음극 조성물은 70% 이상의 Nb, 바람직하게는 80% 이상의 Nb 및 나머지의 Zr 이다.
증착 전류는 음극의 크기와 음극의 재료에 따라 50A 내지 200A 이다. 63mm직경의 음극을 사용할 때, 증착 전류는 70A 내지 140A 인 것이 바람직하다.
이 기재의 바이어스 (bias) 는 -10V 내지 -300V, 바람직하게는 -40V 내지 -120V 이다.
증착 온도는 400℃ 내지 700℃, 바람직하게는 500℃ 내지 700℃ 이다.
순수 Nb 및/또는 Zr 음극이 사용되면, 증착 전류는 Nb 에 대해서는 80A 내지 140A 및 Zr 에 대해서는 60A 내지 100A 인 것이 바람직하다. 정확한 조성의 층을 얻기 위해, 순수 단일 성분의 음극으로 작업하고, 단위 성분당 음극의 개수와 아크 전류는 적절하게 최적화되어야 한다. Zr 음극보다 2 배로 많은 Nb 음극 및/또는 Nb 음극에 더 높은 아크 전류를 사용함으로써, Nb-Zr 계에서의 정확한 층 조성 및 구조가 달성될 수 있다.
h-(Me1, Me2)X 를 포함하는 층(들)을 성장시킬 때, 0.5Pa 내지 9.0Pa 의 전체 압력, 바람직하게는 1.5Pa 내지 5.0Pa 의 전체 압력에서 0 내지 50 부피% Ar, 바람직하게는 0 내지 20 부피% Ar 으로 이루어진 Ar+N2 분위기가 사용된다.
h-(Me1, Me2)X 층(들) 의 성장에 대해서, X 는 C 및 O 를 포함하고, 탄소 및/또는 산소 함유 가스는 N2 및/또는 Ar+N2 분위기 (예를 들어, C2H2, CH4, CO, CO2, O2) 에 추가되어야 한다. X 가 또한 붕소를 포함하면, 대상체를 붕소로 합금화시킴으로써 또는 붕소 함유 가스를 분위기에 추가함으로써 추가될 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 구조체 중 하나, 즉 h-(Nb, Zr)N 에 의해 예시화된 h-(Me1, Me2)X 를 포함하는 층을 얻기 위해, 여러 가지 증착 파라미터가 규정되어야 한다. 중요한 인자는 음극으로부터의 Nb 의 플럭스와 N2 의 부분 압력 (PN2) 간의 비이다. 발명자가 특정 이론으로 한정하지 않았지만, Nb 플럭스와 직접적으로 관련있는 증착율은 대부분의 증착이 발생하는 회전 각도 부위에서 낮게 된다. 증착율은, 매우 높지 않아야 하고, 2 개의 Nb 음극이 180°로 분리된 상태에서 한겹 회전 (fold rotation) 시 약 4㎛/h 이하이며, 세겹 회전시 약 1.5㎛/h 이하이어야 한다. 실제로 평균치이면 핵심 파라미터가 아닌 전술한 증착율은 530℃ 의 증착 온도에서 대략적인 가이드라인으로서 나타내어진다. 더 높은 증착율을 사용할 때, 더 높은 증착 온도가 필요할 것이다. 모든 증착율에 대해서 공정 중 PN2 에 대한 하한계가 있다. 매우 낮은 PN2 는 금속성 Nb(N) 및/또는 c-NbN 을 층에 부여할 것이다. 사용된 계에서, 최적의 결과는 0.5Pa 보다 높은 압력에서 얻어진다. 하나의 핵심 인자는 최대 증착율을 낮게 유지하는 것이기 때문에, 음극면과 기재간의 최소 간격은 중요하고, 바람직하게는 150mm 또는 그 이상이다. 여기서 130mm 이하의 간격은 매우 짧아 보인다.
전술한 유형의 h-(Me1, Me2)X 상을 포함하는 층(들)의 증착은 Nb 와의 유사성으로 인해 Me1 으로서 V 및/또는 Ta 를 사용할 수 있다. Me2 로서 Ti, Zr 및 Hf 를 사용하여, Nb-Zr-N 계에 대한 표 1 에서의 경도 대 조성값을 기초로 하여, 전체 금속 함량 중 바람직하게는 20% 이하, 가장 바람직하게는 15% 이하의 최대 합금화 함량을 사용하여 합금화 성분으로서 유효하게 된다. 이러한 합금화 루트 (route) 에 대한 실시예는 h-(V, Nb, Ta)N, h-(V, Nb, Ta)1-x(Ti, Zr, Hf)xN 이고, x 는 바람직하게는 0.2 이하이고, 가장 바람직하게는 0.15 이하이다.
양호한 고온을 얻기 위해, 탄화질화물 (carbonitrides) 및 탄화물에 비하여 내산화성 질화물이 바람직하다. 추가적으로 개선된 내산화성은 Me2 성분으로서의 Ti, Al, 및 Si 와 M1 성분으로서의 Cr 중 1 이상으로 합금화함으로써 달성될 수 있다. 이러한 합금화 성분은, h-(Me1, Me2)X 상 뿐만 아니라 c-NaCl 유형일 수 있는 제 2 상으로 존재할 수 있다.
h-(Me1, Me2)X 상을 포함하는 층(들)을 성장할 시, 압축 잔류 응력이 (h-MeX 상의) 0.5% 내지 1.5% 의 변형률에 대응하는 3 내지 8GPa 수준까지로 매우 높아지게 되는 위험이 있고, 이는 예리한 절삭날이 사용될 때 및/또는 양호한 접착성에 대한 요구가 가장 중요할 때 절삭시 성능에 부정적인 영향을 줄 것이다. 압축 잔류 응력을 감소시키기 위한 일가능성으로서는, 바람직하게는 20 내지 600 분의 시간동안 600℃ 내지 1100℃ 의 온도에서 Ar 및/또는 N2 의 분위기에서 후소둔 공정 (post annealing process) 또는 원위치 소둔을 사용하는 것이다.
본 발명은 아크 증착을 사용하여 증착된 h-(Me1, Me2)X 상을 포함하는 층(들)을 참조하여 기재되었다. 마그네트론 스퍼터링, 전자빔 증착법, 이온 도장 또는 레이저 삭마 (ablation) 등의 다른 PVD 기법을 사용하여 h-(Me1, Me2)X 상을 포함하는 층(들) 도 제조할 수 있음을 이해해야 할 것이다.
실시예 1
93.5 중량% 의 WC, 6 중량% 의 Co, 0.5 중량% 의 (Ta, Nb)C 조성을 갖는 연마된 초경합금 기재를 사용하였다. WC 의 입자 크기는 약 1㎛ 이고 경도는 1630 HV10 이다.
증착전, 기재는 알칼리 용액 및 알코올을 사용하여 초음파조 (ultrasonic baths) 내에서 세척된 후 한겹의 회전 고정을 사용하여 PVD 계내에 배치되었다. 음극과 기재간의 가장 짧은 간격은 160mm 이다. 이 계는 2.0×10-3 Pa 이하의 압력에서 진공된 후, 기재를 Ar 이온으로 스터퍼링 세척하였다. 수직 금속 조성물의 구배가 Nb0 .97Zr0 .03 내지 Nb0 .29Zr0 .71 (EDS 로 측정됨) 에서 변화도록 장착된 Nb 및 Zr 음극 (63mm 의 직경) 의 아크 증착을 사용하여 층을 성장시켰다. h-AlN 을 포함하는 경우의 질소 함량 (EDS 로 측정됨) 은 (Nb, Zr)N0 .77 내지 (Nb, Zr)N0 . 92 이다. 이는, R =(%X)/(%Me1 + %Me2) 비가 0.77 내지 0.92 이고, 여기서 X 는 N 이며, Me1 은 Nb 이고, Me2 는 Zr 이다.
60 분동안 -110V 의 기재 바이어스를 사용하여 3.0 Pa 의 전체 압력에서 99.995% 의 순수 N2 분위기에서 증착이 실시되었다. 층 두께는 약 3.5㎛ 이다. 증착 온도는 약 530℃ 이다. 증착 후 바로 챔버는 건성 N2 로 통기된다.
NbN 층은 분리 증착 실험을 사용하여, 단지 순수 원수 Nb 음극을 사용한다는 점을 제외하고 전술한 바와 동일한 증착 데이터를 사용하여 성장되었다.
증착된 NbN 및 Nb0 .29Zr0 .71N 층의 X 선 회절 패턴 (CuKα방사선, θ-2θ 지오메트리) 은 도 1 과 도 2 에 각각 도시하였다. WC-Co 기재에 대응하는 피크 이외에, NbN 및 Nb0 .29Zr0 .71N 샘플의 패턴간에는 동일성이 별로 없다. 도 2 의 Nb0.29Zr0.71N 의 증착된 층은 (111), (200), (220) 및 (311) 피크로 식별하여 도시한 바와 같이 NaCl 유형의 구조체로 구성된다. 하지만, NbN 의 XRD 패턴은 완전히 상이하다. 특히, 입방정 NaCl 유형의 구조체가 없고 큰 피크가 62˚2θ(FWHM=1.2˚2θ) 에서 발생하고 피크가 38˚2θ(FWHM=1.3˚2θ) 에서 발생하며, 이 둘다에서는 Nb0 .29Zr0 .71N 이 나타나지 않는다. 더욱이, NbN 에서는 70 내지 75˚2θ 로 강도가 약간 증가하였으며, Nb0 .29Zr0 .71N 에 대한 동일 영역에서는 강도가 감소하였다. 또한, NbN 층에 대한 34.0˚2θ 에서의 피크에 비하여 Nb0.29Zr0.71N 에서의 34.5˚2θ에서 피크의 위치에 있어 명확한 차이가 있다. h-(Me1, Me2)X (110) 피크와 h-(Me1, Me2)X (103) 피크를 합친 피크와 h-(Me1, Me2)X (100) 피크의 영역간의 비 (K) 로 규정된 집합 조직은 NbN 샘플에 대해서 0.12 이다. h-NbN (110) 피크와 h-NbN (103) 피크를 합친 피크의 FWHM 은 1.2˚2θ 이고 h-NbN (100) 피크의 FWHM 은 0.7˚2θ 이다.
증착된 상태에서 NbN 의 상 식별은, 주 빔과 샘플면 사이의 1°의 일정한 그레이싱 입사각을 사용하여 X 선 회절로 실시되며 코팅으로부터의 발생한 피크를 확대하기 위해서 검출기로 스캔닝한다 (도 3 참조). h-NbN 의 존재는 안티-NiAs 유형의 구조체에서 회절 패턴의 색인에 의해 확인된다. Zr 함량의 증가시, c-(Nb, Zr)N (Nacl 유형의 구조체) 의 양은 증가한다. 도 4 에서는 증착 상태에서 Nb/Zr=86/14 (샘플 E) 의 원자비를 가진 층으로부터 X 선 패턴을 도시하였다. 약 62˚2θ에서의 h-(Me1, Me2)X (110) 피크 (= A(h-(Me1, Me2)X)110) 와 약 41˚2θ에서의 c-(Me1, Me2)X (200) 피크 (= A(c-(Me1, Me2)X)200) 간의 비 (L), 즉 L = A(h-(Nb, Zr)N)110/A(c-(Nb, Zr)N)200 는 상기 샘플에 대하여 0.25 이다.
표 1 에 도시된 선택된 샘플에 대하여, h-(Nb, Zr)N (110) 피크와 h-(Nb, Zr)N (103) 피크를 합친 피크에 대한 피크 대 백그라운드 (background) 비는 각각 153(A), 92(B), 109(C), 79(D), 및 4.5(E) 이다.
Nb-Zr-N 층의 영률 및 경도는, 최대 천공 깊이 약 200nm 를 유발하는 최대 하중 25 mN 를 사용하여 연마된 테이퍼진 단면상에 Nano IndenterTM Ⅱ 기구를 사용하여 나노압입법 (nanoindentation) 으로 측정된다. 경도와 영률 값은 표 1 에 나타내었다. 층내에 h-(Nb, Zr)N 이 존재할 때 경도가 현저히 증가함을 표 1 에 명확하게 나타내었다. Nb/Zr=86/14 를 가진 층, 즉 경우 E 는, 대략 43 내지 48 GPa 의 h-(Nb, Zr)N 과 대략 33 GPa 의 c-(Nb, Zr)N 사이의 경도를 가진다.
Figure 112006031845438-PAT00001
실시예 2
90 중량% 의 WC, 10 중량% 의 Co (WC 입자 크기는 0.8 ㎛) 조성을 갖는 MM12-12012-B90P-M05 유형의 초경합금의 교체가능한 엔드 밀은, 실시예 1 과 유사한 증착 조건을 사용하여 피복되었다 (실시예 2 에서 경우의 명칭은 유사한 조성을 가진 실시예 1 의 경우 명칭에 대응한다). 3겹 회전으로 고정된 것을 사용하였다. 엔드 밀은 상이한 조성물을 얻기 위해 상이한 높이에 위치하게 된다. 증착 기간은 플랭크면상에 3.0㎛ 를 얻기 위해 실시예 1 내지 140 분 동안 조절된다. 동일한 지오메트리와 기재의 기준 TiN 코팅된 엔드 밀을 사용하였고 TiN 이라고 한다. 이 경우의 상의 플랭크면상 층 두께는 1.4㎛ 이다.
다음의 절삭 데이터를 사용하여 반-완성 모방 밀링 시험을 수행하였다.
재료 : DIN X100CrMoV51, 59HRC
n = 4050 rpm
ap = ae = 0.9 mm
vf = 900 mm/min
hm = 0.015 mm
절삭시 30분 후 최대 플랭크 마모 (Vbmax) 는 2 개의 상이한 지점 (상부 및 상부에서 1mm) 에서 측정된다 (표 2 참조).
Figure 112006031845438-PAT00002
상기 모방 밀링 시험에서는, 경우 C (본 발명) 가 최하의 마모율을 가지며 h-(Nb, Zr)N 과 c-(Nb, Zr)N 사이의 혼합된 구조체를 가진 경우 E 가 그 다음으로 나타났다.
실시예 3
실시예 1 (경우 A, C, 및 E) 과 유사하게 피복된 RDHW10T3M0T-MD06 인서트를 사용하는 모방 밀링 시험을 실시하였다. 스파클이 생성될 때 또한 재료가 불균일한 면을 가질 때 한정된 바와 같이 인서트가 마모될 때 상기 인서트공구의 수명을 측정하였다. 공구의 수명은 표 3 에 나타내었다.
재료 : DIN X155 CrMoV 12 1, 58HRC 로 경화됨
건성 기계가공됨
vc = 250 m/min
fz = 0.2 mm/tooth
ap = 1 mm, ae = 2 mm
Figure 112006031845438-PAT00003
상기 시험에서, 경우 A (단일상 h-NbN) 및 C 로서 대량의 h-(Nb, Zr)N 를 가진 경우의 공구 수명이 가장 길었다.
본 발명에 의하여, 절삭시 성능을 향상시키고 또한 공구의 수명을 연장시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 내화 복합물의 1 이상의 층으로 이루어진 코팅 및 기재를 포함하는 절삭 공구 인서트, 솔리드 엔드 밀, 또는 드릴에 있어서,
    상기 1 이상의 층은 Me1aMe21 - aXb 조성으로 표시되는 결정질 육방정 상 h-(Me1, Me2)X 를 포함하며, 여기서 상기 Me1 은 V, Cr, Nb, 및 Ta 중 1 이상의 원소이고, Me2 는 Ti, Zr, Hf, Al 및 Si 중 1 이상의 원소이며, a > 0.5 이고, X 는 N, C, O, 및 B 중 1 이상의 원소이며, Me1aMe21 - aXb 상의 비 R = (%X)/(%Me1 + %Me2) 는 0.5 내지 1.0, 바람직하게는 0.75 내지 1.0 이며, X 는 30% 이하의 O + B 를 포함하고, 결정질 육방정 상 h-(Me1, Me2)X 으로부터의 θ-2θ 및/또는 그레이싱 입사 지오메트리에서의 X 선 회절 (XRD) 패턴은 다음의 피크 중 1 이상을 나타내는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
    - h-(Me1, Me2)X (100) 피크
    - h-(Me1, Me2)X (101) 피크
    - h-(Me1, Me2)X (102) 피크
    - h-(Me1, Me2)X (110) 피크
    - h-(Me1, Me2)X (103) 피크
    - h-(Me1, Me2)X (112) 피크
    - h-(Me1, Me2)X (201) 피크
    - h-(Me1, Me2)X (202) 피크
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 층으로부터 θ-2θ 지오메트리에서의 X 선 회절 패턴에서, h-(Me1, Me2)X (110) 피크와 h-(Me1, Me2)X (103) 피크를 합친 피크 (= A(h-(Me1, Me2)X110+103)) 와 c-(Me1, Me2)X (200) 피크 (= A(c-(Me1, Me2)X200)) 간의 비 (L), 즉 L = A(h-Me1Me2X110 +103)/A(c-MeX200) 는 0.1 보다 크고, 바람직하게는 0.2 보다 크며, 및/또는 h-(Me1, Me2)X (110) 피크와 h-(Me1, Me2)X (103) 피크를 합친 피크에 대한 피크 대 백그라운드는 2 보다 크고, 바람직하게는 4 보다 큰 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 Me1 은 V, Cr, 또는 Nb 중 1 이상의 원소이며, 상기 Me2 는 Ti, Zr, Al 또는 Si 중 1 이상의 원소인 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 층으로부터, θ-2θ 지오메트리에서 X 선 회절 패에서 h-(Me1, Me2)X(100) 피크의 영역과 h-(Me1, Me2)X(110) 피크와 h-(Me1, Me2)X(103) 피크를 합친 피크의 영역 사이의 비 (K) 로 규정된 집합조직 (texture) 은 0 내지 0.5, 바람직하게는 0.0 내지 0.25 인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅으로부터, θ-2θ 지오메트리에서 X 선 회절 패턴에서 h-(Me1, Me2)X(110) 피크의 FWHM (Full Width Half Maximum) 값은 0.5 내지 3.0˚2θ 이고, h-(Me1, Me2)X(100) 피크의 FWHM 값은 0.4 내지 2.5˚2θ 인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
  6. 제 1 항에 있어서, h-(Me1, Me2)X 의 구조체는 안티-NiAs 형인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
  7. 코팅 및 기재를 포함하는 피복된 절삭 공구 인서트, 솔리드 엔드 밀, 또는 드릴의 제조 방법에 있어서,
    상기 코팅은 내화 복합물의 1 이상의 층으로 이루어지고, 상기 1 이상의 층은 Me1aMe21 - aXb 조성으로 표시되는 h-(Me1, Me2)X 를 포함하며, 여기서 상기 Me1 은 V, Cr, Nb, 및 Ta 중 1 이상의 원소이고, Me2 는 Ti, Zr, Hf, Al 및 Si 중 1 이상의 원소이며, a > 0.5 이고, X 는 N, C, O, 및 B 중 1 이상의 원소이며, Me1aMe21 -aXb 상의 비 R = (%X)/(%Me1 + %Me2) 는 0.5 내지 1.0, 바람직하게는 0.75 내지 1.0 이며, X 는 30% 이하의 O + B 를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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