KR20070049955A

KR20070049955A - Ｄｌｃ 코팅 및 ｄｌｃ 코팅으로 코팅된 공구

Info

Publication number: KR20070049955A
Application number: KR1020060097935A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 스기타
Original assignee: 오에스지 가부시키가이샤
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2006-10-09
Publication date: 2007-05-14
Also published as: US20070104953A1; DE102006000400A1; JP2007131893A

Abstract

규정된 부재 (12) 의 표면을 코팅하는 DLC 코팅 (20) 은, 실질적으로 수소를 함유하지 않는 기본층 (22) 과 2 원자% ~ 20 원자% 의 수소를 함유하는 수소 함유층 (24) 을 포함한다. 기본층 (22) 과 이 기본층 위에 배치된 수소 함유층 (24) 은 2-층 구조로 이루어진다.

Description

ＤＬＣ 코팅 및 ＤＬＣ 코팅으로 코팅된 공구 {DLC COATING, AND DLC COATING COATED TOOL}

도 1 은 본 발명의 일 실시형태인 엔드밀로서, 도 1a 는 이 엔드밀의 축선 방향에 대하여 수직 방향에서 본, 엔드밀의 전방 사시도이며, 도 1b 는 엔드밀의 단부에서 본 엔드밀의 단부도이며, 도 1c 는 DLC 코팅으로 코팅된 절삭날의 표면 영역의 단면도이다.

도 2 는 상이한 코팅 두께 등를 가지는 3 종류의 DLC 코팅을 설명하는 표이다.

도 3 은 도 2 의 각 DLC 코팅으로 코팅된 테스트 핀으로 마모 방지 테스트를 실행하기 위한 테스트 장비를 설명하는 도면이다.

도 4 는, 도 3 에 도시된 테스트 기기에 의해 3 종류의 테스핀을 내마모 테스트할 때, 도 2 의 3 종류의 DLC 코팅으로 각각 코팅된 각 3 종류의 테스트 핀의 최상부 구형부에 발생된 마모 자국을 나타내는 도면으로서, 도 4a 는 실시형태의 사진이며, 도 4b 는 비교예의 사진이며, 도 4c 는 종래 기술의 사진이다.

도 5 는, 도 3 의 테스트 기기에 의해 실행된 테스트를 통하여 얻어지며, 도 2 의 실시형태 및 비교예의 DLC 코팅으로 코팅된 두 종류의 테스트 핀의 마찰 계수를 나타내는 그래프이다.

도 6 은 도 3 의 테스트 기기에 의해 실행된 테스트를 통하여 얻어지며, 도 2 의 실시형태 및 종래 기술의 DLC 코팅으로 코팅된 두 종류의 테스트 핀의 마찰 계수를 나타내는 그래프이다.

도 7a 는 규정된 절삭 동안에, 내마모성을 테스트하기 위한 테스트 조건을 나타내는 표이며, 도 7b 는 부착폭을 설명하는 도면이다.

도 8 은 도 7a 에 도시된 테스트 조건하에서 실행된 테스트를 통하여 얻어지며, 또한 DLC 코팅의 총 두께에 대한 표면층의 코팅 두께의 비가 상이한 복수의 테스트 시편에 대하여, 레이크 면에서의 부착폭을 설명하는 표이다.

도 9 는 도 7a 에 도시된 테스트 조건하에서 실행된 테스트를 통하여 얻어지며, 또한 DLC 코팅의 표면층의 수소 함량이 상이한 복수의 테스트 시편에 대하여, 레이크 면에서의 부착폭을 설명하는 표이다.

도 10 은 도 7a 에 도시된 테스트 조건하에서 실행된 테스트를 통하여 얻어지며, DLC 코팅의 각 코팅 두께 및 전체 코팅 두께가 상이한 복수의 테스트 시편에 대하여, 레이크 면에서의 부착폭을 설명하는 표이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 엔드밀

12: 기재 금속

13: 섕크부

14: 절삭부

16: 외부 절삭날

18: 단부 절삭날

20: DLC 코팅

22: 기본층

24: 표면층

본 발명은 DLC 코팅, 보다 구체적으로 비록 공구가 건식 절삭에 의해 높은 부착성의 작업물을 절삭할 때에도, DLC 코팅으로 코팅된 공구의 만족스러운 수명을 보장할 수 있는 DLC 코팅에 관한 것이다.

수소 (H) 및 탄소 (C) 를 함유하는 DLC (diamond-like-carbon) 는 단단한 비결정질 조직을 가지며, DLC 의 결정 조직은 다이아몬드와는 다르다. 그러나, 고경도 및 우수한 내마모성으로 인하여, DLC 는 공구의 내마모성을 향상시키기 위해서 절삭 공구용 코팅 등으로 폭 넓게 사용되어져 왔다. 일본 특허 출원 공개 공보 제 2005-22073 및 2003-62705 는 실질적으로 수소를 함유하지 않는 단일층의 DLC 코팅으로 코팅된 그러한 절삭 공구의 예를 각각 개시하고 있다. 일본 특허 출원 공개 공보 제 2001-148112 에는 저장 매체용 보호 코팅으로서 실제적으로 수소가 함유된 DLC 코팅을 사용하는 것이 나타나 있다.

그러나, 일본 특허 출원 공개 공보 2005-22073A 및 2003-62705A 에 개시된 DLC 코팅으로 코팅된 절삭 공구 (실질적으로 수소를 함유하지 않음) 가 알루미늄 합금 또는 구리 합금과 같은 높은 부착성의 작업물을 절삭하는데 사용될 때, 이하의 문제가 존재하게 된다. 즉, 절삭 공구에 의한 절삭 정밀도는 작업물이 절삭 공구에 부착됨으로써 짧은 시간 내에 줄어들게 되며, 이에 의해 절삭 공구는 수명이 다하게 된다.

윤활제를 전혀 사용하지 않고 공기를 분사하거나 최소 양의 윤활제의 미스트를 분사하여 작업물을 절삭하는 건식 절삭에 의해 작업물이 절삭될 때, 이러한 문제가 종종 발생한다.

다른 한편으로, 일본 특허 문헌 2001-148112A 에 개시된, 수소가 실질적으로 함유된 DLC 코팅은 내부착성을 향상시키기 위해서 작은 마찰 계수를 갖는다. 낮은 경도 및 마모 방지 수명이 다한 상기 DLC 코팅은 저장 매체 등의 보호 코팅에 적합하지만, 절삭 공구용 경질 코팅(hard coating) 에는 적합하지 않다.

따라서, 본 발명의 목적은 공구가 건식 절삭 또는 미스트 분사에 의해 고 부착성의 작업물을 절삭하는데 사용되더라도, 실제적으로 만족할 만한 수명을 얻을 수 있는 DLC 코팅 및 DLC 코팅으로 코팅된 공구를 제공하는데 있다.

(1) 상기 목적을 달성하기 위해서, 제 1 발명은, 규정된 부재의 표면을 코팅하는 DLC 코팅으로서, 실질적으로 수소를 함유하지 않는 기본층 및, 2 원자% ~ 20 원자% 의 수소를 함유하는 수소 함유층을 포함하며, 상기 기본층과 이 기본층 위에 배치된 수소 함유층은 2층 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

제 1 발명의 DLC 코팅에 따르면, 수소를 실질적으로 함유하지 않는 기본층은 우수한 내마모성을 가지며, 기본 부재 상의 수소 함유층은 마찰 계수를 감소시켜, 우수한 내부착성 (윤활성) 을 갖는다. 즉, 기본층 보다 작은 경도를 가지며 또한 높은 경도의 기본층 상에 제공된 수소 함유층의 변형이 방지되며, 이에 의해 높은 내마모성 및 우수한 내부착성을 얻을 수 있다.

제 1 발명에서, DLC 코팅의 전체 코팅 두께는 0.05㎛ ~ 1.0㎛ 인 것이 바람직하며, DLC 코팅의 전체 코팅 두께에 대한 수소 함유층의 코팅 두께의 비는 5% ~ 50% 인 것이 바람직하다.

(2) 제 2 발명은 공구계 부재를 포함하는, DLC 코팅으로 코팅된 공구를 특징으로 하며, DLC 코팅은 공구계 금속에 코팅되며, 상기 DLC 코팅은 실질적으로 수소를 함유하지 않는 기본층과, 이 기본층에 배치된 수소 함유층을 포함하는 2-층 구조를 가지며, 수소를 2 원자% ~ 20 원자% 함유한다. 따라서, 제 2 발명의 공구를 코팅하기 위해서 제 1 발명의 DLC 코팅을 사용하는 것은, 건식 절삭 또는 미스트 분사로 알루미늄 합금 또는 구리 합금과 같은 고부착성의 작업물을 절삭하는데 공구가 사용되는 경우라도, 이 공구에 작업물이 부착되는 것을 방지할 수 있으며, 그래서 공구 수명이 향상된다.

제 2 발명의 DLC 코팅으로 코팅된 공구에서, DLC 코팅의 전체 코팅 두께는 0.05㎛ ~ 1.0㎛ 인 것이 바람직하며, DLC 코팅의 전체 코팅 두께에 대한 수소 함유층의 코팅 두께의 비는 5% ~ 50% 인 것이 바람직하다.

수소 함유층의 코팅 두께가 너무 두꺼우면, 기본층의 내마모 효과가 감소될 뿐만 아니라, DLC 코팅이 공구계 금속으로부터 벗겨지기 쉽다. 이러한 이유로, 수소 함유층의 코팅 두께는 DLC 코팅의 전체 코팅 두께에 대하여 5% ~ 50% 의 범위인 것이 바람직하다. 우수한 내마모성 및 내부착성을 얻기 위한 관점에서, DLC 코팅의 총 두께는 0.05㎛ ~ 1.0㎛ 인 것이 바람직하며, 0.1㎛ ~ 0.5㎛ 인 것이 보다 바람직하다.

내부착성 및 내마모성을 절삭공구에 부여하기 위해서, 제 1 발명에 따른 DLC 코팅은, 엔드밀, 탭, 드릴과 같은 회전 절삭 공구 및 바이트와 같은 비회전 절삭 공구 또는 형성 롤링 공구(form rolling tool) 와 같은 다양한 절삭 공구의 표면에 코팅된다. 상기 DLC 코팅은 또한 절삭 공구의 표면 보호 코팅으로서 절삭 공구가 아닌 부재의 표면에 코팅될 수 있다. DLC 코팅이 코팅된 기본 금속과 같은 부재의 재료로서, 경금속 합금(hard metal alloy) 또는 고속도 공구강이 바람직하게 사용될 수 있으며, 다른 금속 재료도 사용될 수 있다.

제 2 발명에 따른 DLC 코팅으로 코팅된 공구는, 바람직하게 에어 블로잉 또는 미스트 분사하면서 고부착성의 알루미늄 합금 또는 구리 합금을 절삭하는 건식 절삭 또는 반 건식 절삭에 사용된다. 그러나, DLC 코팅으로 코팅된 공구는 알루미늄 합금 또는 구리 합금 이외에 비철 금속, 스테인레스강과 같은 다양한 종류의 금속을 절삭하는데 또한 사용된다. 또한, DLC 코팅으로 코팅된 공구는 충분한 양의 윤활제를 공급하면서 작업물을 절삭하는 습식 절삭에 사용될 수 있다.

공구계 금속상에 DLC 코팅하는 코팅법으로서, 타겟으로서 그래파이트를 사용하여 DLC 코팅을 증착시키는 아크-이온 플레이팅법(arc-ion plating method), 또는 스파터링(spattering) 법과 같은 PVD(physical vapor deposit, 물리적 기상 증착) 법이 바람직하게 사용될 수 있다. 상기의 경우에, 수소를 실질적으로 함유하지 않는 분위기 하에서 증착하는 것은, 수소를 실질적으로 함유하지 않는 기본층을 형성할 수 있는 반면에, 탄화수소 가스 및 수소 가스를 유입시켜 수소를 함유하는 분위기 하에서 증착하는 것은 규정된 양의 수소를 함유하는 수소 함유층을 형성할 수 있다.

DLC 코팅에서, 기본층과 수소 함유층의 경계에서, 수소 함량은 단계적으로 또는 연속적으로 증가될 수 있거나 또는, 수소 가스의 존재가 한번의 방출로 변경될 수 있다.

여기서, "실질적으로 수소를 함유하지 않는" 은, 기본층이 증착 조건에 따라 불가피하게 혼합된 적은 량의 수소를 함유한다는 의미이다. 기본층의 수소 함량은 수소 함유층의 수소 함량보다 적어도 낮으며, 바람직하게는 1.0 원자% 이하인 것이 일반적이다.

수소 함유층에서, 수소 함량이 2 원자% 보다 낮다면, 상기 수소 함유층의 규정된 내부착성은 얻어질 수 없으며, 수소 함량이 20 원자% 를 초과한다면, 내마모성이 감소하여 기본층으로부터 쉽게 박리될 수 있다. 이러한 이유로, 수소 함량은 2 원자% ~ 20 원자% 이어야 하며, 5 원자% ~ 14 원자% 인 것이 바람직하다.

수소 함량은, 예컨대 ERDA (Elastic Recoil Detection Analysis, 탄성 튕김 검출 분석) 법에 의해 검출될 수 있다. 수소 함유층의 표면부에서 검출된 값이 탄화수소 또는 물 요소의 영향으로 지나치게 높다면, 표면부를 제외한 내부의 수소 함량은 충분히 상기 범위에 있을 수 있다. 이러한 방식으로, 수소 함량의 상기 범위는 수소 함유층의 전체 영역에서 만족될 필요는 없지만, 검출 정확도 및 분석법에 따르게 된다. 예컨대, 수소 함유층에서의 수소 함량의 평균값은 충분히 상기 범위에 있다.

DLC 코팅의 전체 코팅 두께는 0.05㎛ ~ 1.0㎛ 인 것이 바람직하다. DLC 코팅의 전체 코팅 두께가 0.05㎛ 보다 얇다면, 내마모성 및 내부착성의 효과는 충분히 얻어질 수 없으며, DLC 코팅의 전체 코팅 두께가 1.0㎛ 보다 두껍다면, 수소 함유층은 기본층으로부터 박리되기 쉽다. DLC 코팅의 코팅 두께가 증착 조건에 따라 변할 때, 상기 조건은 절삭에 관련된, 공구계 금속의 절삭날부의 주변에서 적어도 충분히 만족된다. 즉, 상기 조건은, 절삭시에 칩을 방출시키는 공구계 금속의 칩방출 홈에서 만족될 필요는 없다.

DLC 코팅의 전체 코팅 두께에 대한 수소 함유층의 코팅 두께의 비는 5% ~ 50% 인 것이 바람직하다. 이러한 비가 5% 미만이라면, 내마모성의 효과를 충분히 얻을 수 없으며, 상기 비가 50% 보다 크다면, 기본층에 의한 내마모성의 효과는 줄어들며, 수소 함유층은 기본층으로부터 쉽게 박리될 수 있다. 보다 우수한 내마모성을 얻기 위해서, 이러한 비는 5% ~ 30% 인 것이 바람직하다.

본 출원은 2005년 11월 9일에 출원된 일본 특허 출원 제 2005-324971 을 기초로 한 것이며, 이 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.

이하, 본 발명의 실시형태를 첨부된 도면을 참조로 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 DLC 코팅으로 코팅된 공구의 일 예의 엔드밀 (10) 을 나타내며, 도 1a 는 상기 엔드밀의 축선에 대하여 수직 방향에서 본 엔드밀 (10) 의 개략적인 정면도이며, 도 1b 는 상기 엔드밀의 최상부 단부에서 본 엔드밀 (10) 의 단부도이다.

이러한 엔드밀 (10) 은 3 개의 절삭부를 가지는 사각형 엔드밀이며, 기재 금속 (12) 을 가지며, 이 기재 금속 (12) 은 초경합금으로 만들어지며, 섕크부 (13) 와, 서로 일체로 형성된 절삭부 (14) 를 포함한다. 절삭부 (14) 에서, 외주 절삭날 (16) 및 단부 절삭날 (18) 은 구동원 (도시 안됨) 에 의해 공구가 이 공구의 축선에 대하여 회전할 때에 절삭하는 절삭부로서 제공된다.

절삭부 (14) 의 표면은 DLC 코팅 (20) 으로 코팅되어 있다. DLC 코팅 (20) 은 도 1a 에 빗금으로 도시된 바와 같이 절삭부 (14) 에 코팅되어 있으며, 도 1c 에 도시된 단면 구조를 가진다. 여기서, 엔드밀 (10) 은 회전 절삭 공구에 대응되며, 공구 기재 금속 (12) 은 청구된 규정 부재 (DLC 코팅 (20) 으로 코팅됨) 에 대응된다.

도 1c 에 도시된 바와 같이, DLC 코팅 (20) 은 절삭부 (14) 의 표면에 제공된 기본층 (22) 과 이 기본층 (22) 에 적층된 표면층 (24) 을 포함하는 2 층의 적층된 구조를 가진다. 기본층 (22) 은, DLC 코팅 (20) 으로 코팅할 시에 불가피하게 수소가 혼합되는 것을 제외하고는 실질적으로 수소가 함유되지 않는 층으로, 그 수소함량은 1.0 원자% 이하이다.

다른 한편, DLC 코팅 (20) 을 코팅할 시에 수소는 수소 함유층에 상당하는 표면층 (24) 내부로 유입되며, 수소함량은 실제적으로 2 원자% ~ 20 원자% 이다. DLC 코팅 (20) 의 전체 코팅 두께 (D1) 는 0.05㎛ ~ 1.0㎛ 이며, 표면층 (24) 의 코팅 두께 (D2) 는 전체 코팅 두께 (D1) 에 대하여 5% ~ 50% 이다.

DLC 코팅 (20) 은 증착시의 타겟으로서 그래파이트를 사용하는 아크-이온 플레이팅(arc-ion plating) 법에 의해 형성된다. 이러한 경우에, 기본층 (22) 은 수소를 함유하지 않는 분위기에서 절삭부 (14) 에 증착되며, 표면층 (24) 은 규정된 양의 탄화수소 가스 및 수소 가스가 유입되는 수소 함유 분위기에서 기본층 (22) 에 증착된다. 그래서, 규정된 양의 수소는 표면층 (24) 에 함유된다.

수소 함량은 예컨대 ERDA 법에 의해 검출될 수 있다. 여기서, 표면부에 검출된 값은 탄화수소 또는 물 요소와 같은 부착물의 영향에 의해 상당히 높게 될 수 있다. 이러한 이유로 인하여, 표면부를 제외한 내부 수소 함량은 2 원자% ~ 20 원자% 이면 충분하다. 표면층 (24) 의 전체 면적은 상기 수소 함량을 만족시킬 필요는 없으며, 따라서 표면층 (24) 에서의 수소 함량의 평균값은 이러한 실시형태에서 상기의 범위에 속한다.

공구계 금속 (12) 의 절삭부 (14) 가 DLC 코팅 (20) 으로 코팅된 엔드밀 (10) 에 따르면, 실질적으로 수소를 함유하지 않은 기본층 (22) 은 우수한 내마모성을 가지며, 표면층 (24) 은 상기 기본층 (22) 에 배치되어 있으며, 또한 작은 마찰 계수를 갖게 하는 규정된 양의 수소를 함유하여 우수한 내마모성 (윤활성) 을 이룰 수 있다. 즉, 기본층 (22) 보다 작은 경도를 가지는 표면층 (24) 은 높은 경도의 기본층 (22) 에 배치됨으로써 상기 표면층의 변형이 방지된다.

이러한 방식으로, 엔드밀 (10) 이 건식 절삭 또는 미스트 분사에 의해 높은 부착성의 알루미늄 합금 또는 구리 합금과 같은 작업물을 절삭하더라도, 작업물이 엔드밀 (10) 에 부착되는 것이 방지되어, 공구의 수명이 향상된다.

다른 한편, 표면층 (24) 의 코팅 두께가 더 커질수록, 기본층 (22) 에 의한 내마모성은 감소되며, 표면층 (24) 은 기본층 (22) 으로부터 박리되기 쉽게 된다. 그러나, 실시형태에서, DLC 코팅 (20) 의 전체 코팅 두께는 0.05㎛ ~ 1.0㎛ 이며, DLC 코팅 (20) 의 전체 코팅 두께 (D1) 에 대한 표면층 (24) 의 코팅 두께 (D2) 는 5% ~ 50% 이다. 결과적으로, 기본층 (22) 에 의한 내마모성을 유지하면서, 내부착성은 표면층 (14) 에 의해 증가된다.

도 2 에 도시된 각각의 DLC 코팅으로 각각 코팅된 실시형태, 비교예, 및 종래 기술의 테스트 핀은 도 3 에 도시된 테스트 기기로 이하의 테스트 조건하에서 내마모 테스트된다. 내마모 테스트를 통하여, 도 4 에 도시된 결과가 얻어진다. 여기서, 테스트 핀은 6mm 의 직경 및 25mm 의 길이인 원통형 형상을 가지며, 테스트 핀의 최상부 단부는 5mm 의 반경으로 둥글게 되어 있다. 여기서, 도 2 의 " 전체 코팅 두께에 대한 표면층의 비" 는 DLC 코팅 (20) 의 전체 코팅 두께 (D1) 에 대한 DLC 코팅 (20) 의 코팅 두께 (D2) 의 D2/D1 의 비를 의미한다. 표면층 (24) 의 수소 함량은 10 원자% 이며, 기본층 (22) 의 수소 함량은 1.0 원자% 이하이다.

<테스트 조건>

작업물: A7075 (알루미늄 합금)

하중: 500g

라인 속도: 100mm/s

시간 주기: 1000 초

도 4a ~ 도 4c 는 테스트 핀의 최상부 구면에서의 마모 자국을 나타낸다. 외관상으로, 도 4a 에 도시된 실시형태의 마모 자국이 가장 작으며, 이는 우수한 윤활성 및 내마모성을 갖게한다. 수소를 함유하는 표면층 (24) 을 가지는 비교예에서, DLC 코팅 (20) 의 총 두께 (D1) 에 대한 코팅 두께 (D2) 의 비는 61% 나 된다. 이러한 이유로, 기본층 (22) 에 의한 내마모성의 효과는 얻어질 수 없고, 표면층 (24) 은 기본층 (22) 으로부터 쉽게 박리된다. 그래서, 비교예의 내마모성은 종래 기술의 내마모성과 비교하여 더욱 악화되어, 비교예는 가장 두드러진 마모 자국을 가진다.

도 5 및 도 6 은 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같은 동일한 테스트 시편 및 테스트 기기로 이하의 테스트 조건하에서 마찰 계수를 테스트 한 결과를 나타낸다. 실시형태를 비교예와 비교한 도 5 에서는, 실시형태의 마찰 계수가 비교예의 마찰 계수보다 약 0.05 ~ 0.1 작다는 것을 알 수 있으며, 이는 실시형태의 우수한 윤활성을 가져온다. 비교예에서, DLC 코팅 (20) 은 테스트 시편의 몸체로부터 박리되어, 몸체는 마모에 노출되게 된다. 상기 마모로 인하여, 비교예의 마찰 계수는 실시형태의 마찰 계수보다 커지는 경향이 있다.

실시형태를 종래 기술과 비교한 도 6 에서, 800 초 미만의 시간 주기에서는 실시형태의 마찰 계수가 종래 기술의 마찰 계수보다 작다는 것을 알 수 있다. 그래서, 우수한 윤활성은 표면층 (24) 이 존재할 때 얻어진다.

<테스트 조건>

작업물: A7075 (알루미늄 합금)

하중: 50g

라인 속도: 25mm/s

도 7 ~ 도 10 은 실시형태의 상기 언급된 엔드밀 (10) 과 유사한, 3 개의 절삭날을 가지는 사각형 엔드밀을 사용하여 작업된 내부착성 결과를 설명하는 표 또는 도면이다. 내마모 테스트에서, 복수의 엔드밀이 이하의 인자를 변경하여 준비된다. 변경된 인자는 비 D2/D1, 즉, "전체 코팅 두께에 대한 표면층의 코팅 두께의 비" 와, "표면층의 수소 함량" 및 "DLC 코팅 (20) 의 각 층 및 전체 층의 코팅 두께" 이다.

도 7a 는 테스트 조건을 나타내며, 도 7b 는 작은 부착 폭이 우수한 내마모성을 의미한다는 "레이크 면에서의 부착폭" 을 설명하는 도면이다.

도 8 은 표면층이 10 원자% 의 수소 함량을 가지는 경우에, 전체 코팅 두께에 대한 표면층 (24) 의 코팅 두께의 비와 레이크면의 부착폭 사이의 관계를 설명하는 표이다. 상기 비는 작업물을 절삭하는데 사용되는 테스트 시편에 코팅될 복수의 DLC 코팅 (20) 이 준비되도록 바뀐다. 절삭시에, 레이크면 상의 부착폭을 측정한다.

도 9 는 전체 코팅 두께 (D1) 에 대한 표면층 (24) 의 코팅 두께 (D2) 의 비 D2/D1 가 25% 인 경우에, 표면층의 수소 함량과 레이크면의 부착폭 사이의 관계를 설명하는 표이다. 수소 함량은 작업물을 절삭하는데 사용되는 테스트 시편상 에 코팅될 복수의 DLC 코팅 (20) 을 준비하기 위해서 변경된다. 절삭시에, 레이크면의 부착폭을 측정한다.

도 10 은 표면층 (24) 에서의 수소 함량이 10 원자% 인 경우에, 코팅 두께와 레이크면의 부착폭 사이의 관계를 설명하는 표이다. 기본층 (22), 표면층 (24) 및 전체 층의 두께는 작업물을 절삭하는데 사용되는 테스트 시편에 코팅될 복수의 DLC 코팅 (20) 를 준비하기 위해서 변경된다. 절삭시에, 레이크면의 부착폭을 측정한다.

이 모든 경우에, 기본층 (22) 의 수소 함량은 0.1 원자% 이하이며, 도 8 및 도 9 에 도시된 테스트 시편의 DLC 코팅 (20) 의 총 두께 (D1) 는 0.15㎛ ~ 0.2㎛ 이다. 또한, "표면층의 수소 함량" 의 열(column)의 "%" 는 "원자%" 를 의미한다.

도 8 에 설명된 결과로부터, 코팅 두께 비 D2/D1 가 5% ~ 50% 일 때, 우수한 내부착성을 얻기 위한 부착 폭은 약 0.2mm 이다. 또한, 상기 코팅 두께 비가 40% 이하, 5% ~ 30% 인 경우에는 부착폭이 0.10mm 이하가 특히 바람직하다.

도 9 에 설명된 결과로부터, 표면층 (24) 의 수소 함량이 2 원자% ~ 20 원자% 일 때, 우수한 내부착성을 얻기 위한 부착폭은 약 0.2mm 임을 알 수 있다. 특히, 5 원자% ~ 14 원자% 에서, 우수한 내마모성을 얻기 위한 부착폭은 0.10mm 미만이다.

도 10 의 결과로부터, DLC 코팅 (20) 의 전체 코팅 두께가 0.05㎛ ~ 1.0㎛ 일 때, 우수한 내부착성을 얻기 위한 부착폭은 약 0.2mm 임을 알 수 있다. 특 히, 0.1㎛ ~ 0.5㎛ 에서, 우수한 내마모성을 얻기 위한 부착폭은 0.10mm 미만이다.

당업자라면, 본 발명이 첨부된 청구 범위에 설명된 본 발명의 범위 및 요지로부터 벗어남 없이, 다른 변경, 개선 및 변형을 포함할 수 있다는 것을 알 수 있다.

본 발명은, 공구가 건식 절삭 또는 미스트 분사에 의해 고 부착성의 작업물을 절삭하는데 사용되더라도, 실제적으로 만족할 만한 수명을 얻을 수 있는 DLC 코팅 및 DLC 코팅으로 코팅된 공구를 제공할 수 있다.

Claims

규정된 부재 (12) 의 표면을 코팅하는 DLC 코팅 (20) 으로서,

실질적으로 수소를 함유하지 않는 기본층 (22) 및,

2 원자% ~ 20 원자% 의 수소를 함유하는 수소 함유층 (24) 을 포함하며,

상기 기본층 (22) 과 이 기본층 위에 배치된 수소 함유층 (24) 은 2층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 DLC 코팅.
제 1 항에 있어서, 상기 DLC 코팅 (20) 의 전체 코팅 두께는 0.05㎛ ~ 1.0㎛, 바람직하게는 0.1㎛ ~ 0.5㎛ 인 DLC 코팅.
제 2 항에 있어서, 상기 수소 함유층 (24) 의 코팅 두께는 DLC 코팅의 전체 코팅 두께의 5% ~ 50% 인 DLC 코팅.
제 1 항에 있어서, 상기 수소 함유층 (24) 의 수소 함량은 5 원자% ~ 14 원자% 인 DLC 코팅.
제 1 항에 있어서, 상기 기본층 (22) 은 약 1.0 원자% 의 수소를 함유하는 DLC 코팅.
제 1 항에 있어서, 상기 규정된 부재 (12) 는 경 금속 합금(hard metal alloy) 또는 고속도 공구강으로 만들어진 공구계 금속인 DLC 코팅.
DLC 코팅으로 코팅된 공구 (10) 로서,

공구계 금속 (12) 과,

공구계 금속 (12) 에 코팅되는 DLC 코팅 (20) 을 포함하며,

상기 DLC 코팅 (20) 은 실질적으로 수소를 함유하지 않는 기본층 (22) 과 이 기본층 (22) 에 배치된 수소 함유층 (24) 을 포함하고, 수소 함유 범위는 2 원자% ~ 20 원자% 인 것을 특징으로 하는 DLC 코팅으로 코팅된 공구.
제 7 항에 있어서, 상기 DLC 코팅 (20) 의 전체 코팅 두께는 0.05㎛ ~ 1.0㎛ 인, DLC 코팅으로 코팅된 공구.
제 8 항에 있어서, 상기 수소 함유층 (24) 의 코팅 두께는 DLC 코팅의 전체 코팅 두께의 5% ~ 50% 인, DLC 코팅으로 코팅된 공구.
제 7 항에 있어서, 공구계 금속 (12) 중 적어도 절삭날 (14) 은 DLC 코팅 (20) 으로 코팅되는, DLC 코팅으로 코팅된 공구.
제 7 항에 있어서, DLC 코팅으로 코팅된 공구 (10) 는 알루미늄 합금 또는 구리 합금제 작업물을 절삭하는데 사용되는, DLC 코팅으로 코팅된 공구.