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KR100600573B1 - 절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질부재 - Google Patents

절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질부재 Download PDF

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KR100600573B1
KR100600573B1 KR1020040050452A KR20040050452A KR100600573B1 KR 100600573 B1 KR100600573 B1 KR 100600573B1 KR 1020040050452 A KR1020040050452 A KR 1020040050452A KR 20040050452 A KR20040050452 A KR 20040050452A KR 100600573 B1 KR100600573 B1 KR 100600573B1
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Abstract

초경합금, 써메트, 세라믹 등의 모재로 된 절삭공구 표면에 코팅되는 박막으로서 TiAlvBwCxNyOz(v+w+x+y+z=1, v, w, x, y, z≥0) 박막 위에 α-Al2O3 박막을 2~15㎛ 두께로 고온 화학적 증착법으로 코팅함으로써 다결정 α-Al2O3 (104) 결정면의 집합계수 TC(104)와 (012) 결정면의 집합계수 TC(012)의 비율인 TC(104)/TC(012)가 1.3이상으로 형성하여 내마모성과 밀착도가 향상된 절삭공구를 제공함을 목적으로 하고 있다.

Description

절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질부재{Coating materials for a cutting tool/an abrasion resistance tool}
도 1는 본 발명에 따라 제작된 TiAlvBwCxNyOz(v+w+x+y+z=1, v, w, x, y, z≥0) 박막 위에 α-Al2O3 박막을 증착한 형상을 보여주는 5000배의 주사전자현미경(SEM) 사진
110 : 주상정 구조의 TiCN 박막
111 : TiAlvBwCxNyOz(v+w+x+y+z=1, v, w, x, y, z≥0) 박막
112 : α-Al2O3 박막
113 : TiN 박막
본 발명은 절삭가공용 공구(Indexable Insert)로 사용되는 코팅 초경합금의 코팅 박막에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절삭공구의 내마모성을 향상시키기 위한 보다 우수한 내마모성을 갖는 경질세라믹 박막과 이들이 코팅된 절삭공구에 관한 것이다.
일반적으로 절삭공구의 유효수명을 향상시키기 위하여, 초경합금의 모재 표면에 화학적 증착법(이하 CVD)으로 제조한 티타늄의 탄화물(이하 TiC), 질화물(이하 TiN), 탄질화물(이하 TiCN)과 알루미나(이하 Al2O3)등의 경질세라믹 코팅박막을 피복한다. 이중 Al2O3를 이용한 코팅절삭공구는 1973년 TiC 박막 위에 0.5~1.0㎛의 Al2O3 박막을 코팅한 것이 세계 최초이다. TiC 위에 Al2O3가 코팅된 절삭공구는 단층 TiC 박막보다 인성이 다소 저하되지만 내마모성이 크게 향상되었다.
또한 절삭공구의 인성을 향상시키기 위해서 유기 CN화합물 전구체(아세토니트릴, CH₃CN)를 이용하여, 800 ~ 900℃에서 코팅하는 중온 화학적 증착법(이하 MT-CVD)에 의한 TiCN 박막이 이용되고 있다. 종래의 TiCN 박막은 TiCl4, CH4, N2, H2 등의 가스 원료를 이용하여 약 1,000 ~ 1,050℃의 고온 화학적 증착법(이하 HT-CVD)으로 증착하던 것에 비해, MT-CVD에 의한 코팅은, TiCl4, CH₃CN , N2, H2를 이용하여 800 ~ 900℃에서 코팅을 실시하였다. MT-CVD에 의해 코팅된 TiCN 박막은 TiC 박막에 비해 박막경도는 다소 낮으나 초경합금에 코팅하여 내마모성의 향상을 얻을 수 있는 충분한 박막 경도를 보유하고 있으며, 결정구조가 기둥모양의 주상정구조(Columnar structure)를 갖고 있어 박막 자체의 인성이 우수하다.
내산화성이 우수한 Al2O3 박막의 경우 1980년대에 Al2O3 박막에 대한 상(Phase) 제어기술 연구에서 알파-알루미나(이하 α-Al2O3)와 카파-알루미나(이하 κ-Al2O3) 박막이 각각 주철과 강에 적합하다는 것이 보고된 후, Al2O3 박막 제어기술이 급속히 발전하고 상용화하게 되었다. α-Al2O3의 경우 Al2O3 중에서 유일한 안정상으로 가공 중에 상변화가 발생하지 않고 경도도 가장 우수하기 때문에 고속 절 삭조건이 주철 가공에서 탁월한 절삭성능을 나타낸다. κ-Al2O3 박막의 경우 열전도도가 α-Al2O3보다 낮아 절삭시 열발생이 많은 강 절삭에서 우수한 내마모성을 나타내는 것으로 분석되었다.
현재 통용되는 절삭공구에서, Al2O3 박막은 항상 세라믹 기질, TiC 또는 TiCN 피복 탄화물에 적용되므로 TiC 또는 TiCN 표면과 Al2O3 코팅간 계면 밀착도가 매우 중요하다. 여기서 TiC 또는 TiCN 박막 내의 Ti이 완전히 또는 부분적으로 Al으로 치환되고, 탄소(C) 또는 탄질소(CN)는 완전히 또는 부분적으로 붕소, 산소 또는 질소로 치환된 식 TiAlvBwCxNyOz(v+w+x+y+z=1, v, w, x, y, z≥0) 박막도 포함하는 것이다.
주철 선삭에서 내마모성을 증대하기 위해서 α-Al2O3 박막을 절삭공구에 피복하는 것은 유럽 특허 제 408535호 및 유럽 특허 제 603144호 등으로 공개되어 있다. 그러나 이들 특허에서는 우수한 절삭성능을 나타내는 α-Al2O3 박막의 결정학상 구조에 대해서는 공개하고 있지 않는다.
본 발명의 목적은 따라서 절삭능이 우수한 α-Al2O3 박막을 제공하기 위한 것으로서, Al2O3 상의 핵생성 조건 및 성장 조건을 제어하여 원하는 결정학적 구조를 갖는 다결정 α-Al2O3상을 경질 부재 또는 TiAlvBwCxNyOz(v+w+x+y+z=1, v, w, x, y, z≥0) 박막 위에 제공하는 데 있다.
본 발명은 또한, 강, 스테인레스강, 주철, 특히 일반주철, 구상흑연 주철에 대해 향상된 절삭성능을 가지는 α-Al2O3 박막이 증착된 절삭공구를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은;
절삭공구 또는 내마모성 공구의 모재 위에 증착되는 다결정 α-Al2O3박막으로 (104) 결정면의 집합계수 TC(104)와 (012) 결정면의 집합계수 TC(012)의 비율인 TC(104)/TC(012)가 1.3이상 형성되는 피복부재용 박막을 제공한다. 본 발명의 α-Al2O3 박막은 X-선 회절분석(XRD)방법으로 (104) 방향으로 우선 성장하는 특징을 가지고, α-Al2O3 박막에 대한 집합계수(TC : Texture Coefficient)는 다음과 같이 정의된다.
Figure 112004028938491-pat00001
여기서
I(hkl)은 결정면의 회절강도
I0(hkl)은 ASTM 표준 분말 회절 자료의 표준 회절강도
n은 계산에 사용되는 결정면 수
사용된 결정면 (hkl)은 (012), (104), (110), (113), (024), (116), (124), (030) 이다.
상기에서 α-Al2O3 박막은 TiAlvBwCxNyOz(v+w+x+y+z=1, v, w, x, y, z≥0) 박막 위에 적층됨이 바람직하고, 상기 TiAlvBwCxNyOz(v+w+x+y+z=1, v, w, x, y, z ≥0) 박막을 절삭공구나 내마모성 공구용 표면에 증착할 때는 BCl3 유량을 0.1 ~ 0.4vol%로 함이 바람직하다.
본 발명은 또한, 절삭공구 또는 내마모성 공구의 모재 위에 Ⅳ-A족 금속의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 질산화물, 탄산화물, 탄질산화물과 주상정 구조를 가지는 Ⅳ-A족 금속의 탄질화물, 탄질산화물 중에서 선택된 적어도 하나의 부재를 증착하고, 그 위에 TiAlvBwCxNyOz(v+w+x+y+z=1, v, w, x, y, z≥0) 박막을 적층하고, 그 위에 Al2O3, ZrO2, HfO2, Y2O3, AlN, cBN, TiB2로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 부재가 내마모성 공구용 표면에 CVD로 적층되는 피복부재를 제공한다.
여기에서, Al2O3의 상(phase)은 알파(α)인 것이 바람직하고, Al2O3는 다결정 α-Al2O3박막으로 (104) 결정면의 집합계수 TC(104)와 (012) 결정면의 집합계수 TC(012)의 비율인 TC(104)/TC(012)가 1.3이상, 특히 1.5이상으로 형성됨이 바람직하다.
또한 상기 공구용 표면피복 부재중 최상의 피복박막은 HT-CVD로 증착된 Ⅳ-A족 금속의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 질산화물, 탄산화물, 탄질산화물과 MT-CVD에 의해 증착된 주상정 구조를 가지는 Ⅳ-A족 금속의 탄질화물, 탄질산화물 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 부재를 증착함이 바람직하다.
여기서 상기 최상의 피복박막은 Al2O3 분말을 이용하여 건식, 또는 습식 블라스팅 처리하여 표면 거칠기를 개선함이 바람직하다.
따라서 본 발명에 의하면, 초경합금, 써메트, 세라믹 등의 모재로 된 절삭공 구 표면에 코팅되는 α-Al2O3 박막을 제공되는데, 여기서 상기 박막의 (104) 결정면의 집합계수 TC(104)와 (012) 결정면의 집합계수 TC(012)의 비율인 TC(104)/TC(012)이 1.3이상, 특히 1.5 이상이 바람직하다. 또한 본 발명에 의하면 상기와 같은 박막으로 코팅되는 절삭공구를 제공되는데, 이때 박막의 코팅은 HT-CVD로 행함이 바람직하고 박막의 두께는 2 ~ 15㎛, 특히 3 ~ 10㎛로 함이 바람직하다.
본 발명은, 초경합금 모재표면에 TiCl4, CH4, H2, N2, CO2, CO 원료 가스를 1000 ~ 1100℃의 온도에서 TiCxNyOz(x+y+z=1, x, y, z≥0) 박막을 코팅하던 종래의 HT-CVD에 의한 코팅방식에, 박막조성에 Al, B를 첨가하기 위한 원료로 AlCl3와 BCl3를 일정량 공급하는 방식으로, HT-CVD에 의한 TiAlvBwCxNyOz(v+w+x+y+z=1, v, w, x, y, z≥0) 박막을 제조하였다. 이때 박막의 두께는 0.1 ~ 5㎛, 특히 0.5 ~ 3㎛로 함이 바람직하다.
이하에서는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 실시예에서 제시한 자료는 본 발명의 일부에 해당하는 것으로, 본 발명의 범위는 본 실시예에 의해 제한되지 않는다.
<실시예 1>
(A)ISO K15 등급에 해당하는 코팅 절삭공구용 초경합금에 10㎛ 두께의 MT-CVD로 TiCN 박막을 증착하고, 그 위에 본 발명으로 제작된 0.5㎛ 두께의 TiAlvBwCxNyOz(v+w+x+y+z=1, v, w, x, y, z≥0) 박막을 증착한 후 5㎛ 두께의 α-Al2O3 박막이 증착되었다.
X-선 회절분석 결과, 다결정 α-Al2O3 (104) 결정면의 집합계수 TC(104)와 (012) 결정면의 집합계수 TC(012)의 비율인 TC(104)/TC(012)는 1.55로 나타났다.
(B)ISO K15 등급에 해당하는 코팅 절삭공구용 초경합금에 10㎛ 두께의 MT-CVD로 TiCN 박막을 증착하고, 그 위에 종래기술로 제작된 0.5㎛ 두께의 TiCxNyOz(x+y+z=1, x, y, z≥0) 박막을 증착한 후 5㎛ 두께의 α-Al2O3 박막이 증착되었다.
C)ISO K15 등급에 해당하는 코팅 절삭공구용 초경합금에 8㎛ 두께의 MT-CVD로 TiCN 박막을 증착하고, 그 위에 4㎛ 두께의 κ-Al2O3 박막이 증착되었다.
A), B), C)의 피복 절삭공구에 대해 200 매쉬(mesh) Al2O3 분말을 이용하여 건식, 또는 습식 블라스팅 처리하여 표면 거칠기를 개선하였다.
종래 기술(B, C)과 본 발명(A) 피복 절삭공구에 대해 절삭성능 평가를 동일 시간인 10분 동안 동일한 피가공물을 가공하여, 공구의 여유면에 발생하는 마모량을 측정하고 인선부에서의 박막 박리된 부분의 분율을 분석하여 비교하였다. 표.1의 결과를 보면, 종래 기술(B, C)와 비교하여 본 발명(A)으로 제작된 경우 내치핑성 및 내마모성이 향상된 것을 확인할 수 있다.
▶ 절삭 테스트 조건
절삭조건 : V = 300m/min, f = 0.3mm/rev, d=2.0mm, 습식가공
피가공물 : GC25(직경 300mm, 길이 600mm) 외경가공
공구형번 : CNMG120408 - GR
표.1
시료구분 인선부 박리율(%) 공구 여유면 마모량(mm)
본 발명 A 0 0.137
종래기술 B 50 0.145
종래기술 C 30 0.167
<실시예 2>
(E)ISO K05 등급에 해당하는 코팅 절삭공구용 초경합금에 10㎛ 두께의 MT-CVD로 TiCN 박막을 증착하고, 그 위에 본 발명으로 제작된 0.5㎛ 두께의 TiAlvBwCxNyOz(v+w+x+y+z=1, v, w, x, y, z≥0) 박막을 증착한 후 7㎛ 두께의 α-Al2O3 박막이 증착되었다.
X-선 회절분석 결과, 다결정 α-Al2O3 (104) 결정면의 집합계수 TC(104)와 (012) 결정면의 집합계수 TC(012)의 비율인 TC(104)/TC(012)는 1.59로 나타났다.
(F)ISO K05 등급에 해당하는 코팅 절삭공구용 초경합금에 10㎛ 두께의 MT-CVD로 TiCN 박막을 증착하고, 그 위에 종래기술로 제작된 0.5㎛ 두께의 TiCxNyOz(x+y+z=1, x, y, z≥0) 박막을 증착한 후 7㎛ 두께의 α-Al2O3 박막이 증착되었다.
G)ISO K10 등급에 해당하는 코팅 절삭공구용 초경합금에 8㎛ 두께의 MT-CVD로 TiCN 박막을 증착하고, 그 위에 5㎛ 두께의 κ-Al2O3 박막이 증착되었다.
E), F), G)의 피복 절삭공구에 대해 200 매쉬(mesh) Al2O3 분말을 이용하여 건식, 또는 습식 블라스팅 처리하여 표면 거칠기를 개선하였다.
종래 기술(F, G)과 본 발명(E) 피복 절삭공구에 대해 절삭성능 평가를 동일 시간인 10분 동안 동일한 피가공물을 가공하여, 공구의 여유면에 발생하는 마모량 을 측정하고 인선부에서의 박막 박리된 부분의 분율을 분석하여 비교하였다. 표.2의 결과를 보면, 종래 기술(F, G)과 비교하여 본 발명(E)으로 제작된 경우 내치핑성 및 내마모성이 향상된 것을 확인할 수 있다.
▶ 절삭 테스트 조건
절삭조건 : V = 400m/min, f = 0.3mm/rev, d=2.0mm, 습식가공
피가공물 : GC25(직경 300mm, 길이 600mm) 외경가공
공구형번 : CNMG120408 - GR
표.2
시료구분 인선부 박리율(%) 공구 여유면 마모량(mm)
본 발명 A 0 0.110
종래기술 B 70 0.154
종래기술 C 50 0.177
상기와 같이 본 발명에 따르면 절삭공구 위에 HT-CVD로 TiAlvBwCxNyOz(v+w+x+y+z=1, v, w, x, y, z≥0) 박막을 0.1~5㎛ 두께로 증착하고, 그 위에 α-Al2O3 박막을 2~15㎛ 두께로 증착함으로써 다결정 α-Al2O3 (104) 결정면의 집합계수 TC(104)와 (012) 결정면의 집합계수 TC(012)의 비율인 TC(104)/TC(012)가 1.3이상으로 형성된 경우 절삭공구의 내마모성이 크게 향상되었고, 내치핑성 및 인성을 크게 개선시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으 로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 절삭공구 또는 내마모성 공구의 모재 위에 고온 화학적 증착법에 의해 증착된 다결정 α-Al2O3 박막으로 (104) 결정면의 집합계수 TC(104)와 (012) 결정면의 집합계수 TC(012)의 비율인 TC(104)/TC(012)가 1.3이상 형성되며 다음 식을 만족시킴을 특징으로 하는 절삭공구 또는 내마모성 공구용 표면 피복부재용 박막. 여기서 집합계수(TC)는 다음과 같이 정의 된다:
    Figure 112006041658431-pat00002
    여기서
    I(hkl)은 결정면의 회절강도
    I0(hkl)은 ASTM 표준 분말 회절 자료의 표준 회절강도
    n은 계산에 사용되는 결정면 수
    사용된 결정면 (hkl)은 (012), (104), (110), (113), (024), (116), (124), (030) 이다.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 α-Al2O3 박막은 TiAlvBwCxNyOz(v+w+x+y+z=1, v, w, x, y, z≥0) 박막 위에 적층되는 것임을 특징으로 하는 절삭공구 또는 내마모성 공구용 표면 피복부재용 박막.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 TiAlvBwCxNyOz(v+w+x+y+z=1, v, w, x, y, z≥0) 박막 증착시 BCl3 유량이 0.1 ~ 0.4vol% 으로 적층됨을 특징으로 하는 절삭공구 또는 내마모성 공구용 표면 피복부재용 박막.
  4. 절삭공구 또는 내마모성 공구의 모재 위에 Ⅳ-A족 금속의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 질산화물, 탄산화물, 탄질산화물과 주상정 구조를 가지는 Ⅳ-A족 금속의 탄질화물, 탄질산화물 중에서 선택된 적어도 하나의 부재를 증착하고, 그 위에 TiAlvBwCxNyOz(v+w+x+y+z=1, v, w, x, y, z≥0)을 적층하고, 그 위에Al2O3, ZrO2, HfO2, Y2O3, AlN, cBN, TiB2로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 부재를 화학적 증착법에 의해 적층한 것을 특징으로 하는 절삭공구 또는 내마모성 공구용 표면 피복부재.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 Al2O3의 상(phase)은 알파(α)임을 특징으로 하는 절삭공구 또는 내마모성 공구용 표면피복 부재.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 Al2O3는 다결정 α-Al2O3박막으로 (104) 결정면의 집합계수 TC(104)와 (012) 결정면의 집합계수 TC(012)의 비율인 TC(104)/TC(012)가 1.3이상 형성되며 다음 식을 만족시킴을 특징으로 하는 절삭공구 또는 내마모성 공구용 표면 피복부재
    Figure 112006041658431-pat00004
    여기서
    I(hkl)은 결정면의 회절강도
    I0(hkl)은 ASTM 표준 분말 회절 자료의 표준 회절강도
    n은 계산에 사용되는 결정면 수
    사용된 결정면 (hkl)은 (012), (104), (110), (113), (024), (116), (124), (030) 이다.
  7. 제 4 항에 있어서, 최상의 피복박막은 고온 화학적 증착법으로 증착된 Ⅳ-A족 금속의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 질산화물, 탄산화물, 탄질산화물과 중온 화학적 증착법에 의해 증착된 주상정 구조를 가지는 Ⅳ-A족 금속의 탄질화물, 탄질산화물 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 부재를 포함함을 특징으로 하는 절삭공구 또는 내마모성 공구용 표면피복 부재.
  8. 제 4 항에 있어서, 최상의 피복박막은 Al2O3 분말을 이용하여 건식, 또는 습식 블라스팅 처리함을 특징으로 하는 절삭공구 또는 내마모성 공구용 표면피복 부재.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015099298A1 (ko) * 2013-12-23 2015-07-02 한국야금 주식회사 난삭재 및 주철가공용 알파 알루미나 박막
WO2016105082A1 (ko) * 2014-12-23 2016-06-30 주식회사 포스코 밀착성이 우수한 도금 강판 및 그 제조 방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT9748U1 (de) * 2007-04-02 2008-03-15 Ceratizit Austria Gmbh Mehrlagige cvd-schicht
US9796108B2 (en) * 2008-08-28 2017-10-24 Corning Incorporated Wear resistant coatings for tool dies
CN102371379B (zh) * 2010-07-09 2016-01-27 三菱综合材料株式会社 耐磨损性和切屑排出性优异的表面包覆钻头
JP5682217B2 (ja) * 2010-07-09 2015-03-11 三菱マテリアル株式会社 耐摩耗性と切屑排出性に優れた表面被覆ドリル
US9488184B2 (en) 2012-05-02 2016-11-08 King Abdulaziz City For Science And Technology Method and system of increasing wear resistance of a part of a rotating mechanism exposed to fluid flow therethrough
JP7253153B2 (ja) * 2021-04-30 2023-04-06 株式会社タンガロイ 被覆切削工具

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001269801A (ja) 2000-03-23 2001-10-02 Mitsubishi Materials Corp 硬質被覆層がすぐれた耐熱塑性変形性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4239536A (en) * 1977-09-09 1980-12-16 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Surface-coated sintered hard body
US4594294A (en) * 1983-09-23 1986-06-10 Energy Conversion Devices, Inc. Multilayer coating including disordered, wear resistant boron carbon external coating
AT387988B (de) * 1987-08-31 1989-04-10 Plansee Tizit Gmbh Verfahren zur herstellung mehrlagig beschichteter hartmetallteile
JP2793696B2 (ja) * 1990-05-17 1998-09-03 神鋼コベルコツール株式会社 耐摩耗性皮膜
SE502223C2 (sv) * 1994-01-14 1995-09-18 Sandvik Ab Sätt och alster vid beläggning av ett skärande verktyg med ett aluminiumoxidskikt
SE509201C2 (sv) * 1994-07-20 1998-12-14 Sandvik Ab Aluminiumoxidbelagt verktyg
JP3488526B2 (ja) * 1994-12-14 2004-01-19 三菱マテリアル神戸ツールズ株式会社 耐摩耗性に優れた硬質皮膜および硬質皮膜被覆部材
JP3190009B2 (ja) * 1996-11-06 2001-07-16 日立ツール株式会社 被覆硬質合金
SE511211C2 (sv) * 1996-12-20 1999-08-23 Sandvik Ab Ett multiskiktbelagt skärverktyg av polykristallin kubisk bornitrid
US6293739B1 (en) * 1998-04-14 2001-09-25 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Coated cemented carbide cutting tool
JP3573256B2 (ja) * 1998-07-27 2004-10-06 住友電気工業株式会社 Ａｌ２Ｏ３被覆ｃＢＮ基焼結体切削工具
DE29818029U1 (de) * 1998-10-09 1999-03-25 Balzers Prozess Systeme Vertriebs- und Service GmbH, 81476 München Verschleißfestes Werkstück
JP3678924B2 (ja) * 1998-11-05 2005-08-03 日立ツール株式会社 酸化アルミニウム被覆工具
SE519108C2 (sv) * 1999-05-06 2003-01-14 Sandvik Ab Belagt skärverktyg för bearbetning av grått gjutjärn
IL145465A (en) * 1999-06-21 2005-03-20 Sumitomo Electric Industries Coated hard alloy
SE519339C2 (sv) * 2000-11-22 2003-02-18 Sandvik Ab Skärverktyg belagt med aluminiumoxid och sätt att tillverka detsamma
KR20040073570A (ko) * 2002-01-18 2004-08-19 스미토모덴키고교가부시키가이샤 표면 피복 절삭 공구

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001269801A (ja) 2000-03-23 2001-10-02 Mitsubishi Materials Corp 硬質被覆層がすぐれた耐熱塑性変形性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015099298A1 (ko) * 2013-12-23 2015-07-02 한국야금 주식회사 난삭재 및 주철가공용 알파 알루미나 박막
CN105980602A (zh) * 2013-12-23 2016-09-28 韩国冶金株式会社 用于加工难切削材料和铸铁的α-氧化铝薄膜
US9752230B2 (en) 2013-12-23 2017-09-05 Korloy Inc. Alpha alumina thin film for processing difficult-to-cut material and cast iron
WO2016105082A1 (ko) * 2014-12-23 2016-06-30 주식회사 포스코 밀착성이 우수한 도금 강판 및 그 제조 방법

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