KR100821535B1 - Hard multilayer coatings and hard multilayer coating tools comprising the same - Google Patents
Hard multilayer coatings and hard multilayer coating tools comprising the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR100821535B1 KR100821535B1 KR1020077001157A KR20077001157A KR100821535B1 KR 100821535 B1 KR100821535 B1 KR 100821535B1 KR 1020077001157 A KR1020077001157 A KR 1020077001157A KR 20077001157 A KR20077001157 A KR 20077001157A KR 100821535 B1 KR100821535 B1 KR 100821535B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- tialn
- crn
- hard multilayer
- multilayer coating
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 127
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 106
- 229910010037 TiAlN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 120
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 62
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 73
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 305
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 28
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 19
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 19
- 239000000047 product Substances 0.000 description 13
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 8
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 5
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 5
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 102220005308 rs33960931 Human genes 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23C—MILLING
- B23C5/00—Milling-cutters
- B23C5/02—Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
- B23C5/10—Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
- B23C5/1009—Ball nose end mills
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C14/00—Alloys based on titanium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C14/024—Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0641—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
- C23C28/42—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition characterized by the composition of the alternating layers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
- C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23C—MILLING
- B23C2224/00—Materials of tools or workpieces composed of a compound including a metal
- B23C2224/13—Chromium nitride
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23C—MILLING
- B23C2224/00—Materials of tools or workpieces composed of a compound including a metal
- B23C2224/24—Titanium aluminium nitride (TiAlN)
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23C—MILLING
- B23C2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
- B23C2228/10—Coating
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Drilling Tools (AREA)
Abstract
경질 다층 코팅은, (a) 본체에 배치되고 또한 서로 교대로 적층된 TiAlN+CrN 혼합물층 및 TiAlN 층을 포함하는 배면층과, (b) 상기 배면층에 배치되고 또한 상기 경질 다층 코팅의 표면을 제공하는 CrN 층을 포함한다. 경질 다층 코팅은 또한 (c) 상기 배면층과 CrN 층 사이에 배치되는 중간층을 포함할 수 있다. 또한 경질 다층 코팅으로 피복된 본체로서 공구 모재를 포함하는 경질 다층 코팅 공구가 개시된다. The hard multilayer coating comprises (a) a backing layer comprising a TiAlN + CrN mixture layer and a TiAlN layer disposed on the body and alternately stacked with each other, and (b) the surface of the hard multilayer coating disposed on the backing layer. It provides a CrN layer. The hard multilayer coating may also include (c) an interlayer disposed between the back layer and the CrN layer. Also disclosed is a hard multilayer coating tool comprising a tool base as a body coated with a hard multilayer coating.
Description
본 발명은 일반적으로 경질 다층 코팅에 관한 것이고, 보다 특히 우수한 내마모성 및 인성 외에 고윤활성 (내용착성) 을 갖는 경질 다층 코팅에 관한 것이다. The present invention relates generally to hard multilayer coatings, and more particularly to hard multilayer coatings having high lubricity (welding resistance) in addition to good wear resistance and toughness.
(ⅰ) 고속도 공구강 또는 초경합금으로 이루어진 공구 모재 및 (ⅱ) 공구 모재의 표면에 배치된 경질 다층 코팅으로 구성된 경질 다층 코팅 공구가 소개되어 있다. 경질 다층 코팅은 서로 교대로 적층된 TiAlN 층 및 TiAlN+CrN 혼합물층을 포함한다. 경질 다층 코팅 공구의 일례로서, 특허 문헌 1(JP-2002-275618A) 은 서로 교대로 적층된 TiAlN 층 및 혼합물층을 포함하는 회전 절삭 공구를 개시하고 있는데, 여기서 TiAlN 층이 고경도를 갖는 반면, 혼합물층은 상대적으로 경도가 낮은 CrN 층을 포함한다. 상기 개시된 회전 절삭 공구에 있어서, 고경도의 TiAlN 층의 존재로 인해 우수한 내마모성이 얻어지고, 상대적으로 경도가 낮은 CrN 을 포함하는 혼합물층의 존재로 인해 인성이 증가되어, 코팅의 칩핑 및 박리가 억제되어 공구의 내구성이 상당히 향상된다. A hard multi-layer coating tool is introduced, comprising (i) a tool base made of high speed tool steel or cemented carbide and (ii) a hard multilayer coating disposed on the surface of the tool base. The hard multilayer coating comprises a TiAlN layer and a TiAlN + CrN mixture layer alternately stacked on each other. As an example of a hard multilayer coating tool, Patent Document 1 (JP-2002-275618A) discloses a rotary cutting tool comprising a TiAlN layer and a mixture layer alternately stacked on one another, where the TiAlN layer has high hardness, The mixture layer comprises a relatively low hardness CrN layer. In the rotary cutting tool disclosed above, excellent wear resistance is obtained due to the presence of a high hardness TiAlN layer, and toughness is increased due to the presence of a mixture layer containing relatively low hardness CrN, thereby suppressing chipping and peeling of the coating. This significantly improves the durability of the tool.
그러나, 상기 TiAlN 층의 상대적으로 큰 마찰 계수로 인해, 구리나 구리 합금 등의 쉽게 용착가능한 재료로 만들어진 작업물을 절삭하기 위해 절삭 공구가 사용될 때, 절삭 공구와 작업물 사이에 용착이 TiAlN 층의 큰 마찰 계수로 인해 쉽게 야기될 수 있다. 용착은 가공 정확도 등의 절삭 성능을 저하시켜서 초기 단계에 절삭 공구의 마모를 야기하여, 원하는 절삭 공구의 내구성을 얻을 수 없게 된다. 예를 들어, 볼 엔드밀 및 드릴 등의 회전 절삭 공구를 사용하는 절삭 작업에서, 용착은 쉽게 야기되고, 특히, 회전축선 주위 부분 및 각 경사면을 구성하는 부분 등과 같이, 작업물과 마찰 접촉하는 경향이 있는 회전 절삭 공구의 일부분에서 쉽게 야기된다. However, due to the relatively large coefficient of friction of the TiAlN layer, when a cutting tool is used to cut a workpiece made of easily weldable material such as copper or a copper alloy, deposition between the cutting tool and the workpiece is caused by the deposition of the TiAlN layer. It can be easily caused due to the large coefficient of friction. Welding deteriorates cutting performance, such as machining accuracy, and causes wear of the cutting tool at an early stage, and the durability of the desired cutting tool cannot be obtained. For example, in cutting operations using rotary cutting tools, such as ball end mills and drills, welding is easily caused, particularly in frictional contact with the workpiece, such as around the axis of rotation and the parts that make up each slope. This is easily caused in part of the rotary cutting tool.
본 발명은 상기 논의된 배경 기술의 문제점을 고려하여 이루어졌다. 따라서 본 발명의 목적은 주로 TiAlN 으로 구성되는 경질 다층 코팅의 내용착성을 향상시키는 것이다. The present invention has been made in view of the problems of the background art discussed above. It is therefore an object of the present invention to improve the weldability of hard multilayer coatings composed predominantly of TiAlN.
상기 목적을 달성하기 위해서, 제 1 발명은, (a) 소정의 본체에 배치되고 또한 서로 교대로 적층된 TiAlN 층 및 TiAlN+CrN 혼합물층을 포함하는 배면층; (b) 상기 배면층 위에 배치되고 또한 TiAlN+CrN 혼합물층으로 구성되는 중간층 및; (c) 상기 중간층 위에 배치되고 또한 경질 다층 코팅의 표면을 제공하는 CrN 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 경질 다층 코팅을 형성한다. In order to achieve the above object, the first invention comprises: (a) a back layer comprising a TiAlN layer and a TiAlN + CrN mixture layer disposed on a predetermined body and alternately stacked on each other; (b) an intermediate layer disposed on said back layer and composed of a TiAlN + CrN mixture layer; (c) forming a hard multilayer coating, characterized in that it consists of a CrN layer disposed on the intermediate layer and providing a surface of the hard multilayer coating.
제 1 발명의 경질 다층 코팅에 있어서 제 2 발명은, 배면층의 두께가 2 ㎛ ~ 8 ㎛, 중간층의 두께가 0.1 ㎛ ~ 5 ㎛, 및 CrN 층의 두께가 0.1 ㎛ ~ 5 ㎛, 및 경질 다층 코팅의 전체 두께가 10 ㎛ 보다 크지 않은 것을 특징으로 한다.In the hard multilayer coating of the first invention, the second invention has a thickness of the back layer of 2 µm to 8 µm, an intermediate layer of 0.1 µm to 5 µm, and a CrN layer of 0.1 µm to 5 µm, and a hard multilayer The total thickness of the coating is not greater than 10 μm.
제 3 발명은, (a) 소정의 본체에 배치되고 또한 서로 교대로 적층된 TiAlN 층 및 TiAlN+CrN 혼합물층을 포함하는 배면층, 및 (b) 상기 배면층에 배치되고 또한 상기 경질 다층 코팅의 표면을 제공하는 CrN 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 경질 다층 코팅을 형성한다. The third invention provides a backing layer comprising (a) a TiAlN layer and a TiAlN + CrN mixture layer disposed on a predetermined body and alternately stacked with each other, and (b) a rear layer disposed on the backing layer and further comprising A hard multi-layer coating is formed, which is composed of a CrN layer providing a surface.
제 3 발명의 경질 다층 코팅에 있어서, 제 4 발명은, 배면층의 두께가 2 ㎛ ~ 8 ㎛, CrN 층의 두께가 0.1 ㎛ ~ 8 ㎛, 및 경질 다층 코팅의 전체 두께가 10 ㎛ 보다 크지 않은 것을 특징으로 한다. In the hard multilayer coating of the third invention, in the fourth invention, the thickness of the back layer is 2 μm to 8 μm, the thickness of the CrN layer is 0.1 μm to 8 μm, and the total thickness of the hard multilayer coating is not greater than 10 μm. It is characterized by.
제 1 내지 제 4 발명 중 어느 하나의 경질 다층 코팅에 있어서, 제 5 발명은, 상기 배면층의 최하부층 및 최상부층이 상기 TiAlN 층으로 형성되는 것을 특징으로 한다. In the hard multilayer coating of any one of the first to fourth inventions, the fifth invention is characterized in that the bottom and top layers of the rear layer are formed of the TiAlN layer.
제 1 발명 내지 제 5 발명 중 어느 하나에 있어서, 제 6 발명은, 경질 다층 코팅이 절삭 공구의 표면상에 배치되는 것을 특징으로 한다. In any one of the first to fifth inventions, the sixth invention is characterized in that the hard multilayer coating is disposed on the surface of the cutting tool.
제 7 발명은, 경질 다층 코팅 공구가 제 1 내지 제 5 발명 중 하나의 경질 다층 코팅으로 공구의 표면이 코팅되는 것을 특징으로 하는 경질 다층 코팅 공구를 형성한다. The seventh invention forms a hard multilayer coating tool, wherein the hard multilayer coating tool is coated with the hard multilayer coating of one of the first to fifth inventions.
제 1 내지 제 6 발명의 경질 다층 코팅에 있어서, 서로 교대로 적층된 TiAlN 층 및 TiAlN+CrN 혼합물층을 포함하는 배면층의 존재로 인해, 우수한 내마모성 및 인성을 얻는 것이 가능하다. 또한, CrN 층이 경질 다층 코팅의 최상부를 구성하고 또한 경질 다층 코팅 표면의 마찰 계수가 작기 때문에, 윤활성 및 내용착성을 향상시킬 수 있다. 또한, CrN 층의 산화 개시 온도가 약 700 ℃ 로 높기 때문에, 고온의 환경에서도 코팅의 우수한 특성이 안정하게 유지된다.In the hard multilayer coatings of the first to sixth inventions, it is possible to obtain excellent wear resistance and toughness due to the presence of a backing layer comprising a TiAlN layer and a TiAlN + CrN mixture layer laminated alternately with each other. In addition, since the CrN layer constitutes the top of the hard multilayer coating and the friction coefficient of the hard multilayer coating surface is small, the lubricity and the welding resistance can be improved. In addition, since the oxidation start temperature of the CrN layer is high at about 700 ° C., excellent characteristics of the coating are stably maintained even in a high temperature environment.
따라서, 이러한 경질 다층 코팅이 볼 엔드밀 등의 회전 절삭 공구에 적용되면, 예를 들면 경도가 낮고 용착하기가 쉬운 철 또는 비철 재료 (예컨데, 구리 합금) 로 만들어진 작업물을 절삭하는 경우에서부터, 경도가 약 50 HRC 인 열처리강과 같은 경도가 큰 재료로 만들어진 작업물을 절삭하는 경우까지의 넓은 사용 범위에서, 우수한 절삭 성능 및 내구성을 얻는 것이 가능하다. 구체적으로 설명하자면, CrN 층의 존재로 인해, 절삭 작업의 후반 단계에서 각 경사면에서의 마모를 억제하고 경사각이 부의 측으로 변화되는 것을 억제하는 것이 가능하여서, 절삭 능력이 장기간동안 만족스럽게 유지되고, 이에 따라 공구의 내구성이 향상되어 작업물의 완성 표면의 질이 안정된다. 볼 엔드밀과 같은 회전 절삭 공구는 회전 축선 주변에 위치된 원단부를 가지며, 또한 원단부의 절삭 능력이 작기 때문에 작업물은 원단부에 쉽게 용착된다. 그러나, CrN 층의 존재로 인해, 용착이 억제되어서 절삭 성능 및 내구성이 만족스럽게 유지된다. 또한, 고온의 환경에서도 코팅의 우수한 특성을 안정적으로 얻을 수 있기 때문에, 절삭 공구는, 예를 들어 마찰열 등에 의해 야기되는 고온의 가혹한 절삭 조건에서도 고효율로 절삭 작업을 실행할 수 있다.Thus, when such a hard multilayer coating is applied to a rotary cutting tool such as a ball end mill, the hardness can be achieved, for example, when cutting a workpiece made of ferrous or nonferrous material (e.g., a copper alloy) of low hardness and easy to weld. It is possible to obtain excellent cutting performance and durability over a wide range of uses up to cutting workpieces made of hard materials such as heat-treated steel of about 50 HRC. Specifically, due to the presence of the CrN layer, In the later stages of the cutting operation, it is possible to suppress wear on each inclined surface and to suppress the change of the inclined angle to the negative side, so that the cutting capacity is maintained satisfactorily for a long time, thereby improving the durability of the tool and improving the finished surface of the workpiece. The quality is stable. Rotary cutting tools such as ball end mills The workpiece is easily welded to the distal end because of the distal end located around the axis of rotation and the cutting capacity of the distal end is small. However, due to the presence of the CrN layer, welding is suppressed so that cutting performance and durability are satisfactorily maintained. In addition, since the excellent characteristics of the coating can be stably obtained even in a high temperature environment, the cutting tool can perform the cutting operation with high efficiency even under the severe cutting conditions of high temperature caused by, for example, frictional heat or the like.
또한, 제 1 발명에서, TiAlN+CrN 혼합물층 (CrN 포함) 으로 구성되는 중간층이 배면층과 CrN 층 사이에 배치되기 때문에, CrN 층은 고부착성을 갖는 중간층과 적층되어서, CrN 층의 칩핑 및 박리를 또한 유리하게 억제할 수 있다. Further, in the first invention, since the intermediate layer composed of the TiAlN + CrN mixture layer (including CrN) is disposed between the back layer and the CrN layer, the CrN layer is laminated with the intermediate layer having high adhesion, thereby chipping the CrN layer and Peeling can also be advantageously suppressed.
배면층의 최상부층과 최하부층이 각각 TiAlN 층에 의해 형성되는 제 5 발명에 있어서, 배면층은 최하부층을 형성하는 TiAlN 층으로 인해 우수한 부착성으로 소정의 본체 (예를 들면, 공구 모재) 에 부착할 수 있고, 반면에 배면층은 최상부층을 형성하는 TiAlN 층으로 인해 우수한 내마모성을 가질 수 있다. CrN 층이 최상부층으로서 TiAlN 층에 직접 또는 중간층을 통해서 배치되기 때문에, 고경도의 TiAlN 층은 작업물과 직접 접촉하지 않게 된다. 그러나, TiAlN 층은 CrN 층의 변형을 억제하는 기능을 하여서, CrN 층의 내마모성이 향상된다. In the fifth invention in which the top layer and the bottom layer of the back layer are each formed by a TiAlN layer, the back layer is formed on a predetermined body (for example, a tool base material) with excellent adhesion due to the TiAlN layer forming the bottom layer. The backing layer, on the other hand, can have good wear resistance due to the TiAlN layer forming the top layer. Since the CrN layer is disposed on the TiAlN layer directly or through the intermediate layer as the top layer, the high hardness TiAlN layer is not in direct contact with the workpiece. However, the TiAlN layer functions to suppress the deformation of the CrN layer, thereby improving the wear resistance of the CrN layer.
제 7 발명의 경질 다층 코팅 공구에 있어서, 제 1 발명 ~ 제 5 발명에서와 본질적으로 동일한 효과를 얻는 것이 가능하다. In the hard multilayer coating tool of the seventh invention, it is possible to obtain essentially the same effects as in the first to fifth inventions.
본 발명은 절삭날을 갖는 회전 절삭 공구 (예를 들면, 엔드밀, 드릴 및 탭) 의 모재를 피복하기 위한 경질 다층 코팅에 유익하게 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명은 비회전 절삭 공구 (예를 들면, 선반 작업용 공구 홀더에 고정되는 교체가능한 인서트) 및 작업물을 소성변형시켜서 작업물을 원하는 형태로 성형하는 냉간 성형 공구 등의 다른 어떠한 기계 가공 공구에도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 기계가공 공구 이외의 본체 및 부재 (예를 들면, 전자부품) 를 피복하기 위한 표면 보호 코팅으로서 제공되는 경질 다층 코팅에 또한 적용될 수 있다. 경질 다층 코팅으로 피복되는 기계가공 공구의 모재는 초경합금 또는 고속도 공구강으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러나, 공구 모재는 다른 어떠한 금속 재료로도 만들어질 수 있다. The present invention can be advantageously applied to hard multilayer coatings for coating the base material of rotary cutting tools (eg end mills, drills and tabs) with cutting edges. However, the present invention is directed to any other machining tool, such as a non-rotating cutting tool (e.g. a replaceable insert secured to a tool holder for lathe work) and a cold forming tool for plasticizing the workpiece to form the workpiece in the desired shape. Applicable to In addition, the present invention may also be applied to hard multilayer coatings provided as surface protective coatings for coating bodies and members (eg electronic components) other than machining tools. The base material of the machining tool covered with the hard multilayer coating is preferably made of cemented carbide or high speed tool steel. However, the tool base may be made of any other metallic material.
본 발명에 따른 경질 다층 코팅의 형성 방법으로서, 아크 이온 도금법이 유익하게 사용된다. 그러나, 스퍼터 방법 등의 물리적 기상 증착 (PVD) 법, 또는 이와 달리, 플라즈마 CVD 법 및 열 CVD 법 등의 화학적 기상 증착 (CVD) 법이 사용될 수도 있다. As the method for forming the hard multilayer coating according to the present invention, the arc ion plating method is advantageously used. However, a physical vapor deposition (PVD) method such as a sputtering method, or alternatively, a chemical vapor deposition (CVD) method such as a plasma CVD method and a thermal CVD method may be used.
본 발명의 경질 다층 코팅의 전체 두께는 10 ㎛ 이하인 것이 바람직한데, 왜냐하면 전체 두께가 10 ㎛ 를 초과한다면 코팅이 본체로부터 쉽게 박리될 수 있기 때문이다. 또한, 본체가 절삭날을 갖는 겅우, 전체 두께가 10 ㎛ 를 초과하면 절삭날이 둥글게 될 수 있고, 이에 따라 절삭 성능이 악화된다. 배면층의 두께는 2 ㎛ 이상인 것이 바람직한데, 왜냐하면 배면층의 두께가 2 ㎛ 미만이면, 충분한 내마모성, 내열성 및 인성 등의 만족할만한 코팅 성능 및 강도를 얻을 수 없기 때문이다. 또한, 경질 다층 코팅의 전체 두께가 10 ㎛ 이하가 되도록 하기 위해서 배면층의 두께는 8 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. The total thickness of the hard multilayer coating of the present invention is preferably 10 μm or less, because if the total thickness exceeds 10 μm, the coating can be easily peeled from the body. In addition, when the main body has a cutting edge, when the total thickness exceeds 10 m, the cutting edge may be rounded, thereby degrading cutting performance. The thickness of the back layer is preferably 2 μm or more because if the thickness of the back layer is less than 2 μm, satisfactory coating performance and strength such as sufficient wear resistance, heat resistance and toughness cannot be obtained. In addition, in order that the total thickness of a hard multilayer coating may be 10 micrometers or less, it is preferable that the thickness of a back layer is 8 micrometers or less.
배면층에 포함된 TiAlN 층의 두께는 160 nm ~ 2000 nm 이고, 배면층에 포함된 TiAlN+CrN 혼합물층의 두께는 10 nm ~ 1000 nm 인 것이 적절하여서, TiAlN+CrN 혼합물층에 의해 칩핑 및 박리가 효과적으로 방지되고 또한 TiAlN 층에 의해 내마모성이 유지될 수 있다. 배면층이 다수의 TiAlN 층 및 다수의 TiAlN+CrN 혼합물층을 포함하는 경우, TiAlN+CrN 혼합물층은 서로 동일한 각각의 두께를 가지며 TiAlN 층 역시 서로 동일한 각각의 두께를 가질 수 있다. 그러나, TiAlN 층 및 TiAlN+CrN 혼합물층은, TiAlN 층 또는 TiAlN+CrN 혼합물층의 두께가 서로 상이하여서 층의 두께가 연속적으로 변하는 배열과 같은 다양한 배열 중 임의의 하나를 취할 수 있다. 배면층에 포함된 TiAlN 층의 Ti 와 Al 사이의 혼합 결정비는 약 2:8 (=Ti:Al) ~ 6:4 (=Ti:Al) 인 것이 바람직하다. 배면층에 포함되거나 또는 중간층을 형성하는 TiAlN+CrN 혼합물층의 TiAlN 층의 Ti 와 Al 사이의 혼합 결정비는 TiAlN 층의 혼합 결정비와 실질적으로 동일할 수 있지만, TiAlN 층의 혼합 결정비와 꼭 동일할 필요는 없다. The thickness of the TiAlN layer included in the back layer is 160 nm to 2000 nm, and the thickness of the TiAlN + CrN mixture layer included in the back layer is suitably 10 nm to 1000 nm, thus chipping and peeling off by the TiAlN + CrN mixture layer. Is effectively prevented and wear resistance can be maintained by the TiAlN layer. When the back layer includes a plurality of TiAlN layers and a plurality of TiAlN + CrN mixture layers, the TiAlN + CrN mixture layers may have respective thicknesses equal to each other, and the TiAlN layers may also have respective thicknesses equal to each other. However, the TiAlN layer and the TiAlN + CrN mixture layer may take any one of various arrangements, such as an arrangement in which the thicknesses of the TiAlN layer or the TiAlN + CrN mixture layer are different from each other so that the thickness of the layer is continuously changed. The mixing crystal ratio between Ti and Al of the TiAlN layer included in the back layer is preferably about 2: 8 (= Ti: Al) to 6: 4 (= Ti: Al). The mixed crystal ratio between Ti and Al of the TiAlN layer of the TiAlN + CrN mixture layer included in the back layer or forming the intermediate layer may be substantially the same as the mixed crystal ratio of the TiAlN layer, It does not have to be the same.
서로 적층되어 배면층을 구성하는 TiAlN+CrN 혼합물층 및 TiAlN 층의 전체 수는, 배면층의 최하부층 및 최상부층의 각각이 TiAlN 층에 의해 형성되도록, 3 개 이상인 것이 바람직하다. 그러나, 배면층의 최상부층은, 예를 들어 TiAlN+CrN 혼합물층으로 형성될 수 있으며, 이 경우 TiAlN+CrN 혼합물층의 두께는 수십 nm 정도로 작다. 이러한 경우에, 비록 최상부층을 형성하는 TiAlN+CrN 혼합물층 외에 다른 TiAlN+CrN 혼합물층으로 구성된 중간층이 형성될 수 있더라도, 최상부층을 형성하는 TiAlN+CrN 혼합물층은 중간층으로서 사용될 수 있다. 제 3 발명은 CrN 층이 직접 배치되는 배면층의 최상부층이 TiAlN 층으로 형성되는 구성뿐만 아니라, CrN 층이 직접 배치되는 배면층의 최상부층이 TiAlN+CrN 혼합물층으로 형성되는 구성 또한 포함한다. The total number of TiAlN + CrN mixture layers and TiAlN layers stacked on each other to form the back layer is preferably three or more such that each of the bottom layer and the top layer of the back layer is formed of the TiAlN layer. However, the top layer of the back layer may be formed of, for example, a TiAlN + CrN mixture layer, in which case the thickness of the TiAlN + CrN mixture layer is as small as several tens of nm. In this case, although the intermediate layer consisting of other TiAlN + CrN mixture layers other than the TiAlN + CrN mixture layer forming the top layer can be formed, the TiAlN + CrN mixture layer forming the top layer can be used as the intermediate layer. The third invention includes not only a configuration in which the top layer of the back layer on which the CrN layer is directly disposed is formed of a TiAlN layer, but also a configuration in which the top layer of the back layer on which the CrN layer is directly disposed is formed of a TiAlN + CrN mixture layer.
중간층의 두께는 0.1 ㎛ 이상인 것이 적절한데, 왜냐하면 만일 중간층의 두께가 0.1 ㎛ 미만이라면 층간에 충분한 부착이 얻어질 수 없기 때문이다. 경질 다층 코팅의 최상부를 구성하는 CrN 층의 두께는 0.1 ㎛ 이상인 것이 적절한데, 왜냐하면 만일 CrN 층의 두께가 0.1 미만이라면 충분한 윤활성을 얻을 수 없기 때문이다. CrN 층의 두께는 0.5 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 경질 다층 코팅이 중간층을 갖는 경우, 경질 다층 코팅의 전체 두께를 10 ㎛ 이하로 하기 위해서, CrN 층의 두께 및 중간층의 두께 각각은 5 ㎛ 보다 크지 않게 하고, 또한 경질 다층 코팅이 중간층을 갖지 않는 경우에는 CrN 의 두께는 8 ㎛ 보다 크지 않은 것이 적절하다. 경질 다층 코팅이 중간층을 갖지 않는 경우, 경질 다층 코팅이 원하는 코팅 강도 및 성능을 갖기 위해서, 경질 다층 코팅의 전체 두께는 2.1 ㎛ 보다 작지 않고 이때 배면층의 두께는 2 ㎛ 보다 작지 않게 하며 또한 경질 다층 코팅이 중간층을 갖는 경우에는 경질 다층 코팅의 전체 두께는 2.2 ㎛ 보다 작지 않게 하는 것이 적절하다. 경질 다층 코팅이 중간층을 갖는 경우 경질 다층 코팅의 전체 두께는 2.5 ㎛ 보다 작지 않은 것이 바람직하다. It is appropriate that the thickness of the intermediate layer is at least 0.1 μm, since sufficient adhesion between layers cannot be obtained if the thickness of the intermediate layer is less than 0.1 μm. It is appropriate that the thickness of the CrN layer constituting the top of the hard multilayer coating is 0.1 μm or more, because if the thickness of the CrN layer is less than 0.1, sufficient lubricity cannot be obtained. It is preferable that the thickness of a CrN layer is 0.5 micrometer or more. When the hard multilayer coating has an intermediate layer, in order to make the total thickness of the hard multilayer coating 10 μm or less, each of the thickness of the CrN layer and the thickness of the intermediate layer is not larger than 5 μm, and the hard multilayer coating does not have an intermediate layer. It is appropriate that the thickness of CrN is not larger than 8 mu m. If the hard multilayer coating does not have an intermediate layer, in order for the hard multilayer coating to have the desired coating strength and performance, the total thickness of the hard multilayer coating is not less than 2.1 μm, wherein the thickness of the backing layer is not less than 2 μm and also the hard multilayer If the coating has an interlayer, it is appropriate that the total thickness of the hard multilayer coating is not less than 2.2 μm. If the hard multilayer coating has an intermediate layer, the total thickness of the hard multilayer coating is preferably not less than 2.5 μm.
중간층 및 배면층의 혼합물층의 각각은 TiAlN+CrN 혼합물층으로 형성된다. 비록 중간층 및 배면층의 혼합물층이 완전하게 동일한 조성으로 구성될 수 있다 하더라도, 예를 들면, TiAlN 과 CrN 사이의 혼합비, Ti 와 Al 사이의 혼합 결정비, 및 층 형성에 사용되는 아크 전류와 바이어스 전압 등의 층 형성 조건을 변화시킴으로써, 조성 및 특성에 있어, 확실히 서로 상이하게 구성될 수 있다. 본 발명에 있어서, CrN 층은 경질 다층 코팅의 최상부를 구성하도록 제공된다. 그러나, CrN 을 포함하는 중간층이 형성되는 제 1 발명에 있어서, 중간층이 CrN 층의 제공없이 경질 다층 코팅의 최상부를 구성하도록 배열되더라도, 윤활성이 어느 정도 향상되는 효과를 기대할 수 있다. Each of the mixture layer of the intermediate layer and the back layer is formed of a TiAlN + CrN mixture layer. Although the mixture layer of the intermediate layer and the back layer may be composed of exactly the same composition, for example, the mixing ratio between TiAlN and CrN, the mixing crystal ratio between Ti and Al, and the arc current and bias used for forming the layer By changing the layer forming conditions such as the voltage, the composition and the characteristics can be surely different from each other. In the present invention, the CrN layer is provided to constitute the top of the hard multilayer coating. However, in the first invention in which an intermediate layer containing CrN is formed, even if the intermediate layer is arranged to constitute the top of the hard multilayer coating without providing the CrN layer, the effect of improving the lubricity to some extent can be expected.
함유된 다른 원소들이 경질 다층 코팅에 요구되는 특성들인 내마모성, 인성, 부착성, 내열성 및 내용착성에 등에 유리한 원하는 효과를 저해하지 않는 한, 즉, 함유된 다른 원소들이 이 특성들을 심각하게 악화시키지 않는 한, TiAlN 층, TiAlN+CrN 혼합물층(중간층을 포함) 및 CrN 층의 각각은 불가피한 불순물 원소 외에 탄소나 상기 다른 원소를 함유할 수 있다. 예를 들어, 크롬의 순수 질화물뿐만 아니라 C(탄소)를 함유한 탄질화물인 CrCN 도 CrN 으로서 사용될 수 있다. 또한, TiAl 의 순수 질화물뿐만 아니라 C(탄소)를 함유한 탄질화물인 TiAlCN 도 TiAlN 으로서 사용될 수 있다. As long as the other elements contained do not interfere with the desired effect favorable to the properties required for hard multilayer coatings, such as wear resistance, toughness, adhesion, heat resistance and weldability, that is, other elements contained do not seriously deteriorate these properties. In addition, each of the TiAlN layer, the TiAlN + CrN mixture layer (including the intermediate layer), and the CrN layer may contain carbon or other elements in addition to the unavoidable impurity elements. For example, CrCN, a carbonitride containing C (carbon) as well as pure nitride of chromium, can be used as CrN. In addition, TiAlCN, which is a carbonitride containing C (carbon) as well as pure nitride of TiAl, can be used as TiAlN.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태인 엔드밀을 도시하는 일군의 도면으로서, 도 (a) 는 엔드밀의 축선에 대해 수직인 방향에서 본 정면도이고, 도 (b) 는 확대 저면도이며, 도 (c) 는 경질 다층 코팅을 갖는 절삭 치부의 층상부의 단면도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a group diagram showing an end mill as one embodiment of the present invention, in which Fig. (A) is a front view viewed from a direction perpendicular to the axis of the end mill, and Fig. (B) is an enlarged bottom view, and Fig. ( c) is a cross-sectional view of the layered portion of the cutting tooth with a hard multilayer coating.
도 2 는, 도 1 의 도 (c) 에 도시된 경질 다층 코팅과 상이한 다른 실시예의 경질 다층 코팅을 도시하는 단면도이다. FIG. 2 is a cross-sectional view showing another embodiment of the hard multilayer coating different from the hard multilayer coating shown in FIG. 1C.
도 3 은, 도 1 및 도 2 의 경질 다층 코팅을 유리하게 형성하는 것이 가능한 아크형 이온 도금 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 도면이다. 3 is a diagram schematically showing an example of an arc type ion plating apparatus capable of advantageously forming the hard multilayer coating of FIGS. 1 and 2.
도 4 는 서로 비교하여 CrN 및 TiAlN 의 마찰 계수의 측정 결과를 도시하는 일군의 도면으로, 이때 측정은 볼-온-디스크법에 의해 이루어졌다.Fig. 4 is a group showing the measurement results of the friction coefficients of CrN and TiAlN in comparison with each other, wherein the measurement was made by the ball-on-disk method.
도 5 는 코팅 조성에 있어 서로 상이한 코팅 절삭 공구(발명 제품 및 비교 제품을 포함) 각각의 측면 마모의 폭의 측정 결과를 설명하기 위한 일군의 도면으로서, 이때 각각의 코팅 절삭 공구가 규정된 절삭 조건에서 C1100(구리) 을 절삭하는데 사용된 후에 측정이 이루어졌다. FIG. 5 is a group of drawings for explaining the measurement results of the widths of the side wear of each of the coating cutting tools (including the invention product and the comparative product) different in coating composition, wherein each coating cutting tool is defined in cutting conditions. FIG. Measurements were made after being used to cut C1100 (copper) at.
도 6 은 코팅의 조성에 있어 서로 상이한 코팅 절삭 공구 (발명 제품 및 비교 제품 포함) 각각의 측면 마모의 폭의 측정의 결과를 설명하기 위한 일군의 도면 으로서, 이때 각각의 코팅 절삭 공구가 규정된 절삭 조건에서 S50C(기계 구조용 탄소강) 를 절삭하는데 사용된 후에 측정이 이루어졌다. FIG. 6 is a group of drawings for explaining the results of the measurement of the width of the side wear of each of the coating cutting tools (including the invention product and the comparative product) different in the composition of the coating, wherein each coating cutting tool is defined cutting The measurements were made after being used to cut S50C (mechanical structural carbon steel) under the conditions.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 볼 엔드밀 (경질 다층 코팅 공구)10: ball end mill (hard multilayer coating tool)
12: 공구 모재 (본체)12: tool base material (body)
20, 28: 경질 다층 코팅20, 28: hard multilayer coating
22: 배면층22: back layer
22a: TiAlN 층22a: TiAlN layer
22b: 혼합물층22b: mixture layer
24: 중간층24: middle layer
26: CrN 층26: CrN layer
본 발명의 자세한 실시형태가 도면을 참조하여 설명된다. Detailed embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1 은 본 발명이 적용된 경질 다층 코팅 회전 절삭 공구의 일례인 볼 엔드밀 (10) 을 도시하는 일군의 도면이고, 도 (a) 는 볼 엔드밀 (10) 의 축선에 대해 수직인 방향에서 본 정면도이고, 도 (b) 은 볼 엔드밀 (10) 의 원단측에서 본(도 (a) 의 볼 엔드밀 (10) 의 우측에서 본) 확대된 저면도이다. 볼 엔드밀 (10) 은 초경합금으로 만들어진 공구 모재 (12) 를 포함한다. 공구 모재 (12) 는 서로 일체로 형성된 절삭 치부 (14) 와 생크부를 포함한다. 절삭 치부 (14) 에는 한 쌍의 주변 절삭날 (16) 및 한 쌍의 볼 노우즈형 말단 절삭날 (18) 의 형태로 된 절삭날이 형성되어 있고, 절삭날은 축선에 대해 서로 대칭을 이루도록 배열되어서, 볼 엔드밀 (10) 이 축선을 중심으로 회전하는 동안에, 절삭 작업이 볼 노우즈형 말단 절삭날 (18) 및 주변 절삭날 (16) 에 의해 실행될 수 있다. 절삭 치부 (14) 의 표면은 도 1 의 도 (a), (b) 의 사선부로 표시된 경질 다층 코팅 (20) 으로 코팅되어 있다. 도 1 의 도 (c) 는 경질 다층 코팅 (20) 으로 코팅된 절삭 치부 (14) 의 층상부의 단면도이다. 볼 엔드밀 (10) 은 경질 다층 코팅 공구에 해당하고, 반면 공구 모재 (12) 는 경질 다층 코팅 (20) 이 배치된 소정의 본체에 해당한다. FIG. 1 is a group of views showing a ball end mill 10 which is an example of a hard multilayer coated rotary cutting tool to which the present invention is applied, and FIG. (A) is viewed in a direction perpendicular to the axis of the ball end mill 10. FIG. It is a front view, and FIG. (B) is an expanded bottom view seen from the far-end side of the ball end mill 10 (as seen from the right side of the ball end mill 10 of FIG. (A)). The ball end mill 10 includes a
도 1 의 도 (c) 로부터 명백한 바와 같이, 경질 다층 코팅 (20) 은 배면층 (22), 중간층 (24) 및 경질 다층 코팅 (20) 의 최상부 외측을 구성하는 CrN 층 (26) 으로 구성된다. 경질 다층 코팅 (20) 의 전체 두께는 2.2 ㎛ ~ 10 ㎛ 이다. 배면층 (22) 은, TiAlN 층 (22a) 및 TiAlN+CrN 혼합물층 (22b) 을 포함하는 3 개 이상의 층으로 구성되고 이 층들은 서로 교대로 적층되어 있다. 배면층 (22) 의 두께는 2 ㎛ ~ 8 ㎛ 이다. 각 TiAlN 층 (22a) 의 평균 두께는 160 nm ~ 2000 nm 이고, 반면에 각 혼합물층 (22b) 의 평균 두께는 10 nm ~ 1000 nm 이다. 본 실시형태에서, 동일한 두께를 갖는 TiAlN 층 (22a) 및 동일한 두께를 갖는 혼합물층 (22b) 은 서로 교대로 적층된다. 각 혼합물층 (22b) 은, TiAlN 과 CrN 이 규정된 비율로 혼합된 층이다. TiAlN 층 (22a) 과 혼합물층 (22b) 의 TiAlN 의 Ti 와 Al 사이의 혼합 결정비는 2:8 (=Ti:Al) ~ 6:4 (=Ti:Al) 의 범위이다. 본 실시형태에서, Ti 와 Al 사이의 혼합 결정비는 4:6 (=Ti:Al) 이다. 배면부의 각 최상부층 및 최하부층은 TiAlN 층 (22a) 으로 형성된다. TiAlN 층 (22a) 과 혼합물층 (22b) 의 총 수는 3 이상의 홀수이다. As is apparent from FIG. 1C, the hard multilayer coating 20 is composed of a
TiAlN 의 경도 (Hv) 는 약 23000 ~ 3000 이며, 반면 CrN 의 경도 (Hv) 는 약 1800 ~ 2300 이다. TiAlN 및 CrN 을 함유한 각 혼합물층 (22b) 의 경도는 TiAlN 만을 함유한 각 TiAlN 층 (22a) 의 경도보다 낮다. 이에 따라, 큰 경도를 갖는 TiAlN 층 (22a) 및 상대적으로 낮은 경도를 갖는 혼합물층 (22b) 이 서로 교대로 적층된 배면층 (22) 에서는, 큰 경도를 갖는 TiAlN 층 (22a) 의 존재로 인해 우수한 내마모성이 얻어지고, 낮은 경도를 갖는 혼합물층 (22b) 의 존재로 인해 향상된 인성이 얻어질 수 있으며, 이에 따라 코팅 (20) 의 칩핑 및 박리의 위험이 감소될 수 있게 된다. 상기 설명된 바와 같이, 각 TiAlN 층 (22a) 의 평균 두께는 160 nm ~ 2000 nm 이고, 각 혼합물층 (22b) 의 평균 두께는 10 nm ~ 1000 nm 이며, 또한 배면층 (22) 의 총 두께는 2 ㎛ ~ 8 ㎛ 이어서, TiAlN 층 (22a) 의 존재로 인해 내마모성이 유지될 수 있으며 또한 혼합물층 (22b) 의 존재로 인해 칩핑 및 박리가 효과적으로 방지될 수 있다. The hardness (Hv) of TiAlN is about 23000-3000, while the hardness (Hv) of CrN is about 1800-2300. The hardness of each
중간층 (24) 은 TiAlN 및 CrN 이 서로 혼합되어 있는 혼합물층이다. 본 실시형태에서, 중간층 (24) 은 조성에 있어 혼합물층 (22b) 과 동일하다. 중간층 (24) 은 배면층 (22) 에 배치되고, 보다 구제적으로, 배면층 (22) 의 최상부층인 TiAlN 층 (22a) 과 접하여 배치된다. 중간층 (24) 의 두께는 0.1 ㎛ ~ 5 ㎛ 이다. 따라서, TiAlN+CrN 의 중간층 (24) 은 CrN 층 (26) 의 배치 전에 배면층 (24), 즉 최상부 TiAlN 층 (22a) 위에 배치되고, 이에 따라 배면층 (24) 에 대한 CrN 층 (26) 의 부착성은 향상된다. 중간층 (24) 의 TiAlN 의 T i 와 Al 의 혼합 결정비는 2:8 (=Ti:Al) ~ 6:4 (=Ti:Al) 의 범위이다. 본 실시형태에서, Ti 와 Al 사이의 혼합 결정비는 4:6 (=Ti:Al) 이다. The intermediate layer 24 is a mixture layer in which TiAlN and CrN are mixed with each other. In this embodiment, the intermediate layer 24 is identical in composition to the
CrN 층 (26) 은 중간층 (24) 에 접하여 배치되고, 0.1 ㎛ ~ 5 ㎛ 의 두께를 갖는다. CrN 층 (26) 을 구성하는 CrN 은 TiAlN 의 마찰 계수보다 작은 마찰 계수를 갖는다. 따라서, 경질 다층 코팅 (20) 의 최상부 외측 표면을 구성하도록 제공된 CrN 층 (26) 으로 인해, 작업물과 코팅 (20) 사이의 윤활성을 향상시키는 것, 즉, 작업물과 코팅 (20) 사이의 내용착성을 향상시키는 것이 가능해진다. The
도 4 는, JIS R1613 에 규정된 시험 방법과 실질적으로 동일한 볼-온-디스크 방법에 따라 이루어진 CrN 및 TiAlN 의 마찰 계수의 측정 결과를 도시하는 일군의 도면이다. 도 4 에서, 도 (a) 는 시험의 조건을 나타내며 도 (b) 는 시험 결과를 나타낸다. 도 (b) 의 마찰 계수 곡선은 시작 기간에서 각 마찰 계수의 변화를 나타낸다. TiAlN 의 마찰 계수는 약 0.5 ~ 0.7 의 범위 내에 집중되고, 반면에 CrN 의 마찰 계수는 약 0.3 이다. 또한, 도 4 의 도 (c) 는 고온 (400℃) 에서 측정된 마찰 계수를 보여준다. 고온에서 측정된 TiAlN 의 마칠 계수는 약 0.7 이고, 반면에 고온에서 측정된 CrN 의 마찰 계수는 약 0.25 이다. 따라서, 고온에서 측정된 마찰 계수는 실질적으로 실온 (25℃) 에서 측정된 값 (도 4 의 도 (b)) 과 동일하다. 도 4 의 도 (c) 에 보여지는 마찰 계수는, 온도가 400℃ 라는 것을 제외하고는 도 4 의 도 (a) 와 동일한 시험 조건에서 측정되었다. 4 is a group of diagrams showing the results of measurement of coefficients of friction of CrN and TiAlN made according to the ball-on-disk method substantially the same as the test method specified in JIS R1613. In Fig. 4, Fig. (A) shows the conditions of the test and Fig. (B) shows the test results. The friction coefficient curve in FIG. (B) shows the change of each friction coefficient in the starting period. The coefficient of friction of TiAlN is concentrated in the range of about 0.5 to 0.7, while the coefficient of friction of CrN is about 0.3. In addition, FIG. 4C shows the friction coefficient measured at high temperature (400 ° C.). The finish coefficient of TiAlN measured at high temperature is about 0.7, while the coefficient of friction of CrN measured at high temperature is about 0.25. Therefore, the friction coefficient measured at high temperature is substantially the same as the value measured at room temperature (25 ° C.) (FIG. 4B). The friction coefficient shown in FIG. 4C was measured under the same test conditions as in FIG. 4A except that the temperature was 400 ° C.
비록 상기 설명된 경질 다층 코팅 (20) 이 중간층 (24) 을 포함한다 하더라 도, 도 2 의 경질 다층 코팅 (28) 에서와 같이, CrN 층 (26) 은, 중간층 (24) 이 생략된 채 배면층 (22) 에 직접 배치될 수 있다. 이 경우에, 배면층 (22) 은 실질적으로 경질 다층 코팅 (20) 과 동일한 구조를 가질 수 있고, 중간층 (24) 의 부재로 인해 CrN 층 (26) 의 두께는 증가될 수 있다. 따라서, CrN 층 (26) 의 두께는 0.1 ㎛ ~ 8 ㎛ 일 수 있다. Although the hard multilayer coating 20 described above comprises an intermediate layer 24, as in the hard multilayer coating 28 of FIG. 2, the
배면층 (22) 의 TiAlN 층 (22a) 과 혼합물층 (22a) 및 중간층 (24) 에 함유된 TiAlN 은 탄소를 함유하지 않은 TiAl 의 순수 질화물이다. 그러나, TiAl 의 순수 질화물은, 경도, 부착성 및 다른 특성들이 저하되지 않도록 그 양이 결정된 탄소를 함유하는 탄질화물인 TiAlCN 으로 대체되게 된다. 배면층 (22) 의 혼합물층 (22b), 중간층 (24) 및 CrN 층 (26) 에 함유된 CrN 은 탄소를 함유하지 않은 크롬의 순수 질화물이다. 그러나, 크롬의 순수 질화물은, 윤활성, 내열성 및 다른 특성들이 저하되지 않도록 그 양이 결정된 탄소를 함유하는 탄질화물인 CrCN 에 의해 대체되게 된다. TiAlN contained in the
한편, 도 3 은 경질 다층 코팅 (20 또는 28) 을 형성하는데 유리하게 사용될 수 있는 아크형 이온 도금 장치 (30) 를 도시하는 개략도 (계략적인 선도) 이다. 상기 아크형 이온 도금 장치 (30) 는, 아직 경질 다층 코팅 (20) 이 형성되지 않았고 이미 절삭날 (16, 18) 이 형성된 모재 (12) 형태의 중간 제품 다수를 지지하는 지지 부재 (32) ; 실질적으로 수직 방향으로 향한 회전 축선을 중심으로 지지 부재 (32) 를 회전시키는 회전 장치 (34) ; 모재 (12) 에 음의 바이어스 전압을 인가시키는 바이어스 전압 전원 (36) ; 내부에 모재 (12) 를 수용하는 챔버 (38) 형 태의 처리 용기 ; 제 1, 2 아크 방전 전원 (44, 46) ; 챔버 (38) 내부에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 장치 (40) ; 및 예컨데 진공 펌프로 반응기 (22) 내부의 가스를 빨아들여 챔버 (38) 의 내부 압력을 줄이는 진공 장치 (42) 와 같은 구성 요소를 포함한다. 상기 지지 부재 (32) 는 상기의 회전 축선에 중심을 갖는 원통형 또는 삼각기둥형 부재로 되어 있다. 상기 다수의 모재 (12) 는 지지 부재 (32) 에 지지되어 각 모재 (12) 는 실질적으로 수평으로 위치하고 절삭날 (14) 은 상기 지지 부재 (32) 의 반경 방향 외부로 돌출하게 된다. 반응 가스 공급 장치 (40) 에는 질소 가스 (N2) 가 저장된 탱크가 장착되어, 챔버 (38) 내부로 질소 가스를 공급함으로써 TiAl 의 질화물 및 Cr 의 질화물이 형성될 수 있다. TiAl 의 탄질화물 및 Cr 의 탄질물화물이 형성될 때, 탄화수소 가스 (CH4, C2H2 등) 을 저장하는 탱크가 제공되어 질소 가스 외에 탄화수소 가스도 공급된다는 것을 주의해야 한다. On the other hand, FIG. 3 is a schematic diagram (schematic diagram) showing an arc type
제 1 아크 방전 전원 (44) 은, 혼합물층 (22b) 및 TiAlN 층 (22a) 에 함유된 TiAlN 을 구성하는 TiAl 합금의 형태인, 음극으로서 제 1 증발원(타겟) (48) 에 연결되며, 또한 양극 (50) 에도 연결된다. 제 1 아크 방전 전원 (44) 은 제 1 증발원 (48) 과 양극 (50) 사이에 아크 방전을 일으키기 위해 이들 증발원과 양극 사이에 소정의 아크 전류를 공급하는 기능을 하여서, TiAl 이 제 1 증발원 (48) 으로부터 증발하게 된다. 증발된 TiAl 은 금속 이온 (양이온) 이 되어, 바이어스 전압 전원 (36) 에 의해 음의 바이어스 전압이 인가되는 공구 모재 (12) 에 부착된 다. 유사하게, 제 2 아크 방전 전원 (46) 은 혼합물층 (22b), 중간층 (24) 및 CrN 층 (26) 에 함유된 CrN 을 을 구성하는 Cr 로 형성된 음극으로서 제 2 증발원(타겟) (52) 에 연결되고, 또한 양극 (54) 에도 연결된다. 제 2 아크 방전 전원 (46) 은 제 2 증발원 (52) 과 양극 (54) 사이에 아크 방전을 일으키기 위해 이들 증발원과 양극 사이에 소정의 아크 전류를 공급하는 기능을 하여서, Cr 이 제 2 증발원 (52) 으로부터 증발하게 된다. 증발된 Cr 은 금속 이온 (양이온) 이 되어, 바이어스 전압 전원 (36) 에 의해 음의 바이어스 전압이 공급되는 공구 모재 (12) 에 부착된다. The first arc
경질 다층 코팅 (20, 28) 이 아크형 이온 도금 장치 (30) 을 사용하여 공구 모재 (12) 의 절삭 치부 (14) 의 표면에 형성되도록 할 때, 챔버 (38) 의 내부 압력은 반응 가스 공급 장치 (40) 및 진공 장치 (42) 에 의해 소정치 (예컨대, 1.33 × 5 ×10-1 Pa ~ 1.33 × 40 ×10-1 Pa) 로 유지되며, 음의 바이어스 전압의 소정치 (예컨대, -50V ~ -150V 의 범위) 는 바이어스 전압 전원 (36) 에 의해 공구 모재 (12) 에 가해진다. 이 경우, 진공 장치 (42) 는 챔버 (30) 를 진공화시키며, 동시에 반응 가스 공급 장치 (40) 는 챔버 (30) 의 내부 압력이 상기한 소정치로 유지되도록 챔버 (30) 내로 반응 가스를 공급한다. 그 후에, 회전 장치 (34) 가 작동되어 지지 부재 (32) 가 소정의 회전수 (예를 들어, 3 min-1) 로 회전되고, 제 1 아크 방전 전원 (44) 및 제 2 아크 방전 전원 (46) 에 선택적으로 전압을 공급 (ON) 하거나 전압을 끊음 (OFF) 으로써 경질 다층 코팅 (20, 28) 이 공구 모재 (12) 상에 형성되게 된다. When the
구체적으로, 제 1 아크 방전 전원 (44) 이 ON (에너지 공급) 을 유지하고 제 2 아크 방전 전원 (46) 이 OFF (에너지 끊김) 를 유지할 때, 아크 전류가 제 1 증발원 (48) 과 양극 (50) 사이에 공급되어 TiAl 의 금속 이온이 제 1 증발원 (48) 으로부터 방출된다. TiAl 의 방출된 금속 이온은 질소 가스와 반응하여, TiAlN 이 형성되고 공구 모재 (12) 의 표면에 부착되고, 이에 따라 TiAlN 층 (22a) 이 형성되게 된다. 제 1 아크 방전 전원 (44) 에 의해 공급된 아크 전류의 값과 제 1 아크 방전 전원 (44) 이 ON 을 유지하는 파워-온 시간은 TiAlN 층 (22a) 의 원하는 두께에 따라 결정된다. Specifically, when the first arc
또한, 제 2 아크 방전 전원 (46) 이 ON (에너지 공급) 을 유지하고 제 1 아크 방전 전원 (44) 이 OFF (에너지 끊김) 를 유지할 때, 아크 전류가 제 2 증발원 (52) 과 양극 (54) 사이에 공급되어 Cr 의 금속 이온이 제 1 증발원 (48) 으로부터 방출된다. Cr 의 방출된 금속 이온은 질소 가스와 반응하여, CrN 이 형성되고 공구 모재 (12) 의 표면에 부착하여, 이에 따라 CrN 층 (26) 이 형성될 수 있다. 제 2 아크 방전 전원 (46) 에 의해 공급된 아크 전류의 값과 제 2 아크 방전 전원 (46) 이 ON 을 유지하는 동안의 파워-온 시간은 CrN 층 (26) 의 원하는 두께에 따라 결정된다. In addition, when the second arc
또한, 제 1 아크 방전 전원 (44) 및 제 2 아크 방전 전원 (46) 이 모두 ON (에너지 공급) 을 유지할 때, 제 1 증발원 (48) 과 양극 (50) 사이에 공급되면서 아크 전류는 제 2 증발원 (52) 과 양극 (54) 사이에도 아크 전류가 공급된다. 이 경우에, TiAl 의 금속 이온이 제 1 증발원 (48) 으로부터 방출되고 Cr 의 금속 이온은 제 2 증발원 (52) 으로부터 방출된다. 방출된 TiAl 의 금속 이온 및 Cr 의 금속 이온은 질소 가스와 반응하여서, TiAlN 및 CrN 이 형성되어 공구 모재 (12) 의 표면에 부착하게 된다. 제 1 증발원 (48) 및 제 2 증발원 (52) 이 지지 부재 (32) 의 각 반대측에 장착되기 때문에, 지지 부재 (32) 가 회전됨에 따라 TiAlN 및 CrN 은 교대로 공구 모재 (12) 에 부착되어서, TiAlN 과 CrN 이 서로 혼합된 혼합물층 (22b) 및 중간층 (24) 이 형성되는 것이 가능하다. 제 1 아크 방전 전원 (44) 및 제 2 아크 방전 전원 (46) 이 ON 을 유지하는 파워-온 시간은 혼합물층 (22b) 및 중간층 (24) 의 원하는 두께에 따라 결정된다. 제 1 아크 방전 전원 (44) 및 제 2 아크 방전 전원 (46) 에 의해 공급되는 아크 전류의 값은 혼합물층 (22b) 및 중간층 (24) 의 원하는 두께와 TiAlN 과 CrN 사이의 혼합비에 따라 결정된다. In addition, when both the first arc
따라서, 제 1 아크 방전 전원 (44) 및 제 2 아크 방전 전원 (46) 각각을 전원 공급 상태와 전원 끊김 상태 (ON 과 OFF 상태) 사이에서 전환함에 따라, 배면층 (22)(서로 교대로 적층된 TiAlN+CrN 혼합물층 (22b) 과 TiAlN 층 (22a) 을 포함한다), TiAlN+CrN 혼합물층으로 구성된 중간층 (24), 및 CrN 층 (26) 을 연속적으로 형성하는 것이 가능하여서, 경질 다층 코팅 (20, 28) 이 공구 모재 (12) 의 표면에 배치될 수 있다. 제 1 아크 방전 전원 (44) 및 제 2 아크 방전 전원 (46) 의 각각을 전환하는 등의 경질 다층 코팅 (20, 28) 의 형성을 위한 작업은 컴퓨터를 포함한 제어 장치에 의해 자동으로 실행될 수 있다. Thus, as each of the first arc
본 실시형태의 경질 다층 코팅 (20, 28) 에 있어서, 서로 교대로 적층된 TiAlN+CrN 혼합물층 (22b) 및 TiAlN 층 (22a) 을 포함하는 배면층 (22) 의 존재로 인해, 우수한 내마모성 및 인성을 얻는 것이 가능하다. 또한, CrN 층 (26) 이 경질 다층 코팅 (20, 28) 의 최상부를 구성하고 또한 경질 다층 코팅 (20, 28) 의 표면이 낮은 마찰 계수를 가지기 때문에, 윤활성 및 내용착성을 향상시키는 것이 가능하다. 또한, CrN 층 (26) 의 산화 개시 온도가 약 700 ℃ 정도로 높기 때문에, 고온의 환경에서도 코팅의 우수한 특성이 안정적으로 유지되게 된다. In the
따라서, 경질 다층 코팅 (20, 28) 으로 피복된 볼 엔드밀 (10) 에 있어서, 예를 들면 경도가 낮고 용착되기가 쉬운 철 또는 비철 재료로 만들어진 작업물을 절삭하는 경우에서부터, 경도가 약 50 HRC 인 열처리 강과 같은 경도가 큰 재료로 만들어진 작업물을 절삭하는 경우까지의 넓은 사용 범위에서 우수한 절삭 성능 및 내구성을 얻는 것이 가능하다. 구체적으로 설명하자면, CrN 층 (26) 의 존재로 인해, 절삭 작업의 후반 단계에서 각 경사면에서의 마모를 억제하고 경사각이 부의 측으로 변화되는 것을 억제하는 것이 가능하여서, 절삭 능력이 장기간동안 만족스럽게 유지되고, 이에 따라 공구의 내구성이 향상되어 작업물의 완성 표면의 질이 안정된다. 볼 엔드밀 (10) 은 회전 축선 주변에 위치된 원단부를 가지며, 또한 원단부의 절삭 능력이 작기 때문에 작업물은 원단부에 쉽게 용착된다. 그러나, CrN 층 (26) 의 존재로 인해, 용착이 억제되어서 절삭 성능 및 내구성이 만족스럽게 유지된다. 또한, 고온의 환경에서도 코팅의 우수한 특성을 안정적으로 얻을 수 있기 때문에, 절삭 공구는, 예를 들어 마찰열 등에 의해 야기되는 고온의 가혹 한 절삭 조건에서도 고효율로 절삭 작업을 실행할 수 있다.Therefore, in the ball end mill 10 coated with the
배면층 (22) 의 최상부층 및 최하부층의 각각이 TiAlN 층 (22a) 으로 제공되는 본 실시형태에 있어서, 배면층 (22) 은 최하부층을 이루는 TiAlN 층 (22a) 에 의해 우수한 부착성으로 공구 모재 (12) 에 부착될 수 있으며, 배면층 (22) 은 최상부층을 이루는 TiAlN 층 (22a) 에 의해 우수한 내마모성을 가질 수 있다. CrN 층 (26) 이, 최상부층을 이루는 TiAlN 층 (22a) 위에 직접 또는 중간층 (24) 을 통해 배치되기 때문에, 고경도를 갖는 TiAlN 층 (22a) 은 작업물과 직접 접촉하지 않게 된다. 그러나, TiAlN 층 (22a) 은 CrN 층 (26) 의 변형을 억제하는 기능을 하여서, CrN 층 (26) 의 내마모성이 향상되게 된다. In the present embodiment in which each of the uppermost layer and the lowermost layer of the
또한, 도 1 의 경질 다층 코팅 (20) 에 있어서, TiAlN+CrN 혼합물층 (CrN 함유) 으로 구성되는 중간층 (24) 이 배면층 (22) 과 CrN 층 (26) 사이에 배치되기 때문에, CrN 층 (26) 은, TiAlN 층 (22a) 으로 형성된 최상부층을 갖는 배면층 (22) 에 대해 고부착성으로 적층되어서, CrN 층 (26) 의 칩핑 및 박리가 또한 더욱 유리하게 억제될 수 있다. Further, in the hard multilayer coating 20 of FIG. 1, since the intermediate layer 24 composed of the TiAlN + CrN mixture layer (containing CrN) is disposed between the
또한, 본 실시형태의 경질 다층 코팅 (20, 28) 에 있어서, 코팅 (20, 28) 의 전체 두께가 10 ㎛ 보다 크지 않기 때문에, 공구 모재 (12) 로부터 코팅 (20, 28) 의 박리가 억제될 수 있어서, 코팅 (20, 28) 과 공구 모재 (12) 사이의 우수한 부착성을 얻을 수 있다. 또한, 전체 두께가 10 ㎛ 보다 크지 않기 때문에, 주변 절삭날 (16) 과 볼 노우즈형 말단 절삭날 (18) 이 둥글게 되는 것을 피할 수 있어서, 절삭 성능의 저하가 방지될 수 있다. 한편, 코팅 (20, 28) 의 전체 두께가 2.2 ㎛ 보다 작지 않기 때문에, 소정의 코팅 강도 및 코팅 성능을 얻을 수 있다. 즉, 배면층 (22) 의 두께가 2 ㎛ 보다 작지 않기 때문에, 배면층 (22) 에 요구되는 충분한 내마모성, 내열성 및 인성 등과 같은 코팅 성능 및 강도를 얻을 수 있다. 또한, 중간층 (24) 및 CrN 층 (26) 의 각 두께가 0.1 ㎛ 보다 작지 않기 때문에, 충분한 부착성 및 윤활성 등의 코팅 성능을 얻을 수 있다. In addition, in the
도 5 는 각각 반경 (R) 이 1.5 mm 인 볼 노우즈형 말단 절삭날 (18) 을 갖는 볼 엔드밀 (10) 각각에 대해 VB 마모폭 (측면 마모 폭) 의 측정 결과를 보여주는 일군의 도면이며, 각각의 볼 엔드밀 (10) 이 도 5 의 도 (a) 에 명시된 절삭 조건 하에서 C1100(JIS: 구리) 을 400 mm 절삭하는데 사용된 후에 측정이 이루어졌다. 볼 앤드밀 (10) 은 도 5 의 도 (b) 에 명시된 각기 다양한 코팅을 가졌다. 도 5 의 도 (b) 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제품의 VB 마모폭은 0.035 ㎛ ~ 0.049 ㎛ 의 범위여서, 본 발명의 제품이 비교 제품보다 향상된 내마모성을 갖고 또한 구리 등과 같이 용착이 용이한 작업물에 대해서도 우수한 내구성을 갖는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 제품 각각의 내구성은 다층 구조의 배면층 (22) 만으로 이루어진 코팅을 갖는 비교 제품의 내구성보다 2 배 이상 높은데, 이는 비교 제품의 VB 마모폭이 0.093 ㎛ 이기 때문이다. 본 발명의 제품뿐만 아니라 비교 제품에 있어서도, 다층 구조 (TiAlN 층 (22a) 과 TiAlN+CrN 혼합물층 (22b) 이 서로 교대로 적층되어 있다) 를 갖는 배면층 (22) 의 최상부층 및 최하부층 각각은 TiAlN 층 (22a) 으로 되어 있다는 것을 주의해야 한다. FIG. 5 is a group of drawings showing measurement results of VB wear width (side wear width) for each ball end mill 10 having a ball nose
도 6 은 반경 (R) 이 3 mm 인 각 볼 노우즈형 말단 절삭날 (18) 을 갖는 볼 엔드밀 (10) 의 각각의 VB 마모폭 (측면 마모폭) 의 측정 결과를 보여주는 일군의 도면이고, 이때 측정은, 각 볼 엔드밀 (10) 이 도 6 의 도 (a) 에 명시된 절삭 조건하에서 56 mm 거리에 걸쳐 S50C(JIS: 기계 구조용 탄소강) 을 절삭하는데 사용된 후에 이루어졌다. 볼 엔드밀 (10) 은 도 6 의 도 (b) 에 명시된 각각의 다양한 코팅을 가졌다. 도 6 의 도 (b) 에 도시된 바와 같이, 본 발명에서의 VB 마모폭은 0.063 ㎛ ~ 0.078 ㎛ 의 범위여서, 본 발명의 제품은 비교 제품보다 향상된 내마모성을 가지며 또한 탄소강과 같은 고경도의 재료로 만들어진 작업물에도 대해서도 우수한 내구성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 제품의 각각의 내구성은 다층 구조를 갖는 배면층 (22) 만으로 구성된 코팅을 갖는 비교 제품보다 10 % 향상되는데, 이는 비교 제품의 VB 마모폭이 0.091 ㎛ 이기 때문이다. 본 발명의 제품은 물론 비교 제품에 있어서도, 다층 구조 (TiAlN 층 (22a) 과 TiAlN+CrN 혼합물층 (22b) 이 서로 교대로 적층되어 있다) 를 갖는 배면층 (22) 의 최상부층 및 최하부층 각각은 TiAlN 층 (22a) 으로 되어 있다는 것을 주의해야 한다.FIG. 6 is a group of drawings showing the measurement results of the respective VB wear widths (lateral wear widths) of the ball end mills 10 having the respective ball nose
본 발명의 바람직한 실시예가 상기된 바와 같이 설명되었지만, 본 발명은 상기 실시예의 상세한 설명에 한정되지 않으며, 다음 청구항에서 규정하는 발명의 범위 및 요지를 벗어나지 않는, 다양한 다른 변경, 변화 및 개선이 당업자에 의해 실시될 수 있음을 알 수 있다. While the preferred embodiments of the present invention have been described as described above, the present invention is not limited to the details of the above embodiments, and various other changes, changes, and improvements may be made to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention as defined in the following claims. It can be seen that it can be carried out by.
경질 다층 코팅이 회전 절삭 공구 등의 공구 모재의 표면에 배치되며, 본 발 명의 경질 다층 코팅이 충분한 내마모성 및 내용착성을 갖기 때문에, 예를 들면 경도가 낮고 용착하기가 쉬운 구리 합금 또는 다른 재료로 만들어진 작업물을 절삭하는 경우에서부터, 열처리 강과 같은 경도가 큰 재료로 만들어진 작업물을 절삭하는 경우까지의 넓은 범위에서, 우수한 절삭 성능 및 내구성을 얻는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명의 경질 다층 코팅은 볼 엔드밀과 같은 절삭 공구의 표면에 배치될 경질 코팅으로서 유익하게 사용된다. 또한, 예를 들어, 기계가공 공구 이외에 전자 부품 등의 본체의 표면 보호 코팅으로서 제공되는 코팅에 또한 적용될 수 있다. A hard multilayer coating is placed on the surface of a tool base material such as a rotary cutting tool, and since the hard multilayer coating of the present invention has sufficient wear resistance and welding resistance, for example, it is made of copper alloy or other material having low hardness and easy to weld. It is possible to obtain excellent cutting performance and durability in a wide range from cutting a workpiece to cutting a workpiece made of a hard material such as heat-treated steel. Thus, the hard multilayer coating of the present invention is advantageously used as a hard coating to be placed on the surface of a cutting tool such as a ball end mill. In addition, it can also be applied to coatings provided as surface protective coatings of bodies, such as electronic components, for example, in addition to machining tools.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020077001157A KR100821535B1 (en) | 2007-01-17 | 2005-09-01 | Hard multilayer coatings and hard multilayer coating tools comprising the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020077001157A KR100821535B1 (en) | 2007-01-17 | 2005-09-01 | Hard multilayer coatings and hard multilayer coating tools comprising the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20070088451A KR20070088451A (en) | 2007-08-29 |
KR100821535B1 true KR100821535B1 (en) | 2008-04-14 |
Family
ID=38614015
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020077001157A Expired - Fee Related KR100821535B1 (en) | 2007-01-17 | 2005-09-01 | Hard multilayer coatings and hard multilayer coating tools comprising the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100821535B1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008026358A1 (en) * | 2008-05-31 | 2009-12-03 | Walter Ag | Tool with metal oxide coating |
KR101367702B1 (en) * | 2013-10-29 | 2014-02-27 | (주)아시아써모텍 | A manufacturing method of steel having multi-coating layer |
DE102013018007A1 (en) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | Oerlikon Trading Ag, Trübbach | Method for improving the Gegenkörperverschleisses in tribological contact |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07205362A (en) * | 1994-01-21 | 1995-08-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Surface-coated member with excellent wear resistance |
JPH09104965A (en) * | 1995-10-06 | 1997-04-22 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | High toughness coated member |
JP2002030413A (en) * | 2000-07-19 | 2002-01-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Thin film forming apparatus and thin film forming method |
JP2002275618A (en) * | 2001-03-13 | 2002-09-25 | Osg Corp | Hard laminated coating film, hard laminated coating film coated tool and formation of the hard laminated coating film |
KR20050002178A (en) * | 2003-06-30 | 2005-01-07 | 한국야금 주식회사 | A multi-layer with high antiwear and lubricous coated to cemeted carbide tool |
-
2005
- 2005-09-01 KR KR1020077001157A patent/KR100821535B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07205362A (en) * | 1994-01-21 | 1995-08-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Surface-coated member with excellent wear resistance |
JPH09104965A (en) * | 1995-10-06 | 1997-04-22 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | High toughness coated member |
JP2002030413A (en) * | 2000-07-19 | 2002-01-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Thin film forming apparatus and thin film forming method |
JP2002275618A (en) * | 2001-03-13 | 2002-09-25 | Osg Corp | Hard laminated coating film, hard laminated coating film coated tool and formation of the hard laminated coating film |
KR20050002178A (en) * | 2003-06-30 | 2005-01-07 | 한국야금 주식회사 | A multi-layer with high antiwear and lubricous coated to cemeted carbide tool |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20070088451A (en) | 2007-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7713612B2 (en) | Hard multilayer coating, and hard multilayer coated tool including the hard multilayer coating | |
US7008688B2 (en) | Hard multilayer coating, hard multilayer coated tool including the hard multilayer coating, and method of forming the hard multilayer coating | |
KR101122497B1 (en) | Hard multilayer coating, and hard multilayer coated tool including the hard multilayer coating | |
US7718043B2 (en) | Multilayer hard coating for tools | |
JP5422651B2 (en) | Hard coating and hard coating tool | |
WO2010007661A1 (en) | Hard coating and hard coating furnished tool | |
US20020039670A1 (en) | Multilayer-coated cutting tool | |
KR101154611B1 (en) | Cutting tool | |
KR101544661B1 (en) | Hard laminated coating | |
KR100821535B1 (en) | Hard multilayer coatings and hard multilayer coating tools comprising the same | |
US20200406365A1 (en) | Cutting tool and method for manufacturing same | |
JP2002331408A (en) | Abrasion resistant coating film-covered tool | |
KR101544660B1 (en) | Hard laminated coating | |
JP2007063650A (en) | Hard stacked film, and hard stacked film-coated tool | |
US20200406364A1 (en) | Cutting tool and method for manufacturing same | |
JP2001328008A (en) | Abrasion resistant film-covered tool | |
US20210292885A1 (en) | Hard coating and hard-coating-covered member | |
JP4160921B2 (en) | Hard coating tool | |
JP2002331407A (en) | Abrasion resistant coating film-covered tool | |
JP2002337004A (en) | Abrasive-resistant coating coated tool | |
JP2008254144A (en) | Hard film and hard film coated tool | |
JPWO2008050384A1 (en) | Hard laminate coating, hard laminate coating tool, and method for forming coating | |
JP2002337003A (en) | Abrasive-resistant coating coated tool | |
WO2010007660A1 (en) | Hard coating and hard coating furnished tool | |
JP2008254145A (en) | Hard film and hard film coated tool |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
PA0105 | International application |
Patent event date: 20070117 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
|
PA0201 | Request for examination | ||
PG1501 | Laying open of application | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20080115 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20080404 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20080404 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20110401 Year of fee payment: 6 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20110401 Start annual number: 4 End annual number: 6 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20150309 |