KR102055320B1 - Target for physical deposition, nitride hard coating using thereof and methods of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 Cr: 9 ~ 40 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현한 질화물 경질피막으로서, Al을 기지로 하며, 5 ~ 25 원자%의 Cr 및 0.1 ~ 4 원자%의 Fe을 함유하는, 질화물 경질피막을 제공한다. The present invention performs a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to a physical vapor deposition target consisting of an alloy consisting of Cr: 9 to 40 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic% and the balance Al As a nitride hard film embodied, a nitride hard film is provided based on Al and containing 5 to 25 atomic% Cr and 0.1 to 4 atomic% Fe.
Description
본 발명은 타겟, 이에 의한 경질피막 및 이들의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 물리증착용 타겟, 이에 의한 질화물 경질피막 및 이들의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a target, a hard coating thereby, and a method for producing the same, and more particularly, to a target for physical vapor deposition, a nitride hard film thereby, and a method for producing the same.
코팅 절삭 공구의 성능 향상을 도모하기 위하여 공구 설계, 에지 처리, 우수한 모재 및 코팅피막 분야에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 코팅 절삭 공구에서 코팅피막의 제조비용은 전체 비용의 15% 정도에 불과하지만 코팅피막의 유무에 따른 절삭 공구의 성능은 2 ~ 3배 정도의 유의차가 발생한다. 이러한 상황에 근거하여 코팅피막으로서 질화물 경질피막에 대한 산업계의 수요가 증대되고 있다. In order to improve the performance of coated cutting tools, various studies have been made in the field of tool design, edge treatment, excellent base material and coating film. In the coating cutting tool, the manufacturing cost of the coating film is only about 15% of the total cost, but the performance of the cutting tool according to the presence or absence of the coating film is about 2-3 times. Based on this situation, the industrial demand for nitride hard coatings as coating coatings is increasing.
본 발명은 경질피막의 부착력, 내열성 및 경도를 확보할 수 있는 질화물 경질피막과 이를 구현하기 위한 물리증착용 타겟 및 이들의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.It is an object of the present invention to provide a nitride hard film, a physical vapor deposition target for implementing the same, and a method of manufacturing the same, which can secure the adhesion, heat resistance, and hardness of the hard film. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟으로서, Cr: 9 ~ 40 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진, 물리증착용 타겟을 제공한다.According to one embodiment of the present invention, as a physical vapor deposition target used in the manufacture of hard coating, Cr: 9 to 40 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic% and the balance is made of an alloy consisting of Al, physical vapor deposition target To provide.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟으로서, Cr: 9 ~ 32 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나: 0.1 ~ 20 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진, 물리증착용 타겟을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, as a target for physical vapor deposition used in the production of hard coating, Cr: 9 to 32 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb Any one selected from Y and V: 0.1 to 20 atomic% and the balance provides a target for physical vapor deposition, consisting of an alloy consisting of Al.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, Al 분말, Cr 분말 및 Fe 분말을 준비하는 단계; 상기 Al 분말, 상기 Cr 분말 및 상기 Fe 분말을 혼합하여 기계적 합금화를 수행하는 단계; 및 상기 기계적 합금화가 수행된 혼합분말을 진공 분위기 또는 대기 중에서 소결하는 단계; 를 포함하며, 상기 소결이 완료된 소결체는 Cr: 9 ~ 40 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진, 물리증착용 타겟의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, preparing an Al powder, Cr powder and Fe powder; Performing mechanical alloying by mixing the Al powder, the Cr powder and the Fe powder; And sintering the mixed powder subjected to the mechanical alloying in a vacuum atmosphere or air. It includes, the sintered sintered body is made of an alloy consisting of Cr: 9 to 40 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic% and the balance Al, provides a method for producing a physical vapor deposition target.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, Al 분말, Cr 분말, Fe 분말, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나의 분말을 준비하는 단계; 상기 Al 분말, 상기 Cr 분말, 상기 Fe 분말, 상기 Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나의 분말을 혼합하여 기계적 합금화를 수행하는 단계; 및상기 기계적 합금화가 수행된 혼합분말을 진공 분위기 또는 대기 중에서 소결하는 단계; 를 포함하며, 상기 소결이 완료된 소결체는 Cr: 9 ~ 32 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나: 0.1 ~ 20 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진, 물리증착용 타겟의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, preparing a powder selected from Al powder, Cr powder, Fe powder, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V; Performing mechanical alloying by mixing any one powder selected from the Al powder, the Cr powder, the Fe powder, the Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V; And sintering the mixed powder subjected to the mechanical alloying in a vacuum atmosphere or air. The sintered sintered body is completed, the sintered compact is any one selected from Cr: 9 to 32 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V: 0.1 ~ Provided is a method for producing a target for physical vapor deposition, comprising an alloy consisting of 20 atomic% and the balance Al.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, Cr: 9 ~ 40 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현한 질화물 경질피막으로서, Al을 기지로 하며, 5 ~ 25 원자%의 Cr 및 0.1 ~ 4 원자%의 Fe을 함유하는, 질화물 경질피막을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas with respect to a physical vapor deposition target made of an alloy composed of Cr: 9 to 40 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, and the balance Al. As a nitride hard film implemented by performing a physical vapor deposition process in, based on Al, and provides a nitride hard film containing 5 to 25 atomic% Cr and 0.1 to 4 atomic% Fe.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, Al과 Cr으로 이루어진 AlCr층; 및 상기 AlCr층 상에 형성된 상기 질화물 경질피막;을 포함하는, 다층 코팅막을 제공한다. According to another embodiment of the present invention, AlCr layer made of Al and Cr; And the nitride hard film formed on the AlCr layer.
상기 다층 코팅막에서, 상기 질화물 경질피막의 두께비율은 60% 내지 90%일 수 있다. In the multilayer coating film, the thickness ratio of the nitride hard film may be 60% to 90%.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, Cr: 9 ~ 32 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나: 0.1 ~ 20 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현한 질화물 경질피막으로서, Al을 기지로 하며, 5 ~ 25 원자%의 Cr, 0.1 ~ 4 원자%의 Fe, 0.1 ~ 3.5원자%의 Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나를 함유하는, 질화물 경질피막을 제공한다.According to another embodiment of the invention, any one selected from Cr: 9 to 32 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V: 0.1 to A nitride hard film formed by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas with respect to a physical vapor deposition target made of an alloy composed of 20 atomic% and the balance of Al. Provided is a nitride hard film containing any one selected from 25 atomic% Cr, 0.1 to 4 atomic% Fe, 0.1 to 3.5 atomic% Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V do.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, Cr: 9 ~ 40 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진 물리증착용 타겟을 준비하는 단계; 및 상기 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리적 기상 증착(PVD) 공정을 수행함으로써, Al을 기지로 하며, 5 ~ 25 원자%의 Cr 및 0.1 ~ 4 원자%의 Fe을 함유하는 질화물 경질피막을 형성하는 단계; 를 포함하는, 질화물 경질피막의 제조방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, preparing a physical vapor deposition target made of an alloy consisting of Cr: 9 to 40 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic% and the balance Al; And a physical vapor deposition (PVD) process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to the target for physical vapor deposition, based on Al, containing 5 to 25 atomic% Cr and 0.1 to 4 atomic% Forming a nitride hard film containing Fe; It provides a method for producing a nitride hard film comprising a.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, Cr: 9 ~ 32 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나: 0.1 ~ 20 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진 물리증착용 타겟을 준비하는 단계; 및 상기 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리적 기상 증착(PVD) 공정을 수행함으로써, Al을 기지로 하며, Cr: 5 ~ 25 원자%, Fe: 0.1 ~ 4 원자%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나: 0.1 ~ 3.5원자%를 함유하는 질화물 경질피막을 형성하는 단계; 를 포함하는, 질화물 경질피막의 제조방법을 제공한다.According to another embodiment of the invention, any one selected from Cr: 9 to 32 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V: 0.1 to Preparing a target for physical vapor deposition composed of an alloy consisting of 20 atomic% and the balance Al; And based on the physical vapor deposition (PVD) process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to the physical vapor deposition target, based on Al, Cr: 5 to 25 atomic%, Fe: 0.1 to 4 atoms Any one selected from%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y, and V: forming a nitride hard film containing 0.1 to 3.5 atomic%; It provides a method for producing a nitride hard film comprising a.
본 발명의 실시예에 따르면, 경질피막의 부착력, 내열성 및 경도를 확보할 수 있는 질화물 경질피막과 이를 구현하기 위한 물리증착용 타겟 및 이들의 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to implement a nitride hard film and a physical vapor deposition target for implementing the same, and a method of manufacturing the same, which can secure the adhesion, heat resistance and hardness of the hard film. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물리증착용 타겟을 제조하는 과정에서 밀링 후 분말을 촬영한 SEM 사진(a), 파티클 입도 분석(b) 및 성분 매핑 결과(c)를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물리증착용 타겟을 제조하는 과정에서 밀링 후 분말을 소결한 소결체를 촬영한 SEM 사진(a) 및 성분 매핑 결과(b)를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실험예의 조건으로 구현한 다층 코팅막의 단면을 촬영한 사진들이다. 1 is a view showing a SEM photograph (a), particle size analysis (b) and component mapping result (c) of a powder after milling in the process of manufacturing a physical deposition target according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a SEM photograph (a) and a component mapping result (b) of a sintered body obtained by sintering powder after milling in the process of manufacturing a physical vapor deposition target according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are photographs taken in cross section of the multilayer coating film implemented under the conditions of the experimental example of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various forms, and the following embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, the scope of the invention to those skilled in the art It is provided to inform you completely. In addition, the components may be exaggerated or reduced in size in the drawings for convenience of description.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟으로서, Cr: 9 ~ 40 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진, 물리증착용 타겟을 제공한다. According to one embodiment of the present invention, as a physical vapor deposition target used in the manufacture of hard coating, Cr: 9 to 40 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic% and the balance is made of an alloy consisting of Al, physical vapor deposition target To provide.
본 발명의 일 실시예에 의한 물리증착용 타겟의 제조방법은, Al 분말, Cr 분말 및 Fe 분말을 준비하는 단계; 상기 Al 분말, 상기 Cr 분말 및 상기 Fe 분말을 혼합하여 기계적 합금화를 수행하는 단계; 및 상기 기계적 합금화가 수행된 혼합분말을 진공 분위기 또는 대기 중에서 소결하는 단계; 를 포함하며, 상기 소결이 완료된 소결체는 Cr: 9 ~ 40 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진다. Method for producing a physical vapor deposition target according to an embodiment of the present invention, preparing Al powder, Cr powder and Fe powder; Performing mechanical alloying by mixing the Al powder, the Cr powder and the Fe powder; And sintering the mixed powder subjected to the mechanical alloying in a vacuum atmosphere or air. It includes, the sintered sintered body is made of an alloy consisting of Cr: 9 to 40 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic% and the balance Al.
상기 물리증착용 타겟에서 Cr은 Al과 상대적으로 반응하기 쉬운 바, Cr의 함량이 40 원자%를 초과하는 경우 타겟의 제조 과정에서 Al-Cr 화합물이 생성되며, 이러한 Al-Cr 화합물로 인해 아크이온 플레이팅 공정에서 아크 스폿의 불균일 이동이 발생되어 타겟을 이용하여 구현되는 경질피막에 거대 입자가 생성되는 문제점이 발생할 수 있다. 한편, Cr의 함량이 9 원자% 미만인 경우 타겟의 내산화성 및 내열성의 특성이 낮아지고 타겟을 이용하여 구현되는 경질피막의 마찰계수가 높아지는 문제점이 발생할 수 있다. In the physical vapor deposition target, Cr is relatively easy to react with Al. When the content of Cr exceeds 40 atomic%, an Al-Cr compound is produced during the preparation of the target, and the Al-Cr compound causes arc ions. Non-uniform movement of the arc spot may occur in the plating process, thereby causing a problem of generating large particles in the hard film formed using the target. On the other hand, when the content of Cr is less than 9 atomic%, the oxidation resistance and heat resistance of the target may be lowered, and the friction coefficient of the hard film realized using the target may increase.
상기 물리증착용 타겟에서 Fe의 함량이 6 원자%를 초과하는 경우 타겟의 내산화성 특성이 열화되는 문제점이 발생할 수 있으며, Fe의 함량이 0.1 원자% 미만인 경우 타겟의 조직, 조성 및 경도가 불균일해지고 타겟에 크랙이 발생하는 문제점이 발생할 수 있다. When the content of Fe in the physical vapor deposition target exceeds 6 atomic%, a problem may occur that the oxidation resistance of the target deteriorates. When the content of Fe is less than 0.1 atomic%, the structure, composition and hardness of the target become uneven. The problem of cracking in the target may occur.
본 발명의 일 실시예에 의한 물리증착용 타겟을 이용한 질화물 경질피막은 Cr: 9 ~ 40 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현한 질화물 경질피막으로서, Al을 기지로 하며, 5 ~ 25 원자%의 Cr 및 0.1 ~ 4 원자%의 Fe을 함유한다. The nitride hard film using the physical vapor deposition target according to an embodiment of the present invention is nitrogen and the physical vapor deposition target made of an alloy composed of Cr: 9 to 40 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic% and the balance Al. A nitride hard film formed by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing an inert gas, based on Al, containing 5 to 25 atomic% Cr and 0.1 to 4 atomic% Fe.
본 발명의 일 실시예에 의한 물리증착용 타겟을 이용한 질화물 경질피막의 제조방법은 Cr: 9 ~ 40 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진 물리증착용 타겟을 준비하는 단계; 및 상기 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리적 기상 증착(PVD) 공정을 수행함으로써, Al을 기지로 하며, 5 ~ 25 원자%의 Cr 및 0.1 ~ 4 원자%의 Fe을 함유하는 질화물 경질피막을 형성하는 단계; 를 포함한다. In the method of manufacturing a nitride hard film using a physical vapor deposition target according to an embodiment of the present invention, the physical vapor deposition target is made of an alloy composed of Cr: 9 to 40 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, and the balance of Al. Preparing; And a physical vapor deposition (PVD) process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to the target for physical vapor deposition, based on Al, containing 5 to 25 atomic% Cr and 0.1 to 4 atomic% Forming a nitride hard film containing Fe; It includes.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟으로서, Cr: 9 ~ 32 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나: 0.1 ~ 20 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진, 물리증착용 타겟을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, as a target for physical vapor deposition used in the production of hard coating, Cr: 9 to 32 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb Any one selected from Y and V: 0.1 to 20 atomic% and the balance provides a target for physical vapor deposition, consisting of an alloy consisting of Al.
본 발명의 다른 실시예에 의한 물리증착용 타겟의 제조방법은, Al 분말, Cr 분말, Fe 분말, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나의 분말을 준비하는 단계; 상기 Al 분말, 상기 Cr 분말, 상기 Fe 분말, 상기 Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나의 분말을 혼합하여 기계적 합금화를 수행하는 단계; 및 상기 기계적 합금화가 수행된 혼합분말을 진공 분위기 또는 대기 중에서 소결하는 단계; 를 포함하며, 상기 소결이 완료된 소결체는 Cr: 9 ~ 32 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나: 0.1 ~ 20 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진다. According to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a physical vapor deposition target may include any one powder selected from Al powder, Cr powder, Fe powder, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y, and V. Preparing; Performing mechanical alloying by mixing any one powder selected from the Al powder, the Cr powder, the Fe powder, the Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V; And sintering the mixed powder subjected to the mechanical alloying in a vacuum atmosphere or air. The sintered sintered body is completed, the sintered compact is any one selected from Cr: 9 to 32 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V: 0.1 ~ 20 atomic% and remainder consist of an alloy consisting of Al.
상기 물리증착용 타겟에서 Cr은 Al과 상대적으로 반응하기 쉬운 바, Cr의 함량이 32 원자%를 초과하는 경우 타겟의 제조 과정에서 Al-Cr 화합물이 생성되며, 이러한 Al-Cr 화합물로 인해 아크이온 플레이팅 공정에서 아크 스폿의 불균일 이동이 발생되어 타겟을 이용하여 구현되는 경질피막에 거대 입자가 생성되는 문제점이 발생할 수 있다. 한편, Cr의 함량이 9 원자% 미만인 경우 타겟의 내산화성 및 내열성의 특성이 낮아지고 타겟을 이용하여 구현되는 경질피막의 마찰계수가 높아지는 문제점이 발생할 수 있다. In the physical vapor deposition target, Cr is relatively easy to react with Al. When the content of Cr exceeds 32 atomic%, an Al-Cr compound is produced during the preparation of the target, and the Al-Cr compound causes arc ions. Non-uniform movement of the arc spot may occur in the plating process, thereby causing a problem in that large particles are generated in the hard film formed using the target. On the other hand, when the content of Cr is less than 9 atomic%, the oxidation resistance and heat resistance of the target may be lowered, and the friction coefficient of the hard film realized using the target may increase.
상기 물리증착용 타겟에서 Fe의 함량이 6 원자%를 초과하는 경우 타겟의 내산화성 특성이 열화되는 문제점이 발생할 수 있으며, Fe의 함량이 0.1 원자% 미만인 경우 타겟의 조직, 조성 및 경도가 불균일해지고 타겟에 크랙이 발생하는 문제점이 발생할 수 있다.When the content of Fe in the physical vapor deposition target exceeds 6 atomic%, a problem may occur that the oxidation resistance of the target deteriorates. When the content of Fe is less than 0.1 atomic%, the structure, composition and hardness of the target become uneven. Problems that cause cracks in the target may occur.
상기 물리증착용 타겟에서 Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나는 타겟의 경도 향상, 내마모성, 내산화성 및/또는 화학적 반응에 대한 저항력 개선을 위하여 첨가될 수 있다. 예를 들어, Ti, Zr, Si, W, Mo 및 V 중에서 선택된 적어도 어느 하나는 타겟의 경도를 증가시키고 내마모성을 개선시킬 수 있으며, Mn, Si, W, Mo, Nb 및 Y 중에서 선택된 적어도 어느 하나는 타겟의 내산화성을 향상시킬 수 있으며, Si 및 Y 중에서 선택된 적어도 어느 하나는 타겟의 화학 반응성에 대한 저항력을 증가시킬 수 있다. 다만, 상기 물리증착용 타겟에서 Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 함량이 20 원자%를 초과하는 경우 타겟의 열처리 전후의 경도 하락률이 현저하게 높아지는(예를 들어, 경도 하락률이 15% 보다 높아지는) 문제점이 발생할 수 있다. Any one selected from Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V in the physical vapor deposition target may be added to improve hardness of the target, wear resistance, oxidation resistance and / or resistance to chemical reaction. Can be. For example, at least one selected from Ti, Zr, Si, W, Mo, and V may increase the hardness of the target and improve wear resistance, and at least one selected from Mn, Si, W, Mo, Nb, and Y. May improve oxidation resistance of the target, and at least one selected from Si and Y may increase resistance of the target to chemical reactivity. However, when the content of at least any one selected from Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V in the physical vapor deposition target exceeds 20 atomic%, the decrease in hardness before and after heat treatment of the target is remarkably. A problem may arise that is higher (eg, the hardness drop rate is higher than 15%).
본 발명의 다른 실시예에 의한 물리증착용 타겟을 이용한 질화물 경질피막은 Cr: 9 ~ 32 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나: 0.1 ~ 20 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현한 질화물 경질피막으로서, Al을 기지로 하며, 5 ~ 25 원자%의 Cr, 0.1 ~ 4 원자%의 Fe, 0.1 ~ 3.5원자%의 Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나를 함유한다. The nitride hard film using the physical vapor deposition target according to another embodiment of the present invention is Cr: 9 to 32 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and Any one selected from V: Nitride hard film formed by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to a physical vapor deposition target consisting of an alloy consisting of 0.1 to 20 atomic% and the balance, Al, Based on Al, any one selected from 5 to 25 atomic% Cr, 0.1 to 4 atomic% Fe, 0.1 to 3.5 atomic% Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V It contains.
본 발명의 다른 실시예에 의한 물리증착용 타겟을 이용한 질화물 경질피막의 제조방법은 Cr: 9 ~ 32 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나: 0.1 ~ 20 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진 물리증착용 타겟을 준비하는 단계; 및 상기 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리적 기상 증착(PVD) 공정을 수행함으로써, Al을 기지로 하며, Cr: 5 ~ 25 원자%, Fe: 0.1 ~ 4 원자%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나: 0.1 ~ 3.5원자%를 함유하는 질화물 경질피막을 형성하는 단계; 를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a nitride hard film using a physical vapor deposition target is Cr: 9 to 32 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb Any one selected from Y and V: preparing a target for physical vapor deposition consisting of an alloy consisting of 0.1 to 20 atomic% and the balance Al; And based on the physical vapor deposition (PVD) process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to the physical vapor deposition target, based on Al, Cr: 5 to 25 atomic%, Fe: 0.1 to 4 atoms Any one selected from%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y, and V: forming a nitride hard film containing 0.1 to 3.5 atomic%; It includes.
상술한 본 발명의 실시예들에 의하면, 경질피막의 부착력, 내열성 및 경도를 확보할 수 있는 질화물 경질피막과 이를 구현하기 위한 물리증착용 타겟 및 이들의 제조방법을 구현할 수 있는 바, 이하에서는, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실험예를 제공한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예들에 의해서 한정되는 것은 아니다. According to the embodiments of the present invention described above, it is possible to implement a nitride hard film and a physical vapor deposition target for implementing the same and a method of manufacturing the same, which can ensure the adhesion, heat resistance and hardness of the hard film, in the following, Experimental examples are provided to aid in understanding the present invention. However, the following experimental examples are only for helping understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following experimental examples.
타겟의 조성 및 물성Target composition and physical properties
표 1을 참조하면, 본 발명의 실험예 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-6, 1-7은 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성으로서, Cr: 9 ~ 40 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진, 물리증착용 타겟을 제공한다. Referring to Table 1, Experimental Examples 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-6, and 1-7 of the present invention indicate the physical vapor deposition targets used for the manufacture of hard films. As a composition, a target for physical vapor deposition is provided, which is made of an alloy composed of Cr: 9-40 atomic%, Fe: 0.1-6 atomic%, and the balance Al.
예를 들어, 실험예 1-1은 Cr: 39 원자%, Fe: 1 원자% 및 잔부인 Al: 60원자%로 구성된 합금으로 이루어진 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성을 개시하며, 실험예 1-2는 Cr: 30 원자%, Fe: 2 원자% 및 잔부인 Al: 68원자%로 구성된 합금으로 이루어진 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성을 개시하며, 실험예 1-3은 Cr: 28 원자%, Fe: 1 원자% 및 잔부인 Al: 71원자%로 구성된 합금으로 이루어진 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성을 개시하며, 실험예 1-4는 Cr: 26 원자%, Fe: 1 원자% 및 잔부인 Al: 73원자%로 구성된 합금으로 이루어진 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성을 개시하며, 실험예 1-5는 Cr: 24 원자%, Fe: 1 원자% 및 잔부인 Al: 75원자%로 구성된 합금으로 이루어진 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성을 개시하며, 실험예 1-6은 Cr: 19 원자%, Fe: 1 원자% 및 잔부인 Al: 80원자%로 구성된 합금으로 이루어진 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성을 개시하며, 실험예 1-7은 Cr: 24 원자%, Fe: 5 원자% 및 잔부인 Al: 71원자%로 구성된 합금으로 이루어진 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성을 개시한다. For example, Experimental Example 1-1 discloses a composition of a physical vapor deposition target for use in the manufacture of a hard film composed of an alloy composed of 39 atomic percent Cr, 1 atomic percent Fe, and 60 atomic percent Al. Example 1-2 discloses the composition of the physical vapor deposition target used in the manufacture of a hard film composed of an alloy consisting of 30 atomic% Cr, 2 atomic% Fe, and 68 atomic% Al balance. Disclosed is the composition of the physical vapor deposition target used in the manufacture of a hard film composed of an alloy consisting of 28 atomic% Cr, 1 atomic% Fe, and 71 atomic% Al, and Experimental Example 1-4 shows Cr: 26 atomic%. , Fe: 1 atomic% and the balance Al: 73 atomic% discloses the composition of the physical vapor deposition target used in the manufacture of a hard film composed of an alloy consisting of, the experimental example 1-5 is Cr: 24 atomic%, Fe: 1 atom % And the balance Al: The composition of the physical vapor deposition target used for the manufacture of a hard film composed of an alloy consisting of 75 atomic% In the present disclosure, Experimental Example 1-6 discloses a composition of a physical vapor deposition target for use in the manufacture of a hard film composed of an alloy composed of Cr: 19 atomic%, Fe: 1 atomic% and balance Al: 80 atomic%. 1-7 discloses the composition of a physical vapor deposition target for use in producing a hard film composed of an alloy composed of 24 atomic% Cr, 5 atomic% Fe, and 71 atomic% Al balance.
상술한 조성을 가지는 물리증착용 타겟의 제조방법은, Al 분말, Cr 분말 및 Fe 분말을 준비하는 단계; 상기 Al 분말, 상기 Cr 분말 및 상기 Fe 분말을 혼합하여 기계적 합금화를 수행하는 단계; 및 상기 기계적 합금화가 수행된 혼합분말을 진공 분위기 또는 대기 중에서 소결하는 단계; 를 포함한다. Method for producing a physical vapor deposition target having the above composition comprises the steps of preparing Al powder, Cr powder and Fe powder; Performing mechanical alloying by mixing the Al powder, the Cr powder and the Fe powder; And sintering the mixed powder subjected to the mechanical alloying in a vacuum atmosphere or air. It includes.
상기 제조방법으로 구현된 물리증착용 타겟의 밀도는 실험예 1-3 및 실험예 1-5에서 94%로 나타났으며, 실험예 1-2, 실험예 1-6, 실험예 1-7에서 93%로 나타났으며, 실험예 1-1에서 84%로 나타났다. 이에 따르면, 93% 이상의 물리증착용 타겟의 밀도를 확보하기 위해서는, 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성이, Cr: 9 ~ 30 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어지는 것이 바람직함을 확인할 수 있다. The density of the physical vapor deposition target implemented by the manufacturing method was 94% in Experimental Examples 1-3 and Experimental Examples 1-5, and in Experimental Examples 1-2, Experimental Examples 1-6, Experimental Examples 1-7 93% and 84% in Experimental Example 1-1. According to this, in order to ensure the density of the physical vapor deposition target of 93% or more, the composition of the physical vapor deposition target used for hard film production is Cr: 9 to 30 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic% and the balance Al It can be seen that the alloy consisting of consisting of.
또한, 표 1을 참조하면, 본 발명의 실험예 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, 2-5, 2-6, 2-7, 2-8은 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성으로서, Cr: 9 ~ 32 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나: 0.1 ~ 20 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어진, 물리증착용 타겟을 제공한다. In addition, referring to Table 1, Experimental Examples 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, 2-5, 2-6, 2-7, and 2-8 of the present invention are used to prepare hard coatings. As a composition of the physical vapor deposition target, Cr: 9 to 32 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, any one selected from Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V: 0.1 to 20 A target for physical vapor deposition is provided, wherein the atomic% and the balance are made of an alloy composed of Al.
예를 들어, 실험예 2-1은 Cr: 24 원자%, Fe: 1 원자%, Ti: 4 원자% 및 잔부인 Al: 71 원자%로 구성된 합금으로 이루어진 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성을 개시하며, 실험예 2-2는 Cr: 24 원자%, Fe: 1 원자%, Zr: 4 원자% 및 잔부인 Al: 71 원자%로 구성된 합금으로 이루어진 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성을 개시하며, 실험예 2-3은 Cr: 24 원자%, Fe: 1 원자%, Mn: 4 원자% 및 잔부인 Al: 71 원자%로 구성된 합금으로 이루어진 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성을 개시하며, 실험예 2-4는 Cr: 24 원자%, Fe: 1 원자%, Si: 4 원자% 및 잔부인 Al: 71 원자%로 구성된 합금으로 이루어진 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성을 개시하며, 실험예 2-5는 Cr: 24 원자%, Fe: 1 원자%, Mo: 4 원자% 및 잔부인 Al: 71 원자%로 구성된 합금으로 이루어진 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성을 개시하며, 실험예 2-6은 Cr: 24 원자%, Fe: 1 원자%, W: 4 원자% 및 잔부인 Al: 71 원자%로 구성된 합금으로 이루어진 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성을 개시하며, 실험예 2-7은 Cr: 24 원자%, Fe: 1 원자%, Nb: 4 원자% 및 잔부인 Al: 71 원자%로 구성된 합금으로 이루어진 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성을 개시하며, 실험예 2-8은 Cr: 24 원자%, Fe: 1 원자%, V: 4 원자% 및 잔부인 Al: 71 원자%로 구성된 합금으로 이루어진 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성을 개시한다. For example, Experimental Example 2-1 is a physical vapor deposition target used for the manufacture of a hard film composed of an alloy consisting of 24 atomic% Cr: 1 atomic% Fe, 4 atomic% Ti, and 71 atomic% Al balance. The composition of the present invention, Experimental Example 2-2 is for physical vapor deposition used in the manufacture of a hard film composed of an alloy consisting of 24 atomic% Cr: 1 atomic% Fe, 4 atomic% Zr and 71 atomic% Al balance. The composition of the target is disclosed, and Experimental Example 2-3 is a physical condition used for producing a hard film composed of an alloy composed of 24 atomic% Cr, 1 atomic% Fe, 4 atomic% Mn, and 71 atomic% Al balance. The composition of the wear target is disclosed, and Experimental Example 2-4 is a physics used for producing a hard film composed of an alloy composed of 24 atomic% Cr, 1 atomic% Fe, 4 atomic% Si, and 71 atomic% Al balance. The composition of the deposition target is disclosed, and Experimental Example 2-5 is an alloy composed of 24 atomic% Cr, 1 atomic% Fe, 4 atomic% Mo, and 71 atomic% Al balance. The composition of the physical vapor deposition target used for producing a hard film is disclosed, Experimental Example 2-6 is an alloy consisting of 24 atomic% Cr, 1 atomic% Fe, 4 atomic% W and 71 atomic% Al balance. The composition of the physical vapor deposition target used in the manufacture of the hard film consisting of the present invention, Experimental Example 2-7 is composed of Cr: 24 atomic%, Fe: 1 atomic%, Nb: 4 atomic% and the balance Al: 71 atomic% The composition of the physical vapor deposition target used in the manufacture of a hard coating made of an alloy is disclosed, and Experimental Example 2-8 is Cr: 24 atomic%, Fe: 1 atomic%, V: 4 atomic% and the balance Al: 71 atomic% Disclosed is a composition of a physical vapor deposition target for use in the manufacture of hard films composed of alloys constructed.
상술한 조성을 가지는 물리증착용 타겟의 제조방법은, Al 분말, Cr 분말, Fe 분말, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나의 분말을 준비하는 단계; 상기 Al 분말, 상기 Cr 분말, 상기 Fe 분말, 상기 Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나의 분말을 혼합하여 기계적 합금화를 수행하는 단계; 및상기 기계적 합금화가 수행된 혼합분말을 진공 분위기 또는 대기 중에서 소결하는 단계; 를 포함한다. Method for producing a physical vapor deposition target having the above composition, Al powder, Cr powder, Fe powder, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V selected from any one powder selected from; Performing mechanical alloying by mixing any one powder selected from the Al powder, the Cr powder, the Fe powder, the Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V; And sintering the mixed powder subjected to the mechanical alloying in a vacuum atmosphere or air. It includes.
상기 제조방법으로 구현된 물리증착용 타겟의 밀도는 실험예 2-4에서 95%로 나타났으며, 실험예 2-2에서 94%로 나타났으며, 실험예 2-7에서 92%로 나타났으며, 실험예 2-3에서 90%로 나타났으며, 실험예 2-5 및 2-8에서 88%로 나타났으며, 실험예 2-6 및 2-1에서 86%로 나타났다. 이에 따르면, 90% 이상의 물리증착용 타겟의 밀도를 확보하기 위해서는, 경질피막 제조에 사용되는 물리증착용 타겟의 조성이, Cr: 9 ~ 32 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자%, Zr, Si, 및 Nb 중에서 선택된 어느 하나: 0.1 ~ 20 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어지는 것이 바람직함을 확인할 수 있다. The density of the physical deposition target implemented by the manufacturing method was found to be 95% in Experimental Example 2-4, 94% in Experimental Example 2-2, 92% in Experimental Example 2-7. It was found to be 90% in Experimental Examples 2-3, 88% in Experimental Examples 2-5 and 2-8, and 86% in Experimental Examples 2-6 and 2-1. According to this, in order to ensure the density of the physical vapor deposition target of 90% or more, the composition of the physical vapor deposition target used for the production of hard coating is Cr: 9 to 32 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, Zr, Si Any one selected from, and Nb: 0.1 to 20 atomic% and the balance can be seen that it is preferably made of an alloy consisting of Al.
한편, 표 1에 도시된 조성의 물리증착용 타겟의 제조방법에 적용되는 분말 밀링 공정과 소결 공정은 구체적으로 다음의 조건을 적용하였다. On the other hand, the powder milling process and the sintering process applied to the manufacturing method of the physical vapor deposition target of the composition shown in Table 1 specifically applied the following conditions.
먼저, 분말 밀링 공정은 볼 밀(planetary ball mill) 공정을 적용하되, 볼과 분말의 장입량(용기내부의 %)은 10 ~ 90%이며, 볼과 분말의 장입비(Ball : Powder)는 1 : 1 내지 20 : 1이며, 분산제의 양은 0 ~ 10 wt%이며, 밀링 속도는 50 ~ 500 rpm이며, 밀링 시간은 200시간 이하이며, 밀링 공정 분위기는 에어(air), 아르곤(Ar), 질소(Nitrogen) 분위기를 적용하였다. First, the powder milling process is applied to the ball mill (planetary ball mill) process, the charge amount of the ball and powder (% in the container) is 10 ~ 90%, the charge ratio of the ball and powder (Ball: Powder) is 1: 1 to 20: 1, the amount of dispersant is 0 to 10 wt%, milling speed is 50 to 500 rpm, milling time is 200 hours or less, milling process atmosphere is air, argon (Ar), nitrogen ( Nitrogen) atmosphere was applied.
소결 공정은 스파크 플라즈마 신터링(spark plasma sintering), 핫 프레스(hot press) 공정을 적용하되, 소결 온도는 300 ~ 1000℃이며, 소결 압력은 10 ~ 500MPa이며, 진공도는 2-5 mTorr 이하이며, 소결 시간은 10 ~ 100분의 조건을 적용하였다. Spark plasma sintering, hot press (sintering) is applied to the sintering process, the sintering temperature is 300 ~ 1000 ℃, the sintering pressure is 10 ~ 500MPa, the vacuum degree is 2 -5 mTorr or less, The sintering time applied the conditions of 10-100 minutes.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물리증착용 타겟을 제조하는 과정에서 밀링 후 분말을 촬영한 SEM 사진(a), 파티클 입도 분석(b) 및 성분 매핑 결과(c)를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing a SEM photograph (a), particle size analysis (b) and component mapping result (c) of a powder after milling in the process of manufacturing a physical deposition target according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 물리증착용 타겟은 표 1의 실험예 1-3의 조성을 가진다. 상기 Al 분말, 상기 Cr 분말 및 상기 Fe 분말을 혼합하여 기계적 합금화를 수행하는 단계에서 상기 Al 분말의 평균 크기는 25 ~ 40㎛이며, 상기 Cr 분말의 평균 크기는 35 ~ 50㎛이며, 상기 Fe 분말의 평균 크기는 10 ~ 20㎛이다. 밀링 공정에서의 볼(Ball)의 장입량은 1000g, 분말의 장입량은 50g이며, 볼과 분말의 용기 내부의 장입%는 35%이며, 볼과 분말의 장입비(Ball : Powder)는 20 : 1이며, 분산제의 양은 2 wt%이며, 밀링 속도는 300 rpm이며, 밀링 시간은 10시간이며, 밀링 공정 분위기는 아르곤(Ar) 분위기를 적용하였다. Referring to Figure 1, the physical vapor deposition target according to an embodiment of the present invention has a composition of Experimental Examples 1-3 of Table 1. In the step of performing mechanical alloying by mixing the Al powder, the Cr powder and the Fe powder, the average size of the Al powder is 25 ~ 40㎛, the average size of the Cr powder is 35 ~ 50㎛, the Fe powder The average size of is 10-20 μm. In the milling process, the content of ball is 1000g, the content of powder is 50g, the content of ball and powder in the container is 35%, and the content of ball and powder is 20: 1. The amount of dispersant was 2 wt%, the milling speed was 300 rpm, the milling time was 10 hours, and the milling atmosphere was applied with argon (Ar) atmosphere.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물리증착용 타겟을 제조하는 과정에서 밀링 후 분말을 소결한 소결체를 촬영한 SEM 사진(a) 및 성분 매핑 결과(b)를 나타낸 도면이다. 2 is a view showing a SEM photograph (a) and a component mapping result (b) of a sintered body obtained by sintering powder after milling in the process of manufacturing a physical vapor deposition target according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 물리증착용 타겟은 표 1의 실험예 1-3의 조성을 가진다. 도 1의 도시된 기계적 합금화가 수행된 혼합분말을 진공 분위기에서 소결하는 단계를 수행 하되, 소결 공정에서 소결 온도는 900℃이며, 소결 압력은 60MPa이며, 진공도는 3-2 Torr이며, 소결 시간은 100분의 조건을 적용하였다. 이러한 공정을 수행하여 구현된 소결체는 분말 소결이 양호하게 수행되어 밀도가 높은 소결체임을 확인할 수 있다. 또한, EDS 분석 결과, Al은 68.77%, Cr은 29.85%, Fe는 1.38%임을 확인할 수 있는 바, 조성 오차률이 ㅁ2% 이내임을 확인할 수 있다. Referring to Figure 2, the physical vapor deposition target according to an embodiment of the present invention has a composition of Experimental Examples 1-3 of Table 1. And also the illustrated mechanical alloying the mixed powder, but do perform the sintering in a vacuum atmosphere, a sintering temperature in the sintering process is 900 ℃, sintering pressure of 60MPa is, the degree of vacuum is 3 -2 Torr, and the
경질피막의 조성 및 물성Composition and Properties of Hard Film
표 1의 상술한 조성을 가지는 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 질화물 경질피막을 구현하였다. The nitride hard coating was implemented by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas for the physical vapor deposition target having the above-described composition of Table 1.
표 2는 상기 질화물 경질피막에 대하여 질소를 제외한 조성 분석 결과(EDAX)를 나타낸 것이고, 표 3은 상기 질화물 경질피막에 대하여 질소를 포함한 조성 분석 결과(EDAX)를 나타낸 것이다. 표 2 및 표 3에서 M은 각각의 실험예에 대응되는 Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나의 원소를 의미한다. Table 2 shows the composition analysis results (EDAX) excluding nitrogen for the nitride hard film, and Table 3 shows the composition analysis results (EDAX) including nitrogen for the nitride hard film. In Table 2 and Table 3, M means any one element selected from Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V corresponding to each experimental example.
표 2 및 표 3을 참조하면, 예를 들어, 표 1의 실험예 2-4의 조성(Al71Cr24Fe1Si4)을 가지는 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현한 질화물 경질피막에서, 질소를 제외한 조성 분석 결과는 Al이 59.5%, Cr이 34.9%, Fe가 1.5%, Si이 4.0%이며, 질소를 포함한 조성 분석 결과는 Al이 34.6%, Cr이 19.7%, Fe가 0.8%, Si이 2.3%, N이 42.6%임을 확인할 수 있다. Referring to Tables 2 and 3, for example, a mixed gas containing nitrogen and an inert gas for a physical vapor deposition target having the composition (Al 71 Cr 24 Fe 1 Si 4 ) of Experimental Example 2-4 of Table 1 In the nitride hard film formed by performing physical vapor deposition in an atmosphere, the composition analysis result of excluding nitrogen was 59.5% of Al, 34.9% of Cr, 1.5% of Fe, and 4.0% of Si. It can be seen that Al is 34.6%, Cr is 19.7%, Fe is 0.8%, Si is 2.3%, and N is 42.6%.
표 1의 실험예 2-1의 조성(Al71Cr24Fe1Ti4)을 가지는 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현한 질화물 경질피막에서, 질소를 제외한 조성 분석 결과는 Al이 63.4%, Cr이 30.6%, Fe가 1.2%, Ti가 4.8%이며, 질소를 포함한 조성 분석 결과는 Al이 36.4%, Cr이 16.8%, Fe가 0.7%, Ti가 2.1%, N이 43.6%임을 확인할 수 있다. A nitride hard film formed by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to a physical vapor deposition target having the composition (Al 71 Cr 24 Fe 1 Ti 4 ) of Experimental Example 2-1 of Table 1 The composition analysis results excluding nitrogen were 63.4% Al, 30.6% Cr, 1.2% Fe, 4.8% Ti, and the composition analysis results containing nitrogen were 36.4% Al, 16.8% Cr and 0.7% Fe. It can be seen that%, Ti is 2.1%, and N is 43.6%.
표 1의 실험예 2-6의 조성(Al71Cr24Fe1W4)을 가지는 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현한 질화물 경질피막에서, 질소를 제외한 조성 분석 결과는 Al이 66.5%, Cr이 29.2%, Fe가 1.0%, W이 3.3%이며, 질소를 포함한 조성 분석 결과는 Al이 39.7%, Cr이 16.9%, Fe가 0.6%, W이 1.9%, N이 40.9%임을 확인할 수 있다. A nitride hard film formed by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to a physical vapor deposition target having the composition (Al 71 Cr 24 Fe 1 W 4 ) of Experimental Example 2-6 of Table 1 The composition analysis results except for nitrogen are 66.5% for Al, 29.2% for Cr, 1.0% for Fe, and 3.3% for W. The composition analysis results containing nitrogen include 39.7% for Al, 16.9% for Cr, and 0.6 for Fe. %, W is 1.9%, and N is 40.9%.
표 1의 실험예 2-5의 조성(Al71Cr24Fe1Mo4)을 가지는 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현한 질화물 경질피막에서, 질소를 제외한 조성 분석 결과는 Al이 61.5%, Cr이 32.2%, Fe가 1.4%, Mo가 4.9%이며, 질소를 포함한 조성 분석 결과는 Al이 36.3%, Cr이 18.3%, Fe가 0.8%, Mo가 2.8%, N이 41.8%임을 확인할 수 있다. A nitride hard film formed by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to a physical vapor deposition target having the composition of Experimental Example 2-5 of Table 1 (Al 71 Cr 24 Fe 1 Mo 4 ). The composition analysis results excluding nitrogen are 61.5% Al, 32.2% Cr, 1.4% Fe, 4.9% Mo, and the composition analysis results containing nitrogen 36.3% Al, 18.3% Cr and 0.8% Fe. It can be seen that Mo, 2.8%, and N is 41.8%.
표 1의 실험예 2-2의 조성(Al71Cr24Fe1Zr4)을 가지는 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현한 질화물 경질피막에서, 질소를 제외한 조성 분석 결과는 Al이 59.0%, Cr이 34.6%, Fe가 1.4%, Zr이 5.0%이며, 질소를 포함한 조성 분석 결과는 Al이 33.4%, Cr이 18.8%, Fe가 0.7%, Zr이 3.5%, N이 43.6%임을 확인할 수 있다. A nitride hard film formed by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to a physical vapor deposition target having the composition (Al 71 Cr 24 Fe 1 Zr 4 ) of Experimental Example 2-2 of Table 1 The composition analysis results excluding nitrogen are 59.0% Al, 34.6% Cr, 1.4% Fe, 5.0% Zr, and the composition analysis results containing nitrogen 33.4% Al, 18.8% Cr and 0.7% Fe. %, Zr is 3.5%, N can be confirmed that 43.6%.
표 1의 실험예 2-7의 조성(Al71Cr24Fe1Nb4)을 가지는 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현한 질화물 경질피막에서, 질소를 제외한 조성 분석 결과는 Al이 59.5%, Cr이 33.9%, Fe가 1.4%, Nb가 5.2%이며, 질소를 포함한 조성 분석 결과는 Al이 33.6%, Cr이 28.4%, Fe가 0.7%, Nb가 2.9%, N이 44.4%임을 확인할 수 있다.A nitride hard film formed by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to a physical vapor deposition target having the composition (Al 71 Cr 24 Fe 1 Nb 4 ) of Experimental Example 2-7 of Table 1 The composition analysis results excluding nitrogen are 59.5% Al, 33.9% Cr, 1.4% Fe, 5.2% Nb, and the composition analysis results containing nitrogen 33.6% Al, 28.4% Cr and 0.7% Fe. It can be seen that%, Nb is 2.9%, and N is 44.4%.
표 4 및 표 5는 표 1의 상술한 조성을 가지는 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 질화물 경질피막의 물성을 나타낸 것이다. Table 4 and Table 5 show the physical properties of the nitride hard film by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas for the physical vapor deposition target having the above-described composition of Table 1.
(Hv)Hardness before heat treatment
(Hv)
(GPa)Modulus of elasticity
(GPa)
rate%Drop
rate%
rate%Drop
rate%
(Hv)Hardness before heat treatment
(Hv)
(GPa)Modulus of elasticity
(GPa)
rate%Drop
rate%
rate%Drop
rate%
표 4를 참조하면, 예를 들어, 실험예 1-1의 조성(Al60Cr39Fe1)을 가지는 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현한 질화물 경질피막에서, 열처리 전의 경도는 2609Hv이며, 탄성계수는 391GPa임에 반하여, 1000℃ 열처리 후의 경도는 2411Hv로서 열처리 전의 경도 대비 7.6%의 경도 하락률이 발생함을 확인할 수 있다. Referring to Table 4, for example, by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to the physical vapor deposition target having the composition of Experimental Example 1-1 (Al 60 Cr 39 Fe 1 ) In the embodied nitride hard film, the hardness before heat treatment was 2609 Hv and the elastic modulus was 391 GPa, whereas the hardness after 1000 ° C. heat treatment was 2411 Hv, resulting in a 7.6% hardness drop compared to the hardness before heat treatment.
표 5를 참조하면, 예를 들어, 실험예 2-1의 조성(Al71Cr24Fe1Ti4)을 가지는 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현한 질화물 경질피막에서, 열처리 전의 경도는 3226Hv이며, 탄성계수는 467GPa임에 반하여, 1000℃ 열처리 후의 경도는 2934Hv로서 열처리 전의 경도 대비 9.1%의 경도 하락률이 발생하며, 1100℃ 열처리 후의 경도는 2737Hv로서 열처리 전의 경도 대비 15.2%의 경도 하락률이 발생함을 확인할 수 있다. Referring to Table 5, for example, the physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to the physical vapor deposition target having the composition of Experimental Example 2-1 (Al 71 Cr 24 Fe 1 Ti 4 ) In the hardened nitride film, the hardness before heat treatment was 3226 Hv and the modulus of elasticity was 467 GPa, whereas the hardness after 1000 ° C. was 2934 Hv, resulting in a 9.1% decrease in hardness compared to the hardness before heat treatment. As 2737Hv it can be seen that the hardness decrease rate of 15.2% compared to the hardness before heat treatment occurs.
다층 코팅막의 조성 및 물성Composition and Properties of Multilayer Coating Film
표 1의 조성을 가지는 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 질화물 경질피막을 구비하는 다층 코팅막을 구현하였다. 이하에서는 여러 조건에서 구현한 질화물 다층 코팅막과 이의 물성을 평가한 결과를 설명한다. 표 6 내지 표 13에 개시된 다층 코팅막은물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현한 질화물 경질피막을 의미한다. The physical vapor deposition process was performed in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to the physical vapor deposition target having the composition shown in Table 1 to implement a multilayer coating film having a nitride hard film. Hereinafter, the results of evaluating the nitride multilayer coating film and its physical properties implemented under various conditions will be described. The multilayer coating film disclosed in Tables 6 to 13 refers to a nitride hard film formed by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to the target for physical vapor deposition.
두께(um)Coating film
Thickness (um)
(Lc2[N])Scratch Test
(Lc2 [N])
표 6은 실험예 3-1 내지 3-3의 조건으로 구현한 다층 코팅막의 구조를 나타낸 것이고, 표 7은 이러한 다층 코팅막의 물성을 평가한 결과를 나타낸 것이다.Table 6 shows the structure of the multilayer coating film implemented under the conditions of Experimental Examples 3-1 to 3-3, and Table 7 shows the results of evaluating the physical properties of the multilayer coating film.
실험예 3-1에서는 기재 상에 Ti 버퍼층을 먼저 형성한 후에, AlCrN층, AlCrFeN층, AlCrN층이 순차적으로 적층된 2.4mm 두께의 다층 코팅막을 구현하였다. 실험예 3-2에서는 기재 상에 Ti 버퍼층을 먼저 형성한 후에, AlCrN층, AlCrN층, AlCrFeSiN층, AlCrN층이 순차적으로 적층된 2.4mm 두께의 다층 코팅막을 구현하였다. 실험예 3-3에서는 기재 상에 Ti 버퍼층을 먼저 형성한 후에, AlCrN층, AlCrN층, AlCrFeZrN층, AlCrN층이 순차적으로 적층된 2.4mm 두께의 다층 코팅막을 구현하였다. In Experimental Example 3-1, a Ti buffer layer was first formed on a substrate, and then a 2.4 mm thick multilayer coating film in which an AlCrN layer, an AlCrFeN layer, and an AlCrN layer were sequentially stacked was implemented. In Experimental Example 3-2, a Ti buffer layer was first formed on a substrate, and then a 2.4 mm thick multilayer coating film in which an AlCrN layer, an AlCrN layer, an AlCrFeSiN layer, and an AlCrN layer were sequentially stacked was implemented. In Experimental Example 3-3, a Ti buffer layer was first formed on a substrate, and then a 2.4 mm thick multilayer coating film in which an AlCrN layer, an AlCrN layer, an AlCrFeZrN layer, and an AlCrN layer were sequentially stacked was implemented.
상기 AlCrN층은 Al:Cr의 비율이 7:3인 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현하였으며, 상기 AlCrFeN층은 표 1의 실험예 1-3에 개시된 Al71Cr28Fe1 조성의 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현하였으며, 상기 AlCrFeSiN층은 표 1의 실험예 2-4에 개시된 Al71Cr24Fe1Si4 조성의 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현하였으며, 상기 AlCrFeZrN층은 표 1의 실험예 2-2에 개시된 Al71Cr24Fe1Zr4 조성의 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현하였다. The AlCrN layer was implemented by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to the target Al: Cr ratio 7: 3, the AlCrFeN layer is shown in Experimental Examples 1-3 of Table 1 The physical Al deposition process was carried out in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to the target Al 71 Cr 28 Fe 1 composition, and the AlCrFeSiN layer was Al 71 Cr 24 disclosed in Experimental Example 2-4 of Table 1. The target of Fe 1 Si 4 composition was implemented by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas, the AlCrFeZrN layer is Al 71 Cr 24 Fe 1 Zr disclosed in Experimental Example 2-2 of Table 1 It was implemented by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to the target of four compositions.
실험예 3-1 내지 3-3에 의한 다층 코팅막은 모두 3200Hv 이상의 경도를 확보하였으며, 우수한 부착력도 확보하였음을 확인하였다. It was confirmed that the multilayer coating film according to Experimental Examples 3-1 to 3-3 all secured a hardness of 3200 Hv or more, and also excellent adhesion.
두께(um)Coating film
Thickness (um)
(Lc2[N])Scratch Test
(Lc2 [N])
표 8은 실험예 3-4-1 내지 3-4-3의 조건과 실험예 3-5-1 내지 3-5-3의 조건으로 구현한 다층 코팅막의 구조를 나타낸 것이고, 표 9는 이러한 다층 코팅막의 물성을 평가한 결과를 나타낸 것이다.Table 8 shows the structure of the multilayer coating film implemented under the conditions of Experimental Examples 3-4-1 to 3-4-3 and the conditions of Experimental Examples 3-5-1 to 3-5-3, and Table 9 shows such multilayers. The results of evaluating the properties of the coating film are shown.
실험예 3-4-1에서는 기재 상에 Cr 버퍼층을 먼저 형성한 후에, AlCrN층(53%), AlCrFeSiN층(47%)이 순차적으로 적층된 2.1mm 두께의 다층 코팅막을 구현하였다. 실험예 3-4-2에서는 기재 상에 Cr 버퍼층을 먼저 형성한 후에, AlCrN층(53%), AlCrFeTiN층(47%)이 순차적으로 적층된 2.5mm 두께의 다층 코팅막을 구현하였다. 실험예 3-4-3에서는 기재 상에 Cr 버퍼층을 먼저 형성한 후에, AlCrN층(53%), AlCrFeZrN층(47%)이 순차적으로 적층된 2.5mm 두께의 다층 코팅막을 구현하였다. 실험예 3-5-1에서는 기재 상에 Cr 버퍼층을 먼저 형성한 후에, AlCrN층(12%), AlCrN층(44%), AlCrFeSiN층(44%)이 순차적으로 적층된 2.2mm 두께의 다층 코팅막을 구현하였다. 실험예 3-5-2에서는 기재 상에 Cr 버퍼층을 먼저 형성한 후에, AlCrN층(12%), AlCrN층(44%), AlCrFeTiN층(44%)이 순차적으로 적층된 2.4mm 두께의 다층 코팅막을 구현하였다. 실험예 3-5-3에서는 기재 상에 Cr 버퍼층을 먼저 형성한 후에, AlCrN층(12%), AlCrN층(44%), AlCrFeZrN층(44%)이 순차적으로 적층된 2.3mm 두께의 다층 코팅막을 구현하였다. 여기에서, 백분율(%)은 전체 코팅막 두께 중에서 각 층이 차지하는 두께 비율을 의미한다. In Experimental Example 3-4-1, a Cr buffer layer was first formed on a substrate, and then a 2.1 mm thick multilayer coating film in which an AlCrN layer (53%) and an AlCrFeSiN layer (47%) were sequentially stacked was implemented. In Experimental Example 3-4-2, a Cr buffer layer was first formed on a substrate, and then a 2.5 mm thick multilayer coating film in which an AlCrN layer (53%) and an AlCrFeTiN layer (47%) were sequentially stacked was implemented. In Experimental Example 3-4-3, a Cr buffer layer was first formed on a substrate, and then a 2.5 mm thick multilayer coating film in which an AlCrN layer (53%) and an AlCrFeZrN layer (47%) were sequentially stacked was implemented. In Experimental Example 3-5-1, a Cr buffer layer was first formed on a substrate, followed by a 2.2 mm thick multilayer coating film in which an AlCrN layer (12%), an AlCrN layer (44%), and an AlCrFeSiN layer (44%) were sequentially stacked. Was implemented. In Experimental Example 3-5-2, after forming the Cr buffer layer on the substrate first, a 2.4 mm-thick multilayer coating film in which AlCrN layer (12%), AlCrN layer (44%), and AlCrFeTiN layer (44%) were sequentially stacked. Was implemented. In Experimental Example 3-5-3, after forming the Cr buffer layer on the substrate first, a 2.3 mm thick multilayer coating film in which an AlCrN layer (12%), an AlCrN layer (44%), and an AlCrFeZrN layer (44%) were sequentially stacked. Implemented Here, the percentage (%) means the thickness ratio of each layer of the total coating film thickness.
상기 AlCrN층은 Al:Cr의 비율이 7:3인 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현하였으며, 상기 AlCrFeSiN층은 표 1의 실험예 2-4에 개시된 Al71Cr24Fe1Si4 조성의 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현하였으며, 상기 AlCrFeTiN층은 표 1의 실험예 2-1에 개시된 Al71Cr24Fe1Ti4 조성의 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현하였으며, 상기 AlCrFeZrN층은 표 1의 실험예 2-2에 개시된 Al71Cr24Fe1Zr4 조성의 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현하였다. The AlCrN layer was implemented by performing physical vapor deposition in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to a target with an Al: Cr ratio of 7: 3, and the AlCrFeSiN layer is shown in Experimental Example 2-4 of Table 1. The physical Al deposition process was carried out in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to a target Al 71 Cr 24 Fe 1 Si 4 composition, and the AlCrFeTiN layer was Al 71 disclosed in Experimental Example 2-1 of Table 1. It was implemented by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to the target of Cr 24 Fe 1 Ti 4 composition, the AlCrFeZrN layer is Al 71 Cr 24 Fe disclosed in Experimental Example 2-2 of Table 1 The target of 1 Zr 4 composition was implemented by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas.
실험예 3-4-1 내지 3-4-3과 실험예 3-5-1 내지 3-5-3에 의한 다층 코팅막은 AlCrFeX(X=Si,Ti) 타겟을 이용한 코팅막의 최외각층 두께 비율을 44% 내지 47%로 증가시킨 다층 코팅막인 바, 모두 3200Hv 이상의 경도를 확보하였으며, 우수한 부착력도 확보하였음을 확인하였다. In the multilayer coating films of Experimental Examples 3-4-1 to 3-4-3 and Experimental Examples 3-5-1 to 3-5-3, the outermost layer thickness ratio of the coating layer using the AlCrFeX (X = Si, Ti) target was determined. The multi-layer coating film increased from 44% to 47%, all secured a hardness of 3200Hv or more, it was confirmed that excellent adhesion also secured.
제2 Layer
(AlCrFeSiN)Experimental Example 3-7-1
2nd layer
(AlCrFeSiN)
제1 Layer
(AlCrN)Experimental Example 3-7-1
First layer
(AlCrN)
제2 Layer
(AlCrFeTiN)Experimental Example 3-7-2
2nd layer
(AlCrFeTiN)
제1 Layer
(AlCrN)Experimental Example 3-7-2
First layer
(AlCrN)
두께(um)Coating film
Thickness (um)
(Lc2[N])Scratch Test
(Lc2 [N])
하락률(%)Hardness
% Drop
하락률(%)Hardness
% Drop
표 10은 실험예 3-6-1 내지 3-7-2의 조건으로 구현한 다층 코팅막의 구조를 나타낸 것이고, 표 11은 실험예 3-7-1 및 실험예 3-7-2의 조건으로 구현한 다층 코팅막의 EDS 성분분석 결과를 나타낸 것이며, 표 12 및 표 13은 이러한 다층 코팅막의 물성을 평가한 결과를 나타낸 것이다. 도 3은 실험예 3-7-1의 조건으로 구현한 다층 코팅막의 단면을 촬영한 사진이고, 도 4는 실험예 3-7-2의 조건으로 구현한 다층 코팅막의 단면을 촬영한 사진이다. Table 10 shows the structure of the multilayer coating film implemented under the conditions of Experimental Examples 3-6-1 to 3-7-2, Table 11 is the conditions of Experimental Examples 3-7-1 and Experimental Examples 3-7-2 EDS component analysis results of the implemented multilayer coating film are shown, and Table 12 and Table 13 show the results of evaluating the physical properties of the multilayer coating film. 3 is a photograph taken a cross section of the multilayer coating film implemented under the conditions of Experimental Example 3-7-1, Figure 4 is a photograph taken a cross section of the multilayer coating film implemented under the conditions of Experimental Example 3-7-2.
실험예 3-6-1에서는 기재 상에 Cr 버퍼층을 먼저 형성한 후에, AlCrN층(29%), AlCrFeSiN층(71%)이 순차적으로 적층된 2.5mm 두께의 다층 코팅막을 구현하였다. 실험예 3-6-2에서는 기재 상에 Cr 버퍼층을 먼저 형성한 후에, AlCrN층(29%), AlCrFeTiN층(71%)이 순차적으로 적층된 2.3mm 두께의 다층 코팅막을 구현하였다. 실험예 3-7-1에서는 기재 상에 Cr 버퍼층을 먼저 형성한 후에, AlCrN층(12%), AlCrFeSiN층(88%)이 순차적으로 적층된 2.3mm 두께의 다층 코팅막을 구현하였다. 실험예 3-7-2에서는 기재 상에 Cr 버퍼층을 먼저 형성한 후에, AlCrN층(12%), AlCrFeTiN층(88%)이 순차적으로 적층된 2.2mm 두께의 다층 코팅막을 구현하였다. 여기에서, 백분율(%)은 전체 코팅막 두께 중에서 각 층이 차지하는 두께 비율을 의미한다. In Experimental Example 3-6-1, a Cr buffer layer was first formed on a substrate, and then a 2.5 mm thick multilayer coating film in which an AlCrN layer (29%) and an AlCrFeSiN layer (71%) were sequentially stacked was implemented. In Experimental Example 3-6-2, a Cr buffer layer was first formed on a substrate, and then a 2.3 mm thick multilayer coating film in which an AlCrN layer (29%) and an AlCrFeTiN layer (71%) were sequentially stacked was implemented. In Experimental Example 3-7-1, a Cr buffer layer was first formed on a substrate, and then a 2.3 mm thick multilayer coating film in which an AlCrN layer (12%) and an AlCrFeSiN layer (88%) were sequentially stacked was implemented. In Experimental Example 3-7-2, a Cr buffer layer was first formed on a substrate, and then a 2.2 mm thick multilayer coating film in which an AlCrN layer (12%) and an AlCrFeTiN layer (88%) were sequentially stacked was implemented. Here, the percentage (%) means the thickness ratio of each layer of the total coating film thickness.
상기 AlCrN층은 Al:Cr의 비율이 7:3인 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현하였으며, 상기 AlCrFeSiN층은 표 1의 실험예 2-4에 개시된 Al71Cr24Fe1Si4 조성의 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현하였으며, 상기 AlCrFeTiN층은 표 1의 실험예 2-1에 개시된 Al71Cr24Fe1Ti4 조성의 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리증착 공정을 수행하여 구현하였다. The AlCrN layer was implemented by performing physical vapor deposition in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to a target with an Al: Cr ratio of 7: 3, and the AlCrFeSiN layer is shown in Experimental Example 2-4 of Table 1. The physical Al deposition process was carried out in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to a target Al 71 Cr 24 Fe 1 Si 4 composition, and the AlCrFeTiN layer was Al 71 disclosed in Experimental Example 2-1 of Table 1. The target of Cr 24 Fe 1 Ti 4 composition was implemented by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas.
실험예 3-6-1 내지 3-6-2와 실험예 3-7-1 내지 3-7-2에 의한 다층 코팅막은 내열성 향상을 위해 AlCrFeX(X=Si,Ti) 타겟을 이용한 코팅막의 최외각층 두께 비율을 60% 내지 90%로 증가시킨 다층 코팅막인 바, 모두 3200Hv 이상의 경도를 확보하였으며, 우수한 부착력도 확보하였음을 확인하였다. 또한, 1000℃ 열처리 후의 경도 하락률이 15% 이내이며, 1100℃ 열처리 후의 경도 하락률이 20% 이내인 것으로 나타났는 바, 매우 우수한 내열 특성을 확보하였음을 확인하였다. The multilayer coating film according to Experimental Examples 3-6-1 to 3-6-2 and Experimental Examples 3-7-1 to 3-7-2 is the outermost layer of the coating layer using AlCrFeX (X = Si, Ti) target for improving heat resistance. Bars of multilayer coatings having increased the thickness ratio of each layer from 60% to 90%, all secured a hardness of 3200Hv or more, it was confirmed that also excellent adhesion. In addition, the hardness drop rate after heat treatment at 1000 ° C. was within 15%, and the hardness drop rate after heat treatment at 1100 ° C. was within 20%, confirming that excellent heat resistance was obtained.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary and will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
Claims (10)
상기 Al 분말, 상기 Cr 분말 및 상기 Fe 분말을 혼합하여 기계적 합금화를 수행하는 단계; 및
상기 기계적 합금화가 수행된 혼합분말을 진공 분위기 또는 대기 중에서 소결하는 단계; 를 포함하며,
상기 소결이 완료된 소결체는 Cr: 9 ~ 40 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어지며,
조직, 조성 및 경도가 균일한 단일 타겟을 제조하는 것을 특징으로 하며,
상기 기계적 합금화를 수행하는 단계는 볼 밀 공정을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 볼 밀 공정에서 볼과 상기 분말의 장입량은 10 ~ 90%이며, 상기 볼과 상기 분말의 장입비(Ball : Powder)는 1 : 1 내지 20 : 1이며, 밀링 속도는 50 ~ 500 rpm이며, 밀링 시간은 200시간 이하이며,
상기 소결하는 단계는 스파크 플라즈마 신터링(spark plasma sintering), 핫 프레스(hot press) 공정을 적용하되, 소결 온도는 300 ~ 1000℃이며, 소결 압력은 10 ~ 500MPa이며, 진공도는 2-5 mTorr 이하이며, 소결 시간은 10 ~ 100분의 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는,
물리증착용 타겟의 제조 방법.Preparing Al powder, Cr powder and Fe powder;
Performing mechanical alloying by mixing the Al powder, the Cr powder and the Fe powder; And
Sintering the mixed powder subjected to the mechanical alloying in a vacuum atmosphere or air; Including;
The sintered sintered body is made of an alloy consisting of Cr: 9 to 40 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic% and the balance Al,
Characterized by producing a single target with uniform tissue, composition and hardness,
The mechanical alloying may include performing a ball mill process, wherein the loading amount of the ball and the powder in the ball mill process is 10 to 90%, and the charging ratio of the ball and the powder (Ball: Powder) Is 1: 1 to 20: 1, milling speed is 50 to 500 rpm, milling time is 200 hours or less,
The sintering step is applied to the spark plasma sintering, hot press (hot press) process, the sintering temperature is 300 ~ 1000 ℃, the sintering pressure is 10 ~ 500MPa, the vacuum degree is 2 -5 mTorr or less The sintering time is characterized by applying the conditions of 10 to 100 minutes,
Method for producing a physical vapor deposition target.
상기 Al 분말, 상기 Cr 분말, 상기 Fe 분말, 상기 Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나의 분말을 혼합하여 기계적 합금화를 수행하는 단계; 및
상기 기계적 합금화가 수행된 혼합분말을 진공 분위기 또는 대기 중에서 소결하는 단계; 를 포함하며,
상기 소결이 완료된 소결체는 Cr: 9 ~ 32 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나: 0.1 ~ 20 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어지며,
조직, 조성 및 경도가 균일한 단일 타겟을 제조하는 것을 특징으로 하며,
상기 기계적 합금화를 수행하는 단계는 볼 밀 공정을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 볼 밀 공정에서 볼과 상기 분말의 장입량은 10 ~ 90%이며, 상기 볼과 상기 분말의 장입비(Ball : Powder)는 1 : 1 내지 20 : 1이며, 밀링 속도는 50 ~ 500 rpm이며, 밀링 시간은 200시간 이하이며,
상기 소결하는 단계는 스파크 플라즈마 신터링(spark plasma sintering), 핫 프레스(hot press) 공정을 적용하되, 소결 온도는 300 ~ 1000℃이며, 소결 압력은 10 ~ 500MPa이며, 진공도는 2-5 mTorr 이하이며, 소결 시간은 10 ~ 100분의 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는,
물리증착용 타겟의 제조 방법.Preparing a powder selected from Al powder, Cr powder, Fe powder, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y, and V;
Performing mechanical alloying by mixing any one powder selected from the Al powder, the Cr powder, the Fe powder, the Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V; And
Sintering the mixed powder subjected to the mechanical alloying in a vacuum atmosphere or air; Including;
The sintered sintered body is 9 to 32 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, any one selected from Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V: 0.1 to 20 atomic% and The balance consists of an alloy consisting of Al,
Characterized by producing a single target with uniform tissue, composition and hardness,
The mechanical alloying may include performing a ball mill process, wherein the loading amount of the ball and the powder in the ball mill process is 10 to 90%, and the charging ratio of the ball and the powder (Ball: Powder) Is 1: 1 to 20: 1, milling speed is 50 to 500 rpm, milling time is 200 hours or less,
The sintering step is applied to the spark plasma sintering, hot press (hot press) process, the sintering temperature is 300 ~ 1000 ℃, the sintering pressure is 10 ~ 500MPa, the vacuum degree is 2 -5 mTorr or less The sintering time is characterized by applying the conditions of 10 to 100 minutes,
Method for producing a physical vapor deposition target.
상기 질화물 경질피막은 Al을 기지로 하며, 5 ~ 25 원자%의 Cr 및 0.1 ~ 4 원자%의 Fe을 함유하며,
상기 물리증착용 단일 타겟은 Al 분말, Cr 분말 및 Fe 분말을 준비하는 단계; 상기 Al 분말, 상기 Cr 분말 및 상기 Fe 분말을 혼합하여 기계적 합금화를 수행하는 단계; 및 상기 기계적 합금화가 수행된 혼합분말을 진공 분위기 또는 대기 중에서 소결하는 단계; 를 수행하여 구현하되, 상기 소결이 완료된 소결체는 Cr: 9 ~ 40 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어지며, 상기 기계적 합금화를 수행하는 단계는 볼 밀 공정을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 볼 밀 공정에서 볼과 상기 분말의 장입량은 10 ~ 90%이며, 상기 볼과 상기 분말의 장입비(Ball : Powder)는 1 : 1 내지 20 : 1이며, 밀링 속도는 50 ~ 500 rpm이며, 밀링 시간은 200시간 이하이며, 상기 소결하는 단계는 스파크 플라즈마 신터링(spark plasma sintering), 핫 프레스(hot press) 공정을 적용하되, 소결 온도는 300 ~ 1000℃이며, 소결 압력은 10 ~ 500MPa이며, 진공도는 2-5 mTorr 이하이며, 소결 시간은 10 ~ 100분의 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는,
질화물 경질피막.In a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas for a single target for physical vapor deposition having a uniform structure, composition and hardness composed of an alloy composed of Cr: 9 to 40 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, and balance Al. A nitride hard film formed by performing a physical vapor deposition process,
The nitride hard coating is based on Al, and contains 5 to 25 atomic percent Cr and 0.1 to 4 atomic percent Fe,
The single target for physical vapor deposition is preparing an Al powder, Cr powder and Fe powder; Performing mechanical alloying by mixing the Al powder, the Cr powder and the Fe powder; And sintering the mixed powder subjected to the mechanical alloying in a vacuum atmosphere or air. The sintered sintered compact is made of an alloy consisting of Cr: 9 to 40 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, and the balance Al, and the mechanical alloying is performed by a ball mill process. Including the step of performing, in the ball mill process, the loading amount of the ball and the powder is 10 to 90%, the charge ratio of the ball and the powder (Ball: Powder) is 1: 1 to 20: 1, milling speed Is 50 to 500 rpm, milling time is less than 200 hours, the sintering step is applied to the spark plasma sintering, hot press process, the sintering temperature is 300 ~ 1000 ℃, The sintering pressure is 10 ~ 500MPa, the vacuum degree is 2 -5 mTorr or less, the sintering time is characterized by applying a condition of 10 to 100 minutes,
Nitride hard film.
상기 질화물 경질피막은 Al을 기지로 하며, 5 ~ 25 원자%의 Cr, 0.1 ~ 4 원자%의 Fe, 0.1 ~ 3.5원자%의 Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나를 함유하며,
상기 물리증착용 단일 타겟은 Al 분말, Cr 분말, Fe 분말, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나의 분말을 준비하는 단계; 상기 Al 분말, 상기 Cr 분말, 상기 Fe 분말, 상기 Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나의 분말을 혼합하여 기계적 합금화를 수행하는 단계; 및 상기 기계적 합금화가 수행된 혼합분말을 진공 분위기 또는 대기 중에서 소결하는 단계; 를 수행하여 구현하되, 상기 소결이 완료된 소결체는 Cr: 9 ~ 32 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나: 0.1 ~ 20 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어지며, 상기 기계적 합금화를 수행하는 단계는 볼 밀 공정을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 볼 밀 공정에서 볼과 상기 분말의 장입량은 10 ~ 90%이며, 상기 볼과 상기 분말의 장입비(Ball : Powder)는 1 : 1 내지 20 : 1이며, 밀링 속도는 50 ~ 500 rpm이며, 밀링 시간은 200시간 이하이며, 상기 소결하는 단계는 스파크 플라즈마 신터링(spark plasma sintering), 핫 프레스(hot press) 공정을 적용하되, 소결 온도는 300 ~ 1000℃이며, 소결 압력은 10 ~ 500MPa이며, 진공도는 2-5 mTorr 이하이며, 소결 시간은 10 ~ 100분의 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는,
질화물 경질피막.Cr: 9 to 32 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, any one selected from Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V: alloy composed of 0.1 to 20 atomic% and the balance Al A nitride hard film formed by performing a physical vapor deposition process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to a single target for physical vapor deposition having a uniform structure, composition, and hardness,
The nitride hard coating is based on Al, 5 to 25 atomic% Cr, 0.1 to 4 atomic% Fe, 0.1 to 3.5 atomic% Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V Contains any one selected from
The single target for physical vapor deposition is Al powder, Cr powder, Fe powder, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V selected from any one powder selected from; Performing mechanical alloying by mixing any one powder selected from the Al powder, the Cr powder, the Fe powder, the Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V; And sintering the mixed powder subjected to the mechanical alloying in a vacuum atmosphere or air. Implemented by performing, the sintered sintered body is any one selected from Cr: 9 to 32 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V: 0.1 to 20 atomic% and the balance is made of an alloy consisting of Al, the step of performing the mechanical alloying includes the step of performing a ball mill process, the charge amount of the ball and the powder in the ball mill process is 10 ~ 90 %, The charge ratio of the ball and the powder (Ball: Powder) is 1: 1 to 20: 1, the milling speed is 50 to 500 rpm, the milling time is 200 hours or less, and the sintering step is a spark plasma Sintering (spark plasma sintering), hot press (hot press) process is applied, the sintering temperature is 300 ~ 1000 ℃, the sintering pressure is 10 ~ 500MPa, the vacuum degree is 2 -5 mTorr or less, the sintering time is 10 ~ It is characterized by applying a condition of 100 minutes,
Nitride hard film.
상기 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리적 기상 증착(PVD) 공정을 수행함으로써, Al을 기지로 하며, 5 ~ 25 원자%의 Cr 및 0.1 ~ 4 원자%의 Fe을 함유하는 질화물 경질피막을 형성하는 단계; 를 포함하며,
상기 물리증착용 단일 타겟을 준비하는 단계는 Al 분말, Cr 분말 및 Fe 분말을 준비하는 단계; 상기 Al 분말, 상기 Cr 분말 및 상기 Fe 분말을 혼합하여 기계적 합금화를 수행하는 단계; 및 상기 기계적 합금화가 수행된 혼합분말을 진공 분위기 또는 대기 중에서 소결하는 단계; 를 포함하되, 상기 소결이 완료된 소결체는 Cr: 9 ~ 40 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어지며, 상기 기계적 합금화를 수행하는 단계는 볼 밀 공정을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 볼 밀 공정에서 볼과 상기 분말의 장입량은 10 ~ 90%이며, 상기 볼과 상기 분말의 장입비(Ball : Powder)는 1 : 1 내지 20 : 1이며, 밀링 속도는 50 ~ 500 rpm이며, 밀링 시간은 200시간 이하이며, 상기 소결하는 단계는 스파크 플라즈마 신터링(spark plasma sintering), 핫 프레스(hot press) 공정을 적용하되, 소결 온도는 300 ~ 1000℃이며, 소결 압력은 10 ~ 500MPa이며, 진공도는 2-5 mTorr 이하이며, 소결 시간은 10 ~ 100분의 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는,
질화물 경질피막의 제조방법.Preparing a single target for physical vapor deposition having a uniform structure, composition and hardness consisting of an alloy composed of 9% to 40% by weight of Cr, 0.1% to 6% by weight of Fe, and Al; And
By performing a physical vapor deposition (PVD) process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to the physical vapor deposition target, based on Al, 5 to 25 atomic% Cr and 0.1 to 4 atomic% Fe Forming a nitride hard film containing a; Including;
The preparing of the single target for physical vapor deposition may include preparing Al powder, Cr powder, and Fe powder; Performing mechanical alloying by mixing the Al powder, the Cr powder and the Fe powder; And sintering the mixed powder subjected to the mechanical alloying in a vacuum atmosphere or air. Including, but the sintered sintered body is made of an alloy consisting of Cr: 9 to 40 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic% and the balance Al, the step of performing the mechanical alloying is to perform a ball mill process Including the step, in the ball mill process, the loading amount of the ball and the powder is 10 to 90%, the charge ratio of the ball and the powder (Ball: Powder) is 1: 1 to 20: 1, milling speed is 50 ~ 500 rpm, milling time is less than 200 hours, the sintering step is applied to the spark plasma sintering, hot press process, the sintering temperature is 300 ~ 1000 ℃, sintering pressure Is 10 to 500 MPa, the degree of vacuum is 2 -5 mTorr or less, and the sintering time is characterized by applying a condition of 10 to 100 minutes,
Method for producing nitride hard film.
상기 물리증착용 타겟에 대하여 질소 및 불활성기체를 포함하는 혼합기체 분위기에서 물리적 기상 증착(PVD) 공정을 수행함으로써, Al을 기지로 하며, Cr: 5 ~ 25 원자%, Fe: 0.1 ~ 4 원자%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나: 0.1 ~ 3.5원자%를 함유하는 질화물 경질피막을 형성하는 단계; 를 포함하며,
상기 물리증착용 단일 타겟을 준비하는 단계는 Al 분말, Cr 분말, Fe 분말, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나의 분말을 준비하는 단계; 상기 Al 분말, 상기 Cr 분말, 상기 Fe 분말, 상기 Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나의 분말을 혼합하여 기계적 합금화를 수행하는 단계; 및 상기 기계적 합금화가 수행된 혼합분말을 진공 분위기 또는 대기 중에서 소결하는 단계; 를 포함하되, 상기 소결이 완료된 소결체는 Cr: 9 ~ 32 원자%, Fe: 0.1 ~ 6 원자%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y 및 V 중에서 선택된 어느 하나: 0.1 ~ 20 원자% 및 잔부가 Al으로 구성된 합금으로 이루어지며, 상기 기계적 합금화를 수행하는 단계는 볼 밀 공정을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 볼 밀 공정에서 볼과 상기 분말의 장입량은 10 ~ 90%이며, 상기 볼과 상기 분말의 장입비(Ball : Powder)는 1 : 1 내지 20 : 1이며, 밀링 속도는 50 ~ 500 rpm이며, 밀링 시간은 200시간 이하이며, 상기 소결하는 단계는 스파크 플라즈마 신터링(spark plasma sintering), 핫 프레스(hot press) 공정을 적용하되, 소결 온도는 300 ~ 1000℃이며, 소결 압력은 10 ~ 500MPa이며, 진공도는 2-5 mTorr 이하이며, 소결 시간은 10 ~ 100분의 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는,
질화물 경질피막의 제조방법.Cr: 9 to 32 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, any one selected from Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V: alloy consisting of 0.1 to 20 atomic% and the balance Al Preparing a single target for physical vapor deposition consisting of a uniform tissue, composition and hardness; And
By performing a physical vapor deposition (PVD) process in a mixed gas atmosphere containing nitrogen and an inert gas to the physical vapor deposition target, based on Al, Cr: 5 to 25 atomic%, Fe: 0.1 to 4 atomic% Any one selected from among Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y, and V: forming a nitride hard film containing 0.1 to 3.5 atomic%; Including;
The preparing of the single target for physical vapor deposition may include preparing any one powder selected from Al powder, Cr powder, Fe powder, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V; Performing mechanical alloying by mixing any one powder selected from the Al powder, the Cr powder, the Fe powder, the Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V; And sintering the mixed powder subjected to the mechanical alloying in a vacuum atmosphere or air. Including, wherein the sintered sintered body is completed: any one selected from Cr: 9 to 32 atomic%, Fe: 0.1 to 6 atomic%, Ti, Zr, Mn, Si, W, Mo, Nb, Y and V: 0.1 ~ 20 atomic% and the balance is made of an alloy consisting of Al, the step of performing the mechanical alloying includes the step of performing a ball mill process, the charge amount of the ball and the powder in the ball mill process is 10 ~ 90% , The charge ratio of the ball and the powder (Ball: Powder) is 1: 1 to 20: 1, the milling speed is 50 to 500 rpm, the milling time is 200 hours or less, the step of sintering spark plasma sintering (spark plasma sintering), hot press (sintering) process is applied, the sintering temperature is 300 ~ 1000 ℃, the sintering pressure is 10 ~ 500MPa, the vacuum degree is 2 -5 mTorr or less, the sintering time is 10 ~ 100 minutes Characterized by applying the conditions of
Method for producing nitride hard film.
상기 AlCr층 상에 형성된 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 의한 상기 질화물 경질피막;을 포함하는,
다층 코팅막.AlCr layer made of Al and Cr; And
It includes; the nitride hard film according to any one of claims 5 and 6 formed on the AlCr layer,
Multilayer coating film.
상기 질화물 경질피막의 두께는 상기 다층 코팅막의 두께 중에서 60% 내지 90%인 것을 특징으로 하는,
다층 코팅막.The method of claim 9,
The thickness of the nitride hard film is characterized in that from 60% to 90% of the thickness of the multilayer coating film,
Multilayer coating film.
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