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KR20190103223A - 피복 절삭 공구 - Google Patents

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KR20190103223A
KR20190103223A KR1020197021231A KR20197021231A KR20190103223A KR 20190103223 A KR20190103223 A KR 20190103223A KR 1020197021231 A KR1020197021231 A KR 1020197021231A KR 20197021231 A KR20197021231 A KR 20197021231A KR 20190103223 A KR20190103223 A KR 20190103223A
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디르크 슈틴스
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발터 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 기재 및 코팅을 포함하는 피복 절삭 공구로서, 코팅은 두께 4-14 ㎛ 의 내부 Ti1-xAlxN 층, 0.05-1 ㎛ 의 중간 TiCN 층, 및 1-9 ㎛ 의 적어도 하나의 외부 α-Al2O3 층을 포함하고, 상기 α-Al2O3 층은 CuKα 복사 및 세타-2세타 스캔을 사용하여 측정되는 때 X선 회절 패턴을 나타내고, 집합조직 계수 TC(hkl) 이 Harris 식에 따라 규정되고, 사용된 (hkl) 반사는 (0 2 4), (1 1 6), (3 0 0) 및 (0 0 12) 이고, I(hkl) = (hkl) 반사의 측정된 강도 (피크 강도), I0(hkl) = ICDD 의 PDF 카드 No. 00-042-1468 에 따른 표준 강도, n = 계산에 사용된 반사의 수이고, 3 < TC(0 0 12) < 4 인, 피복 절삭 공구에 관한 것이다.

Description

피복 절삭 공구
본 발명은, 초경합금, 서멧, 세라믹, 강, 입방정 질화 붕소 또는 고속도강으로 이루어진 기본 보디, 및 CVD 공정에 의해 증착되고 두께가 5 ㎛ 내지 24 ㎛ 인 단층 또는 다층의 마모 방지 코팅을 갖는 공구로서, 마모 방지 코팅이 적어도, 0.40 ≤ x ≤ 0.95 이고 두께가 4 ㎛ 내지 14 ㎛ 이며 90 부피% 초과의 면심 입방 (fcc) 결정 구조를 갖는 Ti1-xAlxN 층을 포함하는, 공구에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명의 공구의 제조 방법에 관한 것이다.
드릴링, 밀링 및 선삭과 같은 금속 절삭 작업을 위한 절삭 공구는, 일반적으로 매우 마모적이며 열이 발생하는 작업에 사용되므로, 내마모성 및 내산화성이 높아야 한다. 피복 절삭 공구는 당업계에 공지되어 있고, 경질 재료 층이 PVD 및/또는 CVD 에 의해 적용될 수도 있다.
US8389134 는 외부 Al2O3 층 및 내부 Ti1-xAlxN 층을 포함하는 CVD 피복 절삭 공구를 개시한다.
본 발명의 목적은, 종래 기술에 비해, 냉각제의 사용 하에서뿐만 아니라 건식 기계가공에서 개선된 내마모성 및 향상된 빗형 크랙 저항성을 나타내는, 강 또는 주조 재료의 칩 형성 금속 기계가공을 위한 피복 공구를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 강을 선삭하기에 적합한 피복 절삭 공구를 제공하는 것이다.
본 발명은, 기재 및 코팅을 포함하는 피복 절삭 공구로서, 상기 코팅은 두께 4-14 ㎛ 의 내부 Ti1-xAlxN 층, 0.05-1 ㎛ 의 중간 TiCN 층, 및 1-9 ㎛ 의 적어도 하나의 외부 α-Al2O3 층을 포함하고, 상기 α-Al2O3 층은 CuKα 복사 및 세타-2세타 스캔을 사용하여 측정되는 때 X선 회절 패턴을 나타내고, 집합조직 계수 TC(hkl) 이 Harris 식:
Figure pct00001
에 따라 규정되고, 여기서, 사용된 (hkl) 반사는 (0 2 4), (1 1 6), (3 0 0) 및 (0 0 12) 이고, I(hkl) = (hkl) 반사의 측정된 강도 (피크 강도), I0(hkl) = ICDD 의 PDF 카드 No. 00-042-1468 에 따른 표준 강도, n = 계산에 사용된 반사의 수이고, 3 < TC(0 0 12) < 4 인, 피복 절삭 공구에 관한 것이다.
절삭 공구는 칩 금속 절삭을 위한 공구이며, 예를 들어 드릴, 밀, 또는 드릴링, 밀링 또는 선삭용 인서트일 수 있다. 절삭 공구는 바람직하게는 선삭, 바람직하게는 강의 선삭을 위한 인서트이다.
본 발명의 절삭 공구의 내마모성 코팅은 고내마모성 Ti1-xAlxN 층 및 크레이터 마모 저항성이 큰 α-Al2O3 층을 포함한다. 이 두 층이 절삭 공구의 코팅의 내마모성에 가장 많이 기여하는 층이다. 코팅은 예를 들어 층의 접착을 개선하고/하거나 피복 절삭 공구의 시각적 외관을 개선하기 위한 추가의 층을 포함할 수 있다. 이러한 추가 층은 예를 들어 TiN, TiCN, TiAlN, TiCO, TiCNO, AlTiCNO, AlTiCO 등일 수 있다.
중간 TiCN 층은 단지 0.05-1 ㎛ 로 비교적 얇다. 이 TiCN 층의 목적은 후속하는 내마모성 α-Al2O3 층을 위한 양호한 접착 및 적절한 시작 층을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시양태에서, 중간 TiCN 층의 두께는 0.05-0.3 ㎛ 이다. TiCN 층은 전형적으로 α-Al2O3 층 및/또는 Ti1-xAlxN 층에 비해 매우 얇다.
본 발명의 일 실시형태에서, 중간 TiCN 층의 TC(111) 은 3 초과이고, 집합조직 계수 TC (111) 은
Figure pct00002
에 따라 규정되고, 여기서 I(hkl) 은 X선 회절에 의해 측정된 회절 반사의 강도이고, I0(hkl) 은 ICDD 의 PDF 카드 No. 00-042-1489 에 따른 회절 반사의 표준 강도이고, n 은 계산에 사용된 반사의 수이고, TC(111) 의 계산에 반사 (111), (200), (220) 및 (311) 이 사용된다.
중간 TiCN 층은 바람직하게는 Ti1-xAlxN 층에 대해 에피텍셜 관계에 있고, 즉 결정립들은 계면에서의 재핵생성 (renucleation) 대신에 이 층들을 통해 동일한 방위로 계속 성장한다. 이는 높은 점착으로 인해 바람직하고 또한 높은 정도의 방위가 감지될 수 있으므로 바람직하다. 높은 정도의 방위, 즉 높은 TC 값은 높은 내마모성을 제공한다는 점에서 유리하다.
본 발명의 일 실시형태에서, α-Al2O3 층에서의 총 결정립계 길이에 대한 Σ3 결정립계 길이가 30% 초과이다. 결정립계 길이는 α-Al2O3 층의 연마된 표면에서 EBSD 로 측정된다. 연마된 표면은 기재의 표면에 평행하다. Σ3 결정립계는 α-Al2O3 층의 높은 내마모성에 기여하는 것으로 생각된다. 일 실시형태에서, EBSD 측정은 α-Al2O3 층의 두께의 30% 내지 70% 두께의 나머지 층에서, 바람직하게는 α-Al2O3 층 두께의 대략 중간에서 행해진다.
본 발명의 일 실시형태에서, Ti1-xAlxN 층은 적어도 90 부피%, 바람직하게는 적어도 95 부피%, 특히 바람직하게는 약 98 부피% 면심 입방 (fcc) 결정 구조를 갖는다.
본 발명의 일 실시형태에서, Ti1-xAlxN 층은 주상 미세조직을 갖는다.
본 발명의 일 실시형태에서, Ti1-xAlxN 미소결정의 결정립계에 Ti1-yAlyN 석출물이 존재하고, 상기 석출물은 미소결정 내부에서보다 더 높은 Al 함량을 가지며 육방정 결정 구조 (hcp) 의 AlN 을 포함하고, y > x 이다.
본 발명의 일 실시형태에서, Ti1-xAlxN 층은 0.60 ≤ x ≤ 0.90 의 화학량론적 계수를 갖는다.
본 발명의 일 실시형태에서, Ti1-xAlxN 층은 집합조직 계수 TC (111) > 3, 바람직하게는 > 3.5 를 특징으로 하는, {111} 결정면에 대하여 결정 성장의 우선 방위를 갖고, 집합조직 계수 TC (111) 은
Figure pct00003
에 따라 규정되고, 여기서
- I(hkl) 은 X선 회절에 의해 측정된 회절 반사의 강도이고,
- I0(hkl) 은 ICDD 의 PDF 카드 No. 00-046-1200 에 따른 회절 반사의 표준 강도이고,
- n 은 계산에 사용된 반사의 수이고,
- TC(111) 의 계산에 반사 (111), (200), (220) 및 (311) 이 사용된다.
본 발명의 일 실시형태에서, TiCN 층의 두께는 0.1-0.3 ㎛, 바람직하게는 0.1-0.2 ㎛ 이다.
본 발명의 일 실시형태에서, TiCN 층의 TiCN 결정립들의 평균 종횡비가 1 이하이고, 종횡비는 높이 (즉, 층 두께) 대 폭의 비로서 규정된다.
본 발명의 일 실시형태에서, Ti1-xAlxN 층의 두께 t(Ti1-xAlxN) 대 α-Al2O3 층의 두께 t(α) 가 2 : 1 내지 3 : 1 의 t(Ti1-xAlxN) : t(α) 이다. 이러한 두께 관계는 증가된 내마모성에 유리한 것으로 나타났다.
본 발명의 일 실시형태에서, 코팅은 바람직하게는 두께 0.1-2 ㎛, 바람직하게는 0.2-1 ㎛ 또는 0.2-0.5 ㎛ 의 최내부 TiN 층을 포함한다. 이 최내부 층은 직접 기재 상에 증착된다. 이 최내부 층은 바람직하게는 Ti1-xAlxN 층과 직접 접촉한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 코팅은 Ti1-xAlxN 와 TiCN 사이에 중간 TiN 층을 포함한다. 이 중간 TiN 층의 두께는 바람직하게는 0.05-0.1 ㎛ 이다. 이 중간 TiN 층은 바람직하게는 Ti1-xAlxN 층과 직접 접촉한다. 이 중간 TiN 층은 바람직하게는 TiCN 층과 직접 접촉한다.
기재는 초경합금, 서멧, 강, 세라믹, 입방정 질화 붕소 또는 고속도강으로 제조될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 기재는 초경합금으로 이루어진다. 초경합금은 바람직하게는 4-9 중량% 의 바인더 상 함량을 갖는다. 초경합금은 바람직하게는 80-90 중량% WC 를 포함한다. 초경합금은 바람직하게는 바인더 상에 Co 를 포함한다.
도 1 은 샘플 A1 (본 발명) 의 스루 컷 (through cut) 의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지를 나타낸다.
도 2 는 샘플 A1 (본 발명) 의 스루 컷의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지를 나타낸다.
예
증착 공정
본 예에서, 절삭 인서트 지오메트리 CNMA120408 를 갖는 초경합금으로 이루어진 기재를 사용하였다. 초경합금 조성은 86.1 중량% WC, 5.5 중량% Co, 8.0 중량% (NbC, TaC 및 TiC) 및 0.4 중량% 다른 탄화물이었다. 기재는 약 20 ㎛ 의 바인더 상-풍부 표면 구역을 갖는다.
기재는 1250 ㎜ 의 반응기 높이, 325 ㎜ 의 반응기 직경 및 40 리터의 장입 체적 (volume of charge) 을 갖는 Bernex BPX325S 타입의 CVD 코팅 챔버에서 CVD 코팅되었다.
기준 및 본 발명에 따른 예시적인 코팅은 하기 표 1a, 1b, 2a 및 2b 에 주어진 바와 같이 본 명세서에 기술된 장비 및 공정 조건을 사용하여 획득되었다. 그러나, CVD 코팅을 생산하기 위한 공정 조건이 사용되는 장비에 따라 어느 정도 달라질 수 있다는 것은 당업계에 잘 알려져 있다. 따라서, 본 발명의 코팅 특성을 달성하기 위해 사용되는 증착 조건 및/또는 장비를 변경하는 것은 당업자의 권한 내이다.
샘플 A1 (본 발명):
기재는 기재 표면으로부터 시작하여 다음의 층들로 이루어진 코팅으로 증착되었다: 0.25 ㎛ TiN, 9.0 ㎛ Ti1-xAlxN, 0.075 ㎛ TiN, 0.3 ㎛ TiCN, 3.2 ㎛ α-Al2O3. 증착 조건은 표 1a1 및 1b1 에 주어진다.
기본 TiN 층은 850 ℃ 의 온도에서 기재 상에 증착되었다. 반응 가스들은 TiCl4, N2, H2 를 포함한다.
Ti1-xAlxN 층은 725 ℃ 의 온도에서 증착되었다. 반응 가스들은 TiCl4, AlCl3, NH3, H2 를 포함한다.
그 다음, 중간 TiN 층은 725 ℃ 의 온도에서 Ti1-xAlxN 층 바로 위에 증착된다. 반응 가스들은 TiCl4, NH3, H2 를 포함한다.
그 다음, TiCN 층은 850 ℃ 의 온도에서 중간 TiN 층 바로 위해 증착된다. 반응 가스들은 TiCl4, CH3CN, N2, H2 를 포함한다.
결합층 (bonding layer) 으로서, TiCN 층은 CO, CO2 및 H2 를 사용하여 산화 단계에서 산화되었다.
그 다음, 850 ℃ 의 온도에서 결합층 위에 α-Al2O3 층이 증착된다. 반응 가스들은 AlCl3, CO2, H2, HCl, H2S, CO 를 포함한다. α-Al2O3 층의 증착은 2 개의 증착 단계들로 행해졌으며, 제 1 단계에서 핵생성 층이 성장되고, 제 2 단계에서 α-Al2O3 층이 원하는 두께까지 성장된다.
표 1a1. 샘플 A1 에서의 증착 동안의 공정 파라미터
Figure pct00004
표 1b1. 샘플 A1 에서의 증착 동안의 반응 가스들
Figure pct00005
샘플 A2 (본 발명):
기재는 기재 표면으로부터 시작하여 다음의 층들로 이루어진 코팅으로 증착되었다: 0.5 ㎛ TiN, 4.7 ㎛ Ti1-xAlxN, 0.25 ㎛ TiN, 0.6 ㎛ TiCN, 3.0 ㎛ α-Al2O3. 증착 조건은 표 1a2 및 1b2 에 주어진다.
기본 TiN 층은 850 ℃ 의 온도에서 기재 상에 증착되었다. 반응 가스들은 TiCl4, N2, H2 를 포함한다.
Ti1-xAlxN 층은 700 ℃ 의 온도에서 증착되었다. 반응 가스들은 TiCl4, AlCl3, NH3, H2 를 포함한다.
그 다음, 중간 TiN 층은 700 ℃ 의 온도에서 Ti1-xAlxN 층 바로 위에 증착된다. 반응 가스들은 TiCl4, NH3, H2 를 포함한다.
그 다음, TiCN 층은 850 ℃ 의 온도에서 중간 TiN 층 바로 위해 증착된다. 반응 가스들은 TiCl4, CH3CN, N2, H2 를 포함한다.
결합층으로서, TiCN 층은 CO, CO2 및 H2 를 사용하여 산화 단계에서 산화되었다.
그 다음, 850 ℃ 의 온도에서 결합층 위에 α-Al2O3 층이 증착된다. 반응 가스들은 AlCl3, CO2, H2, HCl, H2S, CO 를 포함한다. α-Al2O3 층의 증착은 2 개의 증착 단계들로 행해졌으며, 제 1 단계에서 핵생성 층이 성장되고, 제 2 단계에서 α-Al2O3 층이 원하는 두께까지 성장된다.
표 1a2. 샘플 A2 에서의 증착 동안의 공정 파라미터
Figure pct00006
표 1b2. 샘플 A2 에서의 증착 동안의 반응 가스들
Figure pct00007
샘플 B1 (기준):
초경합금 기재는 기재 표면으로부터 시작하여 다음의 층들로 이루어진 코팅으로 증착되었다: 0.4 ㎛ TiN, 7.8 ㎛ TiCN, 1.3 ㎛ TiAlCNO, 3.4 ㎛ α-Al2O3. TiCN 및 α-Al2O3 층의 증착 쌍방은 2 개의 증착 단계들로 행해졌으며, 제 1 단계에서 핵생성 층이 성장되고, 제 2 단계에서 층은 원하는 두께까지 성장된다. 증착 조건은 표 2a1 및 2b1 에 주어진다.
표 2a1. 샘플 B1 에서의 증착 동안의 공정 파라미터
Figure pct00008
표 2b1. 샘플 B1 에서의 증착 동안의 반응 가스들
Figure pct00009
샘플 B2 (기준):
초경합금 기재는 기재 표면으로부터 시작하여 다음의 층들로 이루어진 코팅으로 증착되었다: 0.3 ㎛ TiN, 4.6 ㎛ TiCN, < 0.1 ㎛ TiAlCNO, 2.4 ㎛ α-Al2O3. 증착 조건은 표 2a2 및 2b2 에 주어진다.
표 2a2. 샘플 B2 에서의 증착 동안의 공정 파라미터
Figure pct00010
표 2b2. 샘플 B2 에서의 증착 동안의 반응 가스들
Figure pct00011
코팅들로부터 단면 SEM 현미경 사진을 준비하였고, 샘플 A1 의 단면들을 도 1 및 2 에 나타낸다. 샘플 A1 및 샘플 A2 의 Ti1-xAlxN 층들은 Ti0.15Al0.85N 층들이고, 즉 x = 0.85 이다.
코팅 분석 및 결과
X선 회절 측정에서 코팅을 분석하였다.
X선 회절 측정은 CuKα-복사를 사용하는 GE Sensing and Inspection Technologies 의 XRD3003 PTS 회절계에서 수행되었다. X선관은 40 kV 및 40 mA 에서 초점 맞춰 작동되었다. 고정 크기의 측정 구경을 갖는 폴리카필러리 조준 렌즈를 사용하는 평행 빔 옵틱을 일차 측 (primary side) 에 사용하였고, 이로써 샘플의 조사 영역은 샘플의 피복면 넘어 X선 빔의 스필 오버 (spill over) 를 회피하도록 규정되었다. 이차 측 (secondary side) 에서, 0.4°의 발산을 갖는 솔라 슬릿 및 25 ㎛ 두께의 Ni Kβ 필터를 사용하였다. 이 필름 보정 및 흡수 보정을 행하였고, 사용된 선 흡수 계수 (linear absorption coefficient) 는 μα-Al2O3 = 0.01258 ㎛-1, μTiCN = 0.08048 ㎛-1 및 μTiAlN = 0.02979 ㎛-1 이었다. 덮는 층의 흡수를 고려하여 보정하였다.
표 3. TC 값
Figure pct00012
또한, 코팅의 결정립계 방위 및 집합조직은 전자 후방 산란 회절 (EBSD) 에 의해 분석되었다. 이러한 목적을 위해, 코팅 표면 (샘플) 을 먼저, 각각 6 ㎛, 3 ㎛ 및 1 ㎛ 의 평균 입자 크기를 갖는 다이아몬드의 슬러리들을 연속적으로 사용하여 연마하였다. 그 다음, 평균 입자 크기 0.04 ㎛ 의 콜로이달 실리카를 사용하여 샘플들을 연마하였다. 마지막 연마 단계를 수동으로 행하였고, 샘플 품질이 EBSD 맵을 수행하기에 충분히 양호할 때까지 연마 시간을 단계적으로 증가시켰고, 즉 EBSD 패턴의 인덱싱은 초당 15-35 프레임의 전형적인 스캔 속도에서 평균 신뢰도 지수 (CI) > 0.2 로 달성될 것이다. 정확한 제조 조건은 개별 샘플 및 장비에 의존할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 연마된 표면이 매끄럽고 원래 코팅 표면에 평행하도록 주의하였다. 마지막으로, EBSD 검사 전에 샘플을 초음파로 세척하였다.
레이크 면의 평평한 표면을 연마에 사용하였고, 인서트의 절삭날로부터 250 ㎛ 미만의 거리에서 EBSD 측정을 수행하였다. 초경합금 기재의 거칠기로 인해, 상기 예들에 따른 코팅들의 하부 TiCN 또는 Ti1-xAlxN 층들의 영역들이 또한 노출되었다. EBSD 맵은 60 ㎛ 구경, 15 kV 가속 전압, 고전류 모드 및 6 ㎜ 내지 15 ㎜ 의 작동 거리를 사용하는 Zeiss Supra 40 VP 필드 방사 주사형 전자 현미경에서 초당 15 - 35 프레임의 전형적인 스캔 속도 및 8 x 8 이하의 비닝 (binning) 을 사용하는 EDAX 시스템 (Digiview IV 카메라) 로 획득되었다. 상부 α-Al2O3 층들, TiCN 층들 또는 Ti1-xAlxN 층들의 EBSD 측정을 위한 영역들은 원자 번호 대조에 따라 SEM 에서 표면을 검사함으로써 선택되었다. 맵은 적어도 10 x 10 ㎛ 의 크기를 갖고, 스텝 크기 ≤ 0.04 ㎛ 이다. 따라서, 상부 α-Al2O3 층들의 측정은 성장 두께의 30% 내지 70% 의 나머지 층 두께에서 수행되었다. 이는 연마 및 EBSD 측정 후, 집속 이온 빔 (FIB) 을 사용하여 EBSD 맵을 획득한 영역을 가로지르는 단면을 준비하고 EBSD 맵의 폭에 걸쳐 균등하게 분배된 평균 5 초과 두께 측정들의 평균을 취함으로써 확인되었다. 전자 회절 패턴의 정보 깊이는 층 두께에 비해 작다 (수십 나노미터 정도). 샘플 B1 및 B2 에서의 TiCN 층들의 측정 깊이는 TiCN 과 α-Al2O3 사이의 계면보다 0.5 - 1 ㎛ 낮았다. 샘플 A2 의 경우, 0.6 ㎛ 두께의 TiCN 층의 EBSD 맵을 획득하고 처리할 수 있었다. 이렇게 획득된 집합조직 정보는 TiCN 층 두께에 대한 근사 평균을 나타낸다. 샘플 A2 에서의 TiCN 층의 집합조직이 아래에 있는 Ti1-xAlxN 층에 대한 에피텍시에 의해 주어지므로, TiCN 층에서 두드러진 집합조직 구배가 존재하지 않는다. 집합조직 및 에피텍셜 관계는 단면의 EBDS 분석에 의해 확인되었다. 샘플 A1 의 경우, 너무 얇은 두께로 인해 TiCN 층의 EBSD 맵을 획득할 수 없었다. 또한 이 경우, TiCN 층의 결정립계 방위 및 집합조직은 표 3-1 에 주어진 XRD 결과에 의해 그리고 EBSD 단면 분석에 의해 나타낸 것처럼 아래에 놓인 Ti1-xAlxN 층에 의해 규정된다.
데이터 수집 및 분석을 위해, EDAX 의 소프트웨어 패키지 OIM Data Collection 7.3.1 및 OIM Analysis 7.3.1 을 각각 사용하였다. 데이터로부터, 방위 분포 함수를 계산하고 001 역 극점도로 플로팅하여, 우선 결정학적 방위를 평가하였다. 샘플들 A1, A2 및 B2 의 α-Al2O3 층들은 강한 {0001} 섬유 집합조직을 갖는 반면, 샘플 B1 은 역 극점도에서 대략 {0001} 및 {01-12} 에서 강도 최대치를 나타내는 약한 바이모달 집합조직을 가졌다. 본 발명에 따른 코팅의 TiCN 층은 강한 {111} 집합조직을 갖는 반면, 비교 샘플의 TiCN 층은 {211} 집합조직을 가졌다. 섬유 집합조직의 강도와 날카로움은 우선 결정학적 방위의 방향에서 나타나는 001 역 극점도에서의 최대 강도를 특징으로 한다.
결정립계 방위의 평가를 위해, ΣN 결정립계를 확인하였다. 이론적 값으로부터 실험적 값의 허용 편차 ΔΘ 를 설명하기 위해 Brandon 기준 (ΔΘ < Θ0(Σ)-0.5, 여기서 Θ0 = 15°) 을 사용하였다 (D. Brandon, Acta metall. 14 (1966) 1479-1484.). 층에서의 Σ3 결정립계의 양은 α-Al2O3 층에 대해 Σ3/ΣN (N ≤49) 의 분율로서 계산되었다. α-Al2O3 에 대해 계산에 사용된 ΣN (N ≤ 49) 결정립계는 H. Grimmer, Acta Crystallographica A (1989), A45, 505-523 에 주어진 능면체 격자 재료의 공통 격자 회전에 해당한다. 그리고, Σ3 결정립계의 양은 총 결정립계 길이에 대한 Σ3 결정립계 길이의 분율로서 계산되었다.
본 발명 및 본원에서의 정의에 있어서, ODF 계산 및 집합조직 계산, 그리고 Σ-타입 결정립계의 계산을위한 Σ-값은 인덱싱 및 방위 데이터를 변경하는 노이즈 감소나 클린업 절차없이 EBSD 데이터에 기초한다. 시편 준비는 충분히 매끄럽게 여기서 설명한 대로 수행되도록 주의하여야 한다.
EBSD 측정 결과는 표 4 에 주어진다. 본 발명에 따른 코팅에서, α-Al2O3 층들이 총 결정립계 길이에 대해 Σ3 결정립계의 훨씬 더 높은 분율을 갖는다는 것에 주목할 만하다.
표 4: EBSD 데이터
Figure pct00013
마모 시험
지오메트리 CNMA120408 의 초경합금 인서트를 위에서 개시된 바와 같이 코팅하였다. 냉각제 없이 56NiCrMo 강에 대한 선삭 시험에서 인서트를 시험하였다. 다음의 절삭 파라미터를 사용하였다.
절삭 속도, vc: 150 m/min
이송, f: 0.32 ㎜
절삭 깊이, ap: 2.5 ㎜
종방향 선삭에서 샘플 A1 및 B1 을 시험하였다. 하나의 그리고 동일한 절삭날을 3 분 동안 작동하고, 제거하여, LOM 에서 분석한 다음, 재장착하고 다시 3 분 동안 작동하였다. 이를 4 번 반복하여, 총 절삭 시간은 12 분이 되었다. 2 번 반복의 평균으로서 절삭날의 플랭크 마모 (VBmax) 를 표 5 에 나타낸다.
표 5
Figure pct00014
다양한 예시적인 실시형태들과 관련하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태들로 한정되지 않고, 반대로 첨부된 청구항들 내에서 다양한 수정 및 균등 배치를 포함하려는 것임을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 임의의 개시된 형태 또는 실시형태는 설계 선택의 일반적인 문제로서 임의의 다른 개시되거나 설명되거나 제안된 형태 또는 실시형태에 통합될 수 있다는 것을 인식하여야 한다. 따라서, 여기에 첨부된 청구항들의 범위에 의해 제시된 바에 의해서만 제한되려는 것이다.

Claims (15)

  1. 기재 및 코팅을 포함하는 피복 절삭 공구로서,
    상기 코팅은 두께 4-14 ㎛ 의 내부 Ti1-xAlxN 층, 0.05-1 ㎛ 의 중간 TiCN 층, 및 1-9 ㎛ 의 적어도 하나의 외부 α-Al2O3 층을 포함하고,
    상기 α-Al2O3 층은 CuKα 복사 및 세타-2세타 스캔을 사용하여 측정되는 때 X선 회절 패턴을 나타내고, 집합조직 계수 TC(hkl) 이 Harris 식:
    Figure pct00015

    에 따라 규정되고, 여기서
    사용된 (hkl) 반사는 (0 2 4), (1 1 6), (3 0 0) 및 (0 0 12) 이고,
    I(hkl) = (hkl) 반사의 측정된 강도 (피크 강도),
    I0(hkl) = ICDD 의 PDF 카드 No. 00-042-1468 에 따른 표준 강도,
    n = 계산에 사용된 반사의 수이고,
    3 < TC(0 0 12) < 4 인, 피복 절삭 공구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 TiCN 층의 두께가 0.05-0.3 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중간 TiCN 층의 TC(111) 이 3 초과이고, 집합조직 계수 TC (111) 은
    Figure pct00016

    에 따라 규정되고, 여기서
    - I(hkl) 은 X선 회절에 의해 측정된 회절 반사의 강도이고,
    - I0(hkl) 은 ICDD 의 PDF 카드 No. 00-042-1489 에 따른 회절 반사의 표준 강도이고,
    - n 은 계산에 사용된 반사의 수이고,
    - TC(111) 의 계산에 반사 (111), (200), (220) 및 (311) 이 사용되는 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 α-Al2O3 층에서의 총 결정립계 길이에 대한 Σ3 결정립계 길이가 30% 초과인 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Ti1-xAlxN 층은 적어도 90 부피%, 바람직하게는 적어도 95 부피%, 특히 바람직하게는 약 98 부피% 면심 입방 (fcc) 결정 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Ti1-xAlxN 층은 주상 미세조직을 갖는 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Ti1-xAlxN 미소결정의 결정립계에 Ti1-yAlyN 석출물이 존재하고, 상기 석출물은 미소결정 내부에서보다 더 높은 Al 함량을 가지며 육방정 결정 구조 (hcp) 의 AlN 을 포함하고, y > x 인 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Ti1-xAlxN 층은 0.60 ≤ x ≤ 0.90 의 화학량론적 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Ti1-xAlxN 층은 집합조직 계수 TC (111) > 3, 바람직하게는 > 3.5 를 특징으로 하는, {111} 결정면에 대하여 결정 성장의 우선 방위를 갖고, 상기 집합조직 계수 TC (111) 은
    Figure pct00017

    에 따라 규정되고, 여기서
    - I(hkl) 은 X선 회절에 의해 측정된 회절 반사의 강도이고,
    - I0(hkl) 은 ICDD 의 PDF 카드 No. 00-046-1200 에 따른 회절 반사의 표준 강도이고,
    - n 은 계산에 사용된 반사의 수이고,
    - TC(111) 의 계산에 반사 (111), (200), (220) 및 (311) 이 사용되는 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 TiCN 층은 상기 Ti1-xAlxN 층에 대해 에피텍셜 관계에 있는 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 TiCN 층의 두께는 0.1-0.3 ㎛, 바람직하게는 0.1-0.2 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 TiCN 층의 TiCN 결정립들의 평균 종횡비가 1 이하인 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 α-Al2O3 층의 두께 t(α) 에 대한 상기 Ti1-xAlxN 층의 두께 t(Ti1-xAlxN) 의 코팅 두께 관계가 2 : 1 내지 3 : 1 의 t(Ti1-xAlxN) : t(α) 인 상기 α-Al2O3 층의 두께 t(α) 에 대한 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최내부 TiN 층의 두께가 0.1-2 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 초경합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구.
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