질화물계 나노 초격자 다층박막이 코팅된 절삭공구의 기계적 물성과 절삭성능에 관한 연구 Mechanical property and cutting performance of cutting tool coated with nitride based nano-multilayered superlattice film원문보기
UBM sputtering 증착법을 이용하여 나노 두께의 질화물계 초격자 다층박막을 증착하였다. 다층화를 이루는 재료의 선택은 내마찰, 마모 특성과 내산화성, 고온안정성 등에 우수한 성능을 보이는 기존의 단일박막에 사용되었던 재료들을 이용하였다. 각 재료의 층은 나노 두께를 갖도록 재료에 대한 sputter yield를 고려하여 타겟파워 밀도를 조절하여 증착하였으며, 두 층을 반복적으로 증착하여 초격자를 형성하는 ...
UBM sputtering 증착법을 이용하여 나노 두께의 질화물계 초격자 다층박막을 증착하였다. 다층화를 이루는 재료의 선택은 내마찰, 마모 특성과 내산화성, 고온안정성 등에 우수한 성능을 보이는 기존의 단일박막에 사용되었던 재료들을 이용하였다. 각 재료의 층은 나노 두께를 갖도록 재료에 대한 sputter yield를 고려하여 타겟파워 밀도를 조절하여 증착하였으며, 두 층을 반복적으로 증착하여 초격자를 형성하는 다층 구조를 구현하였다. 나노 다층박막에 대한 초격자의 형성은 격자상수와 결정구조에 따라 Ti0.5Al0.5N-CrN계, Ti0.84Al0.16N-AlN계, CrN-AlN계를 선택하였으며, TiAlN 단일박막이 baselayer로 코팅된 초경 (WC-Co) 인서트 (insert)를 모재로 사용하여 다층박막을 증착하였다. 물성변화의 직접적인 요인인 주기값 (period)은 기판회전(jig rotation system) 속도(rpm)를 변화시켜 조절하였고, 주기값에 따른 초격자 형성과 경도값, 절삭성능을 관찰하였다. 이러한 결과로 증착된 다층박막들은 각각의 계에서 다른 경도값 변화 양상을 보였다. Ti0.5Al0.5N-CrN계는 2.9 ㎚의 주기값에서 가장 높은 28 GPa의 경도값을 보였으며, Ti0.84Al0.16N-AlN계는 1.4 ㎚의 주기값에서 가장 높은 27.8 GPa, CrN-AlN계는 4.5 ㎚의 주기값에서 가장 높은 26 GPa의 경도값을 보였다. 또한 이러한 시편들에 대한 절삭성능 시험 시 각각의 계에서 가장 높은 경도값을 보이는 특정 주기값은 기존의 상용화된 TiAlN 단일박막이 코팅된 제품과 비교하여, Flank Wear property를 측정한 결과 Ti0.5Al0.5N-CrN은 0.03 ㎜, 시제품은 0.055 ㎜로 45.4 %, Ti0.84Al0.16N-AlN은 0.05 ㎜, 시제품은 0.07 ㎜로 29.6 %, CrN-AlN계는 0.055 ㎜, 시제품은 0.08 ㎜로 31.3 %의 증가된 절삭성능을 보였다. 그러므로 이러한 질화물계 나노 초격자 다층박막은 기존의 TiAlN 단일박막이 코팅된 절삭공구를 대체할 수 있는 실질적인 응용가능성을 제시하였다.The mechanical property and cutting performance of the cutting tools coated with nanoscale multilayered nitride film has been investigated. Ti0.5Al0.5N-CrN system, Ti0.84Al0.16N-AlN system and CrN-AlN system, which showed superlattice in nanoscale multilayered coating, were deposited on WC-Co insert by UBM sputtering(WC-Co insert is coated TiAlN single baselayer.). The superlattice coatings with different bilayer periods were manufactured by controlling deposition parameters and unique jig rotation system. The superlattice formation and hardness of the nanoscale multilayered nitride film and the cutting performance of the insert coated with the nanoscale multilayered film were examined. The hardness and cutting performance were dependent on the bilayer periods of nanoscale multilayered film. The flank wear properties of the inserts with superlattice coatings were improved at a rate of 50 ～ 100 %, compared to those of commonly used cutting tools.
UBM sputtering 증착법을 이용하여 나노 두께의 질화물계 초격자 다층박막을 증착하였다. 다층화를 이루는 재료의 선택은 내마찰, 마모 특성과 내산화성, 고온안정성 등에 우수한 성능을 보이는 기존의 단일박막에 사용되었던 재료들을 이용하였다. 각 재료의 층은 나노 두께를 갖도록 재료에 대한 sputter yield를 고려하여 타겟파워 밀도를 조절하여 증착하였으며, 두 층을 반복적으로 증착하여 초격자를 형성하는 다층 구조를 구현하였다. 나노 다층박막에 대한 초격자의 형성은 격자상수와 결정구조에 따라 Ti0.5Al0.5N-CrN계, Ti0.84Al0.16N-AlN계, CrN-AlN계를 선택하였으며, TiAlN 단일박막이 baselayer로 코팅된 초경 (WC-Co) 인서트 (insert)를 모재로 사용하여 다층박막을 증착하였다. 물성변화의 직접적인 요인인 주기값 (period)은 기판회전(jig rotation system) 속도(rpm)를 변화시켜 조절하였고, 주기값에 따른 초격자 형성과 경도값, 절삭성능을 관찰하였다. 이러한 결과로 증착된 다층박막들은 각각의 계에서 다른 경도값 변화 양상을 보였다. Ti0.5Al0.5N-CrN계는 2.9 ㎚의 주기값에서 가장 높은 28 GPa의 경도값을 보였으며, Ti0.84Al0.16N-AlN계는 1.4 ㎚의 주기값에서 가장 높은 27.8 GPa, CrN-AlN계는 4.5 ㎚의 주기값에서 가장 높은 26 GPa의 경도값을 보였다. 또한 이러한 시편들에 대한 절삭성능 시험 시 각각의 계에서 가장 높은 경도값을 보이는 특정 주기값은 기존의 상용화된 TiAlN 단일박막이 코팅된 제품과 비교하여, Flank Wear property를 측정한 결과 Ti0.5Al0.5N-CrN은 0.03 ㎜, 시제품은 0.055 ㎜로 45.4 %, Ti0.84Al0.16N-AlN은 0.05 ㎜, 시제품은 0.07 ㎜로 29.6 %, CrN-AlN계는 0.055 ㎜, 시제품은 0.08 ㎜로 31.3 %의 증가된 절삭성능을 보였다. 그러므로 이러한 질화물계 나노 초격자 다층박막은 기존의 TiAlN 단일박막이 코팅된 절삭공구를 대체할 수 있는 실질적인 응용가능성을 제시하였다.The mechanical property and cutting performance of the cutting tools coated with nanoscale multilayered nitride film has been investigated. Ti0.5Al0.5N-CrN system, Ti0.84Al0.16N-AlN system and CrN-AlN system, which showed superlattice in nanoscale multilayered coating, were deposited on WC-Co insert by UBM sputtering(WC-Co insert is coated TiAlN single baselayer.). The superlattice coatings with different bilayer periods were manufactured by controlling deposition parameters and unique jig rotation system. The superlattice formation and hardness of the nanoscale multilayered nitride film and the cutting performance of the insert coated with the nanoscale multilayered film were examined. The hardness and cutting performance were dependent on the bilayer periods of nanoscale multilayered film. The flank wear properties of the inserts with superlattice coatings were improved at a rate of 50 ～ 100 %, compared to those of commonly used cutting tools.
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