반응성 물리증착법을 이용한 새로운 하드 코팅층 개발 : 비정질 합금 조성을 이용한 하드 코팅층의 미세구조 및 기계적 물성 연구 Development of novel hard coating films by Reactive Physical Vapor Deposition : Investigation of microstructure and mechanical properties of hard coating films by using amorphous alloys원문보기
최근 우주항공, 자동차, 의료기기, IT 산업 등 첨단산업을 중심으로 인코넬, 티타늄과 같은 초경량, 고경도 난삭재의 요구가 증가함에 따라, 난삭재 가공 기술의 고효율, 고능률화가 진행되고 있다. 이러한 목적에 의해 개발되는 기술 중, 하드 코팅 기술은 공구의 수명을 현저히 향상시킬 수 있다는 점이 주목을 받으며 현재까지 많은 연구가 진행되고 있다. 대표적인 하드 코팅 기술로 알려진 AlN계, TiN계 코팅의 경우, 높은 기계적 물성과 우수한 내마모성으로 인해 현재 상용화가 이루어져 있으며 또한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 질화물 코팅의 우수한 물성은 질화물 형성에 의한 코팅층의 고밀도화에 의해 나타난다고 알려져 있다. 이 외에도, 일반 합금보다 경도 및 탄성률이 높은 ...
최근 우주항공, 자동차, 의료기기, IT 산업 등 첨단산업을 중심으로 인코넬, 티타늄과 같은 초경량, 고경도 난삭재의 요구가 증가함에 따라, 난삭재 가공 기술의 고효율, 고능률화가 진행되고 있다. 이러한 목적에 의해 개발되는 기술 중, 하드 코팅 기술은 공구의 수명을 현저히 향상시킬 수 있다는 점이 주목을 받으며 현재까지 많은 연구가 진행되고 있다. 대표적인 하드 코팅 기술로 알려진 AlN계, TiN계 코팅의 경우, 높은 기계적 물성과 우수한 내마모성으로 인해 현재 상용화가 이루어져 있으며 또한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 질화물 코팅의 우수한 물성은 질화물 형성에 의한 코팅층의 고밀도화에 의해 나타난다고 알려져 있다. 이 외에도, 일반 합금보다 경도 및 탄성률이 높은 비정질, 나노결정질, 고엔트로피 합금의 코팅에 대한 연구도 전세계적으로 진행되고 있으며, 그 중에서도 Ti-계 비정질 합금은 질화물이 잘 형성되는 원소인 Ti의 함량이 많기 때문에 이에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 질화물 형성 가능성이 높은 원소들로 구성된 Ti-계 비정질 합금을 증착 물질로 선정하였다. 코팅층 증착을 위해 물리 증착 공정인 스퍼터링과 아크 이온 플레이팅 장비를 이용하였으며, 이 외에도 상용화 코팅인 AlCr 합금을 동시 증착 물질로 선정하였으며, 기판으로는 상용 합금인 텅스텐카바이드 (WC)를 선택하였다. 제작된 코팅층의 기계적 물성의 최적화를 위해 인가전력, 증착 시간 및 구조설계를 변수로 하였으며, 이를 통해 코팅층의 기계적 물성 최적화 및 최적화 코팅층에서 Ti-계 비정질 합금이 AlCrN-계 코팅층에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 코팅층의 상 분석을 위해 X-선 회절 분석을 실시하였으며, 전계방사형 주사 전자 현미경 (FE-SEM) 및 투과 전자 현미경 (TEM)을 통해 단면 미세구조 분석을 실시하였으며, 코팅층의 기계적 물성 평가를 위해 나노압입시험 (Nano-indentation test)을 진행하였다.
최근 우주항공, 자동차, 의료기기, IT 산업 등 첨단산업을 중심으로 인코넬, 티타늄과 같은 초경량, 고경도 난삭재의 요구가 증가함에 따라, 난삭재 가공 기술의 고효율, 고능률화가 진행되고 있다. 이러한 목적에 의해 개발되는 기술 중, 하드 코팅 기술은 공구의 수명을 현저히 향상시킬 수 있다는 점이 주목을 받으며 현재까지 많은 연구가 진행되고 있다. 대표적인 하드 코팅 기술로 알려진 AlN계, TiN계 코팅의 경우, 높은 기계적 물성과 우수한 내마모성으로 인해 현재 상용화가 이루어져 있으며 또한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 질화물 코팅의 우수한 물성은 질화물 형성에 의한 코팅층의 고밀도화에 의해 나타난다고 알려져 있다. 이 외에도, 일반 합금보다 경도 및 탄성률이 높은 비정질, 나노결정질, 고엔트로피 합금의 코팅에 대한 연구도 전세계적으로 진행되고 있으며, 그 중에서도 Ti-계 비정질 합금은 질화물이 잘 형성되는 원소인 Ti의 함량이 많기 때문에 이에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 질화물 형성 가능성이 높은 원소들로 구성된 Ti-계 비정질 합금을 증착 물질로 선정하였다. 코팅층 증착을 위해 물리 증착 공정인 스퍼터링과 아크 이온 플레이팅 장비를 이용하였으며, 이 외에도 상용화 코팅인 AlCr 합금을 동시 증착 물질로 선정하였으며, 기판으로는 상용 합금인 텅스텐 카바이드 (WC)를 선택하였다. 제작된 코팅층의 기계적 물성의 최적화를 위해 인가전력, 증착 시간 및 구조설계를 변수로 하였으며, 이를 통해 코팅층의 기계적 물성 최적화 및 최적화 코팅층에서 Ti-계 비정질 합금이 AlCrN-계 코팅층에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 코팅층의 상 분석을 위해 X-선 회절 분석을 실시하였으며, 전계방사형 주사 전자 현미경 (FE-SEM) 및 투과 전자 현미경 (TEM)을 통해 단면 미세구조 분석을 실시하였으며, 코팅층의 기계적 물성 평가를 위해 나노압입시험 (Nano-indentation test)을 진행하였다.
Recently, coating materials and technologies of tools are desired in many areas such as aerospace, automobile industries because it can be increased mechanical properties, abrasion resistance and tool life prominently. To be satisfied with these characterizations, nitride coating layer has been wide...
Recently, coating materials and technologies of tools are desired in many areas such as aerospace, automobile industries because it can be increased mechanical properties, abrasion resistance and tool life prominently. To be satisfied with these characterizations, nitride coating layer has been widely studied in recent years because of high hardness and good wear resistance. These properties are exhibited by the densification of coating layer as the formation of nitride. Among the nitride coatings, titanium nitride films has been widely used in many industrial areas due to their high mechanical properties and good abrasion resistance. In addition, Ti-based bulk metallic glass alloy which has higher hardness and elastic modulus than commercial alloys generally has been developed. To make the coating layer which has superior hardness and elastic modulus, it is necessary that elements which can form nitride easily selected as the composition of Ti-based metallic glass alloy. In this study, Ti-based bulk metallic glass alloy was selected by the coating materials which has high possibility of nitride formation. Also, AlCr alloy, known as commercial alloy, was chosen as the co-deposited materials. To deposit the coating layer, reactive magnetron sputtering and arc ion plating system was used in this experiment. Target materials were deposited on the surface of tungsten carbide (WC) used as commercial alloy. To understanding the microstructure and mechanical properties, applied power and combination of coating layer were controlled. FE-SEM and TEM analysis were conducted for microstructure of cross-section coating layer. Also, X-ray diffraction (XRD) and Nano-indentation test were carried out for analysis of phase identification and mechanical properties.
Recently, coating materials and technologies of tools are desired in many areas such as aerospace, automobile industries because it can be increased mechanical properties, abrasion resistance and tool life prominently. To be satisfied with these characterizations, nitride coating layer has been widely studied in recent years because of high hardness and good wear resistance. These properties are exhibited by the densification of coating layer as the formation of nitride. Among the nitride coatings, titanium nitride films has been widely used in many industrial areas due to their high mechanical properties and good abrasion resistance. In addition, Ti-based bulk metallic glass alloy which has higher hardness and elastic modulus than commercial alloys generally has been developed. To make the coating layer which has superior hardness and elastic modulus, it is necessary that elements which can form nitride easily selected as the composition of Ti-based metallic glass alloy. In this study, Ti-based bulk metallic glass alloy was selected by the coating materials which has high possibility of nitride formation. Also, AlCr alloy, known as commercial alloy, was chosen as the co-deposited materials. To deposit the coating layer, reactive magnetron sputtering and arc ion plating system was used in this experiment. Target materials were deposited on the surface of tungsten carbide (WC) used as commercial alloy. To understanding the microstructure and mechanical properties, applied power and combination of coating layer were controlled. FE-SEM and TEM analysis were conducted for microstructure of cross-section coating layer. Also, X-ray diffraction (XRD) and Nano-indentation test were carried out for analysis of phase identification and mechanical properties.
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