[논문]집합조직이 존재하는 TiN 코팅 층의 마찰, 마멸, 내부식 특성에 관한 연구

김희동; 김인수; 성동영; 이민구

doi:10.5228/kspp.2003.12.4.394

집합조직이 존재하는 TiN 코팅 층의 마찰, 마멸, 내부식 특성에 관한 연구
Study on the Frictional Behavior, Wear and Corrosion Resistance of Textured TiN Coated Layers 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.12 no.4, 2003년, pp.394 - 400

김희동 (금오공과대학교 신소재시스템공학부) , 김인수 (금오공과대학교 신소재시스템공학부) , 성동영 (금오공과대학교 신소재시스템공학부) , 이민구 (금오공과대학교 신소재시스템공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

TiN coated films exhibit excellent mechanical properties such as high wear, erosion and corrosion resistances and a high thermal stability. Therefore, they are widely applied to a coating material in tools, ornaments, parts and semiconductors. However, the fracture of TiN coated films frequently occurs. The distribution of preferred orientations, i.e., texture, of TiN coated films strongly influences the fracture behavior of these films. In the present study. various TiN coating layers having different textures were prepared by the reactive ion physical vapor deposition and the texture dependence of friction coefficient, erosion and corrosion in these coating layers was investigated. The sample depicting the (115) texture parallel to the coating layer normal displayed a flatter surface than that observed from the sample having the (111) texture. The friction coefficient of TiN thin films was hardly dependent on the texture of coated samples. The samples having (115) texture displayed higher wear, erosion and corrosion resistances than the samples having (111) texture.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 TiN 코팅층의 수명의 변화를 알아보기 위하여 집합조직의 변화에 따른 표면 미세 구조를 알아보고 알아보고 또한 마찰계수의 변화, 내마모성, 내에 로젼성 및 내부식성의 관계에 대하여 실허을 행하고 그 결과를 고찰하고자 한 다.

가설 설정

3 ©의 (115) 집 합조직을 갖는 시편에서도 일부의 표면 결함을 볼 수 있다. 이와 같은 열린 주상정과 표면 결함이 사용 중 파괴를 일으키는 원인을 제공하여 TiN코팅층의 수명에 영향을 줄 수 있을 것이다. 실제로 표면 거칠기를 측정한 결과 Sample A 와 Sample B 의 표면 거칠기 값은 5.

제안 방법

TiN 박막의 에로젼 및 부식특성을 동시에 알아 보기 위하여 lOVol.% H₂SO₄ 과 2N NaCl 용액을혼합한 후 5㎛ 크기의 알루미나 분말을 첨가하여 Sample A, Sample B 및 Sample C 시편의 에로젼 및 부식 시간에 따른 표면조직의 주사전자현 미경 사진을 정리하여 보았다. 주사전자현미경 사진 비교 결과 Fig.
마찰계수 측정장치는 pin on disc 방식을 이용 하였으며 측정속도 0.045m/sec 로 하여 하중을 변화하며 측정하였고 마멸 상대재료를 강구와 알 루미나구로 하여 각 시편의 마찰계수를 구하고 표면의 마멸현상을 관찰하였다.
본 실험에서 TiN 코팅한 시편의 부식 특성을 알아 보기 위하여 분극곡선 측정장치로 EG&G model 273 을 이용하여 분극곡선을 측정하였다. 분극곡선 측정을 위한 용액분위기는 0.
이 TiN 코팅한 시편은 집합조직 측정, 마찰계수, 에로젼 과 내부식 및 분극곡선 등의 실험을 행하여 코팅층의 집합조직 변화에 따른 실험 결과 를 비교하여 보았다.

대상 데이터

본 실험에 사용한 시편은 reactiveion physica -1 vapor deposition 공정시스템을 이용하여 증 착하였다. 증착 온도 475°C 에서 기판 소재는 Ti- 6A1-4V 합금(Sample A), AISI 316 스테인리스강 (Sample B) 및 AISI 316 스테인리스 강(Sample C) 등의 금속판을 사용하여 Smple A 와 B 는 증 착 조건을 같이 하였으며 Sample B 와 C 는 증착 조건을 달리하여 TiN 코팅층을 얻었다.
본 실험에서 TiN 코팅한 시편의 부식 특성을 알아 보기 위하여 분극곡선 측정장치로 EG&G model 273 을 이용하여 분극곡선을 측정하였다. 분극곡선 측정을 위한 용액분위기는 0.5M H₂S04 와 0.5M NaCl 을 혼합하여 사용하였다.
본 실험에 사용한 시편은 reactiveion physica -1 vapor deposition 공정시스템을 이용하여 증 착하였다. 증착 온도 475°C 에서 기판 소재는 Ti- 6A1-4V 합금(Sample A), AISI 316 스테인리스강 (Sample B) 및 AISI 316 스테인리스 강(Sample C) 등의 금속판을 사용하여 Smple A 와 B 는 증 착 조건을 같이 하였으며 Sample B 와 C 는 증착 조건을 달리하여 TiN 코팅층을 얻었다.

성능/효과

TiN 은 화학적으로 안정하고, 높은 경도와 낮은 마찰계수, 높은 열 안정성과 낮은 비저항 등으로 이용분야가 점차 확대되고 있다.( 여러 가지 우수한 특성을 가졌음에도 불구하고, TiN 으로 코팅한 터빈 블레이드 파괴의 약 40%가 사용 중 에 코팅층의 파괴로부터 기인한다고 알려졌다.⑴ 이에 따라 TiN 코팅한 부품은 저주기 피로, 고주기피로, 열적 피로, 부식환경하에서 황화 또는 산화, 크리프의 의한 손실, 마모, 과하중에 의한 충격, 열적 시효 및 크리프와 피로, 부식과 피로, 산화와 에로젼 등 다양하고 복합적인 파괴 원인 등을 고려하여야 한다.
(1) (111) 집합조직을 갖는 TiN 코팅층은 표면 거칠기가 높아 거친 표면이었으며 (115) 집합조직 을 갖는 TiN 코팅층은 표면 거칠기가 낮아 평평한 표면이었다.
(3) 표면이 거친 (111) 집합조직을 갖는 TiN 코팅층 보다 표면이 평평한(115)집합조직을 갖는 TiN 코팅층이 내에 로젼 및 내부식 특성이 좋았다.
Matthews 와 Sundquist""는 reactive ion plating 을 이용하여 TiN 의 내마모성을 연구하였다. TiN 막의 경도의 증가는 내마모성을 증가시키고, 같은 경도에서는 강한 (200) 집합조직이 (111) 집합조직보다 내마모성이 우수함을 보였는데, 이는 높은 이온충돌 조건과 (200) 집 합조직 발달은 코팅층 원자 밀도의 증가 때문에 내마모성이 향상된다고 설명하였다.
5 는 Sample A 와 Sample B 를 알루미나를 상대 마찰재료로 하여 마찰시험 후 TiN 코팅층의 마멸정도를 관찰한 주사전자현미경 사진이다. 상대 마찰재료로 강구를 사용하였을 때 TiN 의 높은 경도로 인하여 마멸 흔적을 찾을 수 없었으나 TiN 코팅층과 경도가 유사한 알루미나 볼을 사용하였을 때는 마멸 흔적을 찾을 수 있었다 또한 마멸 흔적은 마찰하중이 증가함에 따라 더 확실히 나타났다. 반면에 TiN 코팅 후 Sample C 시편에서 마찰시험 후 마멸 흔적을 찾을 수 없었다.

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