초록 ▼

= 고기능성 TiAlN 박막 제조기술 개발
= 고내산화성 TiAlLaN 경질박막 개발
= TiAlN 경질 박막의 산화막 발달에 미치는 희토류 원소 La의 영향 규명
= Arc-assisted Ion-plating 공정을 이용하여 TiAl(La)N박막 제조
= Micro Materials사의 Nano Test 600을 도입, 최대하중 500mN, Berkovich pyramidal indentor를 채택. 다음의 module을 이용하여 본 연구과제를 통해 다양한 실험이 수행
- nano-indent

= 고기능성 TiAlN 박막 제조기술 개발
= 고내산화성 TiAlLaN 경질박막 개발
= TiAlN 경질 박막의 산화막 발달에 미치는 희토류 원소 La의 영향 규명
= Arc-assisted Ion-plating 공정을 이용하여 TiAl(La)N박막 제조
= Micro Materials사의 Nano Test 600을 도입, 최대하중 500mN, Berkovich pyramidal indentor를 채택. 다음의 module을 이용하여 본 연구과제를 통해 다양한 실험이 수행
- nano-indentation,
- nano-scratch,
- elastic modulus,
- nano-wear module을 설치하였다.
=박막의 고온 산화특성 평가
- 기판의 영향을 무시한 박막의 산화속도 평가
- 산화막 발달 mechanism 규명
- 산화막과 기지의 결합력 정량적 평가
- 희토류 원소 La의 영향 평가 및 해석
=제조된 TiAl(La)N 박막의 미소경도와 탄성계수 측정
- Al이 0at%인 TiN의 경우 미소경도 약 24GPa에 비해, Al=5at%에서 약 30GPa, 466GPa, Al=23at%에서 약 39GPa, 534GPa로 증가
= Al이 5at%까지는 표면 산화막은 주로 TiO$_2$로 형성되며, 부분적으로 Al$_2$O$_3$가 혼재. 그 이상에서는 TiO $_2$와 Al$_2$O$_3$가 혼재하며 하부에서는 Al$_2$O $_3$가 우선적으로 생성
= La이 Al과 함께 첨가된 경우 표면 산화막의 조직 미세화 효과 확인
= 고온 산화된 박막의 단면을 관찰한 결과 산화막은 2개의 층으로 구성 - 최외곽층은 TiO$_2$가 rich한 TiO$_2$와 Al$_2$O$_3$의 혼합조직
- 그 하부에는 다공질 Al$_2$O$_3$층이 발달
- La이 첨가된 박막의 산화막은 상대적으로 치밀한 Al$_2$O$_3$층을 형성
= 산화속도를 정량적으로 평가하기 위해 질소를 주입하여 기판인 WC의 산화를 최소화하는 방법을 채택하여 측정.
- Al 농도의 증가에 따라 급격히 산화속도가 감소
- La이 첨가된 Ti$_0_._6_6$Al$_0_._3_2$La$_0_.0_2$N의 경우 산화속도 2.09377×10$^-^9$(g$^2$/cm$^4$?sec)
- TiN에 비해 약 1000%, Al이 첨가된 T-3(Ti$_0_._5_6$Al$_0_._4_4$N)의 산화속도 9.21404×10$^-^9$보다 440% 감소
- Balzers Korea로부터 제공받은 상용 Ti$_0_._5$Al$_0_._5$N 박막의 산화속도 2.06434×10$^-^9$와 유사한 경향
- La의 첨가는 동일한 내산화성을 나타내기 위한 Al의 농도를 낮출 수 있다고 판단

Abstract ▼

= Development of high performance TiAlN thin films
= High oxidation resistant TiAlLaN hard coatings
= Effect of La on the oxide films of TiAlN hard coatings
= Synthesis of TiAl(La)N using arc-assisted Ion-plating process
= Purchase and utilization of nano-indentation test from Micro

= Development of high performance TiAlN thin films
= High oxidation resistant TiAlLaN hard coatings
= Effect of La on the oxide films of TiAlN hard coatings
= Synthesis of TiAl(La)N using arc-assisted Ion-plating process
= Purchase and utilization of nano-indentation test from Micro Materials Ltd. Experimental range covers as followings;
- nano-indentation, - nano-scratch,
- elastic modulus, - nano-wear test
= Evaluation of high temperature oxidation
- Oxidation kinetics irrespective of substrate effect
- Mechanism of oxide film growth
- Quantitative evaluation of oxide to substrate adherence
- Evaluation and analysis of the effect of La
= Micro-hardness and elastic modulus of TiAl(La)N thin films
= Oxide film growth
- In case of Al 5at%, dominant TiO$_2$ growth with local Al$_2$O$_3$.
= Effect of La on oxide film growth
- La refines the microstructure of surface oxide films
= Two layered oxide films by observation of cross-section
- Mixed structure in outer layer with TiO$_2$-rich and Al$_2$O$_3$
- Porous Al$_2$O$_3$ layer formation beneath the layer
- La addition helps the formation of dense Al$_2$O$_3$ layer
= Quantitative analysis of oxidation kinetics to neglect the effect of WC as a substrate.
- Nitrogen purge is effective to minimize the oxidation of WC.
- Higher Al content reduces oxidation rate abruptly.
- T i0.66Al0.32La0.02N shows sluggish oxidation rate of 2.09377×10$^-^9$(g$^2$/cm$^4$?sec).
- This level is ten times lower than that of TiN, and 4.4 times lower than that of Ti$_0_._5_6$Al$_0_._4_4$N
- This level is similar to Ti$_0_._5$Al$_0_._5$N supplied from Balzers Korea, which is 2.06434×10$^-^9$.
- La is effective to reduce Al content with the same oxidation resistance.

목차 Contents

• I. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• II. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• III. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 실험방법...8
• 2.1 박막의 제조...8
• 2.2 Nano-Indentation 법을 이용한 박막의 특성평가...10
• 2.3 박막의 고온산화 특성 평가...13
• 3. 결과 및 고찰...13
• 4. 결론...52
• 5. 참고문헌...53