SKD61과 Radical Nitriding 처리된 SKD61 기판상에 Arc Ion Plating으로 증착된 TiN 박막의 미세구조 및 기계적 특성, 마찰 및 접착력에 관한 연구
A Study on Microstructure, Mechanical Properties, Friction and Adhesion of TiN Thin Films coated on SKD61 and Radical Nitrided SKD61 Substrates by Arc Ion Plating
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참고문헌
초록
기계 가공기술이 고속화 및 고정밀화 추세로 발전함에 따라 우수한 내마모성을 갖는 절삭공구를 필요로 한다. 이는 공구의 수명을 연장하기 위해 건식가공을 위한 공구재료의 개발이 필수적이라 할 수 있다. 또한 각종 공구용 재료, 성형금형, 자동차 부품재료 등과 같은 일반 기계부품 및 절삭 공구에 적용되는 코팅재의 성능과 수명 향상이 절실하다. 기존 습식 도금재의 대체와 더불어 우수한 성질을 가진 경질코팅재료의 개발이 활발히 진행되어왔고 현재 TiN 박막코팅은 일반 질화물 코팅보다 우수한 내마모성의 특성을 가지고 있어 드릴이나 절단 공구 등에 적용되어 널리 사용되고 있다. 이와 같은 내마모용 박막은 공통적으로 높은 경도와 밀착력을 필요로 한다. TiN박막의 증착 방법은 여러 가지가 있으나 본 연구에서는 공구강 SKD 61기판 표면과 Radical Nitriding(RN) 처리된 SKD 61 기판에 arc ion plating(AIP)를 이용하여 TiN 박막을 증착시켜 표면경도를 향상시키고, 이 코팅층의 미세구조가 기계적 특성에 미치는 영향을 연구하였다.
Abstract
TiN coating on tool steel has been widely used for the improvement of durability of tools. In this work, radical nitriding(RN) is carried out on SKD61 at 450℃ for 5 hours in the ammonia gas pressure 2.7×103 Pa. The TiN coating is carried out by arc ion plating(AIP) with the process parameters: arc power 150 A, bias voltage -50 V, coating time 40 minutes and nitrogen gas pressure 4×103 Pa. Hardness, elastic modulus, friction coefficient and adhesion of TiN coating on substrates of both TiN/SKD61 and TiN/RN SKD61 coatings are investigated comparatively. The primary crystalline faces of TiN surface are (200) and (111) for TiN/SKD61 and TiN/RN SKD61 respectively. In addition to the primary phase, Fe phase exists in TiN/SKD61 coating, but not in TIN/RN SKD61. The hardness of TiN/RN SKD61 is about 700 Hv, 250 Hv(56%) higher than that of TiN/SKD61 at the near interface of TiN and substrates. At the TiN surface, hardness of TiN/RN SKD61 is 2,149 Hv, 71 Hv(3%) higher than that of TiN/SKD61. The elastic modulus of TiN coating is improved to 26.7 GPa(6%) by radical nitriding. The adhesion is improved by the RN coating showing no spalling. buckling and chipping on the scratch test track which are shown on the non-RN TiN/SKD61.
참고문헌 (2)
- "Am. Soc. for Metals vol. 1", pp.1655~ (1986)
- "Journal of Korean Ceramic Society", pp.731~738 (1994)