Y첨가에 따른 TiN 경질 코팅막의 미세조직 및 기계적 성질 변화

초록

TiN계 경질코칭막은 공구의 내마모성을 향상시키기위해 상업적으로 가장 많이 쓰이는 코팅막이다. 날로 가혹해져가는 가공환경에 적응하고 가공시 발생하는 마찰열에 잘 견딜수 있도록 하기위해 이 TiN 코팅막에 제 3의 합금원소를 첨가한느 방법이 많이 연구되고 있다. Y은 산화물 형성 자유에너지가 매우 낮으므로 기판 표면에서 이동도가 낮다. 따라서 고용강화 효과 뿐만 아니라 코팅막 내부 입자 미세화 효과도 같이 보일것으로 예상된다. 본 연구에서는 Y을 4가지 조성으로 소량 첨가하여 TiN코팅막의 미세조직 및 기계적 성질 변화를 관찰하였다. XRD 관찰결과 코팅막은 단상의 TiN으로 구성되었고 격자상수 계산결과 YN이 TiN격자속에 치환된 구조로 밝혀졌으며 평면 TEM 관찰결과 Y첨가에 따라 입자 미세화 효과를 관찰할 수 있었다. (Ti,Y)N의 미소경도값과 스크래치 시험을 통한 계면접착력은 같은조건의 TiN보다 각각 최고 약 75%(GPa) 및 45%(N)의 증가를 보였다. 특히 (100)Si기판을 사용한 (Ti,Y)N 막의 경우 증착직전의 Ar+ etching 전처리를 생략했음에도 불구하고 22N의 scratch test 결과를 보여 상용 공구용 코팅의 요구조건인 20N을 상회하는 결과를 보였다. 800oC/20min 산화시험결과 TiN은 모두 TiO2로 산화되어 기판에서 분리된 반면 Y첨가 코팅막은 미소균열에도 불구하고 기판과의 접착력을 유지했으며 고속도강에 증착된 (Ti,Y)N 의 경우 균열발생 없이 접착력을 유지하였다. XPS 분석결과 Y는 Y2O3 단상이 아닌 Ti-Y 복합 산화물 (Y2Ti2O7) 이었으며, Y함량이 증가할수록 단상의 Y2)3가 미세하게 분포하는 것으로 관찰되었다.