일반기술

고속도강에 질화티타늄 피막을 형성하는 방법

본 기술은 화학증착법으로 고속도강 기판에 TiN 피막을 형성하는 방법에 관한 것으로, 특히 증착전 일련의 열처리 공정을 생략한 고속도강 기판에 950 ~ 1250℃의 온도범위에서 TiN 피막을 증착한 후 N2 또는 Ar 가스분위기에서 가스quenching하는 것을 특징으로 하는 TiN 피막의 형성방법이 제공된다. 이와 같은 본 기술에 따르면, 기판경도와 기판과 TiN 피막 사이의 접착력이 우수할 뿐만 아니라 증착전에 고속도강 기판에 가해지는 일련의 열처리 과정을 생략할 수 있어 산업적으로 매우 유용한 기술이다.일반적으로 화학증착은 높은 공정온도로 인하여 고속도강에 적용하기에 비합리적이나 본 기술은 일련의 열처리를 피막제조와 함께한 가스quenching을 대체한다는 점은 독창성인 아이디어다.별도의 열처리 없이 경도와 접착력이 우수한 TiN 피막을 고속도강에 증착시킨다.양산을 위한 진공챔버 개발에 대한 기술만 개발된다면 충분히 상용화될 수 있다고 판단된다. 진공피막의 제조기술의 응용범위가 기계, 화학분야에서 전자, 광학분야에 이르기까지 그 범위가 날로 확대되어 가고 있다. 기계적인 응용분야에서 가장 활발히 이루어지고 있는 분야는 절삭공구나 금형, 다이 등의 수명과 내마모성을 향상시키기 위한 경질피막(hard coating) 분야이다. 현재 공구의 수명과 성능을 향상시키기 위한 경질피막 재료로서 가장 널리 사용되는 TiN은 마찰계수가 작고 경도가 높기 때문에 고속도강과 같은 공구강의 내마모성을 높여 수명을 연장할 뿐만 아니라 외관이 미려한 황금색을 띠고 있어 각종 재료의 장식용 피막재료로도 사용된다. 이와 같은 TiN 피막의 증착방법으로는 크게 물리증착법과 화학증착법이 있는데, 특히 화학증착법(CVD process)은 기판과 피막사이의 접착력이 물리증착법에 비해 우수하고, 모서리 도포성이 양호하여 산업적으로 널리 이용되고 있다. 그러나, 종래의 화학증착법은 증착온도가 900 ~ 1200℃ 정도로 너무 높아 고온에서의 상변태 및 과템퍼링(over-tempering)에 의한 경도감소가 크게 문제되었다. 이를 해결하기 위하여, 고속도강의 내마모 코팅시에는 최종 제품에 충분한 경도와 인성을 부여하기 위하여 고속도강 기판의 증착전에 일련의 전처리공정 처리를 한 후 증착공정을 수행하게 되는 데, 이때 증착도중에 일어날 수 있는 상변태나 과템퍼링에 의한 경도감소를 방지하기 위하여 증착공정은 600℃ 이하의 온도에서 행해져야 한다. 그러나, 저온 증착시에는 기판의 경도는 높은 값으로 유지되는 반면 반응속도와 확산속도의 감소로 인하여 기판과 피막간의 접착력 감소는 피할 수 없어 내마모성 피막으로서의 TiN 피막 증착이 크게 제한을 받고 있다. 일반적인 화학증착은 높은 공정온도로 인하여 고속도강에 적용하기에 비합리적이나 본 기술은 일련의 열처리를 피막제조와 함께한 가스quenching을 대체한다는 점과 공정의 단순화로 인해 비용절감 측면에서 타 유사기술과 비교하여 경쟁력이 있다고 사료된다.