일반기술

PECVD법에 의한 농도구배(concentration gradient) (Ti,Al)N 경질박막 제조

내마모성 보호피막으로 널리 사용되는 TiN은 550℃ 이하의 온도에서 산화가 시작된다는 단점을 지니고 있다. 그러나, (Ti,Al)N의 경우 고온에서 표면에 치밀한 알루미늄 산화물을 형성시켜 내산화성이 우수할 뿐 만 아니라, 확산에 의한 마모를 줄이는 역할을 한다고 보고되고 있다. 본 연구에서는 플라즈마 화학 증착법을 이용하여 (Ti,Al)N 막을 고속도강위에 증착시켰다. 제조된 (Ti,Al)N 막의 기계적 특성 실험을 한 결과, 경도, 산화특성, 내마모성 등이 TiN막보다 우수했으나, 막에 있어서 중요한 접착력에 있어서는 Al 함량이 15%을 넘어서는 감소하는 경향을 나타내었다. 따라서, 그 단점을 극복하고자 기판의 계면에서부터 Al 함량이 점진적으로 증가하는 농도 경사 (Ti1-XAlX)N를 제조하였다. 반응기체로는 TiCl4, AlCl3, H2, NH3, Ar을 이용하였고, 증착온도는 500℃로 하였다. 농도 경사 (Ti1-XAlX)N막의 누프 경도 실험 결과, 2000kg/mm2 HK0.01 정도의 값을 보였고, TGA로 산화실험한 결과, 850℃에서 900℃사이에서 산화가 일어나는 단일 조성 (Ti1-XAlX)N막과 비슷한 결과가 나타났다. 그러나, 막에 있어서 중요한 접착력 실험 결과 농도 경사 (Ti1-XAlX)N 막이 단일 조성의 (Ti1-XAlX)N 막보다 접착력이 더 증가하였고, pin-on-disk형태의 내마모성 실험 결과도 농도 경사 (Ti1-XAlX)N 막이 내마모성이 더 우수하게 나타났다. 이는 기판으로 사용된 고속도강의 계면에 Al 함량이 적은 막이 형성되어 접착력이 증가하였기 때문으로 생각된다