일반기술

이온 플레이팅법에 의한 농도경사(concentration gradient)(Ti,Al)N 경질박막 제조

-최근에 내마모, 절삭공구코팅에 TiN에 대한 대체 재료로서 TiAlN이 각광을 받고 있다. 이온플레이팅법을 이용하여 고속도강 위에 TiAlN 박막을 증착한 결과 박막 내에 Al함량이 증가할수록 미소경도값은 증가하였으나, 잔류응력의 증가로 인하여 접착력의 감소가 나타났다. 이러한 문제점을 해결하고, 최적화된 박막을 얻기 위해 박막의 깊이 방향으로 Al의 농도가 점진적으로 변화하는 농도경사 TiAlN박막을 제조하였다. Ti과 Al은 각각 전자빔과 저항가열장치를 사용하여 독립적으로 증발시켰으며, 증착과정 중 Al의 증발속도를 증가시킴으로써 박막 내의 Al농도를 점진적으로 증가시켰다. XRD분석과 AES분석으로부터 농도경사박막의 제조를 확인할 수 있었으며, 단면조직을 SEM 및 TEM으로 관찰한 결과 Al의 함량이 증가됨에 따라 결정립이 미세화됨을 관찰하였다. 제조된 농도경사 TiAlN 박막의 미소경도값은 2700 kg/mm2을 나타내었으며 동일한 경도값을 가지는 TiAlN 박막에 비해 월등히 우수한 접착력을 나타내었다. 한편 내마모성 및 내산화성도 TiN에 비해 우수하였는데, 이것은 표면 부분의 Al 함량이 많은 TiAlN 층에 의한 것으로 생각된다. 따라서 이온플레이팅으로 제조된 농도경사 TiAlN박막은 높은 경도값과 내마모성, 내산화성 및 접착력을 갖춘 최적의 성질을 나타내었다.