KR100779740B1 - 표면 피복용 박막 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온에서 안정적으로 사용가능한 표면 피복용 경질 다층 박막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 Ti_1-xAl_xN 막층(0≤x≤1, 이하 "TiAlN 막층")과 비정질의 Si-N 막층으로 구성된 박막 단위체를 하나 이상 포함하며, 상기 TiAlN 막층과 상기 비정질의 Si-N 막층이 교대로 적층되어 있는 표면 피복용 박막으로서, 상기 박막 단위체의 두께는 1.3 내지 12 nm이며, 상기 박막 단위체를 구성하는 TiAlN막층의 두께는 1 내지 10 nm이며, 상기 박막 단위체를 구성하는 비정질 Si-N 막층의 두께는 0.3 내지 0.7 nm이며, 상기 TiAlN막층 및 상기 비정질 Si-N 막층은 스퍼터링에 의해 증착된 것을 특징으로 하며, 이와 같은 표면 피복용 경질 다층 박막은 피복층의 경도, 인성(toughness), 내산화성, 열 안정성이 우수하여 절삭공구 및 미세 정밀부품의 표면강도 향상을 위하여 널리 적용될 수 있는 효과가 있다.

경질 다층 박막, TiAlN, 비정질 Si-N, 금속질화물, 경도, 인성, 열 안정성

Description

표면 피복용 박막{Coating materials for surface covering}

도 1은 본 발명에 의한 다층 박막을 증착하기 위한 한 장치로서 물리적 기상 증착(physical vapor deposition) 스퍼터링 장치의 개략도이다.

도 2는 도 1의 장치를 사용하여 M2 HSS(고속도강) 위에 증착한, 본 발명에 따른 다층 박막의 단위체의 두께(주기) 변화에 따른 저각 X선 회절 패턴을 나타낸다.

도 3a 내지 도 3c는 도 1의 장치를 사용하여 M2 HSS(고속도강) 위에 증착한 본 발명에 따른 다층 박막들을 40 mN의 하중으로 나노 압입기(nanoindenter)로 압입 시험한 경우 관찰되는 압흔 주위의 원자 현미경(AFM) 이미지(image)를 나타낸다.

<도면의 부호 설명>

1 : 챔버 2 : 타겟 스퍼터링용 건(GUN)

3 : 지그(jig) 시스템 4 : 증착용 시편

5 : 타겟 플라즈마

본 발명은 표면 피복용 경질 다층 박막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내산화성 및 열 안정성이 우수한 TiAlN 막층과, 내산화성이 우수한 비정질 Si-N 막층이 서로 교대로 적층되어 구성된 표면 피복용 경질 다층 박막에 관한 것이다.

기계 산업의 발달로 제조 공정이 자동화 및 고속화됨에 따라 자동차, 조선 등의 고강도의 기계 구조물 및 각종 기계 부품, 금형, 절삭 공구 등은 사용 시 고온까지 도달하게 되므로 그 수명 성능 향상을 위해서 상온에서의 물성 뿐 아니라 고온에서 안정적으로 사용할 수 있는 열적 안정성이 요구되어 진다. 이러한 부품들에게 요구되는 물성에는 경도, 인성, 내마모 특성 등이 있는데, 이러한 부품들은 주로 표면층을 이용하게 되므로, 표면층의 물성이 그 부품의 성능과 수명을 결정하게 된다. 이를 위해 경도, 내마모성 등의 기계적 물성이 우수한 막의 피복(코팅) 방법에 의해 이러한 각종 기계적 부품들의 성능 및 수명 향상을 꾀하게 되므로, 결국 피복막의 성능은 위와 같은 기계 구조물, 금형, 절삭공구의 성능을 결정하는 가장 중요한 기술적인 문제이다.

이와 같은 피복층으로 많이 사용되고 있는 소재는 티타늄(Ti) 등의 Ⅳ-A 족 원소를 기반으로 하는 탄화물, 질화물, 탄질화물 또는 알루미늄 산화물 등의 소재로써 이는 물리적 증기 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD) 또는 화학적 증기 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 이용하여 형성시킨다. 특히, 최근에는 티타늄(Ti) 등의 Ⅳ-A 족 원소의 질화물에 알루미늄(Al)을 첨가한 TiAlN 피복층의 경도 및 내산화성이 탁월하여 기존의 피복 소재를 대체하고 있으며 이 분야에서 많은 연구 및 응용이 진행되고 있다.

한편, 이와 같은 각종 기계 부품은 그 사용 환경이 고온일 경우가 대부분으로, 고온에서 사용되더라도 피복 막의 경도가 저하되지 않도록 하는 기술이 필요하다. Veprek 등[Thin Solid Film, 476 (2005) 1-29), Elsevier]은, Ti(Al)N/a-Si₃N₄ 나노 복합막(nanocomposite)을 경도 및 고온 안정성이 우수한 소재로 제안하였는데, 제조 공정에 있어서 동시증착법(codeposition)을 사용하여 Ti(Al)N 입자 크기와 이들 입자를 둘러싸는 비정질의 Si₃N₄ 막 두께를 독립적으로 조절하기가 쉽지 않고, 고진공(<10^-7 torr)하에서 증착하지 않을 경우, 산소 등의 불순물 침입에 의해 경도 등의 물성이 저하된다고 보고된 바 있다.

이에, 본 발명자는 상기한 Veprek 등이 제안한 Ti(Al)N/a-Si₃N₄ 나노 복합막(nanocomposite)의 문제점을 해결하고자, 경도 및 내산화성이 우수하다고 알려진 TiAlN 막층과 내산화성이 우수하다고 알려진 비정질 Si-N 막층을 교대로 반복적으로 적층하여 형성된 나노 다층 구조 박막을 새로운 피복 코팅 소재로 제안하고자 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 800℃ 내외의 고온에서 상분리에 의해 증착 도중 형성된 계면 구조가 조성적으로 샤프(sharp)해질 수 있도록 하고 이 같은 고온에서의 계면 구조의 전이를 통해 고온에서도 경도 등의 물성이 우수하고 열적 안정성이 우수한 코팅 소재를 제공하는 것이다.

다층 박막을 증착할 경우, 서로 다른 두 층을 반복 적층함으로써 두 층 사이에 얇긴 하지만 믹싱(mixing) 영역이 필연적으로 존재하게 되는데, 본 발명에서 제안한 TiAlN/비정질 Si-N 다층박막의 경우, 고온에서 이와 같은 두 층 사이의 계면에 존재하는 믹싱(mixing) 영역의 폭이 얇아질수 있도록 함으로써 두 층 간의 전위 이동을 억제시켜 결국 고온에서의 경도 등의 물성을 높이는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, TiAlN 막층과 비정질 Si-N(a-Si-N) 막층 각각의 두께를 자유롭게 조절하여 좀 더 최적의 미세구조를 구현하여 물성 향상을 꾀할 수 있도록 하는 것이다. 한편 이 경우, 모재, 기판등에 인가하는 바이어스에 의해 결정질상인 TiAlN 층의 미세구조를 조절할 수 있는데, 바이어스 인가에 의해 입자 크기 감소, 압축 응력등을 유발시켜 경도 증가를 꾀할 수 있다. 이 때, 증착 중 인가한 바이어스에 의해 두 상간의 계면 구조는 조성적 전이 영역이 넓어져 경도값을 감소시킬 수 있으나, 이와 같은 경도 감소는 앞서 언급한 바와 같이 바이어스 인가에 의해 막의 입자 크기 감소 및 막내에 형성되는 압축응력에 의해 충분히 상쇄될 수 있고, 이러한 증가된 경도는 고온에서도 두 상간의 sharp한 계면 전이에 의해 유지되거나 오히려 더 높아질 수 있는 장점이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 표면 피복용 경질 다층 박막은 Ti_1-xAl_xN 막층(0≤x≤1, 이하 "TiAlN 막층")과 비정질의 Si-N 막층으로 구성된 박막 단위체를 하나 이상 포함하며, 상기 TiAlN 막층과 상기 비정질의 Si-N 막층이 교대로 적층되어 있는 표면 피복용 박막으로서, 상기 박막 단위체의 두께는 1.3 내지 12 nm이며, 상기 박막 단위체를 구성하는 TiAlN막층의 두께는 1 내지 10 nm이며, 상기 박막 단위체를 구성하는 비정질의 Si-N 막층의 두께는 0.3 내지 0.7 nm인 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 표면 피복용 경질 다층 박막의 구성 단위인 박막 단위체를 구성하는 TiAlN 막층의 티타늄(Ti)과 알루미늄(Al)의 원자비율은 100:0 내지 0:100까지의 모든 조성 범위에서 가능하다. 즉 Ti_1-xAl_xN 막층(0≤x≤1)일 수 있다. 그러나 바람직하게는 티타늄(Ti)과 알루미늄(Al)의 원자비율이 60:40 내지 40:60인 것이다. 가장 바람직하게는 약 50:50이다. TiAlN 내에서 금속 원자 중 Al의 함량이 40원자% 미만일 경우에는 내산화성 효과가 감소되고 60원자%를 초과할 경우에는 경도값이 저하되는 현상이 있으므로 실제 TiAlN 막층의 티타늄(Ti)과 알루미늄(Al)의 효과적인 원자비율은 60:40 내지 40:60이 바람직하다.

상기 박막 단위체에서 TiAlN 막층의 두께와 비정질 Si-N 막층의 두께는 각각 1 nm ~ 10 nm 와 0.3 nm ~ 2 nm의 범위로 조절하는 것이 바람직하다. TiAlN 막층과, 비정질 Si-N 막층의 두께가 얇으면 뚜렷한 다층 구조를 형성하기 어렵고, TiAlN 막층의 경우, 두께가 두꺼워지면 입성장에 의한 효과에 의해 경도가 낮아질 수 있고, 비정질 Si-N층의 경우 두께가 두꺼워지면 경도가 낮은 비정질 Si-N상의 분율이 증가하여 경도가 감소하기 때문이다. 따라서 위와 같은 TiAlN 막과 비정질 Si-N 막의 두께를 고려할 때 본 발명에 의한 다층 박막을 구성하는 박막 단위체의 두께는 1.3 nm 내지 12 nm 이하인 것이 바람직하다.

상기와 같은 박막 단위체들을 하나 이상 적층시켜 형성된 다층 박막의 전체 두께는 통상적으로 0.5 내지 10 ㎛ 범위에 드는 것이 일반적이다.

본 발명에 따른 다층 박막을 구성하는 박막 단위체는 알루미늄(Al) 함량을 높임으로써 내산화성 및 열 안정성을 향상시킨 TiAlN 막층, 즉 Ti_1-xAl_xN 막층을 한 층 포함한다. 또한, 상기 박막 단위체는 내산화성이 우수한 비정질 Si-N 막층을 한 층 포함한다.

따라서, 본 명세서에서 "박막 단위체"라 함은, TiAlN 막 한 층과 비정질 Si-N 막 한 층으로 이루어진 2 층의 박막으로 구성된 조합을 가리키는 것으로 정의한다. 상기 박막 단위체는 수 nm에서 수 십 nm까지 가능하며 목적하는 전체 경질 박막의 두께에 따라 적층되는 단위체의 수를 조절할 수 있다. 1 또는 2 이상의 박막 단위체가 적층될 수 있고, 필요에 따라서는 박막 단위체가 수천 층 이상까지도 적층될 수 있다.

TiAlN 막층을 구성하는 Ti과 Al의 원자 비율은 80:20 ~ 40:60인 것이 바람직하며, 상기 TiAlN 막층을 구성하는 질소(N) 성분의 질화물(Nitride) 상에서의 함량은 전체 조성 중 45 내지 51% 이다.

본 발명에 의한 다층 박막은 하나의 피복층의 두께에 관계없이 전체 피복층 의 경도 및 인성값은 본원 발명에 의한 다층 박막의 Al 함량의 전 범위에서 단일의 TiAlN 막층이나 단일의 비정질 Si-N 막층보다 높게 나타나고, 이 중 경도 값은 800℃의 높은 온도에서도 유지되거나 오히려 증가하므로 원하는 형태의 다양한 경도, 인성 및 고온 특성의 조절이 가능한 피복층을 제공한다.

본 발명에 의한 다층 박막의 형성 방법은 특히 한정되지는 않지만, 내마모성 및 내열성을 높일 수 있도록 Al 원자비가 높은 경질 피막을 형성하기 위해서는 PVD법(물리적 증착법)으로 형성하는 것이 바람직하고, 그 PVD법으로서 금속 타겟과 AIP(이온 프레이팅)법 마그네트론 스퍼터링을 사용한 반응성 스퍼터링법으로 증착할 수 있고. 또한 이 경우, 금속 타겟 대신 질화물 타겟을 사용한 스퍼터링법으로 증착할 수 있다. 이온화된 금속 플라즈마(IMP) 증착법이나, 전자빔 증착법 등을 사용하여 증착할 수 있다.

본 발명에 의한 다층 박막은 TiAlN 막층과 비정질의 Si-N 막층이 교대로 적층된 것을 특징으로 하는데, 이와 같이 교대로 적층된 구조를 형성시키기 위한 한 방법으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 두개의 타겟이 장착된 언밸런스드 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용하여, 상기 두개의 타겟 중 하나의 타겟은 알루미늄 함량을 조절할 수 있는 TiAl 합금으로 하고, 다른 하나는 규소(Si)로 하고, 지그 시스템(3)의 지그를 공전시킴으로써 TiAlN 막과 비정질 Si-N 막이 교대로 반복 증착된 다층 박막을 형성시킬 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠지만, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

<실시예 1 내지 5>

도 1에 나타낸 바와 같이 두 개의 타겟(target)이 서로 대향하고 있는 언밸런스드 마그네트론 스퍼터링(unbalanced magnetron sputtering) 장치를 사용하여 코팅하였다. 상기 장치의 하나의 타겟(target)은 알루미늄 함량을 조절할 수 있는 TiAl 합금으로 하고, 다른 하나는 규소(Si)로 하였다. TiAl 타겟 내의 알루미늄의 함량은 50 원자%이었다.

코팅은 비컬스(Vickers) 경도 값이 631 HRC인 SKH 9(AISI M2) 고속도 공구강을 1 ㎛ 다이아몬드 페이스트(diamond paste)까지 연마한 기판 위에 DC 타겟 파워를 이용하여 이루어졌다. 이 때, 챔버(Chamber) 내부 진공을 1.0 x 10^-6 torr 이하의 베이스 압력(base pressure)까지 얻은 다음, 기판에 -500 V를 30 분 동안 인가하여 Ar 플라즈마를 이용하여 기판 클리닝(cleaning) 실시 후, TiAl 버퍼 층(TiAl buffer layer), TiAlN 베이스 층(base layer), TiAlN/비정질 Si-N 다층막 순으로 증착하였다. 아르곤과 질소를 이용하여 증착 중의 챔버 내 반응 기체의 압력을 2 ~ 8 mtorr로 조정하고 기판 온도는 400 ℃로 유지한 상태에서 기판에 -120 V의 바이 어스 전압을 인가하면서, 공전 회전수를 1.5 rpm으로 일정하게 회전시키고 Si 타겟에 가해주는 파워를 각각 20W(실시예 1), 30W(실시예 2), 50W(실시예 3), 100W(실시예 4), 150W(실시예 5)로 조절함으로써 한 층의 TiAlN 막과 한 층의 비정질 Si-N 막으로 구성된 박막 단위체의 두께(주기)가 각각 3.2 nm(실시예 1), 3.5 nm(실시예 2), 3.9 nm(실시예 3), 4.8 nm(실시예 4), 5.4 nm(실시예 5)가 되도록 하고 그러한 박막 단위체가 각각 5개 적층되어 총 막 전체의 두께는 모두 대략 1.5 ㎛가 되도록 증착을 하였다.

그 결과, Ti_0.54Al_0.46N/a-Si₃N₄ 조성의 다층 박막들이 얻어졌다. 그 박막들을 X-ray 회절로 분석한 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에 따르면, 박막이 나노 두께로 반복 증착된 것을 알 수 있다.

<비교예 1>

모재가 장착된 지그(jig)의 회전 없이 코팅하는 점을 제외하고는 상기 실시예1 내지 5에서와 동일한 장치를 동일한 조건 하에서 증착을 수행하였다. 공전을 하지 않았기 때문에 단일의 TiAlN 막이 증착되어 형성된 박막과 단일의 비정질 Si-N 막이 증착되어 형성된 박막이 얻어졌다. XRD 분석을 통해 증착된 Si-N막은 결정상에 기인한 피크가 나타나지 않은 것으로부터 비정질 구조임을 확인하였다.

<실험예 1 : 경도의 측정>

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에 따라 제조된 박막에 대하여 경도를 측정한 결과는 하기 표 1과 같다.

구분					경도(GPa)
실시예 1	박막 단위체의 두께(주기) (nm)	3.2	TiAlN	2.8	39.2
			비정질 Si-N	0.4
실시예 2		3.5	TiAlN	2.8	42.7
			비정질 Si-N	0.7
실시예 3		3.9	TiAlN	2.8	35.9
			비정질 Si-N	1.1
실시예 4		4.8	TiAlN	2.8	22.0
			비정질 Si-N	2.0
실시예 5		5.4	TiAlN	2.8	23.2
			비정질 Si-N	2.6
비교예 1	TiAlN 단일막				31.3
	비정질 Si-N 단일막				10.3

상기 실시예들과 비교예1을 비교하여 볼 때 실시예 1 내지 5에 따른 다층 박막의 경도 값은 미세구조에 의해 변함을 알 수 있는데, 비정질 Si-N의 두께가 1.1 nm 이하의 경우에서는 비교예 1에 의한 단일막의 경도에 비해 증가하고 있음을 알 수 있다. 한편 비정질 Si-N의 두께가 2.0 nm 이상의 경우(실시예 4 및 5) 그 경도값이 비교예 1에 의한 TiAlN 단일막의 경도에 비해 낮음을 알 수 있는데, 이는 경도가 낮은 (10.3 GPa) 상의 분율 증가에 기인하는 것으로 판단된다. 상기 표 1에서 실시예 4 및 5의 경우 실제 측정 경도값은 TiAlN 단일막과 비정질 Si-N 단일막의 단순 혼합 경도((31.3+10.3)/2 ~ 20.8) 정도의 값을 나타낸다. 실시예 1 내지 5를 서로 비교해 보면, 전반적으로 박막 단위체의 두께(주기)가 얇을수록 경도가 높아지는 경향을 보이고 있다. 이러한 결과는 반복 적층에 의한 계면의 전위(dislocation)의 전이를 저해하는 효과에 의해 경도가 크게 향상됨을 보여주는 결과라 하겠다.

<실험예 2: 열안정성 측정- 미세구조의 변화>

상기 실시예 1 내지 5 에서 제작한 각 시편을 고온에서 열처리하여 열처리에 대한 안정성을 살펴보았다. 열처리는 N₂ 분위기에서 각 실시예에 해당하는 시편 3개씩을 가지고 1 시간동안 각각 600℃, 700℃, 800℃에서 수행하였으며 열처리 후 X-ray에 의한 미세구조의 변화(1st low angle peak의 intensity 변화)를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다. 표 2의 값은 상기와 같이 열처리한 각 시편의 온도에 따른 low angle peak의 상대적인 intensity 비(열처리 전 시편에서의 intensity를 "1"로 하였을 때의 상대적인 비)를 나타낸다.

구분			low angle peak Intensity
			증착	600℃	700℃	800℃
실시예 1	박막 단위체의 두께 (주기) (nm)	3.2	1	1.04	1.67	2.02
실시예 2		3.5	1	1.24	1.53	1.64
실시예 3		3.9	1	1.14	3.75	1.17
실시예 4		4.8	1	1.05	1.68	2.14
실시예 5		5.4	1	1.09	1.62	1.83

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제작된 시편은 열처리 온도가 높아짐에 따라 상대적인 intensity가 증가함을 알 수 있다. 이러한 low angle XRD peak의 intensity는 서로 다른 두층 사이에 존재하는 혼합층이 두꺼워질 수록 낮게 나타나는데, 위와 같은 결과로부터 TiAlN/비정질 Si-N 다층막은 열처리에 의해 TiAlN 막층과 비정질-Si-N 막층 사이의 혼합층의 두께가 얇아진 것임을 알 수 있다. 즉, 조성적 샤프니스(shrpness)를 얻게 된 것이다.

<실험예 3: 열안정성 측정 - 경도의 변화>

상기 실시예 1 내지 5에서 제작한 각 시편을 고온에서 열처리하여 열처리에 대한 안정성을 살펴보았다. 열처리는 N₂ 분위기에서 1 시간동안 각 실시예에 해당하는 시편 3개씩을 가지고 600℃, 700℃ 및 800℃에서 수행하였으며 열처리 후 경도 변화를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 3에 나타나 있다.

구분			경도값 (GPa)
			증착	600℃	700℃	800℃
실시예 1	박막 단위체의 두께 (주기) (nm)	3.2	39.2	42.5	44.4	38.1
실시예 2		3.5	42.7	44.7	47.4	41.9
실시예 3		3.9	35.9	37.4	39.1	38.5
실시예 4		4.8	22.0	24.4	22.9	20.8
실시예 5		5.4	23.2	24.9	23.5	21.7
비교예 1	TiAlN 단일막		31.3	28.8	26.1	21.9

표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 5에 의한 시편의 경우 700℃까지는 열처리 온도가 증가할수록 경도가 향상됨을 알 수 있고, 800℃ 열처리 시에는 700℃에서 열처리한 시편에 비해 낮아지기는 하나 증착시의 경도 값은 유지함을 알 수 있다. 따라서 TiAlN/비정질 Si-N 박막은 비정질 Si-N 막의 도입에 의해 경도값이 향상됨은 물론, 그 증가된 경도 값이 800℃ 열처리 시까지도 유지됨을 알 수 있다. 이를 비교예 1의 TiAlN 단일막과 비교해보면, 열처리 온도에 따라 경도값이 감소하여 800℃에서 열처리 할 경우, 그 경도 값이 상온에서의 약 70%정도까지 감소하는 것과 비교해 볼 때, 비정질 Si-N 막의 도입에 의해 나노 다층 구조 구현으로 경도값의 열적 안정성이 크게 향상되었음을 알 수 있다.

<실험예 4: 나노 압입기에 의해 생성된 압흔 주위의 관찰>

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에 의해 제작된 각 박막 시편에 압입시험기(Ultra-Micro-Indentation System)(UMIS, CSIRO)로 40 mN의 하중(load)을 가한 후 그 결과 생성된 압흔 주위를 원자 현미경(AFM)으로 관찰하였다. 그 결과를 도 3a 내지 도 3c에 나타내었다.

도 3a는 비교예 1에 따라 제작된 TiAlN 단일막을 관찰한 이미지이고 도 3b는 실시예 2(주기 = 3.5 nm)에 따라 제작된 TiAlN/비정질-Si-N 다층 박막을 관찰한 이미지이고, 도 3c는 실시예 4(주기 = 4.8 nm)에 따라 제작된 TiAlN/비정질-Si-N 다층 박막을 관찰한 이미지이다.

도 3a의 TiAlN 단일막의 경우, 압흔 주위에 발생한 큰 균열(crack)이 관찰되는 반면 도 3b 및 도 3c의 TiAlN/a-Si-N 다층 박막의 경우는 이러한 균열이 전혀 관찰되지 않고 있으며, 이로부터 본 발명에 따른 TiAlN/a-Si-N 다층 박막이 기존의 TiAlN 단일막에 비해 우수한 인성(toughness)을 가짐을 알 수 있다.

위와 같은 실험 결과들의 의미는 다음과 같은 중요성을 갖는다. 일반적으로 각종 기계 부품, 금현, 절삭공구 등의 피복 재료에서 요구되는 특성은 경도, 인성, 고온 안정성 및 내산화성을 들 수 있다. 이 중 그 사용 환경이 고온일 경우, 고온에서의 열적 안정성이 무엇보다도 중요한 요소가 되며, 고온에서도 상온에서의 물성 유지가 필요하게 된다. 본 발명에서 제시한 TiAlN/a-Si-N 다층 피복 박막의 경우 경도 값은 미세 구조 조절에 의해 TiAlN 단일막보다 우수해 질 수 있으며, 또한 800℃까지도 상온에서의 경도 값을 유지하므로 열적 안정성이 뛰어나 고온에서의 안정성이 중요한 각종 기계 부품, 금현, 절삭공구 등의 피복 재료로 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명에 의한 다층 박막을 표면에 피복하는 경우, 피복층의 경도, 인성 및 열 안정성이 현저히 향상되므로, 이를 통해 절삭공구, 금형 및 각종 기계부품의 표면강도 향상을 위하여 널리 적용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. Ti_1-xAl_xN 막층(0≤x≤1, 이하 "TiAlN 막층")과 비정질의 Si-N 막층으로 구성된 박막 단위체를 하나 이상 포함하며, 상기 TiAlN 막층과 상기 비정질의 Si-N 막층이 교대로 적층되어 있는 표면 피복용 박막으로서,

   상기 박막 단위체의 두께는 1.3 내지 12 nm이며,

   상기 박막 단위체를 구성하는 TiAlN막층의 두께는 1 내지 10 nm이며,

   상기 박막 단위체를 구성하는 비정질의 Si-N 막층의 두께는 0.3 내지 0.7 nm인 것을 특징으로 하는 표면 피복용 박막.
2. 제1항에 있어서, 상기 TiAlN 막층은 티타늄(Ti)과 알루미늄(Al)의 원자비율이 60:40 내지 40:60인 것을 특징으로 하는 표면 피복용 박막.
3. 제1항에 있어서, 상기 박막 단위체를 둘 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 피복용 박막.
4. 삭제
5. 삭제

Images