• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.26 no.3
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• pp.323-330
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• 1989

Wear restance titanium carbonitride (TiCN) films were deposited on the SKH9 tool steels and WC-Co cutting tools by plasma assisted chemical vapor deposition (PACVD) using a gaseous mixture of TiCl4, CH4, N2, H2 and Ar. The effects of the deposition temperature and RF(Radio Frequency) power on the deposition rate, chlorine content and crystallinity of the deposited layer were studied. The experimental results showed that the stable and adherent films could be obtained above the deposition temperature of 47$0^{\circ}C$ and maximum deposition rate was obtained at 485$^{\circ}C$. The deposition rate was much affected by RF power and maximum at 40W. The crystallinity of the deposited layer was improved with increasing the deposition temperature and RF power. The TiCN films deposited by PACVD contained much chlorine. The chlorine content in the TiCN films was affected by deposition conditions and decreased with improving the crystallinity of the deposited layer. The deposited TiCN films deposited at the deposition temperature of 52$0^{\circ}C$ and RF power of 40W had an uniform surface with very fine grains of about 500$\AA$ size. The microhardness of the deposited layer was 2,300Kg/$\textrm{mm}^2$.

• Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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• 2005.11a
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• pp.40-40
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• 2005

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.34 no.5
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• pp.414-420
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• 2001

A 30-kV plasma immersion ion implantation setup (P $I^3$) has been equipped with a self-developed 6'-magnetron to perform hard coatings with enhanced adhesion by P $I^3$D(P $I^3$ assisted deposition) process. Using ICP source with immersed Ti antenna and reactive magnetron sputtering of Ti target in $N_2$/Ar ambient gas mixture, the TiN films were prepared on Si substrates at different pulse bias and ion-to-atom arrival ratio ( $J_{i}$ $J_{Me}$ ). Prior to TiN film formation the nitrogen implantation was performed followed by deposition of Ti buffer layer under A $r^{+}$ irradiation. Films grown at $J_{i}$ $J_{Me}$ =0.003 and $V_{pulse}$=-20kV showed columnar grain morphology and (200) preferred orientation while those prepared at $J_{i}$ $J_{Me}$ =0.08 and $V_{pulse}$=-5 kV had dense and eqiaxed structure with (111) and (220) main peaks. X-ray diffraction patterns revealed some amount of $Ti_{x}$ $N_{y}$ in the films. The maximum microhardness of $H_{v}$ =35 GN/ $M^2$ was at the pulse bias of -5 kV. The P $I^3$D technique was applied to enhance wear properties of commercial tools of HSS (SKH51) and WC-Co alloy (P30). The specimens were 25-kV PII nitrogen implanted to the dose 4.10$^{17}$ c $m^{-2}$ and then coated with 4-$\mu\textrm{m}$ TiN film on $Ti_{x}$ $N_{y}$ buffer layer. Wear resistance was compared by measuring weight loss under sliding test (6-mm $Al_2$ $O_3$ counter ball, 500-gf applied load). After 30000 cycles at 500 rpm the untreated P30 specimen lost 3.10$^{-4}$ g, and HSS specimens lost 9.10$^{-4}$ g after 40000 cycles while quite zero losses were demonstrated by TiN coated specimens.s.

• Journal of Powder Materials
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• v.13 no.5 s.58
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• pp.351-359
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• 2006

Ni based($Ni_{57}Zr_{20}Ti_{18}Si_2Sn_3$) bulk metallic glass(BMG) powders were produced by a gas atomization process, and ductile Cu powders were mixed using a spray drying process. The Ni-based amorphous powder and Cu mixed Ni composite powders were compacted by a spark plasma sintering (SPS) processes into cylindrical shape. The relative density varied with the used SPS mold materials such as graphite, hardened steel and WC-Co hard metal. The relative density increased from 87% to 98% when the sintering temperature increased up to $460^{\circ}C$ in the WC-Co hard metal mold.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.104-104
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• 2016

음극아크증착과 스퍼터링을 동시에 사용한 하이브리드 공정으로 제조된 TiAlSiN 코팅층의 물성을 평가하였다. TiAlSiN 코팅층은 음극아크 소스에 Ti-Al 타겟을 장착하고 스퍼터링 소스에는 Si 타겟을 장착하여 아르곤과 질소 가스의 혼합가스 분위기에서 스테인리스(SUS304)와 초경(cemented carbide; WC-15wt.%Co) 기판 위에 제조되었다. 음극아크 소스에 인가되는 전류는 고정하고 스퍼터링 소스에 인가되는 전력을 조절하여 TiAlSiN 코팅층의 Si 함량을 제어하였다. TiAlSiN 코팅층의 Si 함량이 증가하면 코팅층의 구조가 주상정에서 비정질 구조로 변화한다. 이는 Si 함량이 증가하면 코팅층에 형성되는 알갱이 구조의 크기가 줄어들기 때문이다. X-선 회절 결과와 Scherrer's equation을 이용하여 Si 함량에 따른 알갱이 구조의 크기를 계산하면 Si이 없는 코팅층은 약 14 nm의 크기를 보이며 8 at.% 이상의 함량에서 약 2.5 nm로 포화된다. TiAlSiN 코팅층의 경도를 Si 함량에 따라 측정하면 Si 함량이 증가하면 경도도 증가하는 경향을 보이며 약 9 at.%의 Si 함량에서 3200 Hv로 최대가 되고 이후에는 감소한다. TiAlSiN이 코팅된 스테인리스 시편을 대기에서 열처리하고 시편 무게증가를 측정하여 코팅층의 내열성을 평가하였다. Si 함량이 증가하면 내열성도 향상되는데 14.4 at.%의 Si 함량에서 $700^{\circ}C$까지 무게 증가가 없으며 $900^{\circ}C$까지 0.43 mg의 증가를 보인다. 본 실험을 통해서 얻어진 TiAlSiN 코팅층은 비교적 높은 경도와 내열성을 확보하여 절상공구 보호막 코팅 소재 등으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.99-99
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• 2013

나노결정질 다이아몬드(Nanocrystalline Diamond: NCD) 박막은 고경도와 낮은 마찰계수를 가지고 있어 초경합금이나 고속도강과 같은 절삭공구 위에 코팅하여 공구의 성능 향상을 도모하려는 노력이 있어 왔다. 그러나 NCD 박막의 잔류응력이 크고, 초경합금과 철계 금속에 NCD가 증착되지 않는다는 문제점이 있다. 따라서 잔류응력 완화와 다이아몬드 핵생성을 위하여 제3의 중간층 재료가 필요하다. 본 연구에서는 W과 Ti을 중간층으로 하여 초경합금(WC-Co)과 고속도강(SKH51)에 NCD 박막을 코팅하고 기계적 특성을 비교하였다. 초경합금 또는 고속도강기판 위에 W 또는 Ti 중간층을 DC magnetron sputter를 이용해 각 1 ${\mu}m$의 두께로 증착하고 그 위에 MPCVD (Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition)를 이용해 NCD 박막을 2${\mu}m$의 두께로 코팅하였다. FESEM을 이용하여 표면과 단면의 형상을 관찰하였고, XRD와 Raman spectroscopy를 통해 NCD 박막의 결정성을 확인하였다. 그리고 tribology test를 실시하여 코팅된 박막의 내마모성을 비교하였으며, Rockwell C indentation test를 이용하여 밀착력을 비교하였다. 초경합금에 적용 시, W이 Ti보다 중간층으로서 더 우수한 것으로 나타났으며 이는 열팽창계수 차이에 의한 잔류응력의 차이에 의한 것으로 여겨진다. 중간층 두께에 따른 박막의 기계적 특성 변화를 알아보기 위해 W 중간층의 두께를 1, 2, 4 ${\mu}m$로 변화를 주었다. 중간층 두께가 2 ${\mu}m$ 이상일 때 박막의 밀착력이 증가되는 것으로 나타났다. 고속도강 위에 같은 방법으로 1 ${\mu}m$의 W 또는 Ti 중간층 위에 2 ${\mu}m$의 NCD 박막을 코팅한 시편들은 초경합금에 코팅한 것과 달리 두 시편 모두 낮은 밀착력을 나타내었다. 열팽창계수 차이에 의한 잔류응력을 완화하기 위해 고속도강에 W/Ti 복합박막을 중간층으로 Ti, W순으로 각각 1 ${\mu}m$ 두께로 증착 후 그 위에 NCD 박막을 2 ${\mu}m$ 두께로 코팅 한 후 특성을 비교하였다. Ti/W 복합 중간층 위에 코팅된 NCD 박막의 밀착력이 W 혹은 Ti 단일 중간층에 코팅된 박막에 비해 우수한 것으로 나타났다. 그러나 실제 공구에 적용하기에는 박막의 밀착력 개선이 요구되며 이를 위해서 더 연구가 필요하다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.100-100
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• 2016

물리기상증착방법 (Physical vapor deposition)에 의하여 합성된 천이금속 질화물 박막은 경도, 내마모성 등 절삭공구의 성능을 향상시키며, Ti-Al-N, Ti-Zr-N, Zr-Al-N, Cr-Si-N 등의 3원계 경질 박막에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 이중에서도 CrAlN 코팅은 높은 경도, 낮은 표면 조도 등의 우수한 기계적 특성 이외에 고온에서 안정한 합금상 형성으로 인하여 우수한 내열성을 보유하여 공구 코팅으로의 적용 가능성이 크다. 그러나 최근 공구사용 환경의 가혹화로 인하여 코팅의 내마모성 및 내열성 등의 물성 향상을 통한 공구의 수명 향상이 필요시 되고 있으며, 코팅에 적합한 중간층을 합성함으로써 공구 코팅으로의 적용 가능성을 높이는 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 CrAlN 코팅의 물성을 향상시키기 위해 CrAlN 코팅과 WC-Co 6wt.% 모재 사이에 CrN, CrZrN, CrN/CrZrSiN 등의 다양한 중간층을 합성하였으며, 중간층을 포함한 모든 코팅의 두께는 $3{\mu}m$ 로 제어하였다. 합성된 코팅의 미세조직, 경도 및 탄성계수, 내모성을 분석하기 위해 field emission scanning electron microscopy(FE-SEM), nano-indentation, ball-on-disk 마모시험기 및 ${\alpha}-step$을 사용하였다. 코팅의 내열성을 확인하기 위해 코팅을 furnace에 넣어 공기중에서 500, 600, 700, 800, 900, $1,000^{\circ}C$로 30분 동안 annealing 한 후에 nano-indentation을 사용하여 경도를 측정하였다. CrAlN 코팅을 나노 인덴테이션으로 분석한 결과, 모든 코팅의 경도(35.5-36.2 GPa)와 탄성계수(424.3-429.2 GPa)는 중간층의 종류에 상관없이 비슷한 값을 보인 것으로 확인됐다. 그러나, 코팅의 마찰계수는 중간층의 종류에 따라 다른 값을 보였으며, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅의 마찰계수는 0.34로 CrZrN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅의 마찰계수(0.41)에 비해 낮은 값을 보였다. 또한, 코팅의 마모율 및 마모폭도 비슷한 경향을 보인 것으로 보아, CrN/CrZrSiN 중간층을 합성한 CrAlN 코팅의 내마모성이 상대적으로 우수한 것으로 판단된다. 이것은 중간층의 H/E ratio가 코팅의 내마모성에 미치는 영향에 의한 결과로 사료된다. H/E ratio는 파단시의 최대 탄성 변형율로써, 모재/중간층/코팅의 H/E ratio 구배에 따라 코팅 내의 응력의 완화 정도가 변하게 된다. WC 모재 (H/E=0.040)와 CrAlN 코팅(H/E=0.089) 사이에서 CrN, CrZrSiN 중간층의 H/E ratio 는 각각 0.076, 0.083 으로 모재/중간층/코팅의 H/E ratio 구배가 점차 증가함을 확인 할 수 있었고, 일정 응력이 지속적으로 가해지면서 진행되는 마모시험중에 CrN과 CrZrSiN 중간층이 WC와 CrAlN 코팅 사이에서 코팅 내부의 응력구배를 완화시키는 역할을 함으로써 CrAlN 코팅의 내마모성이 향상된 것으로 판단된다. 모든 코팅을 열처리 후 경도 분석결과, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅은 $1,000^{\circ}C$까지 약 28GPa의 높은 경도를 유지한 것으로 확인 되었고, 이는 CrZrSiN 중간층 내에 존재하는 $SiN_x$ 비정질상의 우수한 내산화성에 의한 결과로 판단된다.