(A) study on the synthesis of nanoscale multilayer CrN-based coatings by closed field unbalanced magnetron sputtering = 비대칭 마그네트론 스퍼터링法을 利用한 나노 두께 多層 CrN 薄膜 合成에 관한 硏究

국문 초록 (Abstract)

기계 산업의 발달과 더불어 부품 소재 가공 등에 사용되는 절삭유 및 윤활제 등은 그 심각성이 증대되는 환경오염의 원인들 중 하나이다. 따라서 최근의 연구는 오염물질을 줄이고 폐기물을 줄일 수 있는 친환경 기술개발 및 건식가공을 위한 각종 공구 재료의 개발과 제조공정의 개발, 코팅 재료의 개발 등에 집중되어 있다. 이러한 연구결과 들은 가공속도 증가, 생산성 향상 및 고정밀도화에 따른 절삭공구의 성능향상 요구에 성공적으로 적용되고 있으나, 이에 따른 공구의 마모의 증가에 의해 고속도강 공구의 수명이 단축되고 있어 고속도강 공구의 수명과 내마모 특성을 보완하기 위한 고경도, 초고경도 코팅의 적용이 요구되고 있다.
물리 기상 증착 법을 이용한 고경도 코팅은 좋은 내마모 특성과 윤활 특성을 가지고 있다. 특히 위와 같은 특성을 가지는 초고경도 다층 박막에 대한 개발이 활발히 연구되고 있다. 그러나 다층 박막의 마찰 특성에 대한 기본적인 이해는 아직 확립되지 않았다.
본 연구에서는 고경도 박막 (CrN)과 고경도 박막 (TaN, CrAlN), 연성 박막 (Cu), 윤활 특성을 지닌 박막 (C)과의 적층 구조를 가진 전형적인 고경도 박막을 합성하였다. 합성된 모든 다층 박막의 각층의 두께는 3에서 40 nm로 제어하였고, 박막의 미세구조와 기계적 특성을 분석하였다. 마찰 특성 평가와 평가이후 박막의 미세구조의 변화를 통해 마찰 특성의 변화를 비교하였다.
그 결과 CrN / CrAlN 박막을 제외한 모든 박막들은 Archard식에 따라 기계적 특성이 좋을수록 마찰계수가 높거나 안정하였고, CrN / CrAlN 박막의 경우 Archard식과는 달리 안정하지만 낮은 마찰계수 값을 나타내었다. 따라서 다층 박막의 기계적 마찰 특성은 적층된 재료와 상관없이 박막 각층의 두께 (λ)에 의존하며 고경도, 내마모 특성을 가진 다층 박막을 합성하기 위해서는 각층의 임계 두께가 필요함을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Theoretical Backgrounds 5
• 2.1. Introduction 5
• 2.1.1. Nanostructured state 6
• 2.1.2. Superhardness 16
• 3. Synthesis of Nanolayered Thin Films 17
• 3.1. Introduction 17
• 3.2. Experimental Details 19
• 3.2.1. Film Deposition 19
• 3.2.2. Evaluation of Films 21
• 3.3. Result & Discussion 22
• 3.3.1. Synthesis of Hard / Hard Heterostructure Films (CrN / TaN and CrN / CrAlN) 22
• 3.3.1.1. Microstructure of CrN / TaN and CrN / CrAlN Heterostructure Films 22
• 3.3.1.2. Mechanical and Tribological Properties of CrN / TaN and CrN / CrAlN Heterostructure Films 28
• 3.3.2. Synthesis of Hard / Soft Heterostructure Films (CrN / Cu) 32
• 3.3.2.1. Microstructure of CrN / Cu Heterostructure Films 32
• 3.3.2.2. Mechanical and Tribological Properties of CrN / Cu Heterostructure Films 35
• 3.3.3. Synthesis of Hard / Lubricant Heterostructure Films (CrN / a - CN) 37
• 3.3.3.1. Microstructure of CrN / a - CN Heterostructure Films 37
• 3.3.3.2. Mechanical and Tribological Properties of CrN / a - CN Heterostructure Films 40
• 4. Conclusions 43
• References 44
• Korean Abstract 48