• Journal of Surface Science and Engineering
• /
• v.34 no.2
• /
• pp.125-134
• /
• 2001

($Ti_{1-x}$ $Cr_{x}$ )N coatings were deposited by an ion-plating method in a reactor with two separate metal sources, Ti and Cr. Ti was evaporated using an electron beam, while Cr evaporation was carried out by resistant heating. The Ti and Cr concentrations in the coatings were controlled by the Ti and Cr evaporation ratio. The coating hardness increased with increasing the Cr content(x) and showed a maximum value of 6,000 HK at around x=0.8. The critical load of the coatings, measured by the scratch test, was around 30 N. The wear resistance properties of the ($Ti_{1-x}$$Cr_{ x}$)N coatings were evaluated using a CSEM pin-on-disk type tribometer. A Cr-steel ball as well as a SiC ball, which had hardness values of 590 HK and 2,600 HK respectively, were used as the pin. After the wear test, the surface morphology, roughness and the concentration of the coatings were investigated, with the main focus being on the effect of wear debris and the transferred layer on the wear behavior.

• Journal of Surface Science and Engineering
• /
• v.23 no.2
• /
• pp.24-29
• /
• 1990

The TiN filmms were deposited on the stainless steel substrates by BARE techinique in order to investigate the effects of process parameters such as source-to-substate distance (15-35cm), N2 pressure(4$\times$10-10 -1$\times$10-3mb)and bias voltage(O-2000V), on the deposition rate, the concentration ratio [N/Ti] and the surface color of the films. The deposition rate was deduced from the weight measurement, the [N/ti] ratio by ESCA. The deposition rate decreased with a relationship of=40.2/D2 where D was source-to-substrate distance. The effect of the bias voltage and the N2pressure on the deposition rate, however, appeared negligble. The [N/Ti] ratio was in the narrow range of 0.7 tp 0.8 It increased slightly with the N2 partial pressure and deceased with the source-to-substrate distance. It was confired by ESCA that a significant amount of oxygen and carbon was contaminated after deposition in the top surface of TiN films. The surface color of TiN film was changed from light gold yellow to reddish gold yellow with increasing [N/Ti] ratio.

• Journal of Surface Science and Engineering
• /
• v.33 no.4
• /
• pp.222-228
• /
• 2000

The life time of cutting tool was studied in the relation with the properties of TiN coating tools. The purpose of this study is to compare the cutting conditions of the TiN coated tools with those of the non-coated tools and to find out the optimal cutting condition of the TiN coated tool. The coated tools were prepared by the sputtering process at $4$\times$10^{-3}$Torr. When the cutting speed is increased 22.2% from 90m/min, the limited life of coating bite was decreased by 60.61%, but non-coating bite was decreased by 64.05%. In the tool lifetime equation of the coated tools "a"(exponent of feed rate) was not much changed in comparison with that of the non-coated tools but "n" (exponent of tool′s life) was increased by 9.3% and "b" (exponent of cutting depth) was increased by 2.4%. It was thought to be that TiN coated tools was used for higher cutting speed than non-coated tools to improve the lifetime of the coated tools.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.08a
• /
• pp.130-131
• /
• 2011

박막의 제조는 많은 연구의 가장 기초가 되는 시편을 만드는 과정으로 현대의 과학기술에서 매우 중요한 공정 중의 하나이다. 그러나 이러한 박막의 제조는 제조하는 사람의 숙련도나 장치에 의존하며 경우에 따라서는 원하는 특성의 박막을 제조하는 것이 매우 어려운 작업이 되기도 한다. 따라서 경험이 없는 연구자의 경우는 때때로 까다로움과 번거로움을 느끼게 되며, 안정된 공정을 찾기까지 많은 시간을 소비 하게 된다. 특히 부적절한 증발방법의 선정에 따른 실험 결과는 경제적인 손실을 초래할 뿐만 아니라 실험하는 사람을 좌절시키는 가장 큰 요인이 되어왔다. 진공증착에 의한 박막의 제조는 증발법과 스퍼터링, 이온플레이팅 등의 방법이 있으며 이중 증발을 이용한 박막의 제조에는 저항가열 증발, 전자빔 가열 증발, 유도가열 증발 등의 방법으로 구분하고 있다. 저항가열 증발원은 가격이 저렴하다는 장점은 있으나 증발원이 손쉽게 파손되거나 증발량이 일정하지 않아 박막의 정밀 제어가 어려울 뿐만 아니라 때에 따라서는 1 ${\mu}m$ 이상의 후막 형성에도 어려움이 있는 등 많은 제약이 있다. 따라서 적절한 증발원의 선정이 실험의 효율성을 좌우하는 경우가 많다. 적절한 증발원의 선정과 효율적인 실험을 위해 증발원 제조회사에서는 증발원의 선정과 증발 조건과 관련된 자료를 카탈로그 형태로 발행하고 있다. 그러나 그러한 자료만으로는 객관적인 정보를 얻기에 충분하지 못한 경우가 많으며, 어떤 경우에는 저자 등의 경험과 일치하지 않는 정보도 포함하고 있었다. 전자빔 증발원은 냉각이 되는 Crucible에 물질을 담고 고전압의 전자빔으로 물질을 가열시켜 증발시키는 증발원으로 1960년대 이후 박막 제조 실험에 이용되기 시작하였다. 전자빔은 고순도의 피막 제조가 가능하고 증발물질의 교체가 쉬우며 고속 증발이 가능함은 물론 다층막의 제조가 용이하고 증발물질의 제조비용이 저렴하다는 장점이 있다. 이러한 장점 때문에 1970년대 이후에는 전자빔을 이용한 박막제조가 폭 넓게 이루어졌고 이때를 즈음하여 전자빔을 이용한 물질의 증발 특성이 논문으로 발표되기도 하였다. 본 연구에서는 증발에 관한 저자들의 경험을 바탕으로 저항가열과 전자빔을 이용하여 증발실험을 진행한 물질계를 중심으로 각 물질의 증발특성과 가장 효율적인 Liner 등에 대해 기술하였다. 특히, 각종 물질의 증발 특성을 체계화함은 물론 효율적인 증발 방법을 객관적인 Data와 함께 제공하여 효과적인 박막 제조 실험에 도움이 되고자 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.192-192
• /
• 2011

Mo 박막은 열적 안전성과 전기 전도성이 우수한 소재로 CIGS 태양전지의 배면전극으로 사용되고 있다. 스퍼터링법에 의한 Mo 박막의 전도성은 공정압력에 민감하여 높은 압력과 낮은 압력에서 이중박막으로 제조되고 있다. 연구에서는 압력에 크게 영향을 받지 않으면서 전도성이 $10{\mu}{\Omega}-cm$ 이하로 우수한 Mo 박막을 얻을 수 있는 아크 이온플레이팅법으로 Mo 박막을 제조하였다. 그러나 Mo 박막 증착시에 나타나는 높은 압축응력은 기재(Soda lime Glass; SLG)와의 밀착성을 떨어뜨렸다. 기재(SLG)와의 밀착성을 확보하기 위해 Ti 중간층($0.3{\mu}m$, $0.9{\mu}m$)을 증착하고 그 위에 Mo 박막을 증착하여 전도성이 우수한 박막을 제조하였으나 여전히 압축잔류응력의 문제점을 보였다. 압축응력의 완화를 위해 CIGS 박막이 제조되는 $550^{\circ}C$의 온도에서 열처리를 1시간 수행하였다. 열처리를 통해 열처리 전과 후에 나타나는 전도성과 잔류응력의 변화를 공정압력(5 mTorr~30 mTorr)별로 알아보았다. 사용된 시험편은 Si wafer, SLG, SUS계 소재를 이용하였으며 공정압력별로 아크 타겟에 인가되는 전류는 100 A로 고정하였고, 바이어스 전압은 0V, -50V를 인가하였다. 열처리 전과 후에 전도성은 크게 변화가 관찰되지 않았으나 잔류응력에는 많은 변화가 관찰 되었다. 잔류응력은 공정압력(5mTorr~30mTorr)별로 응력 완화가 일어났으며, 바이어스 전압이 0V에서 공정압력이 5 mTorr일 때 열처리 전에 측정된 1346 MPa 압축응력이 열처리 후에는 188 MPa의 인장응력을 나타내었다. 이러한 응력 변화에 대해 XRD와 SEM으로 구조분석을 통해 Mo 박막의 결정성과 전도성 및 잔류응력의 상관관계에 대해 알아보았다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2018.06a
• /
• pp.131-131
• /
• 2018

최근 절삭공구산업은 자동차, 항공기, IT, 선박, 에너지 등 첨단산업의 증가로 인해 CGI, CFRP, 내열합금 등 난삭재의 수요가 증가하고 있다. 난삭재는 고내열, 고경도, 초경량 같은 특성을 지니며 우수한 기계적 물성을 갖지만 가공의 어려움이 있어 산업에 적용하는데 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 개발된 가공기술 중 하드 코팅은 공구코팅비용 대비 공구의 표면경도와 수명을 효율적으로 향상시킬 수 있다고 알려져 있다. 대표적인 하드코팅으로는 AlN계, TiN계 코팅이 있다. 이러한 코팅의 경우 높은 기계적 물성과 우수한 내마모성으로 인해 절삭공구의 성능을 향상시킬 수 있기 때문에, 많은 연구가 진행되고 있으며 절삭공구산업에서 각광받고 있다. 기존 선행연구 결과에 따르면 질화물 코팅의 우수한 물성은 질화물(Nitride) 생성 및 질화 공정에 의한 코팅층의 고밀도화에 의해 나타난다고 알려져 있다. 그 중에서 AlCrN coating은 우수한 내마모성 및 향상된 고온경도를 갖고 있다. AlCrN based coating에 미량의 원소를 첨가하여 기존 AlCrN coating의 기계적 특성을 더욱 향상 시킨 coating은 일반적인 고성능 코팅 대비 공구수명이 길다고 알려져 있으며, 전반적으로 우수한 특성에 의해 전 세계적으로 습식 및 건식 기계 가공 용도로 사용되고 있다. 본 연구에서는 AlCrN based coating에 미량의 원소를 첨가한 coating의 우수한 기계적 특성의 원인을 규명하기 위해 텅스텐카바이드(WC) 기판 위에 아크 이온 플레이팅 장비를 이용하여 AlCrN based coating을 증착 시킨 sample을 분석하였다. 결정구조 및 상 분석을 위해 X선 회절분석(XRD)을 실시하였으며, 미세 구조를 분석하기 위해 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM), 투과 전자현미경(TEM) 분석을 실시하였다. 또한 코팅층의 화학적 성분 분석을 위해 EDX분석을 실시하였으며 기계적 특성 평가를 위해 나노압입시험(Nano-indentation test)을 진행하였다.

• Journal of Ocean Engineering and Technology
• /
• v.30 no.5
• /
• pp.356-360
• /
• 2016

Recently, the lifetime extension of nuclear power plants has been considered. Thus, it is necessary to consider facility safety management and economic management. However, when the bolts in nuclear power plants are replaced and the turbines of nuclear power plant are disassembled, numerous problems are found in relation to stuck bolts in clamping parts. In order to solve these problems, a hybrid vacuum chamber was first designed and manufactured. It can perform arc ion plating and sputtering, which were used to deposit Ti/TiN on an A913 B7 bolt. X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) analyses were conducted to determine the composition and characteristics of the bolt, and tests were conducted to determine how long the bolt could endure under various conditions in a nuclear power plant. The SEM and XRD results clearly showed a continual and even coating layer. When this TiN-coated bolt is used in a nuclear power plant, the lifetime can be extended compared to a conventional bolt, but it is necessary to determine what additional properties are required.

• Tribology and Lubricants
• /
• v.38 no.4
• /
• pp.136-142
• /
• 2022

This paper investigates the enhanced wear performance of a CrAl coated accident tolerant fuel (ATF) cladding. In the wake of the Fukushima accident, extensive research on ATF with respect to improving the oxidation resistance of cladding materials is ongoing. Since coated Zr claddings can be applied without major changes to the criteria for reactor core design, many researchers are studying coatings for claddings. To improve the quality of the CrAl coating layer, optimization of the manufacturing process is imperative. This study employs arc ion plating to obtain improved CrAl coated claddings using CrAl binary alloy targets through an improved coating method. Surface roughness and adhesion are improved, and droplets are reduced. Furthermore, the coated layer has a dense and fine microstructure. In scratch tests, all the tested CrAl coated claddings exhibit a superior resistance compared to the Zr cladding. In a fretting wear test, the wear volume of the CrAl coated claddings is smaller compared to the Zr cladding. Furthermore, the coated cladding manufactured through the improved process exhibits better wear resistance than other CrAl coated claddings. Based on these results, we suggest that fine microstructure is attributed to a mechanically and microstructurally robust CrAl coating layer, which enhances wear resistance.

• Journal of the Korean Ceramic Society
• /
• v.42 no.2 s.273
• /
• pp.88-93
• /
• 2005

Ti-AI-Si-N coating layers were deposited on WC-Co substrates by a hybrid system of arc ion plating and sputtering techniques. The coatings were prepared with different Si contents to investigate the effect of Si content on their mechanical properties and microstructures. The dry sliding wear experiments were conducted on Ti-AI-Si-N coated WC-Co discs at constant load, 3N, and sliding speed, 0.1 m/s with two different counterpart materials such as steel ball and zirconia ball using a conventional ball-on-disc sliding wear apparatus. In the case of steel ball, the friction coefficient of Ti-AI-Si-N coating layers became lower than that of Ti-AI­N coating layers. The friction coefficient decreased with increasing of Si content due to adhesive wear behavior between coating layer and steel ball. On the contrary, in the case of zirconia ball, the friction coefficient increased with increasing of Si content, indicating that abrasive wear behavior was more dominant when the coating layers slid against zirconia ball.