To investigate the corrosion behavior of tools steel surface in various coating film, the surface of hard coated Ti-Zr-N film on the tool steel by using magnetron-sputtering methods was researched using various experimental methods. STD 61 steels were manufactured by using vacuum furnace and solutionized for 1hr at $1050^{\circ}C$. Steel surface was coated with Ti-Zr-N film at $150^{\circ}C$ and 100W for 1h by using DC-sputtering equipment. Surface characteristics of Ti-Zr-N film coated specimens were investigated by OM, XRD, FE-SEM and nano-scratch tester. And corrosion behaviors of the coated specimen were investigated by polarization test and electrochemical impedance spectroscopy(EG&G Co, PARSTAT 2273. USA). It was found that Ti-Zr-N film coated sample had a thick coated layer and showed a good wear resistance and corrosion resistance of surface compared with ZrN and TiN coated sample. The corrosion resistance and mechanical property of Ti-Zr-N film coated STD 61 alloy increased as sputtering time increased.
In the present paper, the effects of cutting parameters and coating material on the performances of cutting tools in turning of AISI 52100 steel are discussed experimentally. A comparative study was carried out between uncoated and coated (with TiCN-TiN coating layer) cermet tools. The substrate composition and the geometry of the inserts compared were the same. A mathematical model was developed based on the Response Surface Methodology (RSM). ANOVA method was used to quantify the effect of cutting parameters on the machining surface quality and the cutting forces. The results show that feed rate has the most effect on surface quality. However, cutting depth has the significant effect on the cutting force components. The effect of coating layers on the surface quality was also studied. A lower surface roughness was observed when using PVD (TiCN-TiN) coated insert. A second order regression model was developed and a good accuracy was obtained with correlation coefficients in the range of 95% to 97%.
TiCN thin films were deposited on tool steels at $510^{\circ}C$ by PECVD from a $TiCl_4+N_2+CH_4+H_2+Ar$ gaseous mixture. The microstructures and preferred orientation were investigated. The micro-scratch tests were performed using a system equipped with an acoustic emission sensor. Critical loads were determined to evaluate the adhesion of TiCN to substrate. The influences of the microstructures of substrates, double layered coatings, and coatings after nitriding(duplex coating) were investigated. The experimental results showed that the microstructures of substrates and double layered coating did not affect the critical loads considerably. By the duplex coating, critical loads were not always increased. In some cases, duplex coatings decreased critical loads significantly despite of absence of black layer. In this study, we tried to relate the results of scratch test to the residual stress analysis. Nitriding before the coating reduces the tensile residual stress in the film, which gives rise to low critical load in scratch test.
TiN and CrN thin films are among the most used coatings in machine and tool steels. TiN and CrN are deposited by arc ion plating(AIP) method. The AIP method inhibits the reaction by depositing a hard, protective coating on the material surface. In this study, the characteristics of multi-layer(TiN/CrN/TiN(TCT), CrN/TiN/CrN(CTC)) are investigated. For comparison, TiN with the same thickness as the multilayer is formed as a single layer and analyzed. Thin films formed as multilayers are well stacked. The characteristics of micro hardness and corrosion resistance are better than those of single layer TiN. The TiN/CrN peak is confirmed because both TCT and CTC are formed of the same component(TiN, CrN), and the phase is first grown in the (111) direction, which is the growth direction. However, the adhesion and abrasion resistance of the multilayer films are somewhat lower.
기계부품의 세라믹 코팅 층은 사용 중 그 표면특성이 변하므로 잔류수명 예측과 신뢰성 확보를 위해 비파괴적으로 세라믹 코팅 층의 특성을 평가하는 것은 매우 중요하다. 이를 위해 본 인구는 AISI 1045 강과 오스테나이트 스테인리스 304 강 모재위에 매우 얇은 TiN 세라믹 층을 코팅한 시편에 내하여 누설 레일리(Rayleigh) 표면파를 이용한 TiN 코팅부재의 특성평가를 시도하였다. 후방복사 측정기법으로 코팅 층 내의 표면파의 전파특성이 평가되었고 표면 거칠기, 코팅 층 두께, 마모조긴 둥이 다양한 시편들에 대해 후방복사 프로파일이 측정되었다. 후방복사 프로파일의 정점각과 크기는 시편의 조건들에 따라 민감하게 변하였고, 정점각의 증가는 코팅 층 접합 강도의 저하로 설명되었다. 결과들은 후방복사 기법을 이용한 표면파의 분산성 평가가 코팅 층의 특성 평가에 매우 유용함을 보여주었다.
STD 61 steel has been widely used for tools, metallic mold and die for press working because of its favorable mechanical properties such as high toughness, and creep strength as well as excellent oxidation resistance. The STD 61 tool steel coated with TiN and ZrN by sputtering results in improvement of wear and corrosion resistance. In this study, surface characteristics of TiN and ZrN film coated STD 61 by sputtering were studied by using FE-SEM, EDS, XRD, and XRR and nanoindentation tests. From the results of surface characteristics of coated specimen, the ZrN coated surface showed finer granular than that of TiN coated surface. The coated layer structures of ZrN and TiN were grown to (111) and (200) preferred orientation. From the results of XRR test for surface roughness, density and growth rate of coating film, surface roughness and growth rate of ZrN coated film revealed lower values those of TiN coated film, whereas density of ZrN coated film showed higher values than that of TiN coated film. From the nanohardness and elastic modulus test, nanohardness value and elastic modulus of ZrN coated film became higher than those of TiN coated film.
As technology advances, there is a demand for development of hard solid lubricant coating. (Ti, Cr, Zr)N-$MoS_2$ films were deposited on AISI H13 tool steel substrate by co-deposition of $MoS_2$ with (Ti, Cr, Zr)N using a D.C. magnetron sputtering process. The influence of the $N_2Ar$ gas ratio, the amount of $MoS_2$ in the films and the bias voltage on the mechanical and structural properties of the films were investigated. The highest hardness level was observed at the $N_2/Ar$ gas ratio of 0.3. Hardness of the films did not change much with the increase of the $MoS_2$ content in the films. As the substrate bias potential was increased, hardness level of the film reached maximum at -150 V. Surface morphology of these films indicated that high hardness was attributed to the fine dome structure.
Ceramic, PCD and CBN tools are available for the difficult-to-cut-materials such as hardened carbon tool steel, stainless steel, Inconel 718 and etc.. Ceramic toolsare likely to be chipped and abruptly broken before the appearance of normal wear in turning. Ther2efore ceramic tools are suitable for continuous cut in turning not for intermittent in milling. In this study, TiN/TiCN multi-layer coated ceramic tools were found to restrain the chipping, breaking and early fracture and to increase the critical cutting speed owing to TiN/TiCN multi-layer coating in Arc Ion Plating of PVD method.
In this research KP-4, one of the plastic mold steels, was coated with the AlTiN from one layer to four layers by the PVD method in the $\Phi$ cemented carbide ball end mill. Coated KP-4 was processed with various conditions. For example, slope of $15^{\circ}$, $30^{\circ}$ and $45^{\circ}$ the spindle rotation speed was changed from 10,000rpm to 16,000rpm, the tool feeding speed was changed from 1,300mm/min to 1,700mm/min, the depth of cut was also changed from 0.3mm to 0.9mm, and etc. Cutting component force according to the coating layer number, surface roughness, and the wear of tool were studied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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