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약방엔 감초, 공구엔 코팅
 
공구 코팅 기술, PVD코팅의 역사 그리고 미래
 
김유리기자 | 2016.12.01 | 2016년 12월호
 
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약방에 감초. 꼭 있어야 할 사람이나 물건을 비유할 때 쓴다. 제조 분야에서도 약방에 감초 같은 존재가 있다. 바로 코팅이다. 아무리 획기적인 신소재, 혁신적인 가공 기술이 나와 공구가 진화해도 사라지지 않을 기술, 이 코팅은 어떤 역사를 가지고 있을까?
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약방에 감초. 꼭 있어야 할 사람이나 물건을 비유할 때 쓴다. 제조 분야에서도 약방에 감초 같은 존재가 있다. 바로 코팅이다. 아무리 획기적인 신소재, 혁신적인 가공 기술이 나와 공구가 진화해도 사라지지 않을 기술, 이 코팅은 어떤 역사를 가지고 있을까?
 
  공구에 적용되는 대표적인 코팅 방식이 있는데 , 그것 은 바로 PVD(Physical Vapor Deposition)다. 쉽게 설명하자면, 진공에서 코팅 물질을 기화시켜 플라스마를 형성한 후제품 표면에 증착시키는 방법이다. 절삭공구에 이 코팅이 적용되면 가공 시 마찰열의 전달을 차단하고 칩 배출이 용이해진다. 이에 공구의 성능 유지, 수명 향상에 도움을 주어 제조 원가를 감소시키고 생산 제품의 품질까지 영향을 미친다.
 
  이렇게 중요한 역할을 하는 코팅, 그 역사는 어떠할까? 대표적인 표면 솔루션 업체인 올리콘발저스*의 PVD 코팅 기술을 통해 코팅 기술의 변천사를 알아보자.
공구의 진화와 함께한 코팅 기술의 변천사
PVD 코팅 기술은 공구나 가공 기술의 개발과 함께 진화해왔는데, 그 변천사는 크게 6세대로 구분할 수 있다. 1세대는 TIN 코팅이다. 이 코팅은 표면의 마찰 저항을 감소시켜 피삭재와 공구가 녹아서 들러붙는 용착 현상을 예방 하여 공구 수명을 획기적으로 향상시킨다. 이후 난삭재 대응과 공구 수명의 추가 개선을 위해 개발된 것이 2세대인 TiCN 코팅이다.
 
  3세대에서는 공구 혹은 부품류의 윤활 특성을 개선하기 위해 DLC 계열 코팅이 등장하게 된다. 1990년대 후반부터는 고속 가공기가 개발되면서 고온 고경도와 고온 내산화성을 향상시킨 4세대 TIAIN 코팅이 적용되기 시작했다. 이 때부터 소재와 가공 조건의 다양 화로 코팅의 종류도 세분화하기 시작한다.
 
  실제로 5세대 코팅 방식인 AITiN 코팅은 난삭재인 고경도 소재 가공을 위해 개발되었다.
  한편 2000년대 중반에는 환경에 대한 규제가 엄격해지면서 고속 건식 가공에서 우수한 성능을 발휘하는 AICrN 코팅이 등장하는데, 이것이 6세대 코팅이다. 이처럼 코팅 기술은 다양한 가공 조건에 대해 기존 공구 소재만으로 충족할 수 없는 부분을 보완하면서 발전해왔다.
최신 첨단 PVD 코팅 기술은?
이러한 PVD 코팅 기술의 현주소는 어떠할까? 올리콘발저스는 매년 새로운 BALINIT 코팅을 소개하는데 최근 가장 첨단화된 BALINIT 코팅 기술은 두께가 수 마이크론에 불과하지만 강도는 강철보다 강해 공구의 내마모성 향상에 기여하는 기술이다. 실제로 기어를 가공하는 툴인 호브(Hob)에 BALINIT ALCRONA PRO 코팅을 적용하자, 호브당 가공 가능한 기어의 개수가 타사의 2,300개에 비해 배 이상 많은 4,900개를 가공할 수 있게 되었다.
 
  특히 P3e(Pulse Enhanced Electron Emission) 기술은 α-Aluminum oxide 코팅을 PVD 방식으로 개발한 세계 최초의 기술이다. 이 기술은 화학적 증착법인 기존 CVD(Chemical vapor deposition) 방식에 비해 매우 친환경적이다. 게다가 타사에서는 아직 불가능한 양산도 가능하다.
 
  이러한 코팅 기술은 자체의 성능 향상은 물론 최근 제조 트렌드를 반영하여 발전되고 있다.
  최근 자동차 분야의 이슈인 경량화를 예로 들어 보자. 자동차의 경량화를 실현하기 위해 가볍고 강한 소재의 적용이 확대되고 있는데, 이러한 신소재의 적용으로 인해 금형이나 공구의 마모 가속화라는 문제가 발생하게 되었다.
 
 이 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 금형의 수명 향상에 기여하는 BALINIT FORMERA 코팅이다. 또한 경량화를 실현하는 대표적 난삭재인 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 가공에 최적화된 BALINIT DIAMOND NANO 코팅이 개발되기도 했다. 게다가 코팅을 잘 하지 않는 알루미늄 가공용 공구에 적용되어 수명을 최대 수십 배까지 향상시키는 BALINIT HARD CARBON과 BALINIT DIAMOND MICRO 코팅도 등장했다.
또 다른 트렌드, 환경
최근 제조 분야의 또 다른 트렌드는 안전과 환경이다. 그런데 일반적으로 표면처리 분야에서는 오래 전부터 비 친환경적인 크롬 도금을 널리 적용해 왔다. 하지만 친환경에 대한 요구가 엄격해지면서 크롬 도금을 규제해야 한다는 목소리가 높아졌다. 특히 유해하다고 평가되는 6가 크롬은 유럽 등 선진국에서 강력한 환경 규제를 받고 있다.
 
  이에 올리콘발저스에서는 유럽 화학물질관리제도(REACH)의 규칙을 엄격히 준수하며, 크롬 도금을 대체할 수 있는 친환경 표면 솔루션을 개발 중이다. 대표적 친환경 표면 기술인 PPD(Pulse Plasma Diffusion)는 크롬이 아닌 플라스마를 이용해 성분의 침투를 확산시키는 기술이다. 또한 6가 크롬이나 기타 중금속을 사용하지 않고 플라스틱 부품의 크롬 느낌을 연출하는 ePD(embedded PVD for Design parts) 기술도 있다.
 
  이렇게 살펴본 코팅의 역사. 앞으로도 소재와 가공 기술이 다양해지면서 코팅 기술 또한 세분화될 전망이다. 이에 뛰어난 성능을 바탕으로 친환경적이며 가격 경쟁력이 있는 코팅의 지속적인 개발이 기대된다.
 
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 도움 주신 분
 올리콘발저스코팅코리아(유)
 정세진 이사
 www.oerlikon.com/balzers/kr

 
TAG :  공구  올리콘발저스  코팅  PVD코팅
 
 
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