첨단 산업의 급격한 발전에 따라 부품의 고경도 및 경량화의 필요성이 급증함으로써 우수한 특성을 가지지만 가공이 어려운 난삭재(Ti-6 Al-4, CGI, CRFP 등)의 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 난삭재 절삭 공구 표면에 코팅막을 쌓아 공구의 수명 및 특성을 향상시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 전이금속 질화물 코팅 중 하나인 CrN 는 우수한 기계적 특성으로 인해 절삭 공구 코팅으로써의 많은 연구가 실행되었으며 적정량의 Al 을 첨가한 AlCrN 이 기계적 특성을 더욱 향상시킨다는 연구 결과들이 보고되었다. 해외뿐만 아니라 국내에서도 AlCrN 에 대한 연구 및 개발이 계속 되었으나 아직까진 국내 기술력의 한계로 인해 해외의 선진 기업들의 타겟을 수입하여 사용하는 실정이다. 해외 수입 타겟은 조성 균일도가 낮다는 단점이 존재하며, 이는 합금화 시 낮은 에너지 조건에서 합금화하는 것으로 판단된다.
본 연구에서는 이러한 단점을 보완하여 조성 균일도가 우수한 분말을 제조, 소결한 후, 다양한 가스분위기에서 박막을 증착하고 특성을 분석하고자 하였다. 선행된 연구들의 물질인 AlCr 계 합금에 3, 4 원계 원소를 첨가하여 합금의 특성을 더욱 높이고자 하였으며 산소의 확산 방지 역할을 하는 Cr₂O₃ 의 발생을 촉진하는 Fe 및 내부식 특성을 향상시키는 Ti 를 선정하고 조성비를 Al71Cr24Fe1Ti4 으로 설계하여 진행하였다. 합금화는 기계적 합금화의 대표적인 방법 중 하나인 유성볼밀링을 이용하였다. 볼밀링 시간과 볼밀링 회전속도에 변화를 주어 밀링 에너지를 계산하고 최적의 합금화 조건을 분석하였으며 완전히 합금화 되기 전 라멜라 구조를 형성하는 분말 조건을 최적 조건으로 선정하고, 그에 따라 볼밀링 회전속도 300 rpm, 볼밀링 시간 10 hr 의 고 밀링 에너지 조건을 최적 합금화 조건으로 선정하였다.
선정된 최적 합금화 조건과 비교 분석을 위해 볼밀링 회전속도 120 rpm, 볼밀링 시간 10 hr 의 저 밀링 에너지 합금 분말을 함께 Hot press 를 이용하여 소결하였다. 타겟은 금속간 화합물이 생성되지 않는 500 ℃ 이하의 온도에서 소결하여 상대밀도 97 % 이상을 가지는 타겟을 제작하였다.
제작된 두 타겟을 사용하여 Ar : N₂ 유량을 36 : 0, 33 : 3, 30 : 6(sccm)으로 제어하며 Magnetron sputtering 를 이용한 AlCrFeTiN 코팅을 증착하였다. 증착된 코팅의 Scratch test, Nano indentation 분석 결과 N₂ 유량이 6sccm 일 때 질화물 코팅막 형성에 의해 가장 우수한 특성을 보였으며, 고 밀링 에너지 조건으로 증착한 코팅이 저 밀링 에너지 조건으로 증착한 코팅에 비해 약 4 배 정도 높은 조성 균일도를 나타내었다. 또한, Ball on disc 의 코팅 마모 트랙 및 상대재 마모 반경 분석 결과, 고 밀링 에너지 조건으로 증착한 코팅에서 가장 우수한 내마모성을 확인하였다. 동전위 분극 시험 결과, 코팅의 질소 비율이 증가할수록 내부식 특성이 향상됨을 확인하였다.