CN104870681A - 金属表面处理装置及利用该装置的金属表面处理方法 - Google Patents

金属表面处理装置及利用该装置的金属表面处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104870681A
CN104870681A CN201380067371.5A CN201380067371A CN104870681A CN 104870681 A CN104870681 A CN 104870681A CN 201380067371 A CN201380067371 A CN 201380067371A CN 104870681 A CN104870681 A CN 104870681A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal
reaction chamber
surface treating
treating apparatus
process gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380067371.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104870681B (zh
Inventor
金准浩
郑又沧
车秉哲
权阿朗
曹亨镐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korea Institute of Industrial Technology KITECH
Original Assignee
Korea Institute of Industrial Technology KITECH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020120149697A external-priority patent/KR101453380B1/ko
Priority claimed from KR1020130131337A external-priority patent/KR101564670B1/ko
Priority claimed from KR1020130131328A external-priority patent/KR101564667B1/ko
Priority claimed from KR1020130131321A external-priority patent/KR101564664B1/ko
Priority claimed from KR1020130131333A external-priority patent/KR101564669B1/ko
Application filed by Korea Institute of Industrial Technology KITECH filed Critical Korea Institute of Industrial Technology KITECH
Publication of CN104870681A publication Critical patent/CN104870681A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104870681B publication Critical patent/CN104870681B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24—Nitriding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/04—Treatment of selected surface areas, e.g. using masks

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

本发明的金属表面处理装置，对加热至可进行表面处理的温度的对象金属进行表面处理，包含反应腔室和处理气体供应部，所述反应腔室构成为与所述对象金属的外表面形状对应的形状，布置为与所述对象金属外表面的间隔在预定值内，并能收容所述对象金属的至少一部分，所述处理气体供应部向收容在所述反应腔室内的对象金属侧供应自催化反应所需的处理气体。并且，利用该装置的金属表面处理方法，包含如下步骤：将对象金属置放于反应腔室内，所述反应腔室构成为与所述对象金属的外表面形状对应的形状，布置为与所述对象金属外表面的间隔在预定值内，并能收容所述对象金属的至少一部分；通过处理气体供应部向所述反应腔室内供应处理气体而在所述对象金属上通过自催化反应形成处理气体层。

Description

金属表面处理装置及利用该装置的金属表面处理方法
技术领域
本发明涉及金属表面处理装置及利用该装置的金属表面处理方法，更具体地涉及在对象金属上形成根据自催化反应的处理气体层，以获得优异的耐磨性和耐蚀性以及高表面硬度的金属表面处理装置及利用该装置的金属表面处理方法。
背景技术
尖端复合加工技术是未来前景被看好的一项技术，在该技术领域中，最近正从不同方向进行研发。其被应用于进行提高现有产品性能的改良或者新概念产品的开发。
并且，在这种尖端复合加工技术领域中，针对改善金属的表面特性以强化耐磨性、耐蚀性以及耐火性的表面处理技术的研究很活跃，随之预计在汽车、模具等工业领域中对该技术的需求将会爆发性地增长。
以往，为了对金属进行表面处理，多采用气体渗氮法。目前为止，在产业上广泛使用的方式是低温渗氮法，但是该方式所需处理时间长，导致成品率大大降低，而且存在金属表面处理效果甚微的问题。尤其，对于不锈钢，还会发生自然氧化膜引起的氮化能降低的问题。
因此，需要能解决上述问题的方案，但是目前为止尚未提出有能在维持高生产率的同时获得优良的表面处理质量的金属表面处理技术。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决上述的现有技术中的问题而提出的，其目的在于提供能在维持高生产率的同时获得优良的表面处理质量的金属表面处理装置及利用该装置的金属表面处理方法。
本发明所解决的问题不限于上面所提到的问题，通过下面的描述，本领域技术人员应当能清楚理解未提及的其他问题。
技术方案
为了解决上述问题，本发明的金属表面处理装置，对加热至可进行表面处理的温度的对象金属进行表面处理，包含反应腔室和处理气体供应部，所述反应腔室构成为与所述对象金属的外表面形状对应的形状，布置为与所述对象金属外表面的间隔在预定值内，并能收容所述对象金属的至少一部分，所述处理气体供应部向收容在所述反应腔室内的对象金属侧供应自催化反应所需的处理气体。
并且，所述反应腔室可构成为在收容有所述对象金属的状态下所述反应腔室的内表面与所述对象金属的外表面之间的间隔在50mm以下。
并且，所述反应腔室上可形成有供所述处理气体通过的通孔。
并且，还可包含加热所述反应腔室内部的加热部。
并且，还可包含间隔调节部，在收容有所述对象金属的状态下，该间隔调节部调节所述反应腔室和所述对象金属外表面的配置间隔。
并且，所述反应腔室可包含上部板和与所述上部板相隔预定距离的下部板，所述间隔调节部可构成为使所述上部板和所述下部板上下滑移。
并且，还可包含外部腔室，该外部腔室收容所述反应腔室，并形成可密闭的收容空间。
并且，还可包含预热部，该预热部在所述对象金属被收容到反应腔室内之前对所述对象金属进行预热。
并且，还可包含移送部，该移送部移送所述对象金属使其通过所述反应腔室内部。
并且，所述反应腔室的两侧可被开放，所述移送部可设置在所述反应腔室的被开放的两侧。
并且，所述移送部可被设置为密闭所述反应腔室的被开放的两侧。
并且，所述移送部可包含移送部件，该移送部件与所述对象金属接触，通过该移送部件的旋转来移送所述对象金属。
并且，所述移送部件可构成为在与所述反应腔室接触的状态下旋转，由此在移送所述对象金属的同时密闭所述反应腔室的两侧。
并且，所述反应腔室可包含流动空间和供应孔，处理气体在流动空间中流动，供应孔与所述流动空间连通而朝所述对象金属方向供应处理气体。
并且，为了解决上述问题，本发明的金属表面处理方法包含如下步骤：将对象金属置放于反应腔室内，所述反应腔室构成为与所述对象金属的外表面形状对应的形状，布置为与所述对象金属外表面的间隔在预定值内，并能收容所述对象金属的至少一部分；通过处理气体供应部向所述反应腔室内供应处理气体而在所述对象金属上通过自催化反应形成处理气体层。
并且，在将对象金属置放于反应腔室内的步骤中，所述反应腔室的内表面与所述对象金属的外表面之间的间隔可保持在50mm以下。
并且，在形成处理气体层的步骤中，可以以0.5至20kg/cm2的压强供应处理气体。
发明的效果
用于解决上述问题的本发明的金属表面处理装置及利用该装置的金属表面处理方法具有如下效果：
第一，具有能够提供具有优异的耐磨性和耐蚀性以及高表面硬度的金属的优点；
第二，具有能在短时间内集中进行金属表面处理的优点；
第三，具有大幅增大成品率，由此增加生产率，从而可进行大量生产的优点；
第四，具有通过简化金属表面处理装置的构造，减少配置设备所需费用，且降低其维护费用的优点。
本发明的效果不限于上面所提及的效果，通过权利要求的描述，本领域技术人员应当能清楚理解未提及的其他效果。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施例的金属表面处理装置的立体图；
图2是示出根据本发明的第一实施例的金属表面处理装置的截面的截面图；
图3是示出根据本发明的第二实施例的金属表面处理装置的立体图；
图4是示出根据本发明的第二实施例的金属表面处理装置的截面的截面图；
图5是示出根据本发明的第三实施例的金属表面处理装置的构造的截面图；
图6是示出根据本发明的第四实施例的金属表面处理装置的构造的截面图；
图7是示出根据本发明的第五实施例的金属表面处理装置的构造的截面图；
图8是示出根据本发明的第六实施例的金属表面处理装置的构造的截面图；
图9是示出根据本发明的第七实施例的金属表面处理装置的构造的截面图；
图10是详细示出根据本发明的第七实施例的金属表面处理装置的移送部的截面图；
图11是示出本发明的金属表面处理方法中向对象金属提供处理气体时的自催化反应的概念图；
图12是示出本发明的金属表面处理方法中当处理气体为氮气时的对应于相隔距离的表面处理结果的曲线图及光学显微镜照片；
图13是示出本发明的金属表面处理方法中当处理气体为氮气时的对应于温度的表面处理结果的曲线图及光学显微镜照片；
图14是示出本发明的金属表面处理方法中当处理气体为氮气时将处理时间设定得较短情况下的表面处理结果的曲线图及光学显微镜照片；
图15是示出根据本发明的实施例4进行了渗氮处理的SEM截面照片和作为渗氮层的构成要素的氮、铬、铁的成分的图；
图16是示出本发明的金属表面处理方法中当处理气体为氨气时的对应于温度的表面处理结果的曲线图及光学显微镜照片；
图17是示出本发明的金属表面处理方法中当处理气体为氨气时将处理时间设定得较短情况下的表面处理结果的曲线图及光学显微镜照片。
具体实施方式
图1是示出根据本发明的第一实施例的金属表面处理装置的立体图，图2是示出根据本发明的第一实施例的金属表面处理装置的截面的截面图。
如图1和图2所示，根据本发明的第一实施例的金属表面处理装置包含反应腔室100和处理气体供应部。
所述反应腔室100构成为与对象金属M的外表面形状对应的形状，布置为与所述对象金属M外表面的间隔在预定值内，并能收容所述对象金属的至少一部分。
即，在对象金属M插入到反应腔室100内部的状态下，反应腔室100的内表面包裹对象金属M，且与对象金属M外表面相隔预定距离，反应腔室100的内表面形状可以根据对象金属M的形状来确定。
在本实施例中，对象金属M的截面呈圆形，反应腔室10的内部也形成为与之对应的形状，从而在插入有对象金属M的状态下，反应腔室100的内表面与对象金属M的各表面整体保持固定不变的相隔距离。
在此状态下，所述处理气体供应部向收容于所述反应腔室100内的对象金属M侧供应自催化反应所需的处理气体，所述处理气体供应部的形态没有限制。
例如，所述处理气体供应部可以通过反应腔室100的开放侧方向将处理气体流入到反应腔室100内部，或者可以以设置在反应腔室100的形态在反应腔室100的预定位置将处理气体直接传递给对象金属M。
另一方面，所述处理气体可以是用来对金属进行表面处理的各种气体。例如，所述处理气体可以是氮气、氨气、碳气等。
在本实施例中，虽未图示，还包含外部腔室，用来收容所述反应腔室100，并形成可密闭的收容空间，且所述反应腔室100形成有供所述处理气体通过的通孔110。即，所述处理气体供应部向所述外部腔室的密闭收容空间供应处理气体，从而将所述收容空间内部构成为处理气体氛围。由此，处理气体通过反应腔室100的通孔110流入对象金属M侧。
此时，所述通孔110沿着反应腔室100的表面以均匀间隔排列为多个，由此可以向对象金属M的整个表面均匀供应处理气体。
并且，根据本发明的金属表面处理装置还可包含对所述反应腔室100内部进行加热的加热部。所述加热部可以加热对象金属M使其升温至适于表面处理的温度，或者在对象金属M以预先加热的状态流入反应腔室100内时，可以保持其温度。而且，所述加热部可以设置在所述反应腔室100的内部，也可以设置在所述反应腔室100的外部，或者可以在内外部均设置加热部。
附加地，根据本发明的金属表面处理装置还可包含在所述对象金属M被收容到反应腔室100内之前对所述对象金属进行预热的预热部。
此时，所述反应腔室100内的温度可以根据对象金属M的材料物性而进行调节。例如，在处理气体为氮气、对象金属M为不锈钢的情况下，可以加热至约900℃至约1200℃。这是因为，如果在小于约900℃的温度进行表面处理时，将无法越过氮气的活化能量势垒，如果超过了约1200℃的温度，则在材料物性以及热消耗方面存在不经济的一面。并且，可以根据对象金属M的温度调节对象金属M的处理时间。
而且，所述处理气体供应部可以向所述反应腔室100内以约0.5至约20kg/cm2的压强供应处理气体。如果处理气体以小于约0.5kg/cm2的压强被供应，则由于气体压力低，自然地处理气体难以扩散到对象金属M内部，由于气压梯度引起的驱动力(Driving Force)低，处理气体的渗透变得困难。并且，如果处理气体以超过约20kg/cm2的压强被供应，则可能会发生因高气体压力而妨碍对象金属M的渗氮的问题。
并且，所述对象金属M可以以固定在反应腔室100内的状态进行表面处理，或者可以通过单独的移送部边在反应腔室100内部移动边进行表面处理。毋庸多言，所述移送部的形态也是没有限制的。
另一方面，在本实施例中，所述反应腔室100可以在收容所述对象金属M的状态下，将所述反应腔室100的内表面和所述对象金属M的外表面之间的距离调节为不同距离，从而易于执行所述对象金属M的处理气体渗氮层的深度或浓度、区域的调节。
尤其，所述对象金属M和所述反应腔室100的内表面可以形成为保持50mm以下的间隔。这是因为，如果所述对象金属M和所述反应腔室100内表面的间隔超过50mm，则处理气体的密度降低，可能导致处理效果降低的问题。
图3是示出根据本发明的第二实施例的金属表面处理装置的立体图，图4是示出根据本发明的第二实施例的金属表面处理装置的截面的截面图。
如图3和图4所示，本实施例的对象金属M的截面呈H型。此时，反应腔室200的内部也是构成为与对象金属M对应的形状，反应腔室200的内表面形成为在对象金属M插入到反应腔室200的状态下与对象金属M的各表面整体保持固定不变的相隔距离。而且，反应腔室200上形成有多个通孔210。
由此，可以增大表面处理的效果，而且可以以整体一致的品质进行表面处理。
并且，在本实施例中，前述的处理气体供应部、加热部、移送部等事项可以同样适用，这一点在下面说明的实施例中也是一样，故省略重复说明。
图5是示出根据本发明的第三实施例的金属表面处理装置的构造的截面图。
在本发明的第三实施例中，对象金属M呈板状，反应腔室300包含上部板和与所述上部板相隔预定距离的下部板。而且，处理气体供应部通过形成在上部板及下部板的流动通道310将处理气体供应到对象金属M表面。此时，所述流动通道310分支为多个路径，从而可以将处理气体均匀地供应到对象金属M的整个表面。
即，在此情况下，可以通过密封反应腔室300的两侧来省略单独的外部腔室的设置，因此具有设备简化的优点。
图6是示出根据本发明的第四实施例的金属表面处理装置的构造的截面图。
就本发明的第四实施例而言，与前述第三实施例相同，对象金属M呈板状。并且，反应腔室400也是包含上部板和与所述上部板相隔预定距离的下部板。
并且，在本实施例中，还包含用来调节所述反应腔室400和所述对象金属M的外表面的配置间隔的间隔调节部420。具体而言，所述间隔调节部420可以形成为使所述上部板和所述下部板上下滑移。
即，在此情况下，可以在灵活调节所述反应腔室400和所述对象金属M的外表面的配置间隔的状态下通过通孔410供应处理气体而引出所期望的结果，或者根据金属的特性或处理气体的浓度等设定合适的配置间隔。并且，在对象金属的形态或厚度不规则的情况下，也能利用所述间隔调节部420来调节上部板和下部板的间隔。
图7是示出根据本发明的第五实施例的金属表面处理装置的构造的截面图。
如图7所示，根据本发明的第五实施例的金属表面处理装置包含反应腔室500、处理气体供应部和移送部530。
移送部530是用于移送所述对象金属M使其通过所述反应腔室510内的构成要素。移送部530的形态及移送法方法没有限制，可以应用能够移送对象金属M的任意形态。
在本实施例中，所述反应腔室500的两侧被开放，所述移送部530位于所述反应腔室500的开放的两侧。尤其，移送部530包含移送部件，该移送部件与对象金属M直接接触，根据移送部件的旋转而移送对象金属M。
如此形成移送部530时，可以通过移送部530精细控制对象金属的移送，因此具有能够获得均匀的表面处理结果的优点。
图8是示出根据本发明的第六实施例的金属表面处理装置的构造的截面图。
如图8所示，根据本发明的第六实施例的金属表面处理装置包含反应腔室600、处理气体供应部、移送部630和间隔调节部640。
在本实施例中，所述移送部630包含一个以上的移送部件634。所述移送部件634与所述对象金属M接触，随着移送部件634的旋转使所述对象金属被移送。
而且，所述移送部件634被收容在移送部壳体632内，且形成为在与所述反应腔室600接触的状态下旋转，由此在移送所述对象金属M的同时对所述反应腔室600的两侧进行密闭。
并且，在本实施例中，反应腔室600包含上部板和与所述上部板相隔预定距离的下部板，还包含用于调节所述反应腔室600和所述对象金属的外表面的配置间隔的间隔调节部640。具体而言，所述间隔调节部640可形成为使所述上部板和所述下部板上下滑移。
即，在此情况下，可以在灵活调节所述反应腔室600和所述对象金属的外表面的配置间隔的状态下通过通孔610供应处理气体而引出所期望的结果，或者根据金属的特性或处理气体的浓度等设定合适的配置间隔。并且，在对象金属的形态或厚度不规则的情况下，也能利用所述间隔调节部640来调节上部板和下部板的间隔。
图9是示出根据本发明的第七实施例的金属表面处理装置的构造的截面图。
如图9所示，根据本发明的第一实施例的金属表面处理装置包含反应腔室700和处理气体供应部。
在本实施例中，反应腔室700包含所述对象金属的自催化反应所需的处理气体所流动的流动空间S和与所述流动空间S连通而朝所述对象金属M方向供应处理气体的供应孔710。
即，本实施例是在反应腔室700内形成流动空间S，因此可通过供应孔710仅将与对象金属M配置的空间形成为处理气体氛围，所以具有不需要单独的外部腔室的优点。
并且，在本实施例中，对象金属M呈板状，反应腔室700的内部也形成为与之对应的形状。而且，反应腔室700的内表面形成为在插入有对象金属M的状态下与对象金属M的各表面整体保持固定不变的相隔距离。
在此状态下，所述处理气体供应部向所述流动空间S侧供应自催化反应所需的处理气体，所述处理气体供应部的形态没有限制。在本实施例中所述处理气体供应部可通过供应通道720将处理气体供应给流动空间S。
图10是详细示出根据本发明的第七实施例的金属表面处理装置的移送部的截面图。
如图10所示，根据本实施例的金属表面处理装置的移送部包含一个以上的移送部件734。所述移送部件734与所述对象金属M接触，根据移送部件734的旋转而移送所述对象金属。
而且，在本实施例中，所述移送部件734被收容在移送部壳体732内，且形成为在与所述反应腔室700接触的状态下旋转，由此在移送所述对象金属M的同时对所述反应腔室700的两侧进行密闭。
以上对本发明的金属表面处理装置的各实施例作了说明，下面将对表面处理的原理及通过该表面处理得到的实验结果进行说明。
图11是示出本发明的金属表面处理方法中向对象金属提供处理气体时的自催化反应的概念图。本图中以处理气体为氮气的情形为例进行图示。
处理气体供应部所供应的氮气在升温的对象金属及反应腔室之间反复碰撞，此时起到自催化作用的对象金属起到越过氮的活化能的作用，从而将氮气(N2)分解为氮基(N)。而且，氮基(N)可进入到对象金属的表面以形成渗氮层。
之后，持续供应的氮气(N2)会变成能在所述对象金属形成渗氮层的氮基(N)，使得渗氮处理速度提高。由此，渗氮层的形成速度提高，且具有与所述对象金属的基底元素或添加元素相遇而可以提高耐蚀性和机械特性的优点。并且，可以在短时间内集中进行金属表面处理，从而可以极大化生产效率。
而且，根据本发明进行表面处理的金属，其表面硬度高，因而可以承受高负载，且不太会因摩擦而产生缺陷，因此作为发电涡轮、汽车钢板、风力螺旋桨等的材料长时间使用时也能保持优良状态。并且，由于表面处理时形成优异的耐蚀性，还可应用于暴露在腐蚀环境中的近海平台、海水淡化设备、化学设备等的结构用材料等。
下面，对根据各个条件对金属进行表面处理而得到的实验结果进行说明。
实验例1
图12是示出本发明的金属表面处理方法中当处理气体为氮气时的对应于相隔距离的表面处理结果的曲线图及光学显微镜照片。
本实验中，处理气体取氮气，对象金属取430不锈钢，且以1kg/cm2的分压，在1100℃温度条件下，进行了60分钟的表面处理。而且，将对象金属和反应腔室内表面之间的相隔距离改变为0.1mm和0.5mm，测定了与金属表面的深度对应的硬度。
如曲线图所示，按照本发明的金属表面处理方法进行表面处理的情况下，与以往的一般表面处理方法相比，可以确认出现了显著的硬度提高。即，在对象金属和反应腔室内表面的相隔距离在0.1mm和0.5mm时，均在金属表面深度400μm以下，显示出硬度显著提高的现象，且在超过400μm的深度，也保持比以往表面处理方法更高的硬度。
并且，本图的下部所示出的光学显微镜照片中的左侧照片示出根据以往表面处理方法进行表面处理的金属表面，右侧照片示出根据本发明的表面处理方法进行表面处理的金属表面。
如图所示，在左侧照片中没有确认金属表面的马氏体组织，而在右侧照片中可以确认到金属表面形成的马氏体组织。即，根据本实验可以证明，与以往一般金属表面处理相比，本发明的金属表面处理方法显著提高了金属的表面硬度。
实验例2
图13是示出本发明的金属表面处理方法中当处理气体为氮气时的对应于温度的表面处理结果的曲线图及光学显微镜照片。
本实验中，处理气体取氮气，对象金属取430不锈钢，且以1kg/cm2的分压，在将对象金属和反应腔室内表面之间的相隔距离设定为0.1mm的条件下，进行了60分钟的表面处理。
而且，将对象金属的温度改变为900℃、1000℃和1100℃，测定了与金属表面的深度对应的硬度。
如曲线图所示，可以确认与在900℃下进行实验时的结果相比，在1000℃以上进行实验时出现了显著的硬度提高。即，在对象金属的温度为1000℃和1100℃时，均在金属表面深度200μm以下显示出硬度显著提高的现象，尤其在1100℃时在超过200μm的深度也保持比其他实验中更高的硬度。
并且，本图的下部所示出的光学显微镜照片中的左侧照片示出对象金属温度为900℃时的金属表面，右侧照片示出对象金属温度为1000℃时的金属表面。
如图所示，在左侧照片中金属表面的马氏体组织深度显示为30μm左右，而在右侧照片中可以确认到金属表面的马氏体组织深度为150μm左右。即，根据本实验可以证明，在1000℃以上的温度，金属的表面硬度显著提高。
实验例3
图14是示出本发明的金属表面处理方法中当处理气体为氮气时将处理时间设定得较短情况下的表面处理结果的曲线图及光学显微镜照片。
本实验中，处理气体取氮气，对象金属取430不锈钢，且以1kg/cm2的分压，在将对象金属和反应腔室内表面之间的相隔距离设定为0.1mm的条件下，进行了10分钟的表面处理。
而且，将对象金属的温度设定为1100℃和1200℃的高温，测定了与金属表面的深度对应的硬度。
如曲线图所示，可以确认与以往的金属表面处理方法相比，在1100℃和1200℃均出现了显著的硬度提高。即，在对象金属的温度为1000℃和1100℃时，均在金属表面深度200μm以下显示出硬度显著提高的现象。
并且，本图的下部所示出的光学显微镜照片中的左侧照片示出对象金属温度为1100℃时的金属表面，右侧照片示出对象金属温度为1200℃时的金属表面。
如图所示，在左侧照片中金属表面的马氏体组织深度显示为130μm左右，而在右侧照片中可以确认到金属表面的马氏体组织深度为200μm左右。即，根据本实验可以证明，在1100℃以上的高温进行表面处理时，即使是10分钟左右的短时间，也能显著提高金属的表面硬度。与以往相比，这相当于将处理时间压倒性地缩短，因此可期待数倍的成品率增加。
图15是示出根据本实验进行了渗氮处理的SEM截面照片和作为渗氮层的构成要素的氮、铬、铁的成分的图。由此可以确认，不仅是板状430不锈钢的表面，其内部也包含氮。
实验例4
图16是示出本发明的金属表面处理方法中当处理气体为氨气时的对应于相隔距离的表面处理结果的曲线图及光学显微镜照片。
本实验中，处理气体取氨气，对象金属取430不锈钢，且以1kg/cm2的分压，在600℃温度条件下，进行了60分钟的表面处理。而且，将对象金属和反应腔室内表面之间的相隔距离改变为0.1mm和0.5mm，测定了与金属表面的深度对应的硬度。
如曲线图所示，按照本发明的金属表面处理方法进行表面处理的情况下，与以往的一般表面处理方法相比，可以确认出现了显著的硬度提高。即，在对象金属和反应腔室内表面的相隔距离在0.1mm和0.5mm时，均在金属表面深度25μm以下，显示出硬度显著提高的现象。
并且，本图的下部所示出的光学显微镜照片中的左侧照片示出根据以往表面处理方法进行表面处理的金属表面，右侧照片示出根据本发明的表面处理方法进行表面处理的金属表面。
如图所示，在左侧照片中没有确认金属表面的马氏体组织，而在右侧照片中可以确认到金属表面形成的马氏体组织。即，根据本实验可以证明，与以往一般金属表面处理相比，本发明的金属表面处理方法显著提高了金属的表面硬度。
实验例5
图17是示出本发明的金属表面处理方法中当处理气体为氨气时的对应于温度的表面处理结果的曲线图及光学显微镜照片。
本实验中，处理气体取氨气，对象金属取430不锈钢，且以1kg/cm2的分压，在将对象金属和反应腔室内表面之间的相隔距离设定为0.1mm的条件下，进行了60分钟的表面处理。
而且，将对象金属的温度改变为400℃、500℃和600℃，测定了与金属表面的深度对应的硬度。
如曲线图所示，可以确认与在400℃、500℃进行实验时的结果相比，在600℃进行实验时出现了显著的硬度提高。即，在对象金属的温度为600℃时，均在金属表面深度25μm以下显示出硬度显著提高的现象，且在超过25μm的深度也保持比其他实验中更高的硬度。
并且，本图的下部所示出的光学显微镜照片中的左侧照片示出对象金属温度为400℃时的金属表面，右侧照片示出对象金属温度为500℃时的金属表面。
如图所示，可以确认与左侧照片中的金属表面的马氏体组织深度相比，右侧照片中的金属表面的马氏体组织深度更深。即，根据本实验可以证明，随着温度增加，金属的表面硬度显著提高。
如上所述，介绍了本发明的优选实施例，除了前面说明的实施例之外，本发明在不脱离其宗旨或范畴的范围内可以具体实现为其他特定形态，这一事实对于对相关技术具有通常知识的人员而言是显而易见的。因此，上述的实施例并不起到限制作用，而应该理解为是示例，随之本发明不局限于上述的说明，可以在权利要求的范畴及其等同范围内进行变更。

Claims (17)

1.一种金属表面处理装置，对加热至可进行表面处理的温度的对象金属进行表面处理，包含反应腔室和处理气体供应部，所述反应腔室构成为与所述对象金属的外表面形状对应的形状，布置为与所述对象金属外表面的间隔在预定值内，并能收容所述对象金属的至少一部分，所述处理气体供应部向收容在所述反应腔室内的对象金属侧供应自催化反应所需的处理气体。
2.如权利要求1所述的金属表面处理装置，其中，所述反应腔室构成为在收容有所述对象金属的状态下所述反应腔室的内表面与所述对象金属的外表面之间的间隔在50mm以下。
3.如权利要求1所述的金属表面处理装置，其中，所述反应腔室上形成有供所述处理气体通过的通孔。
4.如权利要求1所述的金属表面处理装置，其中，还包含加热所述反应腔室内部的加热部。
5.如权利要求1所述的金属表面处理装置，其中，还包含间隔调节部，在收容有所述对象金属的状态下，该间隔调节部调节所述反应腔室和所述对象金属外表面的配置间隔。
6.如权利要求5所述的金属表面处理装置，其中，所述反应腔室包含上部板和与所述上部板相隔预定距离的下部板，所述间隔调节部构成为使所述上部板和所述下部板上下滑移。
7.如权利要求1所述的金属表面处理装置，其中，还包含外部腔室，该外部腔室收容所述反应腔室，并形成可密闭的收容空间。
8.如权利要求1所述的金属表面处理装置，其中，还包含预热部，该预热部在所述对象金属被收容到反应腔室内之前对所述对象金属进行预热。
9.如权利要求1所述的金属表面处理装置，其中，还包含移送部，该移送部移送所述对象金属使其通过所述反应腔室内部。
10.如权利要求9所述的金属表面处理装置，其中，所述反应腔室的两侧被开放，所述移送部设置在所述反应腔室的被开放的两侧。
11.如权利要求10所述的金属表面处理装置，其中，所述移送部被设置为密闭所述反应腔室的被开放的两侧。
12.如权利要求10所述的金属表面处理装置，其中，所述移送部包含移送部件，该移送部件与所述对象金属接触，通过该移送部件的旋转来移送所述对象金属。
13.如权利要求12所述的金属表面处理装置，其中，所述移送部件构成为在与所述反应腔室接触的状态下旋转，由此在移送所述对象金属的同时密闭所述反应腔室的两侧。
14.如权利要求1所述的金属表面处理装置，其中，所述反应腔室包含流动空间和供应孔，处理气体在流动空间中流动，供应孔与所述流动空间连通而朝所述对象金属方向供应处理气体。
15.一种金属表面处理方法，包含如下步骤：
将对象金属置放于反应腔室内，所述反应腔室构成为与所述对象金属的外表面形状对应的形状，布置为与所述对象金属外表面的间隔在预定值内，并能收容所述对象金属的至少一部分；
通过处理气体供应部向所述反应腔室内供应处理气体而在所述对象金属上通过自催化反应形成处理气体层。
16.如权利要求15所述的金属表面处理方法，其中，在将对象金属置放于反应腔室内的步骤中，所述反应腔室的内表面与所述对象金属的外表面之间的间隔在50mm以下。
17.如权利要求15所述的金属表面处理方法，其中，在形成处理气体层的步骤中，以0.5至20kg/cm2的压强供应处理气体。
CN201380067371.5A 2012-12-20 2013-12-19 金属表面处理装置及利用该装置的金属表面处理方法 Active CN104870681B (zh)

Applications Claiming Priority (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2012-0149697 2012-12-20
KR1020120149697A KR101453380B1 (ko) 2012-12-20 2012-12-20 금속 표면 질화처리 장치 및 질화처리 방법
KR1020130131337A KR101564670B1 (ko) 2013-10-31 2013-10-31 금속표면질화처리장치 및 이를 이용한 금속표면질화처리방법
KR1020130131328A KR101564667B1 (ko) 2013-10-31 2013-10-31 금속표면처리장치 및 이를 이용한 금속표면처리방법
KR10-2013-0131337 2013-10-31
KR10-2013-0131321 2013-10-31
KR1020130131321A KR101564664B1 (ko) 2013-10-31 2013-10-31 유동공간이 형성된 반응챔버를 포함하는 금속표면처리장치 및 이를 이용한 금속표면처리방법
KR10-2013-0131328 2013-10-31
KR10-2013-0131333 2013-10-31
KR1020130131333A KR101564669B1 (ko) 2013-10-31 2013-10-31 이송부를 포함하는 금속표면처리장치 및 이를 이용한 금속표면처리방법
PCT/KR2013/011891 WO2014098500A1 (ko) 2012-12-20 2013-12-19 금속표면처리장치 및 이를 이용한 금속표면처리방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104870681A true CN104870681A (zh) 2015-08-26
CN104870681B CN104870681B (zh) 2017-08-29

Family

ID=50978731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380067371.5A Active CN104870681B (zh) 2012-12-20 2013-12-19 金属表面处理装置及利用该装置的金属表面处理方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6063584B2 (zh)
CN (1) CN104870681B (zh)
WO (1) WO2014098500A1 (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005248295A (ja) * 2004-03-08 2005-09-15 Nachi Fujikoshi Corp 金属線材の連続真空熱処理装置及び連続真空浸炭装置
US20060124203A1 (en) * 2003-07-04 2006-06-15 Nachi-Fujikoshi Corp Method of continuous vacuum carburization of metal wire, metal band or metal pipe and apparatus therefor
CN101245440A (zh) * 2007-02-13 2008-08-20 光洋热系统株式会社 连续渗碳炉
CN101275214A (zh) * 2007-03-30 2008-10-01 光洋热系统株式会社 连续渗碳炉
CN201495276U (zh) * 2009-09-01 2010-06-02 南京摄炉(集团)有限公司 多功能氮化炉
KR20110126229A (ko) * 2010-05-17 2011-11-23 서울질화(주) 질화로

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60125366A (ja) * 1983-12-07 1985-07-04 Hitachi Ltd 部材の表面処理方法
JPH0543982A (ja) * 1991-08-12 1993-02-23 Sumitomo Metal Ind Ltd 深絞り用冷延鋼板およびその製造方法
JP2933813B2 (ja) * 1993-12-10 1999-08-16 川崎製鉄株式会社 金属帯の連続ガス浸炭炉
JPH08260059A (ja) * 1995-03-17 1996-10-08 Nippon Steel Corp 雰囲気制御能力が優れた連続焼鈍炉
KR100394469B1 (ko) * 2001-05-25 2003-08-14 주식회사 성토씨. 지. 아이 가스질화 열처리 방법 및 그 장치
KR20040067664A (ko) * 2003-01-24 2004-07-30 엘지전자 주식회사 연속표면처리장치의 가스분배장치
JP4158905B2 (ja) * 2003-06-09 2008-10-01 光洋サーモシステム株式会社 ガス浸炭処理装置
JP2009228055A (ja) * 2008-03-21 2009-10-08 Toyota Motor Corp ガス窒化処理方法、及び、ガス窒化処理装置
KR101245564B1 (ko) * 2011-05-06 2013-03-20 주식회사 삼락열처리 스테인레스강, 내열강 및 고합금강에 대한 가스질화방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060124203A1 (en) * 2003-07-04 2006-06-15 Nachi-Fujikoshi Corp Method of continuous vacuum carburization of metal wire, metal band or metal pipe and apparatus therefor
JP2005248295A (ja) * 2004-03-08 2005-09-15 Nachi Fujikoshi Corp 金属線材の連続真空熱処理装置及び連続真空浸炭装置
CN101245440A (zh) * 2007-02-13 2008-08-20 光洋热系统株式会社 连续渗碳炉
CN101275214A (zh) * 2007-03-30 2008-10-01 光洋热系统株式会社 连续渗碳炉
CN201495276U (zh) * 2009-09-01 2010-06-02 南京摄炉(集团)有限公司 多功能氮化炉
KR20110126229A (ko) * 2010-05-17 2011-11-23 서울질화(주) 질화로

Also Published As

Publication number Publication date
CN104870681B (zh) 2017-08-29
JP2016501316A (ja) 2016-01-18
WO2014098500A1 (ko) 2014-06-26
JP6063584B2 (ja) 2017-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6378189B2 (ja) 鋼部材の窒化処理方法
JP2007046088A (ja) 浸窒焼入品及びその製造方法
CN107245691B (zh) 金属材料复合热处理表面强化方法
JP2017036509A (ja) 窒化鋼部材の製造方法
CN102676780A (zh) 一种合金钢管的调质工艺
JP2007262505A (ja) 鋼部材の熱処理方法
JP6488191B2 (ja) 浸炭装置と浸炭方法
Svyazhin et al. Nitrogen Steels and High‐Nitrogen Steels: Industrial Technologies and Properties
CN104870681A (zh) 金属表面处理装置及利用该装置的金属表面处理方法
WO2015125767A1 (ja) 機械部品の製造方法
US20070095434A1 (en) Long products, method of thermo-chemical treatment and apparatus
CN103834909A (zh) 一种轴承钢的热处理方法
CN112899447A (zh) 一种提高纳米晶铁芯在互感器中输出线性度的退火方法
KR101564669B1 (ko) 이송부를 포함하는 금속표면처리장치 및 이를 이용한 금속표면처리방법
EP3517640B1 (en) Method for producing steel member
KR101564664B1 (ko) 유동공간이 형성된 반응챔버를 포함하는 금속표면처리장치 및 이를 이용한 금속표면처리방법
JPH01503790A (ja) 鋼片を低温浸炭窒化する方法
KR101589961B1 (ko) 처리가스 공급모듈을 포함하는 금속표면처리장치 및 이를 이용한 금속표면처리방법
Schneider et al. Processes and Furnace Equipment for Heat Treating of Tool Steels
CN106661649B (zh) 具有高强度和优异的化学转化处理性的热处理钢制品及其制造方法
US9738964B2 (en) Method for the nitro carburization of a deep-drawn part or a stamped-bent part made of austenitic stainless steel
Skakov et al. Phase composition and microhardness of surface layers 34CrNi1Mo steel after electrolytic-plasma processing
Zumbilev CARBONITRIDING AUSTENITE STEEL IN GLOW DISCHARGE PLASMA
Wadkar et al. Simulation of Low Pressure Carburizing and Low Pressure Oil Quenching Process using ABAQUS for Finding Distortions in Component
CN106148653A (zh) 一种材料热处理系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant