KR0136183B1 - 고경도 크롬 코팅층 및 그 형성방법 - Google Patents

고경도 크롬 코팅층 및 그 형성방법

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Abstract

본 발명은 높은 경도를 요하는 기계부품 표면에 크롬코팅층 및 이를 형성하는 방법에 관한 것으로서, 크롬코팅층을 통상의 방법으로 소지금속표면에 형성시킨 후 일정한 조건으로 플라즈마 확산처리하여 초경화되고 접착력이 우수한 고경도 크롬코팅층 및 이 크롬코팅층을 형성하는 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 소지금속에 소지금속과 크롬의 상호확산층, 크롬코팅층, 질소와 크롬질화물 형태의 석출물을 함유하는 경화 크롬코팅층이 순차적으로 형성되어 있는 고경도 크롬코팅층과, 소지금속에 소지금속과 크롬의 상호확산층, 크롬코팅층, 질소와 탄소함유 크롬코팅층, 및 크롬질화물과 크롬탄화물의 초경화 피막코팅층이 순차적으로 형성되어 있는 고경도 크롬코팅층, 및 소지금속의 표면에 통상의 방법으로 크롬코팅층을 피복시킨 후 500-1000℃의 온도범위에서, 플라즈마 질화처리 또는 플라즈마 질탄화처리하여 초경화되고 접착력이 우수한 크롬코팅층을 형성하는 방법을 그 요지로 한다.

Description

고경도 크롬 코팅층 및 그 형성방법
제1도는 종래방법 및 본 발명에 의해 제조된 고경도 크롬코팅층의 단면모식도.
제2도는 본 발명의 고경고 크롬코팅층 형성방법에 있어서 크롬도금층의 플라즈마 확산처리온도에 따른 코팅층 표면경도변화를 나타내는 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:소지금속2:크롬코팅층
3a:석출된 크롬질화물3b:확산된 질소
5:상호확산층7:확산된 질소 및 탄소
6:크롬질화물 및 크롬탄화물의 초경화 피막코팅층
본 발명은 높은 경도를 요하는 기계부품 표면에 형성된 고경도 크롬코팅층 및 이 고경도 크롬코팅층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
종래의 기계부품 표면에 실시한 고경도 크롬코팅은 경질크롬도금층으로 사전트용액에서 전기도금방법에 의해 제조되어 왔다. 그러나, 이런 경질 크롬도금층의 경도는 Knoop 경도 1200이하로서 일반크롬도금층의 경도치 700에 비하여 높지만 아주 높은 경도치라고는 할 수 없다. 특히, 긁힘 마모가 심한 표면인 경우 경도가 낮을수록 내마모성이 낮아 내구성도 낮아진다. 또한, 경질 크롬도금층은 도금층내부의 응력에 의해 경화되므로 고온(400℃이상)사용시 응력완화에 의해 경도는 급격히 감소한다. 한편, 경질크롬도금층 조직은 심한 내부응력에 의해 박막인 경우 도금층 전체에 미소균열이 발생하여 도금층이 액체와 접촉시 액체가 균열틈새로 스며드는 문제점이 있다.
도금층과 소지금속간의 계면은 전기도금 접합으로 접합응력발생에 의해 접합부는 취성을 가지게 된다.
이에, 본 발명은 종래의 경질 크롬도금층 또는 일반 크롬도금층의 결점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 경도가 높고 접착력이 우수한 크롬코팅층 및 이크롬코팅층을, 통상의 방법으로 소지금속표면에 형성시킨 후, 일정한 조건으로 플라즈마 확산 처리하여 금속표면에 형성하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 소지금속에 소지금속과 크롬의 상호확산층, 크롬코팅층, 질소와 크롬질화형태의 석출물을 함유하는 경화크롬코팅층이 순차적으로 형성되는 고경도 크롬코팅층에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 소지금속에 소지금속과 크롬의 상호확산층, 크롬코팅층, 질소와 탄소함유 크롬코팅층, 및 크롬질화물과 크롬탄하물의 초경화 피막코팅층이 순차적으로 형성된 고경도 크롬코팅층에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 소지금속의 표면에 통상의 방법으로 크롬코팅층을 피복시킨 후 500-1,000℃의 온도범위에서 플라즈마 질화처리를 행하여 소지금속에 소지금속과 크롬의 상호확산층, 크롬코팅층, 질소와 크롬질화물 형태의 석출물을 함유하는 경화 크롬코팅층이 형성되도록 하는 금속표면에의 고경도 크롬코팅층 형성방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 소지금속의 표면에 통상의 방법으로 크롬코팅층을 피복시킨 후 500-1,000℃의 온도범위에서 플라즈마 질 탄화처리를 행하여 소지금속에 소지금속과 크롬의 상호확산층, 크롬코팅층, 질소와 탄소 함유크롬코팅층, 및 크롬질화물과 크롬탄화물의 초경화 피막코팅층이 형성되도록 하는 금속표면에의 고경도 크롬코팅층 형성방법에 관한 것이다. 이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따라 금속표면에 고경도 크롬코팅층을 형성하기 위해서는 제1도(a)에서와 같이 우선 소지금속(1)의 표면에 크롬코팅층(2)을 형성시켜야 하는데, 그 형성방법은 특별히 제한되지 않으며, 통상 행해지고 있는 방법이면 어느 것이라도 가능하다. 크롬코팅층을 형성하는 방법으로는 전기도금법, 용사법, 물리증착법, 화학증착법, 박판재 압착법 등을 들 수 있다.
다음에, 상기와 같이 코팅된 크롬코팅층을 500-1,000℃의 온도구간에서 플라즈마 질화처리 또는 플라즈마 질탄화처리를 행한다. 플라즈마 질화처리는, 제1도(b)에서와 같이, 소지금속(1)에 소지금속과 크롬의 상호확산층(5), 크롬코팅층(2), 확산질소(3b)와 크롬질화물 형태의 석출물(3a)을 함유하는 경화 크롬코팅층(3)이 형성되도록 조절된다.
한편, 플라즈마 질탄화처리는, 제1도(c)에서와 같이, 소지금속(1)에 소지금속과 크롬의 상호확산층(5), 크롬코팅층(2), 확산질소(7a)와 확산탄소(7b)를 함유하는 확산 크롬코팅층(7) 및 크롬질화물과 크롬탄화물의 피막코팅층(6)이 형성되도록 조절된다.
상기 플라즈마 질화처리온도 및 탄질화처리온도가 500℃ 이하인 경우에는 크롬화합물(크롬질하물 및 크롬탄화물)의 형성량이 부족하여 요구경도가 나오지 않고, 1000℃ 이상인 경우에는 CrN의 고온에 의한 분화가 일어나기 때문에 상기 질화처리온도 및 탄질화처리온도는 500-1000℃로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어 플라즈마 질화처리온도 및 질탄화처리온도는 철강의 플라즈마 질화 또는 질탄화처리온도 범위인 450-600℃보다 훨씬 높다. 질화처리시 반응개스는 질소개스를 사용하고, 질탄화처리하는 경우에는 반응개스로서 N2, H2, CH4개스를 혼합하여 사용한다. 상기한 질화처리시 석출되는 크롬질화물로는 CrN, Cr2N 등을 들 수 있으며, 질탄화 처리시 형성되는 크롬질화물 및 크롬탄화물 피막층 중의 크롬질화물로는 CrN 등을 들 수 있고, 크롬탄화물로는 Cr2C, Cr7C3등을 들 수 있다.
상기와 같이 플라즈마 질화처리 또는 질탄하 처리하므로서, 초경화되고 접착성이 우수한 크롬코팅층이 형성된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
구조용강 부품에 각각 두께 30μm의 경질 크롬코팅층 및 일반 크롬코팅층이 형성된 부품을 하기 표 1과 같은 조건으로 플라즈마 질화처리 및 질탄화처리를 행한 후, X-선 회절분석에 의하여 생성물질을 분석하고, 또한 미소표면 경도를 측정하고, 그 결과들을 하기 표 2에 나타내었다.
상기 표 2에 나타난 바와같이, 경질 크롬코팅층은 경도 1200 HK 0.01로서 고경도치를 나타내지만, 무수한 미소균열을 가지며, 일반 크롬코팅층은 균열은 없지만 경도 700 HK 0.01을 나타내고 있다.
한편, 본 발명에 따라 플라즈마 질화처리후 두 도금층은 제1도(b)와 같은 조직을 가지며 미소균열은 석출물로 막히게 되며, 경도치는 처리전보다 약간 증가한 각각 1540 HK 0.01 및 870 HK 0.01을 나타냄을 알 수 있다.
또한, 플라즈마 질탄화 처리후 두 도금층은 제1도(c)와 같이 표면에 질화물 및 탄화물 피막을 형성하여 경도 2400 HK 0.01로 초경화되며 소지와의 계면에 상호확산층이 형성되어 소지와의 접착성이 우수하다.
[실시예 2]
플라즈마 질화처리 및 질탄화처리온도를 제2도에서와 같이 변화시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 플라즈마 확산처리를 수행하여 크롬코팅층을 형성한 후, 확산처리온도 따른 코팅층의 미소표면경도를 측정하고, 그 결과를 제2도에 나타내었다. 제2도에 나타난 바와같이, 본 발명의 온도범위에 해당되는 500-1000℃에서 고경도치를 얻을 수 있고, 이 범위중에서도 고온쪽에서의 처리시 고경도치를 나타내고 있음을 알 수 있다.
상술한 바와같이, 본 발명에 의해 크롬코팅층을 형성하는 경우에는 기존의 경질 크롬도금층보다 표면경도가 훨씬 높고, 도금층 미소균열이 막히거나 없으며, 소지금속 기계부품과 상호확산에 의해 접합성이 우수하며 기존경질 크롬도금을 기능면에서 수평면에서 능가 및 대체할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 소지금속에 소지금속과 크롬의 상호확산층, 크롬코팅층, 질소와 크롬질화물 형태의 석출물을 함유하는 경화 크롬코팅층이 순차적으로 형성되어 있는 고경도 크롬코팅층.
  2. 소지금속에 소지금속과 크롬의 상호확산층, 크롬코팅층, 질소와 탄소함유 크롬코팅층, 및 크롬질화물과 크롬탄화물의 초경화 피막코팅층이 순차적으로 형성되어 있는 고경도 크롬코팅층.
  3. 소지금속의 표면에 통상의 방법으로 크롬코팅층을 피복시킨 후 500-1000℃의 온도범위에서, 플라즈마 질화처리를 행하여 소지금속에 소지금속과 크롬의 상호확산층, 크롬코팅층, 질소와 크롬질화물형태의 석출물을 함유하는 경화 크롬코팅층이 형성되도록 하거나 또는 500-1000℃의 온도범위에서 플라즈마 질탄화처리를 행하여 소지금속에 소지금속과 크롬의 상호확산층, 크롬코팅층, 질소와 탄소 함유크롬코팅층, 및 크롬질화물과 크롬탄화물의 초경화 피막코팅층이 형성되도록 하는 금속표면에의 고경도 크롬코팅층 형성방법.
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