KR100474427B1

KR100474427B1 - 열반응석출·확산법에 의한 탄질화 복합층 형성방법

Info

Publication number: KR100474427B1
Application number: KR10-2003-0011234A
Authority: KR
Inventors: 신현준; 배진범
Original assignee: 신현준; 배진범
Priority date: 2003-02-22
Filing date: 2003-02-22
Publication date: 2005-03-09
Also published as: KR20040075645A

Abstract

본 발명은 열반응석출·확산법에 의한 탄질화 복합층형성방법에 관한 것으로서 더욱 상세히는 통상적인 금속재 표면처리방법 중의 하나인 열반응석출·확산법에 의한 표면피복 형성처리시 종래와 같이 단일화 화합물층을 형성시키는 것이 아니라 탄질화 복합층을 형성시켜 내마모성, 내식성 등과 같은 표면성능을 보다 강화할 수 있도록 한 것이다.

즉, "수입검사, 래핑공정, 세정공정, 예열공정, TRD 피복층 형성공정, 냉각공정, 뜨임공정, 세척공정, 최종검사, 완료" 의 순으로 이루어지는 종래의 TRD 표면강화처리법에 있어서, 상기 TRD 코팅공정 전 예열공정 중 750℃∼950℃ 분위기에서 탄소와 질소를 별도 침투 확산시켜 침탄침질화 처리한 다음 TRD 코팅공정을 수행할 수 있도록 하여 MCN 복합화합물 피복층이 형성될 수 있도록 하는 것이다.

Description

열반응석출·확산법에 의한 탄질화 복합층 형성방법{formative a method carbon nitrogen compound Thermo-Reactive Deposition and Diffusion}

본 발명은 열반응석출·확산법에 의한 탄질화 복합층형성방법에 관한 것으로서 더욱 상세히는 통상적인 금속재 표면처리방법 중의 하나인 열반응석출·확산법에 의한 표면피복 형성처리시 종래와 같이 단일화 화합물층을 형성시키는 것이 아니라 탄질화 복합층을 형성시켜 내마모성, 내식성 등과 같은 표면성능을 보다 강화할 수 있도록 한 그 처리방법에 관한 것이다.

열반응석출·확산법(TRD : Thermo-Reactive Deposition and Diffusion)은 내마모성, 내구성, 내식성 등이 특히 요구되는 기계부품, 공구, 금형 등에 근자에 들어와 많이 사용되고 있는 금속재 표면처리방법 중의 하나로서, 탄소나 질소 등의 모재 중 원소와의 친화성을 이용하여 외부의 다른 처리제 원소와 이들 화합물이 모재중의 원소 표면측으로의 열확산 작용에 의해 모재 표면에 성장 퇴적되어 금속 표면부의 조성, 조직을 바꾸는 표면처리기술로서 현재 널리 사용되고 있다.

처리제로는 붕사(Na2B4O7) 또는 염화물, 불화물에 CFE나 NFE를 포함한 금속, 할로겐화물 혹 은 산화물의 분말과 그 환원제를 첨가한 것이 처리제가 되며, 상기 금속분말로서는 페로바나듐 합금분 말이나 금속 크롬분말이 그 대표적인 예이다.

또, 산화물로서는 Na3VO4, V2O5, Nb2O3, Cr2O3 등을 들 수 있다. 산화물의 환원제로서는 Si, Ca, Mg, Al, B 등을 포함한 분말이 이용된다.

한편 상기 TRD법을 이용하여 실제로 사용되고 있는 처리공정은 다음과 같다.

"수입검사(재질검사, 크랙검사, 외관검사, 치수검사 등) → 래핑공정(면조도 개선작업 약 1㎛이하) → 세정공정 → 예열공정(600℃∼800℃의 온도에서 두께 25㎜당 30분유지) → TRD 코팅공정(900℃∼1000℃에서 약 2∼10시간처리) → 냉각공정(OIL or N2 GAS) → 뜨임공정(160℃∼500℃로 2회) → 세척공정 → 최종검사 → 완료" 의 순으로 이루어 진다.

그런데 이러한 종래 TRD법은 그 표면 피복층이 VC, NbC, CrC, TiC, CrN 등의 단일화합물층으로 형성되기 때문에 보다 높은 내마모성, 내산화성 등을 요구하고 있는 현시대의 요구를 충족하지 못하고 있는 실정이다.

즉, TRD법에 의한 표면 피복층 성장속도는 표준과정을 지배하고 있는 처리제의 확산속도에 의해 증가하기 때문에 대부분의 경우 모재중 탄소나 질소 활량에 따라 증가함에 따라서 종래 TRD법에 의한 표면 피복층의 성능(내마모성, 내식성, 내구성 등)은 그 모재에 존재하는 탄소, 질소의 활량에 따라서 지배를 받고 을 수밖에 없다.

따라서 모재 중 탄소나 질소의 활량이 낮은 모재의 경우는 그 만큼의 피복층 성능저하를 감수할 수밖에 없다.

이에 본 발명에서는 TRD 표면처리법에 의한 표면처리공정 전 단계에서 금속모재의 기지내로 탄소, 질소를 별도 침투 확산시킨 다음 TRD법 표면피복처리함으로서, 모재 기지내에 고용되어있는 질소와 탄소의 활량을 높여 경도화 내마모성, 내구성, 내열성이 우수한 MCN의 복합화합물층이 형성될 수 있도록 한 것에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성한 것이다.

"수입검사(재질검사, 크랙검사, 외관검사, 치수검사 등) → 래핑공정(면조도 개선작업 약 1㎛이하) → 세정공정 → 예열공정(600℃∼800℃의 온도에서 두께 25㎜당 30분유지) → TRD 피복층 형성공정(900℃∼1000℃에서 약 2∼10시간처리) → 냉각공정(OIL or N2 GAS) → 뜨임공정(160℃∼500℃로 2회) → 세척공정 → 최종검사 → 완료" 의 순으로 이루어지는 종래의 TRD 표면강화처리법에 있어서,

상기 TRD 코팅공정 전 예열공정 중 750℃∼950℃ 분위기에서 탄소와 질소를 별도 침투 확산시켜 침탄침질화 처리한 다음 TRD 코팅공정을 수행할 수 있도록 하여 MCN 복합화합물 피복층이 형성될 수 있도록 하는 것이다.

그리고 상기 탄소와 질소를 별도 침투 확산시켜 침탄침질화처리는 다양한 방법으로 실시할 수 있다.

즉, 가스침탄침질화, 액체식 침탄침질화, 유동상 침탄침질화, 플라즈마 침탄침질화, 진공침탄침질화 등이 그것이다.

그 중 가스침탄침질화법의 예를 하나만 설명하면 상기 예열공정 중 750℃∼950℃ 분위기에서 베이스가스로 질소가스 또는 탄화수소가스, 알콜(탄화수소계액체)과 암모니아로 대표되는 질화성 가스를 투입하여 탄화수소에서 분리된 탄소가모재기지내로 침투확산하고, 질화성가스에서 해리된 질소가 모재 기지표면에 흡착하여 기지속으로 침투확산하여 지지에 탄소와 질소의 농도를 높게 하는 방법이다.

이와 같이 MCN 복합화합물 피복층이 형성되면 기종의 피복층 보다 월등한 경도와 내열성, 내마모성 등이 우수한 기계적 성질을 얻을 수 있기 때문에 이 분야의 산업발전에 지대한 공헌을 할 수 있는 우수한 발명이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 열반응석출·확산법에 의한 침탄침질화 복합층 형성방법은 각종 기계부품, 공구, 금형 등의 금속제 표면에 기존 TRD에 의한 단순한 표면강화처리법에 비하여 월등히 우수한 내마모성, 내구성, 내식성 등을 가진 MCN 복합화합물 피복층을 얻을 수 이어 있기 때문에 그 처리된 각종 기계부품, 공구, 금형의 품질향상을 도모할 수 있음은 물론 나아가 국내산업반전에 이바지할 수 있는 그 기대되는 바가 실로 다대한 발명이다.

Claims

"수입검사, 래핑공정, 세정공정, 예열공정, TRD 피복층 형성공정, 냉각공정, 뜨임공정, 세척공정, 최종검사, 완료" 의 순으로 이루어지는 종래의 TRD 표면강화처리법에 있어서,

상기 TRD 코팅공정 전 예열공정 중 750℃∼950℃ 분위기에서 탄소와 질소를 별도 침투 확산시켜 침탄침질화 처리한 다음 TRD 코팅공정을 수행할 수 있도록 하여 MCN 복합화합물 피복층이 형성될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한 열반응석출·확산법에 의한 탄질화 복합층 형성방법.
제 1항에 있어서,

상기 침탄침질화처리는 가스침탄침질화, 액체식 침탄침질화, 유동상 침탄침질화, 플라즈마 침탄침질화, 진공침탄침질화 중 선택된 하나의 방법인 것을 특징으로 한 열반응석출·확산법에 의한 탄질화 복합층 형성방법.