KR100560066B1 - 이온질화 처리 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 금속재료의 표층을 내식성과 내마모성을 갖도록 경화시키기 위한 이온질화 처리 장치 및 그 처리방법에 관한 것으로서, 이를 위한 특징적인 구성은, 펄스드 DC파워를 이용하여 진공압 분위기의 챔버 내부로 공급한 소스가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 상기 챔버 내부에 놓이는 금속재료의 표층에 대하여 반응토록 하는 이온질화 처리 장치에 있어서, 외측 챔버와; 상기 외측 챔버 내부를 기밀 유지되게 분리 구획하고, 금속재료의 투입과 소스가스의 공급이 이루어지는 내측 챔버와; 상기 내측 챔버와 연결하여 진공압을 선택적으로 제공하는 펌핑부와; 상기 내측 챔버 내부에 공급된 소스가스를 글로우 방전시키도록 전장을 형성하는 전원공급부와; 상기 내측 챔버와 외측 챔버 사이에 설치하여 전원의 인가로부터 발열하여 상기 내측 챔버 내부를 가열 분위기로 형성하는 히터; 및 상기 펌핑부와 전원공급부 및 히터의 구동을 제어하는 컨트롤러로 이루어짐을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의하면, 히터는 소스가스를 짧은 시간에 전체적으로 균일하게 활성온도로 형성하고, 이러한 소스가스는 금속재료 전체표면에 대하여 균일한 분포를 이루어 충분한 에너지 상태로 금속재료의 표면에 대하여 보다 깊고 균일한 두께의 질화표층을 형성하게 됨으로써 종래 기술과 비교하여 처리시간의 단축은 물론 보다 두꺼운 질화표층 및 그 두께의 균일성을 이루어 제품의 품질을 보다 향상시킨다.

Description

이온질화 처리 장치 및 그 방법{Ion-Nitriding treatment device and method therefor}

도 1은 일반적인 이온질화 처리 장치를 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온질화 처리 장치를 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 3은 도 2의 이온질화 처리 장치의 변형 실시예를 나타낸 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 이온질화 처리과정을 나타낸 흐름도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 30a, 30b: 챔버 12, 36: 시료대

14, 14a: 가스공급부 16: 공급관

18: 샤워헤드 20, 48: 전원공급부

22: 배관 24: 진공펌프

32: 히터 34: 플랜지부

38: 엘리베이터 40: 공급라인

42: 공급원 44: 유량조절부

50: 온도센서 52: 퍼지가스 공급라인

56: 펜

본 발명은 각종 금속재료의 표층을 내식성과 내마모성 등을 갖도록 경화시키기 위한 이온질화 처리 장치 및 그 처리 방법에 관한 것이다.

현대 산업사회는 신소재의 개발을 위하여 많은 연구와 노력을 기울이고 있다. 특히 기계공업분야에 있어서는 기계의 정밀화와 사용연한을 높이기 위하여 내구성, 내마모성 및 내식성 등의 특정 요건의 소재 개발에 관심이 집중되고 있다. 그러나 새로운 소재의 개발은 그 연구비와 노력에 비례하여 생산단가의 상승으로 이어진다. 따라서 사용용도에 따라 재료의 표면을 경화시켜 특정 요건을 대신할 수 있도록 하는 방법이 중요하게 대두되고 있다. 이러한 표면처리방법에는 침탄법, 침붕법, 질화법 등이 널리 알려져 있다.

상술한 표면처리방법 중 질화법은 금속재료의 표면에 질소를 침투시켜 그 표층을 내마모성 및 내식성 등을 갖도록 하는 것으로서, 다른 표면처리방법에 비교하여 금속재료의 변형 온도 이하에서 그 처리가 이루어질 뿐 아니라 표층 부위만 높은 경도로 형성할 수 있어 안정화과정에서 좋은 인성을 얻을 수 있는 특성에 의해 정밀한 기계부품에 많이 응용되고 있다. 이러한 질화법은 암모니아 가스를 이용한 가스질화법, 염욕질화법 및 이온질화법으로 구분할 수 있다.

여기서는 가스질화법과 액체질화법에 비교하여 상대적으로 공정시간의 단축과 깊은 질화표층을 구현하며, 무공해성 등의 이점을 갖는 이온질화법에 관하여 살펴보기로 한다.

일반적으로 금속재료에 대한 이온질화 처리 장치의 구성은, 도 1에 도시한 바와 같이, 금속재료(T)의 투입과 인출에 대응하여 선택적으로 밀폐 분위기를 이루는 챔버(10)를 구비하며, 이 챔버(10)의 내부 하측에는 금속재료(T)를 받쳐 지지하는 시료대(12)를 구비한다. 또한 챔버(10)의 내부에는 가스공급부(14)에서 공급관(16)을 통하여 유도되는 소스가스를 시료대(12) 즉, 시료대(12)의 지지를 받는 금속재료(T)에 대향하여 공급토록 하는 샤워헤드(18)를 구비한다. 여기서 상술한 시료대(12)는 챔버(10)의 외부로부터 전원공급부(20)와 연결이 이루어진 캐소드(cathode)로서 기능하고, 샤워헤드(18)는 비록 도 1에서 시료대(12)에 대향하도록 챔버(10) 내부의 상측에 설치한 구성으로 도시하고 있으나 챔버(10)의 측벽 또는 하부로부터 소스가스를 분사 공급토록 하는 적어도 하나 이상의 분사 노즐을 갖는 구성의 것도 있다. 이에 더하여 챔버(10) 일측에는 내부 공기 및 잔류가스 등 유체의 배출을 유도하기 위한 배관(22)을 연결하고 있다. 이 배관(22) 상에는 유체를 강제적으로 유도하도록 진공압을 제공하는 진공펌프(24)와 이 진공펌프(24)에 의한 진공압의 전달을 선택적으로 차단하기 위한 적어도 하나 이상의 밸브(V)를 구비한다.

이러한 구성으로부터 공정의 진행과정을 살펴보면, 금속재료(T)의 투입이 이루어진 챔버(10) 내부는 진공펌프(24)에 의한 진공압의 제공으로 소정의 진공압 분위기를 이룬다. 이러한 상태에서 상술한 가스공급부(14)는 챔버(10) 내부에 소스가스를 공급한다. 이어서 전원공급부(20)는 캐소드로서 시료대(12) 또는 시료대(12)와 더불어 별도의 애노드(도시하지 않음: 전원공급부가 펄스드 DC파워 전원공급장치(pulsed DC power supply)인 경우 샤워헤드 또는 챔버가 애노드로서 구성될 수 있음)를 통한 전장의 형성으로 소스가스를 글로우(glow) 방전시킨다. 이에 따라 플라즈마 상태로 변환된 소스가스는 충분한 에너지로 금속재료(T)의 표면에 계속적으로 충돌(sputtering effect)한다. 이 과정에서 금속재료(T)의 표면에서는 스퍼터링 효과에 의한 클리닝과 가열이 이루어지고, 이와 더불어 소스가스에 의한 지속적인 화학적 치환반응과 함께 그 깊이 방향으로 질소(N2)의 침투 및 확산이 이루어진다.

한편 상술한 반응 조건에 있어서, 소스가스로는 통상 수소(H2)와 질소(N2)를 포함한 혼합가스의 사용을 필요로 하고, 소스가스의 분포가 이루어진 챔버(10) 내부의 압력은 0.1~10torr 범위에 있도록 할 것과 사용전압은 500~1000V 범위에서 그 처리가 이루어질 수 있도록 함을 필요로 한다.

여기서 소스가스가 공급된 챔버(10) 내부의 압력 수준이 필요한 저압의 조건보다 높은 경우 즉, 낮은 진공의 상태는 상대적으로 이온의 수가 많아 큰 전류가 흐르는 반면에 일정 온도를 유지하기 위해서는 낮은 전압의 전장을 형성하여야 한다. 따라서 이온의 운동에너지가 작아서 금속 내부로 침투하지 못하고 진공압의 작용에 의해 오히려 금속재료(T)의 표층에서 챔버(10) 내부로 튀어나오는 등 질화표층이 얇게 형성되는 문제를 갖는다.

또한 소스가스에 의한 챔버(10) 내부의 압력이 필요한 저압 조건보다 낮으면 즉, 이온의 수가 적고, 상대적으로 높은 전압이 인가됨에 의해 이온이 갖는 운동에너지가 높아져 금속내부로 침투할 확률이 크지만 그 반응을 위한 활성 온도에 도달하기까지 많은 시간이 소요되는 문제를 갖는다. 이에 더하여 챔버(10) 내부의 압력이 낮은 경우의 따른 다른 문제점으로는, 글로우 방전이 국부적인 영역에서 집중적으로 이루어져 전장의 영향력 범위 내에서 간헐적이며 점차적으로 확대되는 경향이 있으며, 이에 따라 금속재료(T)의 전체표면에 대한 질화표층의 두께 정도는 그 반응이 집중한 부위와 이온의 분포관계에 의해 불균일하게 이루어지는 문제를 야기한다.

이상에서와 같이, 질화처리에 필요한 조건은, 챔버(10) 내부의 압력과 글로우 방전을 위한 전장 및 챔버(10) 내부의 온도 등을 들 수 있으며, 이들은 질화처리에 대하여 상호 상관관계를 이루고 있음을 알 수 있다.

본 발명의 목적은, 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 금속재료를 질화처리 하는데 필요한 챔버 내부의 온도수준을 짧은 시간 내에 형성토록 하여 공정 시간을 단축시키도록 하고, 이와 더불어 질화처리에 따른 아크의 발생을 억제하도록 하여 질화처리에 의한 금속재료 표면의 질화표층 두께가 전체적으로 깊고 균일하게 이루어지도록 하는 이온질화 처리 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 특징적인 구성은, 진공압 분위기의 챔버 내부로 공급한 소스가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 상기 챔버 내부에 놓이는 금속재료의 표층에 대하여 반응토록 하는 이온질화 처리 장치에 있어서, 외측 챔버와; 상기 외측 챔버 내부를 기밀 유지되게 분리 구획하고, 금속재료의 투입과 소스가스의 공급이 이루어지는 내측 챔버와; 상기 내측 챔버와 연결하여 진공압을 선택적으로 제공하는 펌핑부와; 상기 내측 챔버 내부에 공급된 소스가스를 글로우 방전시키도록 전장을 형성하는 전원공급부와; 상기 내측 챔버와 외측 챔버 사이에 설치하여 전원의 인가로부터 발열하여 상기 내측 챔버 내부를 가열 분위기로 형성하는 히터; 및 상기 펌핑부와 전원공급부 및 히터의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한 상기 외측 챔버는 외부로 열 방출을 방지토록 단열구조 또는 단열재를 구비한 구성으로 이루어질 수 있으며, 상기 내측 챔버는 상기 히터의 발열에 의한 복사열이 내부에 전이되도록 석영 재질로 구성함이 바람직하다. 이때 상기 내측 챔버가 석영 재질인 것에 있어서, 상기 내측 챔버는 돔 형상으로 형성하여 하부로부터 개구를 갖는 플랜지의 지지를 받도록 설치하고, 상기 개구에 대응하여 상부에 시료대를 장착하여 승·하강 구동으로 개폐가 이루어지도록 하는 엘리베이터를 더 구비한 구성으로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 내측 챔버에는 내부의 온도를 감지하여 그 신호를 상기 컨트롤러에 인가하도록 하는 온도센서를 구비토록 함이 바람직하고, 상기 내측 챔버의 내부와 상기 내·외측 챔버 사이 중 적어도 어느 하나 이상의 부위에 대하여 가열 분위기를 냉각 또는 상압으로 변환시키기 위한 퍼지가스 공급라인을 더 연결함이 효과적이다. 이러한 구성에 더하여 상기 전원공급부는 상기 내측 챔버 내부에 투입되는 금속재료를 받쳐 지지하는 시료대를 구비하고, 상기 시료대와 연결되어 상기 컨트롤러의 제어에 따라 펄스드 DC파워를 인가하는 펄스드 DC파워 전원공급장치를 포함하여 구성함이 바람직하다.

한편 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 질화처리방법은, 외측 챔버와; 상기 외측 챔버 내부를 기밀 유지되게 분리 구획하고, 금속재료의 투입과 소스가스의 공급이 이루어지는 내측 챔버와; 상기 내측 챔버와 외측 챔버 사이에서 상기 내측 챔버 내부를 가열 분위기로 형성하는 히터; 및 상기 펌핑부와 전원공급부와 히터의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구비하고, (a) 상기 내측 챔버 내부에 금속재료를 투입하여 소정의 진공압 분위기를 형성하는 단계와; (b) 상기 내측 챔버 내부에 소스가스를 공급하는 단계와; (c) 상기 내측 챔버 내부의 금속재료와 소스가스를 일정 온도수준으로 가열하는 단계; 및 (d) 상기 일정한 온도 수준으로 유지시키며 소스가스를 글로우 방전시키도록 전장을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온질화 처리 장치 및 그 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온질화 처리 장치를 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 3은 도 2의 이온질화 처리 장치의 변형 실시예를 나타낸 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 이온질화 처리과정을 나타낸 순서도로서, 종래와 동일한 부분에 대하여 동일한 부호를 부여하고, 그에 따른 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 이온질화처리 장치 구성은, 도 2에 도시한 바와 같이, 일정 영역을 구획하는 외측챔버(30a)를 구비한다. 이 외측 챔버(30a)의 내부 영역은 내측 챔버(30b)에 의해 기밀 유지되는 관계로 분리 구획이 이루어진다. 이로부터 일정한 간격을 이루는 외측 챔버(30a)와 내측 챔버(30b)의 사이에는 내측 챔버(30b)의 내부를 고온의 분위기로 형성하기 위한 히터(32)의 설치가 이루어진다.

여기서 상술한 외측 챔버(30a)는 히터(32)에 의한 발열이 외부로 유출되지 않고 내측 챔버(30b) 내부에 집중될 수 있도록 하는 반사판을 포함한 통상의 단열재 또는 복수 격벽을 그 사이의 대류가 방지되는 수준의 간격으로 배치한 단열판 조립체 등의 단열구조(도면의 단순화를 위하여 생략함)로 구성할 수 있다. 그리고 상술한 내측 챔버(30b)는 히터(32)의 발열에 의한 복사열이 내측 챔버(30b) 내부의 전체 영역에 대하여 고르게 전달될 수 있도록 석영 재질로 형성함이 바람직하다. 이러한 내측 챔버(30b)의 구성은, 비록 도면에 도시하지 않았으나, 통상 외측 챔버(30a)의 일측 부위와 이에 대응하는 측벽 부위에 도어를 형성하여 금속재료(T)의 투입이 있도록 구성할 수 있다. 또한 석영 재질로 이루어진 내측 챔버(30b)의 다른 구성은, 도 3에 도시한 바와 같이, 내측 챔버(30b)의 형상을 하부가 개방된 돔 형상으로 형성하고, 이를 개구를 갖는 플랜지부(34)에 연통하도록 함과 동시에 기밀 유지되게 안착시키도록 한다. 그리고 그 하부로부터 상부에 금속재료(T)를 올려놓도록 하는 시료대(36)를 장착하여 승·하강 구동함에 따라 개구를 기밀 유지되게 개폐하는 엘리베이터(38)를 포함한 구성으로 이루어질 수도 있다.

또한 내측 챔버(30b)는 내부에 잔류하는 공기 또는 반응 부산물 등을 포함한 유체의 유동 통로로서 배관(22)과 연결하고 있다. 이러한 배관(22) 상에는 상술한 유체의 흐름을 선택적으로 차단하기 위한 적어도 하나 이상의 밸브(V)와 유체의 흐름을 강제적으로 유도하도록 진공압을 제공하는 진공펌프(24)로 이루어진 펌핑부의 설치가 이루어진다.

한편 내측 챔버(30b)의 내부는, 소스가스를 공급하기 위한 가스공급부(14a)가 연결된다. 이러한 가스공급부(14a)는, 도 2 또는 도 3에 도시한 바와 같이, 상술한 시료대(36)에 대향하도록 내측 챔버(30b)의 상부에 샤워헤드(18)를 구비한 구성 또는 상술한 플랜지부(34) 부위를 통해 적어도 하나 이상의 공급노즐(도면의 단순화를 위하여 생략함)을 구비하는 구성으로 이루어질 수 있다.

여기서 샤워헤드(18)를 설치한 구성은, 외측 챔버(30a)의 외부로부터 연장한 공급라인(40)의 일측 단부를 외측 챔버(30a)와 내측 챔버(30b)를 관통하여 샤워헤드(18)와 연결토록 한다. 그리고 상술한 공급라인(40)의 타측 부위는 각각의 소스가스를 공급하는 적어도 하나 이상의 공급원(42)에 각각 대응 연결하고, 이러한 공급라인(40) 상에는 각 소스가스의 유량을 제어하기 위하여 밸브(V) 및 유량계(M) 등을 포함한 유량조절부(44)를 더 구비토록 하여 이루어질 수 있다. 또한 상술한 가스공급부(14a)의 다른 구성은, 비록 도면에 도시하지 않았으나, 상술한 각각의 공급원(42)과 유량조절부(44)를 거쳐 플랜지부(34) 부위를 관통하는 적어도 하나 이상의 가스공급노즐(도시 안됨)을 포함한 구성으로 이루어질 수도 있다.

그리고 내측 챔버(30b) 내부에 놓이는 시료대(36)는, 전원공급부(48)와 연결이 이루어지는 캐소드로서 기능토록 하고, 상술한 외측 챔버(30a), 샤워헤드(18), 금속 재질로 이루어진 내측 챔버(30b) 중 어느 하나는 애노드로서 기능토록 하며, 이때 전원공급부(48)는 이들 사이에 펄스드 DC파워를 인가하는 펄스드 DC파워 전원공급장치(pulsed DC power supply)로 구성하여 이루어질 수 있다. 이러한 펄스드 DC파워 전원공급장치는 챔버(30a) 내부의 질화처리과정에서 발생하는 아크를 인식하고, 그 인식으로부터 아킹을 방지하도록 제어하는 프로그램을 구비한다.

그리고 상술한 구성에 더하여 내측 챔버(30b) 내의 소정 위치에는, 내측 챔버(30b) 내부의 온도를 감지하는 온도센서(50)의 설치가 이루어지고, 내측 챔버(30b)의 내부와 내·외측 챔버(30a, 30b) 사이 중 적어도 어느 하나 이상의 부위에 대하여 가열 분위기를 냉각 또는 상압으로 변환시키기 위한 퍼지가스 공급라인(52)의 연결이 이루어진다.

이상의 각 부 구성은 온도센서(50)의 감지신호를 수신한 컨트롤러(미도시)의 제어를 받으며, 상술한 컨트롤러는 작업자에 의해 그 제어가 가능하도록 하는 조작부를 구비한다. 이러한 컨트롤러는 입력 장치를 구비한 마이컴으로 이루어질 수 있는 것으로서 용이한 실시가 가능한바 추가적인 설명은 생략한다.

이러한 구성으로부터 금속재료(T)에 대한 질화처리과정을 살펴보면, 먼저 내측 챔버(30b) 내부에 금속재료(T)의 투입 이루어진 상태에서 컨트롤러는 진공펌프(24)를 구동시켜 내측 챔버 내부를 소정의 진공압 수준으로 형성한다(ST102). 이후 컨트롤러는 가스공급부(14a)를 구동시켜 내측 챔버(30b) 내부에 공정에 필요한 소스가스를 공급토록 한다(ST104). 이러한 소스가스의 공급 이후 또는 그 공급과 병행하여 글로우 방전에 의해 가열이 있기 이전에 히터(32)로 내측 챔버(30b) 내부를 가열시킨다(ST106). 이때 컨트롤러는 온도센서(50)를 통하여 내측 챔버(30b) 내부의 온도상태를 감시하며, 적정한 온도 수준에 도달한 경우 히터(32)에 의한 발열 온도를 낮추고 동시에 전원공급부(48)를 제어하여 소스가스에 대하여 아킹을 억제토록 함과 동시에 글로우 방전을 실시한다(ST108). 이러한 과정으로 질화처리과정이 종료되면, 컨트롤러는 상술한 퍼지가스 공급라인(52)을 구동시켜 내측 챔버(30b) 내부의 압력을 상압으로 형성함과 동시에 가열된 상태의 금속재료(T)를 냉각시킨다(ST110). 이때 내·외측 챔버(30a, 30b)의 측부로부터 금속재료(T)의 출입이 이루어지는 경우 컨트롤러는 퍼지가스 공급라인(52)을 제어하여 이들 사이 구간과 히터(32)를 냉각시키도록 퍼지가스를 공급하거나 도 2에 도시한 바와 같이, 별도로 펜(56)을 더 구비하여 가열된 공기를 배출시키도록 할 수 있다.

이러한 이온질화 처리과정에서 살펴본 바와 같이, 전원공급부(48)에 의한 전압이 일정한 상태에서 내측 챔버(30b) 내부의 압력 수준은 종래에 비교하여 보다 낮은 즉, 진공도가 높은 상태로 형성하여도 질화처리를 위한 활성온도까지 도달하는 시간이 보다 단축된다. 이에 따라 소스가스는 전장에 의한 글로우 방전 이전에 충분한 에너지 상태를 이루며, 이것은 금속재료(T)의 표면에 대하여 보다 깊은 질소이온의 침투 및 확산이 이루어져 질화표층의 두께가 종래에 비교하여 더욱 두껍게 형성된다. 또한 활성온도에 도달한 소스가스는 금속재료(T)의 전체 표면을 포함한 내측 챔버(30b) 내부에서 균일한 분포를 이루며, 이러한 소스가스의 분포상태는 금속재료(T)의 전체 표면에 대하여 균일한 글로우 방전을 유도하여 금속재료(T)의 질화표층 두께는 균일하게 이루어진다.

따라서 본 발명에 의하면, 히터는 내측 챔버 내부에 분포하는 소스가스를 짧은 시간에 전체적으로 균일하게 활성온도에 도달하도록 유도하고, 활성온도 상태의 소스가스는 금속재료 전체표면에 대하여 균일한 분포를 이룸과 동시에 열에너지와 글로우 방전에 의해 충분한 에너지를 얻은 소스가스는 금속재료의 표면에 대하여 보다 깊고 균일한 두께의 질화표층을 형성하게 됨으로써 종래 기술과 비교하여 처리시간의 단축은 물론 두꺼운 질화표층 및 그 두께의 균일성에 의한 품질이 향상되는 효과를 갖는다.

본 발명은 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (8)

1. 펄스드 DC파워를 이용하여 진공압 분위기의 챔버 내부로 공급한 소스가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 상기 챔버 내부에 놓이는 금속재료의 표층에 대하여 반응토록 하는 이온질화 처리 장치에 있어서,

   외측 챔버와;

   상기 외측 챔버 내부를 기밀 유지되게 분리 구획하고, 금속재료의 투입과 소스가스의 공급이 이루어지는 내측 챔버와;

   상기 내측 챔버와 연결하여 진공압을 선택적으로 제공하는 펌핑부와;

   상기 내측 챔버 내부에 공급된 소스가스를 글로우 방전시키도록 전장을 형성하는 전원공급부와;

   상기 내측 챔버와 외측 챔버 사이에 설치하여 전원의 인가로부터 발열하여 상기 내측 챔버 내부를 가열 분위기로 형성하는 히터;

   상기 펌핑부와 전원공급부 및 히터의 구동을 제어하는 컨트롤러; 및

   상기 내측 챔버의 내부와 상기 내·외측 챔버 사이 중 적어도 어느 하나 이상의 부위에 구비되어 가열 분위기를 냉각 또는 상압으로 변환시키도록 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급라인

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온질화 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 외측 챔버는 외부로 열 방출을 방지토록 단열구조 또는 단열재를 구비한 것으로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 이온질화 처리 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 내측 챔버는 상기 히터의 발열에 의한 복사열이 내부에 전이되도록 석영 재질임을 특징으로 하는 상기 이온질화 처리 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 내측 챔버는 돔 형상으로 형성하여 하부로부터 개구를 갖는 플랜지의 지지를 받도록 설치하고, 상기 플랜지의 개구에 대응하여 상부에 시료대를 장착하여 승·하강 구동으로 개폐하는 엘리베이터를 더 구비한 구성으로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 이온질화 처리 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 내측 챔버에는 내부의 온도를 감지하여 그 신호를 상기 컨트롤러에 인가하도록 하는 온도센서를 더 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 이온질화 처리 장치.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 전원공급부는 상기 내측 챔버 내부에 투입되는 금속재료를 받쳐 지지하는 시료대를 구비하고, 상기 시료대를 캐소드로서 기능토록 연결하여 상기 컨트롤러의 제어에 따라 펄스드 DC파워를 인가하는 펄스드 DC파워 전원공급장치를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 이온질화 처리 장치.
8. 외측 챔버와; 상기 외측 챔버 내부를 기밀 유지되게 분리 구획하고, 금속재료의 투입과 소스가스의 공급이 이루어지는 내측 챔버와; 상기 내측 챔버와 외측 챔버 사이에서 상기 내측 챔버 내부를 가열 분위기로 형성하는 히터; 상기 펌핑부와 전원공급부와 히터의 구동을 제어하는 컨트롤러; 및 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급라인을 포함하여 구비하고,

   (a) 상기 내측 챔버 내부에 금속재료를 투입하여 진공압 분위기를 형성하는 단계와;

   (b) 상기 내측 챔버 내부에 소스가스를 공급하는 단계와;

   (c) 상기 내측 챔버 내부의 금속재료와 소스가스를 일정 온도수준으로 가열하는 단계;

   (d) 상기 일정한 온도 수준으로 유지시키며 소스가스를 글로우 방전시키도록 전장을 형성하는 단계; 및

   (e) 상기 (d) 단계 결과 상기 금속재료에 대한 질화처리과정이 종료되면 상기 퍼지가스 공급라인을 구동시켜 상기 내측 챔버 내부의 압력을 상압으로 형성함과 동시에 상기 금속재료를 냉각시키는 단계

   를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 이온질화 처리방법.

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