KR100661130B1 - Method for nitriding stainless steel by post-plasma - Google Patents

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김성완
김상권
문경일
조용기
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한국생산기술연구원
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Abstract

A method for nitriding stainless steel by post-plasma is provided to secure high nitriding characteristics even at a low bias voltage by performing nitriding using a screen mesh in which post-plasma is formed, thereby increasing temperature uniformity and nitriding ion density within a furnace. A method for nitriding stainless steel by post-plasma comprises: a plasma generation process(S10) of generating post-plasma by applying an electric power of 4 to 8 kW to a screen mesh after maintaining an atmosphere within a furnace as a mixed gas of Ar and H2 and heating temperature of the furnace to 300 to 500 deg.C; a surface activation process(S20) of removing residual gas and impurities on a surface of stainless steel by oxidative and reductive gases after generating the post-plasma; a nitride layer forming process(S30) of nitriding the stainless steel at a temperature of 450 deg.C or less by injecting a nitriding reaction gas onto the stainless steel passing through the surface activation process; and a cooling process(S40) of cooling the stainless steel passing through the nitride layer forming process by lowering temperature within the furnace.

Description

포스트 플라즈마를 이용한 스테인리스 스틸 질화방법{Method for nitriding stainless steel by post-plasma}Nitriding method for stainless steel using post plasma {Method for nitriding stainless steel by post-plasma}

도 1은 종래 기술에 따른 질화장치의 구조를 도시한 개략도,1 is a schematic diagram showing the structure of a nitriding device according to the prior art,

도 2는 본 발명에 따른 스테인리스 스틸 질화방법의 순서를 나열한 블록도,2 is a block diagram listing the order of the stainless steel nitriding method according to the present invention;

도 3a, 3b는 본 발명에 따라 포스트 플라즈마를 형성한 상태와 형성하지 않은 상태의 노 내부 구조를 각각 비교 도시한 개략도,3A and 3B are schematic views showing comparisons of furnace internal structures with and without a post plasma, respectively, according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 S-phase질화와 CrN이 석출되어 질화처리된 시편을 비교 도시한 실험사진,Figure 4 is an experimental photograph showing the comparison of the nitrided S-phase nitriding and CrN treatment according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 포스트 플라즈마 질화와 이온질화 처리된 시편의 편차를 비교 도시한 실험사진,5 is an experimental photograph showing a comparison between the deviation of the post-plasma nitriding and ion-nitridation treated specimens according to the present invention,

도 6은 본 발명에 따른 포스트 플라즈마 질화와 이온질화 처리된 시편의 표면 사진을 확대하여 도시한 실험사진,6 is an enlarged experimental photograph showing a surface photograph of a post plasma nitriding and ion nitriding treated specimen according to the present invention;

도 7은 본 발명에 따른 포스트 플라즈마 질화와 다른 방법으로 질화 처리된 시편들의 표면 조도값을 나타낸 표,7 is a table showing surface roughness values of specimens nitrided by a method different from that of post plasma nitriding according to the present invention;

도 8은 본 발명에 따른 포스트 플라즈마 질화와 다른 방법으로 질화 처리된 시편의 표면을 비교한 실험사진,8 is an experimental photograph comparing the surface of the specimen subjected to nitriding treatment with another method of post plasma nitriding according to the present invention;

도 9는 본 발명의 포스트 플라즈마 질화에 의한 시편의 경화층 깊이와 표면 경도를 나타낸 그래프선도,9 is a graph showing the depth and surface hardness of the cured layer of the specimen by the post plasma nitridation of the present invention,

도 10은 본 발명에 따른 포스트 플라즈마 질화와 질화 처리되지 않은 시편의 마모 특성을 비교 도시한 그래프선도,10 is a graph illustrating a comparison of wear characteristics of post-plasma nitriding and unnitriding specimens according to the present invention;

도 11은 본 발명에 따른 포스트 플라즈마 질화와 질화 처리되지 않은 부식 특성을 비교 도시한 그래프선도.11 is a graph illustrating a comparison between post plasma nitriding and unnitriding corrosion characteristics in accordance with the present invention.

*도면중 주요 부호에 대한 설명** Description of Major Symbols in Drawings *

10 : 노 20 : 스크린망10: no 20: screen net

25 : 플레이트 30 : 가스관25 plate 30 gas pipe

35 : 가스홀 40 : 가스투입부35 gas hole 40 gas injection unit

50 : 전원장치 S10 : 플라즈마 생성공정50: power supply device S10: plasma generation process

S20 : 표면 활성화공정 S30 : 질화층 형성공정S20: Surface activation process S30: Nitride layer forming process

S40 : 냉각공정 H : 히터S40: Cooling process H: Heater

P : 시편(스테인리스 스틸) PS : 플라즈마P: Specimen (Stainless Steel) PS: Plasma

Vp : 진공펌프Vp: Vacuum Pump

본 발명은 스테인리스 스틸 질화방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로 내부의 온도 균일도 및 질화 이온 밀도를 높여 높은 질화 특성 및 표면조도를 확보할 수 있도록 한 포스트 플라즈마를 이용한 스테인리스 스틸 질화방법을 제공하는 데 있다.The present invention relates to a stainless steel nitriding method, and more particularly to providing a stainless steel nitriding method using a post plasma to increase the temperature uniformity and the nitride ion density inside the furnace to ensure high nitriding properties and surface roughness. have.

최근 오스테나이트계 스테인리스 스틸은 높은 내식성으로 인해 식품, 약품, 식기 등 다양한 분야에 사용되고 있으나, 낮은 경도 특성 때문에 그 수요가 높은 자동차, 기계, 전자 부품에는 사용에 심각한 제약이 따르고 있다.Recently, austenitic stainless steel has been used in various fields such as food, medicine, and tableware because of its high corrosion resistance. However, due to its low hardness, automotive austenitic stainless steels have severe restrictions on their use.

이와 같은 문제점을 개선하기 위해, 최근 오스테나이트계 스테인리스 스틸의 표면 경도 기술이 빠른 속도로 개발되고 있는 실정에 있다.In order to improve such a problem, the surface hardness technology of austenitic stainless steel is being developed at a rapid speed.

보편적으로, 표면 경화 처리방법으로는 고주파 열처리, 침탄법, 질화법 등이 있는데, 이 중에서도 특히 질화법은 500~600℃ 온도범위에서 금속재료의 표면으로부터 내부로 질소를 확산 침투시켜 내마모성, 내피로성, 내식성 등을 높이는 경화 기술이다.In general, surface hardening treatment methods include high frequency heat treatment, carburization, nitriding, and the like, in particular, nitriding is abrasion and fatigue resistance by diffusing and infiltrating nitrogen from the surface of a metal material in the temperature range of 500 to 600 ° C. Hardening technology to improve the corrosion resistance and the like.

이와 같은 질화법은 다른 표면 경화법인 침탄법, 고주파 열처리와 달리 강의 변태점 이하의 저온에서 경화 처리하기 때문에 금속의 열처리 변형이 적고, 기계적 특성이 저하되지 않아 스테인리스 스틸의 표면 경화 처리방법으로 사용되고 있다.Unlike other surface hardening methods such as carburization and high frequency heat treatment, the nitriding method is used as a surface hardening treatment method of stainless steel because it hardens the heat treatment deformation of the metal and does not degrade mechanical properties because it hardens at a low temperature below the transformation point of steel.

상기와 같은 특징을 갖는 질화법은 질화제 및 질화 특성에 따라 다시 가스질화, 염욕질화, 이온질화, 플라즈마 질화 등으로 나뉘어진다.Nitriding methods having the above characteristics are further divided into gas nitriding, salt bath nitriding, ion nitriding, plasma nitriding, and the like according to nitriding agents and nitriding properties.

먼저, 가스질화는 밀폐된 공간에 암모니아(NH3) 가스를 넣고 1~100시간 가량 유지하여 금속 재료에 화합물층과 질화층을 형성하는 방법으로, 제품 형상 제약이 적고 대용량에 쉽게 적용이 가능한 장점이 있다.First, gas nitriding is a method of forming a compound layer and a nitride layer in a metal material by putting ammonia (NH 3 ) gas in a closed space for about 1 to 100 hours. have.

그리고, 염욕질화는 시안(CN-), 시안산(CNO-) 염을 이용하여 액상에서 금속 재료를 질화 처리하는 방법으로, 4시간 정도의 단시간에 높은 경도의 화합물층과 질화층을 상당 깊이까지 얻을 수 있고, 냉각속도가 빠르며, 강종의 제약이 없고, 설비비용이 매우 적게 드는 장점으로 인해 자동차 부품의 양산 공정에 많이 적용되고 있다.Then, the salt yokjil anger cyanide (CN -), cyanate (CNO -) in a way that the nitriding process is a metallic material in a liquid phase using a salt, the compound layer and the nitride layer of high hardness in a short period of time of about 4 hours to considerable depth It has been widely applied to the mass production process of automotive parts because of the advantages that can be obtained, the cooling rate is fast, there is no restriction of steel grade, and the installation cost is very low.

그러나, 상기한 가스질화와 염욕질화의 경우에는, 스테인리스 스틸 표면에 높은 경화층을 형성함으로써 표면 경도는 향상시킬 수 있으나, 500℃ 이상에서 질화 처리를 하는 질화공정의 특성상 CrN을 석출하게 되어 물성을 저하시키고, 또한 내식성의 원인이 되는 Cr2O3층을 감소시켜 내식 특성을 현저하게 떨어뜨리는 문제가 있었다.However, in the case of the above-mentioned gas nitriding and salt bath nitriding, the surface hardness can be improved by forming a high hardened layer on the stainless steel surface, but due to the nature of the nitriding process of nitriding at 500 ° C. or higher, CrN is precipitated. There was a problem of lowering the corrosion resistance and significantly reducing the Cr 2 O 3 layer that causes corrosion resistance.

이에 비해, 이온질화는 높은 바이어스를 이용하여 450℃이하의 낮은 온도에서 스테인리스 스틸의 질화 처리를 할 수 있게 됨으로써, CrN의 석출을 방지할 수 있게 된다.In contrast, ion nitriding is capable of nitriding stainless steel at a low temperature of 450 ° C. or less by using a high bias, thereby preventing the precipitation of CrN.

그러나, 상기한 이온질화는 시편 표면에 형성된 글로우에 의해 정확한 온도를 조절할 수 없을 뿐만 아니라 그에 따라 발생하는 아크 및 에징에 의해 시편 표면이 손상되는 문제가 있다.However, the above-mentioned ion nitriding not only can not control the temperature precisely by the glow formed on the surface of the specimen, but also causes a problem that the surface of the specimen is damaged by the arc and the aging caused.

또한, 글로우의 에너지가 다르고 낮은 온도에서 행해지는 이온질화의 특성상 작업 공간 내부의 온도를 균일화시키지 못하여 시편의 편차가 크게 발생하는 문제도 있고, 또 구멍이나 작은 간극 내부에는 질화 처리가 어려운 문제도 있었다.In addition, due to the characteristics of ion nitriding at different temperatures and low energy of the glow, there is a problem in that the variation of the specimen is large due to failure to uniformize the temperature in the working space, and the nitriding treatment is difficult in the hole or the small gap. .

한편, 현대의 질화 기술은 이온질화의 품질과 가스 질화의 생산량을 목표로 발전하고 있고, 상기한 목표를 달성하기 위한 대표적인 질화 기술로는 포스트 플라즈마 질화를 들 수 있다.On the other hand, modern nitriding technology has been developed aiming at the quality of ion nitriding and the production of gas nitriding, and a representative nitriding technique for achieving the above-mentioned goal is post plasma nitriding.

상기 포스트 플라즈마(Post plasma) 질화를 설명하면, 첨부도면 도 1과 같이 시편(P) 외부에서 발생된 플라즈마에 질화용 기체를 통과시켜 시편(P)을 코팅 및 질화시키는 것으로, 노(1) 내부 중앙에 음극 전원을 갖는 기판(2)을 설치하고, 상기 기판(2) 위에 시편(P)을 구비하며, 노 내측에 히터(H)를 설치한다.Referring to the post plasma nitriding, as illustrated in FIG. 1, the nitriding gas is passed through a plasma generated outside the specimen P to coat and nitride the specimen P, and the inside of the furnace 1. The board | substrate 2 which has a cathode power supply is installed in the center, the specimen P is provided on the board | substrate 2, and the heater H is installed in the furnace inside.

그리고, 노(1) 상부에 가스투입부(4)를 설치하고, 하부에 진공펌프(Vp)를 설치하여 시편(P) 주변에 플라즈마(PS)를 생성시킬 수 있도록 한다. 또한, 상기 기판(2)과 히터(H)에는 전원장치(5)를 통하여 전원을 공급한다.In addition, the gas injection unit 4 is installed at the upper part of the furnace 1, and a vacuum pump Vp is installed at the lower part so as to generate plasma PS around the specimen P. In addition, power is supplied to the substrate 2 and the heater H through the power supply device 5.

여기서, 상기한 플라즈마(PS)를 간단하게 설명하면 원자는 수백만~수천만 온도에서 원자핵과 전자가 분리하여 그대로의 상태로 격렬하게 운동을 하여 전기적으로는 중성인 가스 상태가 되는데, 이것을 플라즈마라고 한다.Here, if the plasma (PS) is described briefly, the atoms are separated from the nucleus and the electrons at a temperature of millions to tens of millions, and are vigorously moved as they are, so that they are electrically neutral gas, which is called plasma.

이와 같이 설명된 포스트 플라즈마 질화는 플라즈마에 질화 가스를 통과시켜 시편을 질화 처리하게 됨으로써, 처리 시편에 글로우를 직접 가하지 않고 질화를 할 수 있게 된다. 따라서, 아크 등에 의한 시편의 표면 손상이 없고, 시편 형상의 제약이 없어 상기한 이온질화법의 단점을 해결할 수 있는 것이다.The post plasma nitriding described above allows nitriding treatment of the specimen by passing a nitriding gas through the plasma, thereby allowing nitriding without directly applying a glow to the treated specimen. Therefore, there is no surface damage of the specimen by the arc or the like, and there is no limitation of the shape of the specimen, so that the above-mentioned disadvantages of the ion nitriding method can be solved.

그러나, 상기 포스트 플라즈마 질화는 시편 표면에 직접 전하가 가해지지 않게 됨으로써, 이온질화법에서와 같은 이온들의 스퍼터링 효과에 의한 표면 산화막 제거 및 활성화 과정이 없기 때문에 질화의 성능이 떨어지는 문제가 있고, 특히 진공분위기의 낮은 온도에서는 히터의 복사열만으로 로 내부에 균일한 온도를 확보하 는 것이 어려워 시편 표면에 균일한 질화처리를 할 수 없는 폐단이 있었다.However, since the post plasma nitriding is not directly applied to the surface of the specimen, there is a problem that the performance of nitriding is deteriorated because there is no surface oxide film removal and activation process due to the sputtering effect of ions as in the ion nitriding method. At low temperatures, it was difficult to ensure a uniform temperature inside the furnace only by radiant heat from the heater, which resulted in a closed end where uniform nitriding was not possible on the specimen surface.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 포스트 플라즈마가 형성된 스크린망을 이용하여 질화처리를 수행함으로써, 로 내부의 온도 균일도 및 질화 이온 밀도를 높여 낮은 바이어스 전압에서도 높은 질화 특성을 확보할 수 있도록 한 포스트 플라즈마를 이용한 스테인리스 스틸 질화방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. As a result, nitriding is carried out using a screen network on which a post plasma is formed. It is to provide a stainless steel nitriding method using a post plasma to ensure the characteristics.

본 발명의 다른 목적은 플라즈마를 통과하는 라디칼들이 질화에 바로 사용되도록 함으로써, 질화의 효능을 향상시키고 높은 표면조도의 제품을 확보할 수 있도록 한 포스트 플라즈마를 이용한 스테인리스 스틸 질화방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a stainless steel nitriding method using a post plasma to improve the efficiency of nitriding and to secure a product having a high surface roughness by allowing radicals passing through the plasma to be directly used for nitriding.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 포스트 플라즈마를 이용한 질화방법은, 노 내부에 오스테나이트계 스테인리스 스틸을 장입 및 가열하는 경우 스테인리스 스틸 외부에서 발생된 플라즈마에 기체를 통과시켜 상기 스테인리스 스틸을 질화시키는 방법에 있어서, 노 내부의 분위기를 Ar과 H2의 혼합 기체로 유지시키고, 온도를 300~500℃로 가열한 후, 스크린망에 4~8kW의 전력을 가해 포스트 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 생성공정과; 상기 포스트 플라즈마를 생성시킨 후, 산화 및 환원성 기체에 의해 스테인리스 스틸 표면의 잔류가스 및 불순물을 제거하는 표면 활성화공정과; 상기 표면 활성화공정을 거친 스테인리스 스틸에 질화 반응가 스를 투입하여 450℃이하의 온도에서 질화시키는 질화층 형성공정과; 상기 노 내부의 온도를 떨어뜨려 질화층 형성공정을 거친 스테인리스 스틸을 냉각시키는 냉각공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the nitriding method using the post plasma of the present invention for achieving the above object, when the austenitic stainless steel is charged and heated in the furnace, the gas is passed through a plasma generated outside the stainless steel to nitride the stainless steel. In the method, the atmosphere inside the furnace is maintained by a mixed gas of Ar and H 2 , the temperature is heated to 300 ~ 500 ℃, and the plasma is generated by applying a power of 4 ~ 8kW to the screen net to generate a post plasma and; A surface activation process of removing the residual gas and impurities on the surface of the stainless steel by oxidizing and reducing gas after generating the post plasma; A nitride layer forming step of nitriding at a temperature of 450 ° C. or less by injecting a nitriding reaction gas into the stainless steel that has undergone the surface activation step; It characterized in that it comprises a cooling step of cooling the stainless steel passed through the nitride layer forming step by dropping the temperature inside the furnace.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 포스트 플라즈마를 이용하여 질화시키는 방법을 순서대로 나열한 블록도로써, 크게 플라즈마 생성공정(S10)과 표면 활성화공정(S20)과 질화층 형성공정(S30)과 냉각공정(S40)으로 나뉘어진다.FIG. 2 is a block diagram sequentially listing a method of nitriding using a post plasma according to the present invention. The plasma generating step (S10), the surface activation step (S20), the nitride layer forming step (S30), and the cooling step (S40) are shown. Divided into.

먼저, 플라즈마 생성공정(S10)은 스테인리스 스틸(P) 외부에 설치된 스크린망(20)에 포스트 플라즈마(PS)를 생성하는 공정으로, 노(10) 내부의 분위기를 Ar과 H2의 혼합 기체로 유지시키고, 히터(H)를 이용하여 노(10) 내부의 온도를 300~500℃로 가열한 후, 스크린망(20)에 4~8kW의 전력을 가해 포스트 플라즈마(PS)를 생성시키게 된다.First, the plasma generation step S10 is a step of generating the post plasma PS in the screen net 20 installed outside the stainless steel P. The atmosphere inside the furnace 10 is a mixture of Ar and H 2 . After maintaining, using the heater (H) to heat the temperature in the furnace 10 to 300 ~ 500 ℃, to apply a power of 4 ~ 8kW to the screen net 20 to generate a post plasma (PS).

여기서, 포스트 플라즈마(PS)를 형성하기 위한 전력으로 4~8kW를 사용하는 이유를 살펴보면, 너무 높은 전력을 가하는 경우 포스트 플라즈마(PS)에 의한 로 내부 온도 상승의 원인이 되고, 너무 낮은 전력을 가하는 경우에는 온도 균일도의 영향이 적을 뿐만 아니라 질화 성능이 저하되기 때문이다.Here, looking at the reason for using 4 ~ 8kW as the power for forming the post plasma (PS), if too high power causes the internal temperature of the furnace caused by the post plasma (PS), applying too low power In this case, not only the influence of temperature uniformity is small but also the nitriding performance is lowered.

이때, 첨부 도면 도 3a는 상기한 공정에 이용되는 노(10) 내부를 개략적으로 도시한 것으로, 이하 설명하면, 노(10) 내측에 히터(H)를 내장 설치하여 스테인리 스 스틸(P)을 가열하고, 노(10) 하부에는 진공펌프(Vp)를 설치하여 노(10) 내부의 분위기를 진공 상태로 변형시킨다. At this time, Figure 3a schematically shows the inside of the furnace 10 used in the above-described process, will be described below, by installing a heater (H) in the furnace 10 inside the stainless steel (P) The furnace 10 is heated, and a vacuum pump Vp is installed below the furnace 10 to deform the atmosphere inside the furnace 10 to a vacuum state.

또한, 상기 노(10) 상부에는 후술될 가스관(30)으로 작용 기체를 투입하기 위한 가스투입부(40)를 설치하고, 상기 가스투입부(40)와 노(10) 사이에는 노(10) 내부의 진공도를 유지 및 측정하기 위한 바라트론 게이지(Baratron gauge)(G)와, 노(10)에 투입되는 가스의 양을 조절하기 위한 스로틀밸브(Thv)를 각각 설치한다. 또, 상기 노(10)는 PC 등과 전기적으로 연결하여 플라즈마(PS) 및 전원 공급 상태를 실시간으로 측정함으로써, 질화 공정을 전반적으로 제어할 수 있도록 한다.In addition, an upper portion of the furnace 10 is provided with a gas injection unit 40 for introducing a working gas into the gas pipe 30 to be described later, the furnace 10 between the gas injection unit 40 and the furnace 10. Baratron gauge (G) for maintaining and measuring the degree of vacuum inside, and a throttle valve (Thv) for adjusting the amount of gas to be injected into the furnace (10), respectively. In addition, the furnace 10 is electrically connected to a PC or the like to measure the plasma (PS) and the power supply state in real time, thereby allowing overall control of the nitriding process.

그리고, 상기 노(10)의 중앙 내부에는 플레이트(25)를 설치하고, 상기 플레이트(25) 상부에 질화 처리하고자 하는 다수의 스테인리스 스틸(P)을 다단으로 구비한다. 또한, 상기 스테인리스 스틸(P) 외부에는 스테인리스 스틸(P)을 커버하도록 스크린망(20)을 설치하게 되는데, 상기 스크린망(20)은 상부스크린망(20a)과 복수(본 발명에서는 2개를 적용)의 측부스크린망(20b)으로 분리 설치하여 각각의 스크린망(20)에 전원장치(50)로부터 DC 전원의 공급이 가능하도록 한다. In addition, a plate 25 is installed inside the center of the furnace 10, and a plurality of stainless steels P to be nitrided are provided on the plate 25 in multiple stages. In addition, the outside of the stainless steel (P) is provided with a screen net 20 to cover the stainless steel (P), the screen net 20 is the upper screen net 20a and a plurality (in the present invention two) It is possible to supply DC power from the power supply device 50 to each screen net 20 by installing separately by the side screen net 20b.

이러한, 상기 스크린망(20)은 금속재로 형성하여 음극전원을 띄도록 함으로써, 상기 스크린망(20)에 플라즈마(PS)를 생성시킬 수 있도록 한다. 그리고, 상기 스크린망(20) 외부에는 산화 및 환원성 기체와 질화반응가스가 투입되는 나선형의 가스관(30)을 설치하되, 상기 가스관(30)에는 다수의 가스홀(35)을 형성한다. 또한, 상기 가스관(30)은 노(10) 외부의 가스투입부(40)와 연결되어 가스를 공급받는다.The screen net 20 is formed of a metal material so that the cathode power is applied to generate the plasma PS in the screen net 20. The outside of the screen network 20 is provided with a spiral gas pipe 30 into which oxidative and reducible gas and nitriding reaction gas are injected, and a plurality of gas holes 35 are formed in the gas pipe 30. In addition, the gas pipe 30 is connected to the gas inlet 40 outside the furnace 10 to receive gas.

계속해서, 표면 활성화공정(S20)은 스테인리스 스틸(P) 외부에 설치된 스크린망(20)에 플라즈마(PS)를 생성시킨 후, 산화 및 환원성 기체를 스크린망(20) 외부의 가스관(30)을 통해 상기 플라즈마(PS)에 통과시켜 스테인리스 스틸(P) 표면의 잔류가스 및 불순물을 제거하는 공정으로, 상기한 표면 활성화공정(S20)은 3단계를 거쳐 전처리된다.Subsequently, the surface activation step S20 generates plasma PS in the screen net 20 installed outside the stainless steel P, and then oxidizes and reduces gas to the gas pipe 30 outside the screen net 20. Pass through the plasma (PS) to remove the residual gas and impurities on the surface of the stainless steel (P), the surface activation step (S20) is pre-treated in three steps.

즉, 상기 표면 활성화공정(S20)은 균질화 처리단계, 산화 처리단계 , 환원 처리단계를 거쳐 전처리되는 것이다.In other words, the surface activation step (S20) is a pretreatment through a homogenization treatment step, an oxidation treatment step, a reduction treatment step.

이러한, 상기 표면 활성화공정(S20)을 도 3을 통하여 설명하면, 먼저 균질화 처리단계는 노(10)내의 온도를 1×10-2 Torr의 진공 압력에서 산화 온도까지 상승시킨 후, 스테인리스 스틸(P)의 표면을 5~10분간 균질화 처리한다.Such a surface activation step (S20) will be described with reference to FIG. 3. First, in the homogenization treatment step, the temperature in the furnace 10 is raised to an oxidation temperature at a vacuum pressure of 1 × 10 −2 Torr, followed by stainless steel (P). Homogenize the surface of) for 5-10 minutes.

그리고, 산화 처리단계는 상기 스테인리스 스틸(P)의 표면을 균질화 처리한 이후 즉시 10~30분간 산화성 기체(일예:아산화질소(N20))를 이용하여 산화 처리하게 된다. 또한, 환원 처리단계는 노(10) 내의 온도를 질화 온도까지 상승시킨 후, 산화 처리한 상기 스테인리스 스틸(P)의 표면을 10~30분간 환원성 기체(일예:수소(H2))를 이용하여 환원 처리하게 된다.In the oxidation treatment step, the surface of the stainless steel P is homogenized and immediately oxidized using an oxidizing gas (eg, nitrous oxide (N 2 O)) for 10 to 30 minutes. In addition, the reduction treatment step by raising the temperature in the furnace 10 to the nitriding temperature, using a reducing gas (for example, hydrogen (H 2 )) for 10 to 30 minutes on the surface of the oxidation-treated stainless steel (P). Reduction treatment.

여기서, 상기 산화 환원성 기체는 아산화질소(N20)나 물(H2O) 이외에도 공기를 적용할 수도 있으며, 동일한 역할을 하는 활성화 가스로서 삼플루오르질소(NF3) 등을 사용할 수도 있다.Here, the redox gas may be applied to air other than nitrous oxide (N 2 O) or water (H 2 O), and nitrogen trifluoride (NF 3 ) or the like may be used as an activating gas having the same role.

한편, 질화층 형성공정(S30)은 상기 표면 활성화공정(S20)을 거친 스테인리스 스틸(P)에 질화반응가스를 투입하여 질화 처리하는 것으로, 상기 질화반응가스는 가스관(30)을 통해 스크린망(20)에 생성된 플라즈마(PS)를 통과시키게 된다.On the other hand, the nitride layer forming step (S30) is a nitriding treatment by injecting a nitriding reaction gas into the stainless steel (P) through the surface activation step (S20), the nitriding reaction gas through the gas pipe 30 screen screen ( It is to pass the plasma (PS) generated in 20).

이때, 상기 질화층 형성공정(S30)에서는 450℃ 이하의 온도로 스테인리스 스틸(P)을 질화 처리하게 되는데, 그 이유는 500℃ 이상에서 질화 처리를 수행하는 경우 스테인리스 스틸(P) 표면에 CrN이 석출되고, 석출된 CrN 층이 Cr2O3층을 파괴함으로써, 오스테나이트계 스테인리스 스틸(P)이 가지고 있었던 고유특징인 내식성이 없어져 쉽게 부식되거나 CrN 형성에 의해 쉽고 깨질 수 있기 때문이다.In this case, in the nitride layer forming process (S30), the stainless steel (P) is nitrided at a temperature of 450 ° C. or lower, because when the nitride is treated at 500 ° C. or higher, CrN is formed on the surface of the stainless steel (P). This is because the deposited and deposited CrN layer breaks the Cr 2 O 3 layer, thereby eliminating corrosion resistance, which is inherent in austenitic stainless steel (P), and is easily corroded or easily broken by CrN formation.

그리고, 상기한 질화반응가스는 질소와 수소와 질화촉진제를 첨가한 것이고, 상기 질화촉진제는 탄소(C)를 함유한 가스로써, 프로판(C3H8), 아세틸렌(C2H2), 메탄(CH4) 중 어느 하나를 사용하게 된다. 이 중에서 프로판(C3H8)을 사용하는 경우, 1.2wt%의 중량이 함유된 프로판(C3H8)을 사용하는 것이 적절하다.In addition, the above-mentioned nitriding reaction gas is nitrogen, hydrogen, and a nitriding accelerator, and the nitriding accelerator is a gas containing carbon (C), propane (C 3 H 8 ), acetylene (C 2 H 2 ), and methane. Any one of (CH 4 ) is used. Among them, it is appropriate to use a propane (C 3 H 8) propane (C 3 H 8), containing 1.2wt% of the weight of the case of using a.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the present invention configured as described in detail as follows.

본 발명의 포스트 플라즈마를 이용한 질화방법을 통하여 오스테나이트계 스테인리스 스틸(P)(일례:STS303, 304, 310, 316)에 질화 처리를 하기 위해서는 먼저, 스테인리스 스틸(P)을 노(10) 내부에 장입한 이 후에, 노(10) 내부의 진공도를 진공펌프(Vp)를 이용하여 1×10-2 Torr로 유지시키고, 스크린망(20)에 4~8kW의 전력 을 공급하면서 노(10) 내부의 온도를 산화 온도인 450~500℃까지 승온시킴으로써, 스크린망(20)에 포스트 플라즈마(PS)를 발생시킨다.In order to nitrate austenitic stainless steel (P) (example: STS303, 304, 310, and 316) through a nitriding method using a post plasma of the present invention, first, stainless steel (P) is introduced into the furnace 10. After charging, the degree of vacuum inside the furnace 10 was maintained at 1 × 10 −2 Torr using a vacuum pump Vp, and the inside of the furnace 10 was supplied with power of 4 to 8 kW to the screen net 20. The temperature of is raised to 450-500 degreeC which is an oxidation temperature, and the post plasma PS is generated in the screen net 20.

이때, 스크린망(20)에 포스트 플라즈마(PS)를 발생시키고 30분 후에, 스테인리스 스틸(P)의 온도 변화를 측정한 결과, 도 3a와 같이 최고온도는 566℃이고, 최저온도 556℃로써 상, 하, 좌, 우에 각각 배치된 시편(스테인리스 스틸)(P)의 온도가 대략적으로 560±5℃를 유지하는 것으로 나타났다.At this time, after 30 minutes after the post plasma (PS) is generated in the screen net 20, the temperature change of the stainless steel (P) was measured, as shown in Figure 3a, the maximum temperature is 566 ℃, the minimum temperature is 556 ℃ It was shown that the temperature of the specimens (stainless steel) P disposed on the lower, left, and right sides was approximately 560 ± 5 ° C.

반면, 첨부 도면 도 3b는 스크린망(20)에 포스트 플라즈마(PS)를 생성시키지 않은 상태의 노(10) 내부의 구조를 도시한 것으로, 히터(H)만을 이용해 노(10) 내부를 승온시킨 후 스테인리스 스틸(P)의 온도 변화를 측정한 결과, 최고온도 547℃에서 최저온도 509℃로 30℃ 이상의 온도 차이가 났고, 상, 하, 좌, 우에 배치된 스테인리스 스틸(P)의 온도 차이 역시 심하게 나타났다.On the other hand, Figure 3b is a diagram showing the structure of the furnace 10 in a state in which the post-plasma PS is not generated in the screen net 20, by heating the inside of the furnace 10 using only the heater (H). As a result of measuring the temperature change of the stainless steel (P), there was a temperature difference of more than 30 ° C from the highest temperature of 547 ° C to the lowest temperature of 509 ° C. It appeared badly.

이는, 포스트 플라즈마(PS)가 형성된 스크린망(20)이 외부로의 열 방출을 최소로 하고 포스트 플라즈마(PS)에 의해 이온화되어 에너지가 높은 라디칼 입자들이 스크린망(20) 내부에서 활발히 활동하여 온도 균일도를 높여주기 때문임을 확인할 수 있다.This is because the screen net 20 on which the post plasma PS is formed minimizes the heat dissipation to the outside and is ionized by the post plasma PS such that radical particles having high energy are actively active inside the screen net 20 so that the temperature is increased. It can be confirmed that it increases the uniformity.

이와 같은 현상 이 외에도 상기한 포스트 플라즈마(PS)의 생성으로 인해 스크린망(20) 내부의 이온 밀도가 높아지게 됨으로써, 낮은 바이어스 전압에 의해서 시편에 플라즈마(PS)를 형성하는 것이 가능하게 된다.In addition to the above phenomenon, since the ion plasma density of the inside of the screen network 20 is increased due to the generation of the post plasma PS, the plasma PS can be formed on the specimen by the low bias voltage.

즉, 포스트 플라즈마(PS)가 생성되지 않은 시편의 경우에는 플라즈마(PS)를 생성하기 위해서 4torr의 압력과 10kW 이상의 높은 바이어스 전압이 필요하나, 포 스트 플라즈마(PS)가 생성된 시편의 경우에는 1kW 이하의 낮은 바이어스 전압에 의해서도 시편에 균일한 플라즈마(PS)를 형성할 수 있는 것이다.That is, in the case of the specimen without the post plasma PS, a pressure of 4 torr and a high bias voltage of 10 kW or more are required to generate the plasma PS, but in the case of the specimen in which the post plasma PS is generated, 1 kW Uniform plasma PS can be formed on the specimen even with the following low bias voltage.

이처럼, 낮은 바이어스 전압에 의한 질화 처리의 장점은 높은 바이어스 전압에 의해 행해지는 질화에서 발생할 수 있는 아킹의 위험을 방지하고, 높이에 의한 전력 편차에 따른 질화 품질의 불균일성 등을 최소화시킬 수 있다는 데 있다.As such, the advantage of the nitriding treatment with a low bias voltage is to prevent the risk of arcing that may occur in the nitriding performed by the high bias voltage, and to minimize the nonuniformity of the nitriding quality due to the power variation due to the height. .

한편, 전술한 바와 같이 스크린망(20)에 포스트 플라즈마(PS)를 생성한 이 후에는, 5~10분간 스테인리스 스틸(P)의 표면을 균질화 처리한다. 그리고, 가스홀(35)에서 유입되는 산화성 기체(일예:N2O)를 스크린망(20)에 생성된 포스트 플라즈마(PS)에 통과시켜 스테인리스 스틸(P)의 표면을 10~30분간 산화 처리(S12)한다.On the other hand, after generating the post plasma PS in the screen net 20 as mentioned above, the surface of the stainless steel P is homogenized for 5 to 10 minutes. Then, the oxidizing gas (for example, N 2 O) flowing from the gas hole 35 is passed through the post plasma PS generated in the screen net 20 to oxidize the surface of the stainless steel P for 10 to 30 minutes. (S12).

상기 산화 처리 이후에, 가스홀(35)에서 유입되는 환원성 기체(일예:H2)를 스크린망(20)에 생성된 플라즈마(PS)에 통과시켜 시편(P)의 표면을 10~30분간 환원 처리함으로써, 시편(P)의 표면 활성화공정(S20)의 수행을 마치게 된다.After the oxidation treatment, the reducing gas (for example, H 2 ) flowing from the gas hole 35 is passed through the plasma PS generated in the screen network 20 to reduce the surface of the specimen P for 10 to 30 minutes. By the treatment, the surface activation step (S20) of the specimen P is completed.

이처럼, 표면 활성화공정(S20)을 거친 스테인리스 스틸(P)의 표면은 매우 두껍고 균일하게 형성된다. 따라서, 산화 및 환원성 기체를 이용한 간단한 표면 활성화공정(S20)을 통해 시편(P)의 표면층의 잔류가스 및 불순물을 제거하여 시편(P)의 표면 반응성을 높이게 됨으로써, 질화의 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.As such, the surface of the stainless steel (P) having undergone the surface activation process (S20) is formed very thick and uniform. Therefore, by removing the residual gas and impurities in the surface layer of the specimen (P) through a simple surface activation process (S20) using an oxidizing and reducing gas to increase the surface reactivity of the specimen (P), it is possible to improve the performance of the nitriding will be.

한편, 상기한 표면 활성화공정(S20) 이후에는 노(10)내의 온도를 450℃ 이내로 유지시킨 상태에서 노(10) 내의 압력을 1∼5torr로 한 후, 질화반응가스를 스크린망(20)에 생성된 플라즈마(PS)에 통과시켜 약 2∼8시간 가량 시편(P)의 질화층 형성공정(S30)을 수행하게 된다.On the other hand, after the surface activation step (S20) described above, the pressure in the furnace 10 is set to 1-5torr while the temperature in the furnace 10 is maintained within 450 ° C, and the nitriding reaction gas is transferred to the screen net 20. By passing through the generated plasma (PS) to perform the nitride layer forming process (S30) of the specimen (P) for about 2 to 8 hours.

한편, 상기 질화층 형성공정(S30)을 마치게 되면 노(10) 내부의 온도를 떨어뜨리는 냉각공정(S40)을 거치게 됨으로써, 시편(P)의 질화 처리를 완성하게 되는 것이다. 여기서, 질화반응가스의 질화촉진제로 사용되는 탄소 함유가스는 질화시에 강내의 질소 확산 속도를 촉진시키는 역할을 하게 됨으로써, 질화 처리속도를 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다.On the other hand, when the nitride layer forming step (S30) is completed, the cooling step (S40) for reducing the temperature inside the furnace 10 is to be completed, thereby completing the nitriding treatment of the specimen (P). Here, the carbon-containing gas used as the nitriding accelerator of the nitriding reaction gas serves to promote the rate of nitrogen diffusion in the steel during nitriding, thereby significantly increasing the nitriding treatment rate.

이때, 상기한 질화층 형성공정(S30)에서는 질화의 온도를 450℃ 이내로 유지하는 것이 중요한데, 이는 CrN이 석출되는 것을 방지하기 위함이다. 이처럼, 낮은 온도에서 CrN 석출물의 생성 없이 만들어진 과포화 조직을 S-phase(supersaturated or expanded austenite γN)라 하는데, 첨부 도면 도 4에서 S-phase 질화된 시편과 CrN이 형성된 질화 시편의 실험 사진을 각각 나타내었다.At this time, in the nitride layer forming process (S30) it is important to maintain the temperature of the nitriding within 450 ℃, this is to prevent the precipitation of CrN. As such, the supersaturated tissue made without the formation of CrN precipitates at low temperature is called S-phase (supersaturated or expanded austenite γ N ). In FIG. 4, experimental photographs of S-phase nitrided specimens and CrN-nitride specimens are shown. Indicated.

상기한 실험 사진을 통해 S-phase 형성 시편의 경우에는 마블 용액에 장시간 유지 후에도 부식이 일어나지 않는 반면, CrN이 형성된 시편의 경우에는 마블 용액에 의해 쉽게 부식이 되어 검게 보이는 것을 확인할 수 있다.In the above experimental pictures, the S-phase forming specimens did not cause corrosion even after long-term maintenance in the marble solution, whereas in the case of CrN-formed specimens, it was easily corroded by the marble solution and thus appeared black.

한편, 도 5는 이온질화와 포스트 플라즈마를 이용하여 질화 처리된 스테인리스 스틸(P)의 균일도를 각각 비교한 사진으로, 450℃에서 이온질화 처리된 스테인리스 스틸(P)들의 경우 상, 하, 중심에 각각 위치되었던 시편들의 온도 편차가 컸고, 균일도 역시 18~22㎛로 그 편차가 크게 나타났다.On the other hand, Figure 5 is a photograph comparing the uniformity of the nitrided stainless steel (P) by using the ion nitriding and post plasma, respectively, in the case of stainless steel (P) ion nitride treatment at 450 ℃ in the upper, lower, center The temperature deviations of the specimens were large, and the uniformity was 18 ~ 22㎛.

반면, 포스트 플라즈마(PS) 질화 처리된 스테인리스 스틸(P)들의 경우에는 상, 하, 좌, 우 어느 위치의 것을 측정해 보아도 편차가 8~10㎛로 작게 나타나 높은 균일도를 보였으며, 특히 높이에 따른 균일도가 우수한 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in the case of post-plasma (PS) -nitrided stainless steel (P), even if the position of the upper, lower, left, and right were measured, the deviation was small as 8 ~ 10㎛, showing a high uniformity. It can be confirmed that the uniformity according to.

그리고, 도 6은 포스트 플라즈마(PS)를 이용하여 질화된 시편(SKD61)과 이온질화된 시편(SKD61)의 시편 균일도를 나타낸 사진으로, 포스트 플라즈마(PS)를 이용한 시편의 경우 시편 내, 외부와 중심 및 에지 부분이 균일한 질화층을 보여주는 것에 비해, 이온질화 시편의 경우에는 에지 부분의 높은 에너지 밀도에 의해 질화층 모양에서 차이를 발견할 수 있다.6 is a photograph showing the uniformity of specimens of the nitrided specimen (SKD61) and ionized specimen (SKD61) using the post plasma (PS), in the case of the specimen using the post plasma (PS) In the case of ion nitrided specimens, differences in the shape of the nitride layer can be found by the high energy density of the edge portion, whereas the center and edge portions show uniform nitride layers.

한편, 상기한 이온질화의 경우에는, 시편 자체에 형성된 플라즈마 글로우에 의해 질화 중에 계속적으로 스퍼터링이 발생하여 표면조도가 매우 나쁘게 된다.On the other hand, in the case of the ion nitriding described above, sputtering occurs continuously during nitriding due to plasma glow formed on the specimen itself, resulting in very poor surface roughness.

도 7은 SKD61종의 질화 처리 방법에 따른 각각의 표면 조도값을 정리한 표로써, 이온질화나 가스질화가 0.1 이상의 Ra값을 가진 데 비해, 포스트 플라즈마(PS) 질화를 이용한 질화 처리의 경우는 표면 조도값이 좋은 것으로 알려진 라디칼 질화의 표면 조도값(0.05)과 비교해서도 우수한 조도값(0.02)을 보이고 있다.FIG. 7 is a table listing surface roughness values according to the nitriding treatment methods of SKD 61 species. In the case of nitriding treatment using post plasma (PS) nitriding, the ion nitriding and gas nitriding have a Ra value of 0.1 or more. The surface roughness value (0.05) is also excellent compared with the surface roughness value (0.05) of radical nitridation which is known to have a good surface roughness value.

또한, 도 8의 S-phase 질화 처리된 STS316 시편들의 표면 SEM 사진을 비교하여도 기존 이온질화법이나 유럽의 ASN질화 기술을 통해 제조된 시편보다 우수한 표면 조도를 나타냄을 알 수 있다.In addition, even when comparing the SEM image of the surface of the S-316 nitrided STS316 specimen of Figure 8 it can be seen that the surface roughness is superior to the specimen prepared by conventional ion nitriding method or European ASN nitriding technology.

이처럼, 우수한 표면 조도값의 장점은 S-phase의 경화층이 10㎛정도로 얇기 때문에 제품의 특성상 0.1㎛이하의 조도를 원하는 경우, 이온질화 방법으로는 불가능한 데 비해, 포스트 플라즈마(PS) 질화기술은 가능하다는 것이다.As such, the advantage of excellent surface roughness value is that since the hardened layer of S-phase is about 10㎛ thin, if you want roughness less than 0.1㎛ due to the characteristics of the product, it is impossible by ion nitriding method. It is possible.

한편, 도 9는 S-phase 질화된 시편의 경도 프로파일을 보인 그래프선도로써, 표면 경도는 800~900Hv0.025 정도로 매우 낮고, 낮은 온도에서 처리되기 때문에 형성층의 깊이도 15㎛로 얇다.On the other hand, Figure 9 is a graph showing the hardness profile of the S-phase nitrided specimen, the surface hardness is very low, such as 800 ~ 900 Hv0.025, because the depth of the formed layer is thin as 15㎛ because it is processed at a low temperature.

반면, CrN층이 형성되는 경우에는 시편의 경도값이 1400~1600Hv0.025 정도로 높고, 450℃이상에서 처리되기 때문에 처리시간에 따라 100㎛이상까지도 형성 가능하다. 그러나, CrN층이 형성되는 경우에는 매우 취약한 성질을 갖게 되어, 작은 충격에도 쉽게 부러지거나 깨지게 되고, 내마모 특성도 좋지 않게 나타난다.On the other hand, when the CrN layer is formed, the hardness value of the specimen is high as about 1400 ~ 1600Hv0.025, and can be formed up to 100 μm or more depending on the treatment time since it is treated at 450 ° C. or more. However, when the CrN layer is formed, it has a very weak property, easily broken or broken even with a small impact, and wear resistance is also poor.

이에 도 10에서 S-phase 질화 처리된 시편과 질화 처리되지 않은 시편의 내마모성을 2N, 5N, 10N의 하중을 가하여 각각 실험 및 비교하였는 바, 이를 통해서도 S-phase 질화 처리된 시편이 질화 처리되지 않은 시편에 비해 내마모성이 크게 향상된 것을 알 수 있다.Accordingly, in FIG. 10, the wear resistance of the S-phase nitrided and unnitrided specimens was tested and compared with the loads of 2N, 5N, and 10N, respectively, and the S-phase nitrided specimens were not nitrided. It can be seen that the wear resistance is significantly improved compared to the specimen.

또한, 도 11은 S-phase 질화 처리된 시편과 질화 처리되지 않은 시편의 부식 특성을 비교한 그래프 선도로써, S-phase 질화 처리된 시편이 질화 처리되지 않은 시편에 비해 내식성이 향상되었음을 확인할 수 있다.In addition, FIG. 11 is a graph diagram comparing the corrosion characteristics of the S-phase nitrided specimen and the non-nitrided specimen, and it can be seen that the corrosion resistance of the S-phase nitrided specimen is improved compared to the non-nitrided specimen. .

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.On the other hand, the present invention has been described in detail only with respect to the specific examples described above it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the technical scope of the present invention, it is natural that such variations and modifications belong to the appended claims. .

이상에서와 같이 본 발명은, 포스트 플라즈마가 형성된 스크린망을 이용하여 질화처리함으로써, 스크린망을 통과한 반응 가스의 활성화를 통해 높은 이온 밀도 를 형성하게 되고, 이에 따라 시편(스테인리스 스틸)의 온도 균일도를 높여 시편의 편차를 줄이는 동시에 질화 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention forms a high ion density by activating the reaction gas that has passed through the screen net by using a screen net having a post plasma formed thereon, and thus the temperature uniformity of the specimen (stainless steel). Increasing it will reduce the deviation of the specimen and at the same time improve the nitriding performance.

더욱이, 상기와 같은 포스트 플라즈마에 의한 온도 균일도 상승 효과에 의해 낮은 온도와 적은 전력으로도 시편의 균일한 질화처리가 가능하다. 따라서, 고온 질화 처리시 스테인리스 스틸 표면에서 발생하는 CrN의 석출을 방지할 수 있어, 내식성을 유지한 상태로 질화처리를 할 수 있고, 이에 따라 스테인리스 스틸의 표면경도와 내마모성을 가일층 향상시킬 수 있는 효과도 있다.In addition, the uniform temperature treatment of the specimen is possible even at low temperature and low power due to the temperature uniformity increasing effect of the post plasma. Therefore, it is possible to prevent the precipitation of CrN generated on the surface of stainless steel during high temperature nitriding treatment, and to perform nitriding treatment while maintaining corrosion resistance, thereby further improving surface hardness and wear resistance of stainless steel. There is also.

뿐만 아니라, 기존 이온질화 공정과 같이 시편 자체에 플라즈마 글로우를 형성시켜 질화시키는 것이 아닌, 외부의 스크린망에 포스트플라즈마를 형성시켜 처리 시편에 직접 글로우를 가하지 않고 질화처리하게 됨으로써, 이온질화에서 발생하는 온도 불균일 문제와 시편에 글로우가 형성되면서 발생할 수 있는 아킹 및 에징 문제, 그리고 구멍이나 작은 간극에 질화가 불가능한 문제를 해소할 수 있는 효과도 있다.In addition, instead of forming a plasma glow on the specimen itself and nitriding it as in a conventional ion nitriding process, a post plasma is formed on an external screen network and nitrided without directly applying a glow to the treated specimen, thereby resulting in ion nitriding. It also has the effect of solving the problem of temperature unevenness, arcing and edging that can occur when the glow is formed on the specimen, and the problem that nitriding is impossible in the hole or small gap.

특히, 상기와 같이 시편에 직접 글로우를 가하지 않고 질화처리함으로써, 계속적인 스퍼터링이 발생하는 것을 방지하여 기존의 이온질화 뿐만 아니라 가스질화 및 라디칼질화와 같은 다른 질화공정과 비교했을 때에 보다 탁월하고 우수한 표면 조도를 보이는 효과도 있고, 이에 따라 연마 공정과 같은 후처리 공정이 불필요한 것이다.In particular, by nitriding without applying glow directly to the specimen as described above, it prevents the continuous sputtering to occur, which is more excellent and excellent surface compared to other nitriding processes such as gas nitriding and radical nitriding as well as conventional ion nitriding There is also an effect of showing the roughness, and thus a post-treatment step such as a polishing step is unnecessary.

게다가, 금속으로 된 스크린망이 시편 주위를 커버하고 히터를 사용하여 시편을 가열하므로, 에너지밀도와 온도균일도를 높이는 것은 물론 플라즈마를 통과한 활성 라디칼들이 질화에 곧바로 사용되어 질화의 효율성을 가일층 향상시킬 수 있는 효과도 있는 것이다.In addition, the metal screen net covers the specimen and uses a heater to heat the specimen, which not only increases energy density and temperature uniformity, but also enables active radicals that pass through the plasma to be used directly for nitriding, further enhancing the efficiency of the nitriding. There is also an effect.

Claims (1)

노 내부에 오스테나이트계 스테인리스 스틸을 장입 및 가열하는 경우 스테인리스 스틸 외부에서 발생된 플라즈마에 기체를 통과시켜 상기 스테인리스 스틸을 질화시키는 방법에 있어서,In the case of charging and heating austenitic stainless steel in the furnace, the method of nitriding the stainless steel by passing a gas through a plasma generated outside the stainless steel, 노(10) 내부의 분위기를 Ar과 H2의 혼합 기체로 유지시키고, 온도를 300~500℃로 가열한 후, 스크린망(20)에 4~8kW의 전력을 가해 포스트 플라즈마(PS)를 생성시키는 플라즈마 생성공정(S10)과;The atmosphere inside the furnace 10 is maintained with a mixed gas of Ar and H 2 , the temperature is heated to 300 to 500 ° C., and 4 to 8 kW of electric power is applied to the screen network 20 to generate a post plasma (PS). Plasma generating step (S10) and; 상기 포스트 플라즈마(PS)를 생성시킨 후, 산화 및 환원성 기체에 의해 스테인리스 스틸(P) 표면의 잔류가스 및 불순물을 제거하는 표면 활성화공정(S20)과;A surface activation step (S20) of generating the post plasma (PS) and then removing residual gas and impurities on the surface of the stainless steel (P) by oxidizing and reducing gas; 상기 표면 활성화공정(S20)을 거친 스테인리스 스틸(P)에 질화 반응가스를 투입하여 450℃이하의 온도에서 질화시키는 질화층 형성공정(S30)과;A nitride layer forming step (S30) of injecting a nitriding reaction gas into the stainless steel (P) having undergone the surface activation step (S20) and nitriding at a temperature of 450 ° C. or less; 상기 노(10) 내부의 온도를 떨어뜨려 질화층 형성공정(S30)을 거친 스테인리스 스틸(P)을 냉각시키는 냉각공정(S40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 포스트 플라즈마를 이용한 스테인리스 스틸 질화방법.And a cooling step (S40) of cooling the stainless steel (P) through the nitride layer forming step (S30) by lowering the temperature inside the furnace (10).
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