KR101506305B1 - 중공관 단위체로 구성된 음극을 포함하는 질화처리용 플라즈마 장치 및 그를 이용한 플라즈마 질화처리 방법 - Google Patents

중공관 단위체로 구성된 음극을 포함하는 질화처리용 플라즈마 장치 및 그를 이용한 플라즈마 질화처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 중공관 단위체로 구성되어, 균일한 플라즈마를 형성할 수 있고, 우수한 내구성을 가지는 음극 전극을 포함하는 질화처리용 플라즈마 장치를 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 장치는, 플라즈마가 형성되는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버 내에 위치하고, 질화 대상체가 안착되는 플레이트; 상기 플라즈마 챔버 내에 위치하고, 상기 플레이트를 이격하여 둘러싸고, 상기 플라즈마를 형성하고, 중공관 단위체(hollow tube)가 조립 결합된 음극 전극; 상기 플라즈마를 형성하도록, 상기 음극 전극에 음의 전압을 인가하는 전원; 및 상기 플라즈마 챔버 내에 상기 플라즈마를 형성하는 가스를 공급하는 가스 공급부;를 포함한다.

Description

중공관 단위체로 구성된 음극을 포함하는 질화처리용 플라즈마 장치 및 그를 이용한 플라즈마 질화처리 방법{Plasma apparatus for nitridation having hollow tube units and method of plasma nitridation using the same}
본 발명의 기술적 사상은 플라즈마 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 중공관 단위체로 구성된 음극을 포함하는 질화처리용 플라즈마 장치 및 그를 이용한 플라즈마 질화처리 방법에 관한 것이다.
자동차, 조선 등의 수송, 기계부품 및 발전소, 해양플랜트 설비에 사용되는 많은 부품들은 경도, 내마모성과 같은 기계적 특성과 해수나 산성 분위기에서 장시간 동안 견딜 수 있는 내부식성이 요구되고 있다. 최근 들어 부품사업의 급속한 발전과 융복합화 됨에 따라 사용되는 부품들의 정밀도와 더욱 거친 환경에서도 견딜 수 있는 내구수명의 증대가 요구되고 있으며, 유럽, 미국 등의 환경규제에 따른 친환경 제조방법의 필요성이 증대되고 있다.
이러한 요구를 만족시키기 위해 부품 또는 제품에 실시되고 있는 표면처리기술은 주로 질소, 탄소, 붕소 등의 침입형 원소를 이용하여 모재 내부로 침투, 확산을 통한 높은 기계적 특성과 내부식성을 향상시켜 내구수명을 증대시키는 것이다. 이 중 질화 처리는 현재 산업분야에서 가장 많이 사용되는 표면 처리로서, 고체분말을 이용한 염욕 질화 방법 또는 암모니아 가스를 이용한 가스 질화 방법이 널리 사용되고 있다. 그러나, 이러한 질화 방법은 유독성 처리 물질을 사용하고 있어 폐수 및 유독가스가 발생되고, 처리시간이 길며, 처리 후 후가공이 필요한 단점을 가지고 있다.
반면, 진공 하에서 플라즈마를 이용한 이온 질화는 고순도의 질소가스를 이용함으로써, 폐수 및 유독가스의 배출이 없으며, 처리시간이 짧고, 물성제어가 용이한 장점이 있다. 하지만 기존의 이온질화는 질화 대상물에 높은 음극 전압을 인가하여 처리하기 때문에, 이온들의 충돌에 의한 스퍼터링 효과로 질화 대상물의 표면 조도가 크게 낮아지고, 질화 대상물의 모서리부 또는 오염 물질이 있는 부분에 이온이 밀집되어 아크가 발생되기 쉽고 이에 따라 상기 아크로 인한 외형 손상이 발생할 수 있다. 또한 좁은 수로 및 구멍의 경우 공음극효과(Hollow Cathode Discharge, HCD)효과에 의해 질화 대상물의 내부는 처리되지 못하고, 국부적인 열발생으로 질화 대상물의 특성이 불균일하게 되는 문제점이 있다.
최근에는, 음극 전압을 질화 대상물이 아닌 철망으로 로 구성된 플레이트 또는 타공판으로 구성된 플레이트에 높은 음극전압을 인가하여 발생된 플라즈마를 이용한 이온 질화법의 개발되었다. 이러한 이온 질화법은 스퍼터링에 의한 표면조도 감조, 아크에 의한 질화 대상물의 표면 손상을 감소시킬 수 있고, 또한 복잡한 형상의 질화 대상물의 질화처리가 가능하게 되었다.
그러나, 철망으로 구성된 플레이트의 경우에는, 상기 철망의 선과 선사이의 간격이 일정하지 않아 플라즈마 밀도가 불균일하게 되고, 스퍼터링에 의하여 상기 철망이 식각되어 작은 충격에도 쉽게 파손되며, 인가 전압이나 보조 가열장치에 의한 열변형이 발생되는 한계가 있다.
또한, 타공판으로 구성된 플레이트는, 타공시 발생된 가공 응력에 의한 변형 또는 보조가열장치에 의한 열변형이 크게 발생하여, 외형이 쉽게 변형 또는 손상되므로, 플라즈마 처리시 이온 밀도가 불균일하게되고 변형 또는 손상된 부분이 국부적으로 가열되어, 변형이나 손상 정도가 커지는 한계가 있다.
앞으로 급속한 산업발전에 의하여, 사용되는 부품들의 허용 조건이 더욱 까다로워지고 있으며, 부품 특성 향상과 내구 수명의 증대뿐만 아니라 고정밀도의 표면처리 기술의 필요성이 증가됨에 따라 이를 만족시킬 수 있는 표면처리 기술의 개발이 시급하게 요구된다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 중공관 단위체로 구성되어, 균일한 플라즈마를 형성할 수 있고, 우수한 내구성을 가지는 음극 전극을 포함하는 질화처리용 플라즈마 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 질화처리용 플라즈마 장치를 이용한 플라즈마 질화처리 방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 질화처리용 플라즈마 장치는, 플라즈마가 형성되는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버 내에 위치하고, 질화 대상체가 안착되는 플레이트; 상기 플라즈마 챔버 내에 위치하고, 상기 플레이트를 이격하여 둘러싸고, 상기 플라즈마를 형성하고, 중공관 단위체(hollow tube)가 조립 결합된 음극 전극; 상기 플라즈마를 형성하도록, 상기 음극 전극에 음의 전압을 인가하는 전원; 및 상기 플라즈마 챔버 내에 상기 플라즈마를 형성하는 가스를 공급하는 가스 공급부;를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 음극 전극은, 상기 플레이트로부터 측 방향으로 이격되어, 상기 플레이트를 둘러싸는 측벽 요소; 및 상기 플레이트로부터 상측 방향으로 이격되어, 상기 플레이트의 상측을 덮는 덮개 요소;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 음극 전극은 원기둥 형상 또는 다각형 기둥 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 중공관 단위체는, 원기둥 형상 또는 다각형 기둥 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 중공관 단위체는, 1 mm 내지 5 mm 범위의 두께 및 5 mm 내지 100 mm 범위의 길이를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 중공관 단위체는, 5 mm 내지 50 mm 범위의 직경, 변, 또는 최대 대각 길이의 크기를 가지는 내부 중공이 형성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 중공관 단위체는, 형성된 내부 중공의 직경, 변, 또는 최대 대각 길이의 크기에 대하여 1 배 내지 20 배 범위의 길이를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 플레이트에 연결되고, 상기 플레이트에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전원;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 플라즈마 챔버에 연결되어, 상기 플라즈마 챔버 내부를 진공으로 형성하는 진공 형성부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 음극 전극의 외측에 위치하고, 상기 플라즈마 챔버 내부를 가열하여, 상기 가스를 활성화하는 가열 부재;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 음극 전극의 외측에 위치하고, 상기 플라즈마로부터 상기 플라즈마 챔버를 보호하는 쉴드 부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 플라즈마 질화처리 방법은, 플레이트 및 중공관 단위체가 조립 결합된 음극 전극을 포함하는 플라즈마 챔버를 제공하는 단계; 상기 플레이트 상에 질화 대상체를 안착시키는 단계; 및 상기 음극 전극에 의하여 발생된 플라즈마를 이용하여, 상기 질화 대상체를 질화처리하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 음극 전극에 의하여 발생된 플라즈마를 이용하여, 상기 질화 대상체를 질화처리하는 단계는, 상기 플라즈마 챔버 내부를 가열하는 단계; 상기 플라즈마 챔버 내부에 수소와 질소의 혼합 가스를 인입시키는 단계; 및 상기 음극 전극에 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시켜, 상기 질화 대상체를 질화처리하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 질화 대상체를 안착시키는 단계를 수행한 후에 및 상기 질화 대상체를 질화처리하는 단계를 수행하기 전에, 상기 플라즈마 챔버를 진공처리하여 산화성 가스를 제거하는 단계; 및 상기 음극 전극에 의하여 발생된 플라즈마를 이용하여, 상기 질화 대상체의 표면을 세정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 음극 전극에 의하여 발생된 플라즈마를 이용하여, 상기 질화 대상체의 표면을 세정하는 단계는, 상기 플라즈마 챔버 내부를 가열하는 단계; 상기 플라즈마 챔버 내부에 수소와 아르곤의 혼합 가스를 인입시키는 단계; 및 상기 음극 전극에 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시켜, 상기 질화 대상체의 표면을 세정하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 질화처리용 플라즈마 장치 및 이를 이용한 질화처리방법은 중공관 단위체들이 조립결합된 음극 전극을 포함한다.
음극 전극이 중공이 형성된 중공관 단위체로 구성됨에 따라, 인가된 전압에 의하여 이끌려온 전자들이 상기 중공 내에 갇히게 될 수 있고, 이러한 전자들에는 더 많은 진동이 발생될 수 있고, 이에 따라 더 높은 이온화율을 달성할 수 있다. 이와 같이 발생된 질소 이온에 의하여 질화 처리된 일반강들의 경도와 내마모 특성, 내부식 특성을 형상시킬 수 있고, 상기 질소 이온에 의하여 질화 처리된 스테인레스 강은 내부식 특성의 감소없이 기계적 특성이 향상될 수 있다.
상기 중공관 단위체들이 충분한 두께를 가짐으로서, 음극 전극 형성시의 가공 변형이나 플라즈마 처리 중의 열변형을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 높은 이온 발생율에 따른 고밀도 및 고균일성의 플라즈마를 유지할 수 있다. 또한, 질화 대상체에 직접적으로 고전압을 인가하지 않으므로, 처리물의 모서리 부 등에서 발생될 수 있는 아크 발생을 감소시킬 수 있다.
이러한 고밀도, 고균일성 플라즈마를 이용하여 처리된 질화 대상체는 플라즈마에 의한 표면 손상이 최소화될 수 있으므로, 더 균일한 표면 조도를 가질 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화처리용 플라즈마 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1의 음극 전극을 도시하는 개략도들이다.
도 5 내지 도 8는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1의 음극 전극을 구성하는 중공관 단위체를 도시하는 개략도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화처리용 플라즈마 장치를 이용하여 수행하는 플라즈마 질화처리 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 10은 도 9의 플라즈마 질화처리 방법 중의 세정 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 11은 도 9의 플라즈마 질화처리 방법 중의 질화처리 단계를 도시하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 명세서에서 질화처리는 질화 대상체의 표면 또는 표면 내로 질소 원자를 침투시켜, 질화 대상체를 개질하는 것을 의미할 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 종류의 가스를 이용하여 플라즈마 처리로서 물질의 특성을 변경하는 경우를 모두 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화처리용 플라즈마 장치(100)를 도시하는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 질화처리용 플라즈마 장치(100)는, 플라즈마 챔버(110), 접지(112), 플레이트(120), 음극 전극(130), 전원(140), 가스 공급부(150), 진공 형성부(160), 가열 부재(170), 및 쉴드 부재(180)를 포함한다.
플라즈마 챔버(110)는 플라즈마가 형성되는 공간을 제공할 수 있다. 플라즈마 챔버(110) 내에는 질화 대상체(190)가 장입되고, 질화 대상체(190)가 플라즈마 처리될 수 있다. 플라즈마 챔버(110)는, 금속으로 형성될 수 있고, 예를 들어 스틸(steel), 스테인레스 스틸(stainless steel), 알루미늄 등으로 구성될 수 있다. 플라즈마 챔버(110)는 접지(112)와 연결될 수 있고, 이에 따라 양극 전극으로서 기능할 수 있다.
플레이트(120)는 플라즈마 챔버(110) 내부에 위치할 수 있고, 예를 들어 플라즈마 챔버(110) 내부의 하측 부분에 위치할 수 있다. 플레이트(120)는, 예를 들어 도전물로 형성될 수 있고, 예를 들어 스테인레스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 또는 탄소를 포함할 수 있다. 플레이트(120)는 질화 대상체(190)가 안착되는 평판 형상을 가질 수 있다.
음극 전극(130)은 플라즈마 챔버(110) 내부에 위치할 수 있다. 음극 전극(130)은 플레이트(120)를 이격하여 둘러싸도록 위치할 수 있다. 음극 전극(130)에는 음의 전압이 인가될 수 있고, 이에 따라 양극 전극의 기능을 수행하는 플라즈마 챔버(110)와 함께 플라즈마를 형성할 수 있다. 음극 전극(130)은, 예를 들어 도전물로 형성될 수 있고, 예를 들어 스테인레스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 또는 탄소를 포함할 수 있다.
음극 전극(130)은 플레이트(120)로부터 측 방향으로 이격되어 플레이트(120)를 둘러싸는 측벽 요소(131) 및 플레이트(120)로부터 상측 방향으로 이격되어 플레이트(120)의 상측을 덮는 덮개 요소(132)를 포함할 수 있다. 덮개 요소(132)는 측벽 요소(131)의 상측에 안착될 수 있다. 측벽 요소(131)는 원기둥 또는 다각형 기둥과 같은 기둥 형상을 가질 수 있고, 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 또한, 덮개 요소(132)는 선택적이며, 생략될 수 있다.
음극 전극(130)의 측벽 요소(131) 및 덮개 요소(132)는 중공관(hollow tube) 단위체(133)가 조립 결합되어 구성될 수 있다. 음극 전극(130)은 중공관 단위체(133)를 이용하여 플라즈마를 형성할 수 있다. 또한, 가스 공급부(150)로부터 공급되는 가스가 중공관 단위체(133)의 중공을 통과하여 플레이트(120)와 음극 전극(130) 사이에 도달할 수 있고, 이에 따라 상기 가스를 이용하여 플라즈마를 형성할 수 있다.
음극 전극(130)이 중공이 형성된 중공관 단위체(133)로 구성됨에 따라, 인가된 전압에 의하여 이끌려온 전자들이 상기 중공 내에 갇히게 될 수 있고, 이러한 전자들에는 더 많은 진동이 발생될 수 있고, 이에 따라 더 높은 이온화율을 달성할 수 있다. 이와 같이 발생된 질소 이온에 의하여 질화 처리된 일반강들의 경도와 내마모 특성, 내부식 특성을 형상시킬 수 있고, 상기 질소 이온에 의하여 질화 처리된 스테인레스 강은 내부식 특성의 감소없이 기계적 특성이 향상될 수 있다,
이러한 중공관 단위체(133)에 대하여는 도 5 내지 도 8을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
전원(140)으로부터 공급된 전력에 의하여, 플라즈마 챔버(110)와 음극 전극(130) 사이에 플라즈마가 발생할 수 있고, 이에 따라 질화 대상체(190)가 플라즈마 처리될 수 있다.
전원(140)은 플라즈마 챔버(110)의 외측에 설치될 수 있다. 전원(140)은 상기 플라즈마를 형성하도록, 음극 전극(130)에 음의 전압을 공급할 수 있다. 예를 들어, 전원(140)은 음극 전극(130)에 약 - 500 V 내지 약 - 2000 V의 전압을 인가할 수 있다. 이때에, 전원(140)은 플라즈마 챔버(110)에 연결될 수 있고, 플라즈마 챔버(110)는 접지(112)에 의하여 0 V의 전위를 가질 수 있다.
전원(140)으로부터 공급되는 전력은 직류 전력, 펄스(pulse) 전력 또는 교류 전력일 수 있다. 상기 전력이 교류 전력인 경우에는, 전원(140)은 직류/교류 변환기(AC/DC converter)를 더 포함할 수 있다. 전원(140)에 의하여 공급되는 전류, 전압, 크기 및 주파수 등은 다양하게 변화할 수 있다.
플레이트(120) 및 질화 대상체(190)는 양극을 나타내는 플라즈마 챔버(110)와 음극을 나타내는 음극 전극(130)과 절연되어, 부유 전위 하에서 질화 대상체(190)가 질화 처리될 수 있다.
경우에 따라서는, 질화 대상체(190)에 플라즈마를 유도하기 위하여, 질화 대상체(190)에 바이어스 전압을 공급할 필요가 있다. 이를 위하여, 질화처리용 플라즈마 장치(100)는 플레이트(120)에 연결되고, 플레이트(120)에 바이어스 전압을 공급하는 바이어스 전원(142)을 더 포함할 수 있다. 바이어스 전원(142)은 전원(140)과 별도의 장치이거나 또는 전원(140) 내에 포함되는 장치일 수 있다. 상기 바이어스 전압은 음의 전압일 수 있고, 음극 전극(130)에 인가되는 전압과 동일하거나 작을 수 있다.
가스 공급부(150)는 플라즈마 챔버(110) 내부에 상기 플라즈마를 형성하는 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급부(150)는 질소, 암모니아 등과 같은 질소 함유 가스와 같은 질화처리용 가스를 플라즈마 챔버(110) 내부에 공급할 수 있다. 또한, 가스 공급부(150)는 헬륨, 아르곤과 같은 불활성 가스를 플라즈마 챔버(110) 내부에 공급할 수 있다. 또한, 가스 공급부(150)는 수소와 같은 플라즈마 형성 가스를 플라즈마 챔버(110) 내부에 공급할 수 있다. 가스 공급부(150)는 가스 탱크, 파이프, 밸브 등으로 구성될 수 있다. 가스 공급부(150)로부터 공급되는 가스는 음극 전극(130)의 중공관 단위체(133) 들을 중공을 통과하여, 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 도 1에서는 가스 공급부(150)가 플라즈마 챔버(110)의 상측에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
가스 공급부(150)는 가스 공급관(152)을 통하여 플라즈마 챔버(110) 내부에 상기 플라즈마를 형성하는 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급관(152)은 다양한 갯수의 노즐을 가질 수 있다. 가스 공급관(152)은 가스를 전체적으로 균일한 유량으로 공급하기에 적절한 형상 및 배열을 가질 수 있다. 예를 들어, 가스 공급관(152)은 일자형 관과 반원 관이 조립되어 구불구불한 형상으로 구현되거나, 메쉬 형상으로 구현되거나, 원형 관들이 연결된 동심원 형상으로 구현되거나, 또는 노즐이 배열된 판형으로 구현될 수 있다.
진공 형성부(160)는 플라즈마 챔버(110)에 연결될 수 있고, 예를 들어 플라즈마 챔버(110)의 외측에 설치될 수 있다. 진공 형성부(160)는 플라즈마 챔버(110) 내부를 진공으로 형성할 수 있다. 진공 형성부(160)는, 예를 들어 진공 펌프로 구성될 수 있고, 원하는 진공의 정도에 따라 로터리 펌프 또는 확산 펌프 등으로 구성될 수 있다. 도 1에서는 진공 형성부(160)가 플라즈마 챔버(110)의 하측에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
가열 부재(170)는 플라즈마 챔버(110) 내부에 위치할 수 있다. 가열 부재(170)는 플라즈마 챔버(110) 내부를 가열하여 상기 플라즈마를 형성하는 가스를 활성화할 수 있고, 또한 질화 대상체(190)의 질화처리를 활성화하는 기능을 수행할 수 있다. 가열 부재(170)는 플라즈마 챔버(110)의 측면에 위치할 수 있고, 음극 전극(130)의 외측에 위치할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 가열 부재(170)는 플라즈마 챔버(110)의 상부에 더 위치할 수 있다. 그러나, 이러한 가열 부재(170)의 위치는 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 가열 부재(170)는 금속 열선, 세라믹 히터, 광학 히터 등으로 구성될 수 있다. 가열 부재(170)는 선택적(optionally)인 구성요소로서, 생략될 수 있다.
쉴드 부재(180)는 플라즈마 챔버(110) 내부에 위치할 수 있다. 쉴드 부재(180)는 플라즈마로부터 플라즈마 챔버(110)를 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마가 음극 전극(130)에 의하여 형성된 공간 내부에 국한하여 발생하도록 유도할 수 있다. 즉, 상기 플라즈마가 질화 대상체(190)를 덮도록, 상기 플라즈마의 발생 위치를 유도할 수 있다. 쉴드 부재(180)는 플라즈마 챔버(110)의 측면에 위치할 수 있고, 음극 전극(130)의 외측에 위치할 수 있고, 가열 부재(170)의 외측에 위치할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 쉴드 부재(180)는 플라즈마 챔버(110)의 상부에 더 위치할 수 있다. 그러나, 이러한 쉴드 부재(180)의 위치는 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 쉴드 부재(180)는 금속으로 구성될 수 있고, 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄 등으로 구성될 수 있다. 쉴드 부재(180)는 플라즈마 챔버(110)와 동일한 재질로 구성되거나 또는 다른 재질로 구성될 수 있다. 쉴드 부재(180)는 선택적(optionally)인 구성요소로서, 생략될 수 있다.
질화 대상체(190)는 질화 처리가 요구되는 대상체일 수 있고, 자동차, 배 등의 수송, 기계 부품 또는 발전소, 해양 플랜트에 사용되는 설비 부품 등 다양한 부품일 수 있다. 질화 대상체(190)는, 예를 들어 철계 금속 또는 비철 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 저합금강, 고합금강, 스테인레스 강, 알루미늄, 티타늄 등일 수 있다. 도 1의 질화 대상체(190)의 형상은 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1의 음극 전극(130)을 도시하는 개략도들이다.
도 2 내지 도 4에서, 도 1의 음극 전극(130)의 측벽 요소(131)가 도시되어 있고, 덮개 요소(132)는 생략되어 있다.
또한, 도 2 내지 도 4는 측벽 요소(131)의 전체적인 구조를 설명하기 위한 것이다. 따라서, 도 2 내지 도 4는에 도시된 측벽 요소(131a, 131b, 131b)는 중공관 단위체(133)가 적층되어 형성된 것이며, 상기 측벽 요소의 전체적인 구조를 용이하게 파악하고 간명한 설명을 위하여 중공관 단위체들 각각의 중공들 만을 도시하고, 중공관 단위체의 세부적인 도시는 생략하였다. 여기에서, 상기 중공의 위치는 상기 중공관 단위체의 적층 형상에 따라 위치와 배열이 변경될 수 있음을 유의한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 도 1의 음극 전극(130)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 음극 전극(130)의 측벽 요소는 다양한 형상을 가질 수 있고, 예를 들어 원기둥 형상 또는 다각형 기둥 형상을 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 음극 전극의 측벽 요소(131a)는 원기둥 형상을 가질 수 있다. 또한, 측벽 요소(131a)는 정원 기둥 형상 또는 타원 기둥 형상을 가질 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 음극 전극의 측벽 요소(131b)는 사각형 기둥 형상을 가질 수 있다. 또한, 측벽 요소(131b)는 정사각형 기둥 형상, 직사각형 기둥 형상, 마름모 기둥 형상, 평행사변형 기둥형상, 또는 사다리꼴 기둥 형상을 가질 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 음극 전극의 측벽 요소(131c)는 육각형 기둥 형상을 가질 수 있다. 또한, 측벽 요소(131c)는 정육각형 기둥 형상을 가질 수 있다.
도 2와 측벽 요소(131a)와 비교하면, 도 3의 측벽 요소(131b) 및 도 4의 측변 요소(131c)는 복수의 평판을 조립하여 구성할 수 있으므로, 파손 시에 일부 교체가 더 용이할 수 있다.
이러한 음극 전극(130)의 측벽 요소(131)의 형상은 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 측벽 요소(131)는 삼각형 기둥 형상이나 팔각형 기둥 형상과 같은 다양한 다각형 기둥 형상을 가질 수 있다. 또한, 측벽 요소(131)는 다각 뿔의 형상을 가지거나, 상측으로 좁아지거나 하측으로 좁아지는 트런케이티드(truncated) 기둥 형상을 가질 수 있다.
음극 전극(130)의 측벽 요소(131)의 크기는 플라즈마 챔버(110) 내부의 크기에 따라, 질화 대상체(190)의 크기에 따라, 플라즈마의 특성 요구 조건에 따라 다양하게 변화할 수 있다. 음극 전극(130)의 측벽 요소(131)의 두께는, 중공관 단위체(133)의 길이에 상응할 수 있고, 예를 들어 약 5 mm 내지 약 100 mm의 범위를 가질 수 있다.
도 5 내지 도 8는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1의 음극 전극(130)을 구성하는 중공관 단위체(133)를 도시하는 개략도들이다.
도 5 내지 도 8에서, 좌측 도면은 중공관 단위체들이 적층된 형태를 나타내고, 우측 도면은 하나의 중공관 단위체의 단면을 도시한다. 상기 중공관 단위체는 다양한 형상을 가질 수 있고, 예를 들어 원기둥 형상 또는 다각형 기둥 형상을 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 중공관 단위체(133a)는 원기둥 형상을 가질 수 있다. 중공관 단위체(133a)는 정원 기둥 형상 또는 타원 기둥 형상을 가질 수 있다. 중공관 단위체(133a)는 도 5에 도시된 바와 같이 또는 다른 방식으로 적층되어 조립 결합될 수 있다. 중공관 단위체(133a)는 약 1 mm 내지 약 5 mm 범위의 두께(T1) 및 약 5 mm 내지 약 100 mm 범위의 길이(L1)를 가질 수 있다. 중공관 단위체(133a)에는 약 5 mm 내지 약 50 mm 범위의 직경(D1)의 크기를 가지는 내부 중공이 형성될 수 있다. 중공관 단위체(133a)는 형성된 내부 중공의 직경(D1)의 크기에 대하여 약 1 배 내지 약 20 배 범위의 길이(L1)를 가질 수 있다.
도 6를 참조하면, 중공관 단위체(133b)는 삼각형 기둥 형상을 가질 수 있다. 중공관 단위체(133b)는 정삼각형 기둥 형상, 이등변 삼각형 기둥 형상, 또는 이와의 삼각형 기둥 형상을 가질 수 있다. 중공관 단위체(133b)는 도 6에 도시된 바와 같이 또는 다른 방식으로 적층되어 조립 결합될 수 있다. 중공관 단위체(133b)는 약 1 mm 내지 약 5 mm 범위의 두께(T2) 및 약 5 mm 내지 약 100 mm 범위의 길이(L2)를 가질 수 있다. 중공관 단위체(133b)에는 약 5 mm 내지 약 50 mm 범위의 일변(D2)의 크기를 가지는 내부 중공이 형성될 수 있다. 중공관 단위체(133b)는 형성된 내부 중공의 일변(D2)의 크기에 대하여 약 1 배 내지 약 20 배 범위의 길이(L2)를 가질 수 있다.
도 7를 참조하면, 중공관 단위체(133c)는 사각형 기둥 형상을 가질 수 있다. 중공관 단위체(133c)는 직사각형 기둥 형상, 마름모 기둥 형상, 평행사변형 기둥형상, 또는 사다리꼴 기둥 형상을 가질 수 있다. 중공관 단위체(133c)는 도 7에 도시된 바와 같이 또는 다른 방식으로 적층되어 조립 결합될 수 있다. 중공관 단위체(133c)는 약 1 mm 내지 약 5 mm 범위의 두께(T3) 및 약 5 mm 내지 약 100 mm 범위의 길이(L3)를 가질 수 있다. 중공관 단위체(133c)에는 약 5 mm 내지 약 50 mm 범위의 최대 대각 길이(D3)의 크기를 가지는 내부 중공이 형성될 수 있다. 중공관 단위체(133c)는 형성된 내부 중공의 직경(D3)의 크기에 대하여 약 1 배 내지 약 20 배 범위의 길이(L3)를 가질 수 있다.
도 8를 참조하면, 중공관 단위체(133d)는 육각형 기둥 형상을 가질 수 있다. 중공관 단위체(133d)는 정육각형 기둥 형상을 가질 수 있다. 중공관 단위체(133d)는 도 8에 도시된 바와 같이 또는 다른 방식으로 적층되어 조립 결합될 수 있다. 중공관 단위체(133d)는 약 1 mm 내지 약 5 mm 범위의 두께(T4) 및 약 5 mm 내지 약 100 mm 범위의 길이(L4)를 가질 수 있다. 중공관 단위체(133d)에는 약 5 mm 내지 약 50 mm 범위의 최대 대각 길이(D4)의 크기를 가지는 내부 중공이 형성될 수 있다. 중공관 단위체(133d)는 형성된 내부 중공의 직경(D4)의 크기에 대하여 약 1 배 내지 약 20 배 범위의 길이(L4)를 가질 수 있다.
도 5 내지 도 8의 중공관 단위체(133a, 133b, 133c, 133d)의 두께, 길이, 및 내부 중공의 직경과 같은 치수들은 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 치수들은 질화 대상체의 종류, 및 원하는 공정 조건에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화처리용 플라즈마 장치(100)를 이용하여 수행하는 플라즈마 질화처리 방법(S1)을 도시하는 흐름도이다. 도 10은 도 9의 플라즈마 질화처리 방법(S1) 중의 세정 단계(S40)를 도시하는 흐름도이다. 도 11은 도 9의 플라즈마 질화처리 방법(S1) 중의 질화처리 단계(S50)를 도시하는 흐름도이다. 하기의 설명에서 구성 요소의 부재번호들은 도 1 내지 도 8을 참조한다.
도 9를 참조하면, 플라즈마 질화처리 방법(S1)은, 플레이트(120) 및 중공관 단위체(133)가 조립 결합된 음극 전극(130)을 포함하는 플라즈마 챔버(110)를 제공하는 단계(S10); 플레이트(120) 상에 질화 대상체(190)를 안착시키는 단계(S20); 플라즈마 챔버(110)를 진공처리하여 산화성 가스를 제거하는 단계(S30); 음극 전극(130)에 의하여 발생된 플라즈마를 이용하여, 질화 대상체(190)의 표면을 세정하는 단계(S40); 및 음극 전극(130)에 의하여 발생된 플라즈마를 이용하여, 질화 대상체(190)를 질화처리하는 단계(S50);를 포함한다.
상기 플레이트(120) 및 중공관 단위체(133)가 조립 결합된 음극 전극(130)을 포함하는 플라즈마 챔버(110)를 제공하는 단계(S10)는, 도 1을 참조하여 설명한 플라즈마 챔버(110)를 제공할 수 있다. 음극 전극(130)은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 원기둥 형상 또는 다각형 기둥 형상을 가지는 측벽 요소를 포함할 수 있고, 플레이트(120)를 이격하어 둘러싸도록 위치할 수 있다. 중공관 단위체(133)는 조립 결합되어 상기 원기둥 형상 또는 상기 다각형 기둥 형상을 형성할 수 있고, 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명한 중공관 단위체들(133a, 133b, 133c, 133d) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 플레이트(120) 상에 질화 대상체(190)를 안착시키는 단계(S20)는, 질화 대상체(190)를 플라즈마 챔버(110) 내부에 장입하여, 플레이트(120) 상에 안착시킨다.
상기 플라즈마 챔버(110)를 진공처리하여 산화성 가스를 제거하는 단계(S30)는, 진공 형성부(160)를 이용하여 플라즈마 챔버(110) 내부를 약 10-3 Torr 내지 약 10-6 Torr 범위의 진공으로 형성시켜 구현할 수 있다. 상기 산화성 가스는 산소를 포함할 수 있다. 상기 단계(S30)는 질화 대상체(190) 및 플라즈마 챔버(110)의 원하지 않는 산화물 형성을 방지할 수 있다.
도 10을 참조하면, 음극 전극(130)에 의하여 발생된 플라즈마를 이용하여, 질화 대상체(190)의 표면을 세정하는 단계(S40)는, 플라즈마 챔버(110) 내부를 가열하는 단계(S41), 플라즈마 챔버(110) 내부에 수소와 아르곤의 혼합 가스를 인입시키는 단계(S42); 및 음극 전극(130)에 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시켜, 질화 대상체(190)의 표면을 세정하는 단계(S43);를 포함한다.
상기 플라즈마 챔버(110) 내부를 가열하는 단계(S41)는, 가열 부재(170)를 이용하여 구현할 수 있다. 플라즈마 챔버(110) 내부는 약 300℃ 내지 약 500℃ 범위의 온도로 가열할 수 있다. 이러한 가열에 의하여 플레이트(120), 음극 전극(130), 및 질화 대상체(190)도 상기 온도 범위로 가열될 수 있다.
상기 플라즈마 챔버(110) 내부에 수소와 아르곤의 혼합 가스를 인입시키는 단계(S42)는, 가스 공급부(150)를 이용하여 구현할 수 있다. 상기 수소와 아르곤의 혼합 가스는 약 1:9 내지 약 9:1 범위의 혼합비를 가질 수 있다. 이러한 혼합 가스의 인입에 따라 플라즈마 챔버(110) 내부는 약 10-1 Torr 내지 약 10-2 Torr의 진공도를 가질 수 있다. 상기 수소 가스는 상기 플라즈마를 발생시키는 가스이다. 그러나, 이는 예시적이며 플라즈마를 발생시킬 수 있는 어떠한 종류의 가스를 사용하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
상기 음극 전극(130)에 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시켜, 질화 대상체(190)의 표면을 세정하는 단계(S43)는, 전원(140)을 이용하여 구현할 수 있다. 음극 전극(130)에 약 - 500 V 내지 약 - 2000 V의 전압을 인가하여, 상기 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 상기 세정하는 단계(S43)는 약 30분 내지 약 2 시간 동안 수행될 수 있다. 또한, 플라즈마 챔버(110)는 쉴드 부재(180)에 의하여 플라즈마로부터 보호될 수 있다. 필요한 경우에는, 바이어스 전원(142)을 이용하여 플레이트(120)에 바이어스 전압을 더 인가할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 음극 전극(130)에 의하여 발생된 플라즈마를 이용하여, 질화 대상체(190)를 질화처리하는 단계(S50)는, 플라즈마 챔버(110) 내부를 가열하는 단계(S51), 플라즈마 챔버(110) 내부에 수소와 질소의 혼합 가스를 인입시키는 단계(S52); 및 음극 전극(130)에 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시켜, 질화 대상체(190)를 질화처리하는 단계(S53);를 포함한다.
상기 플라즈마 챔버(110) 내부를 가열하는 단계(S51)는, 가열 부재(170)를 이용하여 구현할 수 있다. 플라즈마 챔버(110) 내부는 약 300℃ 내지 약 500℃ 범위의 온도로 가열할 수 있다. 이러한 가열에 의하여 플레이트(120), 음극 전극(130), 및 질화 대상체(190)도 상기 온도 범위로 가열될 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 챔버(110) 내부를 가열하는 단계(S41)를 수행함에 따라, 플라즈마 챔버(110) 내부가 상기 온도 범위로 가열된 경우에는 본 단계는 생략될 수 있다.
상기 플라즈마 챔버(110) 내부에 수소와 질소의 혼합 가스를 인입시키는 단계(S52)는, 가스 공급부(150)를 이용하여 구현할 수 있다. 상기 수소와 질소의 혼합 가스는 약 1:9 내지 약 9:1 범위의 혼합비를 가질 수 있다. 이러한 혼합 가스의 인입에 따라 플라즈마 챔버(110) 내부는 약 10-1 Torr 내지 약 10-2 Torr의 진공도를 가질 수 있다. 상기 질소는 질소 및 암모니아 등과 같은 질소 함유 가스일 수 있다. 상기 수소 가스는 상기 플라즈마를 발생시키는 가스이고, 상기 질소 가스는 질화 대상체(190)의 질화처리를 위한 가스이다. 그러나, 이는 예시적이며 플라즈마를 발생시킬 수 있는 어떠한 종류의 가스를 사용하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
상기 음극 전극(130)에 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시켜, 질화 대상체(190)를 질화처리하는 단계(S53)는, 전원(140)을 이용하여 구현할 수 있다. 음극 전극(130)에 약 - 500 V 내지 약 - 10000 V의 전압을 인가하여, 상기 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 상기 질화처리하는 단계(S43)는 약 1 시간 내지 약 10 시간 동안 수행될 수 있다. 또한, 플라즈마 챔버(110)는 쉴드 부재(180)에 의하여 플라즈마로부터 보호될 수 있다. 필요한 경우에는, 바이어스 전원(142)을 이용하여 플레이트(120)에 바이어스 전압을 더 인가할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 질화처리용 플라즈마 장치 및 이를 이용한 질화처리방법은 중공관 단위체들이 조립결합된 음극 전극을 포함한다.
음극 전극이 중공이 형성된 중공관 단위체로 구성됨에 따라, 인가된 전압에 의하여 이끌려온 전자들이 상기 중공 내에 갇히게 될 수 있고, 이러한 전자들에는 더 많은 진동이 발생될 수 있고, 이에 따라 더 높은 이온화율을 달성할 수 있다. 이와 같이 발생된 질소 이온에 의하여 질화 처리된 일반강들의 경도와 내마모 특성, 내부식 특성을 형상시킬 수 있고, 상기 질소 이온에 의하여 질화 처리된 스테인레스 강은 내부식 특성의 감소없이 기계적 특성이 향상될 수 있다.
상기 중공관 단위체들이 충분한 두께를 가짐으로서, 음극 전극 형성시의 가공 변형이나 플라즈마 처리 중의 열변형을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 높은 이온 발생율에 따른 고밀도 및 고균일성의 플라즈마를 유지할 수 있다. 또한, 질화 대상체에 직접적으로 고전압을 인가하지 않으므로, 처리물의 모서리 등에서 발생될 수 있는 아크 발생을 감소시킬 수 있다.
이러한 고밀도, 고균일성 플라즈마를 이용하여 처리된 질화 대상체는 플라즈마에 의한 표면 손상이 최소화될 수 있으므로, 더 균일한 표면 조도를 가질 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 질화처리용 플라즈마 장치, 110: 플라즈마 챔버,
112: 접지, 120: 플레이트,
130: 음극 전극, 131, 131a, 131b, 131c: 측벽 요소,
132: 덮개 요소, 133, 133a, 133b, 133c, 133d: 중공관 단위체,
140: 전원, 142: 바이어스 전원,
150: 가스 공급부, 152: 가스 공급관,
160: 진공 형성부, 170: 가열 부재,
180: 쉴드 부재, 190: 질화 대상체,

Claims (15)

  1. 플라즈마가 형성되는 플라즈마 챔버;
    상기 플라즈마 챔버 내에 위치하고, 질화 대상체가 안착되는 플레이트;
    상기 플라즈마 챔버 내에 위치하고, 상기 플레이트를 이격하여 둘러싸고, 상기 플라즈마를 형성하고, 1mm 내지 5mm 범위의 두께 및 5mm 내지 100mm 범위의 길이를 가지는 중공관 단위체(hollow tube)가 적층된 형태로 조립 결합된 음극 전극;
    상기 플라즈마를 형성하도록, 상기 음극 전극에 음의 전압을 인가하는 전원; 및
    상기 플라즈마 챔버 내에 상기 플라즈마를 형성하는 가스를 공급하는 가스공급부;
    상기 음극 전극의 외측에 위치하고, 상기 플라즈마로부터 상기 플라즈마 챔버를 보호하는 쉴드 부재;
    를 포함하는, 질화처리용 플라즈마 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극 전극은,
    상기 플레이트로부터 측 방향으로 이격되어, 상기 플레이트를 둘러싸는 측벽 요소; 및
    상기 플레이트로부터 상측 방향으로 이격되어, 상기 플레이트의 상측을 덮는 덮개 요소;를 포함하는, 질화처리용 플라즈마 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극 전극은 원기둥 형상 또는 다각형 기둥 형상을 가지는, 질화처리용 플라즈마 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공관 단위체는, 원기둥 형상 또는 다각형 기둥 형상을 가지는, 질화처리용 플라즈마 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공관 단위체는, 5 mm 내지 50 mm 범위의 직경, 변, 또는 최대 대각 길이의 크기를 가지는 내부 중공이 형성된, 질화처리용 플라즈마 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공관 단위체는, 형성된 내부 중공의 직경, 변, 또는 최대 대각 길이의 크기에 대하여 1 배 내지 20 배 범위의 길이를 가지는, 질화처리용 플라즈마 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트에 연결되고, 상기 플레이트에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전원;
    을 더 포함하는, 질화처리용 플라즈마 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버에 연결되어, 상기 플라즈마 챔버 내부를 진공으로 형성하는 진공 형성부;
    를 더 포함하는, 질화처리용 플라즈마 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극 전극의 외측에 위치하고, 상기 플라즈마 챔버 내부를 가열하여, 상기 가스를 활성화하는 가열 부재;
    를 더 포함하는, 질화처리용 플라즈마 장치.
  11. 삭제
  12. 플레이트 및 중공관 단위체가 조립 결합된 음극 전극을 포함하는 청구항 1 내지 4, 6 내지 10 중 어느 한 항의 플라즈마 장치를 제공하는 단계;
    상기 플레이트 상에 질화 대상체를 안착시키는 단계; 및
    상기 음극 전극에 의하여 발생된 플라즈마를 이용하여, 상기 질화 대상체를 질화처리하는 단계;
    를 포함하는, 플라즈마 질화처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 음극 전극에 의하여 발생된 플라즈마를 이용하여, 상기 질화 대상체를 질화처리하는 단계는,
    상기 플라즈마 챔버 내부를 가열하는 단계;
    상기 플라즈마 챔버 내부에 수소와 질소의 혼합 가스를 인입시키는 단계; 및
    상기 음극 전극에 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시켜, 상기 질화 대상체를 질화처리하는 단계;
    를 포함하는, 플라즈마 질화처리 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 질화 대상체를 안착시키는 단계를 수행한 후에 및 상기 질화 대상체를 질화처리하는 단계를 수행하기 전에,
    상기 플라즈마 챔버를 진공처리하여 산화성 가스를 제거하는 단계; 및
    상기 음극 전극에 의하여 발생된 플라즈마를 이용하여, 상기 질화 대상체의 표면을 세정하는 단계;
    를 더 포함하는, 플라즈마 질화처리 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 음극 전극에 의하여 발생된 플라즈마를 이용하여, 상기 질화 대상체의 표면을 세정하는 단계는,
    상기 플라즈마 챔버 내부를 가열하는 단계;
    상기 플라즈마 챔버 내부에 수소와 아르곤의 혼합 가스를 인입시키는 단계; 및
    상기 음극 전극에 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시켜, 상기 질화 대상체의 표면을 세정하는 단계;
    를 포함하는, 플라즈마 질화처리 방법.
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