KR101589961B1 - Metal Surface Treatment Apparatus Having Treatment Gas Supply Module and Method Using the Same - Google Patents
Metal Surface Treatment Apparatus Having Treatment Gas Supply Module and Method Using the Same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101589961B1 KR101589961B1 KR1020140074893A KR20140074893A KR101589961B1 KR 101589961 B1 KR101589961 B1 KR 101589961B1 KR 1020140074893 A KR1020140074893 A KR 1020140074893A KR 20140074893 A KR20140074893 A KR 20140074893A KR 101589961 B1 KR101589961 B1 KR 101589961B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- reaction chamber
- target metal
- metal
- process gas
- surface treatment
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
Abstract
본 발명에 따른 처리가스 공급모듈을 포함하는 금속표면처리장치는, 표면 처리가 가능한 온도로 가열된 대상금속을 표면처리하는 금속표면처리장치에 있어서, 상기 대상금속의 외면 형상에 대응되는 형상으로 형성되고, 상기 대상금속의 외면으로부터 이격된 상태로 상기 대상금속의 적어도 일부를 수용하는 반응챔버 및 처리가스가 유동되는 유동부 및 상기 유동부와 연결되어 상기 처리가스를 배출하는 배출부를 포함하며, 상기 배출부는 상기 반응챔버에 연결되어 상기 반응챔버 내에 수용된 대상금속 측으로 처리가스를 공급하는 처리가스공급모듈을 포함한다.
그리고 이를 이용한 금속표면처리방법은, 대상금속의 외면 형상에 대응되는 형상으로 형성되고, 상기 대상금속의 외면으로부터 이격된 상태로 상기 대상금속의 적어도 일부를 수용하는 반응챔버 내에 대상금속을 위치시키는 단계 및 처리가스가 유동되는 유동부 및 상기 유동부와 연결되어 상기 처리가스를 배출하는 배출부를 포함하는 처리가스공급모듈을 통해 상기 반응챔버 내에 처리가스를 공급하여 상기 대상금속에 처리가스층을 형성하는 단계를 포함한다.A metal surface treatment apparatus including a process gas supply module according to the present invention is a metal surface treatment apparatus for surface-treating a target metal heated to a temperature at which surface treatment is possible, A reaction chamber for accommodating at least a part of the target metal in a state separated from an outer surface of the target metal and a flow portion for flowing the process gas and a discharge portion connected to the flow portion for discharging the process gas, The discharge portion includes a process gas supply module connected to the reaction chamber and supplying the process gas to the target metal side accommodated in the reaction chamber.
And a metal surface treatment method using the same is characterized by comprising the steps of positioning an object metal in a reaction chamber formed in a shape corresponding to an outer shape of an object metal and accommodating at least a part of the object metal in a state distant from an outer surface of the object metal And supplying a process gas into the reaction chamber through a process gas supply module including a flow section through which the process gas flows and a discharge section connected to the flow section to discharge the process gas to form a process gas layer on the target metal .
Description
본 발명은 금속표면처리장치 및 이를 이용한 금속표면처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대상금속에 처리가스층을 형성하여 내마모성 및 내식성이 우수하고 높은 표면 경도를 가질 수 있도록 하는 금속표면처리장치 및 이를 이용한 금속표면처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a metal surface treatment apparatus and a metal surface treatment method using the metal surface treatment apparatus. More particularly, the present invention relates to a metal surface treatment apparatus for forming a treatment gas layer on a target metal to have excellent abrasion resistance and corrosion resistance, And more particularly, to a metal surface treatment method using the same.
미래유망 기술인 첨단 하이브리드 가공 기술 분야는 최근 다양한 관점에서의 연구개발이 진행되고 있으며, 이는 기존 제품의 성능 향상을 위한 개량을 수행하거나, 또는 새로운 개념의 제품 개발에 사용되고 있다.In the field of advanced hybrid processing technology, which is a promising technology for the future, research and development are being carried out in various aspects from now on, which is used for improving the performance of existing products or for developing new concept products.
또한 이와 같은 첨단 하이브리드 가공 기술 분야 중에는 금속의 표면 특성을 개선하여 내마모성, 내식성 및 내화성을 강화하기 위한 표면처리 기술이 활발히 연구되고 있으며, 이에 따라 자동차, 금형 등의 산업 분야에서 그 수요가 폭발적으로 증폭될 것으로 예상되고 있다.Among these advanced hybrid processing technologies, surface treatment technologies for improving the surface properties of metals and for enhancing abrasion resistance, corrosion resistance and fire resistance are being actively studied. Accordingly, the demand for industrial applications such as automobiles and molds is explosively amplified Is expected to be.
종래의 경우, 금속의 표면처리를 위해 가스질화법이 널리 적용되고 있다. 현재까지 상업적으로 많이 사용되는 방식은 저온질화법이나, 이는 긴 처리시간이 요구되므로 수율이 크게 떨어지게 되며, 또한 금속의 표면처리 효과가 미미하다는 문제가 있다. 특히 스테인레스 강의 경우 자연산화막으로 인한 질화능 저하가 발생하기도 한다.In the conventional case, a gas nitriding method is widely applied for the surface treatment of metal. The commercially available method is a low-temperature nitriding method, which requires a long treatment time, which results in a significant reduction in the yield and also has a problem in that the surface treatment effect of the metal is insignificant. In particular, stainless steel may have a degraded nitrification ability due to a natural oxide film.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방안이 요구되고 있으나, 현재까지는 높은 생산성을 유지함과 동시에 우수한 표면처리품질을 가질 수 있도록 하는 금속의 표면처리 기술이 제시되지 않고 있는 실정이다.Accordingly, there is a need for a solution to such problems, but up to now, a surface treatment technique of a metal has not been proposed so as to maintain a high productivity and to have an excellent surface treatment quality.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 높은 생산성을 유지함과 동시에 우수한 표면처리품질을 가질 수 있도록 하는 금속표면처리장치 및 이를 이용한 금속표면처리방법을 제공하기 위함이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a metal surface treatment apparatus capable of maintaining high productivity and having excellent surface treatment quality, and a metal surface treatment method using the same.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 처리가스 공급모듈을 포함하는 금속표면처리장치는, 표면 처리가 가능한 온도로 가열된 대상금속을 표면처리하는 금속표면처리장치에 있어서, 상기 대상금속의 외면 형상에 대응되는 형상으로 형성되고, 상기 대상금속의 외면으로부터 이격된 상태로 상기 대상금속의 적어도 일부를 수용하는 반응챔버 및 처리가스가 유동되는 유동부 및 상기 유동부와 연결되어 상기 처리가스를 배출하는 배출부를 포함하며, 상기 배출부는 상기 반응챔버에 연결되어 상기 반응챔버 내에 수용된 대상금속 측으로 처리가스를 공급하는 처리가스공급모듈을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a metal surface treatment apparatus for surface-treating a target metal heated to a temperature capable of surface treatment, the apparatus comprising: A reaction chamber which is formed in a shape corresponding to the reaction chamber and accommodates at least a part of the target metal in a state of being separated from the outer surface of the target metal and a fluid chamber through which the process gas flows, And the discharge portion includes a process gas supply module connected to the reaction chamber and supplying the process gas to the target metal side accommodated in the reaction chamber.
그리고 상기 처리가스 공급모듈은 복수 개가 구비되고, 각각 상기 반응챔버의 소정 위치에 연결될 수 있다.A plurality of the processing gas supply modules may be provided, and each of the processing gas supply modules may be connected to a predetermined position of the reaction chamber.
또한 상기 대상금속을 이송시키는 이송부를 더 포함할 수 있다.And a transfer unit for transferring the target metal.
그리고 상기 이송부는, 상기 처리가스 공급모듈의 상기 배출부에 구비되어, 상기 대상금속에 접촉되어 회전함에 따라 상기 대상금속을 이송시키는 보조이송부재를 포함할 수 있다.The transfer unit may include an auxiliary transfer member that is provided in the discharge unit of the process gas supply module and transfers the target metal as it contacts the target metal and rotates.
또한 상기 반응챔버의 양측은 개방되도록 형성되고, 상기 이송부는 상기 반응챔버의 개방된 양측에 구비될 수 있다.Further, both sides of the reaction chamber may be formed to be open, and the transfer unit may be provided on both sides of the reaction chamber.
그리고 상기 이송부는 상기 반응챔버의 개방된 양측을 밀폐시키도록 구비될 수 있다.The transfer unit may be provided to seal the opened both sides of the reaction chamber.
또한 상기 이송부는, 상기 대상금속에 접촉되어 회전함에 따라 상기 대상금속을 이송시키는 이송부재를 포함할 수 있다.The transfer unit may include a transfer member for transferring the target metal as it rotates in contact with the target metal.
그리고 상기 반응챔버는, 상기 대상금속이 수용된 상태에서, 상기 반응챔버의 내면과 상기 대상금속의 외면이 100mm 이하의 간격을 가지도록 형성될 수 있다.The reaction chamber may be formed such that an inner surface of the reaction chamber and an outer surface of the target metal have an interval of 100 mm or less in a state in which the target metal is accommodated.
또한 상기 반응챔버 내를 가열하는 가열부를 더 포함할 수 있다.And a heating unit for heating the inside of the reaction chamber.
그리고 상기 대상금속이 수용된 상태에서, 상기 반응챔버와 상기 대상금속 외면 사이의 간격을 조절하는 간격조절부를 더 포함할 수 있다.And an interval adjusting unit for adjusting an interval between the reaction chamber and the outer surface of the target metal in a state in which the target metal is accommodated.
또한 상기 반응챔버는 상부플레이트와, 상기 상부플레이트와 소정 거리 이격된 하부플레이트를 포함하고, 상기 간격조절부는 상기 상부플레이트 및 상기 하부플레이트를 상하로 슬라이딩 이동시키도록 형성될 수 있다.The reaction chamber may include an upper plate and a lower plate spaced apart from the upper plate by a predetermined distance, and the gap adjusting unit may be formed to slide the upper plate and the lower plate up and down.
그리고 상기 반응챔버가 수용되며, 밀폐 가능한 수용공간이 형성된 외부챔버를 더 포함할 수 있다.And an outer chamber in which the reaction chamber is accommodated and in which a sealable accommodation space is formed.
또한 상기 대상금속이 반응챔버 내에 수용되기 전에 상기 대상금속을 예열하는 예열부를 더 포함할 수 있다.And a preheating unit for preheating the target metal before the target metal is accommodated in the reaction chamber.
그리고 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금속표면처리방법은, 대상금속의 외면 형상에 대응되는 형상으로 형성되고, 상기 대상금속의 외면으로부터 이격된 상태로 상기 대상금속의 적어도 일부를 수용하는 반응챔버 내에 대상금속을 위치시키는 단계 및 처리가스가 유동되는 유동부 및 상기 유동부와 연결되어 상기 처리가스를 배출하는 배출부를 포함하는 처리가스공급모듈을 통해 상기 반응챔버 내에 처리가스를 공급하여 상기 대상금속에 처리가스층을 형성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for processing a metal surface, the method comprising the steps of: forming a metal layer having a shape corresponding to an outer shape of a target metal, Supplying a process gas into the reaction chamber through a process gas supply module including a process chamber for placing a target metal in the chamber and a fluid chamber through which the process gas flows and a discharge unit connected to the fluid chamber for discharging the process gas, And forming a treatment gas layer on the metal.
또한 상기 반응챔버 내에 대상금속을 위치시키는 단계는, 상기 반응챔버의 내면과 상기 대상금속의 외면이 100mm 이하의 간격을 가지도록 할 수 있다.In addition, the step of positioning the object metal in the reaction chamber may have an interval of 100 mm or less between the inner surface of the reaction chamber and the outer surface of the object metal.
그리고 상기 처리가스층을 형성하는 단계는, 처리가스를 0.5 내지 20kg/㎠ 압력으로 공급할 수 있다.And forming the process gas layer may supply the process gas at a pressure of 0.5 to 20 kg / cm < 2 >.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 처리가스 공급모듈을 포함하는 금속표면처리장치 및 이를 이용한 금속표면처리방법은 다음과 같은 효과가 있다.A metal surface treatment apparatus including the process gas supply module of the present invention for solving the above problems and a metal surface treatment method using the same have the following effects.
첫째, 처리가스 공급모듈에 의해 처리가스의 공급을 보다 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.First, there is an advantage that the supply of the process gas can be facilitated by the process gas supply module.
둘째, 내마모성 및 내식성이 우수하고 높은 표면 경도를 가지는 금속을 제공할 수 있는 장점이 있다.Second, there is an advantage that a metal having excellent abrasion resistance and corrosion resistance and high surface hardness can be provided.
셋째, 짧은 시간 내에 집중적인 금속표면처리를 수행할 수 있는 장점이 있다.Third, there is an advantage that intensive metal surface treatment can be performed in a short time.
넷째, 수율이 크게 증대되어 생산성을 증가시키며, 대량생산이 가능하다는 장점이 있다.Fourth, there is an advantage that the yield is greatly increased and the productivity is increased and mass production is possible.
다섯째, 금속표면처리장치의 구조가 간단하여 설비 구축에 소요되는 비용이 감소하며, 또한 그 유지비용 역시 절감할 수 있는 장점이 있다.Fifth, since the structure of the metal surface treatment apparatus is simple, the cost for constructing the equipment is reduced, and the maintenance cost is also reduced.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 금속표면처리장치의 모습을 나타낸 단면도;
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 금속표면처리장치의 모습을 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 금속표면처리장치에 있어서, 이송부로 대상금속을 이송시키는 모습을 나타낸 단면도;
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 금속표면처리장치의 모습을 나타낸 단면도;
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 금속표면처리장치의 모습을 나타낸 단면도;
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 금속표면처리장치의 모습을 나타낸 단면도;
도 7은 본 발명에 따른 금속표면처리방법에 있어서, 대상금속에 처리가스가 제공되었을 때 자기촉매반응을 나타내는 개념도;
도 8은 본 발명에 따른 금속표면처리방법에 있어서, 처리 가스가 질소인 경우에서 이격 거리에 따른 표면처리 결과를 나타낸 그래프 및 광학현미경 사진;
도 9는 본 발명에 따른 금속표면처리방법에 있어서, 처리 가스가 질소인 경우에서 온도에 따른 표면처리 결과를 나타낸 그래프 및 광학현미경 사진;
도 10은 본 발명에 따른 금속표면처리방법에 있어서, 처리 가스가 질소인 경우에서 처리 시간을 짧게 설정하였을 경우에 따른 표면처리 결과를 나타낸 그래프 및 광학현미경 사진;
도 11은 본 발명에 따라 질화처리된 SEM 단면 사진과 질화층을 구성하는 요소인 질소, 크롬, 철의 성분을 나타낸 도면;
도 12는 본 발명에 따른 금속표면처리방법에 있어서, 처리 가스가 암모니아인 경우에서 온도에 따른 표면처리 결과를 나타낸 그래프 및 광학현미경 사진; 및
도 13은 본 발명에 따른 금속표면처리방법에 있어서, 처리 가스가 암모니아인 경우에서 처리 시간을 짧게 설정하였을 경우에 따른 표면처리 결과를 나타낸 그래프 및 광학현미경 사진이다.1 is a cross-sectional view of a metal surface treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention;
2 is a cross-sectional view illustrating a metal surface treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention;
3 is a cross-sectional view of a metal surface treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention, in which a target metal is transferred to a transfer section;
4 is a cross-sectional view illustrating a metal surface treatment apparatus according to a third embodiment of the present invention;
5 is a cross-sectional view illustrating a metal surface treatment apparatus according to a fourth embodiment of the present invention;
6 is a cross-sectional view illustrating a metal surface treatment apparatus according to a fifth embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a conceptual diagram showing an autocatalytic reaction when a process gas is supplied to an object metal in a metal surface treatment method according to the present invention; FIG.
8 is a graph and optical microscope photograph showing the surface treatment results according to the separation distance in the case where the process gas is nitrogen in the metal surface treatment method according to the present invention;
FIG. 9 is a graph showing the results of the surface treatment according to the temperature in the case where the process gas is nitrogen and an optical microscope photograph in the method of treating a metal surface according to the present invention;
10 is a graph showing the results of the surface treatment according to the case where the treatment time is set to be short in the case where the treatment gas is nitrogen, and an optical microscope photograph in the metal surface treatment method according to the present invention;
11 is a cross-sectional SEM photograph of the nitrided nitride layer according to the present invention and showing the components of nitrogen, chromium and iron which are elements constituting the nitride layer;
12 is a graph and optical microscope photograph showing the results of the surface treatment according to the temperature in the case where ammonia is used as the processing gas in the metal surface treatment method according to the present invention; And
13 is a graph and an optical microscope photograph showing the result of the surface treatment according to the case where the treatment time is set to be short in the case where the treatment gas is ammonia in the metal surface treatment method according to the present invention.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In describing the present embodiment, the same designations and the same reference numerals are used for the same components, and further description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 금속표면처리장치의 모습을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a metal surface treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 처리가스 공급모듈을 포함하는 금속표면처리장치는, 반응챔버(100)와 처리가스 공급모듈(110)을 포함한다.As shown in FIG. 1, a metal surface treatment apparatus including a process gas supply module according to the first embodiment of the present invention includes a
상기 반응챔버(100)는 대상금속(10)의 외면 형상에 대응되는 형상으로 이루어져 상기 대상금속(10)의 외면과 일정 간격 이내에 배치되며, 상기 대상금속(10)의 적어도 일부를 수용하는 구성요소이다.The
본 실시예의 경우, 상기 반응챔버(100)는 상부플레이트(100a)와, 상기 상부플레이트(100a)와 소정 거리 이격된 하부플레이트(100b)를 포함하고, 이에 따라 상기 대상금속(10)은 상기 상부플레이트(100a)와 상기 하부플레이트(100b) 사이에 수용된다.In this embodiment, the
다만, 이는 하나의 실시예로서 상기 반응챔버(100)의 형상은 다양하게 형성될 수 있음은 물론이며, 본 실시예와 달리 상기 반응챔버(100)는 상기 대상금속(10)의 둘레를 완전히 감싸도록 형성될 수도 있다.However, it should be understood that the shape of the
상기 처리가스 공급모듈(110)은, 처리가스가 유동되는 유동부(120) 및 상기 유동부(120)와 연결되어 상기 처리가스를 배출하는 배출부(112)를 포함한다.The process
그리고 상기 배출부(112)는 상기 반응챔버(100)에 연결되어 상기 반응챔버(100) 내에 수용된 대상금속(10) 측으로 처리가스를 공급하는 구성요소이다.The
본 실시예에서 상기 배출부(112)의 내부에는 상기 유동부(120)와 연통된 연통공간(116)이 형성되고, 상기 연통공간(116)의 하부에는 상기 처리가스가 배출되는 배출구(114)가 형성된다. 따라서 상기 유동부(120)를 통해 전달된 처리가스는 상기 배출부(112)를 거쳐 상기 반응챔버(100) 내측으로 유동될 수 있다.A
이때 상기 처리가스는, 금속의 표면처리를 위해 사용되는 다양한 기체일 수 있다. 예를 들어, 상기 처리가스는 질소, 암모니아, 탄소 등일 수 있다.The process gas may be a variety of gases used for surface treatment of metals. For example, the process gas may be nitrogen, ammonia, carbon, or the like.
한편 본 발명에 따른 금속표면처리장치는, 상기 반응챔버(100) 내를 가열하는 가열부를 더 포함할 수 있다. 상기 가열부는 대상금속(10)을 가열시켜 표면처리에 적합한 온도로 승온시킬 수 있으며, 또는 대상금속(10)이 미리 가열된 상태로 반응챔버(100) 내에 유입된 경우, 그 온도를 유지시킬 수 있도록 할 수 있다. 그리고 상기 가열부는 상기 반응챔버(100)의 내부에 구비될 수도 있으며, 외부에 구비될 수도 있고, 또는 양측 모두에 구비될 수도 있다.The metal surface treatment apparatus according to the present invention may further include a heating unit for heating the inside of the
추가적으로 본 발명에 따른 금속표면처리장치는, 상기 대상금속(10)이 반응챔버(100) 내에 수용되기 전에 상기 대상금속(10)을 예열하는 예열부를 더 포함할 수도 있다.In addition, the metal surface treatment apparatus according to the present invention may further comprise a preheating unit for preheating the
이때 상기 반응챔버(100) 내의 온도는 대상금속(10)의 재료 물성에 따라 조절할 수 있다. 예를 들어, 처리가스가 질소이며, 대상금속(10)이 스테인레스 강인 경우에는 약 700 내지 약 1200℃로 가열하는 것일 수 있다. 약 700℃ 미만의 온도에서 표면처리를 수행하게 되는 경우, 질소의 활성화 에너지 장벽을 넘기지 못하며, 약 1200℃가 초과되는 경우에는 재료 물성 및 열 소모 측면에서 경제적이지 못한 면이 있기 때문이다. 또한 대상금속(10)의 온도에 따라 대상금속(10)의 처리 시간을 조절할 수 있다.At this time, the temperature in the
그리고 상기 처리가스 공급모듈(110)은 상기 반응챔버(100) 내로 처리가스를 약 0.5 내지 약 20 kg/㎠ 압력으로 공급할 수 있다. 처리가스를 약 0.5kg/㎠ 미만의 압력으로 공급하는 경우, 낮은 가스 압력으로 인하여 자연적으로 대상금속(10) 내부로 처리가스가 확산되기 힘들며, 압력구배에 의한 구동력 (Driving Force)이 낮아 처리가스의 침투를 힘들게 한다. 또한 처리가스를 약 20kg/㎠ 초과의 압력으로 공급하는 경우, 높은 가스 압력으로 인해 대상금속(10)이 표면처리되는 것을 방해하는 문제가 발생할 수 있다.And the process
더불어, 상기 대상금속(10)은 반응챔버(100) 내에 고정된 상태로 표면처리가 진행될 수도 있으며, 또는 별도의 이송부를 통해 반응챔버 내를 이동하며 표면처리가 진행될 수도 있다. 상기 이송부 역시 그 형태에 제한이 없음은 물론이다.In addition, the
특히 상기 대상금속(10)과 상기 반응챔버(100)의 내면은 100mm 이하의 간격을 가지도록 형성될 수 있다. 이는 상기 대상금속(10)과 상기 반응챔버(100)의 내면의 간격이 100mm가 초과되는 경우, 처리가스의 밀도가 낮아져 처리효과가 감소하는 문제가 발생할 수 있기 때문이다.In particular, the inner surface of the
이상으로 본 발명의 제1실시예에 대해 설명하였으며, 이하에서는 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다.The first embodiment of the present invention has been described above, and other embodiments of the present invention will be described below.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 금속표면처리장치의 모습을 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 금속표면처리장치에 있어서, 이송부(130)로 대상금속(10)을 이송시키는 모습을 나타낸 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a metal surface treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of a metal surface treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention, 10) is fed.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 금속표면처리장치는 이송부(130)를 더 포함한다.As shown in FIGS. 2 and 3, the metal surface treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention further includes a
상기 이송부(130)는 상기 대상금속(10)이 상기 반응챔버(110) 내를 통과하도록 이송시키는 구성요소이다. 이송부(130)는 그 형태 및 이송 방법에 제한이 없으며, 대상금속(10)을 이송시킬 수 있는 어떠한 형태라도 적용될 수 있다.The
본 실시예에서 상기 반응챔버(100)의 양측은 개방되도록 형성되고, 상기 이송부(130)는 상기 반응챔버(100)의 개방된 양측에 구비된다. 특히 이송부(130)는 대상금속(10)에 직접 접촉되어 회전함에 따라 대상금속(10)을 이송시키는 이송부재(134)를 포함한다.In this embodiment, both sides of the
그리고 상기 이송부재(134)는 이송부하우징(132) 내에 수용되고, 상기 반응챔버(100)에 접촉된 상태로 회전하도록 형성되어 상기 대상금속(10)을 이송시킴과 동시에 상기 반응챔버(100)의 양측을 밀폐하도록 형성된다.The
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 금속표면처리장치의 모습을 나타낸 단면도이이다.4 is a cross-sectional view illustrating a metal surface treatment apparatus according to a third embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 본 발명의 제3실시예의 경우, 전술한 제2실시예와 마찬가지로 이송부를 더 포함하며, 상기 이송부는 상기 처리가스 공급모듈(110)의 상기 배출부(112)에 구비되어, 상기 대상금속(10)에 접촉되어 회전함에 따라 상기 대상금속(10)을 이송시키는 보조이송부재(118)을 포함한다.In the case of the third embodiment of the present invention shown in FIG. 4, as in the second embodiment described above, the transfer unit further includes a transfer unit, which is provided in the
본 실시예에서 상기 보조이송부재(118)는 상기 배출부(112)의 배출구 측에 돌출된 상태로 구비되어 상기 대상금속(10)에 접촉되며, 이때 상기 보조이송부재(118)는 상기 배출구를 폐쇄하지 않도록 상기 배출구의 폭보다 작은 지름을 가지도록 형성된다. 이에 따라 처리가스는 상기 배출구와 상기 보조이송부재(118) 사이로 유동될 수 있다.The
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 금속표면처리장치의 모습을 나타낸 단면도이이다.5 is a cross-sectional view illustrating a metal surface treatment apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 본 발명의 제4실시예의 경우, 처리가스 공급모듈(110)이 복수 개가 구비된다. 그리고 상기 복수 개의 처리가스 공급모듈(110)은 각각 상기 반응챔버(100)의 소정 위치에 연결될 수 있다. 즉 다양한 위치에서 처리가스를 균일하게 공급할 수 있게 된다.In the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 5, a plurality of process
본 실시예의 경우, 상기 처리가스 공급모듈(110)은 상부플레이트(100a) 및 하부플레이트(100b)에 소정 간격으로 배치되며, 이에 따라 전체 면적에 처리가스의 균일한 공급을 수행할 수 있다.In this embodiment, the process
그리고 본 실시예에서 상기 유동부(120)는 상기 복수의 처리가스 공급모듈(110)로 분지되는 분지유로(122)를 포함한다. 따라서 공급되는 처리가스는 각 분지유로(122)를 통해 상기 복수의 처리가스 공급모듈(110) 측으로 유동될 수 있다.In the present embodiment, the
또한 본 실시예와 달리 상기 복수의 처리가스 공급모듈(110)은 배출구의 크기 등을 다르게 형성하여 처리가스의 공급량을 서로 다르게 할 수도 있다. 이와 같은 경우에는 처리가스 침투층의 깊이 등을 부분 별로 다르게 형성할 수 있다.In addition, unlike the present embodiment, the plurality of process
이때 각 처리가스 공급모듈(110)은 서로 위치를 교환하여 장착할 수 있도록 할 수도 있으며, 이에 따라 다양한 방식의 표면처리를 수행할 수 있다.At this time, the respective process
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 금속표면처리장치의 모습을 나타낸 단면도이이다.6 is a cross-sectional view illustrating a metal surface treatment apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 본 발명의 제5실시예의 경우, 반응챔버(100)와 상기 대상금속(10)의 외면이 배치된 간격을 조절하는 간격조절부(140)가 더 포함된다.In the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 6, the
구체적으로 본 실시예에서 상기 간격조절부(140)는 상기 상부플레이트(100a) 및 상기 하부플레이트(100b)를 상하로 슬라이딩 이동시키도록 형성될 수 있다.Specifically, in the present embodiment, the
즉 이와 같은 경우 상기 반응챔버(100)와 상기 대상금속(10)의 외면이 배치된 간격을 유동적으로 조절한 상태에서 처리가스를 공급하여 원하는 결과를 유도하거나, 금속의 특성 또는 처리가스의 농도 등에 따라 적합한 배치 간격을 설정할 수 있을 것이다. 또한 대상금속(10)의 형태 또는 두께가 불규칙한 경우에도 상기 간격조절부(140)를 이용해 상부플레이트(100a)와 하부플레이트(100b)의 간격을 조절할 수 있다.That is, in such a case, the process gas is supplied in a state where the interval between the
이상으로 본 발명의 금속표면처리장치의 각 실시예들에 대해 설명하였으며, 이하에서는 표면처리의 원리 및 이를 통해 이루어진 실험 결과에 대해 설명하도록 한다.As described above, the embodiments of the metal surface treatment apparatus of the present invention have been described, and the principle of the surface treatment and the experimental results made thereby will be described below.
도 7은 본 발명에 따른 금속표면처리방법에 있어서, 대상금속에 처리가스가 제공되었을 때 자기촉매반응을 나타내는 개념도이다. 본 도면에서는 처리가스가 질소인 경우인 것으로 예시하였다.FIG. 7 is a conceptual diagram showing an autocatalytic reaction when a process gas is supplied to an object metal in the metal surface treatment method according to the present invention. FIG. In the figure, it is illustrated that the process gas is nitrogen.
처리가스공급부에서 공급된 질소 가스는 승온된 대상금속 및 반응챔버 사이에서 반복적으로 부딪히게 되며, 이때 자기촉매 역할을 하는 대상금속이 질소의 활성화 에너지를 넘게 해주는 역할을 해 질소 가스(N2)를 질소기(N)로 분해시키게 된다. 그리고 질소기(N)는 대상금속의 표면으로 들어가 질화층이 형성될 수 있다.The nitrogen gas supplied from the process gas supply unit repeatedly collides with the metal to be heated and the reaction chamber. At this time, the target metal serving as the autocatalyst plays a role of exceeding the activation energy of nitrogen and the nitrogen gas (N 2) (N). And the nitrogen (N) may enter the surface of the target metal to form a nitride layer.
이후 지속적으로 공급되는 질소 가스(N2)는 상기 대상금속에 질화층을 형성시킬 수 있는 질소기(N)로 변해 질화 처리의 속도가 높아지게 된다. 따라서 질화층의 형성속도가 높아지며, 상기 대상금속의 기지원소 또는 첨가원소와 만나 내식성 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 짧은 시간 내에 집중적인 금속표면처리를 수행할 수 있어 생산 효율을 극대화시킬 수 있다.The nitrogen gas N2 continuously supplied is changed to a nitrogen group (N) capable of forming a nitride layer on the metal to be processed, thereby increasing the speed of the nitriding process. Therefore, the formation rate of the nitrided layer is increased, and it is advantageous to improve the corrosion resistance and mechanical characteristics by meeting with the base element or the additive element of the target metal. In addition, intensive metal surface treatment can be performed in a short time, thereby maximizing the production efficiency.
또한 본 발명에 표면처리된 금속은 표면 경도가 높아 고하중에 견딜 수 있으며, 마찰에 의해 흠집이 잘 발생하지 않으므로, 발전터빈, 자동차용 강판, 풍력프로펠러 등의 소재로서 장기간 사용하여도 우수한 상태를 유지할 수 있다. 또 표면처리 시 형성된 우수한 내식성으로 부식 환경에 노출되는 해양플랜트, 담수화설비, 화학설비 등 구조용 재료 등에 적용할 수도 있다.In addition, since the surface-treated metal of the present invention has a high surface hardness, it can withstand high load and does not generate scratches due to friction. Therefore, it can maintain excellent condition even if it is used for a long time as a material for power generation turbine, automotive steel plate and wind propeller . It can also be applied to structural materials such as offshore plants, desalination plants, and chemical plants, which are exposed to corrosive environments due to excellent corrosion resistance formed during surface treatment.
이하에서는 각 조건에 따라 금속의 표면처리를 수행하여 얻은 실험결과에 대해 설명하도록 한다.
Hereinafter, experimental results obtained by performing surface treatment of metal according to each condition will be described.
[실험예1][Experimental Example 1]
도 8은 본 발명에 따른 금속표면처리방법에 있어서, 처리 가스가 질소인 경우에서 이격 거리에 따른 표면처리 결과를 나타낸 그래프 및 광학현미경 사진이다.FIG. 8 is a graph and an optical microscope photograph showing the result of surface treatment according to the separation distance when the process gas is nitrogen in the metal surface treatment method according to the present invention.
본 실험에서는, 처리가스를 질소로, 대상금속을 스테인레스 430인 것으로 하였으며, 1kg/cm2의 분압으로, 1100℃의 온도 조건에서 60분 동안 표면처리를 진행하였다. 그리고 대상금속과 반응챔버 내면의 이격 거리를 0.1mm와 0.5mm로 변화시키며 금속 표면의 깊이에 따른 경도를 측정하였다.In this experiment, the treatment gas was nitrogen and the target metal was stainless steel 430. The surface treatment was carried out at a partial pressure of 1 kg / cm 2 and at a temperature of 1100 ° C for 60 minutes. The hardness was measured by varying the distance between the target metal and the inner surface of the reaction chamber to 0.1 mm and 0.5 mm.
그래프에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 금속표면처리방법에 따라 표면처리를 진행한 경우, 종래 일반적인 표면처리방법에 비해 현저한 경도 향상이 나타난 것을 확인할 수 있다. 즉 대상금속과 반응챔버 내면의 이격 거리가 0.1mm와 0.5mm인 경우 모두 금속 표면 깊이 400μm 이하에서 현저하게 경도가 향상된 것으로 나타나며, 400μm 초과 깊이에서도 종래의 표면처리방법에 비해 높은 경도를 유지하는 것을 확인할 수 있다.As shown in the graph, when the surface treatment is carried out according to the metal surface treatment method of the present invention, it can be confirmed that remarkable hardness improvement is obtained compared with the conventional surface treatment method. That is, when the distance between the target metal and the inner surface of the reaction chamber is 0.1 mm and 0.5 mm, the hardness is remarkably improved at the depth of the metal surface of 400 μm or less. Can be confirmed.
또한 본 도면의 하부에 도시된 광학현미경 사진 중 좌측은 종래 표면처리방법에 의해 표면처리를 수행한 금속의 표면을 나타낸 것이며, 우측은 본 발명에 따른 표면처리방법에 의해 표면처리를 수행한 금속의 표면을 나타낸 것이다.The left side of the photograph of the optical microscope shown in the lower part of the figure shows the surface of the metal subjected to the surface treatment by the conventional surface treatment method and the right side shows the surface of the metal subjected to the surface treatment according to the present invention Respectively.
도시된 바와 같이, 좌측의 경우 금속 표면에 마르텐사이트 조직이 확인되지 않으나, 우측의 경우 금속 표면에 마르텐사이트 조직이 형성된 것을 확인할 수 있다. 즉 본 실험에 따르면 종래 일반적인 금속표면처리에 비해 본 발명의 금속표면처리방법에서 금속의 표면 경도가 현저하게 향상되는 것을 증명할 수 있다.
As shown in the figure, in the case of the left side, the martensite structure is not confirmed on the metal surface, but in the case of the right side, the martensite structure is formed on the metal surface. That is, according to the present experiment, it is possible to prove that the surface hardness of the metal is remarkably improved in the metal surface treatment method of the present invention as compared with the conventional metal surface treatment.
[실험예2][Experimental Example 2]
도 9는 본 발명에 따른 금속표면처리방법에 있어서, 처리 가스가 질소인 경우에서 온도에 따른 표면처리 결과를 나타낸 그래프 및 광학현미경 사진이다.9 is a graph and an optical microscope photograph showing the results of the surface treatment according to the temperature in the case where the process gas is nitrogen in the metal surface treatment method according to the present invention.
본 실험에서는, 처리가스를 질소로, 대상금속을 스테인레스 430인 것으로 하였으며, 1kg/cm2의 분압으로, 대상금속과 반응챔버 내면의 이격 거리를 0.1mm로 설정한 조건에서 60분 동안 표면처리를 진행하였다.In this experiment, surface treatment was performed for 60 minutes under a condition that the distance between the target metal and the inner surface of the reaction chamber was set to 0.1 mm at a partial pressure of 1 kg / cm 2 with nitrogen as the processing gas and stainless steel as the target metal. .
그리고 대상금속의 온도를 900℃, 1000℃, 1100℃로 변화시키며 금속 표면의 깊이에 따른 경도를 측정하였다.The hardness of the target metal was measured at 900 ° C, 1000 ° C and 1100 ° C.
그래프에 도시된 바와 같이, 900℃에서 실험을 진행한 결과에 비해 1000℃ 이상에서 현저한 경도 향상이 나타난 것을 확인할 수 있다. 즉 대상금속의 온도가 1000℃, 1100℃인 경우 모두 금속 표면 깊이 200μm 이하에서 현저하게 경도가 향상된 것으로 나타나며, 특히 1100℃의 경우에는 200μm 초과 깊이에서도 타 실험에 비해 높은 경도를 유지하는 것을 확인할 수 있다.As shown in the graph, it can be seen that the hardness is remarkably improved at 1000 ° C or more as compared with the result of the experiment conducted at 900 ° C. That is, in the cases where the temperature of the target metal is 1000 ° C. and 1100 ° C., the hardness is remarkably improved at a depth of the metal surface of 200 μm or less. Especially, at 1100 ° C., have.
또한 본 도면의 하부에 도시된 광학현미경 사진 중 좌측은 대상금속의 온도가 900℃인 경우의 금속 표면을 나타낸 것이며, 우측은 대상금속의 온도가 1000℃인 경우의 금속 표면을 나타낸 것이다.The left side of the optical microscope photograph shown in the lower part of the figure shows the metal surface when the temperature of the target metal is 900 ° C and the right side shows the metal surface when the temperature of the target metal is 1000 ° C.
도시된 바와 같이, 좌측의 경우 금속 표면의 마르텐사이트 조직 깊이는 30μm 정도인 것으로 나타나며, 우측의 경우 금속 표면의 마르텐사이트 조직 깊이가 150μm 정도인 것을 확인할 수 있다. 즉 본 실험에 따르면 1000℃의 온도 이상에서 금속의 표면 경도가 현저하게 향상되는 것을 증명할 수 있다.
As shown in the figure, the depth of the martensite structure on the metal surface on the left side is about 30 m, and the depth of the martensite structure on the metal surface is about 150 m on the right side. That is, according to the present experiment, it is possible to prove that the surface hardness of the metal remarkably improves at a temperature of 1000 ° C or higher.
[실험예3][Experimental Example 3]
도 10은 본 발명에 따른 금속표면처리방법에 있어서, 처리 가스가 질소인 경우에서 처리 시간을 짧게 설정하였을 경우에 따른 표면처리 결과를 나타낸 그래프 및 광학현미경 사진이다.10 is a graph and an optical microscope photograph showing the results of the surface treatment according to the case where the treatment time is set to be short in the case where the treatment gas is nitrogen in the metal surface treatment method according to the present invention.
본 실험에서는, 처리가스를 질소로, 대상금속을 스테인레스 430인 것으로 하였으며, 1kg/cm2의 분압으로, 대상금속과 반응챔버 내면의 이격 거리를 0.1mm로 설정한 조건에서 10분 동안 표면처리를 진행하였다.In this experiment, the treatment gas was nitrogen and the target metal was stainless steel 430. The surface treatment was carried out at a partial pressure of 1 kg / cm 2 for 10 minutes under the condition that the distance between the target metal and the inner surface of the reaction chamber was set to 0.1 mm .
그리고 대상금속의 온도를 1100℃ 및 1200℃의 고온으로 설정하여 금속 표면의 깊이에 따른 경도를 측정하였다.The temperature of the target metal was set at a high temperature of 1100 ° C and 1200 ° C to measure the hardness according to the depth of the metal surface.
그래프에 도시된 바와 같이, 1100℃ 및 1200℃의 모두에서 종래의 금속표면처리방법에 비해 현저한 경도 향상이 나타난 것을 확인할 수 있다. 즉 대상금속의 온도가 1000℃, 1100℃인 경우 모두 금속 표면 깊이 200μm 이하에서 현저하게 경도가 향상된 것으로 나타나는 것을 확인할 수 있다.As shown in the graph, it can be seen that remarkable hardness improvement was observed at both of 1100 ° C and 1200 ° C compared to the conventional metal surface treatment method. That is, when the temperature of the target metal is 1000 ° C. or 1100 ° C., it can be seen that the hardness is remarkably improved at the metal surface depth of 200 μm or less.
또한 본 도면의 하부에 도시된 광학현미경 사진 중 좌측은 대상금속의 온도가 1100℃인 경우의 금속 표면을 나타낸 것이며, 우측은 대상금속의 온도가 1200℃인 경우의 금속 표면을 나타낸 것이다.In the optical microscope photographs shown in the lower part of the figure, the left side shows the metal surface when the temperature of the target metal is 1100 ° C, and the right side shows the metal surface when the temperature of the target metal is 1200 ° C.
도시된 바와 같이, 좌측의 경우 금속 표면의 마르텐사이트 조직 깊이는 130μm 정도인 것으로 나타나며, 우측의 경우 금속 표면의 마르텐사이트 조직 깊이가 200μm 정도인 것을 확인할 수 있다. 즉 본 실험에 따르면 1100℃의 이상의 고온에서 표면처리를 진행하는 경우 10분 정도의 짧은 시간 내에서도 금속의 표면 경도가 현저하게 향상되는 것을 증명할 수 있다. 이는 종래에 비해 그 처리 시간이 압도적으로 단축된 것으로, 수 배의 수율 증가를 기대할 수 있을 것이다.As shown in the figure, the depth of the martensite texture on the metal surface on the left side is about 130 μm, and the depth of the martensite texture on the metal surface is about 200 μm on the right side. That is, according to the present experiment, it is possible to prove that the surface hardness of the metal remarkably improves even in a short time of about 10 minutes when the surface treatment is carried out at a high temperature of 1100 ° C or higher. This is because the processing time is overwhelmingly shortened as compared with the conventional one, and it is expected that the yield increases several times.
도 11은 본 실험에 따라 질화처리된 SEM 단면 사진과 질화층을 구성하는 요소인 질소, 크롬, 철의 성분을 나타낸 도면이다. 이를 통해 판상 스테인레스 430의 표면뿐만 아니라 내부까지 질소가 포함되어 있음을 확인할 수 있다.
11 is a cross-sectional SEM photograph of the nitrided surface according to the present experiment and showing the constituents of nitrogen, chromium and iron which are elements constituting the nitride layer. As a result, it can be confirmed that nitrogen is contained not only on the surface of the sheet-like stainless steel 430 but also inside.
[실험예4][Experimental Example 4]
도 12는 본 발명에 따른 금속표면처리방법에 있어서, 처리 가스가 암모니아인 경우에서 이격 거리에 따른 표면처리 결과를 나타낸 그래프 및 광학현미경 사진이다.12 is a graph and an optical microscope photograph showing the result of surface treatment according to the separation distance in the case where the process gas is ammonia in the metal surface treatment method according to the present invention.
본 실험에서는, 처리가스를 암모니아로, 대상금속을 스테인레스 430인 것으로 하였으며, 1kg/cm2의 분압으로, 600℃의 온도 조건에서 60분 동안 표면처리를 진행하였다. 그리고 대상금속과 반응챔버 내면의 이격 거리를 0.1mm와 0.5mm로 변화시키며 금속 표면의 깊이에 따른 경도를 측정하였다.In this experiment, the processing gas was treated with ammonia and the target metal was stainless steel 430. The surface treatment was carried out at a partial pressure of 1 kg / cm 2 and at a temperature of 600 ° C. for 60 minutes. The hardness was measured by varying the distance between the target metal and the inner surface of the reaction chamber to 0.1 mm and 0.5 mm.
그래프에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 금속표면처리방법에 따라 표면처리를 진행한 경우, 종래 일반적인 표면처리방법에 비해 현저한 경도 향상이 나타난 것을 확인할 수 있다. 즉 대상금속과 반응챔버 내면의 이격 거리가 0.1mm와 0.5mm인 경우 모두 금속 표면 깊이 25μm 이하에서 현저하게 경도가 향상된 것으로 나타나는 것을 확인할 수 있다.As shown in the graph, when the surface treatment is carried out according to the metal surface treatment method of the present invention, it can be confirmed that remarkable hardness improvement is obtained compared with the conventional surface treatment method. That is, when the distance between the target metal and the inner surface of the reaction chamber is 0.1 mm and 0.5 mm, the hardness is remarkably improved at the metal surface depth of 25 μm or less.
또한 본 도면의 하부에 도시된 광학현미경 사진 중 좌측은 종래 표면처리방법에 의해 표면처리를 수행한 금속의 표면을 나타낸 것이며, 우측은 본 발명에 따른 표면처리방법에 의해 표면처리를 수행한 금속의 표면을 나타낸 것이다.The left side of the photograph of the optical microscope shown in the lower part of the figure shows the surface of the metal subjected to the surface treatment by the conventional surface treatment method and the right side shows the surface of the metal subjected to the surface treatment according to the present invention Respectively.
도시된 바와 같이, 좌측의 경우 금속 표면에 마르텐사이트 조직이 확인되지 않으나, 우측의 경우 금속 표면에 마르텐사이트 조직이 형성된 것을 확인할 수 있다. 즉 본 실험에 따르면 종래 일반적인 금속표면처리에 비해 본 발명의 금속표면처리방법에서 금속의 표면 경도가 현저하게 향상되는 것을 증명할 수 있다.
As shown in the figure, in the case of the left side, the martensite structure is not confirmed on the metal surface, but in the case of the right side, the martensite structure is formed on the metal surface. That is, according to the present experiment, it is possible to prove that the surface hardness of the metal is remarkably improved in the metal surface treatment method of the present invention as compared with the conventional metal surface treatment.
[실험예5][Experimental Example 5]
도 13은 본 발명에 따른 금속표면처리방법에 있어서, 처리 가스가 암모니아인 경우에서 온도에 따른 표면처리 결과를 나타낸 그래프 및 광학현미경 사진이다.13 is a graph and an optical microscope photograph showing the results of the surface treatment according to the temperature in the case where the process gas is ammonia in the metal surface treatment method according to the present invention.
본 실험에서는, 처리가스를 암모니아로, 대상금속을 스테인레스 430인 것으로 하였으며, 1kg/cm2의 분압으로, 대상금속과 반응챔버 내면의 이격 거리를 0.1mm로 설정한 조건에서 60분 동안 표면처리를 진행하였다.In this experiment, a process gas with ammonia, was to be a stainless steel 430 a metal target, 1kg / cm 2 with a partial pressure of, the surface treatment for 60 minutes in the conditions set the separation distance of the target metal and the inner surface of the reaction chamber to 0.1mm .
그리고 대상금속의 온도를 400℃, 500℃, 600℃로 변화시키며 금속 표면의 깊이에 따른 경도를 측정하였다.The hardness of the target metal was measured at 400 ° C, 500 ° C and 600 ° C.
그래프에 도시된 바와 같이, 400℃, 500℃에서 실험을 진행한 결과에 비해 600℃에서 현저한 경도 향상이 나타난 것을 확인할 수 있다. 즉 대상금속의 온도가 600℃인 경우 모두 금속 표면 깊이 25μm 이하에서 현저하게 경도가 향상된 것으로 나타나며, 25μm 초과 깊이에서도 타 실험에 비해 높은 경도를 유지하는 것을 확인할 수 있다.As shown in the graph, it can be seen that remarkable hardness improvement was observed at 600 ° C as compared with the results of the experiments conducted at 400 ° C and 500 ° C. In other words, when the temperature of the target metal is 600 ° C., the hardness is remarkably improved at the depth of the metal surface of 25 μm or less, and it is confirmed that the hardness is maintained at a depth exceeding 25 μm.
또한 본 도면의 하부에 도시된 광학현미경 사진 중 좌측은 대상금속의 온도가 400℃인 경우의 금속 표면을 나타낸 것이며, 우측은 대상금속의 온도가 500℃인 경우의 금속 표면을 나타낸 것이다.The left side of the photograph of the optical microscope shown in the lower part of the figure shows the metal surface when the temperature of the target metal is 400 ° C and the right side shows the metal surface when the temperature of the target metal is 500 ° C.
도시된 바와 같이, 좌측의 금속 표면의 마르텐사이트 조직 깊이에 비해 우측의 금속 표면의 마르텐사이트 조직 깊이가 깊은 것으로 확인할 수 있다. 즉 본 실험에 따르면 온도가 증가함에 따라 금속의 표면 경도가 현저하게 향상되는 것을 증명할 수 있다.
As shown in the figure, the depth of the martensite texture on the metal surface on the right side is deeper than the depth of the martensite texture on the metal surface on the left side. That is, according to this experiment, it can be proved that the surface hardness of the metal remarkably improves as the temperature increases.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It is obvious to them. Therefore, the above-described embodiments are to be considered as illustrative rather than restrictive, and the present invention is not limited to the above description, but may be modified within the scope of the appended claims and equivalents thereof.
10: 대상금속 100: 반응챔버
100a: 상부플레이트 110b: 하부플레이트
110: 처리가스 공급모듈 112: 배출부
120: 유동부 130: 이송부
140: 간격조절부10: target metal 100: reaction chamber
100a: upper plate 110b: lower plate
110: process gas supply module 112:
120: moving part 130:
140:
Claims (16)
상기 대상금속의 외면 형상에 대응되는 형상으로 형성되고, 상기 대상금속의 외면으로부터 이격된 상태로 상기 대상금속의 적어도 일부를 수용하는 반응챔버;
처리가스가 유동되는 유동부 및 상기 유동부와 연결되어 상기 처리가스를 배출하는 배출부를 포함하며, 상기 배출부는 상기 반응챔버에 연결되어 상기 반응챔버 내에 수용된 대상금속 측으로 처리가스를 공급하는 처리가스공급모듈; 및
상기 대상금속을 이송시키는 이송부;
를 포함하며,
상기 이송부는,
상기 처리가스 공급모듈의 상기 배출부에 구비되어, 상기 대상금속에 접촉되어 회전함에 따라 상기 대상금속을 이송시키는 보조이송부재를 포함하는 금속표면처리장치.A metal surface treatment apparatus for surface-treating a target metal heated to a temperature at which surface treatment is possible,
A reaction chamber formed in a shape corresponding to an outer shape of the target metal and accommodating at least a part of the target metal while being spaced apart from the outer surface of the target metal;
And a discharge unit connected to the flow unit to discharge the process gas, wherein the discharge unit is connected to the reaction chamber, and the process gas supply unit supplies the process gas to the target metal contained in the reaction chamber, module; And
A transferring unit for transferring the target metal;
/ RTI >
The transfer unit
And an auxiliary transfer member which is provided in the discharge portion of the process gas supply module and transfers the target metal as it contacts the target metal and rotates.
상기 처리가스 공급모듈은 복수 개가 구비되고, 각각 상기 반응챔버의 소정 위치에 연결되는 금속표면처리장치.The method according to claim 1,
Wherein a plurality of the process gas supply modules are provided and each of the process gas supply modules is connected to a predetermined position of the reaction chamber.
상기 반응챔버의 양측은 개방되도록 형성되고,
상기 이송부는 상기 반응챔버의 개방된 양측에 구비되는 금속표면처리장치.The method according to claim 1,
Both sides of the reaction chamber are formed to be open,
Wherein the transfer unit is provided on both open sides of the reaction chamber.
상기 이송부는 상기 반응챔버의 개방된 양측을 밀폐시키도록 구비된 금속표면처리장치.6. The method of claim 5,
Wherein the transfer unit is provided to close both open sides of the reaction chamber.
상기 이송부는,
상기 대상금속에 접촉되어 회전함에 따라 상기 대상금속을 이송시키는 이송부재를 포함하는 금속표면처리장치.The method according to claim 6,
The transfer unit
And a conveying member for conveying the target metal as it rotates in contact with the target metal.
상기 반응챔버는,
상기 대상금속이 수용된 상태에서, 상기 반응챔버의 내면과 상기 대상금속의 외면이 100mm 이하의 간격을 가지도록 형성된 금속표면처리장치.The method according to claim 1,
The reaction chamber includes:
Wherein an inner surface of the reaction chamber and an outer surface of the target metal are spaced apart from each other by 100 mm or less in a state in which the target metal is accommodated.
상기 반응챔버 내를 가열하는 가열부를 더 포함하는 금속표면처리장치.The method according to claim 1,
And a heating unit for heating the inside of the reaction chamber.
상기 대상금속이 수용된 상태에서, 상기 반응챔버와 상기 대상금속 외면 사이의 간격을 조절하는 간격조절부를 더 포함하는 금속표면처리장치.The method according to claim 1,
Further comprising an interval adjusting unit for adjusting an interval between the reaction chamber and the outer surface of the target metal in a state in which the target metal is accommodated.
상기 반응챔버는 상부플레이트와, 상기 상부플레이트와 소정 거리 이격된 하부플레이트를 포함하고,
상기 간격조절부는 상기 상부플레이트 및 상기 하부플레이트를 상하로 슬라이딩 이동시키도록 형성된 금속표면처리장치.11. The method of claim 10,
Wherein the reaction chamber includes an upper plate and a lower plate spaced apart from the upper plate by a predetermined distance,
Wherein the interval adjusting unit is configured to slide the upper plate and the lower plate vertically.
상기 반응챔버가 수용되며, 밀폐 가능한 수용공간이 형성된 외부챔버를 더 포함하는 금속표면처리장치.The method according to claim 1,
Further comprising an outer chamber in which the reaction chamber is accommodated and in which a sealable accommodation space is formed.
상기 대상금속이 반응챔버 내에 수용되기 전에 상기 대상금속을 예열하는 예열부를 더 포함하는 금속표면처리장치.The method according to claim 1,
And a preheating unit for preheating the object metal before the object metal is received in the reaction chamber.
처리가스가 유동되는 유동부 및 상기 유동부와 연결되어 상기 처리가스를 배출하는 배출부를 포함하는 처리가스공급모듈을 통해 상기 반응챔버 내에 처리가스를 공급하여 상기 대상금속에 처리가스층을 형성하는 단계;
를 포함하며,
상기 반응챔버 내에 대상금속을 위치시키는 단계는,
상기 처리가스공급모듈의 상기 배출부에 구비되어, 상기 대상금속에 접촉되어 회전함에 따라 상기 대상금속을 이송시키는 보조이송부재를 포함하는 이송부를 통해 상기 대상금속을 이송시켜 상기 반응챔버 내에 대상금속을 위치시키는 것으로 하는 금속표면처리방법.Positioning the target metal in a reaction chamber formed in a shape corresponding to the outer shape of the target metal and in a reaction chamber that receives at least a portion of the target metal away from the outer surface of the target metal; And
Supplying a process gas into the reaction chamber through a process gas supply module including a flow section through which the process gas flows and a discharge section connected with the flow section to discharge the process gas to form a process gas layer on the target metal;
/ RTI >
Wherein positioning the target metal in the reaction chamber comprises:
The target metal is transferred through a transfer unit which is provided in the discharge unit of the process gas supply module and includes an auxiliary transfer member for transferring the target metal in contact with the target metal and rotating the target metal, Wherein the metal surface treatment method comprises the steps of:
상기 반응챔버 내에 대상금속을 위치시키는 단계는,
상기 반응챔버의 내면과 상기 대상금속의 외면이 100mm 이하의 간격을 가지도록 하는 금속표면처리방법.15. The method of claim 14,
Wherein positioning the target metal in the reaction chamber comprises:
Wherein an inner surface of the reaction chamber and an outer surface of the target metal have an interval of 100 mm or less.
상기 처리가스층을 형성하는 단계는,
처리가스를 0.5 내지 20kg/㎠ 압력으로 공급하는 금속표면처리방법.15. The method of claim 14,
The forming of the processing gas layer may include:
Wherein the process gas is supplied at a pressure of 0.5 to 20 kg / cm < 2 >.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140074893A KR101589961B1 (en) | 2014-06-19 | 2014-06-19 | Metal Surface Treatment Apparatus Having Treatment Gas Supply Module and Method Using the Same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140074893A KR101589961B1 (en) | 2014-06-19 | 2014-06-19 | Metal Surface Treatment Apparatus Having Treatment Gas Supply Module and Method Using the Same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150145775A KR20150145775A (en) | 2015-12-31 |
| KR101589961B1 true KR101589961B1 (en) | 2016-02-01 |
Family
ID=55128566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140074893A KR101589961B1 (en) | 2014-06-19 | 2014-06-19 | Metal Surface Treatment Apparatus Having Treatment Gas Supply Module and Method Using the Same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101589961B1 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980019247A (en) * | 1997-12-09 | 1998-06-05 | 최병기 | SAMPLE TRANSPORTING APPARATUS OF VACUUM CHAMBER FOR CONTINUOUS SURFACE TREATMENT |
| DE102010016471A1 (en) * | 2010-04-16 | 2011-10-20 | Aixtron Ag | Apparatus and method for simultaneously depositing multiple semiconductor layers in multiple process chambers |
| KR101215380B1 (en) | 2012-07-24 | 2012-12-26 | (주) 유창스틸산업 | Method of modifying the surface of steel using gaseous nitration and steel prepared by the same |
| KR20140062360A (en) * | 2012-11-14 | 2014-05-23 | 삼성전자주식회사 | Chemical vapor deposition apparatus |
-
2014
- 2014-06-19 KR KR1020140074893A patent/KR101589961B1/en active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20150145775A (en) | 2015-12-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2004063421A3 (en) | Deposition chamber surface enhancement and resulting deposition chambers | |
| JP6378189B2 (en) | Method of nitriding steel member | |
| US20130248157A1 (en) | Method of coating a part of a heat exchanger and heat exchanger | |
| TW200533791A (en) | Plating apparatus and method | |
| CN102828145A (en) | Low temperature gas carburizing method for realizing reinforcement and corrosion resistance of austenitic stainless steel | |
| KR101589961B1 (en) | Metal Surface Treatment Apparatus Having Treatment Gas Supply Module and Method Using the Same | |
| JP2015229795A (en) | Vacuum heat treatment system | |
| JP5822975B2 (en) | Internal nitriding system using hollow cathode discharge | |
| KR101564670B1 (en) | Metal Surface Nitride-Treatment Apparatus and Method Using the Same | |
| KR101564664B1 (en) | Metal Surface Treatment Apparatus Having Reaction Chamber Having Drift Space and Method Using the Same | |
| KR100869346B1 (en) | Method and apparatus for plasma nitriding used high-density formed by low-energy electrode | |
| KR101564669B1 (en) | Metal Surface Treatment Apparatus Having Transferring Part and Method Using the Same | |
| KR101564667B1 (en) | Metal Surface Treatment Apparatus and Method Using the Same | |
| US9738962B2 (en) | Method for the carburization of a deep-drawn part or a stamped-bent part made of austenitic rustproof stainless steel | |
| Korecki et al. | Single-piece, high-volume, and low-distortion case hardening of gears | |
| RU2639755C1 (en) | Method for gas nitration of products of structural steels | |
| KR101583490B1 (en) | Metal Surface Treatment Apparatus Having Receiving Space in Shape of Metal Member and Method Using the Same | |
| KR20150145872A (en) | Metal Surface Treatment Apparatus for Treatment of Plural Metal and Method Using the Same | |
| KR20150132843A (en) | Apparatus and methods for wafer chucking on a susceptor for ald | |
| JP6063584B2 (en) | Metal surface treatment apparatus and metal surface treatment method using the same | |
| JP6136681B2 (en) | Heat treatment equipment | |
| US10927427B2 (en) | Vacuum heat treatment apparatus | |
| Bourg et al. | Surface functionalization of cyclic olefin copolymer by plasma‐enhanced chemical vapor deposition using atmospheric pressure plasma jet for microfluidic applications | |
| JP4806722B2 (en) | Metal salt bath nitriding method and metal produced by the method | |
| US4596610A (en) | Hardening metal parts |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190102 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191223 Year of fee payment: 5 |