KR101859116B1 - Methods for coating surface of iron-based alloy and products with high corrosion resistance and high conductivity manufactured thereby - Google Patents

Methods for coating surface of iron-based alloy and products with high corrosion resistance and high conductivity manufactured thereby Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a method for coating an iron-based alloy. More specifically, a chromium-based coating layer is formed on an iron-based alloy surface via pack cementation, and a nitride layer is formed on the chromium-based coating layer by using a screen plasma process. Thus, the present invention is able to manufacture a product having high corrosion resistance and highly electrically conductive properties by forming the chromium-based coating layer and the nitride layer by using the pack cementation and the screen plasma process on the iron-based alloy.

Description

철계 합금의 코팅 방법 및 이에 의하여 제조된 고내식성 및 고전도도 특성을 갖는 제품{Methods for coating surface of iron-based alloy and products with high corrosion resistance and high conductivity manufactured thereby}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for coating an iron-based alloy, and a method for producing the same, which has high corrosion resistance and high conductivity,

본 발명은 철계 합금의 코팅 방법 및 이에 의하여 제조된 고내식성 및 고전도도 특성을 갖는 제품에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철계 합금 표면에 팩 시멘테이션으로 크롬계 코팅층을 형성한 후, 크롬계 코팅층이 형성된 철계 합금 상에 스크린 플라즈마 질화법으로 고농도 질소 확산층을 형성하는 방법 및 이에 의하여 제조된 고내식성 및 고전도도 특성을 갖는 제품에 관한 것이다.The present invention relates to a method of coating an iron-based alloy, and a product having high corrosion resistance and high conductivity characteristics produced thereby, and more particularly, to a method of forming a chromium-based coating layer by packing on the surface of an iron- Concentration nitrogen diffusion layer on a formed iron-based alloy by a screen plasma nitriding method, and a product having the high corrosion resistance and high conductivity characteristics produced by the method.

일반적으로 팩 시멘테이션(pack cementation)은 일종의 CVD(Chemical Vapor Deposition) 기술로서, 팩 내에 철계 합금 및 팩 혼합물 분말을 장입한 후 상기 팩을 가열하여 상기 철계 합금을 코팅하는 방법이다. 상기 팩 혼합물 분말은 크로뮴(Cr), 알루미늄(Al), 규소(Si) 등과 같은 코팅의 대상의 원료인 반응 금속과 염화암모늄(NH4Cl) 등의 할로겐화 활성제 및 반응 금속과 할로겐화 활성제의 급속한 반응에 의한 응집을 방지하는 알루미나(Al2O3) 같은 불활성 필러를 포함하는 분말이다. In general, pack cementation is a CVD (Chemical Vapor Deposition) technique in which an iron-based alloy and a packed mixture powder are charged in a pack, and the pack is heated to coat the iron-based alloy. The pack mixture powder may be prepared by mixing a reaction metal as a raw material for coating such as chromium (Cr), aluminum (Al), silicon (Si), etc. with a halogenating activator such as ammonium chloride (NH 4 Cl), a rapid reaction of a reactive metal and a halogenating activator And an inert filler such as alumina (Al 2 O 3 ) that prevents agglomeration due to agglomeration.

일반적인 팩 시멘테이션의 방법은, 먼저, 팩 내에 철계 합금 및 반응 금속, 활성제 및 불활성 필러를 포함한 팩 혼합물 분말을 장입한다. 다음으로, 상기 팩을 가열시키면, 상기 반응 금속 및 활성제가 반응하여 할로겐화 금속 가스가 형성된다. 가스 상태가 된 상기 반응 금속은 상기 철계 합금 표면에 흡착 및 확산되어, 상기 반응 금속의 조성에 따른 주성분비에 영향을 받는 코팅층이 형성된다. 이 때, 상기 불활성 필러는 코팅이 진행되는 동안 상기 팩 자체의 반응 금속과 활성제의 급속한 반응을 제어하며 동시에 철계 합금과의 융착을 방지한다.The general packing method is as follows. First, a pack mixture powder containing an iron-based alloy and a reactive metal, an activator and an inert filler is charged into the pack. Next, when the pack is heated, the reactive metal and the activator react to form a metal halide gas. The reactive metal in the gaseous state is adsorbed and diffused on the surface of the iron-based alloy, and a coating layer which is influenced by the principal component ratio according to the composition of the reactive metal is formed. At this time, the inert filler controls the rapid reaction between the reactive metal and the activator of the pack itself during the coating process, and at the same time prevents fusion with the iron-based alloy.

팩 시멘테이션은 간단하고 경제적이며 밀착력이 우수하며 원료의 조성이 일정한 경우 재현성이 우수한 코팅층을 형성할 수 있는 장점이 있다. 그리고 팩 시멘테이션에 의해 코팅된 철계 합금은 개선된 경도, 내식성, 내마모성, 내산화성 등과 같은 기계적 물성을 가진다. 또한 팩 시멘테이션에 의해 3차원 형상의 철계 합금에 대해서도 전면적으로 균일한 코팅층이 형성될 수 있다.The packing is simple and economical, has excellent adhesion, and has the advantage of forming a coating layer having excellent reproducibility when the composition of the raw material is constant. And the iron-based alloys coated by packementation have mechanical properties such as improved hardness, corrosion resistance, abrasion resistance, oxidation resistance and the like. In addition, the coating layer can be uniformly coated over the entire surface of the iron-based alloy in a three-dimensional shape by packing.

팩 시멘테이션은 반응 금속의 종류에 따라 크로마이징(chromizing), 알루미나이징(aluminizing), 실리코나이징(siliconizing) 등으로 분류될 수 있다. 상기 크로마이징과 관련하여, 대한민국 등록특허 제10-1384374호(발명의 명칭: 팩 시멘테이션으로 금속 소결 부품을 코팅하는 방법 및 팩 시멘테이션 코팅한 금속 소결 부품, 특허문헌 1)가 개시되어 있다. 상기 알루미나이징과 관련하여, 미국 공개특허 제2011-0293365호(발명의 명칭: Cement plant refractory anchor, 특허문헌 2)가 개시되어 있다. 그리고 상기 실리코나이징과 관련하여, 미국 등록특허 제5275983호(발명의 명칭: Pack mixture composition for SiC pack cementation coating of carbonaceous substrates, 특허문헌 3)가 개시되어 있다.Packing can be classified into chromizing, aluminizing, and siliconizing depending on the kind of the reaction metal. With respect to the above-mentioned chroming, Korean Patent Registration No. 10-1384374 (the name of the invention: a method of coating a metal sintered part by packing and a metal sintered part coated by a packing coating, Patent Document 1) is disclosed. With respect to the above aluminizing, U.S. Published Patent Application No. 2011-0293365 (entitled Cement plant refractory anchor, Patent Document 2) is disclosed. US Pat. No. 5,275,983 (entitled: Pack mixture composition for SiC pack cementation coating of carbonaceous substrates, Patent document 3) is disclosed in connection with the above-mentioned siliconizing.

팩 시멘테이션에 의해 금속 물질이 코팅된 철계 합금을 공기 중에 노출시키면 표면에 자연적으로 금속 산화막이 형성되는데, 상기 금속 산화막은 시간이 지날수록 점점 더 두꺼워져서 상기 철계 합금의 전도도를 저하시키는 원인이 된다.When an iron-based alloy coated with a metal material is exposed to air by pack cationization, a metal oxide film is naturally formed on the surface of the metal oxide film, and the metal oxide film becomes thicker with time to decrease the conductivity of the iron-based alloy .

이러한 문제점을 해결하기 위해, 상기 스크린 플라즈마 질화 방법을 이용하여 질소를 철계 합금에 고농도로 확산시켜서 질화물을 석출시켜 전도성을 유지하고자 하였다.To solve this problem, nitrogen was diffused into an iron-based alloy at a high concentration using the screen plasma nitridation method to deposit nitride to maintain conductivity.

그러나 일반적인 플라즈마 질화 방법은 철계 합금에 직접적인 아크(arc)가 발생하여 철계 합금의 표면이 손상되고, 철계 합금 표면에 생성되는 글로우(glow) 때문에 내부 온도가 균일하지 않아 질화층의 편차가 심한 문제점이 있었다.However, in the general plasma nitriding method, a direct arc is generated in the iron-based alloy, thereby damaging the surface of the iron-based alloy, and the internal temperature is not uniform due to the glow generated on the surface of the iron- there was.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 질소 원자를 확산시켜 철계 합금의 표면에 새로운 질화물의 복합 형성으로 철계 합금의 전도성을 유지하고자 하였다.In order to solve this problem, a screen plasma process was used to diffuse nitrogen atoms to maintain the conductivity of the iron-based alloy by the formation of new nitrides on the surface of the iron-based alloy.

스크린 플라즈마 질화 방법은, 철계 합금의 표면에 직접 플라즈마를 발생시켜 질화층을 제조하는 방법인 통상의 플라즈마 방법과 달리, 철계 합금으로부터 이격된 스크린에 플라즈마를 발생시켜 질화층을 제조하는 방법이다.The screen plasma nitriding method is a method for producing a nitride layer by generating a plasma on a screen separated from an iron-based alloy, unlike a conventional plasma method in which a plasma is directly generated on the surface of an iron-based alloy to produce a nitrided layer.

도 1은 종래의 일반적인 스크린 플라즈마 장치를 도시한다. 상기 스크린 플라즈마 장치는 진공 챔버(10), 스크린(20), 히터(30), 진공 펌프(40), 캐소드 전원부(50) 및 히터 전원부(60)를 구비한다. 도 1이 참조되어 일반적인 스크린 플라즈마 질화 방법이 설명된다.Figure 1 shows a conventional conventional screen plasma apparatus. The screen plasma apparatus includes a vacuum chamber 10, a screen 20, a heater 30, a vacuum pump 40, a cathode power source unit 50, and a heater power source unit 60. Referring to Fig. 1, a general screen plasma nitridation method will be described.

먼저, 상기 진공 챔버(10)를 1×10-3 Torr 정도의 진공 압력 분위기가 조성되도록 진공 펌프(40)를 가동시킨 후, 스크린(20)과 연결되어 있는 캐소드 전원부(50)을 가동시켜 스크린(20)을 가열시키고, 히터(30)와 연결되어 있는 히터 전원부(60)를 가동시켜 히터(30)가 가열되서 진공 챔버(10) 내의 온도를 공정 온도로 상승시킨다. 이 때, 진공 챔버(10) 내벽은 플러스(+) 상대 전하가 나타나고, 스크린(20)은 마이너스(-) 상대 전하가 나타나서, 진공 챔버(10) 내벽과 스크린(20) 사이에 전기장이 생성된다.First, the vacuum pump 40 is operated so that the vacuum chamber 10 has a vacuum pressure of about 1 × 10 -3 Torr. Then, the cathode power source unit 50 connected to the screen 20 is operated, The heater 20 is heated and the heater power supply unit 60 connected to the heater 30 is operated so that the heater 30 is heated to raise the temperature in the vacuum chamber 10 to the process temperature. At this time, a positive (+) positive electric charge appears in the inner wall of the vacuum chamber 10 and a negative electric charge appears in the screen 20, so that an electric field is generated between the inner wall of the vacuum chamber 10 and the screen 20 .

그 다음으로는, 질소 및 수소 가스를 진공 챔버(10) 내부에 주입시킨다. 이 때, 수소 가스는 진공 챔버(10) 내부가 고온 및 진공 분위기로 형성되어 있어 진공 챔버(10)에 주입되자마자 온도 및 압력의 에너지를 받아 플라즈마화 되고, 수소 플라즈마는 스크린(20) 주변에 밀집된다.Next, nitrogen and hydrogen gas are injected into the vacuum chamber 10. At this time, as soon as the hydrogen gas is injected into the vacuum chamber 10, the inside of the vacuum chamber 10 is formed into a high-temperature and vacuum atmosphere, and the hydrogen gas is received by the energy of temperature and pressure, It is dense.

질소 가스는 이온화 에너지가 수소 가스보다 상대적으로 커서 플라즈마화가 원활히 이루어지지 않는다. 그러나, 이미 플라즈마화 된 수소 플라즈마가 질소 가스와 충돌하여 질소 플라즈마가 원활히 생성될 수 있도록 하는 역할을 수행한다.Nitrogen gas has relatively higher ionization energy than hydrogen gas, so plasmaization is not smooth. However, the plasma plasma already collided with the nitrogen gas plays a role to smoothly generate the nitrogen plasma.

상기 질소 플라즈마는 진공 챔버(10) 중심부에 위치하는 철계 합금(2)에 확산되어 철계 합금 상에 질화층이 형성된다.The nitrogen plasma is diffused into the iron-based alloy 2 located at the center of the vacuum chamber 10 to form a nitride layer on the iron-based alloy.

상기와 같은 스크린 플라즈마 장치를 이용한 스크린 플라즈마 질화 방법은 진공 챔버의 온도를 공정 온도까지 높이기 위해 추가 장치인 히터를 이용하여 진공 챔버를 가열해야 하는 문제점이 있었다. In the screen plasma nitriding method using the screen plasma apparatus, there is a problem that the vacuum chamber must be heated using a heater, which is an additional device, to raise the temperature of the vacuum chamber to the process temperature.

또한, 종래의 스크린 플라즈마 장치는 고전류의 전원을 인가하며 캐소딕(cathodic)을 걸어주어야 함으로 인해 글로우(glow) 내에서 질소 가스의 반응에 의해 침투형 원소의 고밀도 투입공정이 불가능하여 입자 가속기나 고전압을 장치에 투입하여 철계 합금에 질화층을 형성해야 하는 문제점이 있었다.In addition, since a conventional screen plasma apparatus is required to apply a high current power and to apply a cathodic gas, it is impossible to perform a high-density input process of the penetrating element by the reaction of nitrogen gas in a glow, There is a problem in that a nitriding layer must be formed on the iron-based alloy.

따라서, 철계 합금의 내식성을 높이고 전도도를 유지시키면서, 철계 산화막을 제어할 수 있으면서 추가 가열과정이 필요하지 않는 철계 합금 코팅 방법에 대한 기술개발이 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is a need for a technology development of an iron-based alloy coating method which can control the iron-based oxide film while maintaining the corrosion resistance of the iron-based alloy and maintaining the conductivity thereof, without requiring an additional heating process.

대한민국 등록특허 제 10-1384374호Korean Patent No. 10-1384374 미국 공개특허 제2011-0293365호U.S. Published Patent Application No. 2011-0293365 미국 등록특허 제5275983호United States Patent No. 5275983

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 산세 작업 등 외부에서 처리해야만 제거 가능했던 스테인리스 소재 등에 자연적으로 형성되는 Cr2O3 등 강력한 산화막을 제거할 수 있으면서 가열과정에서 별도의 외부 히터 없이 매우 적은 양의 가스 투입 및 전력량으로 스크린에 형성되는 글로우 방전(glow discharge)를 이용한 가열, 고밀도의 원자질소 및 활성질소의 형성 및 투입 공정을 이용한 철계 합금 코팅 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로는 원자단위의 질소를 이용하여 코팅층의 최표면에 새로운 합금 코팅을 부여하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 고내식성 및 고전도도 특성을 갖는 제품을 제공하는 것을 일목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method for removing a strong oxide film such as Cr 2 O 3 that is naturally formed in a stainless steel material, The present invention provides a method of coating an iron-based alloy by heating using a glow discharge formed on a screen with a gas input and an amount of electric power, and forming and injecting high-density atomic nitrogen and active nitrogen. Specifically, it is an object of the present invention to provide a method of applying a new alloy coating to the outermost surface of a coating layer by using atomic nitrogen and a product having high corrosion resistance and high conductivity characteristics manufactured by the above method.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. There will be.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 팩 시멘테이션을 이용하여 철계 합금 표면에 크롬계 코팅층을 형성하는 단계 및 상기 크롬계 코팅층 상에 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 질화층을 형성하는 단계를 포함하는 철계 합금 코팅 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention provides a method of manufacturing a chromium-based alloy, comprising: forming a chromium-based coating layer on a surface of an iron-based alloy using packing; and forming a nitrided layer on the chromium- Based alloy coating method.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 철계 합금은 베어링 강 또는 스테인리스 강을 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the iron-based alloy may be an iron-based alloy coating method characterized by including bearing steel or stainless steel.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 크롬계 코팅층은 크롬(Cr), 크롬(Cr) 및 철(Fe) 또는 크롬(Cr), 철(Fe) 및 바나듐(V)을 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the chromium-based coating layer comprises chromium (Cr), chromium (Cr) and iron (Fe) or chromium (Cr), iron (Fe) and vanadium Alloy coating method.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 팩 시멘테이션을 이용하여 철계 합금 표면에 크롬계 코팅층을 형성하는 단계는, 팩(pack)에 철계 합금 및 팩 혼합물을 투입하는 단계, 상기 팩을 진공 챔버에 장입하는 장입 단계, 상기 진공 챔버에 장입된 팩을 가열하는 가열 단계 및 상기 가열 단계에서 가열이 유지되는 동안 상기 철계 합금에 크롬계 코팅층이 형성되는 크롬계 코팅층 형성 단계를 포함하고, 상기 팩 혼합물은 크롬계 분말, 활성제 및 불활성 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of forming the chromium-based coating layer on the surface of the iron-based alloy using the packing may include the steps of charging an iron-based alloy and a packed mixture into a pack, charging the pack into the vacuum chamber A heating step of heating the pack charged in the vacuum chamber, and a chromium-based coating layer forming step of forming a chromium-based coating layer on the iron-based alloy while the heating is maintained in the heating step, Based powder, an active agent, and an inert filler.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 팩 혼합물의 크롬계 분말은 크롬(Cr) 분말, 크롬(Cr) 분말 및 철(Fe) 분말 또는 크롬(Cr) 분말, 철(Fe) 분말 및 바나듐(V) 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법일 수 있다.In the embodiment of the present invention, the chromium-based powder of the pack mixture may be at least one selected from the group consisting of Cr powder, Cr powder and Fe powder or Cr powder, Fe powder and V powder, Based alloy coating method.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 팩 혼합물은 상기 크롬계 분말 10.5 wt% 내지 52.9 wt%, 상기 활성제 0.1 wt% 내지 3 wt% 및 상기 불활성 필러 47 wt% 내지 89.4 wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the pack mixture comprises 10.5 wt% to 52.9 wt% of the chromium-based powder, 0.1 wt% to 3 wt% of the activator, and 47 wt% to 89.4 wt% of the inert filler Based alloy coating method.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 크롬계 코팅층 상에 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 질화층을 형성하는 단계는, 크롬계 코팅층이 코팅된 철계 합금을 진공 챔버에 장입하고 상기 철계 합금을 이중 스크린으로 커버하는 단계, 상기 진공 챔버 내에 제1수소 가스를 주입하여 상기 철계 합금 상에 존재하는 크롬계 산화막을 환원하는 이온 클리닝 단계, 상기 이중 스크린에 공정 전류를 인가하고, 상기 진공 챔버 내에 제2수소 가스 및 질소 가스를 주입하여 혼합 플라즈마를 발생시키는 단계 및 상기 혼합 플라즈마가 철계 합금 표면에 형성된 크롬계 코팅층 상에 질소 확산되어 질화층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of forming a nitride layer on the chromium-based coating layer using a screen plasma process includes the steps of charging an iron-based alloy coated with a chromium-based coating layer into a vacuum chamber, An ion cleaning step of injecting a first hydrogen gas into the vacuum chamber to reduce a chromium-based oxide film existing on the iron-based alloy, applying a process current to the double screen, Forming a mixed plasma by injecting nitrogen gas, and forming a nitrided layer by diffusion of the mixed plasma onto the chromium-based coating layer formed on the surface of the iron-based alloy to form a nitrided layer.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 이온 클리닝 단계는, 상기 이중 스크린에 제1전류를 인가하여 상기 진공 챔버를 가열하는 단계, 상기 진공 챔버 내에 제1수소 가스를 주입하는 단계, 상기 이중 스크린에 제2전류를 인가하여 상기 이중 스크린 주위에 수소 플라즈마를 발생시키는 단계 및 상기 철계 합금 상에 존재하는 크롬계 산화막을 환원시켜 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the ion cleaning step may include heating the vacuum chamber by applying a first current to the double screen, injecting a first hydrogen gas into the vacuum chamber, 2 current to generate a hydrogen plasma around the double screen, and a step of reducing and removing the chromium-based oxide film present on the iron-based alloy.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1전류는 3 A 내지 5 A이고 상기 제2전류는 5 A 내지 15 A인 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first current is 3 A to 5 A and the second current is 5 A to 15 A.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 크롬계 산화막은 크롬(Cr), 크롬(Cr) 및 철(Fe) 또는 크롬(Cr), 철(Fe) 및 바나듐(V)을 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the chromium-based oxide film includes chromium (Cr), chromium (Cr) and iron (Fe) or chromium (Cr), iron (Fe), and vanadium Alloy coating method.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 공정 전류는 20 A 내지 30 A인 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the process current may be 20 A to 30 A.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 질소 가스 대 수소 가스의 함량비는 1:3 내지 4:1인 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the content ratio of the nitrogen gas to the hydrogen gas is 1: 3 to 4: 1.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 크롬계 코팅층 상에 스크린 플라즈마를 이용하여 질화층을 형성할 때, 상기 질화층 상에 미세 질화물이 형성되는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, when a nitride layer is formed on the chromium-based coating layer using a screen plasma, fine nitride is formed on the nitride layer.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 미세 질화물은 Cr2N 또는 CrN을 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the fine nitride may be Cr 2 N or CrN.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일실시예는 철계 합금 코팅 방법으로 제조된 고내식성 및 고전도도 특성을 갖는 제품을 제공한다.In order to achieve the above object, another embodiment of the present invention provides a product made of an iron-based alloy coating method and having high corrosion resistance and high conductivity.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 팩 시멘테이션으로 크로마이징된 철계 합금 상에 스크린 플라즈마를 이용하여 질화층을 제조할 수 있다.According to the present invention having the above-described structure, a nitrided layer can be produced by screen plasma on an iron-based alloy chromated by packing.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 스크린 플라즈마 공정에서 스크린을 이중 구조로 사용하여 스크린 주위에 글로우 방전(glow discharge)이 고밀도로 형성될 수 있어서 히터 없이도 충분히 진공 챔버 내부를 공정 온도까지 올릴 수 있다.In addition, according to the present invention, in the screen plasma process, a glow discharge can be formed at high density around the screen by using the screen as a double structure, so that the inside of the vacuum chamber can be sufficiently raised to the process temperature without a heater.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 스크린 플라즈마 공정에서 이온클리닝 공정을 이용하여 철계 합금 상에 존재하는 크롬계 산화막을 제거하여 질화 공정이 저해되지 않을 수 있다.Also, according to the present invention, the nitriding process may not be inhibited by removing the chromium-based oxide film existing on the iron-based alloy by using the ion cleaning process in the screen plasma process.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 질화층이 형성될 때 Cr2N 또는 CrN을 포함하는 미세 질화물이 형성되어 철계 합금의 전도성이 저하되지 않을 수 있다.In addition, according to the present invention, when the nitride layer is formed, fine nitrides including Cr 2 N or CrN are formed, so that the conductivity of the iron-based alloy may not be lowered.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects and include all effects that can be deduced from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도 1은 종래의 일반적인 스크린 플라즈마 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스크린 플라즈마 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 스크린을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 Cr-Fe 코팅층 및 질화층이 형성된 SUS316의 X-선 회절패턴 및 Cr-Fe 코팅층이 형성된 SUS316의 X-선 회절패턴을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 Cr-Fe-V 코팅층 및 질화층이 형성된 SUS316의 X-선 회절패턴 및 Cr-Fe-V 코팅층이 형성된 SUS316의 X-선 회절패턴을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 1(SUS316-Cr-SPN)의 표면 형상을 나타낸 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 1(SUS316-Cr)의 표면 형상을 나타낸 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 2(SUS316-Cr-Fe-SPN)의 표면 형상을 나타낸 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 2(SUS316-Cr-Fe)의 표면 형상을 나타낸 이미지이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 3(SUS316-Cr-Fe-V-SPN)의 표면 형상을 나타낸 이미지이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 3(SUS316-Cr-Fe-V)의 표면 형상을 나타낸 이미지이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 1(SUS316-Cr-SPN)의 단면 형상을 나타낸 이미지이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 1(SUS316-Cr-SPN)의 깊이에 따른 원소 함량을 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 1(SUS316-Cr)의 단면 형상을 나타낸 이미지이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 1(SUS316-Cr)의 깊이에 따른 원소 함량을 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 2(SUS316-Cr-Fe-SPN)의 단면 형상을 나타낸 이미지이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 2(SUS316-Cr-Fe-SPN)의 깊이에 따른 원소 함량을 나타낸 그래프이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 2(SUS316-Cr-Fe)의 단면 형상을 나타낸 이미지이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 2(SUS316-Cr-Fe)의 깊이에 따른 원소 함량을 나타낸 그래프이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 3(SUS316-Cr-Fe-V-SPN)의 단면 형상을 나타낸 이미지이다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 3(SUS316-Cr-Fe-V-SPN)의 깊이에 따른 원소 함량을 나타낸 그래프이다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 3(SUS316-Cr-Fe-V)의 단면 형상을 나타낸 이미지이다.
도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 3(SUS316-Cr-Fe-V)의 깊이에 따른 원소 함량을 나타낸 그래프이다.1 is a cross-sectional view of a conventional conventional screen plasma apparatus.
2 is a cross-sectional view of a screen plasma apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view illustrating a dual screen according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of SUS316 formed with a Cr-Fe coating layer and a nitride layer and SUS316 having a Cr-Fe coating layer formed thereon according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of SUS316 formed with a Cr-Fe-V coating layer and a nitride layer according to an embodiment of the present invention and SUS316 in which a Cr-Fe-V coating layer is formed.
6 is an image showing the surface shape of Production Example 1 (SUS316-Cr-SPN) according to an embodiment of the present invention.
7 is an image showing the surface shape of Comparative Example 1 (SUS316-Cr) according to an embodiment of the present invention.
8 is an image showing the surface shape of Production Example 2 (SUS316-Cr-Fe-SPN) according to an embodiment of the present invention.
9 is an image showing the surface shape of Comparative Example 2 (SUS316-Cr-Fe) according to an embodiment of the present invention.
10 is an image showing the surface shape of Production Example 3 (SUS316-Cr-Fe-V-SPN) according to an embodiment of the present invention.
11 is an image showing the surface shape of Comparative Example 3 (SUS316-Cr-Fe-V) according to an embodiment of the present invention.
12 is an image showing a cross-sectional shape of Production Example 1 (SUS316-Cr-SPN) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing an element content according to a depth of Production Example 1 (SUS316-Cr-SPN) according to an embodiment of the present invention.
14 is an image showing a cross-sectional shape of Comparative Example 1 (SUS316-Cr) according to an embodiment of the present invention.
15 is a graph showing an element content according to a depth of Comparative Example 1 (SUS316-Cr) according to an embodiment of the present invention.
16 is an image showing a cross-sectional shape of Production Example 2 (SUS316-Cr-Fe-SPN) according to an embodiment of the present invention.
17 is a graph showing an element content according to a depth of Production Example 2 (SUS316-Cr-Fe-SPN) according to an embodiment of the present invention.
18 is an image showing a cross-sectional shape of Comparative Example 2 (SUS316-Cr-Fe) according to an embodiment of the present invention.
19 is a graph showing an element content according to depth of Comparative Example 2 (SUS316-Cr-Fe) according to an embodiment of the present invention.
20 is an image showing a cross-sectional shape of Production Example 3 (SUS316-Cr-Fe-V-SPN) according to an embodiment of the present invention.
21 is a graph showing an element content according to a depth of Production Example 3 (SUS316-Cr-Fe-V-SPN) according to an embodiment of the present invention.
22 is an image showing a cross-sectional shape of Comparative Example 3 (SUS316-Cr-Fe-V) according to an embodiment of the present invention.
23 is a graph showing an element content according to depth of Comparative Example 3 (SUS316-Cr-Fe-V) according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

본 명세서에서 사용되는 용어는 다양한 실시예를 설명하기 위한 것이지, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 제1구성요소가 제2구성요소에 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 표현될 때, 이는 상기 제1구성요소가 상기 제2구성요소에 "직접적으로 연결"되거나 또는 제3구성요소를 통해 "간접적으로 연결"될 수 있다는 것을 의미한다. 단수의 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현들을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재한다는 것을 의미하지, 하나 또는 그 이상의 다른, 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성이 배제된다는 것을 의미하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing various embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. When the first component is said to be "connected (connected, contacted)" to a second component, this means that the first component is "directly connected" to the second component, Quot; indirectly "through < / RTI > The singular forms "a," "an," and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms " comprises "or" having ", when used in this specification, mean that there are features, numbers, steps, But does not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하, 철계 합금 코팅 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, the iron-based alloy coating method will be described.

본 발명의 실시예에 있어서, 철계 합금 코팅 방법은 팩 시멘테이션을 이용하여 철계 합금 표면에 크롬계 코팅층을 형성하는 단계 및 상기 크롬계 코팅층 상에 상에 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 질화층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, an iron-based alloy coating method includes forming a chromium-based coating layer on the surface of an iron-based alloy using packing, and forming a nitride layer on the chromium-based coating layer using a screen plasma process Step < / RTI >

먼저, 팩 시멘테이션을 이용하여 철계 합금 표면에 크롬계 코팅층을 형성한다.First, a chromium-based coating layer is formed on the surface of an iron-based alloy by using packing.

본 발명의 실시예에 있어서, 팩 시멘테이션을 이용하여 철계 합금 표면에 크롬계 코팅층을 형성하는 방법은, 팩(pack)에 철계 합금 및 팩 혼합물을 투입하는 단계, 상기 팩을 진공 챔버에 장입하는 장입 단계, 상기 진공 챔버에 장입된 팩을 가열하는 가열 단계 및 상기 가열 단계에서 가열이 유지되는 동안 상기 철계 합금에 크롬계 코팅층이 형성되는 크롬계 코팅층 형성 단계를 포함할 수 있다.In the embodiment of the present invention, a method of forming a chromium-based coating layer on the surface of an iron-based alloy using packing is a method comprising the steps of charging an iron-based alloy and a packed mixture into a pack, A charging step, a heating step of heating the pack charged in the vacuum chamber, and a chromium-based coating layer forming step of forming a chromium-based coating layer on the iron-based alloy while the heating is maintained in the heating step.

팩 시멘테이션으로 철계 합금 표면에 크롬계 코팅층을 형성하기 위해서는 먼저 팩(pack)에 철계 합금 및 팩 혼합물을 투입한다.In order to form the chromium-based coating layer on the surface of the iron-based alloy by pack cationization, the iron-based alloy and the pack mixture are first added to the pack.

팩 시멘테이션은 팩 혼합물 속에 처리하고자 하는 금속 부품을 넣고 고온에서 일정 시간 가열하여 금속 부품 상에 표면층을 형성하고 동시에 금속 부품의 표면층에 확산 코팅층을 얻을 수 있는 코팅층 제조방법이다.Packing is a method of manufacturing a coating layer in which a metal component to be treated is placed in a packed mixture and heated at a high temperature for a certain period of time to form a surface layer on the metal component and a diffusion coating layer on the surface layer of the metal component.

본 발명의 팩 시멘테이션은 철계 합금 표면에 크롬계 코팅층을 형성하기 위한 방법으로 사용될 수 있다.The packing of the present invention can be used as a method for forming a chromium-based coating layer on the surface of an iron-based alloy.

구체적으로, 상기 철계 합금은 베어링 강 또는 스테인리스 강을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.Specifically, the iron-based alloy may include, but is not limited to, bearing steel or stainless steel.

베어링 강은 고탄소크롬 특수강이며, 스테인리스 강은 철의 내식성을 보완하기 위해 니켈 및 크롬 등을 함유한 합금강이다.Bearing steels are high carbon chromium special steels. Stainless steels are alloy steels containing nickel and chromium to complement the corrosion resistance of iron.

예를 들어, 본 발명의 철계 합금은 SUJ2 베어링 강 또는 SUS316 스테인리스 강일 수 있다.For example, the iron-based alloy of the present invention can be SUJ2 bearing steel or SUS316 stainless steel.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 팩 혼합물은 크롬계 분말, 활성제 및 불활성 필러를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the pack mixture may include a chromium-based powder, an activator, and an inert filler.

구체적으로, 상기 팩 혼합물의 크롬계 분말은 크롬(Cr) 분말, 크롬(Cr) 분말 및 철(Fe) 분말 또는 크롬(Cr) 분말, 철(Fe) 분말 및 바나듐(V) 분말을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.Specifically, the chromium-based powder of the pack mixture may include a Cr powder, a Cr powder and an Fe powder or a Cr powder, an Fe powder, and a Vanadium powder. However, the present invention is not limited thereto.

통상적으로 크롬 금속은 경도, 내식성 및 윤활성이 우수한 특성을 나타내기 때문에, 본 발명의 상기 크롬계 분말은 크롬계 코팅층을 제조할 때 사용되는 반응물로, 철계 합금의 경도, 내식성 및 윤활성을 향상시킬 수 있는 효과가 있을 수 있다.Since the chromium metal generally exhibits excellent properties of hardness, corrosion resistance and lubricity, the chromium-based powder of the present invention is a reactant used in the production of the chromium-based coating layer, which can improve the hardness, corrosion resistance and lubricity of the iron- There can be an effect.

또한, 본 발명에서 상기 활성제는 크롬계 코팅층을 이루게 될 크롬계 분말과 반응하면서 크롬계 코팅층 형성에 기여할 수 있으며, 할로겐화합물계염을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 할로겐화합물계염은 테트라플루오르붕산칼륨(KBF4), 염화암모늄(NH4Cl), 플루오르암모늄(NH4F), 플루오르소듐(NaF) 또는 염화소듐(NaCl)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.In addition, the activator in the present invention may contribute to the formation of a chromium-based coating layer while reacting with a chromium-based powder to be a chromium-based coating layer, and may include a halogen compound salt. Specifically, the halogen compound salt may include potassium tetrafluoroborate (KBF 4 ), ammonium chloride (NH 4 Cl), fluoroammonium (NH 4 F), fluorosodium (NaF) or sodium chloride (NaCl) But is not limited thereto.

예를 들어, 본 발명의 활성제는 테트라플루오르붕산칼륨(KBF4)일 수 있다.For example, the active agent of the present invention may be potassium tetrafluoroborate (KBF 4 ).

또한, 본 발명의 불활성 필러는 크롬계 코팅층이 형성되는 과정에서 철계 합금의 소결을 방지할 수 있다. 구체적으로, 상기 불활성 필러는 산화알루미늄(Al2O3), 실리카(SiO2), 탄화규소(SiC) 또는 산화크롬(Cr2O3)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.In addition, the inert filler of the present invention can prevent sintering of the iron-based alloy during the formation of the chromium-based coating layer. Specifically, the inert filler may include but is not limited to aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), silicon carbide (SiC), or chromium oxide (Cr 2 O 3 ) .

예를 들어, 본 발명의 불활성 필러는 산화알루미늄(Al2O3)일 수 있다.For example, the inert filler of the present invention may be aluminum oxide (Al 2 O 3 ).

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 팩 혼합물은 상기 크롬계 분말 10.5 wt% 내지 52.9 wt%, 상기 활성제 0.1 wt% 내지 3 wt% 및 상기 불활성 필러 47 wt% 내지 89.4 wt%를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In an embodiment of the present invention, the pack mixture may comprise 10.5 wt% to 52.9 wt% of the chromium powder, 0.1 wt% to 3 wt% of the activator, and 47 wt% to 89.4 wt% of the inert filler, But is not limited to.

여기서, 상기 크롬계 분말의 함량은 상기 팩 혼합물의 전체 함량 중 10.5 wt% 내지 52.9 wt%를 포함할 수 있다. 크롬계 분말의 함량이 10.5 wt% 미만일 경우에는 크롬계 코팅층이 너무 얇게 형성되거나 크롬계 코팅층의 내식성 정도가 목표치에 미달될 수 있어 바람직하지 않다. 반면 크롬계 분말의 함량이 52.9 wt%를 초과하면, 크롬계 분말이 불활성제와 뭉쳐지면서 철계 합금의 표면에 불필요한 물질이 첨가되고, 이에 따라 철계 합금에 지나치게 기공이 생길 수 있어 바람직하지 않다.Here, the content of the chromium-based powder may include 10.5 wt% to 52.9 wt% of the total content of the pack mixture. If the content of the chromium-based powder is less than 10.5 wt%, the chromium-based coating layer may be too thin or the corrosion resistance of the chromium-based coating layer may be lower than the target value. On the other hand, when the content of the chromium-based powder exceeds 52.9 wt%, the chromium-based powder is aggregated with the deactivator and unnecessary substances are added to the surface of the iron-based alloy, which may result in excessive pores in the iron-based alloy.

예를 들어, 본 발명의 크롬 금속 분말의 함량은 30 wt%일 수 있다.For example, the chromium metal powder content of the present invention may be 30 wt%.

그리고, 상기 활성제의 함량은 상기 팩 혼합물의 전체 함량 중 0.1 wt% 내지 3 wt%를 포함할 수 있다. 활성제의 함량이 0.1 wt% 미만이거나 3 wt%를 초과하면, 전술한 크롬계 분말의 함량을 고려할 때, 불균일한 크롬계 코팅층이 형성되거나 크롬계 코팅층 내부에 얼룩이 발생하여 크롬계 코팅층의 기계적 물성이 저하되는 문제가 생길 수 있어 바람직하지 않다.And, the content of the activator may include 0.1 wt% to 3 wt% of the total amount of the pack mixture. When the content of the activator is less than 0.1 wt% or more than 3 wt%, the non-uniform chromium-based coating layer is formed or unevenness occurs in the chromium-based coating layer when considering the content of the chromium-based powder, There is a problem that it is deteriorated.

예를 들어, 본 발명의 활성제의 함량은 1 wt%일 수 있다.For example, the content of the active agent of the present invention may be 1 wt%.

또한, 상기 불활성 필러의 함량은 상기 팩 혼합물의 전체 함량 중 47 wt% 내지 89.4 wt%를 포함할 수 있다. 불활성 필러의 함량이 47 wt% 미만이면 크롬계 코팅층을 이루게 될 크롬의 침투 및 확산이 원하는 정도로 이루어지지 않을 수 있고, 불활성 필러의 함량이 89.4 wt%를 초과하면, 크롬계 코팅층의 형성이 늦어져 크롬계 코팅층의 기계적 물성이 목표치에 미달될 수 있어 바람직하지 않다.In addition, the content of the inert filler may include 47 wt% to 89.4 wt% of the total content of the pack mixture. If the content of the inert filler is less than 47 wt%, penetration and diffusion of chromium to form the chromium-based coating layer may not be achieved to a desired degree. If the content of the inert filler exceeds 89.4 wt%, formation of the chromium-based coating layer is delayed The mechanical properties of the chromium-based coating layer may be lower than the target value, which is not preferable.

예를 들어, 본 발명의 불활성 필러의 함량은 69 wt%일 수 있다.For example, the content of the inert filler of the present invention may be 69 wt%.

그 다음으로는, 상기 팩을 진공 챔버에 장입한 후, 상기 진공 챔버에 장입된 팩을 가열한다.Next, after charging the pack into the vacuum chamber, the pack is charged into the vacuum chamber.

그 다음으로는, 상기 가열 과정이 유지되는 동안 상기 철계 합금에 크롬계 코팅층이 형성된다.Next, a chromium-based coating layer is formed on the iron-based alloy while the heating process is maintained.

본 발명에서 크롬계 코팅층은 가열 온도가 유지되는 동안, 팩 혼합물을 이루는 성분 중 크롬계 분말이 활성제와 반응하여 크롬계 할로겐화합물 기체로 형성될 수 있고, 상기 크롬계 할로겐화합물 기체들이 철계 합금의 표면에 흡착되어 상기 철계 합금의 내부로 침투 및 확산되면서 형성될 수 있다.In the present invention, the chromium-based coating layer may be formed of a chromium-based halogen compound gas by reacting the chromium-based powder with the activator among components constituting the pack mixture while the heating temperature is maintained, and the chromium- And penetrate and diffuse into the iron-based alloy.

본 발명에서 팩 시멘테이션을 이용하여 철계 합금 표면에 크롬계 코팅층을 형성한 다음으로, 상기 크롬계 코팅층 상에 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 질화층을 형성한다.In the present invention, a chromium-based coating layer is formed on the surface of an iron-based alloy using packing, and then a nitride layer is formed on the chromium-based coating layer using a screen plasma process.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스크린 플라즈마 장치를 도시한 단면도이다. 상기 스크린 플라즈마 장치는 진공 챔버(10), 이중 스크린(70), 진공 펌프(40) 및 캐소드 전원부(50)를 구비한다. 도 2가 참조되어 본 발명의 스크린 플라즈마 공정을 이용한 질화층 형성이 설명된다.2 is a cross-sectional view illustrating a screen plasma apparatus according to an embodiment of the present invention. The screen plasma apparatus includes a vacuum chamber 10, a double screen 70, a vacuum pump 40, and a cathode power source unit 50. Referring to Figure 2, nitridation layer formation using the inventive screen plasma process is described.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 크롬계 코팅층 상에 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 질화층을 형성하는 방법은 크롬계 코팅층이 코팅된 철계 합금(2)을 진공 챔버(10)에 장입하고 상기 철계 합금(2)을 이중 스크린(70)으로 커버하는 단계, 상기 진공 챔버(10) 내에 제1수소 가스를 주입하여 상기 철계 합금(2) 상에 존재하는 크롬계 산화막을 환원하는 이온 클리닝 단계, 상기 이중 스크린(70)에 공정 전류를 인가하고, 상기 진공 챔버(10) 내에 제2수소 가스 및 질소 가스를 주입하여 혼합 플라즈마를 발생시키는 단계 및 상기 혼합 플라즈마가 철계 합금(2) 표면에 형성된 크롬계 코팅층 상에 질소 확산되어 질화층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In the embodiment of the present invention, a method of forming a nitride layer using a screen plasma process on the chromium-based coating layer includes the steps of charging an iron-based alloy 2 coated with a chromium-based coating layer into a vacuum chamber 10, (2) is covered with a double screen (70), an ion cleaning step of injecting a first hydrogen gas into the vacuum chamber (10) to reduce the chromium-based oxide film present on the iron-based alloy (2) Applying a process current to the screen (70), injecting a second hydrogen gas and nitrogen gas into the vacuum chamber (10) to generate a mixed plasma, and mixing the chromium-based coating layer And forming a nitride layer by diffusing nitrogen on the nitride layer.

먼저, 크롬계 코팅층이 코팅된 철계 합금(2)을 진공 챔버(10)에 장입하고 상기 철계 합금(2)을 이중 스크린(70)으로 커버한다.First, an iron-based alloy 2 coated with a chromium-based coating layer is charged into a vacuum chamber 10, and the iron-based alloy 2 is covered with a double screen 70.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 스크린(70)을 나타낸 사시도이다.3 is a perspective view illustrating a dual screen 70 according to one embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 이중 스크린(70)은 스크린 플라즈마 공정에서 사용하는 스크린으로서, 외통(71) 및 내통(72)으로 구성되어 있으며, 하부가 개방된 원통형의 구조를 가지고 있다.Referring to FIG. 3, the dual screen 70 is a screen used in a screen plasma process, and is composed of an outer tube 71 and an inner tube 72, and has a cylindrical structure with an open bottom.

본 발명의 실시예에 있어서, 이중 스크린(70)은 진공 챔버(10) 내에서 글로우 방전(glow discharge)을 발생시키는 전극 역할을 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the dual screen 70 may serve as an electrode for generating a glow discharge in the vacuum chamber 10.

본 발명의 진공 챔버(10) 내의 철계 합금(2)을 이중 스크린(70)으로 커버하는 과정 이후에, 진공 펌프(40)을 작동시켜 진공 챔버(10) 내부의 분위기를 1×10-3 Torr 내지 1×10-1 Torr 수준의 진공도로 조성할 수 있다. 이 때, 진공 챔버(10) 내벽은 플러스(+) 상대 전하가 나타나고, 이중 스크린(70)은 마이너스(-) 상대 전하가 나타나서, 진공 챔버(10) 내벽과 이중 스크린(70) 사이에 전기장이 생성된다.After the process of covering the iron-based alloy 2 in the vacuum chamber 10 of the present invention with the double screen 70, the atmosphere inside the vacuum chamber 10 is operated at a pressure of 1 x 10 < -3 > Torr To 1 x 10 < -1 > Torr. At this time, a positive positive electric charge appears in the inner wall of the vacuum chamber 10 and a negative electric charge appears in the double screen 70 so that an electric field is generated between the inner wall of the vacuum chamber 10 and the double screen 70 .

진공 챔버(10)의 진공도가 1×10-1 Torr 미만일 경우에는, 진공 챔버(10) 내의 불순물이 충분히 제거되기 어려워 바람직하지 않고, 1×10-3 Torr 이내로 진공 분위기를 조성하여도 불순물이 충분히 제거될 수 있기 때문에, 1×10-3 Torr 초과로 진공 분위기를 조성하는 것은 공정상 불필요 하므로 바람직하지 않다.When the degree of vacuum of the vacuum chamber 10 is less than 1 x 10 -1 Torr, impurities in the vacuum chamber 10 are not easily removed, and even if a vacuum atmosphere is formed within 1 x 10 -3 Torr, It is not preferable to form a vacuum atmosphere at more than 1 x 10 < -3 > Torr because it is unnecessary in the process.

그 다음으로는, 상기 진공 챔버(10) 내에 제1수소 가스를 주입하여 상기 철계 합금(2) 상에 존재하는 크롬계 산화막을 환원시키는데, 이 과정을 이온클리닝이라고 한다.Next, the first hydrogen gas is injected into the vacuum chamber 10 to reduce the chromium-based oxide film existing on the iron-based alloy 2, and this process is referred to as ion cleaning.

구체적으로, 상기 이온클리닝 방법은, 상기 이중 스크린(70)에 제1전류를 인가하여 상기 진공 챔버(10)를 가열하는 단계, 상기 진공 챔버(10) 내에 제1수소 가스를 주입하는 단계, 상기 이중 스크린(70)에 제2전류를 인가하여 상기 이중 스크린(70) 주위에 수소 플라즈마를 발생시키는 단계 및 상기 철계 합금(2) 상에 존재하는 크롬계 산화막을 환원시켜 제거하는 단계를 포함할 수 있다.Specifically, the ion cleaning method may include heating the vacuum chamber 10 by applying a first current to the double screen 70, injecting a first hydrogen gas into the vacuum chamber 10, Generating a hydrogen plasma around the dual screen 70 by applying a second current to the dual screen 70 and reducing the chromium based oxide present on the iron based alloy 2 have.

먼저 이중 스크린(70)에 제1전류를 인가하면, 진공 챔버(10)의 내부 온도가 100 ℃까지 상승된다.First, when the first current is applied to the dual screen 70, the internal temperature of the vacuum chamber 10 is raised to 100 占 폚.

본 발명의 실시예에 있어서, 제1전류를 인가하여 진공 챔버(10)를 100 ℃로 예열하면, 스크린 사이에서 발생하는 고밀도의 글로우(glow)를 이용하여 진공 챔버(10)가 저온에서 고온으로 온도 변화가 일어날 때 열팽창에 의한 균열을 방지할 수 있고, 상기 진공 챔버(10) 내부에 있는 탄소를 태우면서 산소 및 수분을 배출시킬 수 있다.In the embodiment of the present invention, when the vacuum chamber 10 is preheated to 100 deg. C by applying the first current, the vacuum chamber 10 is heated from the low temperature to the high temperature by using the high density glow generated between the screens It is possible to prevent cracks due to thermal expansion when a temperature change occurs and to discharge oxygen and moisture while burning the carbon inside the vacuum chamber 10. [

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1전류는 3 A 내지 5 A이다. 제1전류가 상기 이중스크린(70)에 인가되어 진공 챔버(10)의 내부 온도를 100 ℃까지 가열시키는 제1전류의 세기는 3 A 내지 5 A가 바람직하다.In an embodiment of the present invention, the first current is 3 A to 5 A. The first current is applied to the double screen 70 so that the intensity of the first current for heating the internal temperature of the vacuum chamber 10 to 100 DEG C is preferably 3 A to 5 A. [

예를 들어, 제1전류는 5 A일 수 있다.For example, the first current may be 5A.

그 다음으로는, 상기 진공 챔버(10) 내에 제1수소를 주입한다.Next, the first hydrogen is injected into the vacuum chamber 10.

본 발명의 제1수소는 수소 플라즈마를 발생시키기 위한 가스원일 수 있다.The first hydrogen of the present invention may be a gas source for generating a hydrogen plasma.

그 다음으로는, 상기 이중 스크린(70)에 제2전류를 인가하여 상기 이중 스크린(20) 주위에 수소 플라즈마를 발생시킨다.A second current is then applied to the dual screen 70 to generate a hydrogen plasma around the dual screen 20.

구체적으로, 상기 이중 스크린(70)에 제2전류를 인가하면, 이중 스크린(70)의 외통(71) 및 내통(72) 사이에 글로우 방전(glow discharge)이 발생하여, 상기 수소 플라즈마는 이중 스크린(70)의 외통(71) 및 내통(72) 사이에 존재하는 공간(S)에 수집될 수 있다. 이에 따라, 수소 플라즈마의 밀도는 단일의 스크린 플라즈마 장치보다 고밀도로 형성될 수 있다. 따라서, 별도의 외부 히터 없이 매우 적은 양의 가스 투입 및 전력량으로 스크린에 형성되는 글로우 방전(glow discharge)을 이용하여 공정 온도까지 진공 챔버(10)의 온도를 높이는 가열 과정을 진행할 수 있다.Specifically, when a second current is applied to the double screen 70, a glow discharge is generated between the outer tube 71 and the inner tube 72 of the double screen 70, (S) existing between the outer cylinder (71) and the inner cylinder (72) of the cylinder (70). Accordingly, the density of the hydrogen plasma can be formed at a higher density than that of a single screen plasma apparatus. Therefore, the heating process of increasing the temperature of the vacuum chamber 10 to the process temperature can be performed by using a glow discharge formed on the screen with a very small amount of gas input and electric power without a separate external heater.

예를 들어, 수소 플라즈마는 Hα, Hβ 또는 Hγ를 포함하는 수소 플라즈마종을 포함할 수 있다.For example, the hydrogen plasma may comprise a hydrogen plasma species comprising H [alpha] , H [ beta] or H [ gamma ].

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2전류는 5 A 내지 15 A이다. 제2전류가 상기 이중스크린(70)에 인가되어 진공 챔버(10)의 내부 온도를 250 ℃까지 가열시켜 수소 플라즈마를 발생시킬 수 있는 제2전류의 세기는 5 A 내지 15 A가 바람직하다.In an embodiment of the present invention, the second current is 5 A to 15 A. It is preferable that the second current is applied to the double screen 70 so that the internal temperature of the vacuum chamber 10 is heated up to 250 DEG C to generate the hydrogen plasma.

예를 들어, 제1전류는 15 A일 수 있다.For example, the first current may be 15A.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수소 플라즈마는 진공 펌프에 의한 힘으로 진공 챔버의 중심부에 위치할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the hydrogen plasma may be located at the center of the vacuum chamber by the force of a vacuum pump.

그 다음으로는, 상기 철계 합금(2) 상에 존재하는 크롬계 산화막을 환원시켜 제거한다.Next, the chromium-based oxide film existing on the iron-based alloy 2 is reduced and removed.

본 발명에서 팩 시멘테이션으로 크롬계 코팅층이 코팅된 철계 합금(2)은 진공 챔버(10)에 장입되기 전 외부 공기와 접촉하였을 때 표면에 크롬계 산화막이 형성될 수 있다.In the present invention, the iron-based alloy (2) coated with a chromium-based coating layer by packing may be formed with a chromium-based oxide film on its surface when it is brought into contact with outside air before being charged into the vacuum chamber (10).

상기 크롬계 산화막은 질화 공정을 저해하는 원인이 될 수 있으며, 철계 합금의 내식성은 좋아질 수 있으나 자기 전도성을 저하시키는 단점이 있다. 따라서, 본 발명에서 진공 챔버(10)의 중심부에 위치된 수소 플라즈마가 상기 크롬계 산화막과 반응하여 크롬계 산화막을 환원시켜 제거할 수 있다.The chromium-based oxide film may cause the nitriding process to be hindered, and the corrosion resistance of the iron-based alloy may be improved, but the magnetic conductivity is lowered. Therefore, in the present invention, the hydrogen plasma positioned at the center of the vacuum chamber 10 reacts with the chromium-based oxide film to reduce and remove the chromium-based oxide film.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 크롬계 산화막은 크롬(Cr), 크롬(Cr) 및 철(Fe) 또는 크롬(Cr), 철(Fe) 및 바나듐(V)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.In an embodiment of the present invention, the chromium-based oxide film may include chromium (Cr), chromium (Cr), iron (Fe) or chromium (Cr), iron (Fe), and vanadium .

본 발명의 이온 클리닝 공정 다음으로는, 이중 스크린(70)에 공정 전류를 인가하고, 진공 챔버(10) 내에 제2수소 가스 및 질소 가스를 주입하여 혼합 플라즈마를 발생시킨다.In the ion cleaning process of the present invention, a process current is applied to the dual screen 70, and a second hydrogen gas and a nitrogen gas are injected into the vacuum chamber 10 to generate a mixed plasma.

예를 들어, 상기 혼합 플라즈마는 질소 플라즈마 및 수소 플라즈마일 수 있다.For example, the mixed plasma may be a nitrogen plasma and a hydrogen plasma.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 공정 전류는 20 A 내지 30 A일 수 있다. 공정 전류가 상기 이중스크린(70)에 인가되어 진공 챔버(10)의 내부 온도를 400 ℃ 내지 500 ℃까지 가열시켜 상기 혼합 플라즈마를 발생시킬 수 있는 공정 전류의 세기는 20 A 내지 30 A가 바람직하다.In an embodiment of the present invention, the process current may be 20 A to 30 A. A process current is applied to the double screen 70 so that the intensity of the process current capable of generating the mixed plasma by heating the internal temperature of the vacuum chamber 10 to 400 ° C to 500 ° C is preferably 20 A to 30 A .

본 발명에서 상기 진공 챔버(10) 내에 제2수소 가스가 주입되면, 제2수소 가스는 진공 챔버(10) 내부가 고온 및 진공 분위기로 형성되어 있어 진공 챔버(10)에 주입되자마자 온도 및 압력의 에너지를 받아 플라즈마화 되고, 수소 플라즈마는 이중 스크린(70) 주변에 밀집된다.In the present invention, when the second hydrogen gas is injected into the vacuum chamber 10, the inside of the vacuum chamber 10 is formed in a high-temperature and vacuum atmosphere. As soon as the gas is injected into the vacuum chamber 10, The hydrogen plasma is densely packed around the double screen 70,

예를 들어, 수소 플라즈마는 Hα, Hβ 또는 Hγ를 포함하는 수소 플라즈마종을 포함할 수 있다.For example, the hydrogen plasma may comprise a hydrogen plasma species comprising H [alpha] , H [ beta] or H [ gamma ].

본 발명에서, 질소 가스는 이온화 에너지가 수소 가스보다 상대적으로 커서 플라즈마화가 원활히 이루어지지 않는다. 그러나, 이미 플라즈마화 된 수소 플라즈마가 질소 가스와 충돌하여 질소 플라즈마를 원활히 생성할 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 수소 플라즈마는 질소 플라즈마의 유동성을 향상시킬 수 있다.In the present invention, the ionization energy of the nitrogen gas is relatively larger than that of the hydrogen gas, so that the plasmaization is not smooth. However, the plasma plasma already collided with the nitrogen gas so as to smoothly generate the nitrogen plasma. The hydrogen plasma can improve the flowability of the nitrogen plasma.

예를 들어 본 발명의 질소 플라즈마는 N+, N, N2 + 또는 NH3를 포함하는 질소종을 포함할 수 있다.For example, the nitrogen plasma of the present invention may include nitrogen species containing N +, N, N 2 +, or NH 3.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 질소 가스 대 수소 가스의 함량비는 1:3 내지 4:1일 수 있다. 더욱 바람직하게는 철계 합금이 스테인리스 강일 경우에는 질소 가스 대 수소 가스의 함량비가 1:1 내지 4:1이 바람직하다.In an embodiment of the present invention, the content ratio of the nitrogen gas to the hydrogen gas may be 1: 3 to 4: 1. More preferably, when the iron-based alloy is stainless steel, the content ratio of the nitrogen gas to the hydrogen gas is preferably 1: 1 to 4: 1.

상기 철계 합금이 스테인리스 강일 경우, 질소를 함유하는데 유리한 철계 합금으로, 질소 확산을 보다 더 고밀도로 수행하기 위해 질소의 함량이 수소의 함량보다 높은 1:1 내지 4:1의 질소 가스 대 수소 가스의 함량비가 바람직하다.In the case where the iron-based alloy is stainless steel, it is an iron-based alloy favorable for containing nitrogen. In order to perform nitrogen diffusion more densely, nitrogen gas having a nitrogen content of 1: 1 to 4: The content ratio is preferable.

마지막으로, 상기 혼합 플라즈마가 철계 합금(2) 표면에 형성된 크롬계 코팅층 상에 질소 확산되어 질화층을 형성한다.Finally, the mixed plasma is nitrogen-diffused on the chromium-based coating layer formed on the surface of the iron-based alloy 2 to form a nitrided layer.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 질소 플라즈마는 진공 펌프(40)의 영향력으로 진공 챔버(10)의 중심부에 위치하고, 상기 질소 플라즈마는 진공 펌프(40)가 기체를 빨아들이는 방향으로 이동하여 진공 챔버(10) 중심부에 위치하는 크롬계 코팅층이 코팅된 철계 합금(2)에 질화층이 형성될 수 있다.In the embodiment of the present invention, the nitrogen plasma is located at the center of the vacuum chamber 10 due to the influence of the vacuum pump 40, and the nitrogen plasma moves in the direction in which the vacuum pump 40 sucks the gas, A nitrided layer may be formed on the iron-based alloy 2 coated with the chromium-based coating layer located at the center of the chamber 10.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 크롬계 코팅층 상에 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 질화층을 형성할 때, 상기 질화층 상에 미세 질화물이 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, when a nitride layer is formed on the chromium-based coating layer using a screen plasma process, fine nitride may be formed on the nitride layer.

구체적으로, 상기 미세 질화물은 상기 질화층이 형성될 때 자연적으로 형성되는 물질로서, 상기 크롬계 코팅층 상에 침투되지 못한 질소 플라즈마가 상기 크롬계 코팅층 표면의 크롬과 반응하여 형성될 수 있다.Specifically, the fine nitride is a material that is naturally formed when the nitrided layer is formed, and a nitrogen plasma that can not penetrate the chromium-based coating layer may be formed by reacting with chromium on the surface of the chromium-based coating layer.

예를 들어, 상기 미세 질화물은 Cr2N 또는 CrN을 포함할 수 있다.For example, the fine nitride may include Cr 2 N or CrN.

이하, 철계 합금의 코팅 방법으로 제조된 고내식성 및 고전도도 특성을 갖는 제품에 대하여 설명한다.Hereinafter, a product having high corrosion resistance and high conductivity characteristics manufactured by an iron-based alloy coating method will be described.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제품은 내식성이 높은 특성을 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the product may have high corrosion resistance characteristics.

구체적으로, 상기 제품은 철계 합금에 팩 시멘테이션으로 크롬계 코팅층이 형성되어 있어서, 내식성이 높은 특성을 가질 수 있다.Specifically, the product has a chromium-based coating layer formed by packing in an iron-based alloy, so that the product can have high corrosion resistance.

예를 들어, 철계 합금이 스테인리스 강일 경우, 스테인리스 강은 철의 내식성을 보완하기 위해 니켈 및 크롬 등을 함유한 합금강으로서, 이와 같은 원리를 이용하여 스테인리스 강의 내식성을 보완하기 위해 크롬계 코팅층을 형성시키면, 크롬 성분이 스테인리스 강의 내식성을 향상시킬 수 있을 것으로 추측할 수 있다.For example, when the iron-based alloy is stainless steel, stainless steel is an alloy steel containing nickel and chromium to complement the corrosion resistance of iron. When a chromium-based coating layer is formed to complement the corrosion resistance of stainless steel by using this principle , It can be assumed that the chromium component can improve the corrosion resistance of the stainless steel.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제품은 전도도가 우수한 특성을 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the product may have excellent conductivity.

구체적으로, 상기 제품은 철계 합금에 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 질화층이 형성되어 있어, 전도도가 우수한 특성을 가질 수 있다.Specifically, the product has a nitride layer formed by using a screen plasma process on an iron-based alloy, so that the product can have excellent conductivity.

예를 들어, 상기 철계 합금이 스테인리스 강일 경우, 스테인리스 강 표면에는 금속 산화막이 자연적으로 형성되면서 자기보호필름(self-protective film) 역할을 한다. 상기 금속 산화막은 시간이 지날수록 점차 두꺼워지는데, 일반적인 금속 산화막은 일반적인 금속보다 전도도가 낮기 때문에 스테인리스 강의 전도도를 저하시키는 원인이 된다. 따라서, 상기 금속 산화막을 제거한 후 스테인리스 강 표면에 질화층을 형성하면, 상기 금속 산화막으로 인해 전도도가 저하되는 문제가 개선될 수 있을 것으로 추측할 수 있다.For example, when the iron-based alloy is stainless steel, a metal oxide film is naturally formed on the stainless steel surface to serve as a self-protective film. The metal oxide film becomes thicker with time, and a general metal oxide film has a lower conductivity than a general metal, which causes a decrease in the conductivity of the stainless steel. Therefore, it can be assumed that when the metal oxide film is removed and then a nitride layer is formed on the surface of the stainless steel, the problem that the metal oxide film lowers conductivity due to the metal oxide film can be improved.

하지만, 상기 금속 산화막은 스테인리스 강의 내식성을 향상시켜주는 역할을 하는데, 스테인리스 강 상에 질화층을 바로 형성하면 스테인리스 강의 내식성이 저하될 수 있다.However, the metal oxide film improves the corrosion resistance of stainless steel. If a nitride layer is formed directly on the stainless steel, the corrosion resistance of the stainless steel may be deteriorated.

따라서, 본 발명의 철계 합금 코팅 방법인 팩 시멘테이션을 이용하여 철계 합금 표면에 크롬계 코팅층을 형성하고, 상기 크롬계 코팅층 상에 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 질화층을 형성하는 방법을 이용하면, 팩 시멘테이션에 의해 내식성이 향상되고, 스크린 플라즈마 공정으로 인해 전도도가 유지되는 특성을 가지는 제품이 제조될 수 있다.Therefore, when a chromium-based coating layer is formed on the surface of an iron-based alloy by using packing, which is an iron-based alloy coating method of the present invention, and a nitride layer is formed on the chromium-based coating layer using a screen plasma process, A product can be produced which has improved corrosion resistance by cementation and has conductivity that is maintained by a screen plasma process.

이하, 본 발명의 제조예 및 실험예를 기재한다. 그러나, 이들 제조예 및 실험예는 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아님을 명시한다.Hereinafter, Preparation Examples and Experimental Examples of the present invention will be described. However, these production examples and experimental examples are intended to explain the constitution and effects of the present invention more specifically, and the scope of the present invention is not limited thereto.

[제조예 1][Production Example 1]

스테인리스 Stainless steel 강(SUS316) 철계Steel (SUS316) Iron-based 합금에 크롬( Chromium ( CrCr ) 코팅층을 형성한 후, 상기 코팅층 상에 ) After forming a coating layer, 질화nitrification (( SPNSPN , Screen Plasma , Screen Plasma NitridingNitriding )층이 코팅된 ) Layer coated 철계Iron-based 합금( alloy( SUS316SUS316 -- CrCr -SPN) 제조-SPN) manufacture

1-1. 팩 시멘테이션을 이용한 크롬 코팅층 코팅1-1. Chrome coating layer coating using packing

철계 모재로 SUS316을 준비한 후, 크롬 분말 30 wt%, 테트라플루오르붕산칼륨 1 wt% 및 산화알루미늄 69 wt%를 포함하는 팩 혼합물을 제조하였다. 다음으로, SUS316 및 팩 혼합물을 팩에 투입하고, 팩을 진공 챔버에 장입한 후 진공 챔버 내부를 1 Torr의 진공도로 진공화하였다. 다음으로, 진공 챔버 내부에 아르곤 가스를 3회 공급하여 퍼징을 수행하고, 공급되는 아르곤 가스의 유량을 낮추어 진공 챔버 내부가 1 기압으로 유지되게 하였다. 다음으로, 진공 챔버 내부의 온도를 1050 ℃로 설정한 상태로 10 시간을 유지하여 크롬 코팅층을 코팅하였다.SUS316 was prepared as an iron base material, and a pack mixture containing 30 wt% of chromium powder, 1 wt% of potassium tetrafluoroborate and 69 wt% of aluminum oxide was prepared. Next, the SUS 316 and the pack mixture were charged into the pack, the pack was charged into the vacuum chamber, and the inside of the vacuum chamber was evacuated to a vacuum degree of 1 Torr. Next, purging was performed by supplying argon gas three times to the inside of the vacuum chamber, and the flow rate of the argon gas supplied was reduced to maintain the inside of the vacuum chamber at 1 atm. Next, the chromium coating layer was coated by keeping the temperature inside the vacuum chamber at 1050 DEG C for 10 hours.

1-2. 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 크롬 코팅층이 코팅된 SUS316에 질화층 코팅1-2. Nitride coating on SUS316 coated with chromium coating layer using screen plasma process

상기 크롬 코팅층이 제조된 SUS316을 진공 챔버에 장입한 후, 장입된 SUS316을 이중 스크린으로 커버하고, 상기 진공 챔버 내의 진공도를 5×10-3 Torr 수준으로 30 분간 유지한다. 이후 진공 챔버에 제1수소 가스를 500 sccm 투입하여 진공도를 0.1 Torr로 유지하도록 한다. 다음으로, 스크린에 5 A의 전류를 인가하여 스크린 사이에서 발생하는 고밀도의 글로우 방전(glow discharge)을 이용하여 진공 챔버가 저온에서 고온으로 온도 변화가 일어날 때 열팽창에 의한 균열 방지를 위해 예열한다. 다음으로, 15 A의 전류를 30 분간 인가하여 진공 챔버 내부의 온도를 250 ℃까지 상승시킨다. 연속적으로 챔버에 20 A 전류를 인가하여 진공 챔버 내부의 온도를 430 ℃까지 상승시킨 후 같은 전류를 인가한 상태에서 질소 가스 250 sccm, 제2수소 가스 250 sccm을 1 시간 동안 투입 한다. 질소 가스 및 제2수소 가스를 투입하는 과정을 1 시간 동안 수행하여 크롬 코팅층이 제조된 SUS316에 질화층이 코팅된 SUS316을 제조하였다.The SUS316 in which the chrome coating layer is prepared is charged into a vacuum chamber, and the charged SUS316 is covered with a double screen. The degree of vacuum in the vacuum chamber is maintained at 5 × 10 -3 Torr for 30 minutes. Then, the first hydrogen gas is introduced into the vacuum chamber at 500 sccm to maintain the vacuum degree at 0.1 Torr. Next, a current of 5 A is applied to the screen to preheat the vacuum chamber to prevent cracking due to thermal expansion when a temperature change occurs from a low temperature to a high temperature by using a high density glow discharge generated between the screens. Next, a current of 15 A is applied for 30 minutes to raise the temperature inside the vacuum chamber to 250 캜. The temperature inside the vacuum chamber is increased to 430 ° C by continuously applying a current of 20 A to the chamber, and 250 sccm of nitrogen gas and 250 sccm of the second hydrogen gas are supplied for 1 hour while the same current is applied. Nitrogen gas and second hydrogen gas were introduced for 1 hour to prepare SUS316 having a chromium coating layer and a nitrided layer coated SUS316.

[제조예 2][Production Example 2]

스테인리스 Stainless steel 강 철계Steel iron 합금에 크롬-철( Chromium-iron ( CrCr -Fe) 코팅층을 형성한 후, 상기 코팅층 상에 -Fe) coating layer is formed, and then, on the coating layer 질화층이The nitride layer 코팅된  Coated 철계Iron-based 합금( alloy( SUS316SUS316 -- CrCr -Fe--Fe- SPNSPN ) 제조) Produce

상기 제조예 1에서 크롬 분말 대신 크롬 및 철 분말을 사용한 것을 제외하고는 동일한 조건으로 수행하여 크롬-철 코팅층이 코팅된 SUS316에 질화층이 코팅된 SUS316을 제조하였다.SUS316 coated with a chromium-iron coating layer was coated with a nitrided layer to prepare SUS316, which was the same as Production Example 1, except that chromium and iron powder were used instead of chromium powder.

[제조예 3][Production Example 3]

스테인리스 Stainless steel 강 철계Steel iron 합금에 크롬-철-바나듐( To alloys were added chromium-iron-vanadium ( CrCr -Fe-V) 코팅층을 형성한 후, 상기 코팅층 상에 -Fe-V) < / RTI > coating layer, 질화층이The nitride layer 코팅된  Coated 철계Iron-based 합금( alloy( SUS316SUS316 -- CrCr -Fe-V--Fe-V- SPNSPN ) 제조) Produce

상기 제조예 1에서 크롬 분말 대신 크롬, 철 및 바나듐 분말을 사용한 것을 제외하고는 동일한 조건으로 수행하여 크롬-철-바나듐 코팅층이 코팅된 SUS316에 질화층이 코팅된 SUS316을 제조하였다.SUS316 coated with a chromium-iron-vanadium coating layer was coated with a nitrided layer by the same procedure as in Production Example 1, except that chromium, iron and vanadium powders were used instead of chromium powder.

[비교예 1][Comparative Example 1]

스테인리스 Stainless steel 강 철계Steel iron 합금에 크롬 코팅층이 코팅된  Alloy coated with a chromium coating layer 철계Iron-based 합금( alloy( SUS316SUS316 -- CrCr ) 제조) Produce

상기 제조예 1에서 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 질화층을 형성하는 것을 제외하고는 동일한 조건으로 수행하여 크롬 코팅층이 코팅된 SUS316을 제조하였다.SUS316 coated with a chromium coating layer was prepared in the same manner as in Preparation Example 1 except that a nitride layer was formed using a screen plasma process.

[비교예 2][Comparative Example 2]

스테인리스 Stainless steel 강 철계Steel iron 합금에 크롬-철 코팅층이 코팅된  The alloy is coated with a chrome-iron coating layer 철계Iron-based 합금( alloy( SUS316SUS316 -- CrCr -Fe) 제조-Fe) manufacture

상기 제조예 2에서 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 질화층을 형성하는 것을 제외하고는 동일한 조건으로 수행하여 크롬-철 코팅층이 코팅된 SUS316을 제조하였다.SUS316 coated with a chrome-iron coating layer was prepared in the same manner as in Preparation Example 2 except that a nitride layer was formed using a screen plasma process.

[비교예 3][Comparative Example 3]

스테인리스 Stainless steel 강 철계Steel iron 합금에 크롬-철-바나듐 코팅층이 코팅된  Alloy is coated with a chromium-iron-vanadium coating layer 철계Iron-based 합금(SUS316-Cr-Fe-V) 제조 Alloy (SUS316-Cr-Fe-V) production

상기 제조예 3에서 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 질화층을 형성하는 것을 제외하고는 동일한 조건으로 수행하여 크롬-철-바나듐 코팅층이 코팅된 SUS316을 제조하였다.SUS316 coated with a chromium-iron-vanadium coating layer was prepared in the same manner as in Preparation Example 3, except that a nitride layer was formed using a screen plasma process.

[실험예 1][Experimental Example 1]

SUS316SUS316 -크롬계 코팅층-- chromium-based coating layer - SPNSPN 및  And SUS316SUS316 -크롬계 코팅층의 결정구조 분석- Crystal structure analysis of chromium-based coating layer

팩 시멘테이션 및 스크린 플라즈마 공정으로 제조된 코팅층이 존재하는 SUS316의 결정구조를 확인하기 위하여 X-선 회절분석을 실시하였다.X-ray diffraction analysis was carried out to confirm the crystal structure of SUS316 in which a coating layer prepared by pack cationization and screen plasma process is present.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 Cr-Fe 코팅층 및 질화층이 형성된 SUS316의 X-선 회절패턴 및 Cr-Fe 코팅층이 형성된 SUS316의 X-선 회절패턴을 나타낸 그래프이다. 또한, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 Cr-Fe-V 코팅층 및 질화층이 형성된 SUS316의 X-선 회절패턴 및 Cr-Fe-V 코팅층이 형성된 SUS316의 X-선 회절패턴을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of SUS316 formed with a Cr-Fe coating layer and a nitride layer and SUS316 having a Cr-Fe coating layer formed thereon according to an embodiment of the present invention. 5 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of SUS316 formed with a Cr-Fe-V coating layer and a nitride layer and an X-ray diffraction pattern of SUS316 formed with a Cr-Fe-V coating layer according to an embodiment of the present invention to be.

도 4 내지 도 5를 참조하면, 팩 시멘테이션으로 크롬계 코팅층을 형성한 후 상기 크롬계 코팅층 상에 스크린 플라즈마 공정으로 질화층을 코팅한 SUS316은 크롬계 코팅층만 형성된 SUS316과 상이한 결정구조를 나타내는 것을 확인하였다. 이러한 결과로, 본 발명의 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 팩 시멘테이션으로 형성된 크롬계 코팅층 표면에 코팅되는 질화층을 형성할 수 있는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 팩 시멘테이션 및 스크린 플라즈마 공정을 SUS316에 코팅층을 제조하기 위한 공정으로 함께 수행할 수 있는 것으로 판단할 수 있다.4 to 5, SUS316 in which a chromium-based coating layer is formed by packing and then a nitride layer is coated on the chromium-based coating layer by a screen plasma process shows a crystal structure different from SUS316 in which only a chromium-based coating layer is formed Respectively. As a result, it can be determined that the nitrided layer coated on the surface of the chromium-based coating layer formed by the packing process can be formed by using the screen plasma process of the present invention. It can also be concluded that packing and screen plasma processes can be performed together with SUS 316 as a process for producing a coating layer.

[실험예 2][Experimental Example 2]

팩 pack 시멘테이션Cementation 및 스크린  And the screen 플라즈마plasma 공정으로 제조된 코팅층을 포함하는 SUS316의 표면 형상 분석 Analysis of Surface Morphology of SUS316 Containing Coated Layer

코팅층이 형성된 SUS316의 표면 형상을 분석하기 위하여, 코팅층이 형성되어 있는 SUS316을 마운팅(mounting)하고 연마하여 샘플을 제작한 후 광학 현미경(Optical Microscope)을 사용하여 상기 샘플을 관찰하였다.In order to analyze the surface shape of the SUS316 formed with the coating layer, SUS316 having a coating layer formed thereon was mounted and polished to prepare a sample, and the sample was observed using an optical microscope.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 1(SUS316-Cr-SPN)의 표면 형상을 나타낸 이미지이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 1(SUS316-Cr)의 표면 형상을 나타낸 이미지이다. 또한, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 2(SUS316-Cr-Fe-SPN)의 표면 형상을 나타낸 이미지이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 2(SUS316-Cr-Fe)의 표면 형상을 나타낸 이미지이다. 또한, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 3(SUS316-Cr-Fe-V-SPN)의 표면 형상을 나타낸 이미지이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 3(SUS316-Cr-Fe-V)의 표면 형상을 나타낸 이미지이다.FIG. 6 is an image showing the surface shape of Production Example 1 (SUS316-Cr-SPN) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an image showing a surface of Comparative Example 1 (SUS316-Cr) It is an image showing the shape. 9 is a graph showing the surface morphology of SUS316-Cr-Fe-SPN according to an embodiment of the present invention. Cr-Fe). FIG. 10 is an image showing the surface shape of Production Example 3 (SUS316-Cr-Fe-V-SPN) according to an embodiment of the present invention, SUS316-Cr-Fe-V).

도 6 내지 도 11을 참조하면, 팩 시멘테이션 및 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 코팅층이 형성된 제조예 1, 제조예 2 및 제조예 3의 결정립 크기가 팩 시멘테이션만으로 코팅층이 형성된 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3보다 각각 작은 것을 확인하였다.6 to 11, Comparative Example 1 in which the coating layer was formed only by the packing of crystal grains of Production Example 1, Production Example 2 and Production Example 3 in which the coating layer was formed using the packing and screen plasma process, 2 and Comparative Example 3, respectively.

이러한 결과로, 팩 시멘테이션으로 크롬계 코팅층을 형성한 후, 상기 크롬계 코팅층 상에 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 질화층이 형성된 SUS316이 팩 시멘테이션만으로 크롬계 코팅층만 형성된 SUS316보다 표면이 치밀하게 형성되는 것으로 판단할 수 있다.As a result, SUS 316 having a nitride layer formed on the chromium-based coating layer by using a screen plasma process was formed more compactly than SUS 316 formed only with a chromium-based coating layer by only packing, after forming a chromium-based coating layer by packing .

[실험예 3][Experimental Example 3]

팩 pack 시멘테이션Cementation 및 스크린  And the screen 플라즈마plasma 공정으로 제조된 코팅층을 포함하는 SUS316의 단면 형상 및 코팅층의 원소 함량 분석 Analysis of elemental content of SUS316 cross-sectional shape and coating layer including coating layer prepared by the process

코팅층이 형성된 SUS316의 단면 형상 및 깊이에 따른 원소 함량을 분석하기 위하여 코팅층을 포함하는 SUS316을 마운팅(mounting)한 후 왕수로 에칭하여 단면이 드러난 샘플을 제작하였다. 상기 샘플의 단면 형상을 광학 현미경(Optical Microscope)을 사용하여 분석하였고, 글로우 방전 분광분석법(Glow Discharge Optical Emission Spectrometry, GD-OES)으로 원소 함량 분석을 실시하였다.In order to analyze the element content of the SUS316 with the coating layer formed, SUS316 containing a coating layer was mounted and then etched with aqua regia to prepare a sample having a section. The cross-sectional shape of the sample was analyzed using an optical microscope, and elemental content analysis was performed using Glow Discharge Optical Emission Spectrometry (GD-OES).

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 1(SUS316-Cr-SPN)의 단면 형상을 나타낸 이미지이고, 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 1(SUS316-Cr-SPN)의 깊이에 따른 원소 함량을 나타낸 그래프이다. 또한, 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 1(SUS316-Cr)의 단면 형상을 나타낸 이미지이고, 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 1(SUS316-Cr)의 깊이에 따른 원소 함량을 나타낸 그래프이다.(SUS316-Cr-SPN) according to an embodiment of the present invention. Fig. 12 is an image showing a cross-sectional shape of Production Example 1 (SUS316-Cr-SPN) In the graph of FIG. 14 is an image showing a cross-sectional shape of a comparative example 1 (SUS316-Cr) according to an embodiment of the present invention, and Fig. 15 is a graph showing the depth of a comparative example 1 (SUS316-Cr) according to an embodiment of the present invention In the graph of FIG.

도 12 내지 도 15를 참조하면, SUS316 표면에 존재하는 코팅층의 두께는 차이가 없지만, 크롬 코팅층 및 질화층이 존재하는 제조예 1의 최표면에서 질소 원소의 함량이 10 wt% 이상 존재하는 것을 확인하였다. 또한, 팩 시멘테이션으로 SUS316에 크롬 코팅층을 제조하면 40 μm 이상의 두께로 형성되는 것을 확인하였다.12 to 15, there was no difference in the thickness of the coating layer existing on the surface of SUS316, but it was confirmed that the content of the nitrogen element was 10 wt% or more in the outermost surface of Production Example 1 in which the chromium coating layer and the nitriding layer existed. Respectively. In addition, when the chromium coating layer was formed on SUS316 by packing, it was confirmed that it was formed to a thickness of 40 μm or more.

도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 2(SUS316-Cr-Fe-SPN)의 단면 형상을 나타낸 이미지이고, 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 2(SUS316-Cr-Fe-SPN)의 깊이에 따른 원소 함량을 나타낸 그래프이다. 또한, 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 2(SUS316-Cr-Fe)의 단면 형상을 나타낸 이미지이고, 도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 2(SUS316-Cr-Fe)의 깊이에 따른 원소 함량을 나타낸 그래프이다.FIG. 16 is an image showing a cross-sectional shape of Production Example 2 (SUS316-Cr-Fe-SPN) according to an embodiment of the present invention, Fe-SPN). FIG. 18 is an image showing a cross-sectional shape of a comparative example 2 (SUS316-Cr-Fe) according to an embodiment of the present invention, Fe) in the depth direction.

도 16 내지 도 19를 참조하면, SUS316 표면에 존재하는 코팅층의 두께는 차이가 없지만, 크롬-철 코팅층 및 질화층이 존재하는 제조예 2의 코팅층이 크롬-철 코팅층만 존재하는 비교예 2의 코팅층보다 더 치밀하게 형성되어 있는 것을 확인하였다. 또한, 크롬-철 코팅층 및 질화층이 존재하는 제조예 2의 최표면에서 질소 원소의 함량이 10 wt% 이상 존재하며, 팩 시멘테이션으로 SUS316에 크롬-철 코팅층을 제조하면 20 μm 이상의 두께로 형성되는 것을 확인하였다.16 to 19, there is no difference in the thickness of the coating layer existing on the surface of SUS316, but the coating layer of Production Example 2 in which the chromium-iron coating layer and the nitriding layer exist is the coating layer of Comparative Example 2 in which only the chromium- It was confirmed that it was formed more densely. In addition, when the chromium-iron coating layer is formed on SUS316 by packing, the thickness of the chromium-iron coating layer is not more than 20 占 퐉. .

도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 3(SUS316-Cr-Fe-V-SPN)의 단면 형상을 나타낸 이미지이고, 도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 3(SUS316-Cr-Fe-V-SPN)의 깊이에 따른 원소 함량을 나타낸 그래프이다. 또한, 도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 3(SUS316-Cr-Fe-V)의 단면 형상을 나타낸 이미지이고, 도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 3(SUS316-Cr-Fe-V)의 깊이에 따른 원소 함량을 나타낸 그래프이다.FIG. 20 is an image showing a cross-sectional shape of Production Example 3 (SUS316-Cr-Fe-V-SPN) according to an embodiment of the present invention, Cr-Fe-V-SPN). FIG. 22 is an image showing a cross-sectional shape of a comparative example 3 (SUS316-Cr-Fe-V) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 23 is an SUS316- Cr-Fe-V).

도 20 내지 도 23을 참조하면, SUS316 표면에 존재하는 코팅층의 두께는 차이가 없지만, 크롬 코팅층 및 질화층이 존재하는 제조예 3의 최표면에서 질소 원소의 함량이 10 wt% 이상 존재하며, 질화층의 두께는 3 μm 이상인 것으로 확인하였다. 또한, 팩 시멘테이션으로 SUS316에 크롬-철-바나듐 코팅층을 제조하면 5 μm 이상의 두께로 형성되는 것을 확인하였다.20 to 23, there is no difference in the thickness of the coating layer present on the surface of SUS316, but the content of nitrogen element is present in the uppermost surface of Production Example 3 in which the chromium coating layer and the nitriding layer are present in an amount of 10 wt% It was confirmed that the layer thickness was 3 μm or more. In addition, it was confirmed that the chromium-iron-vanadium coating layer was formed to a thickness of 5 μm or more when SUS316 was packaged.

이러한 결과를 바탕으로, 팩 시멘테이션 및 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 크롬계 코팅층 및 질화층을 형성할 수 있는 것을 확인하였다. 또한, 스크린 플라즈마 공정에 의해 제조된 질화층은 매우 얇게 형성되어 있어서 광학 현미경 수준으로 판단하기 어려운 것으로 확인하였다. 이는, 스테인리스 강의 내부 조직에 열적 변형 등의 영향을 주지 않게 하기 위해 스크린 플라즈마를 430 ℃ 수준의 낮은 온도로 진행하여 질화층의 두께가 얇은 것으로 판단할 수 있다. 상기 질화층은 광학 현미경 수준으로 존재의 유무를 판단하기 어렵지만, 글로우 방전 분광분석법을 이용한 코팅층의 두께에 따른 원소 함량 분석을 실시한 결과, 질소 원소의 함량이 코팅층 최표면에 존재하는 것으로 보아, 철계 합금의 크롬계 코팅층 상에 질화층이 형성된 것으로 판단할 수 있다.Based on these results, it was confirmed that the chromium-based coating layer and the nitride layer can be formed by using the packing and the screen plasma process. Further, it has been confirmed that the nitride layer produced by the screen plasma process is very thin and difficult to judge at the optical microscope level. It can be judged that the thickness of the nitrided layer is thin by proceeding the screen plasma at a low temperature of 430 캜 so as not to affect the internal structure of the stainless steel such as thermal deformation. It is difficult to judge the existence of the nitride layer at the optical microscopic level. However, as a result of analyzing the element content according to the thickness of the coating layer using glow discharge spectroscopy, the content of nitrogen element is present on the surface of the coating layer, It can be judged that the nitride layer is formed on the chromium-based coating layer of FIG.

따라서, 본 발명의 제조예 및 실험예를 참조하면, 팩 시멘테이션 및 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 철계 합금 상에 크롬계 코팅층 및 질화층을 제조할 수 있고, 상기 크롬계 코팅층은 40 μm 이상의 두께로 형성될 수 있으며, 상기 질화층은 매우 얇은 두께로 형성될 수 있다.Accordingly, referring to the preparation examples and experimental examples of the present invention, it is possible to produce a chromium-based coating layer and a nitrided layer on an iron-based alloy by using a packing and a screen plasma process, and the chromium- And the nitride layer may be formed to have a very thin thickness.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

1 : 스크린 플라즈마 장치
10 : 진공 챔버
20 : 스크린
30 : 히터
40 : 진공 펌프
50 : 캐소드 전원부
60 : 히터 전원부
70 : 이중 스크린
71 : 외통
72 : 내통
2 : 철계 합금1: Screen plasma apparatus
10: Vacuum chamber
20: Screen
30: Heater
40: Vacuum pump
50:
60: heater power section
70: Dual screen
71: outer tube
72: My heart
2: Iron-based alloy

Claims (15)

팩 시멘테이션을 이용하여 철계 합금 표면에 크롬계 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 크롬계 코팅층 상에 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 질화층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 크롬계 코팅층 상에 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 질화층을 형성하는 단계는,
크롬계 코팅층이 코팅된 철계 합금을 진공 챔버에 장입하고 상기 철계 합금을 이중 스크린으로 커버하는 단계;
상기 진공 챔버 내에 제1수소 가스를 주입하여 상기 철계 합금 상에 존재하는 크롬계 산화막을 환원하는 이온 클리닝 단계;
상기 이중 스크린에 공정 전류를 인가하고, 상기 진공 챔버 내에 제2수소 가스 및 질소 가스를 주입하여 혼합 플라즈마를 발생시키는 단계; 및
상기 혼합 플라즈마가 철계 합금 표면에 형성된 크롬계 코팅층 상에 질소 확산되어 질화층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법.
Forming a chromium-based coating layer on the surface of the iron-based alloy using packing; And
And forming a nitride layer on the chromium-based coating layer using a screen plasma process,
The step of forming a nitride layer on the chromium-based coating layer using a screen plasma process includes:
Charging a chromium-based coating-coated iron-based alloy into a vacuum chamber and covering the iron-based alloy with a double screen;
An ion cleaning step of injecting a first hydrogen gas into the vacuum chamber to reduce the chromium-based oxide film present on the iron-based alloy;
Applying a process current to the dual screen and injecting a second hydrogen gas and nitrogen gas into the vacuum chamber to generate a mixed plasma; And
Wherein the mixed plasma is nitrogen-diffused on the chromium-based coating layer formed on the surface of the iron-based alloy to form a nitrided layer.
제 1항에 있어서,
상기 철계 합금은 베어링 강 또는 스테인리스 강을 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the iron-based alloy comprises a bearing steel or stainless steel.
제 1항에 있어서,
상기 크롬계 코팅층은 크롬(Cr), 크롬(Cr) 및 철(Fe) 또는 크롬(Cr), 철(Fe) 및 바나듐(V)을 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the chromium-based coating layer comprises chromium (Cr), chromium (Cr) and iron (Fe) or chromium (Cr), iron (Fe) and vanadium (V).
제 1항에 있어서,
상기 팩 시멘테이션을 이용하여 철계 합금 표면에 크롬계 코팅층을 형성하는 단계는,
팩(pack)에 철계 합금 및 팩 혼합물을 투입하는 단계;
상기 팩을 진공 챔버에 장입하는 장입 단계;
상기 진공 챔버에 장입된 팩을 가열하는 가열 단계; 및
상기 가열 단계에서 가열이 유지되는 동안 상기 철계 합금에 크롬계 코팅층이 형성되는 크롬계 코팅층 형성 단계;를 포함하고,
상기 팩 혼합물은 크롬계 분말, 상기 크롬계 분말과 반응하면서 상기 크롬계 코팅층 형성에 기여하는 활성제 및 상기 철계 합금의 소결을 방지하는 불활성 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법.
The method according to claim 1,
The step of forming the chromium-based coating layer on the surface of the iron-based alloy using the packing may include:
Charging an iron-based alloy and a packed mixture into a pack;
Charging the pack into a vacuum chamber;
A heating step of heating the pack loaded in the vacuum chamber; And
And forming a chromium-based coating layer on the iron-based alloy while heating is maintained in the heating step,
Wherein the pack mixture comprises a chromium-based powder, an activator that reacts with the chromium-based powder to contribute to the formation of the chromium-based coating layer, and an inert filler that prevents sintering of the iron-based alloy.
제 4항에 있어서,
상기 팩 혼합물의 크롬계 분말은 크롬(Cr) 분말, 크롬(Cr) 분말 및 철(Fe) 분말 또는 크롬(Cr) 분말, 철(Fe) 분말 및 바나듐(V) 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the chromium-based powder of the pack mixture comprises chromium (Cr) powder, chromium (Cr) powder and iron (Fe) powder or chromium (Cr) powder, iron (Fe) powder and vanadium Iron-based alloy coating method.
제 4항에 있어서,
상기 팩 혼합물은 상기 크롬계 분말 10.5 wt% 내지 52.9 wt%, 상기 활성제 0.1 wt% 내지 3 wt% 및 상기 불활성 필러 47 wt% 내지 89.4 wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the pack mixture comprises 10.5 wt% to 52.9 wt% of the chromium-based powder, 0.1 wt% to 3 wt% of the activator, and 47 wt% to 89.4 wt% of the inert filler.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 이온 클리닝 단계는,
상기 이중 스크린에 제1전류를 인가하여 상기 진공 챔버를 가열하는 단계;
상기 진공 챔버 내에 제1수소 가스를 주입하는 단계;
상기 이중 스크린에 제2전류를 인가하여 상기 이중 스크린 주위에 수소 플라즈마를 발생시키는 단계; 및
상기 철계 합금 상에 존재하는 크롬계 산화막을 환원시켜 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법.
The method according to claim 1,
The ion cleaning step may include:
Heating the vacuum chamber by applying a first current to the double screen;
Injecting a first hydrogen gas into the vacuum chamber;
Applying a second current to the dual screen to generate a hydrogen plasma around the dual screen; And
And reducing and removing the chromium-based oxide film existing on the iron-based alloy.
제 8항에 있어서,
상기 제1전류는 3 A 내지 5 A이고 상기 제2전류는 5 A 내지 15 A인 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the first current is 3 A to 5 A and the second current is 5 A to 15 A.
제 8항에 있어서,
상기 크롬계 산화막은 크롬(Cr), 크롬(Cr) 및 철(Fe) 또는 크롬(Cr), 철(Fe) 및 바나듐(V)을 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the chromium-based oxide film comprises chromium (Cr), chromium (Cr) and iron (Fe) or chromium (Cr), iron (Fe), and vanadium (V).
제 1항에 있어서,
상기 공정 전류는 20 A 내지 30 A인 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the process current is from 20 A to 30 A. < RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 1항에 있어서,
상기 질소 가스 대 제2 수소 가스의 함량비는 1:3 내지 4:1인 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the content ratio of the nitrogen gas to the second hydrogen gas is 1: 3 to 4: 1.
제 1항에 있어서,
상기 크롬계 코팅층 상에 스크린 플라즈마 공정을 이용하여 질화층을 형성할 때, 상기 질화층 상에 미세 질화물이 형성되는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the nitrided layer is formed on the chromium-based coating layer using a screen plasma process, wherein fine nitride is formed on the nitrided layer.
제 13항에 있어서,
상기 미세 질화물은 Cr2N 또는 CrN을 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 합금 코팅 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the fine nitrides include Cr 2 N or CrN.
삭제delete
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