KR102100038B1 - 내마모 금속표면 처리 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

내마모 금속표면 처리 방법 및 장치가 제시된다. 일 실시예에 따른 내마모 금속표면 처리 방법은, 대상 모재를 준비하는 단계; 상기 대상 모재에서 표면처리를 실시할 특정 부분을 제거하는 단계; 제거된 상기 특정 부분에 상기 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질로 임베딩(embedding)을 수행하는 단계; 및 상기 임베딩이 수행된 부분에 초음파 진동을 인가하여 표면 개질을 수행하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

내마모 금속표면 처리 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TREATING WEARPROOF METAL SURFACE}
아래의 실시예들은 내마모 금속표면 처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 금속 3D 프린팅 공정과 초음파 나노크리스탈 표면 개질(Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification, UNSM) 공정을 결합한 내마모 금속표면 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근에는 다양한 산업 분야에서 금속의 표면을 강화시키거나, 특수한 특성을 나타내기 위해 표면 처리하는 방법이 널리 사용되고 있다.
기존에는 내마모 특성을 높이기 위하여 경도가 높은 재료의 코팅이나 열처리를 통해서 내마모 특성을 향상시켰다. 여기서, 마모는 접촉이 빈번하게 발생하는 국부적인 부분에서 발생함에도 불구하고 기존의 방식은 제품 전체의 내마모 특성을 올려야 하는 문제점이 있으며, 또한 제품이 큰 경우 열처리 등의 조건이 까다롭다는 문제점이 있다.
따라서 국부적으로, 특히 접촉이 빈번히 발생하는 부분에 대하여 내마모 특성을 향상시키는 기술이 필요하다.
한국등록특허 10-1397340호는 이러한 금속 표면처리 방법에 관한 것으로, 내식, 내열 및 내마모성을 향상시키기 위하여 보론화합물 및 질소화합물을 이용한 금속 표면처리　방법에 관한 기술을 기재하고 있다.
한국등록특허 10-1397340호
실시예들은 내마모 금속표면 처리 방법 및 장치에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 금속 3D 프린팅(Three Dimensional Printing) 공정과 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 공정을 결합한 내마모 금속표면 처리 기술을 제공한다.
실시예들은 금속 3D 프린팅 공정과 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 공정을 결합하여 초내마모 표면을 구현함으로써, 원하는 부분에 국부적으로 내마모성을 향상시킬 수 있는 내마모 금속표면 처리 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 내마모 금속표면 처리 방법은, 대상 모재를 준비하는 단계; 상기 대상 모재에서 표면처리를 실시할 특정 부분을 제거하는 단계; 제거된 상기 특정 부분에 상기 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질로 임베딩(embedding)을 수행하는 단계; 및 상기 임베딩이 수행된 부분에 초음파 진동을 인가하여 표면 개질을 수행하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 특정 부분에 상기 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질로 임베딩을 수행하는 단계는, 금속 3D 프린팅 공정을 통해 상기 특정 부분에 상기 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질을 채워 넣을 수 있다.
상기 대상 모재에서 표면처리를 실시할 특정 부분을 제거하는 단계는, 금속 소재의 상기 대상 모재에서 표면처리를 실시할 상기 특정 부분에 기계 가공을 통해 그루브(groove)를 가공할 수 있다.
상기 특정 부분에 상기 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질로 임베딩을 수행하는 단계는, 상기 금속 3D 프린팅 공정으로 금속 분말을 용융시킨 후 상기 특정 부분에 용융된 상기 금속 분말을 적층시켜 상기 그루브를 채울 수 있다.
상기 임베딩이 수행된 부분에 초음파 진동을 인가하여 표면 개질을 수행하는 단계는, 상기 임베딩이 수행된 부분에 초음파 나노크리스탈 표면 개질(Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification, UNSM) 공정을 수행할 수 있다.
다른 실시예에 따른 내마모 금속표면 처리 장치는, 대상 모재에서 표면처리를 실시할 특정 부분을 제거하는 가공부; 제거된 상기 특정 부분에 상기 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질로 임베딩(embedding)을 수행하는 임베딩부; 및 상기 임베딩이 수행된 부분에 초음파 진동을 인가하여 표면 개질을 수행하는 표면 개질부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 임베딩부는, 금속 3D 프린팅 공정을 통해 상기 특정 부분에 상기 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질을 채워 넣을 수 있다.
상기 가공부는, 금속 소재의 상기 대상 모재에서 표면처리를 실시할 상기 특정 부분에 기계 가공을 통해 그루브(groove)를 가공할 수 있다.
상기 임베딩부는, 상기 금속 3D 프린팅 공정으로 금속 분말을 용융시킨 후 상기 특정 부분에 용융된 상기 금속 분말을 적층시켜 상기 그루브를 채우는 3D 프린터로 이루어질 수 있다.
상기 표면 개질부는, 상기 임베딩이 수행된 부분에 초음파 나노크리스탈 표면 개질(Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification, UNSM) 공정을 수행할 수 있다.
실시예들에 따르면 금속 3D 프린팅 공정과 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 공정을 결합하여 초내마모 표면을 구현함으로써, 원하는 부분에 국부적으로 내마모성을 향상시킬 수 있는 내마모 금속표면 처리 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 내마모 금속표면 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 금속 3D 프린팅 공정을 통한 임베딩 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 A 부분 확대도를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 임베딩 공정 및 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 처리 공정에 따른 단면을 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 내마모 금속표면 처리의 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 임베딩된 부분의 경도 측정 및 조직 분석을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 처리 후 내마모 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 핀-디스크 내마모 시험기를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 내마모 금속표면 처리 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 내마모 금속표면 처리 실험 결과를 그래프로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 내마모 금속표면 처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 금속 3D 프린팅(Three Dimensional Printing) 공정과 초음파 나노크리스탈 표면 개질(Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification, UNSM) 공정을 결합하여 초내마모 표면을 구현하는 기술에 관한 것이다. 실시예들에 따르면 원하는 부분에 국부적으로 내마모성을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 먼저 내마모가 필요한 부분을 파내고 그 부분에 금속 3D 프린팅 공정으로 내마모성이 높은 재질을 채워 넣는 임베딩(embedding) 공정을 수행할 수 있다. 이후, 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM)을 처리하여 표면의 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 내마모 금속표면 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 내마모 금속표면 처리 방법은 대상 모재를 준비하는 단계(110), 대상 모재에서 표면처리를 실시할 특정 부분을 제거하는 단계(120), 제거된 특정 부분에 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질로 임베딩을 수행하는 단계(130), 및 임베딩이 수행된 부분에 초음파 진동을 인가하여 표면 개질을 수행하는 단계(140)를 포함하여 이루어질 수 있다.
실시예들에 따르면 금속 3D 프린팅 공정과 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 공정을 결합하여 내마모 표면을 구현함으로써, 원하는 부분에 국부적으로 내마모성을 향상시킬 수 있다.
아래에서 내마모 금속표면 처리 방법에 대해 하나의 예를 들어 설명한다.
일 실시예에 따른 내마모 금속표면 처리 방법은 일 실시예에 따른 내마모 금속표면 처리 장치를 이용하여 보다 구체적으로 설명할 수 있다.
일 실시예에 따른 내마모 금속표면 처리 장치는 가공부, 임베딩부 및 표면 개질부를 포함하여 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 일 실시예에 따른 내마모 금속표면 처리 장치는 대상 모재에서 표면처리를 실시할 특정 부분을 제거하는 가공부, 제거된 특정 부분에 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질로 임베딩을 수행하는 임베딩부, 및 임베딩이 수행된 부분에 초음파 진동을 인가하여 표면 개질을 수행하는 표면 개질부를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 내마모 금속표면 처리 장치는 실시예에 따라 전처리부를 더 포함할 수 있다.
먼저, 단계(110)에서, 대상 모재를 준비할 수 있다. 예를 들어, 전처리부는 금속 소재를 이용하여 주물공정을 통해 시편을 제작할 수 있다.
단계(120)에서, 가공부는 대상 모재에서 표면처리를 실시할 특정 부분을 제거할 수 있다. 가공부는 금속 소재의 대상 모재에서 표면처리를 실시할 특정 부분에 기계 가공을 통해 그루브(groove)를 가공할 수 있다.
단계(130)에서, 임베딩부는 제거된 특정 부분에 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질로 임베딩을 수행할 수 있다.
특히, 임베딩부는 금속 3D 프린팅 공정을 통해 특정 부분에 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질을 채워 넣을 수 있다. 또한 기능성 분말을 혼합하거나 두께방향으로 다르게 적층하여 내마모성, 인성(toughness) 등을 동시에 가지도록 제작이 가능하다. 보다 구체적으로 임베딩부는 금속 3D 프린팅 공정으로 금속 분말을 용융시킨 후 특정 부분에 용융된 금속 분말을 적층시켜 그루브를 채우는 3D 프린터로 이루어질 수 있다.
한편, 임베딩 방식 대신 크래딩(Cladding) 방식이 사용될 수 있으나, 크래딩 방식의 경우 덧붙이는 형태로 이루어져 돌출되므로 사용에 제한이 있으며, 특히 전체가 아닌 일부분만 내마모 금속표면 처리시 사용에 제한이 크다.
단계(140)에서, 표면 개질부는 임베딩이 수행된 부분에 초음파 진동을 인가하여 표면 개질을 수행할 수 있다.
특히, 표면 개질부는 임베딩이 수행된 부분에 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 공정을 수행함으로써 조직미세화-내마모성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 임베딩 방식을 이용하여 원하는 부분에 국부적으로 내마모성을 향상시킴으로써 비용이 높은 임베딩되는 재질의 사용을 줄여 경제적이다. 또한, 임베딩 방식을 이용하는 경우 열 영향부(Heat Affected Zone)의 영향이 적으며, 표면의 잔류응력의 크기가 작고 뒤틀림, 변형 등이 적어 내마모성 및 내균열성이 향상될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 금속 3D 프린팅 공정을 통한 임베딩 공정을 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 3은 도 2의 A 부분 확대도를 나타내는 도면으로, (a)는 A 부분 확대도이고, (b)는 A 부분의 실제 예시 사진이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가공부를 통해 대상 모재(210)에서 표면처리를 실시할 특정 부분에 그루브를 가공하여 제거하고, 임베딩부를 통해 금속 3D 프린팅 공정을 수행함으로써 특정 부분의 그루브에 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질을 채워 넣어 강화부(220)를 형성할 수 있다. 여기서, 임베딩부는 3D 프린터 또는 3D 프린터의 노즐로 이루어질 수 있다.
여기에서 금속 3D 프린팅 공정은 DED(Direct Energy Deposition) 방식으로 구현될 수 있다. 아래에서는 DED 방식을 기준으로 설명하나, 정밀함이 요구되는 등의 경우 PEF(Powder Bed Fusion) 방식으로 구현될 수도 있다.
예를 들어, 3D 프린터의 노즐 하부에 배치된 작업대(201) 상에 내마모 표면처리 작업을 수행할 그루브가 가공된 대상 모재(210)를 배치하고, 그루브 부분에 3D 프린터의 노즐을 통해 레이저(202)를 조사하고 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질의 금속 분말(203)을 공급할 수 있다.
이 때, 3D 프린터의 노즐 끝단의 작업 부분은 카메라(CCD)에 의해 촬영되어 모니터링 제어 시스템(Monitoring Control System)에 전달되고, 모니터링 제어 시스템은 3축 컨트롤러(3 axis Controller)를 통해 3D 프린터의 노즐을 이동시키고 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 3D 프린터의 노즐의 레이저 트럼프(Laser Trump)를 통해 작업대(201) 상의 대상 모재(210)의 그루브 부분에 레이저(202)를 조사하고, 노즐의 외측의 공급 통로를 통해 금속 분말(203)을 공급할 수 있다. 이 때, 레이저(202)는 대물 렌즈를 통해 대상 모재(210)의 그루브 부분에 조사될 수 있으며 보호 가스(Shield Gas)가 함께 공급될 수 있다. 또한, 금속 분말(203)은 혼합 탱크(Mixing Tank)를 통해 혼합된 혼합물일 수 있으며, 이 때 파우더 가스(Powder Gas)가 함께 공급될 수 있다.
이와 같이 3D 프린터의 노즐을 통해 레이저(202)를 조사하는 동시에 금속 분말(203)을 공급함으로써 레이저(202)에 의해 대상 모재(210)의 그루브 부분과 함께 금속 분말(203)이 용융되며, 3D 프린터의 노즐의 이동에 의해 대상 모재(210)의 특정 부분에 용융된 금속 분말(203)을 적층시켜 강화부(220)를 형성함으로써 그루브를 용이하게 채우는 동시에 부착력을 향상시킬 수 있다.
3D 프린터를 이용하는 경우, 대상 모재(210)의 특정 부분만 내마모 표면처리를 수행할 수 있으며 임베딩되는 강화부(220)의 부착력을 향상시킬 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 표면 개질부(403)는 임베딩이 수행된 부분에 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 공정을 수행함으로써 조직미세화-내마모성을 향상시킬 수 있다.
표면 개질부(403)는 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 시스템으로 이루어질 수 있으며, 시편(400)에 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 공정을 수행하기 위해 발전기(Generator)(401) 및 공기압축기(Air Compressor)(402)와 연결될 수 있다.
여기서 시편(400)은, 앞에서 설명한 바와 같이, 그루브가 가공된 대상 모재(410)에 내마모성이 높은 재질의 금속 분말을 공급하여 강화부(420)가 형성된 것일 수 있다.
도 4의 (b)를 참조하면 (a)의 B 부분 확대 단면도를 나타내며, 그루브가 가공된 대상 모재(410)에 내마모성이 높은 재질의 금속 분말을 공급하여 강화부(420)를 임베딩한 후, 표면 개질부(403)를 통해 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 공정을 수행할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 임베딩 공정 및 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 처리 공정에 따른 단면을 나타내는 도면이다.
도 5의 (a)는 그루브가 가공된 대상 모재(510a)에 내마모성이 높은 재질의 금속 분말을 공급하여 강화부(520a)를 임베딩한 상태의 절단면을 나타내고, (b)를 참조하면 (a)의 C 부분 확대 단면을 나타낸다.
그리고, 도 5의 (c)는 그루브가 가공된 대상 모재(510)에 내마모성이 높은 재질의 금속 분말을 공급하여 강화부(520)를 임베딩한 후, 표면 개질부(403)를 통해 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 공정을 수행한 상태의 절단면을 나타내고, (d)를 참조하면 (c)의 D 부분 확대 단면을 나타낸다.
여기서, (c)의 D 부분 확대 단면의 상부에 결정립 미세화(Grain　Refinement) 부분을 확인할 수 있다. 이러한 결정립 미세화는 다결정질에서 특성 향상을 위해　결정립을 미세화하는 공정으로, 결정립을 미세화함으로써 주조 결함의 감소와 주물 및 주괴의　기계적 성질을 향상시킬 수 있다.
본 실시예들의 효과를 검증하기 위하여 하나의 예시로써 시편 단위의 형상을 제작하여 내마모 특성을 비교 검증할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 내마모 금속표면 처리의 예를 나타내는 도면이다.
도 6의 (a)을 참조하면, 예를 들어 FC300(주철) 소재(601)를 이용하여 주물공정을 통해 시편을 제작하고 특정 부분을 기계 가공을 통해 그루브를 가공함으로써 일부분을 제거할 수 있다. 이후, 금속 3D 프린팅 공정으로 AISI-H13 금속 분말을 녹인 후 적층(602)시켜 그루브를 채워 넣을 수 있다.
이 때, 와이어-절단을 통해 와이어-절단된 하나의 시편(600)을 획득할 수 있으며, 이는 대상 모재(610)의 그루브 부분에 내마모성이 높은 재질의 강화부(620)가 형성된 상태이다.
도 6의 (b)를 참조하면 (a)의 E 부분의 확대 단면을 나타내며, 특히 그루브의 깊이를 나타낸다.
도 7은 일 실시예에 따른 임베딩된 부분의 경도 측정 및 조직 분석을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, AISI-H13 소재로 임베딩된 부분에 대한 경도 측정과 조직을 분석한 결과, 경도는 모재에 비하여 크게 올라가고 열 영향부가 적어서 계면에서 잔류응력이 크지 않을 것으로 판단된다.
도 8은 일 실시예에 따른 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 처리 후 내마모 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 이후, 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 처리를 실시한 뒤, 핀-디스크(pin-disc) 내마모 시험기를 이용하여 내마모 특성을 분석할 수 있다. 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 처리를 실시하면 표면에 (-) 방향의 잔류응력이 걸려서 내마모 특성이 향상되는 것으로 판단될 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 핀-디스크 내마모 시험기를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 핀-디스크 내마모 시험기의 예를 나타내는 것으로, 핀-디스크 내마모 시험기는 하부 회전 운동 드라이브(Lower Rotational Motion Drive)(901) 상에 어댑터 테이블(Adapter Table)(902)이 구성되며, 어댑터 테이블에는 내마모 표면처리를 수행할 시편(910)이 배치될 수 있다.
그리고, 상부에는 하부 회전 운동 드라이브에 대응하는 상부 회전 운동 드라이브가 구성되며, X 축 및 Z 축으로 이동시킬 수 있다. 상부 회전 운동 드라이브에 서스펜션(Suspension)(903)이 연결되며, 그 하부에는 듀얼 마찰/하중 센서(904)가 구성될 수 있다. 그리고 핀 및 핀 홀더(905)가 구성될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 내마모 금속표면 처리 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 10의 (a)는 순수 대상 모재인 FC300의 내마모 금속표면 처리 실험 결과를 나타내며, (b)는 FC300의 금속표면의 확대 사진을 나타낸다. 이 때, FC300의 금속표면이 마모된 것을 확인할 수 있다.
그리고 도 10의 (c)는 대상 모재인 FC300에 그루브를 형성한 후 AISI-H13 금속 분말을 용융 후 적층시킨 임베딩된 시편의 내마모 금속표면 처리 실험 결과를 나타내며, (d)는 임베딩된 시편의 금속표면의 확대 사진을 나타낸다. 이 때, 임베딩된 시편의 FC300 측은 마모가 크고, AISI-H13 측은 마모가 적은 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 10의 (e)는 본 실시예에 따른 대상 모재인 FC300에 그루브를 형성한 후 AISI-H13 금속 분말을 용융 후 적층시켜 임베딩하고, 이후 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 처리된 시편의 내마모 금속표면 처리 실험 결과를 나타내며, (f)는 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 처리된 시편의 금속표면의 확대 사진을 나타낸다. 이 때, 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 처리된 시편의 경우, AISI-H13 부분에 의해 전체적인 마모가 적은 것을 확인할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 내마모 금속표면 처리 실험 결과를 그래프로 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 도 10에서의 실험 결과를 표로 나타낸 것으로 마모된 깊이(Height) 및 측면(Lateral)을 수치로 확인할 수 있다. 이 때, 1110은 순수 대상 모재인 FC300의 내마모 금속표면 처리 실험 결과이고, 1120은 대상 모재인 FC300에 그루브를 형성한 후 AISI-H13 금속 분말을 용융 후 적층시킨 임베딩된 시편의 내마모 금속표면 처리 실험 결과이며, 1130은 본 실시예에 따른 대상 모재인 FC300에 그루브를 형성한 후 AISI-H13 금속 분말을 용융 후 적층시켜 임베딩하고, 이후 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 처리된 시편의 내마모 금속표면 처리 실험 결과를 나타낸다.
이와 같이, 실시예들에 따르면 금속 3D 프린팅 공정과 초음파 나노크리스탈 표면 개질(UNSM) 공정을 결합함으로써 원하는 부분만 국부적으로 내마모성을 향상시킬 수 있어 경제적이며, 금속표면을 개질하여 기계적 특성(강도, 경도, 표면 거칠기, 조직밀도 및 결정입자크기 등)을 향상시키고 압축 잔류응력을 부가함으로써 보다 향상된 내마모 특성을 획득할 수 있다.
이상에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 대상 모재를 준비하는 단계;
    상기 대상 모재에서 표면처리를 실시할 특정 부분을 제거하는 단계;
    제거된 상기 특정 부분에 상기 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질로 임베딩(embedding)을 수행하는 단계; 및
    상기 임베딩이 수행된 부분에 초음파 진동을 인가하여 표면 개질을 수행하는 단계
    를 포함하고,
    상기 대상 모재에서 표면처리를 실시할 특정 부분을 제거하는 단계는,
    금속 소재의 상기 대상 모재에서 표면처리를 실시할 상기 특정 부분에 기계 가공을 통해 그루브(groove)를 가공하며,
    상기 특정 부분에 상기 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질로 임베딩을 수행하는 단계는,
    금속 3D 프린팅 공정을 통해 상기 특정 부분에 상기 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질을 채워 넣거나, 기능성 분말을 혼합 또는 두께방향으로 다르게 적층하여 내마모성 및 인성(toughness)을 동시에 갖도록 제작하며, 상기 금속 3D 프린팅 공정으로 금속 분말을 용융시킨 후 상기 특정 부분에 용융된 상기 금속 분말을 적층시켜 상기 그루브를 채우는 것
    을 특징으로 하는, 내마모 금속표면 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 임베딩이 수행된 부분에 초음파 진동을 인가하여 표면 개질을 수행하는 단계는,
    상기 임베딩이 수행된 부분에 초음파 나노크리스탈 표면 개질(Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification, UNSM) 공정을 수행하는 것
    을 특징으로 하는, 내마모 금속표면 처리 방법.
  6. 대상 모재에서 표면처리를 실시할 특정 부분을 제거하는 가공부;
    제거된 상기 특정 부분에 상기 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질로 임베딩(embedding)을 수행하는 임베딩부; 및
    상기 임베딩이 수행된 부분에 초음파 진동을 인가하여 표면 개질을 수행하는 표면 개질부
    를 포함하고,
    상기 가공부는,
    금속 소재의 상기 대상 모재에서 표면처리를 실시할 상기 특정 부분에 기계 가공을 통해 그루브(groove)를 가공하고,
    상기 임베딩부는,
    금속 3D 프린팅 공정을 통해 상기 특정 부분에 상기 대상 모재보다 내마모성이 높은 재질을 채워 넣거나, 기능성 분말을 혼합 또는 두께방향으로 다르게 적층하여 내마모성 및 인성(toughness)을 동시에 갖도록 제작하며, 상기 금속 3D 프린팅 공정으로 금속 분말을 용융시킨 후 상기 특정 부분에 용융된 상기 금속 분말을 적층시켜 상기 그루브를 채우는 것
    을 특징으로 하는, 내마모 금속표면 처리 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    상기 표면 개질부는,
    상기 임베딩이 수행된 부분에 초음파 나노크리스탈 표면 개질(Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification, UNSM) 공정을 수행하는 것
    을 특징으로 하는, 내마모 금속표면 처리 장치.
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