KR102196477B1 - 가공물 표면의 열처리 산질화 방법 - Google Patents

가공물 표면의 열처리 산질화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산업현장에서 제조되는 기어, 캠, 클러치, 슬라이드코어, 인서트, 코어핀, 슬리브 등과 같이 충격에 대한 강도와 표면의 높은 경도를 동시에 필요로 하는 부품(공작물)의 재료 표면에 산질화 처리를 실시하여 표면경도, 내마모성, 내열성을 갖도록 한 것으로서, 가공물을 질화 처리하기 위해 암모니아(NH3) 1: 질소(N2) 1의 부피비율로 주입한 후 처음 120분간 서서히 520℃까지 올린 후 챔버의 총 수용 공간 100중량%에 대하여 이산화탄소(CO2) 0.8중량%를 주입한 후 300분간 520℃를 유지하여 질화를 실시하고, 상기 질화를 실시한 후 520℃로 300분을 유지한 후 질소(N2) 8: 산소(O2) 2의 부피비율로 가스를 공급하여 20분간 520℃를 유지하면서 산질화하여 산화피막(Fe3O4)층을 형성하며, 상기 산질화 후 120분간 서서히 냉각시켜 100℃ 이하로 냉각시킨 다음 공작물을 질화로에서 꺼내는 단계를 포함하는 가공물 표면의 열처리 산질화 방법에 관한 것이다.

Description

가공물 표면의 열처리 산질화 방법{Method of thermal nitriding of workpiece surface}
본 발명은 산업현장에서 제조되는 기어, 캠, 클러치, 슬라이드 코어, 인서트, 코어 핀, 슬리브 등과 같이 충격에 대한 강도와 표면의 높은 경도를 동시에 필요로 하는 부품(가공물)의 재료 표면에 산질화 처리를 실시하여 표면경도, 내마모성, 내열성을 갖도록 한 가공물 표면 열처리 산질화 방법에 관한 것이다.
일반적으로 산업현장에서 제조되는 기어, 캠, 클러치, 슬라이드 코어, 인서트, 코어 핀, 슬리브 등과 같이 충격에 대한 강도와 표면의 높은 경도를 필요로 하는 부품에 대하여는 표면 열처리를 실시하여 왔다.
이와 같이 재료의 표면에 열처리를 실시하여 표면경도, 내마모성, 내열성 등의 성질을 개선시키고, 내부는 적당한 강도를 주어 충격에 대한 저항을 크게 하는 방법을 표면 경화법이라고 한다.
상기 표면 경화법 중 하나로서, 질화법(窒化法)은 질화용 강(鋼)을 암모니아 기류 또는 염욕(salt bath) 중에서 가열하여 질소를 확산 침투하는 것으로, 질화용 강은 질화로 표면에 질화철(FeN)층, 즉 질화 층을 만드는 것이다.
이러한 질화법에는 가스질화법, 액체질화법(또는 염욕 질화법), 연질화법, 이온질화법 등의 방법이 있다. 이중 액체질화법 또는 염욕 질화법은 KCN + KCNO + Na2CO3 를 주성분으로 하는 용융염욕을 사용하여 약 570℃에서 질화하는 방법으로서, 독성의 화학 물질을 사용해야 하는 관계로 폐수처리 및 공정제어가 어려운 문제점있다.
특히 액체질화법은 열처리 대상의 제품 형상에 따라서 미세한 차이를 갖게 된다. 즉, 액체질화법으로 열처리시 대상물의 제품 외면이 간결한 경우에는 문제점이 없으나, 외면이 복잡한 형상인 경우와 또는 자동차의 엔진 커버와 같이 내부에 다수의 홀이 형성되는 경우 질화로 내부에서 액체물질을 분사 방식으로 진행할 경우 복잡한 형상의 틈새나 냉각홀 내부에는 질화층이 형성되지 않아 질화층을 균일하게 형성하지 못하는 문제점이 있다.
이 분야의 선행기술을 살펴 보면, 등록특허공보 제10-0595000호(등록일자: 2006년 06월 22일)의 "압력조절이 자유로운 철계 금속의 저온/저압 가스산질화 방법" (이하 "선행기술 1"이라 한다)은, 질화로의 챔버(chamber) 내부를 진공 배기한 후, 질소(N2) 가스를 투입하고, 180℃ 내지 350℃까지 승온하는 1차 승온단계(10); 상기 챔버 내로 산화성 가스를 투입하여 철계 금속 표면에 얇은 산화피막을 형성시키는 항온 및 예비 산화단계(20); 상기 챔버 내부를 진공 배기한 후, 챔버 내로 암모니아(NH3) 가스를 투입하고, 승온하는 2차 승온 단계(30); 상기 챔버 내부를 진공 배기한 후, 챔버 내부에 암모니아, 질소 및 산화성 가스를 일정 조성 비율로 투입하여 챔버의 내부압력을 50 mbar 내지 1000 mbar가 되도록 하여 질화하는 질화단계(40); 챔버 내부 압력이 상압(1 atm) 상태에서 H2O를 이용하여 산화처리를 실시하는 냉각 및 산화단계(50) 및; 상기 챔버 내부를 진공 배기한 후, 질소가스를 투입하여 상온까지 냉각시키는 냉각 단계(60)를 포함하는 철계 금속의 산질화방법이 개시되었다.
또 다른 선행기술로서 등록실용신안공보 제20-0426495호(등록일자: 2006년09월07일)의 "산질화 처리된 낚시용 릴의 원웨이 클러치 베어링"(이하 "선행기술 2"라 한다)은 낚시용 릴 구성부품에 있어서, 통상의 산질화 열처리법으로 상기 낚시용 릴 구성부품의 표면 및 상기 표면에서부터 일정 깊이까지 피막층을 형성시킨 산질화 처리된 낚시용 릴의 원웨이 클러치 베어링이 개시되었다.
상기 선행기술 1과 2는 모두 부품을 산질화하는 기술로서 1차 승온단계에서 질화로 챔버 내부에 질소(N2)가스를 투입하여 1차 승온시킨 후 다시 챔버내부에 산성화 가스를 투입하여 산화 피막을 형성시킨 다음 다시 챔버 내로 암모이아(NH3)를 투입하여 2차 승온시킨 후 챔버 내에 암모니아가스, 질소, 산성화가스를 투입하여 질화단계를 실시하고 있다.
즉 선행기술 1과 2의 경우에는 질소가스를 주입하여 1차 승온시킨 후 산성화 가스를 투입함으로 이때 1차 산화 피막이 형성된다. 상기 와 같이 산화 피막을 형성한 후에는 다시 챔버 내에 암모니아 가스를 투입하여 2차 승온시킨 후 진공배기한 후 다시 챔버 내에 암모니아, 질소, 산성화가스를 주입하여 질화 단계를 거치게 된다 이와 같이 질화 단계를 거치면 표면에 산질화가 이루어지나 이와 같이 열처리된 부품 재료들은 현장에 설치되어 300℃ 이상의 열이 가해지는 경우 표면강도가 점차적으로 떨어지는 문제점이 발생되었다.
대한민국 등록특허공보 제10-0595000호 대한민국 등록실용신안공보 제20-0426495호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 산업현장에서 제조되는 기어, 캠, 클러치, 슬라이드코어, 인서트, 코어핀, 슬리브 등과 같이 충격에 대한 강도와 표면의 높은 경도를 동시에 필요로 하는 부품(가공물)의 재료 표면에 산질화 처리를 실시하여 표면경도, 내마모성, 내열성을 갖도록 함을 목적으로 하는 것이며,
또한 본 발명은 암모니아(NH3), 이산화탄소(CO2), 질소(N2), 산소(O2)를 투입하여 질화층 깊이가 100㎛∼200㎛으로 형성되며, 표면에 산화층(Fe3O4)를 형성하고, 표면경도 Hrc46±1을 갖도록 함으로서 내식성, 내마모성, 강도를 향상시킬 수 있도록 함을 목적으로 한 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 관한 것이다.
본 발명은 상기 목적을 해결하기 위한 수단으로서,
가공된 공작물의 표면에 묻은 유분 및 이물질을 세정으로 제거하고 샌딩을 이용하여 표면의 가공 크롬 막을 제거하는 단계;
상기 표면의 가공 크롬 막을 제거한 후에는 공작물을 질화로의 챔버에 적재하는 단계;
상기 공작물이 적재된 질화로 챔버에 암모니아(NH3) 1: 질소(N2) 1의 부피비율로 주입하는 단계;
상기 암모니아(NH3) 1: 질소(N2) 1의 부피비율로 질화로에 주입한 후 처음 120분간 520℃까지 올린 후 질화로 내의 총 수용 공간 100 중량%에 대하여 이산화탄소(CO2) 0.8중량%를 주입한 후 300분간 520℃를 유지하여 질화를 실시하는 단계;
삭제
상기 질화를 실시한 후 520℃로 300분을 유지한 후 질소(N2) 8: 산소(O2)2의 부피비율로 가스를 공급하여 20분간 520℃를 유지하면서 산질화하여 산화피막(Fe3O4)층을 형성하는 단계;
상기 20분간 520℃를 유지하면서 산질화 후 120분간 서서히 냉각시켜 100℃ 이하로 냉각시킨 다음 가공물을 질화로에서 꺼내는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 된 본 발명은 강도와 표면의 높은 경도를 동시에 필요로 하는 부품(공작물)의 재료 표면에 산질화처리를 실시하여 표면경도, 내마모성, 내열성을 갖도록 한 것이다.
본 발명은 질화로 내부에 기체물질을 넣어 질화가 진행되는 동시에 질화진행시 일정압력을 가해 냉각홀 내부에도 질화층이 형성되도록 함으로 작은 홀 및 작은 내측 코너등에 산질화가 원활하게 형성되도록 하는 효과가 있다.
도1은 본 발명에 따른 실시 예로서 공작물을 산질화하는 공정 순서도를 나타낸 도면 대용 사진이며,
도2는 본 발명의 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 의해 형성된 산질화층능 나타낸 것이며,
도3은 본 발명의 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 의해 산질화층이 형성된 공작물의 산질화 조직 확대도 이며,
도4는 본 발명의 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 의해 형성된 산질화 조직층을 설명한 것이며,
도5는 본 발명의 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 의해 형성된 시편 A의 산질화층의 경도 및 질화층깊이를 나타낸 예시도이며,
도6은 본 발명의 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 의해 형성된 시편 B의 산질화층의 경도 및 질화 층 깊이를 나타낸 예시도 이며,
도7은 본 발명의 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 의해 산질화가 이루어진 공작물 홀 내부 산질화층을 나타낸 것이며,
도8은 본 발명의 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 의해 산질화가 된 시편을 소금물에 노출시켜 내식성을 측정한 그래프를 나타낸 것이며,
도9는 본 발명의 소금물에 가공물 시편을 지속적으로 노출시켜 내식성을 측정한 시험그래프를 나타낸 것이며,
도10은 본 발명의 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 의해 산질화된 시편과 기존의 일반산질화 시편을 염수에 노출시켜 부식된 상태를 비교한 방청성능 시험결과를 나타낸 것이다.
본 발명은 다이케스팅 주조에 있어서 주조하기 위한 형틀을 산질화 처리하기 위한 것이나 산업현장에서 사용되는 기어, 캠, 클러치, 슬라이드코어, 인서트, 코어핀, 슬리브 등과 같이 충격에 대한 강도와 표면의 높은 경도를 동시에 필요로 하는 부품(공작물)의 재료 표면에 산질화 처리를 실시하여 표면경도, 내마모성, 내열성을 향상시 킬 수 있도록한 것이다.
본 발명에서 산업용 기계장치의 부품의 강도와 표면 경도를 높이기 위한 질화법(窒化法)은 질화용 강(鋼)을 암모니아 기류 또는 염욕(salt bath) 중에서 가열하여 질소를 확산 침투하는 것으로, 질화용 강은 질화로 표면에 질화철(FeN)층, 즉 질화층을 만드는 것이다.
즉, 질화층을 형성하기 위한 산질화는 연질화 및 순질화처리 후 산화 처리하는 처리 방법으로서, 암모니아(NH3) 가스에 산소를 혼합하여 산질화 처리하거나, 질화처리 후 수증기를 투입하여 피처리물(가공물) 표면에 산화층(Fe3O4)을 생성시켜 내식성, 내마모성, 내피로성, 강도 향상 등을 도모한 표면 열처리법이다.
이렇게 이루어지는 산질화의 원리를 살펴보면 산질화처리는 먼저 반응식에 의해 질화층과 산화층이 생성되는데 2NH3 → 3H2＋2N 1차 질화열처리가 진행되고 CO＋H2 → C＋H2O 반응하여 표면에 침투과정이 형성되어 질화처리 깊이를 확산하며 마지막 공정으로 2M＋H2O→2MO＋2H2 / 2M＋O2→2MO에 의해 질화 화학물층이 형성되는데 표면에 일종의 세라믹 삼화피막(Fe3O4)이 형성되도록 코팅하는 방법이다.
질화처리 후 표면에 화합물층 최외곽에는 다공질로 형성되어 있는데 표면에는 로 내의 산소와 철원자 결합으로 삼화 피막이 형성되고 다공성 틈 내부로 산소가 들어가 산화철 존재를 계속 성장시킴으로 세라믹 산화피막이 형성된다.
이하 본 발명의 실시 예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제1공정: 세정 및 샌딩으로 크롬 막 제거단계
산업현장에서 기계부품으로 사용되는 캠, 클러치, 슬라이드 코어, 인서트, 코어 핀, 슬리브 등과 같은 부품을 가공 및 연마한 후 표면에 묻은 유분 및 이물질을 세정작업으로 제거한다.
상기와 같이 가공 연마된 부품을 세정작업 하더라도 부품의 표면에 형성된 크롬막은 제거되지 않으므로 샌딩을 이용하여 표면의 가공 크롬 막을 제거한다.
제2공정: 질화로 챔버에 적재 및 가스주입단계
상기 표면을 샌딩을 이용하여 크롬 막을 제거한 후에는 공작물을 질화로의 챔버에 적재한다.
상기 공작물(부품)이 적재된 질화로 챔버에 1차 암모니아(NH3) 1: 질소(N2) 1의 부피비율로 질화처리 가스를 주입한다.
이때 가공물이 적재되는 질화로는 내측에는 챔버를 이루고, 질화로 몸체는 이중 벽 구조인 자켓으로 이루어져 내벽과 외벽 사이에 챔버를 간접 가열할 수 있도록 히터가 설치되어 있다.
또한 가스 주입은 암모니아(NH3) 1: 질소(N2) 1 / 이산화탄소(CO2) 0.1 / 질소(N2) 8 : 산소(O2)2 의 부피비율로 단계별로 가스를 주입하게 되는데 이의 주입 비율은 질화로를 컨트롤하는 일측 제어판에 설치된 각각의 계기를 통하여 식별할 수 있으며, 각각의 가스 혼합비율은 자동으로 제어할 수 있도록 시스템이 구성된다.
또한 질화로를 가열하기 위한 전기 히터 온도 제어기 및 가스주입 시간 제어 역시 시스템 상으로 조절되며 이는 통상적인 전기 전자 제어장치를 이용하여 실시한다.
본 발명에서 주입되는 가스는 챔버의 공간 100 중량%에 대하여 암모니아와 질소가 균등혼합된 40중량%로 주입된다.
제3공정: 공작물에 질화 및 산화피 막층 형성
상기 가스를 암모니아(NH3) 1: 질소(N2) 1의 부피비율로 주입한 후 처음 120분간 서서히 520℃까지 올린 후 챔버의 총 수용 공간 100 중량%에 대하여 이산화탄소(CO2) 0.8중량%를 주입한 후 300분간 520℃를 유지하여 질화를 실시한다.
이때 질화단계를 실시한 후 520℃로 300분을 유지한 후 질소(N2) 8: 산소(O2)2의 부피비율로 가스를 공급하여 20분간 520℃를 유지하면서 산질화하여 산화피막(Fe3O4)층을 형성한다.
즉 본 발명은 산화피막(Fe3O4)층을 형성하는 단계에서 질화를 300분간 실시한 후 500℃∼550℃로 유지한 상태에서 질화로 수용공간 100중량대비 질소(N2) 80중량%: 산소(O2)20중량%로 혼합한 혼합가스 40중량%를 공급하여 20분간 산질화하여 산화피막(Fe3O4)층을 형성한다.
상기 20분간 산질화하여 산화피막(Fe3O4)층을 형성시의 온도는 바람직하게 520℃를 유지하면서 20분간 실시한다.
상기 산질화 후 120분간 서서히 냉각시켜 100℃ 이하로 냉각시킨 다음 공작물을 질화로에서 꺼내는 단계로 이루어진다.
또한 본 발명의 다른 실시 예로서, 산질화피막층 단계는 1차 암모니아(NH3) 1: 질소(N2) 1의 부피비율로 질화로에 주입하고 120분간 서서히 500℃∼550℃까지 올리고, 2차 질화로 내의 총 수용 공간 100중량%에 대하여 이산화탄소(CO2) 0.8중량%를 주입여 300분간 500℃∼550℃를 유지하면서 질화를 실시하고, 3차 질화를 실시 300분을 유지한 후 질소(N2) 8: 산소(O2)의 비율로 가스를 공급하여 20분간 500℃∼550℃를 유지하면서 산질화하여 산화피막(Fe3O4)층을 형성하는 방법으로 가공물 표면의 열처리 산질화 방법을 실시할 수 있다.
이와 같이 이루어지는 본 발명은 공작물을 질화 및 산질화 하기 위한 공정을 간략히 살펴보면,
① 1차 암모니아(NH3) 1: 질소(N2) 1의 부피비율로 가스를 주입한 후 120분간 서서히 520℃까지 올린다.
② 상기 520℃까지 올린 후에는 챔버 총 수용공간 100중량%에 대하여 이산화탄소(CO2) 0.8중량%를 주입한 후 300분간 520℃를 유지한다.
③ 상기 520℃에서 300분간 질화를 실시한 후 질소(N2) 8: 산소(O2) 2의 부피비율로 가스를 공급하여 20분간 520℃를 유지하면서 산질화하여 산화피막(Fe3O4)층을 형성한다.
④ 상기 20분간 산질화 후 120분간 서서히 냉각시켜 100℃ 이하로 냉각시킨 다음 공작물을 질화로에서 꺼내는 단계로 이루어진다.
이와 같이 된 본 발명은 질화로 내부에 기체물질을 넣어 질화가 진행됨으로서 질화 진행시 일정 압력이 가해지므로 냉각홀 내부에 질화층에 형성되어 산질화가 기루어진다.
또한 본 발명은 상기 질화로에서 가스에 의한 질화가 진행된 후 산질화가 이루어지는 것으로 산질화된 부품(가공물)의 질화층 깊이는 200㎛∼400㎛이며, 산화층 깊이는 2㎛∼3㎛이고, 화합물층깊이는 8㎛∼10㎛으로 형성된다.
상기 본 발명의 산질화 방법에 의해 실시된 각각의 부품 산질화 시편의 검사 결과를 살펴보면 아래의 표1과 같은 결과가 나타나고 있음을 알 수 있다.
Figure 112018123651618-pat00001
상기 표1에서 알 수 있는 바와 같이 모든 시편에서 모재경도 Hrc46±1, 표면경도 Hv1000이상, 산화층 깊이 1.5㎛이상, 화합물층 깊이 8㎛이상, 질화 층 깊이 100㎛이상으로 나타났다.
이하 본 발명의 첨부도면에 의거하면 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명에 따른 실시 예로서 공작물을 산질화하는 공정 순서도를 나타낸 것으로서, ① 가공물 준비단계, 산질화를 실시하기 위해 가공된 가공물의 외면을 연마를 실시하여 가공물의 가공을 완료한다.
② 세정단계, 가공이 완료된 가공물은 외면에 유분 등 이물질이 묻어 있는 관계로 이 를 세정하여 외면에 묻은 유분과 이물질을 완전히 제거한다.
③ 샌딩단계, 샌딩으로 가공물의 가공표면에 형성된 크롬막을 제거함으로서 질화가스가 균일하게 들어감으로 질화층이 균일하게 형성된다.
④ 질화로에 제품적재 단계 및 질화로 장입단계, 상기에서 크롬막이 제거된 가공물을 산질화하기 위해 질화로의 가공물 받침대에 나열시켜 질화로 내에 장입한 다음 질화를 위한 가스를 주입하는 동시에 히터를 작동시켜 질화로를 가열한다.
⑤ 산질화층 형성 및 가공물(제 품)추출 단계, 가공물을 장입한 후에는 질화로를 히터로 가열하고, 질화로 내에 질화를 위한 가스를 주입하게 되는데, 1차 암모니아(NH3) 1: 질소(N2) 1의 부피비율로 주입하고, 그 다음 2차로 처음 120분간 서서히 520℃까지 올린 후 챔버의 총 수용 공간 100 중량%에 대하여 이산화탄소(CO2) 0.8중량%를 주입하고, 300분간 520℃를 유지하여 질화를 실시하고, 3차로 520℃로 300분을 유지한 후 질소(N2) 8: 산소(O2)2의 부피비율로 가스를 공급하여 20분간 520℃를 유지하면서 산질화하여 산화피막(Fe3O4)층을 형성한 다음 질화로에서 산질화가 완료된 가공물을 질화로에서 추출하는 것으로 완료된다.
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도2는 본 발명의 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 의해 형성된 산질화층을 내타낸 것으로서, 도2에서 알 수 있는 바와 같이 질화 층 깊이는 200㎛∼400㎛이고, 산화층 깊이는 2㎛∼3㎛이며, 화합물층 깊이는 8㎛∼10㎛으로 형성됨을 알 수 있다.
도2와 같이 산질화 층이 형성될 경우 내식성과 내마모성, 내습동성이 향상됨으로 열간단조금형, 슬리브, TIP, 실린더, 스크류 등에 적용할 수 있다.
도3은 본 발명의 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 의해 산질화층이 형성된 공작물의 산질화 조직 확대도이고, 도4는 본 발명의 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 의해 형성된 산질화 조직층을 설명한 것으로서, 도3에서 알 수 있는 바와 같이 산질화 된 가공물은 그 조직에서 산화막(Fe3O4), 기공층(Porous), 백층(White Layer), 모재(Matrix)가 형성됨을 알 수 있다.
이와 같이 가공물에 형성된 조직은 도4에서 알 수 있는 바와 같이 ①2∼3㎛으로 형성된 산화층(Fe3O4C)이 형성됨으로 내식성과 내소착성이 향상되며, ②3∼5㎛으로 산화막인 포러스층(Fe3O4)이 형성되어 윤활성 향상과 내식성이 향상되며, ③6∼10㎛의 백층(Fe2.3N)으로 질화물이 형성되어 내마모성, 내소착성, 내식성이 향상되며, ④80㎛이상의 확산층(Fe4N)이 형성되어 압축 잔류응력 형성 및 경도증가로 피로에 대한 강도가 향상되고 내마모성이 향상된다.
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도5는 본 발명의 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 의해 형성된 시편 A의 산질화층의 경도 및 질화층 깊이를 나타낸 예시도로서, 도5는 기계 슬리브를 본 발명의 산질화 방법으로 처리한 실시 예로서 질화층 깊이가 200㎛∼400㎛로 형성됨으로 순질화후 산질화 적용시 질화층이 깊고 표면에 코팅막이 생겨 내마모성이 증가하여 가공물의 수명이 향상된다.
도6은 본 발명의 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 의해 형성된 시편 B의 산질화층의 경도 및 질화 층 깊이를 나타낸 예시도로서, 도6은 금형슬리브를 본원 발명의 산질화 처리하여 질화표면경도 Hv100g900 이상, 확산층 깊이 100㎛ 이상으로 나타나고 있음을 보여주는 것이다.
도7은 본 발명의 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 의해 산질화가 이루어진 공작물 홀 내부 산질화층을 나타낸 것으로서, 도7은 가공물의 호에 산질화가 형성되는 것을 테스트한 것으로서 400m 구간 홀 크기별로 산질화를 테스트한 것이다.
이는 산질화 처리시 홀 내부에 산질화층이 형성되는지의 여부를 확인하는 것으로 가공물의 홀에 형성된 산질화층은 홀크기에 관계없이 홀 내부까지 형성되는 것을 알 수 있다.
이는 본 발명의 산질화는 가스를 이용한 산질화 처리함으로 액체에 비하여 가스가 미세한 부분까지 침투하여 가공물의 표면뿐만 아니라 홀까지 양질의 산질화가 이루어짐을 알 수 있다.
도8은 본 발명의 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 의해 산질화가 된 시편을 소금물에 노출시켜 내식성을 측정한 그래프를 나타낸 것으로서, 가공물을 질화로에서 산징화 처리시 먼저 가스를 암모니아(NH3) 1: 질소(N2) 1의 부피비율로 주입한 후 처음 120분간 서서히 520℃까지 올린 후 챔버의 총 수용 공간 100 중량%에 대하여 이산화탄소(CO2) 0.8중량%를 주입한 후 300분간 520℃를 유지하여 질화를 실시하고, 다시 후 520℃로 300분을 유지한 후 질소(N2) 8: 산소(O2)2의 부피비율로 가스를 공급하여 20분간 520℃를 유지하면서 산질화하여 산화피막(Fe3O4)층을 형성하고, 산질화 후 120분간 서서히 냉각시켜 100℃ 이하로 냉각시키는 과정을 그래프로 나타낸 것이다.
도9는 본 발명의 소금물에 가공물 시편을 지속적으로 노출시켜 내식성을 측정한 시험그래프를 나타낸 것이며, 도10은 본 발명의 공작물 표면의 열처리 산질화 방법에 의해 산질화된 시편과 기존의 일반산질화 시편을 염수에 노출시켜 부식된 상태를 비교한 방청성능 시험결과를 나타낸 것이다.
도9와 도10은 산질화처리된 가공물을 소금물(염수)을 이용하여 실험한 것으로 9는 농도 35%의 소금물에 시편을 지속적으로 노출시켜 내식성을 측정한 것으로 본 발명의 출원인이 실시한 산질화 시편(신기산질화)을 농도 35%의 소금물에서 800시간까지 내식성에 문제가 없었는데 반하여 일반산질화 처리된 시편은 200시간으로 상당한 차이를 갖는 것임을 알 수 있다.
이를 더욱 구체적으로 살펴보기 위해 도10에 나타난 바와 같이 본원 발명의 산질화처리된 시편과 일반 산질화처리된 시편을 소금물에 노출시켰을 때 본 발명의 시편은 45일까지 아무런 변화가 없었으나, 일반 산질화 처리된 시편은 7일부터 발청이 시작되어 8일차 부터는 상당히 발청이 이루어졌음을 알 수 있다.
이와 같이 본원 발명의 암모니아(NH3), 질소(N2), 이산화탄소(CO2), 질소(N2)로 이루어진 가스를 이용하여 질화처리 함으로서 가공물의 내식성, 내마모성, 내습동성, 내소착성을 가지므로 내마찰과 표면경도가 향상되어 기계슬리브, 슬라이드코어, 가동다이, 슬라이더 홀드, 쿠랭크 인서트, 인서트, 코어핀의 부품에 적용하여 충격에 대한 강도와 표면의 높은 경도를 동시에 필요로 하는 가공물의 수명을 길게하여 경제적인 이득을 가질 수 있는 효과가 있다.
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Claims (3)

  1. 가공된 가공물의 표면에 묻은 유분 및 이물질을 세정으로 제거하고 샌딩을 이용하여 표면의 가공 크롬 막을 제거하는 단계;
    상기 표면의 가공 크롬 막을 제거한 후에는 가공물을 질화로의 챔버에 적재하는 단계;
    상기 가공물이 적재된 질화로 챔버에 암모니아(NH3) 1: 질소(N2) 1의 부피비율로 주입하는 단계;
    상기 암모니아(NH3) 1: 질소(N2) 1의 부피비율로 질화로에 주입한 후 처음 120분간 520℃까지 올린 후 질화로 내의 총 수용 공간 100 중량%에 대하여 이산화탄소(CO2) 0.8중량%를 주입한 후 300분간 520℃를 유지하여 질화를 실시하는 단계;
    상기 질화를 실시한 후 520℃로 300분을 유지한 후 질소(N2) 8: 산소(O2)2의 부피비율로 가스를 공급하여 20분간 520℃를 유지하면서 산질화하여 산화피막(Fe3O4)층을 형성하는 단계;
    상기 20분간 520℃를 유지하면서 산질화하여 산화피막(Fe3O4)층을 형성한 후 120분간 서서히 냉각시켜 100℃ 이하로 냉각시킨 다음 가공물을 질화로에서 꺼내는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 가공물 표면의 열처리 산질화 방법.
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