KR102225786B1 - 알루미늄 복합분말 표면에 균일한 질화물처리를 위한 진공 회전 열처리 장치 - Google Patents

알루미늄 복합분말 표면에 균일한 질화물처리를 위한 진공 회전 열처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 진공 회전 열처리 장치는 질소를 알루미늄 복합분말 표면 전체영역에 균일하게 접촉하게 하여 수 마이크로미터에 반응층을 형성하게 하는 장치에 대한 것으로서, 회전하면서 고진공 분위기 및 가스투입을 동시에 가능하게 하는 과정을 통해서 알루미늄 복합분말 표면에 가스를 긴밀하게 접촉할 수 있게 하여 균질한 질화물층을 형성하게 하여, 불활성가스를 대량으로 흘리지 않으므로 가스 소비량을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 진공 회전 열처리 장치는 차량용 경량화 부품소재 개발을 위한 알루미늄 복합분말의 소결 시 나타나는 난소결성의 문제점을 해결하기 위하여 알루미늄 복합분말 표면에 균일한 알루미늄나이트라이드층을 형성시켜 소결 시 알루미늄 복합소재 표면을 액상과의 젖음각을 낮게 하여 젖음성을 향상시켜 난소결성의 문제를 해결 할 수 있다.

Description

알루미늄 복합분말 표면에 균일한 질화물처리를 위한 진공 회전 열처리 장치{The AlN reaction layer of surface on Al composite powder by vacuum rotary thermal treatment machine}
본 발명은 질소를 알루미늄 복합분말 표면 전체영역에 균일하게 접촉하게 하여 수 마이크로미터의 반응층을 형성하게 하는 장치이다.
표면의 자유에너지가 증가하여서 표면적을 최소화시키려는 힘을 표면 장력이라고 하는데 이에 관련해서 고체 위에 액체를 떨어트렸을 때 액체가 퍼지는 정도를 젖음(Wetting)이라고 한다.
고체 표면과 액체 분자간의 상호작용에 의해서 잘 퍼지고 부착의 흡착정도를 젖음성이(Wettability)라고 하며 접촉각θ가 크면 젖음성은 낮고 액체의 표면장력이 높고, 고체의 표면 에너지가 낮음을 나타낸다.
알루미늄 복합분말 표면에 질소 코팅 시에 생성되는 AlN의 경우 알루미늄과의 젖음각(Wetting angle)은 1100 ℃에서 약 41。로 알루미늄과 Al2O3의 젖음각 보다 절반이나 낮은 수치를 나타낸다.
따라서, 질소는 AlN을 형성하는데 습윤제의 역할을 하는 것을 확인할 수 있다.
알루미늄 합금의 경우 경량구조재로 자동차, 항공기, 전자통신기기 등에 이용되고 있는데 부족한 강도와 내마모성 기준 확대 등으로 인해 알루미늄 합금 복합소재의 연구가 필요하다.
현재는 이러한 단점을 보완하기 위해 SiC, Al2O3, TiC, AlN 등과 같은 미세한 세라믹 입자를 첨가한 알루미늄 기반 복합재료 연구가 많이 진행되고 있다.
AlN(질화알루미늄)은 알루미나보다 열전도도(319W/m·K)가 10배 이상이고 전기절연성(9X1013Ω·cm)이 우수하며, 열팽창계수(4X10-6)가 알루미나보다 작고 Si 반도체와 비슷하고 기계적강도(430 MPa)가 우수한 특징으로 인해 유용한 필러로 주목받고 있다.
그러나, AlN은 SiC, Al2O3보다 100배정도 가격이 비싸 좋은 성능에도 다른 알루미늄 합금 복합소재보다 주목을 못 받고 있는 실정이다.
이에 따라 알루미늄 복합분말 표면에 질소를 반응시켜 AlN을 형성시킨 후 소결 시 낮은 젖음각을 형성하여 높은 젖음성을 가지므로 알루미늄 합금의 난소결성을 해결 할 수 있으며, 소재의 물성 및 열적, 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
그러나 현재로서는 알루미늄 복합분말을 대량으로 균일하게 코팅할 수 있는 장치는 보고된 적이 없었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 알루미늄 복합분말 표면에 N2를 반응시켜 AlN계 화합물을 형성시킴으로서 알루미늄 복합분말 표면에 균일한 반응층 형성을 가능하게 하는 진공회전열처리를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 진공회전열처리 장치를 이루는 가스주입조절장치와 고진공장치는 알루미늄 복합분말을 반응물질과 전체적으로 균일하게 접촉할 수 있도록 회전 장치를 부여하므로 알루미늄 복합분말 표면에 균일한 반응층을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 진공회전열처리 장치는 가스량을 조절하고 극미량의 가스를 투입하면서 챔버 내부에 가스를 진공펌프의 흡입량으로 조절하므로 알루미늄 복합분말과 질소가스의 반응속도를 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 진공회전열처리 장치는 알루미늄 복합분말을 소결 하였을 때, 난소결성 문제를 해결할 수 있는 알루미늄 복합분말 표면에 수 마이크로미터의 AlN 화합물을 형성시키는 장치이다.
본 발명은 알루미늄 복합분말을 지르코니아 몰드에 넣어 회전 중 고온으로 가열함으로서 질소와 균일하게 반응할 수 있는 조건을 만족하고, 또한 지르코니아 도가니를 사용하므로서 다른 제 3의 원소와의 반응을 억제할 수 있다.
또한, 고진공을 유지하기 위하여 SUS321 챔버를 사용하므로서 고온에서 안정한 진공도를 유지할 수 있고, 가스분사 위치를 지르코니아 도가니 내부에서 수행함으로서 알루미늄 복합분말과 고르게 접촉하므로서 균질한 코팅층을 가능하게 한다.
이러한 고진공, 지르코니아도가니 내부에서의 가스분사, 회전속도조절 등의 주요기능을 통하여 순도 높은 균일한 AlN화합물을 알루미늄 복합분말 표면층에 형성시키므로 소결 시 액상과의 낮은 젖음각을 형성하여 난소결성의 문제점을 해결할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 진공 회전 열처리 장치는 알루미늄 복합분말과 질소 가스가 반응할 수 있도록 온도를 조성하는 고온 열처리로(11); 상기 고온 열처리로(11)를 관통하여 설치되어져 알루미늄 복합분말의 균일한 표면 코팅을 제공하기 위한 원통형 진공튜브(4); 상기 원통형 진공튜브(4) 내에 배치된 상태에서, 알루미늄 복합분말과 질소가스의 화학 반응을 통한 표면 코팅이 생성되는 지르코니아 도가니(1); 상기 원통형 진공튜브(4)를 회전시키기 위한 회전 구동 모터(10); 상기 지르코니아 도가니(1)에 질소 가스를 주입하기 위한 가스주입튜브(3); 및 질소 가스 주입량을 정량적으로 제어하기 위한 가스주입조절장치(7);를 포함하고, 알루미늄 복합분말 표면 상에 질소 가스를 반응시켜 AlN(질화알루미늄)계 화합물을 형성시킴으로서 알루미늄 복합분말 표면에 균일한 반응층 형성을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다
상기 원통형 진공튜브(4)의 양측에 배치된 상태에서, 상기 원통형 진공튜브(4) 회전 시에 진공관(8)과 진공펌프(9)를 이용하여 진공을 유지하기 위한 회전형 자성유체실(6)을 더 포함하고, 반응로로 사용되는 상기 지르코니아 도가니(1)에 알루미늄 복합분말을 주입하고, 상기 진공펌프(9)를 이용하여 진공을 유지하여 내부 가스 및 불순물을 제거한 상태에서, 상기 가스주입조절장치(7)를 이용하여 질소 가스를 상기 가스주입튜브(3)를 통하여 상기 지르코니아 도가니가 있는 부위까지 주입하여 코팅용 기체분사(15)를 실시하는 구조인 것이 바람직하다.
상기 지르코니아 도가니(1)의 양측 상에 배치된 상태에서 상기 고온 열처리로(11)에 의한 고온을 상기 원통형 진공튜브(4)가 있는 고온부위의 외측으로 원할한 냉각을 위하여 방열판 기능을 하는 내부고온쿨링판(2); 및 상기 원통형 진공튜브(4)의 양측 상에 배치되는 열차단 냉각튜브(5);를 더 포함하고, 상기 고온 열처리로(11)가 있는 지르코니아 도가니(1) 외의 부분을 냉각시키기 위하여 상기 내부고온 쿨링판을 사용하여 내부의 열을 상기 열차단 냉각튜브(5)까지 전달하는 것이 바람직하다.
상기 지르코니아 도가니(1)는 질소 가스 투입 및 진공화를 원활하게 하기 위하여 내부 중앙부에 구멍을 형성하고, 내부열차단장치인 내부고온쿨링판(2)과의 고정을 위하여 양쪽 면에 십자끝 부분에 고정막대를 만든 상태에서 상기 내부고온쿨링판(2)에 구멍을 내어 끼워넣도록 하였고, 상기 원통형 진공튜브(4), 내부고온쿨링판(2) 및 지르코니아 도가니(1)의 열팽창을 고려하여 고정부 구멍을 고정막대보다 크게 하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 차체 경량화 부품 소재 제조를 위한 알루미늄 복합분말의 난소결성 문제를 해결하기 위한 장치로 알루미늄 복합분말 표면에 질화물 처리 시 균일한 코팅층 및 대량생산을 가능하게 한다.
알루미늄 나이트라이드는 우수한 열전도도 및 높은 전기절연성 등의 성질을 갖고 있는바, 차체 경량화 부품에 적용을 하면 우수한 특성을 갖는다.
한편, 질소와 알루미늄을 반응열처리 및 용해할 경우 반응 속도가 매우 빠르기 때문에 크랙이 발생하고, 잉곳으로 제조 후 분말형태화 하기에는 매우 단단하여 어려운 문제를 갖고 있어 현재로서는 대량생산이 불가능한 상황이지만, 본 발명에 따른 장치는 진공 상태를 유지하며 질소량을 자유롭게 조절할 수 있고, 고온반응처리가 가능하므로 대량의 알루미늄 나이트라이드 층을 형성할 수 있다.
본 발명은 질소를 알루미늄 복합분말 표면 전체영역에 균일하게 접촉하게 하여 수 마이크로미터에 반응층을 형성하게 하는 장치이다. 알루미늄 복합분말 표면에 질소를 코팅하는 방법으로 수직분위기열처리로 및 진공열처리로를 사용하여 질화물처리를 하게 되면 첫 번째로 가스분위기열처리는 높은 압력의 불활성가스를 투입하여 알루미늄 복합분말을 공중으로 부양시킨 후 소량의 질소 가스를 일정시간 동안 흘리면서 열을 가하여 질화물 처리를 해야 하는데 각각의 알루미늄 복합분말의 중량차이에 의하여 일정한 위치로 부양시키기는 많은 문제점을 가지고 있기 때문에 균일한 두께를 갖는 질화물층을 형성하기는 어렵다. 또한 많은 양의 가스를 투입하므로 경제적으로 불리하다. 두 번째 방법인 진공열처리로를 이용하면 알루미늄 복합분말을 도가니에 담아 넣으므로 고정되어 있어 알루미늄 복합분말 표면에 질소가스가 균일하게 접촉을 하지 못하므로 균일한 질화물층을 얻기는 어려운 문제점을 갖는다. 본 개발 장비는 회전을 하면서 고진공 분위기 및 가스투입이 동시에 가능하므로 알루미늄 복합분말 표면에 가스를 긴밀하게 접촉할 수 있는 것이 가능하므로 균일한 질화물층을 형성 시키는 것이 가능하며, 불활성가스를 대량으로 흘리지 않으므로 가스 소비량을 절감할 수 있어 경제적이다. 위와 같이 본 개발 장치는 차량용 경량화 부품소재 개발을 위한 알루미늄 복합분말의 소결 시 나타나는 난소결성의 문제점을 해결하기 위하여 알루미늄 복합분말 표면에 균일한 알루미늄나이트라이드층을 형성시켜 소결 시 알루미늄 복합소재 표면을 액상과의 젖음각을 낮게하여 젖음성을 향상시켜 난소결성의 문제를 해결 할 수 있다. 또한 대량의 알루미늄 복합분말의 표면처리가 가능하므로 경재적인 효과가 높을 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명에 의한 회전형 고온 열처리로에서 진공 및 가스분위기에서 알루미늄 복합분말의 표면에 코팅을 제공하는 장치에 대한 개략도,
도 2는 본 발명에 의한 알루미늄 복합분말의 균일한 표면코팅 및 내부의 효과적인 열전달을 목적으로 하는 장치를 나타낸 개략도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
본 발명은 진공 회전 고온 열처리로에 질소 가스 및 특정 가스를 주입함으로써 알루미늄 복합분말의 표면에 코팅을 할 수 있는 장치를 제공함을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 알루미늄 복합분말 표면에 고온에서 고진공 또는 가스분위기에서 공정을 진행한다.
본 발명에 따른 진공 회전 열처리 장치는 알루미늄 복합분말의 균일한 표면 코팅을 제공하기 위한 원통형 진공튜브(4), 회전시 진공관(8)과 진공펌프(9)를 이용하여 진공을 유지하기 위한 회전형 자성유체실(6), 원통형 진공튜브(4)를 회전시키기 위한 회전고동 모터(10), 고진공 고온에서 열처리를 하기 위한 튜브형 고온 열처리로(11), 알루미늄 복합분말과 질소가스의 화학반응을 통한 표면 코팅이 생성되는 지르코니아 도가니(1), 알루미늄 복합분말이 있는 고온 부분에 질소가스를 주입하기 위한 가스주입튜브(3) 및 가스 양을 정량적으로 제어하기 위한 가스주입조절장치(7)를 포함한다. 또한, 진공 회전 열처리 장치는 튜브형 고온 열처리로(11)에 의한 고온을 열처리 튜브가 있는 핫존 외의 부분에 원할한 냉각을 위하여 방열판 기능을 하는 내부고온쿨링판(2), 열차단 냉각튜브(5) 및 쿨링용 순환 물통을 포함한다.
본 발명에 따른 진공 회전 열처리 장치의 전체적인 작동 구조를 설명한다.
먼저, 반응로로 사용되는 지르코니아 도가니(1)에 알루미늄 복합분말을 주입하고, 진공펌프(9)를 이용하여 진공도를 10-6 Torr 이상으로 유지하여 내부 가스및 불순물을 제거한다. 반응로의 상태를 청결하게 유지한 뒤 가스주입조절장치(7)를 이용하여 질소가스를 가스주입튜브(3)를 통하여 지르코니아 도가니가 있는 부위까지 관을 주입하여 코팅용 기체분사(15)를 한다.
튜브형 고온 열처리로(11)는 반응로가 있는 부위에 구비하며, 알루미늄 복합분말과 질소가스가 반응할 수 있는 고온으로 올려서 반응을 시킨다. 반응하는 장시간 동안 알루미늄 복합분말의 균일한 코팅면 및 모든 분말의 균일한 반응을 유지하기 위하여 회전구동 장치(10)를 이용하여 원통형 진공튜브(4)를 회전시킨다.
반응로에서 고온에서 주입된 질소가스와 알루미늄 복합분말의 화학반응으로 알루미늄 나이트라이드가 생성되며, 생성된 알루미늄 나이트라이드(AlN)는 알루미늄 복합분말의 표면층을 형성하여 코팅막을 형성한다.
지르코니아 도가니(1)와 같은 반응로의 온도는 화학반응이 가능한 고온을 유지할 수 있는 지르코니아(ZrO2)로 만들어 진 도가니를 사용하며, 반응로가 있는 부분을 고온으로 유지하기 위하여 튜브형 고온 열처리로(11)를 사용하며, 열처리로의 형태에 구속 되거나 제한받지 않는다.
튜브형 고온 열처리로(11)가 있는 지르코니아 도가니(1) 외의 부분을 냉각시키기 위하여 내부고온 쿨링판을 사용하여 내부의 열을 열차단 냉각튜브(5)까지 효과적으로 전달한다. 열차단 냉각튜브(5)를 냉각용 샤워장치(12)를 사용하여 빠르게 튜브를 냉각시키며, 냉각용 샤워장치(12)로부터 분사된 쿨링용 물분사(14)는 열차단 냉각튜브(5)의 열을 냉각시키며, 분사된 냉각수는 쿨링용 순환물통으로 모여 냉각순환 펌프를 통하여 냉각샤워 장치로 재충전된다.
진공관(8) 및 진공펌프(9)를 이용하여 원통형 진공튜브(4)의 진공을 유지하면서, 원통형 진공튜브(4)를 회전시키기 위하여 회전형 자성유체실(6)을 사용한다. 원통형 진공튜브(4)는 회전하고 가스 투입부와 진공장치 연결부는 고정되어야 하므로 양쪽 위치에 자성유체씰(6)을 사용하여 원통형 진공튜브(4) 부위는 회전하고 양쪽 부위는 고정할 수 있도록 한다. 자성유체씰(6)은 높은 온도에 취약하므로 냉각수를 순환시킨다. 이상 장치에 사용된 재질은 특정한 재질에 제한을 받지 않음을 원칙으로 한다.
지르코니아 도가니(1)는 알루미늄 복합분말과 반응이 되지 않도록 한다.
지르코니아 도가니(1)는 가스 투입 및 진공화를 원활하게 하기 위하여 내부 중앙부에 구멍을 형성하고, 내부열차단장치와의 고정을 위하여 양쪽 면에 십자끝 부분에 고정막대를 만들고, 내부열차단장치면에 구멍을 내어 끼워넣도록 하였고, 공정 중 원통형 진공튜브(4), 내부 열차단장치 및 지르코니아 도가니의 열팽창을 고려하여 고정부 구멍을 고정막대보다 크게 하였다. 지르코니아 도가니가 원통형 진공튜브(4)와 같이 일정하게 회전할 수 있도록 위와 같은 형태로 제작 조립 후 내부열차단장치 바깥 부분에 내부에서 볼트를 넣어 챔버 내부벽에 고정하였다.
지르코니아 도가니 내부 중앙 부분에 가스 분사위치를 위치하게 하기 위하여 프렌지 중앙 부분에 씰링캡을 용접하여 스텐레스 파이프를 넣어 지르코니아 도가니를 관통하여 내부열차단장치 바깥쪽까지 넣었고 끝부분은 막게 한다. 그리고, 지르코니아 도가니 내부 중앙부에 위치한 스텐레스 파이프에 구멍을 뚫어 지르코니아 도가니의 중앙부에서 가스가 분사되도록 하였다.
튜브형 고온 열처리로(11)는 중간 상에 원통형으로 구멍이 나있고, 그 중간부 양면에 칸탈히터를 설치하여 최대 1000 ℃까지 온도를 유지할 수 있다. 튜브형 고온 열처리로(11)의 중앙부 상에 지르코니아 도가니(1)를 설치한다.
튜브형 고온 열처리로(11)의 원통형 구멍 상에 고온 강도 및 고진공을 유지할 수 있는 금속재료(SUS321 또는 인코넬)를 이용하여 챔버 형상인 원통형 진공튜브(4)를 설치한다. 원통형 진공튜브(4)를 금속재료를 사용하기 때문에 외부로에 열전도도가 높으므로 열처리장비 외부에 위치한 챔버 외부에 열전달 차단 장치인 열차단 냉각튜브(5)를 설치한다. 열차단 냉각튜브(5)는 원통형 진공튜브(4)의 중심부 온도가 매우 높으므로 열차단이 완벽히 이루어져야 한다. 따라서 챔버인 원통형 진공튜브(4) 표면에 직접적으로 물이 닿을 수 있도로 원통형 진공튜브(4)의 윗 부분에 물을 분사시킬 수 있도록 하였고, 외부로 물이 방출되지 않도록 사각형 상자에 양쪽 면에 이중으로 차폐벽을 설치하였다. 상자 아래 부분에는 물이 배출될 수 있도록 배출구를 설치하였다.
원통형 진공튜브(4)의 중앙부에 온도가 1000 ℃이상으로 가열되어져 튜브형 고온 열처리로(11) 윗부분에 열차단이 완벽하게 이루어져야 하므로, 열차단장치인 열차단 냉각튜브(5) 안쪽에 위치한 조립부분에 오링이 들어가 있으므로 열차단에 효율을 높이기 위하여 원통형 진공튜브(4) 중앙부에 외경보다 바깥부분의 위경을 작게 하였고, 열차단 냉각튜브(5)는 냉각효과를 최대화하기 위하여 사각형 박스 위에 티자형 파이프를 위치하여 윗부분에서 냉각수를 투입하고 아랫부분에 구멍을 뚫어 분사하는 형태로 하여 챔버 표면에 냉각수가 뿌려지도록 하였고, 사각형박스 위부로의 냉각수의 방출을 방지 위하여 이 중 차폐를 하여 냉각수를 차단한다. 아랫 부분에는 배출구를 설치하여 물이 고이지 않고 배수되도록 한다.
원통 형상을 갖는 튜브형 고온 열처리로(11)를 위치하고, 중앙부에 스텐레스 챔버인 원통형 진공튜브(4)를 배치한다. 좌측 구성은 챔버의 수평을 유지하고 회전 중 마찰을 최소화하기 위하여 롤러를 설치한다.
챔버 연결부분을 오링을 사용하여 씰링한 후 체결한다. 열차단 목적으로 챔버 중앙부와 바깥부분의 두깨를 조절하였고, 열차단장치는 챔버에 물이 직접 접촉하도록 분사형태로 설치하였고 회전을 하기 위하여 기어를 설치 후 아랫 부분에 모터와 체인을 이용하여 구동시켰다. 회전부와 고정부 사이에 자성유체씰을 사용하여 씰링을 하고, 자성유체씰은 테이블에 고정한다.
프렌지 부위에 스텐레스 파이프를 반대쪽 내부열차단장치 끝 부분까지 넣었고, 지르코니아 내부 중앙부에 구멍을 뚫어 가스가 분사되도록 한다. 가스켓을 이용하여 씰링 체결한다. 우측 구성은 챔버지지 롤러를 설치하고 열차단장치를 설치 후 내부 열차단장치 및 지르코니아 도가니를 넣을 수 있도록 테이블 바닥에 레일을 깔아 이동할 수 있도록 한다. 진공화는 뒷 부분에서 이루어지도록 하였고, 챔버 중앙부까지 열전대를 넣어 외부온도와 내부온도의 차이를 확인할 수 있도록 한다. 진공 장치는 로터리 펌프와 확산 펌프를 사용하여 고진공화가 가능하도록 한다. 또한, 나비 밸브를 설치하여 진공도를 조절할 수 있도록 한다.
원통형 진공튜브(4)는 회전하고 가스 투입부와 진공장치 연결부는 고정되어야하므로 양쪽 위치에 자성유체씰(6)을 사용하여 챔버 부위는 회전하고 양쪽 부위는 고정할 수 있도록 한다. 자성유체씰은 높은 온도에 취약하므로 냉각수를 순환시켰다.
vacuum system은 diffusion pump 및 rotary pump를 사용하여 1×10-6 Torr이하로 설계하였고, main valve 앞에 butterfly valve를 설치하여 진공도를 조절할 수 있도록 하였다. 진공도를 1×10-6 Torr 이하로 하는 이유는 저진공에서는 알루미늄 복합분말 표면에 질소 반응 시 분위기 중에 잔류하고 있던 산소가 급속하게 반응하기 때문에 질소의 반응을 저지하는 경향이 있고, 순도 높은 AlN 화합물 형성의 어려움을 동반한다.
butterfly valve를 main valve앞에 설치하는 이유는 알루미늄 복합분말과 반응 시 질소가 일정온도에서 급속하게 반응하기 때문에 질소를 gas supplier로 조절하여 소량 흘린다 하여도 알루미늄 복합분말 주위에서는 많은 량이 집중하므로 질소가스를 진공펌프로 흡입하여 챔버 내에서 가스의 방향성을 갖도록 하고, butterfly valve를 이용하여 흡입량을 조절한다.
vacuum system이 설치되어 있는 반대쪽에는 gas supplier system을 설치한다. MFC를 설치하여 질소 및 알곤의 가스 흐름양을 조절하고, 한 개는 퍼징용으로 대량의 가스를 빠르게 투입할 수 있도록 한다. 총 세 개의 가스공급라인을 설치하고 가스공급관은 최종적으로 하나의 관으로 챔버로 공급한다. 세 개의 관이 하나의 관으로 연결되는 부위에 가스혼합장치를 설치하여 균일하게 혼합된 가스가 공급되도록 한다.
알루미늄 복합분말을 지르코니아 도가니(1)에 넣고 회전반응 열처리 중 도가니 와의 반응을 막기 위하여 지르코니아 도가니를 이용하고, 지르코니아 도가니에 알루미늄 복합분말이 외부로의 누출을 방지하기 위하여 나사식으로 조립한다. 또한, 지르코니아 도가니를 챔버인 원통형 진공튜브(4) 중앙에 고정 및 내부에 열이 외부로 흐름을 차단하기 위하여 방열판을 설치한다. 방열판과 지르코니아 도가니에 고정을 위하여 지르코니아와 접촉하는 면을 십자 도가니하여 도가니를 끼워 넣고 위부에서 나사를 넣어 고정한다. 접촉면에 반대면은 중앙분리 및 십자의 양 끝에 봉을 용접한다. 외부 위치에 방열판을 설치하고 외부 끝은 ㄷ-도가니 용접하여 내부에서 외부로 나사를 넣어 챔버에 고정한다. 챔버 내부에 들어가는 방열판에 치수는 챔버 내부에 치수와 큰 차이가 없도록 하여 방열판의 변형을 최소화한다.
테이블을 ㄷ-형으로 하여 열처리로에 끼어 넣어 열처리로가 챔버 중앙에 위치하도록 한다. 테이블 위쪽에는 레일을 설치하여 알루미늄 복합분말을 지르코니아 도가니에 넣고 조립 후 방열판과 고정 후 마지막으로 챔버에 고정한 다음 챔버를 열처리로에 설치할 수 있도록 앞, 뒤로 이동이 가능하게 한다.
위와 같은 기능을 갖는 모든 구성품이 조립되면 진공 회전 반응열처리로를 구성할 수 있다.
진공 회전 열처리로의 동작 과정은 튜브형 고온 열처리로(11) 중간부에 배치된 지르니아 도가니(1) 안에 알루미늄 복합분말과 질소를 넣고(gas flow system 이용) 양쪽에 방열판인 내부고온쿨링판(2)에 고정 후에 원통형 진공튜브(4) 내부 벽면에 고정시킨다. 원통형 진공튜브(4)와 구동축을 실링 후에 회전 버튼을 이용하여 원통형 진공튜브(4)를 회전시키고(요구회전수), 진공상태화한다.
튜브형 고온 열처리로(11)로의 온도를 올려 요구 온도에 도달시킨 후 일정시간 유지 후 위와 반대순서로 우라늄 몰리브덴 표면에 균일한 반응층이 형성된 시험편을 수거한다. 위와 같은 동작방법을 이용하여 본 개발 장치는 가스 분위기, 진공 분위기, 가스진공 혼합분위기 등을 이용하여 최적의 알루미늄 복합분말의 표면에 순도 높은 수마이크로의 균일한 질화 반응층을 형성시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 진공 회전 고온 열처리로에 질소 가스 및 특정 가스를 주입함으로써 알루미늄 복합분말의 표면에 코팅을 할 수 있는 장치를 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
1: 지르코니아 도가니 2: 내부고온 쿨링 판
3: 가스주입 튜브 4: 원통형 진공 튜브
5: 열차단 용 냉각 튜브 6: 회전형 자성유체실
7: 가스주입조절 장치 8: 진공관
9: 진공펌프 10: 회전구동 모터
11: 튜브형 고온 열처리로 12: 진공튜브냉각용 샤워장치
13: 쿨링용 순환 물통 14 : 쿨링용 물 분사
15: 코팅용 기체 분사

Claims (4)

  1. 알루미늄 복합분말과 질소 가스가 반응할 수 있도록 온도를 조성하는 고온 열처리로(11);
    상기 고온 열처리로(11)를 관통하여 설치되어져 알루미늄 복합분말의 균일한 표면 코팅을 제공하기 위한 원통형 진공튜브(4);
    상기 원통형 진공튜브(4) 내에 배치된 상태에서, 알루미늄 복합분말과 질소가스의 화학 반응을 통한 표면 코팅이 생성되는 지르코니아 도가니(1);
    상기 원통형 진공튜브(4)를 회전시키기 위한 회전 구동 모터(10);
    상기 지르코니아 도가니(1)에 질소 가스를 주입하기 위한 가스주입튜브(3); 및
    질소 가스 주입량을 정량적으로 제어하기 위한 가스주입조절장치(7);를 포함하고,
    상기 지르코니아 도가니(1)의 양측 상에 배치된 상태에서 상기 고온 열처리로(11)에 의한 고온을 상기 원통형 진공튜브(4)가 있는 고온부위의 외측으로 원할한 냉각을 위하여 방열판 기능을 하는 내부고온쿨링판(2); 및 상기 원통형 진공튜브(4)의 양측 상에 배치되는 열차단 냉각튜브(5);를 더 포함하고,
    상기 고온 열처리로(11)가 있는 지르코니아 도가니(1) 외의 부분을 냉각시키기 위하여 상기 내부고온 쿨링판을 사용하여 내부의 열을 상기 열차단 냉각튜브(5)까지 전달하며,
    알루미늄 복합분말 표면 상에 질소 가스를 반응시켜 AlN(질화알루미늄)계 화합물을 형성시킴으로서 알루미늄 복합분말 표면에 균일한 반응층 형성을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는, 진공 회전 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 진공튜브(4)의 양측에 배치된 상태에서, 상기 원통형 진공튜브(4) 회전 시에 진공관(8)과 진공펌프(9)를 이용하여 진공을 유지하기 위한 회전형 자성유체실(6)을 더 포함하고,
    반응로로 사용되는 상기 지르코니아 도가니(1)에 알루미늄 복합분말을 주입하고, 상기 진공펌프(9)를 이용하여 진공을 유지하여 내부 가스 및 불순물을 제거한 상태에서, 상기 가스주입조절장치(7)를 이용하여 질소 가스를 상기 가스주입튜브(3)를 통하여 상기 지르코니아 도가니가 있는 부위까지 주입하여 코팅용 기체분사(15)를 실시하는 구조 것을 특징으로 하는, 진공 회전 열처리 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지르코니아 도가니(1)는 질소 가스 투입 및 진공화를 원활하게 하기 위하여 내부 중앙부에 구멍을 형성하고, 내부열차단장치인 내부고온쿨링판(2)과의 고정을 위하여 양쪽 면에 십자끝 부분에 고정막대를 만든 상태에서 상기 내부고온쿨링판(2)에 구멍을 내어 끼워넣도록 하였고,
    상기 원통형 진공튜브(4), 내부고온쿨링판(2) 및 지르코니아 도가니(1)의 열팽창을 고려하여 고정부 구멍을 고정막대보다 크게 하는, 진공 회전 열처리 장치.
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