KR102243284B1 - Nitriding Apparatus and Nitriding Treatment Method - Google Patents

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    • C23C8/24Nitriding

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 질화 처리 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 질화 처리 장치는, 금속의 질화 처리를 수행할 수 있도록 내부에 처리 공간이 형성되는 반응 챔버와, 암모니아 가스를 포함하는 처리 가스를 상기 반응 챔버로 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 반응 챔버에서 분해되거나 미분해된 상기 처리 가스를 배출하는 배출부와, 상기 반응 챔버 내부의 수소 분압을 검출하는 센서부 및 상기 센서부로부터 상기 수소 분압을 전송받아 상기 반응 챔버 내부의 질화 포텐셜 값을 계산하고, 상기 질화 포텐셜 값에 연동하여 상기 반응 챔버의 내부 온도 및 상기 반응 챔버로 공급되는 상기 처리 가스의 유량을 제어하는 제어부를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a nitriding treatment apparatus is provided. According to an embodiment of the present invention, the nitridation treatment apparatus includes a reaction chamber having a processing space formed therein so as to perform a nitriding treatment of a metal, and a treatment of supplying a processing gas including ammonia gas to the reaction chamber. A gas supply unit, a discharge unit for discharging the processed gas decomposed or undecomposed in the reaction chamber, a sensor unit for detecting a partial pressure of hydrogen inside the reaction chamber, and a partial pressure of hydrogen received from the sensor unit to an inside of the reaction chamber And a controller configured to calculate a nitridation potential value of and control the internal temperature of the reaction chamber and a flow rate of the processing gas supplied to the reaction chamber in connection with the nitridation potential value.

Figure R1020190085835
Figure R1020190085835

Description

질화 처리 장치 및 질화 처리 방법{Nitriding Apparatus and Nitriding Treatment Method}Nitriding Apparatus and Nitriding Treatment Method {Nitriding Apparatus and Nitriding Treatment Method}

본 발명은 질화 처리 장치 및 질화 처리 방법에 관한 것으로서, 금속 제품의 표면에 경화원소인 질소를 흡착 및 확산시켜 고농도의 질화층을 만들 수 있는 질화 처리 장치 및 질화 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nitriding treatment device and a nitriding treatment method, and to a nitriding treatment device and a nitriding treatment method capable of forming a high-concentration nitride layer by adsorbing and diffusing nitrogen, which is a hardening element, on the surface of a metal product.

철의 표면 경화법에는 철 표면에 열을 가하여 반응 가스 중에 필요한 성분을 확산 침투시킴으로서 철 표면의 화학 성분을 변화시키는 열화학적 표면 경화법과 철 표면의 화학 성분을 변화시키지 않으면서 담금질만으로 경화하는 물리적 표면 경화법이 있다. 일반적으로, 열화학적 표면 경화법은 침탄, 질화, 침황, 침붕 등이 있고, 물리적 표면 경화법은 유도가열 담금질, 화염 담금질 등이 있다.In the surface hardening method of iron, a thermochemical surface hardening method that changes the chemical composition of the iron surface by diffusing and penetrating necessary components in the reaction gas by applying heat to the iron surface, and a physical surface that is hardened only by quenching without changing the chemical composition of the iron surface. There is a hardening method. In general, thermochemical surface hardening methods include carburization, nitriding, carburizing, and chimney, and physical surface hardening methods include induction heating quenching, flame quenching, and the like.

이 중에서, 열화학적 표면 경화법의 일종인 질화법은 질소 원자를 철의 표면에 침투 및 확산시키는 방식으로서, 침탄과 같은 타 표면 처리법에 비해 치수나 모양의 변형이 거의 없고 정밀하게 생산할 수 있다는 장점이 있다. 이러한, 질화법은, 퍼니스(Furnace)와 같은 반응 챔버 내부에 강(steel)으로 이루어진 제품을 장착하고 소정의 온도로 승온한 후 반응 가스인 암모니아(NH3)를 포함하는 처리 가스를 상기 반응 챔버에 투입하는 과정이 수행된다. 투입된 암모니아는 질소와 수소로 분해되고, 상기 질소는 강의 표면으로 침투 확산됨에 따라 강의 표면에 질화층을 형성하게 된다. 상기 처리 가스는 암모니아 가스를 포함하는 혼합 가스로서, 암모니아 가스 외에 이산화탄소 가스나 탄화수소, 질소 가스 등을 포함한다.Among them, the nitriding method, which is a kind of thermochemical surface hardening method, penetrates and diffuses nitrogen atoms into the surface of iron. Compared to other surface treatment methods such as carburization, there is little change in size or shape, and it can be produced precisely. There is this. In the nitriding method, a product made of steel is mounted inside a reaction chamber such as a furnace, the temperature is raised to a predetermined temperature, and a processing gas containing ammonia (NH 3 ) as a reaction gas is added to the reaction chamber. The process of putting in is carried out. The input ammonia is decomposed into nitrogen and hydrogen, and as the nitrogen penetrates and diffuses into the surface of the steel, a nitride layer is formed on the surface of the steel. The processing gas is a mixed gas containing ammonia gas, and includes carbon dioxide gas, hydrocarbon, nitrogen gas, etc. in addition to ammonia gas.

이때, 반응 챔버 내에서 일어나는 질화 정도를 눈으로 관찰할 수 없기 때문에 금속 제품의 표면에서 질화 정도를 측정하기 위해 암모니아 분해율을 측정할 수 있다. 암모니아 분해율의 측정 방법은 반응 챔버 내부에 수소 분압을 측정하고, 이를 바탕으로 질화 포텐셜 값을 계산하여 질화 정도를 측정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 이러한, 질화 포텐셜 값은, 질화를 할 수 있는 성능을 의미하며 질화 정도를 결정짓는 가장 중요한 요소이다. 질화포텐셜(KN)은 AMS2759-10A에 다음과 같이 정의되어 있다.At this time, since the degree of nitriding occurring in the reaction chamber cannot be observed visually, the ammonia decomposition rate can be measured to measure the degree of nitriding on the surface of the metal product. As a method of measuring the ammonia decomposition rate, a method of measuring the degree of nitriding by measuring a hydrogen partial pressure inside a reaction chamber and calculating a nitriding potential value based on this is widely used. The nitriding potential value refers to the nitriding performance and is the most important factor in determining the nitriding degree. The nitride potential (K N ) is defined as follows in AMS2759-10A.

Figure 112019072835335-pat00001
Figure 112019072835335-pat00001

여기서,

Figure 112019072835335-pat00002
는 암모니아의 분압,
Figure 112019072835335-pat00003
는 수소의 분압을 의미한다.here,
Figure 112019072835335-pat00002
Is the partial pressure of ammonia,
Figure 112019072835335-pat00003
Means the partial pressure of hydrogen.

그러나, 이러한 종래의 질화 처리 장치 및 질화 처리 방법은, 암모니아 가스 및 기타 다른 가스(예를 들어 이산화탄소 및 질소 가스 혹은 탄화수소 및 질소 가스 등) 항상 일정한 비율로 혼합된 처리 가스가 반응 챔버에 주입됨으로써, 질화 정도를 제어할 수 있는 질화 포텐셜 값의 조절을 위해서는 별도의 가스 분해로가 필요했었다. 예컨대, 별도의 가스 분해로 내에서 암모니아 가스를 분해하여 질소와 수소의 혼합으로 이루어진 분해 암모니아 가스를 생성하고, 반응 챔버로 공급되는 분해 암모니아 가스의 양을 조절함으로써 질화 포텐셜 값을 조절할 수 있었다,However, in such a conventional nitriding treatment apparatus and a nitriding treatment method, ammonia gas and other gases (for example, carbon dioxide and nitrogen gas or hydrocarbon and nitrogen gas, etc.) are always mixed with a processing gas in a constant ratio into the reaction chamber, In order to control the nitriding potential value that can control the nitriding degree, a separate gas cracking furnace was required. For example, by decomposing ammonia gas in a separate gas decomposition furnace to generate decomposed ammonia gas consisting of a mixture of nitrogen and hydrogen, and adjusting the amount of decomposed ammonia gas supplied to the reaction chamber, the nitriding potential value could be adjusted.

이에 따라, 종래의 질화 처리 장치 및 질화 처리 방법은, 질화 포텐셜 값의 제어를 위한 수소의 생성을 위해 고가의 암모니아 가스 분해로의 설치가 추가로 필요하여, 질화 처리 장치의 비용이 상승하고 설치 공간이 많이 필요한 문제점 및 질화 처리 단계에서 소모되는 처리 가스의 양도 지나치게 증가하는 문제점이 있었다.Accordingly, in the conventional nitriding treatment device and the nitriding treatment method, it is necessary to additionally install an expensive ammonia gas decomposition furnace to generate hydrogen for controlling the nitriding potential value, thereby increasing the cost of the nitriding treatment device and the installation space. There is a problem that a lot of this is required and the amount of processing gas consumed in the nitriding treatment step is also excessively increased.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 금속 제품의 질화 처리 시 반응 챔버를 암모니아 가스의 분해로로 사용하여, 반응 챔버의 내부에서 처리 가스에 포함된 암모니아 가스를 열분해하여 수소를 생성하고 이를 이용해 질화 포텐셜 값을 제어함으로써, 반응 챔버 내에서 일어나는 금속 제품의 질화 정도를 용이하게 조절할 수 있는 질화 처리 장치 및 질화 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention is to solve various problems, including the above problems, by using a reaction chamber as a decomposition furnace for ammonia gas when nitriding a metal product, and pyrolyzing the ammonia gas contained in the processing gas inside the reaction chamber. An object of the present invention is to provide a nitriding treatment apparatus and a nitriding treatment method capable of easily controlling the degree of nitriding of a metal product occurring in a reaction chamber by generating hydrogen and controlling a nitriding potential value using the same. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 질화 처리 장치가 제공된다. According to an embodiment of the present invention, a nitriding treatment apparatus is provided.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 질화 처리 장치는, 금속의 질화 처리를 수행할 수 있도록 내부에 처리 공간이 형성되는 반응 챔버; 암모니아 가스를 포함하는 처리 가스를 상기 반응 챔버로 공급하는 처리 가스 공급부; 상기 반응 챔버에서 분해되거나 미분해된 상기 처리 가스를 배출하는 배출부; 상기 반응 챔버 내부의 수소 분압을 검출하는 센서부; 및 상기 센서부로부터 상기 수소 분압을 전송받아 상기 반응 챔버 내부의 질화 포텐셜 값을 계산하고, 상기 질화 포텐셜 값에 연동하여 상기 반응 챔버의 내부 온도 및 상기 반응 챔버로 공급되는 상기 처리 가스의 유량을 제어하는 제어부;를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the nitridation treatment apparatus includes: a reaction chamber having a treatment space formed therein so as to perform a metal nitridation treatment; A processing gas supply unit for supplying a processing gas including ammonia gas to the reaction chamber; A discharge unit for discharging the process gas decomposed or undecomposed in the reaction chamber; A sensor unit detecting a partial pressure of hydrogen in the reaction chamber; And calculating a nitriding potential value inside the reaction chamber by receiving the partial pressure of hydrogen from the sensor unit, and controlling an internal temperature of the reaction chamber and a flow rate of the processing gas supplied to the reaction chamber in connection with the nitriding potential value. It includes;

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 암모니아 가스가 상기 반응 챔버로 투입된 후 상기 처리 가스 공급부를 폐쇄시키고, 투입된 상기 암모니아 가스를 분해하기 위하여 상기 반응 챔버의 상기 내부 온도를 설정 온도로 상승시키고, 상기 설정 온도에 도달 한 후 상기 질화 포텐셜 값이 기 설정된 기준 값으로 유지될 수 있도록 상기 처리 가스 공급부의 개폐를 제어하여 상기 반응 챔버로 투입되는 상기 처리 가스의 유량을 조절할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the control unit closes the processing gas supply unit after the ammonia gas is introduced into the reaction chamber, and sets the internal temperature of the reaction chamber to a set temperature in order to decompose the input ammonia gas. The flow rate of the processing gas introduced into the reaction chamber may be adjusted by controlling the opening and closing of the processing gas supply unit so that the nitridation potential value is maintained at a preset reference value after reaching the set temperature.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 질화 처리 장치는, 상기 반응 챔버에서 상기 암모니아 가스의 분해에 의한 수소가 생성되며, 상기 반응 챔버 이외에 별도의 암모니아 가스 분해로를 구비하지 않을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the nitridation apparatus may generate hydrogen by decomposing the ammonia gas in the reaction chamber, and may not have a separate ammonia gas decomposition furnace other than the reaction chamber.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, [수식 1]

Figure 112019072835335-pat00004
에 의해 상기 질화 포텐셜 값을 계산할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the control unit, [Equation 1]
Figure 112019072835335-pat00004
The nitriding potential value can be calculated by.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 반응 챔버의 내부 압력이 기 설정된 압력 미만일 경우에는 상기 배출부를 폐쇄하고, 상기 기 설정된 압력 이상일 경우에는 상기 배출부를 개방하도록 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the control unit may control to close the discharge unit when the internal pressure of the reaction chamber is less than a preset pressure and open the discharge unit when the pressure is greater than or equal to the preset pressure.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 처리 가스 공급부를 ON/OFF제어 방식 또는 PID제어 방식에 의해 제어하여 상기 처리 가스의 유량을 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the control unit may control the flow rate of the processing gas by controlling the processing gas supply unit by an ON/OFF control method or a PID control method.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 센서부는, 수소 센서; 상기 가스 배출 라인으로 배출되는 상기 처리 가스를 펌핑하여 상기 수소 센서로 공급하는 펌프; 및 상기 수소 센서를 통과한 상기 처리 가스를 상기 가스 배출 라인으로 배기하는 배기 라인;을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the sensor unit, a hydrogen sensor; A pump for pumping the process gas discharged through the gas discharge line and supplying it to the hydrogen sensor; And an exhaust line for exhausting the process gas that has passed through the hydrogen sensor to the gas discharge line.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 내부에 처리 공간이 형성되고 상기 처리 공간으로 금속의 질화 처리를 위해 암모니아 가스를 포함하는 처리 가스가 투입되는 반응 챔버를 이용한 질화 처리 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a nitriding treatment method using a reaction chamber in which a treatment space is formed therein, and a treatment gas including ammonia gas is introduced into the treatment space for nitriding a metal.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 질화 처리 방법은, 처리 가스 공급부를 통해 상기 반응 챔버의 내부로 상기 암모니아 가스를 투입하는 단계; 상기 처리 가스 공급부를 폐쇄한 후, 상기 반응 챔버 내부의 온도를 기 설정된 설정 온도로 가열하여 상기 암모니아 가스를 분해하여 수소를 생성하는 단계; 상기 반응 챔버 내부의 온도가 상기 설정 온도에 도달된 후 상기 반응 챔버 내부의 질화 포텐셜 값을 센서부를 통해 도출하는 단계; 및 상기 도출된 질화 포텐셜 값이 기 설정된 기준 값에 도달하면, 상기 반응 챔버 내부의 상기 질화 포텐셜 값이 기 설정된 기준 값으로 유지될 수 있도록 상기 처리 가스 공급부를 제어하여 상기 반응 챔버로 투입되는 상기 암모니아 가스의 유량을 조절하는 질화 포텐셜 제어 단계;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the nitriding treatment method includes: introducing the ammonia gas into the reaction chamber through a processing gas supply unit; After closing the processing gas supply unit, heating the temperature inside the reaction chamber to a preset temperature to decompose the ammonia gas to generate hydrogen; Deriving a nitriding potential value inside the reaction chamber through a sensor unit after the temperature inside the reaction chamber reaches the set temperature; And when the derived nitriding potential value reaches a preset reference value, the ammonia injected into the reaction chamber by controlling the processing gas supply unit so that the nitriding potential value inside the reaction chamber is maintained at a preset reference value. It may include a; nitriding potential control step of adjusting the flow rate of the gas.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 질화 포텐셜 값은, [수식 1]

Figure 112019072835335-pat00005
에 의해 계산될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the nitriding potential value is [Equation 1]
Figure 112019072835335-pat00005
Can be calculated by

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 [수식 1]에 포함된 수소 분압(

Figure 112019072835335-pat00006
)은 상기 반응 챔버로 투입된 상기 암모니아 가스가 분해되면서 생성된 상기 수소에 의한 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the partial pressure of hydrogen contained in [Equation 1] (
Figure 112019072835335-pat00006
) May be due to the hydrogen generated while the ammonia gas introduced into the reaction chamber is decomposed.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 설정 온도는, 450℃ 내지 650℃ 범위를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the set temperature may have a range of 450°C to 650°C.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 질화 처리 방법에서, 상기 반응 챔버의 내부 압력이 기 설정된 압력 미만일 경우에는 상기 반응 챔버에서 분해되거나 미분해된 상기 처리 가스를 배출하는 배출부를 폐쇄하고, 상기 기 설정된 압력 이상일 경우에는 상기 배출부를 개방할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the nitriding treatment method, when the internal pressure of the reaction chamber is less than a preset pressure, the discharging part for discharging the decomposed or undecomposed process gas in the reaction chamber is closed, and the When the pressure is higher than the set pressure, the discharge unit may be opened.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 처리 가스 공급부를 온/오프제어 방식 또는 PID제어 방식에 의해 제어하여 상기 암모니아 가스의 유량을 조절할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the flow rate of the ammonia gas may be adjusted by controlling the process gas supply unit by an on/off control method or a PID control method.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 제품의 질화 처리 시 반응 챔버를 암모니아의 분해로로 사용하여, 반응 챔버의 내부에서 반응 가스에 포함된 암모니아를 열분해하여 수소를 생성하고 이를 이용해 질화 포텐셜 값을 용이하게 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention made as described above, the reaction chamber is used as a decomposition furnace for ammonia during nitriding of a metal product, and ammonia contained in the reaction gas is pyrolyzed inside the reaction chamber to generate hydrogen. Using this, the nitriding potential value can be easily controlled.

이에 따라, 별도의 암모니아 가스 분해로를 설치할 필요없이 질화 처리 장치의 반응 챔버 내에서 일어나는 금속 제품의 질화 정도를 용이하게 조절할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해서 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Accordingly, it is possible to easily control the degree of nitriding of metal products occurring in the reaction chamber of the nitriding apparatus without the need to install a separate ammonia gas decomposition furnace. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화 처리 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 질화 처리 장치의 처리 가스 공급부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화 처리 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 질화 처리 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 4의 질화 처리 방법에 따라 반응 챔버의 내부 온도 및 질화 포텐셜 값을 제어하는 공정을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 여러 실시예에 따른 질화 처리 장치 및 질화 처리 방법에서 질화 포텐셜 값 제어를 통해 금속 제품의 질화 정도를 제어한 결과를 나타내는 이미지이다.
1 is a cross-sectional view schematically illustrating a nitriding treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view schematically showing a processing gas supply unit of the nitriding treatment apparatus of FIG.
3 is a schematic cross-sectional view of a nitriding treatment apparatus according to another embodiment of the present invention.
4 is a flowchart schematically illustrating a nitriding treatment method according to another embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a process of controlling an internal temperature and a nitriding potential value of a reaction chamber according to the nitriding treatment method of FIG. 4.
6 is an image showing a result of controlling a degree of nitriding of a metal product through control of a nitriding potential value in a nitriding treatment apparatus and a nitriding treatment method according to various embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more completely describe the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to the examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete, and to completely convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In addition, in the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated for convenience and clarity of description.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically showing ideal embodiments of the present invention. In the drawings, for example, depending on manufacturing techniques and/or tolerances, variations of the illustrated shape can be expected. Accordingly, embodiments of the inventive concept should not be construed as being limited to the specific shape of the region shown in the present specification, but should include, for example, a change in shape caused by manufacturing.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화 처리 장치(100)를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 질화 처리 장치(100)의 처리 가스 공급부(20)를 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화 처리 장치(200)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing a nitriding treatment apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a processing gas supply unit 20 of the nitridation treatment apparatus 100 of FIG. 1, 3 is a schematic cross-sectional view of a nitriding treatment apparatus 200 according to another embodiment of the present invention.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화 처리 장치(100)는, 반응 챔버(10)와, 처리 가스 공급부(20)와 배출부(30)와, 센서부(40)와, 제어부(50)와, 가스 유동 팬부(60)와, 냉각부(70)와, 진공부(80) 및 버닝 가스 공급부(90)를 포함할 수 있다.First, as shown in FIG. 1, the nitridation treatment apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a reaction chamber 10, a processing gas supply unit 20 and a discharge unit 30, and a sensor unit ( 40), a control unit 50, a gas flow fan unit 60, a cooling unit 70, a vacuum unit 80, and a burning gas supply unit 90.

도 1에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(10)는, 금속 제품의 질화 처리를 수행할 수 있도록 내부에 처리 공간(A)이 형성되는 일종의 퍼니스(Furnace)일 수 있다. 더욱 구체적으로, 반응 챔버(10)는, 후술될 처리 가스 공급부(20)로부터 암모니아 가스를 포함하는 처리 가스를 공급받고, 일측에 설치된 히터에 의해 처리 공간(A)의 내부 온도를 일정 온도로 일정 시간 동안 유지시켜 그 내부에서 금속 제품의 표면을 질화 처리 할 수 있다. 이때, 반응 챔버(10)에서 원하는 두께의 질화층을 형성할 수 있도록, 내부 온도와 지속 시간은 다양하게 조절될 수 있다.As shown in FIG. 1, the reaction chamber 10 may be a type of furnace in which a processing space A is formed so as to perform a nitriding treatment of a metal product. More specifically, the reaction chamber 10 is supplied with a processing gas including ammonia gas from a processing gas supply unit 20 to be described later, and the internal temperature of the processing space A is constant at a constant temperature by a heater installed at one side. By holding it for a period of time, the surface of the metal product can be nitrided within it. In this case, in order to form a nitride layer having a desired thickness in the reaction chamber 10, the internal temperature and duration may be variously adjusted.

아울러, 반응 챔버(10)의 상부에는 가스 유동 팬부(60)가 설치되어, 처리 공간(A) 내부에서 회전하는 팬(Fan)에 의해 처리 공간(A) 내부에서 처리 가스의 유동을 발생시킴으로써, 처리 공간(A) 내부에 처리 가스가 균일하게 확산되어 분포되도록 유도할 수 있다. 또한, 처리 공간(A) 내부에서 회전하는 가스 유동 팬부(60)의 팬이 처리 가스에 의해 오염되지 않도록, 가스 유동 팬부(60)를 통해 팬을 향해서 미세하게 질소 가스를 투입하여 팬을 퍼징할 수 있다.In addition, a gas flow fan unit 60 is installed on the upper portion of the reaction chamber 10 to generate a flow of the processing gas in the processing space A by a fan rotating inside the processing space A, It is possible to induce the processing gas to be uniformly diffused and distributed within the processing space A. In addition, in order to prevent the fan of the gas flow fan unit 60 rotating inside the processing space A from being contaminated by the processing gas, nitrogen gas is finely introduced toward the fan through the gas flow fan unit 60 to purify the fan. I can.

또한, 반응 챔버(10)는, 진공 펌프와 연결되어 처리 공간(A) 내부의 공기를 배기하여 진공 분위기를 형성할 수 있는 배기 라인(80) 및 금속 제품의 질화 처리 후 처리 공간(A) 내부의 열기를 배출할 수 있는 냉각부(70)가 연결될 수 있다.In addition, the reaction chamber 10 is connected to the vacuum pump, the exhaust line 80 capable of forming a vacuum atmosphere by evacuating the air inside the processing space A, and the inside of the processing space A after nitrification of metal products. A cooling unit 70 capable of discharging the heat may be connected.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 처리 가스 공급부(20)는, 처리 가스를 반응 챔버(10)로 공급할 수 있다. 더욱 구체적으로, 처리 가스는, 질소(N2) 가스, 암모니아(NH3) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스, 일산화탄소(CO) 가스 및 탄화수소(hydrocarbon) 가스 중 어느 하나 이상을 포함하는 혼합 가스일 수 있으며, 처리 가스 공급부(20)는, 질소 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 라인(21)과, 암모니아 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 라인(22)과, 이산화탄소 가스, 일산화탄소 가스 및 탄화수소 가스 중 어느 하나의 가스를 공급하는 제 3 가스 공급 라인(23) 및 제 1 가스 공급 라인(21), 제 2 가스 공급 라인(22) 및 제 3 가스 공급 라인(23)과 연결되어, 처리 가스를 반응 챔버(10)로 공급하는 제 4 가스 공급 라인(25)을 포함할 수 있다.1 and 2, the processing gas supply unit 20 may supply a processing gas to the reaction chamber 10. More specifically, the processing gas may be a mixed gas including at least one of nitrogen (N 2 ) gas, ammonia (NH 3) gas, carbon dioxide (CO 2 ) gas, carbon monoxide (CO) gas, and hydrocarbon gas. In addition, the processing gas supply unit 20 includes a first gas supply line 21 for supplying nitrogen gas, a second gas supply line 22 for supplying ammonia gas, and any one of carbon dioxide gas, carbon monoxide gas, and hydrocarbon gas. It is connected to the third gas supply line 23 and the first gas supply line 21, the second gas supply line 22, and the third gas supply line 23 for supplying one gas, so that the processing gas is transferred to the reaction chamber. It may include a fourth gas supply line 25 for supplying to (10).

이러한, 처리 가스 공급부(20)의 제 1 가스 공급 라인(21), 제 2 가스 공급 라인(22) 및 제 3 가스 공급 라인(23)은 질량 흐름 제어기(M)(Mass Flow Controller, MFC)가 각각 설치되고, 질량 흐름 제어기(M)는 제어부(50)에 의해 개폐가 제어되어, 반응 챔버(10)로 공급되는 처리 가스를 각각 미세하게 조절할 수 있다.The first gas supply line 21, the second gas supply line 22, and the third gas supply line 23 of the process gas supply unit 20 are provided with a mass flow controller (MFC). Each is installed, the mass flow controller M is controlled to open and close by the control unit 50, it is possible to finely control the processing gas supplied to the reaction chamber 10, respectively.

예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 질소 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 라인(21)은, 반응 챔버(10)의 처리 공간(A)의 압력을 빠르게 높일 수 있도록 고압 질소 공급 라인(21b)이 구비되어, 고압 질소 공급 라인(21b)을 통해서 고압으로 처리 공간(A) 내에 질소 가스를 채울 수 있다. 또한, 고압 질소 공급 라인(21b)을 통해서 처리 공간(A)의 압력이 일정 압력으로 도달하였을 경우, 메인 질소 공급 라인(21a)을 통해서 정밀하게 질소 가스를 공급하게 되며 메인 질소 공급 라인(21a)에 설치된 제 1 MFC(M1)를 통해 질소 가스의 유량을 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 질소 바이 패스 라인(21c)이 구비되어, 질화 처리 공정 중 이상이 발생되었을 경우 반응 챔버(10)의 처리 공간(A) 내의 처리 가스를 배출시키기 위한 안전장치로 사용될 수 있다.For example, as shown in FIG. 2, the first gas supply line 21 for supplying nitrogen gas is a high-pressure nitrogen supply line 21b to rapidly increase the pressure in the processing space A of the reaction chamber 10 Is provided, it is possible to fill the nitrogen gas into the processing space A at high pressure through the high-pressure nitrogen supply line 21b. In addition, when the pressure in the processing space A reaches a certain pressure through the high-pressure nitrogen supply line 21b, nitrogen gas is precisely supplied through the main nitrogen supply line 21a, and the main nitrogen supply line 21a It is possible to precisely control the flow rate of nitrogen gas through the first MFC (M1) installed in. In addition, since a nitrogen bypass line 21c is provided, it can be used as a safety device for discharging the processing gas in the processing space A of the reaction chamber 10 when an abnormality occurs during the nitriding process.

이러한, 제 1 가스 공급 라인(21)의 각 라인(21a, 21b, 21c)에는 솔레노이드 밸브(V)가 설치되어 개폐를 조절할 수 있으며, 일측에 압력 센서(P) 및 압력 게이지(G)가 구비되어 제 1 가스 공급 라인(21)의 압력을 적절히 조절할 수 있다. 아울러, 메인 질소 공급 라인(21a)의 상류 부분에는 압력 조정기(R)가 설치되어 메인 질소 공급 라인(21a)으로 공급되는 질소 가스의 압력을 정밀하게 조절할 수 있다.Each line (21a, 21b, 21c) of the first gas supply line 21 is equipped with a solenoid valve (V) to control opening and closing, and a pressure sensor (P) and a pressure gauge (G) are provided on one side. As a result, the pressure of the first gas supply line 21 can be appropriately adjusted. In addition, a pressure regulator R is installed at an upstream portion of the main nitrogen supply line 21a to precisely control the pressure of the nitrogen gas supplied to the main nitrogen supply line 21a.

또한, 제 2 가스 공급 라인(22)은, 제 2 MFC(M2)를 통해 반응 챔버(10)의 처리 공간(A)으로 암모니아 가스를 정밀하게 공급할 수 있는 메인 암모니아 공급 라인(22a) 및 수동 밸브에 의한 바이 패스(By pass) 라인으로서 제 2 MFC(M2)가 고장 났을 경우 사용할 수 있는 암모니아 바이 패스 라인(22b)을 포함할 수 있다. 이러한, 메인 암모니아 공급 라인(22a)에는 솔레노이드 밸브(V)가 설치되어 개폐를 조절할 수 있으며, 일측에 압력 센서(P) 및 압력 게이지(G)가 구비되어 제 2 가스 공급 라인(22)의 압력을 적절히 조절할 수 있다.In addition, the second gas supply line 22 includes a main ammonia supply line 22a and a manual valve capable of accurately supplying ammonia gas to the processing space A of the reaction chamber 10 through the second MFC (M2). An ammonia bypass line 22b that can be used when the second MFC M2 fails as a bypass line by may be included. The main ammonia supply line 22a is provided with a solenoid valve V to control opening and closing, and a pressure sensor P and a pressure gauge G are provided on one side to provide the pressure of the second gas supply line 22 Can be adjusted appropriately.

이때, 질화 처리 공정 후에도 제 2 가스 공급 라인(22) 및 제 2 MFC(M2)에 암모니아 가스가 차있을 경우 액화 현상이 발생하여 제 2 MFC(M2)의 고장, 솔레노이드 밸브(V)의 고장 등을 야기할 수 있다. 따라서, 처리 가스 공급부(20)는, 제 2 가스 공급 라인(22)으로 질소 가스를 공급하여 제 2 가스 공급 라인(22)을 퍼징(Purging)할 수 있도록, 메인 질소 공급 라인(21a)과 제 2 가스 공급 라인(22)의 일측을 연결하는 퍼지 라인(24)을 구비할 수 있다. 이에 따라, 질화 처리 공정 후 퍼지 라인(24)으로 공급되는 질소 가스에 의해 제 2 가스 공급 라인(22)을 퍼징하여 클리닝할 수 있다.At this time, even after the nitriding process, if ammonia gas is filled in the second gas supply line 22 and the second MFC (M2), liquefaction occurs, resulting in a failure of the second MFC (M2), a failure of the solenoid valve (V), etc. Can cause. Accordingly, the processing gas supply unit 20 supplies nitrogen gas to the second gas supply line 22 to purify the second gas supply line 22, so that the main nitrogen supply line 21a and the 2 A purge line 24 connecting one side of the gas supply line 22 may be provided. Accordingly, after the nitriding treatment process, the second gas supply line 22 may be purged with nitrogen gas supplied to the purge line 24 for cleaning.

또한, 제 3 가스 공급 라인(23)은, 제 3 MFC(M3)를 통해 반응 챔버(10)의 처리 공간(A)으로 이산화탄소 가스, 일산화탄소 가스 및 탄화수소 중 어느 하나의 가스를 정밀하게 공급할 수 있는 메인 공급 라인(23a) 및 수동 밸브에 의한 바이 패스(By pass) 라인으로서 제 3 MFC(M3)가 고장 났을 경우 사용할 수 있는 바이 패스 라인(23b)을 포함할 수 있다. 이러한, 메인 공급 라인(23a)에는 솔레노이드 밸브(V)가 설치되어 개폐를 조절할 수 있으며, 일측에 압력 센서(P) 및 압력 게이지(G)가 구비되어 제 3 가스 공급 라인(23)이 압력을 적절히 조절할 수 있다.In addition, the third gas supply line 23 is capable of accurately supplying any one of carbon dioxide gas, carbon monoxide gas, and hydrocarbon gas to the processing space A of the reaction chamber 10 through the third MFC (M3). The main supply line 23a and a bypass line by a manual valve may include a bypass line 23b that can be used when the third MFC M3 fails. The main supply line 23a is provided with a solenoid valve V to control opening and closing, and a pressure sensor P and a pressure gauge G are provided on one side so that the third gas supply line 23 controls the pressure. It can be adjusted accordingly.

도 1에 도시된 바와 같이, 배출부(30)는, 가스 배출 라인(31)을 통해 반응 챔버(10)에서 분해되거나 미분해된 처리 가스를 배출할 수 있다. 또한, 배출부(30)의 후단에는 버닝 가스 공급부(90)가 연결되어, 배출부(30)로 LPG 가스 또는 LNG 가스를 주입하여 배기되는 암모니아 가스를 연소시킬 수 있다.As shown in FIG. 1, the discharge unit 30 may discharge the decomposed or undecomposed process gas in the reaction chamber 10 through the gas discharge line 31. In addition, a burning gas supply unit 90 is connected to the rear end of the discharge unit 30 to inject LPG gas or LNG gas into the discharge unit 30 to burn the exhausted ammonia gas.

센서부(40)는, 반응 챔버(10)와 배출부(30)를 연결하는 가스 배출 라인(31) 상에 설치되어 반응 챔버(10) 내부의 수소 분압을 검출하는 수소 센서(S)를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 센서부(40)는, 가스 배출 라인(31)으로 배출되는 처리 가스를 펌핑하여 수소 센서(S) 공급하는 펌프(41) 및 수소 센서(S)를 통과한 처리 가스를 가스 배출 라인(31)으로 배기하는 배기 라인(42)을 포함할 수 있다.The sensor unit 40 includes a hydrogen sensor S installed on the gas discharge line 31 connecting the reaction chamber 10 and the discharge unit 30 to detect the partial pressure of hydrogen inside the reaction chamber 10 can do. More specifically, the sensor unit 40 pumps the process gas discharged to the gas discharge line 31 and discharges the process gas that has passed through the pump 41 and the hydrogen sensor S to supply the hydrogen sensor S. It may include an exhaust line 42 that exhausts to the line 31.

제어부(50)는, 반응 챔버(10)와, 처리 가스 공급부(20)와, 배출부(30) 및 센서부(40)와 전기적으로 연결되어 각 구성요소를 제어할 수 있으며, 센서부(40)의 수소 센서(S)로부터 센싱된 수소 분압을 인가받아 반응 챔버(10) 내부의 질화 포텐셜 값을 계산하고, 반응 챔버(10)의 내부 온도 및 반응 챔버(10)로 공급되는 처리 가스의 유량 및 배출부(30)의 개폐 여부를 제어할 수 있다.The control unit 50 is electrically connected to the reaction chamber 10, the processing gas supply unit 20, the discharge unit 30, and the sensor unit 40 to control each component, and the sensor unit 40 ) To calculate the nitridation potential value inside the reaction chamber 10 by receiving the hydrogen partial pressure sensed from the hydrogen sensor S, and the internal temperature of the reaction chamber 10 and the flow rate of the processing gas supplied to the reaction chamber 10 And it is possible to control whether the opening or closing of the discharge unit 30.

예컨대, 제어부(50)는, 처리 가스 공급부(20)를 통해 암모니아 가스를 반응 챔버(10)로 투입시켜 반응 챔버(10) 내부를 암모니아 분위기로 형성한 후 처리 가스 공급부(20)를 폐쇄시키고 상기 반응 챔버(10)의 내부 온도를 기 설정된 설정 온도를 상승시킨다. 이때, 상기 설정 온도는 암모니아 가스의 분해가 가능한 온도로서, 예를 들어 450℃ 내지 650℃ 범위를 가질 수 있다. 반응 챔버(10)의 내부 온도를 상승시킴에 따라 반응 챔버(10) 내에서 암모니아 가스가 분해되어 수소가 생성된다. 반응 챔버(10) 내에서 수소가 생성됨에 따라 반응 챔버(10) 내부의 압력이 증가하면서 질화 포텐셜 값의 변화가 나타나기 시작한다. For example, the control unit 50 may inject ammonia gas into the reaction chamber 10 through the processing gas supply unit 20 to form an ammonia atmosphere inside the reaction chamber 10, and then close the processing gas supply unit 20 and the The internal temperature of the reaction chamber 10 is increased to a preset temperature. In this case, the set temperature is a temperature at which ammonia gas can be decomposed, and may have a range of 450°C to 650°C, for example. As the internal temperature of the reaction chamber 10 is increased, ammonia gas is decomposed in the reaction chamber 10 to generate hydrogen. As hydrogen is generated in the reaction chamber 10, the pressure inside the reaction chamber 10 increases, and a change in the nitridation potential starts to appear.

제어부(50)는 반응 챔버(10)의 내부 온도가 설정 온도에 도달 한 후 센서부(40)로부터 전송되는 수소 분압을 수신하고 이를 바탕으로 질화 포텐셜 값을 계산할 수 있다. 제어부(50)는 계산된 질화 포텐셜 값과 기 설정된 질화 포텐셜의 기준 값을 비교하여 반응 챔버(10) 내부의 질화 포텐셜 값이 상기 기준값으로 유지되도록, 계산된 질화 포텐셜 값과 상기 기준값의 차이가 최소가 되는 방향으로 제어를 수행한다. 구체적으로, 제어부(50)는 처리 가스 공급부(20)를 구성하는 가스 공급 라인의 개폐를 제어하여 반응 챔버(10)로 투입되는 처리 가스, 예를 들어 암모니아 가스의 유량을 제어할 수 있다. The controller 50 may receive the partial pressure of hydrogen transmitted from the sensor unit 40 after the internal temperature of the reaction chamber 10 reaches a set temperature, and calculate a nitriding potential value based on this. The control unit 50 compares the calculated nitriding potential value with a reference value of a preset nitriding potential so that the nitriding potential value inside the reaction chamber 10 is maintained at the reference value, so that the difference between the calculated nitriding potential value and the reference value is minimum. Control is performed in the direction of Specifically, the control unit 50 may control the opening and closing of the gas supply line constituting the processing gas supply unit 20 to control the flow rate of the processing gas, for example, ammonia gas, which is introduced into the reaction chamber 10.

또한, 제어부(50)는 암모니아 가스의 분해 과정에서 생성된 수소로 인하여 반응 챔버(10)의 내부 압력이 소정의 압력 이상으로 상승하여 반응 챔버(10)의 폭발과 같은 문제가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 반응 챔버(10)에 장착된 압력 센서(미도시)로부터 내부 압력을 전송받아 상기 내부 압력이 기 설정된 압력 이상으로 상승되지 못하도록 배출부(30)의 개폐를 제어할 수 있다. In addition, the control unit 50 prevents the occurrence of a problem such as an explosion of the reaction chamber 10 due to the hydrogen generated during the decomposition of the ammonia gas, the internal pressure of the reaction chamber 10 rises above a predetermined pressure. To this end, by receiving an internal pressure from a pressure sensor (not shown) mounted in the reaction chamber 10, the opening and closing of the discharge unit 30 may be controlled so that the internal pressure does not rise above a preset pressure.

따라서, 제어부(50)는 암모니아 가스의 분해 단계의 초기에는 처리 가스 공급부(20) 및 배출부(30)를 모두 폐쇄한 상태에서 반응 챔버(10)의 내부 온도를 상승시키는 제어를 수행하나, 반응 챔버(10) 내부의 압력이 소정의 기준 압력에 도달할 경우에는 압력 상승을 방지하기 위해 배출부(30)를 개방하는 제어를 수행하게 된다. Therefore, the control unit 50 performs control to increase the internal temperature of the reaction chamber 10 in a state in which both the processing gas supply unit 20 and the discharge unit 30 are closed at the beginning of the ammonia gas decomposition step. When the pressure inside the chamber 10 reaches a predetermined reference pressure, a control is performed to open the discharge unit 30 to prevent an increase in pressure.

이때, 제어부(50)를 통한 제어 방식은 요구되는 금속 제품의 질화 처리 정밀도에 따라 온/오프(On/Off)제어 방식 또는 PID제어 방식이 선택적으로 사용될 수 있다.In this case, as the control method through the control unit 50, an on/off control method or a PID control method may be selectively used according to the required nitriding processing precision of the metal product.

이러한 본 발명의 기술 사상에 의할 경우, 상술한 제어부(50)의 제어에 의해 질화 처리가 수행되기 전에 외부와 단절된 반응 챔버(10) 내에서 암모니아 가스가 분해되어 수소가 생성되게 되며, 따라서 반응 챔버(10)는 질화 처리가 수행되는 처리 공간 이외에 질화 포텐셜 값 제어의 기반이 되는 수소 생성을 위한 암모니아 가스의 분해로로서의 기능도 수행하게 한다. According to the technical idea of the present invention, ammonia gas is decomposed in the reaction chamber 10 disconnected from the outside before the nitriding treatment is performed under the control of the above-described control unit 50 to generate hydrogen, and thus the reaction The chamber 10 functions as a decomposition furnace of ammonia gas for hydrogen generation, which is a basis for controlling the nitriding potential value, in addition to the processing space in which the nitriding treatment is performed.

본 발명자들은 반응 챔버(10) 내부의 질화 포텐셜 값의 계산을 종래의 AMS2759-10A에 규정된 수식을 이용할 경우 본 발명의 기술 사상에 따른 제어가 효과적으로 구현되기 어려움을 인지하였다. 이에 본 발명자들은 다수의 실험을 통하여 본 발명의 제어 방식에 최적화된 질화 포텐셜 값의 계산식으로서 하기의 [수식 1]을 제안하게 되었다. The present inventors have recognized that it is difficult to effectively implement the control according to the technical idea of the present invention when the calculation of the nitridation potential value inside the reaction chamber 10 uses the equation specified in the conventional AMS2759-10A. Accordingly, the present inventors have proposed the following [Equation 1] as a calculation formula of the nitridation potential value optimized for the control method of the present invention through a number of experiments.

[수식 1][Equation 1]

Figure 112019072835335-pat00007
Figure 112019072835335-pat00007

Kn : 질화 포텐셜 값Kn: Nitriding potential value

X : 암모니아 분해율X: ammonia decomposition rate

Figure 112019072835335-pat00008
: 수소 분압
Figure 112019072835335-pat00008
: Hydrogen partial pressure

본 발명자들은 이러한 [수식 1]을 따르는 질화 포텐셜 값의 계산식을 기반으로 질화 포텐셜 값의 제어를 수행함으로써 별도의 암모니아 가스 분해로를 구비하지 않고 반응 챔버(10)를 암모니아 가스 분해로로 사용함으로써 매우 높은 정밀도로 질화 포텐셜 값을 제어할 수 있었다. The present inventors perform control of the nitriding potential value based on the calculation formula of the nitriding potential value according to the above [Equation 1], thereby using the reaction chamber 10 as an ammonia gas decomposition furnace without a separate ammonia gas decomposition furnace. It was possible to control the nitriding potential value with high precision.

예컨대, 금속 제품의 질화 처리 공정상에서 질화 포텐셜(Kn) 값의 기준 값을 C로 지정을 했을 때, 반응 챔버(10) 내의 암모니아 가스의 분해로 인해 암모니아 가스의 양이 줄고 수소의 양이 늘어나면서 질화 포텐셜 값이 C 이하로 감소할 수 있다. 그러면, 제어부(50)가 처리 가스 공급부(20)의 제 2 가스 공급 라인(22) 만을 제어하여 처리 가스 중 암모니아 가스만 일정 시간 동안 반응 챔버(10)로 공급해 줄 수 있다. 이에 따라, 반응 챔버(10) 내의 암모니아 가스의 양이 늘어나면서 질화 포텐셜 값은 다시 상승하여 C를 초과할 수 있다. 이 경우 다시 제 2 가스 공급 라인(22)을 폐쇄하면 다시 암모니아 가스의 분해가 일어나면서 유효 값 내에서 질화 포텐셜 값은 미세하게 변동되면서 기준 값 C를 계속해서 유지할 수 있다.For example, when the reference value of the nitriding potential (Kn) value is designated as C in the nitriding process of metal products, the amount of ammonia gas decreases and the amount of hydrogen increases due to the decomposition of the ammonia gas in the reaction chamber 10. The nitriding potential value can be reduced to C or less. Then, the controller 50 may control only the second gas supply line 22 of the processing gas supply unit 20 to supply only ammonia gas among the processing gases to the reaction chamber 10 for a predetermined time. Accordingly, as the amount of ammonia gas in the reaction chamber 10 increases, the nitriding potential value may rise again to exceed C. In this case, when the second gas supply line 22 is closed again, the ammonia gas is decomposed again, and the nitriding potential value is slightly changed within the effective value, and the reference value C can be continuously maintained.

반응 챔버(10) 내의 수소 분압의 측정 방식은 상술한 바와 같이 순환형으로 구성될 수도 있지만, 이외에도, 도 3의 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화 처리 장치(200)와 같이, 센서부(40)가 반응 챔버(10)에 직접 설치되어 수소 분압을 측정할 수도 있다.The method of measuring the hydrogen partial pressure in the reaction chamber 10 may be configured as a circulation type as described above, but in addition, as in the nitridation treatment apparatus 200 according to another embodiment of the present invention of FIG. 3, the sensor unit 40 ) May be installed directly in the reaction chamber 10 to measure the hydrogen partial pressure.

예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 수소 센서(S)를 반응 챔버(10)의 일측에 직접 설치함으로써, 반응 챔버(10) 처리 공간(A) 중의 수소 분압을 직접 측정할 수 있다. 이에 따라, 질화 처리 공정 중, 반응 챔버(10) 내의 수소 분압을 실시간으로 계속해서 모니터링할 수 있다. 이와 같이, 실시간으로 센싱 되는 수소 분압에 의해 질화 포텐셜 값도 실시간으로 확인할 수 있다.For example, as shown in FIG. 3, by directly installing the hydrogen sensor S on one side of the reaction chamber 10, the partial pressure of hydrogen in the processing space A of the reaction chamber 10 can be directly measured. Accordingly, during the nitriding process, the partial pressure of hydrogen in the reaction chamber 10 can be continuously monitored in real time. In this way, the nitridation potential value can also be checked in real time by the hydrogen partial pressure sensed in real time.

이하에서는 상술한 질화 처리 장치를 이용한 질화 처리 방법에 대해서 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, a nitriding treatment method using the above-described nitriding treatment apparatus will be described in detail.

도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 질화 처리 방법을 개략적으로 나타내는 순서도가 나타나 있고, 도 5에는 도 4의 순서도에 도시된 질화 처리 방법으로서 시간 경과에 따른 반응 챔버(10) 내부의 온도 변화 및 질화 포텐셜(Kn)의 변화를 나타내는 그래프가 도시되어 있다.4 is a flow chart schematically showing a nitridation treatment method according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a temperature inside the reaction chamber 10 over time as the nitridation treatment method shown in the flow chart of FIG. 4. A graph showing the change and change of the nitridation potential (Kn) is shown.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 질화 처리 방법은, 암모니아 투입 단계(S10)와, 암모니아 분해 단계(S20)와, 질화 포텐셜 도출 단계(S30) 및 질화 포텐셜 제어 단계(S40) 순으로 진행될 수 있다.4 and 5, the nitridation treatment method may proceed in the order of an ammonia input step (S10), ammonia decomposition step (S20), a nitridation potential derivation step (S30), and a nitridation potential control step (S40). have.

암모니아 투입 단계(S10)에서, 처리 가스 공급부(20)를 개방하여 반응 챔버(10)의 내부로 암모니아 가스를 투입할 수 있다. 이때, 반응 챔버(10)의 내부 온도(T1)는 암모니아 가스의 분해가 실질적으로 일어나지 않은 온도, 예컨대 상온 내지 400℃의 범위를 가질 수 있다. In the ammonia input step S10, the processing gas supply unit 20 may be opened to introduce ammonia gas into the reaction chamber 10. In this case, the internal temperature T1 of the reaction chamber 10 may have a temperature at which decomposition of ammonia gas does not substantially occur, for example, in the range of room temperature to 400°C.

이어서, 암모니아 분해 단계(S20)에서, 처리 가스 공급부(20) 및 배출부(30)를 폐쇄한 후, 반응 챔버(10) 내부의 온도를 기 설정된 설정 온도(T2)로 가열할 수 있다. 상기 설정 온도는 암모니아 가스의 분해가 가능한 온도로서, 예를 들어 450℃ 내지 650℃ 범위를 가질 수 있다. Subsequently, in the ammonia decomposition step (S20), after the processing gas supply unit 20 and the discharge unit 30 are closed, the temperature inside the reaction chamber 10 may be heated to a preset temperature T2. The set temperature is a temperature at which ammonia gas can be decomposed, and may have a range of 450°C to 650°C, for example.

이에 따라, 반응 챔버(10) 내 온도가 상승하여 설정 온도(T2)에 도달하는 과정 중에 반응 챔버(10) 내에 존재하는 암모니아 가스가 수소와 질소로 분해되는 단계가 수행된다. 본 단계에서는 수소가 생성됨에 따라 도 5에 도시된 바와 같이, 질화 포텐셜 값이 감소하기 시작한다. Accordingly, a step of decomposing ammonia gas present in the reaction chamber 10 into hydrogen and nitrogen is performed during the process of increasing the temperature in the reaction chamber 10 to reach the set temperature T2. In this step, as hydrogen is generated, the nitriding potential value starts to decrease as shown in FIG. 5.

이어서, 질화 포텐셜 도출 단계(S30)에서, 반응 챔버(10) 내부의 온도가 설정 온도(T2)에 도달된 후 반응 챔버(10) 내부의 질화 포텐셜 값을 센서부(40)의 수소 센서(S)를 통해 센싱한 수소 분압을 기반으로 [수식 1]에 따라 도출하게 된다. Subsequently, in the nitridation potential derivation step (S30), after the temperature inside the reaction chamber 10 reaches the set temperature T2, the nitridation potential value inside the reaction chamber 10 is determined by the hydrogen sensor (S) of the sensor unit 40. Based on the hydrogen partial pressure sensed through ), it is derived according to [Equation 1].

더욱 구체적으로, 질화 포텐셜 도출 단계(S30)에서, 처리 가스 공급부(20)와 배출부(30)를 암모니아 분해 단계(S20) 이후 계속해서 폐쇄함으로써, 반응 챔버(10) 내부에서 암모니아 가스가 분해되어 생성된 수소가 외부로 배출되지 않고 반응 챔버(10) 내부에 축적되게 할 수 있다. 이에 따라, 반응 챔버(10) 내부의 수소 분압이 증가함에 따라 질화 포텐셜 값이 점점 감소하고, 이때, 수소 센서(S)를 통해 반응 챔버(10) 내부의 수소 분압을 실시간으로 검출함으로써, 질화 포텐셜 값의 변화를 실시간으로 센싱할 수 있다. 경우에 따라 본 단계에서 생성된 수소량이 지나치게 많아 반응 챔버(10)의 내부 압력이 기준 압력 이상으로 증가할 경우에는 배출부(30)을 개방하여 압력을 기준 압력 이하로 유지되도록 제어할 수 있다. More specifically, in the nitriding potential derivation step (S30), by continuously closing the process gas supply unit 20 and the discharge unit 30 after the ammonia decomposition step (S20), the ammonia gas is decomposed inside the reaction chamber 10. The generated hydrogen can be accumulated in the reaction chamber 10 without being discharged to the outside. Accordingly, the nitriding potential value gradually decreases as the hydrogen partial pressure inside the reaction chamber 10 increases, and at this time, by detecting the hydrogen partial pressure inside the reaction chamber 10 in real time through the hydrogen sensor S, the nitriding potential Changes in values can be sensed in real time. In some cases, when the amount of hydrogen generated in this step is too large and the internal pressure of the reaction chamber 10 increases above the reference pressure, the discharge unit 30 may be opened to control the pressure to be maintained below the reference pressure. .

이어서, 센싱된 반응 챔버(10) 내부의 질화 포텐셜 값이 기 설정된 기준 값까지 감소하면, 질화 포텐셜 제어 단계(S40)를 통해 반응 챔버(10) 내부의 질화 포텐셜 값이 기준 값으로 계속해서 유지될 수 있도록, 처리 가스 공급부(20)의 개폐를 제어하여 반응 챔버(10)로 투입되는 암모니아 가스의 유량을 적절히 제어할 수 있다.Subsequently, when the sensed nitridation potential value inside the reaction chamber 10 decreases to a preset reference value, the nitridation potential value inside the reaction chamber 10 will continue to be maintained at the reference value through the nitridation potential control step S40. Thus, by controlling the opening and closing of the processing gas supply unit 20, the flow rate of the ammonia gas injected into the reaction chamber 10 can be appropriately controlled.

질화 포텐셜 제어 단계(S40)에서, 암모니아 가스 유량의 제어 방식은, 요구되는 금속의 질화 처리 정밀도에 따라 온/오프제어 방식 또는 PID제어 방식이 선택적으로 사용될 수 있다. In the nitriding potential control step (S40), an on/off control method or a PID control method may be selectively used as the control method of the ammonia gas flow rate according to the required precision of the nitriding treatment of the metal.

예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 온/오프제어 방식일 경우 질화 포텐셜 값이 기준값을 기준으로 계속해서 미세하게 변동이 일어나지만, 장치의 구성이 비교적 간단하고 이에 따라 저렴한 비용으로 공정을 진행할 수 있기 때문에 높은 정밀도가 요구되지 않는 경우 바람직하게 사용될 수 있다.For example, as shown in FIG. 5, in the case of the on/off control method, the nitriding potential value continuously changes slightly based on the reference value, but the configuration of the device is relatively simple, and accordingly, the process can be performed at low cost. Therefore, it can be preferably used when high precision is not required.

이와는 반대로, 질화 처리의 높은 정밀도가 요구될 경우 PID제어 방식으로 제어될 수 있다. 이 경우 수소 센서(S)로부터 전송되는 수소 분압의 변화에 따라 높은 정밀도로 반응 챔버(10)내로 투입되는 암모니아의 유랑을 극히 미세하게 제어할 수 있으며, 이에 따라 질화 포텐셜 값(Kn)을 도 5에 도시된 것과 같이 매우 정밀하게 제어할 수 있다. Conversely, when high precision of the nitriding process is required, it can be controlled by the PID control method. In this case, the flow of ammonia introduced into the reaction chamber 10 can be controlled very finely with high precision according to a change in the partial pressure of hydrogen transmitted from the hydrogen sensor S, and accordingly, the nitriding potential value Kn is shown in FIG. 5. It can be controlled very precisely as shown in.

본 발명의 여러 실시예들에 따른 질화 처리 장치 및 질화 처리 방법에 따르면, 금속의 질화 처리 시 반응 챔버(10)를 암모니아 가스의 분해로로 사용하여, 반응 챔버(10)의 내부에서 처리 가스에 포함된 암모니아 가스를 열분해하여 수소를 생성하고 이를 이용해 질화 포텐셜 값을 용이하게 제어할 수 있다.According to the nitridation treatment apparatus and nitridation treatment method according to various embodiments of the present invention, the reaction chamber 10 is used as a decomposition furnace for ammonia gas during the nitridation treatment of metal, The included ammonia gas is pyrolyzed to generate hydrogen, and the nitriding potential value can be easily controlled using this.

이에 따라, 질화 포텐셜 값 제어를 위한 수소의 생성을 위해 고가의 암모니아 분해로가 추가로 필요하지 않으며, 처리 가스 중 암모니아 가스의 공급량만을 조절하여 질화 포텐셜 값을 제어할 수 있으므로 소모되는 처리 가스의 양도 절감할 수 있다. 아울러, 추가 적인 장치 구성 없이 반응 챔버(10) 내에서 일어나는 금속 제품의 질화 정도를 질화 포텐셜 값의 제어로 용이하게 조절할 수 있는 효과를 가질 수 있다.Accordingly, an expensive ammonia decomposition furnace is not required to generate hydrogen for controlling the nitriding potential value, and the nitriding potential value can be controlled by adjusting only the supply amount of ammonia gas among the processing gases, so the amount of processing gas consumed is also You can save. In addition, it is possible to have the effect of being able to easily adjust the degree of nitriding of the metal product occurring in the reaction chamber 10 by controlling the nitriding potential value without configuring an additional device.

이와 같은, 본 발명의 질화 처리 장치 및 질화 처리 방법은, 금속의 질화 처리에서 질화층의 질화 농도를 조절함으로써 자동차부품 중에서 내마모 특성과 진동에 의한 충격인성이 필요한 기어류, 허브, 샤프트 등에 적용하여 사용할 수 있다.As described above, the nitriding treatment apparatus and the nitriding treatment method of the present invention are applied to gears, hubs, shafts, etc. that require wear resistance and impact toughness due to vibration among automobile parts by adjusting the nitriding concentration of the nitride layer in the metal nitriding treatment. Can be used.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위한 실험예에 대해서 기술한다. 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 제시되는 것으로서, 본 발명이 하기 실험예로 한정되는 것이 아님은 물론이다.Hereinafter, an experimental example for aiding understanding of the present invention will be described. It goes without saying that the following experimental examples are presented as illustrative examples to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following experimental examples.

도 1에 도시된 질화 처리 장치(100)를 이용하여 저탄소강의 질화 처리를 수행하였다. 본 실험예에서 사용된 저탄소강의 조성이 표 1에 나타나 있다.Nitriding treatment of low-carbon steel was performed using the nitridation treatment apparatus 100 shown in FIG. 1. The composition of the low carbon steel used in this experimental example is shown in Table 1.

원소element CC MnMn PP SS FeFe 조성(wt%)Composition (wt%) 0.1 ~ 0.150.1 to 0.15 < 0.6<0.6 < 0.05<0.05 < 0.05<0.05 bal.bal.

질화 처리를 위한 반응 챔버(10)의 온도는 520℃로 유지하였으며, 질화 처리의 분위기는 질소(N2), 암모니아(NH3) 및 이산화탄소(CO2)의 비율을 적절히 조절함으로 질화 포텐셜 제어 단계에서 질화 포텐셜 값(Kn)을 0.3, 1, 2, 및 7로 제어하였다. 이때, 반응 챔버(10)로 투입되는 암모니아의 유량은 PID 제어 방식으로 제어되었다.The temperature of the reaction chamber 10 for the nitriding treatment was maintained at 520°C, and the nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ), and carbon dioxide (CO 2 ) ratio were appropriately adjusted to control the nitriding potential in the atmosphere of the nitriding treatment. Nitriding potential values (Kn) were controlled at 0.3, 1, 2, and 7. At this time, the flow rate of ammonia introduced into the reaction chamber 10 was controlled by the PID control method.

도 6에는 질화 포텐셜 값이 0.3, 1, 2 및 7일 경우의 저탄소강의 표면을 관찰한 결과가 나타나 있다.6 shows the results of observing the surface of the low-carbon steel when the nitriding potential values are 0.3, 1, 2, and 7.

도 6을 참조하면, 질화 처리 시, 질화 포텐셜 값을 변화시킴에 따라 α상(phase)을 가지는 저탄소강의 표면에 다양한 상(phase)을 가지는 질화층이 형성됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that a nitride layer having various phases is formed on the surface of a low-carbon steel having an α phase as the nitriding potential value is changed during the nitriding treatment.

구체적으로, 질화 포텐셜 값을 0.3으로 유지한 경우, γ' 상(phase)이 형성된 것을 확인할 수 있다. 질화 포텐셜 값을 1로 증가시켜 유지한 경우, 질화 포텐셜 값이 0.3인 경우와 비교하여 γ' 상(phase)이 표면에서 더 두껍게 생성되는 것을 확인할 수 있다. 질화 포텐셜 값을 2로 증가시켜 유지하면, γ' 상과 함께 그 상부에 ε상(phase)이 생성되는 것을 확인할 수 있으며, 질화 포텐셜 값을 3으로 더욱 증가시켜 유지하면, εphase(상)이 γ' phase(상)의 하부 영역까지 더욱 두껍게 생성되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 질화 포텐셜 값을 정밀하게 제어함으로써 저탄소강의 표면에 형성되는 질화층의 상(phase)을 제어할 수 있음을 알 수 있다.Specifically, when the nitriding potential value is maintained at 0.3, it can be confirmed that a γ'phase is formed. When the nitriding potential value is increased to 1 and maintained, compared to the case where the nitriding potential value is 0.3, it can be seen that the γ'phase is generated thicker on the surface. If the nitriding potential value is increased and maintained to 2, it can be seen that an ε phase is generated on top of the γ'phase. If the nitriding potential value is further increased to 3 and maintained, the ε phase becomes γ 'It can be seen that it is generated thicker to the lower region of the phase (upper). Accordingly, as shown in FIG. 6, it can be seen that the phase of the nitride layer formed on the surface of the low-carbon steel can be controlled by precisely controlling the nitriding potential value.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

10: 반응 챔버
20: 처리 가스 공급부
30: 배출부
40: 센서부
50: 제어부
60: 가스 유동 팬부
70: 냉각부
80: 진공부
90: 버닝 가스 공급부
100, 200: 질화 처리 장치
10: reaction chamber
20: processing gas supply unit
30: discharge unit
40: sensor unit
50: control unit
60: gas flow fan unit
70: cooling unit
80: vacuum part
90: burning gas supply
100, 200: nitriding treatment device

Claims (12)

금속의 질화 처리를 수행할 수 있도록 내부에 처리 공간이 형성되는 반응 챔버;
처리 가스로서 암모니아 가스를 상기 반응 챔버로 공급하는 처리 가스 공급부;
상기 반응 챔버에서 분해되거나 미분해된 상기 처리 가스를 배출하는 배출부;
상기 반응 챔버 내부의 수소 분압을 검출하는 센서부; 및
상기 센서부로부터 상기 수소 분압을 전송받아 상기 반응 챔버 내부의 질화 포텐셜 값을 계산하고, 상기 질화 포텐셜 값에 연동하여 상기 반응 챔버의 내부 온도 및 상기 반응 챔버로 공급되는 상기 처리 가스의 유량을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 암모니아 가스가 상기 반응 챔버로 투입된 후 외부와 단절된 상기 반응챔버의 내부에서 상기 암모니아 가스가 분해되어 수소가 생성될 수 있도록, 상기 처리 가스 공급부 및 상기 배출부 모두를 폐쇄시킨 후, 투입된 상기 암모니아 가스를 분해하기 위하여 상기 반응 챔버의 상기 내부 온도를 설정 온도로 상승시키고,
상기 반응 챔버의 내부에서 상기 암모니아 가스가 분해되어 생성된 상기 수소가 외부로 배출되지 않고 상기 반응 챔버 내부에 축적될 수 있도록 상기 처리 가스 공급부 및 상기 배출부를 계속해서 폐쇄하여, 폐쇄된 상기 반응 챔버 내부의 수소 분압 증가에 따라 점점 감소하는 상기 질화 포텐셜 값의 변화를 실시간으로 계산하고,
도출된 상기 질화 포텐셜 값이 기 설정된 기준 값에 도달한 후, 상기 질화 포텐셜 값이 상기 기 설정된 기준 값으로 유지될 수 있도록 상기 처리 가스 공급부의 개폐를 제어하여 상기 반응 챔버로 투입되는 상기 암모니아 가스의 유량 만을 조절하는, 질화 처리 장치.
A reaction chamber having a processing space formed therein to perform a metal nitriding treatment;
A processing gas supply unit for supplying ammonia gas as processing gas to the reaction chamber;
A discharge unit for discharging the process gas decomposed or undecomposed in the reaction chamber;
A sensor unit detecting a partial pressure of hydrogen in the reaction chamber; And
Receives the partial pressure of hydrogen from the sensor unit, calculates a nitridation potential value inside the reaction chamber, and controls the internal temperature of the reaction chamber and a flow rate of the processing gas supplied to the reaction chamber in connection with the nitridation potential value. Includes;
The control unit,
After the ammonia gas is introduced into the reaction chamber, both the processing gas supply unit and the discharge unit are closed so that the ammonia gas is decomposed to generate hydrogen in the reaction chamber disconnected from the outside, and then the ammonia gas injected Raise the internal temperature of the reaction chamber to a set temperature in order to decompose,
The processing gas supply unit and the discharge unit are continuously closed so that the hydrogen generated by decomposing the ammonia gas in the reaction chamber is not discharged to the outside and can be accumulated in the reaction chamber, and the inside of the closed reaction chamber The change in the nitriding potential value gradually decreasing with the increase of the hydrogen partial pressure of is calculated in real time,
After the derived nitriding potential value reaches a preset reference value, the ammonia gas injected into the reaction chamber is controlled by controlling the opening and closing of the processing gas supply so that the nitriding potential value is maintained at the preset reference value. Nitriding treatment device that regulates only the flow rate.
제 1 항에 있어서,
상기 질화 처리 장치는,
상기 반응 챔버에서 상기 암모니아 가스의 분해에 의해 수소가 생성되며, 상기 반응 챔버 이외에 별도의 암모니아 가스 분해로를 구비하지 않는, 질화 처리 장치.
The method of claim 1,
The nitriding treatment device,
Hydrogen is generated by the decomposition of the ammonia gas in the reaction chamber, and a nitriding treatment apparatus having no separate ammonia gas decomposition furnace other than the reaction chamber.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
하기 [수식 1]에 의해 상기 질화 포텐셜 값을 계산하는, 질화 처리 장치.
[수식 1]
Figure 112019072835335-pat00009

Kn : 질화 포텐셜 값
X : 암모니아 분해율
Figure 112019072835335-pat00010
: 수소 분압
The method of claim 1,
The control unit,
A nitriding treatment device that calculates the nitriding potential value by the following [Equation 1].
[Equation 1]
Figure 112019072835335-pat00009

Kn: Nitriding potential value
X: ammonia decomposition rate
Figure 112019072835335-pat00010
: Hydrogen partial pressure
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 반응 챔버의 내부 압력이 기 설정된 압력 미만일 경우에는 상기 배출부를 폐쇄하고, 상기 기 설정된 압력 이상일 경우에는 상기 배출부를 개방하도록 제어하는, 질화 처리 장치.
The method of claim 1,
The control unit,
When the internal pressure of the reaction chamber is less than a preset pressure, the discharge unit is closed, and when the pressure is greater than or equal to the preset pressure, the discharge unit is controlled to open.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 처리 가스 공급부를 ON/OFF제어 방식 또는 PID제어 방식에 의해 제어하여 상기 처리 가스의 유량을 제어하는, 질화 처리 장치.
The method of claim 1,
The control unit,
A nitridation processing apparatus for controlling the flow rate of the processing gas by controlling the processing gas supply unit by an ON/OFF control method or a PID control method.
제 1 항에 있어서,
상기 센서부는,
수소 센서;
가스 배출 라인으로 배출되는 상기 처리 가스를 펌핑하여 상기 수소 센서로 공급하는 펌프; 및
상기 수소 센서를 통과한 상기 처리 가스를 상기 가스 배출 라인으로 배기하는 배기 라인;
을 포함하는, 질화 처리 장치.
The method of claim 1,
The sensor unit,
Hydrogen sensor;
A pump for pumping the process gas discharged through a gas discharge line and supplying it to the hydrogen sensor; And
An exhaust line for exhausting the process gas passing through the hydrogen sensor to the gas discharge line;
Containing a nitriding treatment device.
내부에 처리 공간이 형성되고 상기 처리 공간으로 금속의 질화 처리를 위해 처리 가스로서 암모니아 가스가 투입되는 반응 챔버를 이용한 질화 처리 방법에 있어서,
처리 가스 공급부를 통해 상기 반응 챔버의 내부로 상기 암모니아 가스를 투입하는 단계;
상기 처리 가스 공급부를 폐쇄한 후, 상기 반응 챔버 내부의 온도를 기 설정된 설정 온도로 가열하여 상기 암모니아 가스를 분해하여 수소를 생성하는 단계;
상기 반응 챔버 내부의 온도가 상기 설정 온도에 도달된 후 상기 반응 챔버 내부의 질화 포텐셜 값을 센서부를 통해 도출하는 단계; 및
상기 도출된 질화 포텐셜 값이 기 설정된 기준 값에 도달하면, 상기 반응 챔버 내부의 상기 질화 포텐셜 값이 상기 기 설정된 기준 값으로 유지될 수 있도록 상기 처리 가스 공급부를 제어하여 상기 반응 챔버로 투입되는 상기 암모니아 가스의 유량 만을 조절하는 질화 포텐셜 제어 단계;
상기 수소를 생성하는 단계에서,
상기 반응 챔버가 외부와 단절될 수 있도록 상기 처리 가스 공급부 및 상기 반응 챔버에서 분해되거나 미분해된 상기 처리 가스를 배출하는 배출부 모두를 폐쇄하고,
상기 질화 포텐셜 도출 단계에서,
상기 반응 챔버의 내부에서 상기 암모니아 가스가 분해되어 생성된 상기 수소가 외부로 배출되지 않고 상기 반응 챔버 내부에 축적될 수 있도록 상기 처리 가스 공급부 및 상기 배출부를 계속해서 폐쇄하여, 폐쇄된 상기 반응 챔버 내부의 수소 분압 증가에 따라 점점 감소하는 상기 질화 포텐셜 값의 변화를 실시간으로 센싱하는, 질화 처리 방법.
In the nitriding treatment method using a reaction chamber in which a treatment space is formed inside and ammonia gas is introduced as a treatment gas for nitriding a metal into the treatment space,
Introducing the ammonia gas into the reaction chamber through a processing gas supply unit;
After closing the processing gas supply unit, heating the temperature inside the reaction chamber to a preset temperature to decompose the ammonia gas to generate hydrogen;
Deriving a nitriding potential value inside the reaction chamber through a sensor unit after the temperature inside the reaction chamber reaches the set temperature; And
When the derived nitriding potential value reaches a preset reference value, the ammonia injected into the reaction chamber by controlling the processing gas supply unit so that the nitriding potential value inside the reaction chamber is maintained at the preset reference value. Nitriding potential control step of adjusting only the flow rate of the gas;
In the step of generating hydrogen,
Closing both the processing gas supply unit and the discharge unit for discharging the processing gas decomposed or undecomposed in the reaction chamber so that the reaction chamber can be disconnected from the outside,
In the nitridation potential derivation step,
The processing gas supply unit and the discharge unit are continuously closed so that the hydrogen generated by decomposing the ammonia gas in the reaction chamber is not discharged to the outside and can be accumulated in the reaction chamber, and the inside of the closed reaction chamber A nitriding treatment method for sensing, in real time, a change in the nitriding potential value that gradually decreases with an increase in the hydrogen partial pressure of.
제 7 항에 있어서,
상기 질화 포텐셜 값은, 하기 [수식 1]에 의해 계산되는, 질화 처리 방법.
[수식 1]
Figure 112019072835335-pat00011

Kn : 질화 포텐셜 값
X : 암모니아 분해율
Figure 112019072835335-pat00012
: 수소 분압
The method of claim 7,
The nitriding potential value is calculated by the following [Equation 1].
[Equation 1]
Figure 112019072835335-pat00011

Kn: Nitriding potential value
X: ammonia decomposition rate
Figure 112019072835335-pat00012
: Hydrogen partial pressure
제 8 항에 있어서,
상기 [수식 1]에 포함된 수소 분압(
Figure 112019072835335-pat00013
)은 상기 반응 챔버로 투입된 상기 암모니아 가스가 분해되면서 생성된 상기 수소에 의한 것인, 질화 처리 방법.
The method of claim 8,
The partial pressure of hydrogen contained in [Equation 1] above (
Figure 112019072835335-pat00013
) Is by the hydrogen generated while the ammonia gas introduced into the reaction chamber is decomposed.
제 7 항에 있어서,
상기 설정 온도는, 450℃ 내지 650℃ 범위를 가지는, 질화 처리 방법.
The method of claim 7,
The set temperature has a range of 450°C to 650°C, a nitriding treatment method.
제 7 항에 있어서,
상기 질화 처리 방법에서,
상기 반응 챔버의 내부 압력이 기 설정된 압력 미만일 경우에는 상기 반응 챔버에서 분해되거나 미분해된 상기 처리 가스를 배출하는 배출부를 폐쇄하고, 상기 기 설정된 압력 이상일 경우에는 상기 배출부를 개방하는, 질화 처리 방법.
The method of claim 7,
In the nitriding treatment method,
When the internal pressure of the reaction chamber is less than a preset pressure, the discharge unit for discharging the decomposed or undissolved process gas in the reaction chamber is closed, and if the pressure is higher than the preset pressure, the discharge unit is opened.
제 7 항에 있어서,
상기 질화 포텐셜 제어 단계에서,
상기 처리 가스 공급부를 온/오프제어 방식 또는 PID제어 방식에 의해 제어하여 상기 암모니아 가스의 유량을 조절하는, 질화 처리 방법.
The method of claim 7,
In the nitriding potential control step,
A nitriding treatment method for controlling the processing gas supply unit by an on/off control method or a PID control method to adjust the flow rate of the ammonia gas.
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