KR102372202B1 - 표면경도 및 내식성이 향상된 도금처리대체용 강부품의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면경도 및 내식성이 향상된 도금처리대체용 강부품의 제조방법에 관한 것으로서, 진공챔버의 내부압력 200~400mbar로 유지시키고 가스질화분위기 상태에서 강부품의 표면에 질화층을 형성하는 질화층형성단계와; 상기 진공챔버의 내부압력을 동일하게 유지시킨 상태에서 산질화처리하는 산질화처리단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 표면경도 및 내식성이 향상된 도금처리대체용 강부품의 제조방법에 관한 것이다.
도금처리대체용 강부품의 제조법은 현재까지 염욕법과 가스법이 개발되었는 바, 먼저 염욕법은 두개조의 연속적인 용융염욕조처리에 의해 강부품을 열처리함으로서 내식성을 갖는 강부품을 제조하는 기술로 알려져 있다. 이 경우 첫번째 용융염욕조는 질화처리욕조로서, 공해성의 청산카리화물, 청산카리염 매체를 녹인 욕조를 580℃로 가열한 상태에서 강부품을 넣고, 2시간 질화처리후 가성소다, 가성카리 및 질산소다를 녹인 400℃의 욕조에서 약 10분간 산화처리한 다음 부품을 물속에 냉각, 세척 공정을 거쳐 처리된 부품의 요망 표면조도를 얻기 위해 래핑 또는 연마한 것을 재차 400℃로 가열한 산화처리욕조(두번째 염욕조)에서 20분간 재산화시킨 후 수냉하여 완성된 내식강부품을 제조하는 방법이다. 그러나 이 염욕법은 독성화학물질의 사용으로 인한 환경공해 문제와 아울러 1차 염욕이 2차 염욕에 혼합됨으로서 생기는 산화처리의 블합리성 및 산화처리 후 수세 등에 의한 폐수처리의 문제가 야기되며, 또한 2차 산화처리를 위한 가열에 의해 특히 탄소강에서 부품의 피로강도가 감소하는 것이 가장 큰 결점이다.
또한 가스법은 550℃∼720℃의 암모니아-흡열형 가스 또는 암모니아-발열형 가스 분위기 중에서 4시간 이상 부품을 질화 혹은 침질탄화처리후, 2∼120초 동안 산화성 분위기 중에 노출시키는 표면산화열처리(1차산화처리)를 실시한 다음 물-기름 에멀죤 냉매에 냉각 후 탈지한 다음 내식성향상을 위해 왁스코팅 처리하는 방법과, 1차 산화처리후 냉각된 부품을 표면조도 0.2μmRA 이하로 연마한 후 재가열 산화처리(2차 산화처리)후 냉각하는 방법이다. 이같은 가스법은 가스질화처리완료후 인위적인 1차산화처리를 위해 노내에 잔류하는 원래의 가스를 질소가스로서 치환한 후 재차 노내에 산화성 가스를 별도로 투입하여 부품의 두께에 따른 1차 산화처리시간을 엄격하게 제어해야만 1μm 이하의 산화피막을 얻을 수 있기 때문에 처리공정상의 복잡성과 어려움이 뒤따르며, 특히 노내에 장입된 부품의 양과 표면적에 따라 부품전체에 걸쳐 균일한 산화층을 얻기가 어렵고, 연마 후 2차 산화처리를 350∼550℃에서 실시하기 때문에 재가열에 의한 에너지의 소비, 작업공정의 복잡성과 탄소강에서 질화처리중에 표면측에 형성된 질소고용층에서 2차 산화처리시의 재가열에 의한 질화물 즉, Fe4N의 석출로 인해 부품의 피로강도가 현저히 감소하는 것이 큰 문제점으로 남아있으며, 특히 이 방법으로 제조된 부품은 5% 염수분무시험에서 100-200시간 정도에서 발청이 쉽게 일어나므로 내식성이 탁월하지못한 단점 또한 갖고 있다.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 질화층이 두껍게 형성되어 표면경도 및 내식성이 우수한 표면경도 및 내식성이 향상된 도금처리대체용 강부품의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
진공챔버의 내부압력 200~400mbar로 유지시키고 가스질화분위기 상태에서 강부품의 표면에 질화층을 형성하는 질화층형성단계와;
상기 진공챔버의 내부압력을 동일하게 유지시킨 상태에서 산질화처리하는 산질화처리단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면경도 및 내식성이 향상된 도금처리대체용 강부품의 제조방법을 제공한다.
특히, 상기 질화층형성단계는 550 내지 600℃에서 4시간 처리하고, 상기 산질화처리단계는 550 내지 600℃에서 1시간 처리하는 것이 좋다.
그리고 상기 질화층형성단계의 가스질화분위기는 NH3, N2O 및 CO2를 투입하여 형성하고, 상기 산질화처리단계는 N2O 및 H2를 투입하여 산질화처리하는 것이 바람직하다.
본 발명은 표면경도 및 내식성이 향상된 도금처리대체용 강부품의 제조방법은 질화층 두께가 475㎛ 이상으로 두꺼워 표면경도 및 내식성이 우수한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 표면경도 및 내식성이 향상된 도금처리대체용 강부품의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 표면경도 및 내식성이 향상된 도금처리대체용 강부품의 제조방법은 크게 질화층형성단계, 산질화처리단계 및 냉각단계를 포함하여 이루어진다.
먼저, 상기 질화층형성단계는 강부품의 표면에 질화층을 형성하는 단계로서, 진공챔버의 내부압력 200~400mbar로 유지시키고 가스질화분위기 상태에서 강부품의 표면에 질화층을 형성한다.
이때 상기 가스질화분위기는 상기 진공챔버에 NH3, N2O 및 CO2를 투입하여 형성한다. 특히, 두꺼운 질화층을 효과적으로 형성하기 위해 NH3 95%, N2O 2% 및 CO2 3%를 상기 진공챔버에 투입하여 가스질화분위기를 형성하는 것이 좋다.
그리고 상기 질화층형성단계는 아일랜드 형태의 조직의 두꺼운 질화층이 형성되도록 가스질화분위기 내에서 550 내지 600℃에서 4시간 처리하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 질화층형성단계 전에 예비산화층 형성단계가 포함될 수 있다. 상기 예비산화층 형성단계는 상기 진공챔버 내에 N2 가스를 투입하여 420~480℃ 까지 승온시킨 다음 80~100분을 유지하고, N20 등의 산화성 가스를 투입하고 550~600℃ 까지 승온시킨 다음 40~80분을 유지하여 상기 강부품의 표면에 예비 산화층을 형성한다.
다음으로 상기 산질화처리단계는 상기 강부품의 표면에 형성된 질화층에 산질화처리하는 단계로서, 상기 진공챔버의 내부압력을 동일하게 유지시킨 상태에서 산질화처리한다.
상기 산질화처리단계는 상기 진공챔버에 N2O, H2 혼합가스를 투입하여 산질화처리한다. 이때, 산질화처리단계는 상기 질화층에 형성된 공극에 산화물이 원활히 성장시키기 위해 50 내지 600℃에서 1시간 처리하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 진공챔버의 내부에 N2 가스를 투입한 상태에서 80℃에서 30분간 냉각킨다.
이하, 본 발명의 표면경도 및 내식성이 향상된 도금처리대체용 강부품의 제조방법을 실시예를 들어 설명한다.
[실시예 1~3]
진공챔버 내에 금속시편을 투입하고 내부압력을 300mbar로 조절하고 N2 가스를 투입하고 450℃ 까지 승온시킨 상태에서 90분을 유지한 다음, N2O 가스를 투입한 상태에서 570℃까지 승온하여 금속시편의 표면에 예비산화층을 형성하였다.
그리고 진공챔버 내에 NH3 95%, N2O 2% 및 CO2 3%를 투입하여 가스질화분위기를 형성한 상태에서 금속시편의 표면에 질화층을 형성한 다음, 진공챔버 내에 N2O, H2 혼합가스를 투입하여 산질화분위기를 형성하여 산질화처리하였다.
다음으로 진공챔버 내에 N2 가스를 투입하고 80 ℃에서 30분 동안 냉각하였다.
| 가스질화 처리시간 (시간) |
산질화처리 시간 (시간) |
|
| 실시예 1 | 1시간 | 1시간 |
| 실시예 2 | 2시간 | 30분 |
| 실시예 3 | 4시간 | 1시간 |
그리고 실시예 1 내지 4의 금속시편에 대해 질화층 및 산화질층 두께, 표면경도를 측정하였고, 내식성은 염수분무시험(KSD9304)을 통해 평가하였고 그 결과를 표 2로 나타냈다. 이때 질화층 두께는 XRD 분석을 통해 측정하였고, 산화질층 두께는 주사전자 현미경분석에 의해 측정하였으며, 표면 경도는 로크웰 경도시험기로 측정(KSB0806)하였다.
| 질화층 깊이 (㎛) |
산질화층 깊이 (㎛) |
표면경도 (Hv) |
염수분무시험 | |
| 실시예 1 |
350 |
6~7 |
368 |
40시간 이후 녹발생 |
| 실시예 2 |
355 |
17 |
426 |
40시간 이후 녹발생 |
| 실시예 3 |
475 |
200 |
490 |
120시간 경과후 녹발생하지 않음 |
표 2와 같이 실시예 1의 경우 질화층의 깊이는 양호하게 형성되었으나, 산질화층의 깊이가 6~7㎛에 불과하였고, 표면 경도가 낮고 내식성이 좋지 못하다. 그리고 실시예 2의 경우 질화층의 깊이 및 산질화층의 깊이가 양호하였으나, 염수분무 시험한 후 40시간 이후 녹이 발생하는 등 내식성이 좋지 못하였다.
그러나, 실시예 3은 질화층 깊이가 475㎛, 산질화층 깊이가 200㎛으로 매우 두껍게 형성되었고, 표면경도 또한 490 Hv로 높게 측정되었으며, 염수분무시험 이후 120시간이 경과하더라도 전체적으로 발청현상이 발생하지 않는 등 내식성이 매우 우수하였다.
Claims (5)
- 진공챔버 내에 강부품을 투입하고 내부압력을 300mbar로 조절하고 N2가스를 투입하고 450℃까지 승온시킨 상태에서 90분을 유지한 다음, N2O가스를 투입한 상태에서 570℃까지 승온하여 강부품의 표면에 예비산화층을 형성하는 예비산화층 형성단계와;
상기 진공챔버의 내부압력을 300mbar로 유지시키고 NH3 95%, N2O 2% 및 CO2 3%를 투입하여 가스질화분위기를 형성한 상태에서 570℃에서 4시간 처리하여 상기 예비산화층이 형성된 강부품의 표면에 질화층을 형성하는 질화층형성단계와;
상기 진공챔버의 내부압력을 300mbar로 유지시키고 N2O 및 H2 혼합가스를 투입하여 산질화분위기를 형성한 상태에서 570℃에서 1시간 유지시켜 산질화처리하는 산질화처리단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면경도 및 내식성이 향상된 도금처리대체용 강부품의 제조방법. - 삭제
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