KR20140005008A - 진공 질화 열처리로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 낮은 공정온도 및 짧은 공정으로 비용 및 가스, 에너지 절감 효과를 득할 수 있으며, 무공해 청정 공정, 고품질의 질화 처리가 가능하며, 진공분위기 하에서 질화처리토록 하여 제품의 변형을 최소화하고 좋은 품질을 유지할 수 있는고, 적용 제품을 범용화하여 다목적으로 사용이 가능함은 물론 후처리가 불필요하고 고부가가치를 창출할 수 있도록 한 진공 질화 열처리로를 제공코자 하는 것이다.
즉, 전방에 도어를 가진 열처리로본체와; 상기 열처리로본체 내부에 설치되고 전방에는 개폐실린더에에 의해 개폐되는 개폐문이 구현된 히터챔버와; 상기 열처리로본체 내면과 히터챔버 외면 사이에 형성되는 냉각공간과; 상기 히터챔버 내부 후미에 설치되는 팬과; 상기 팬을 가동하는 컨벡션터빈과; 상기 히터챔버 외부 후방의 냉각공간에 설치되고 중앙에는 컨벡션터빈이 위치되는 열교환기로 구성되는 열처리로에, 상기 히터챔버 후방에 구성되는 개폐문; 상기 개폐문 전방의 팬을 가동하는 회전축이 관통함으로써 개폐문에 지지 설치되는 하여 컨벡션터빈; 상기 열처리로본체 외부에서부터 도입하는 개폐대; 상기 개폐대의 하단에 작동봉이 연결되는 개폐실린더; 상기 개폐대 상단을 고정하고 양측의 힌지에 의해 열처리로본체 외면에 고정되는 고정체; 상기 고정체와, 열처리로본체 외면에 고정되는 고정체 하단의 지지관 사이에 게재되어 고정되고 중앙으로는 개폐대가 관통하는 기밀유지용 자유굴곡관; 상기 히터챔버 내부로 아산화질소(N2O)와 암모니아(NH3)를 각각 투입하기 위해 이중관체로 배관되고 그 끝이 팬 전방에 위치하는 가스투입관; 상기 열처리로 본체 내부로 질소(N2) 가스를 투입하기 위해 배관되는 질소가스투입관을 포함하는 진공 질화 열처리로를 제공하고자 하는 것이다.

Description

진공 질화 열처리로{pressure nitriding furnace}
본 발명은 친환경성, 질화 품질의 우수성, 질화 제품의 범용성, 후처리의 용이성 등을 확보할 수 있는 진공 질화 열처리로에 관한 것이다.
질화(nitriding)란, 활성화 질소를 강 중에 확산시켜 강 표면에 고경도 질화층을 얻는 표면처리 기술이다.
이러한 질화를 강에 행할 경우 내마모성, 내피로성, 고온 강도 및 내식성을 향상시키며 변태점 이하의 저온에서 처리가 가능하여 열변형이 적어 정밀부품, 자동차 부품, 금형 등에 널리 사용되고 있다. 또한, 질화는 코팅층의 밀착력을 향상시키며 하지층 경화에 우수한 성질을 보여 복합처리에 적용이 증대되고 있는 실정이다.
한편, 질화는 침탄과 비교할 시에 적용 강종의 범위가 넓고, 처리온도 역시 침탄의 경우 850~950℃에서 이루어지나, 질화는 460~600℃ 범위에서 이루어지며, 추가 열처리 및 후처리도 필요하지 않다.(어닐링 효과 포함)
그리고 경화 깊이는 침탄의 경우 0.4~1.5mm로 깊으나, 질화는 0.01~0.03mm로 얇다는 특징이 있고, 내충격성(인성) 역시 침탄은 취약하나 질화는 보통이다. 특히 변형은 침탄이 큰 반면에 질화는 저온공정으로 인해 극소이며, 내식성은 침탄의 경우 높은 탄소 함유로 스트레스 코로이젼 크랙킹(stress corrosion cracking) 유발로 보통이지만, 질화는 저탄소강의 내식성 향상으로 우수하며, 내마모성 역시 침탄에 비해 우수하다.
질화는 크게 가스질화, 염욕질화, 이온질화로 나누어지는데, 가스질화의 경우 높은 경도, 내마모성, 피로강도, 대용량 가능, 형상의 제약이 적은 장점이 있으나, 암모니아(독성가스) 사용제어의 어려움 및 장시간 소요, 전용 강종이 필요하다는 단점을 안고 있다. 염욕질화는 단시간, 내소착성, 피로강도, 강종 제한이 없고 설비비 적음, 어떤 형상도 적용이 가능한 장점이 있으나, 배수처리에서 CN-제거 대책, 환경오염과 백색층에 포러스(Porous) 층이 과잉 한 문제, 반복 질화 시 소재 경도가 저하되는 문제점이 있다.
이온질화는 질화성 양호, 공정 제어 및 상 제어의 용이성, N2 가스를 사용하는 장점이 있지만, 제품 상호간 전계 영향, 온도 균일도 문제, 아크 발생, 미세 홀(hole)에 질화가 어려운 단점이 있다.
기존에도 제품(질화 대상물)을 질화 열처리로를 사용하여 질화를 행하고 있으나, 질화시 정확한 플럭스(flux)량의 조절이 어려움이 있어, 그로 인해 상조절의 어려움이 수반되었다.
그리고 가스질화 및 염욕질화 시 사용 가스량과 오염 물질의 사용문제도 간과할 수 없었고, 화합물 층 형성시 질소의 강 내부로의 확산속도는 100배에서 10,000배까지 감소하게 되며, 대기압 질화의 경우 장입량 등을 고려하지 않고 시간당 10,000리터 정도의 가스를 사용하고 있는 실정이어서 에너지 낭비가 컸다.
또한, 대기압 금속 열처리시 발생하는 유해환경(화염, 분진, 가스, 소음 등)이 발생하는 점과 함께 오일 및 염욕 사용 시 발생하는 화재 및 인재와 같은 위험 요인을 안고 있었던 것이다.
대한민국 특허 공개번호 10-2011-0126229 대한민국 특허 공개번호 10-2002-0088935
본 발명은 통상의 각 질화방식에서 나타나는 문제들을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 주된 목적은 낮은 공정온도 및 짧은 공정시간으로 침탄을 대체하여 비용과 에너지(가스)의 절감을 이룰 수 있고, 나아가 암모니아 가스 사용을 최소화하여 무공해 질화를 도모할 수 있도록 함에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 위 목적을 달성하도록 하는 히터챔버의 후방 개폐문을 열처리로 외부의 기기들로 개폐시키더라도 진공분위기로 조성된 열처리 내의 밀폐가 유지될 수 있도록 함에도 있다.
본 발명에 따른 진공 질화 열처리로는, 전방에 도어를 가진 열처리로본체와; 상기 열처리로본체 내부에 설치되고 전방에는 개폐실린더에 의해 개폐되는 개폐문이 구현된 히터챔버와; 상기 열처리로본체 내면과 히터챔버 외면 사이에 형성되는 냉각공간과; 상기 히터챔버 내부 후미에 설치되는 팬과; 상기 팬을 가동하는 컨벡션터빈과; 상기 히터챔버 외부 후방의 냉각공간에 설치되고 중앙에는 컨벡션터빈이 위치되는 열교환기로 구성되는 열처리로에, 상기 히터챔버 후방에 구성되는 개폐문; 상기 개폐문 전방의 팬을 가동하는 회전축이 관통함으로써 개폐문에 지지 설치되는 하여 컨벡션터빈; 상기 열처리로본체 외부에서부터 도입하는 개폐대; 상기 개폐대의 하단에 작동봉이 연결되는 개폐실린더; 상기 개폐대 상단을 고정하고 양측의 힌지에 의해 열처리로본체 외면에 고정되는 고정체; 상기 고정체와, 열처리로본체 외면에 고정되는 고정체 하단의 지지관 사이에 게재되어 고정되고 중앙으로는 개폐대가 관통하는 기밀유지용 자유굴곡관; 상기 히터챔버 내부로 아산화질소(N2O)와 암모니아(NH3)를 각각 투입하기 위해 이중관체로 배관되고 그 끝이 팬 전방에 위치하는 가스투입관; 상기 열처리로본체 내부로 질소(N2) 가스를 투입하기 위해 배관되는 질소가스투입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에서 제공하는 진공 질화 열처리로는 제품을 진공분위기 하에서 100~300 torr의 진공에서 정확한 플럭스량을 조절하여 상 조절 및 표면 품질의 조절이 가능하며, 진공분위기에서 질화를 행하도록 하여 기존의 질화에 비해 60~70% 수준의 공정으로 단축할 수 있고, 가스 사용량은 기존에 비해 1/10 수준으로 질화처리가 가능하고, 후교정 및 후가공이 불필요한 질화 열처리가 가능한 등 다수의 효과를 제공할 수 있는 것이다.
또한, 히터챔버의 후방에도 팬이 지지되는 개폐문을 구성하여 열처리 시 열기를 교반할 수 있도록 하여 질화의 효율성을 높이고, 열처리 후에는 열교환기를 이용하여 열기를 냉각할 수 있도록 함으로써 하나의 팬으로 열기 교반과 냉각을 선택적으로 할 수 있음은 물론 기밀 유지도 확고하게 담보되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예시도
도 2는 도 의 작용 예시도
도 3은 도 1의 열처리로 상부 일 측에 도시된 고정체 부분 확대도
도 4는 가스투입관 단면 예시도
도 5는 도 3의 측 단면 예시도
도 6은 본 발명에 적용된 열교환기의 측면 예시도 이다.
본 발명에서 제공하는 진공 질화 열처리로는 제품을 진공분위기에서 100~300 torr의 진공에서 정확한 플럭스(flux)량을 조절하여 상 조절 및 표면 품질의 조절이 가능토록 한 것이다.
또한, 본 발명은 진공분위기에서 질화를 행하도록 하여 기존의 질화에 비해 60~70% 수준의 공정으로 단축할 수 있도록 하고, 가스 사용량은 기존에 비해 1/10 수준으로 가능하고, 후교정 및 후가공이 불필요한 질화 열처리로를 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 이하 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 전방에 도어(11)를 가진 열처리로본체(10)와; 상기 열처리로본체(10) 내부에 설치되고 전,후방에 개폐문(30)(40)이 구현되고 수개의 전극(22)이 연결되는 히터(21)를 가진 히터챔버(20)와; 상기 열처리로본체(10) 내면과 히터챔버(20) 외면 사이에 형성되는 냉각공간(12)과; 상기 히터챔버(20) 내부 후미에 설치되는 팬(81)과; 상기 팬을 가동하는 컨벡션터빈(80)과; 상기 히터챔버(20) 외부 후방의 냉각공간(12)에 설치되고 중앙에는 컨벡션터빈(80)이 위치되는 열교환기(300)로 구성된다.
그리고 열처리로본체(10)의 일 측으로는 열처리로본체(10) 내부를 진공분위기로 조성할 수 있도록 진공펌프(미도시)와 연결되는 벤트(50)가 설치된다.
상기 히터챔버(20) 내부로 투입되는 작용기체 중 아산화질소(N2O)와 암모니아(NH3)를 투입하기 위한 가스투입관(60)이 설치되며, 상기 가스투입관(60)은 아산화질소(N2O) 및 암모니아(NH3)를 별도로 투입할 수 있도록 이중관체로 이루어진다.
상기 이중관체의 입구는 히터챔버(20) 내부의 팬(81) 전방에 위치되는 것이 바람직하며, 그 이유는 이중관체를 통해 공급되는 아산화질소와 암모니아를 공급과 동시에 혼합하여 제품(600) 방향으로 보낼 수 있기 때문이다.
다음으로, 열처리로본체(10) 내부로 제품(600)의 질화를 위해 질소(N2) 가스를 투입하기 위한 질소가스투입관(70)이 형성된다.
상기 전후방의 개폐문(30)(40)은 각각 개폐실린더(31)(41)에 의해 개폐작동이 이루어지도록 한다.
상기 후방 개폐문(40)에는 히터챔버(20) 내부의 가스를 원활하게 대류 시키기 위한 컨벡션터빈(convection turbine; 80)이 설치되며, 상기 컨벡션터빈(80)에는 히터챔버(20) 내부에 위치하여 가스를 열처리로본체(10) 내부로 순환시키는 팬(81)이 장착된다.
상기 열처리로본체(10) 외부에서부터 내부까지는 개폐대(90)가 도입되어 개폐대(90) 끝이 컨벡션터빈(80)에 연결되고, 상기 개폐대(90) 하단에는 열처리로본체(10) 외부에 설치되는 개폐실린더(41)의 작동봉(41a)이 연결된다.
상기 개폐대(90) 상단은 양측의 힌지(401)로 열처리로본체(10) 외면에 고정되는 고정체(400)에 고정되고, 상기 고정체(400)와 열처리로본체(1) 외면에 고정되는 고정체(400) 하단의 지지관(500) 사이에는 중앙으로 개폐대(90)가 관통하는 기밀유지용 자유굴곡관(200)이 게재된다.
상기와 같이 후방 개폐문(40), 컨벡션터빈(80), 개폐대(90), 고정체(400), 힌지(401), 자유굴곡관(200), 개폐실린더(41)를 유기적으로 결합하여 개폐실린더(41)의 작동봉(41a)을 전진 혹은 후진 작동시키면, 작동봉(41a)에 의해 개폐대(90)가 당겨지거나 밀려지게 되어 각 운동 하게 되고, 상기 개폐대(90)의 각 운동은 개폐대(90) 상단과 고정체(400)의 연결부분을 기점으로 이루어진다. 이때 고정체(400) 양측이 힌지(401)에 의해 열처리로본체(10) 외면에 고정되어 있기 때문에 개폐대(90)의 각 운동은 아무런 장애 없이 이루어질 수 있게 된다. 이렇게 개폐대(90)가 개폐실린더(41)에 의해 전방 혹은 후방으로 각 운동하면 컨벡션터빈(80)이 유동하게 되고, 컨벡션터빈(80)이 유동하면 컨벡션터빈(10)이 지지 된 후방 개폐문(40)이 유동하면서 히터챔버(20) 후방을 닫거나 열 수 있게 된다.
상기에서 기밀유지용 자유굴곡관(200)을 채용하는 것은 개폐대(90)의 운동으로 인해 고정체(400)가 유동할 때 기밀을 유지한 상태에서 고정체(400)가 유동할 수 있도록 하기 위해서이다. 상기 자유굴곡관(200)은 자바라 관 형태가 바람직하다.
그리고 자유굴곡관(200) 상하에 플랜지판(201)을 형성하고, 상기 플랜지판(201)을 고정체(400)와 지지관(500)에 각 고정함으로써 자유굴곡관(200)이 고정되도록 할 수 있는데, 이는 후방 개폐문(40)이 개방되었을 때 히터챔버(20) 내의 반응 가스가 외부로 임의 누출되는 것을 확실하게 방지할 수 있도록 하기 위한 것과 함께 자유굴곡관(200)의 설치를 용이하게 할 수 있도록 하기 위함이고, 재질은 고무 재질이 바람직하다.
한편, 컨벡션터빈(80) 외측에 냉각수 쿨링챔버(cooling chamber; 100)을 일체형으로 구성하여 개폐대(90) 끝이 쿨링챔버(100)에 연결고정되도록 하되, 상기 개폐대(90)를 냉각수공급관(101)으로 하여 컨벡션터빈(80)의 냉각을 달성할 수 있도록 함으로써 컨벡션터빈(80)의 가동 신뢰성을 얻을 수 있도록 한다. 여기서 냉각수공급관(101)은 냉각수의 순환을 위해 입수관(101a)과 출수관(101b)으로 구성하여야 한다.
다음으로, 컨벡션터빈(80)이 중앙에 배치되는 열교환기(heat exchanger; 300)는 후방 개폐문(40)이 개폐실린더(41)에 의해 개폐작동이 이루어질 때 개폐대(90) 및 개폐실린더(41)의 작동이 방해받지 않도록 도 6에서 보는 바와 같이 상부 일 측이 개방된 링(ring) 타입으로 제작하도록 한다.
상기와 같이 실시될 수 있는 본 발명의 진공 질화 열처리로를 사용하여 제품(600)을 진공에서 질화 열처리하는 공정 및 구성 부재의 작용 등을 이하에 상세히 설명키로 한다.
우선 질화 열처리코자 하는 제품(600)을 전방 개폐문(30)의 개폐실린더(31)를 작동시켜 개방시킨 후 히터챔버(20) 내부로 제품(600)을 투입한 후 전방 개폐문(30)을 폐쇄시킨다.
진공펌프(미도시)를 가동하여 벤트(50)를 통해 열처리로본체(10) 내부의 가스를 외부로 배출시켜 중진공 상태의 진공분위기를 조성한다.
열처리로본체(10) 내부가 중 진공의 진공분위기가 조성되면 질소가스투입관(70)을 통해 질소가스를 투입하여 대기압 이상의 압력을 갖도록 조성한다.
히터챔버(20) 내부의 히터(21)를 가동하여 내부 온도가 가온 되면서 열처리로본체(10) 압력이 높아지면 벤트(50)를 개방하여 원하는 압력에 이를 때까지 배기를 행한 후 벤트(50)를 폐쇄한다.
산화공정을 위해 질소가스를 벤트(50)를 통해 배기시켜 감압 되도록 하고 그 후 중 진공 환경을 조성한 다음 아산화질소가스를 가스투입관(60)을 통해 투입하여 히터챔버(20) 내부의 압력을 승압시켜 저 진공 환경을 조성하고 히터(21)를 가동하여 내부를 가온시킨다.
산화공정이 종료되면 차기 환원공정을 위해 아산화질소가스(N2O)를 벤트(50)를 통해 배기시킨 후 내부 압력을 감압하여 중 진공 환경을 조성하고, 재차 가스투입관(60)을 통해 암모니아가스(NH3)를 투입하여 승압시켜 저 진공 환경에서 히팅을 행하게 된다.
질화 공정(이른바 침질)을 위해 암모니아가스와 아산화질소가스를 가스투입관(60)을 통해 연속적으로 동시 투입하여 히터챔버(20) 내부에서 상호 혼합되도록 한다.
히터챔버(20) 내부 압력이 일정 압력 이상이 되면 벤트(50)를 통해 배기를 행하며, 원하는 압력이 되면 벤트(50)를 폐쇄토록 하여 일정 압력을 유지토록 조절하게 된다. 이와 같은 조건에서 소정 시간이 지속 되면 제품(600)에 소정 두께의 질화 층이 형성된다.
질화 공정이 종료되면 히터챔버(20) 내부에서 혼합된 암모니아가스와 아산화질소가스를 벤트(50)를 통해 배기시킨 후 감압하여 중 진공 환경을 조성한다.
중 진공 환경에서 질소가스투입관(70)을 통해 질소가스를 투입하여 승압시키면서 냉각을 행한 후 냉각이 종료되면 질소가스를 대기로 벤트(50)를 통해 배기시킨 후 전방 개폐문(30)을 개방하여 제품(600)을 인출하게 된다.
한편, 상기한 본 발명의 열처리로본체(1)를 사용하여 질화처리하는 공정을 설명함에 있어서, 히터(21)의 히팅 동작에 관해 공정별로 나누어 설명을 하였지만 실제로 히터챔버(20) 내부의 압력이 사전에 설정한 일정 압력(200 torr) 이상만 되면 히팅 작동은 계속 이루어지게 되는 것이다.
그리고 본 발명의 진공 질화 열처리로에 있어서, 컨벡션터빈(80)에 의해 회전구동하는 팬(81)은 히터챔버(20) 내부에 공급된 반응 가스가 제품(600)에 균일하게 작용토록 순환시키는 역할을 수행하게 되며, 후방 개폐문(40)이 개방되었을 시에는 반응 가스를 히터챔버(20) 내부에서 배기시키면서 냉각공간(12)으로 순환시켜 히터챔버(20) 내부를 냉각시키는 역할을 수행하게 된다.
상기 히터챔버(20) 내부의 반응 가스가 히터챔버(20)에서 전후 개폐문(30)(40)의 개방으로 인해 히터챔버(20) 외부로 배기가 되면 열처리로본체(10) 후방에 설치된 열교환기(300)와 열교환을 행하게 되어 단시간에 반응 가스를 냉각시킬 수 있는 것이다.
따라서 본 발명은 위 설명과 같이 진공분위기에서 질화할 수 있도록 함으로써 질화의 품질을 높일 수 있도록 하는 점, 히터챔버(20) 후방에 팬(81)을 구동하는 컨벡션터빈(80)을 설치하여 개폐문(40)을 닫으면 질화 시 팬(81)이 히터챔버(20) 내에서 열기를 대류(교반) 할 수 있도록 함으로써 질화를 보다 단축할 수 있는 점, 후방 개폐문(40)을 열면 팬(81)이 히터챔버(20)의 열기를 냉각공간(12)으로 배기하여 열교환기(300)로 냉각하고 이를 다시 히터챔버(20) 내부로 순환시켜 냉각의 신속성을 도모하는 점, 위 작용을 실현하기 위해 후방 개폐문(40)을 가동할 시 열처리로본체(10) 내부의 기밀을 자유굴곡관(200)으로 유지되도록 하는 것으로 점 등을 주요 기술내용으로 하고 있는 것이다.
이상 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
10 : 열처리로본체 11 : 도어
12 : 냉각공간 20 : 히터챔버
21 : 히터 22 : 전극
30, 40 : 개폐문 31, 41 : 개폐실린더
31a, 41a : 작동봉 50 : 벤트
60 : 가스투입관 70 : 질소가스투입관
80 : 컨벡션터빈 81 : 팬
90 : 개폐대 100 : 쿨링챔버
101 : 냉각수공급관 101a : 입수관
101b : 출수관 200 : 자유굴곡관
201 : 플랜지판 300 : 열교환기
400 : 고정체 401 : 힌지
500 : 지지관 600 : 제품

Claims (7)

  1. 전방에 도어(11)를 가진 열처리로본체(10)와; 상기 열처리로본체(10) 내부에 설치되고 전방에는 개폐실린더에(31)에 의해 개폐되는 개폐문(30)이 구현된 히터챔버(20)와; 상기 열처리로본체(10) 내면과 히터챔버(20) 외면 사이에 형성되는 냉각공간(12)과; 상기 히터챔버(20) 내부 후미에 설치되는 팬(81)과; 상기 팬을 가동하는 컨벡션터빈(80)과; 상기 히터챔버(20) 외부 후방의 냉각공간에 설치되고 중앙에는 컨벡션터빈(80)이 위치되는 열교환기(300)로 구성되는 열처리로에,
    상기 히터챔버(20) 후방에 구성되는 후방 개폐문(40);
    상기 후방 개폐문(40)에 지지설치되고 상기 개폐문(40) 전방의 팬(81)을 가동하는 컨벡션터빈(80);
    상기 열처리로본체(10) 외부에서부터 도입하는 개폐대(90);
    상기 개폐대(90)의 하단에 작동봉(41a)이 연결되는 개폐실린더(41);
    상기 개폐대(90) 상단을 고정하고 양측의 힌지(401)에 의해 열처리로본체(10) 외면에 고정되는 고정체(400);
    상기 고정체(400)와, 열처리로본체(10) 외면에 고정되는 고정체(400) 하단의 지지관(500) 사이에 게재되어 고정되고 중앙으로는 개폐대(90)가 관통하는 기밀유지용 자유굴곡관(200);
    상기 히터챔버(20) 내부로 아산화질소(N2O)와 암모니아(NH3)를 각각 투입하기 위해 이중관체로 배관 되고 그 끝이 팬(81) 전방에 위치하는 가스투입관(8);
    상기 열처리로본체(10) 내부로 질소(N2) 가스를 투입하기 위해 배관 되는 질소가스투입관(70)을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 질화 열처리로.
  2. 제 1항에 있어서, 컨벡션터빈(80)에 쿨링챔버(100)를 일체형으로 장착하여 개폐대(90) 끝이 쿨링챔버(100)에 연결되도록 하되, 상기 개폐대(90)를 입수관(101a)과 출수관(101b)으로 이루어지는 냉각수공급관(101)으로 하여 상기 냉각수공급관을 통해 냉각수가 쿨링챔버(100)로 공급 및 출수 되도록 한 것으로 특징으로 하는 진공 질화 열처리로.
  3. 진공 질화 열처리로의 히터챔버(20) 후방에 개폐문(40)을 구성하여 히터챔버(20) 후방도 개폐되도록 하되, 상기 개폐문(40)에 팬(81)을 가동하는 컨벡션터빈(80)이 지지/설치되도록 한 것을 특징으로 하는 진공 질화 열처리로.
  4. 진공 질화 열처리로의 히터챔버(20) 후방에 개폐문(40)을 구성하여 히터챔버(20) 후방도 개폐되도록 하되, 상기 개폐문(40)에 팬(81)을 가동하는 컨벡션터빈(80)이 지지/설치되도록 하며, 상기 열처리로본체(10) 외부에서부터 내부까지 개폐대(90)를 도입하여 개폐대(90) 끝을 컨벡션터빈(80)에 연결하고, 상기 개폐대(90) 하단에는 열처리로본체(10) 외부에 설치되는 개폐실린더(41)의 작동봉(41a)을 연결하며, 상기 개폐대(90) 상단은 양측의 힌지(401)로 열처리로본체(10) 외면에 고정되는 고정체(400)에 고정하고, 상기 고정체(400)와 열처리로본체(10) 외면에 고정되는 고정체(400) 하단의 지지관(500) 사이에는 중앙으로 개폐대(90)가 관통하는 기밀유지용 자유굴곡관(200)을 게재하여 고정한 것을 특징으로 하는 진공 질화 열처리로.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 자유굴곡관(200)을 자바라 관 형태로 한 것읕 특징으로 하는 진공 질화 열처리로.
  6. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 자유굴곡관(200) 상하에 플랜지판(201)을 형성하고, 상기 플랜지판(201)을 고정체(400)와 지지관(500)에 각 고정하여 자유굴곡관(200)이 고정되도록 한 것으로 특징으로 하는 진공 질화 열처리로.
  7. 제 1항에 있어서, 열교환기(300)는 후방 개폐문(40)이 개폐실린더(41)에 의해 개폐작동이 이루어질 때 개폐대(90) 및 개폐실린더(41)의 작동이 방해받지 않도록 상부 일 측이 개방된 링(ring) 타입으로 한 것을 특징으로 하는 진공 질화 열처리로.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108870979A (zh) * 2018-07-11 2018-11-23 昆山金美创机械有限公司 一种真空炉的隔热前风门自动调整密闭机构
CN110530543A (zh) * 2019-07-23 2019-12-03 上海卫星装备研究所 适用于宇航产品的真空除气加热罩装置
KR102412538B1 (ko) * 2021-08-05 2022-06-23 김대운 오일 냉각장치 및 이를 이용한 질화로
CN117488046A (zh) * 2023-10-26 2024-02-02 烟台大学 一种实现高硬耐磨60NiTi合金的热处理装置及其方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5186764A (en) * 1990-02-13 1993-02-16 Viscodrive Gmbh Method and apparatus for treating plates with gas
KR100414542B1 (ko) 2001-05-22 2004-01-07 권숙철 질화로(窒化爐)
JP4157718B2 (ja) 2002-04-22 2008-10-01 キヤノンアネルバ株式会社 窒化シリコン膜作製方法及び窒化シリコン膜作製装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108870979A (zh) * 2018-07-11 2018-11-23 昆山金美创机械有限公司 一种真空炉的隔热前风门自动调整密闭机构
CN110530543A (zh) * 2019-07-23 2019-12-03 上海卫星装备研究所 适用于宇航产品的真空除气加热罩装置
KR102412538B1 (ko) * 2021-08-05 2022-06-23 김대운 오일 냉각장치 및 이를 이용한 질화로
CN117488046A (zh) * 2023-10-26 2024-02-02 烟台大学 一种实现高硬耐磨60NiTi合金的热处理装置及其方法
CN117488046B (zh) * 2023-10-26 2024-05-14 烟台大学 一种实现高硬耐磨60NiTi合金的热处理装置及其方法

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