KR20230066302A - 산질화 처리된 브레이크 디스크 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 브레이크 디스크의 내식성, 내마모성, 내습동성, 표면경도, 강도, 피로강도 등의 기계적 특성을 향상시키기 위한 산질화 처리 방법 및 상기 방법에 의해 산질화 처리된 브레이크 디스크에 관한 것으로,
상기 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법은, 브레이크 디스크를 지그에 장착하는 디스크 장착 단계; 상기 지그에 장착된 브레이크 디스크를 세척하는 디스크 세척 단계; 상기 세척된 브레이크 디스크에 확산층 및 질화층이 형성되도록 질화처리 하는 디스크 질화 처리 단계; 상기 질화처리된 브레이크 디스크에 산화층이 형성되도록 산화처리 하는 디스크 산화 처리 단계 및 상기 산화처리된 브레이크 디스크를 냉각하는 디스크 냉각 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법은, 브레이크 디스크를 지그에 장착하는 디스크 장착 단계; 상기 지그에 장착된 브레이크 디스크를 세척하는 디스크 세척 단계; 상기 세척된 브레이크 디스크에 확산층 및 질화층이 형성되도록 질화처리 하는 디스크 질화 처리 단계; 상기 질화처리된 브레이크 디스크에 산화층이 형성되도록 산화처리 하는 디스크 산화 처리 단계 및 상기 산화처리된 브레이크 디스크를 냉각하는 디스크 냉각 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
Description
본 발명은 브레이크 디스크의 내식성, 내마모성, 내습동성, 표면경도, 강도, 피로강도 등의 기계적 특성을 향상시키기 위한 산질화 처리 방법 및 상기 방법에 의해 산질화 처리된 브레이크 디스크에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 주행을 감속 또는 정지시키기 위해 사용되는 브레이크 디스크는 브레이크 패드가 반복적으로 밀착됨에 따라 많은 열이 발생되고 공기 중 냉각에 의해 열 팽창과 수축이 자주 이루어지므로 내식성, 내마모성, 내습동성, 표면경도, 강도, 피로강도 등의 기계적 특성이 좋아야 한다.
또한, 브레이크 디스크의 소재는 일반적으로 회주철이나 구상흑연주철을 사용하며, 회주철이나 구상흑연주철은 대기중의 수분 및 산소에 노출되는 경우 부식이 발생하므로, 내구성 및 심미성 저하를 방지하기 위해 표면처리가 수행되어야 한다.
본 발명은 상술한 브레이크 디스크에 요구되는 기계적 특성을 향상시키며, 브레이크 디스크의 소재 특성으로 인한 내구성 및 심미성 저하를 방지하기 위해 표면에 산질화 코팅을 수행하는 브레이크 디스크 산질화 처리 방법 및 상기 방법에 의해 산질화 처리된 브레이크 디스크를 제공하는 데 목적을 둔다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법은, 브레이크 디스크를 지그에 장착하는 디스크 장착 단계; 상기 지그에 장착된 브레이크 디스크를 세척하는 디스크 세척 단계; 상기 세척된 브레이크 디스크에 확산층 및 질화층이 형성되도록 질화처리 하는 디스크 질화 처리 단계; 상기 질화처리된 브레이크 디스크에 산화층이 형성되도록 산화처리 하는 디스크 산화 처리 단계 및 상기 산화처리된 브레이크 디스크를 냉각하는 디스크 냉각 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 디스크 세척 단계는, 진공 분위기 하에서 70℃ 내지 95℃의 온도로 28분 내지 38분간 세척액을 분사하여 세척할 수 있다.
또한, 상기 디스크 질화 처리 단계는, 암모니아(NH3) 분위기 하에서 질소(N2)를 침투시키되, 탄소(C)계의 촉매가스를 선택적으로 침투시켜 순질화 및 연질화 중 하나의 이상의 방식으로 질화 처리할 수 있다.
또한, 상기 디스크 질화 처리 단계는, 탄소(C)계의 촉매가스를 침투시킬 경우, 암모니아(NH3) 55 중량부 내지 65 중량부, 질소(N2) 30 중량부 내지 40 중량부, 탄소(C)계의 촉매가스 3 내지 7 중량부를 570℃ 내지 590℃의 가열온도에서 210분 내지 270분간 침투시키도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 디스크 산화 처리 단계는, 490℃ 내지 510℃의 가열온도에서 90분 내지 150분간 수증기(H2O)와 질소(N2)를 투입하여 처리할 수 있다.
또한, 상기 브레이크 디스크는, 탄소(C) 중량 함량비 3.1 내지 4.05%, 규소(Si) 중량 함량비 1.5 내지 2.5%, 망간(Mn) 중량 함량비 0.4 내지 0.9%, 인(P) 중량 함량비 0.2% 이하, 황(S) 중량 함량비 0.15% 이하, 크롬(Cr) 중량 함량비 0.1 내지 0.6%, 몰리브덴(Mo) 중량 함량비 0.9 내지 1.05%, 니켈(Ni) 중량 함량비 0.1% 이하, 구리(Cu) 중량 함량비 0.1 내지 0.6%, 주석(Sn) 중량 함량비 0.12% 이하를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 브레이크 디스크는, 탄소당량(Carbon Equivalent, C.E)이 4.2 내지 4.75일 수 있다. [여기서, C.E=탄소(C) 중량 함량비(%)+ 1/3 규소(S) 중량 함량비(%)]
또한, 상기 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법은, 상기 디스크 질화 처리 단계 이전에, 상기 브레이크 디스크의 응력을 제거하는 풀림 처리 단계를 더 포함하며, 상기 풀림 처리 단계는, 340℃ 내지 360℃의 온도에서 1시간 30분 내지 2시간 30분 동안 예열하는 예열 단계; 635℃ 내지 650℃의 온도에서 3시간 30분 내지 4시간 30분 동안 가열하는 가열 단계; 상기 가열 단계 이후에 상기 가열 단계의 온도에서 445 내지 455℃의 온도가 될 때까지 자연 냉각하는 자연 냉각단계 및 상기 자연 냉각단계 이후에 상기 자연 냉각단계의 온도에서 295 내지 305℃의 온도가 될 때까지 공기로 냉각하는 공냉단계를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크는, 산질화 처리 되어 확산층 0.3 내지 0.6mm 두께와, 질화층 10 내지 25㎛ 두께와, 산화층 1 내지 3.5㎛ 두께를 형성할 수 있다.
여기서, 상기 브레이크 디스크는, 탄소(C) 중량 함량비 3.1 내지 4.05%, 규소(Si) 중량 함량비 1.5 내지 2.5%, 망간(Mn) 중량 함량비 0.4 내지 0.9%, 인(P) 중량 함량비 0.2% 이하, 황(S) 중량 함량비 0.15% 이하, 크롬(Cr) 중량 함량비 0.1 내지 0.6%, 몰리브덴(Mo) 중량 함량비 0.9 내지 1.05%, 니켈(Ni) 중량 함량비 0.1% 이하, 구리(Cu) 중량 함량비 0.1 내지 0.6%, 주석(Sn) 중량 함량비 0.12% 이하를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 브레이크 디스크는, 탄소당량(Carbon Equivalent, C.E)이 4.2 내지 4.75일 수 있다. [여기서, C.E=탄소(C) 중량 함량비(%)+ 1/3 규소(S) 중량 함량비(%)]
본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법에 의해 산질화 처리된 브레이크 디스크는, 내식성, 내마모성, 내습동성, 표면경도, 강도, 피로강도 등의 기계적 특성을 비교적 적은 비용으로 향상시킬 수가 있다.
여기서, 풀림 처리 단계를 진행할 경우 상기와 같은 특성을 나타내는 산질화 코팅층이 박리되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 위에서 언급된 본 발명의 실시 예에 따른 효과는 기재된 내용에만 한정되지 않고, 명세서 및 도면으로부터 예측 가능한 모든 효과를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법의 흐름도이다.
도 2는 도 1의 산질화 처리 방법에 의해 산질화 처리된 브레이크 디스크의 개략도이다.
도 3은 도 2의 브레이크 디스크의 확산층, 질화층 및 산화층을 실제로 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 풀림 처리 단계가 더 포함된 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법의 흐름도이다.
도 5는 도 4의 풀림 처리 단계의 상세 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법에 의해 산질화 처리된 브레이크 디스크의 검사 시험 성적서이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법에 의해 산질화 처리된 브레이크 디스크를 산질화 처리되지 않은 브레이크 디스크와 비교하여 성능시험결과를 보여주는 사진이다.
도 2는 도 1의 산질화 처리 방법에 의해 산질화 처리된 브레이크 디스크의 개략도이다.
도 3은 도 2의 브레이크 디스크의 확산층, 질화층 및 산화층을 실제로 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 풀림 처리 단계가 더 포함된 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법의 흐름도이다.
도 5는 도 4의 풀림 처리 단계의 상세 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법에 의해 산질화 처리된 브레이크 디스크의 검사 시험 성적서이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법에 의해 산질화 처리된 브레이크 디스크를 산질화 처리되지 않은 브레이크 디스크와 비교하여 성능시험결과를 보여주는 사진이다.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법 및 상기 방법에 의해 산질화 처리된 브레이크 디스크를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법의 흐름도이며, 도 2는 도 1의 산질화 처리 방법에 의해 산질화 처리된 브레이크 디스크의 개략도이고, 도 3은 도 2의 브레이크 디스크의 확산층, 질화층 및 산화층을 실제로 보여주는 사진이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법은, 디스크 장착 단계(S10), 디스크 세척 단계(S20), 디스크 질화 처리 단계(S30), 디스크 산화 처리 단계(S40) 및 디스크 냉각 단계(S50)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 디스크 장착 단계(S10)는 브레이크 디스크의 산질화를 위해 지그에 장착하는 단계로서, 브레이크 디스크는 먼저 발청이나 찍힘이 없는지 품질 상태를 검사 후 지그에 장착될 수 있다. 이때, 지그는 1개당 브레이크 디스크 1판을 장착하도록 구성될 수도 있으나, 보다 효율성을 높이도록 바람직하게는 1개당 복수의 브레이크 디스크를 장착하도록 구성될 수 있다.
디스크 세척 단계(S20)는, 지그에 장착된 브레이크 디스크를 세척하는 단계로서, 진공 분위기 하에서 브레이크 디스크를 70℃ 내지 95℃의 온도의 세척액에 28분 내지 38분간 침지하여 진공 세척을 수행할 수 있다.
여기서, 진공 분위기 하에서 세척을 진행할 경우, VOC 등의 유해물질이 발생하지 않고, 세척액의 인화성으로 인한 화재에 안전하며, 완전 건조가 가능한 장점을 나타낼 수 있다.
특히, 진공에 의한 세척액의 함침 효과로 미세하게 침투하여 오염물을 용해할 수 있으며, 세척액의 온도를 인화점인 상기의 70℃ 내지 95℃의 온도로 올릴 수 있어, 매우 높은 세척력을 나타낼 수 있는 장점이 있다.
디스크 세척 단계(S20)에서 세척이 완료된 후에는 잔류 세척액이 있는지 검수 후에 디스크 질화 처리 단계(S30)를 수행할 수 있다.
디스크 질화 처리 단계(S30)는 도 2에 도시된 바와 같이 세척된 브레이크 디스크(5)에 확산층(10) 및 질화층(20)이 형성되도록 질화처리를 수행할 수 있다.
이때, 디스크 질화 처리 단계(S30)는 암모니아(NH3) 분위기 하에서 질소(N2)를 침투시키되, 탄소(C)계의 촉매가스를 선택적으로 침투시켜 순질화 및 연질화 중 하나의 방식으로 질화 처리하거나, 순질화 및 연질화를 모두 수행하여 질화 처리하도록 구성될 수 있다.
즉, 디스크 질화 처리 단계(S30)는 암모니아(NH3) 분위기 하에서 질소(N2)는 필수적으로 공급하여 침투시키되, 탄소(C)계의 촉매가스는 선택적으로 침투시키는 것으로, 탄소(C)계의 촉매가스 침투 여부에 따라 순질화 및 연질화가 조절될 수 있다.
보다 상세하게는, 질소만 침투시킬 경우 순질화가 진행될 수 있고, 질소에 탄소(C)계 촉매가스를 추가적으로 침투시킬 경우 연질화가 진행될 수 있는 것인데, 여기서 탄소(C)계 촉매가스를 디스크 질화 처리 단계(S30) 중간에 투입할 경우에는 순질화 진행 중간에 연질화가 수행되어 순질화 및 연질화가 모두 진행될 수 있다.
순질화의 경우 암모니하 분위기 하에서 질소의 작용으로 브레이크 디스크(5) 표면에 피로 강도를 향상시키는 확산층(10) 및 내마모성과 내식성을 향상시키는 질화층(20)을 형성시킬 수 있고, 연질화의 경우 상기의 확산층(10) 및 질화층(20)이 형성될 때에 탄소(C)의 작용으로 질소의 확산이 촉진되어 짧은 시간에 질소가 질화층(20)에 확산 고용되어 피로 강도가 보다 향상될 수 있다.
여기서, 사용되는 탄소(C)계의 촉매가스는 이산화탄소(CO2)일 수 있으며, 이산화탄소가 촉매가스로 투입되어 연질화가 수행될 경우, 아래와 같은 [화학식 1]의 작용에 의해 확산층(10) 및 질화층(20)이 형성될 수 있으며, 이들 각 층(10, 20)의 두께나 특성은 암모니아(NH3) 분위기 하에서의 질소(N2)와 탄소(C)계의 촉매가스의 투입 농도에 따라 달라질 수 있다.
[화학식 1]
2NH3 ↔ 3H2 + 2N (질소의 화학반응)
2CO2 + 2CO ↔ 2O (탄소계 촉매가스의 화학반응)
2αFe + 2N ↔ 2αFeN (질화층의 생성)
본 발명에서는 디스크 질화 처리 단계(S30)를 570℃ 내지 590℃의 가열온도에서 210분 내지 270분간 질화처리를 할 수 있는데, 탄소(C)계의 촉매가스를 침투시킬 경우에는, 상술한 가열온도와 가열시간 범위에서 암모니아(NH3) 55 중량부 내지 65 중량부, 질소(N2) 30 중량부 내지 40 중량부, 탄소(C)계의 촉매가스 3 내지 7 중량부를 투입하여 디스크 질화 처리를 진행할 수 있다.
이는, 확산층(10)을 0.3 내지 0.6mm 두께로 형성하고, 질화층(20)을 10 내지 25㎛ 두께로 형성하여, 피로 강도 향상, 내마모성, 내식성 등의 특성을 적정 범위에서 나타낼 수 있다.
디스크 산화 처리 단계(S40)는 질화처리된 브레이크 디스크에 산화층(30)이 형성되도록 산화처리 하는 단계로서, 490℃ 내지 510℃의 가열온도에서 90분 내지 150분간 수증기(H2O)와 질소(N2)를 투입하여 처리하도록 구성될 수 있다.
이때, 디스크 질화 처리 단계(S30)와 같이 암모니아(NH3) 분위기 하에서 수증기와 질소가 투입될 수 있으며, 수증기와 질소는 1400 내지 1600 : 1의 부피비로 투입될 수 있고, 디스크 질화 처리 단계(S30)와의 연속공정에서의 산화층(30)을 형성하는 반응식은 아래 [화학식 2]와 같을 수 있다.
[화학식 2]
2NH3 ↔ 3H2 + 2N (질소의 화학반응)
CO + H2 ↔ C + H2O (촉매제 생성 반응)
2M + H2O → 2MO + 2H2 (산화층 Fe3O4 생성 반응)
2M + O2 → 2MO (산화층 Fe3O4 생성 반응)
상기와 같은 [화학식 2]에 의해 Fe3O4의 산화층(30)이 질화층(20) 외측면으로 형성될 수 있는데, 상기의 디스크 산화 처리 단계(S40)의 공정 조건에 의해 산화층(30)은 1 내지 3.5㎛ 두께를 형성하여, 내식성, 내마모성, 내습동성, 표면경도, 강도, 피로강도 향상 등의 특성을 적정범위에서 나타낼 수 있다.
여기서, 산화층(30)이 상기의 두께 범위를 벗어날 경우에는 내구성이 하락함은 물론 원가 상승에 주요하게 영향을 미치므로, 상기의 두께를 형성함이 바람직하다.
디스크 냉각 단계(S50)는 산화처리되어 산질화가 진행된 브레이크 디스크를 냉각하는 단계로서, 냉각 전용 지그에 산질화가 진행된 브레이크 디스크를 장착하고, 350℃ 내지 450℃의 냉각로 안으로 장입하여 브레이크 디스크를 냉각할 수 있다.
여기서, 냉각액은 질소(N2)로서 5 내지 8m3/Hr의 유량이 사용되어 브레이크 디스크를 냉각할 수 있다. 질소를 냉각액으로 사용하면 질화처리된 브레이크 디스크와 이질감을 줄여 안정성을 높일 수 있다.
그러나, 이는 바람직한 일례에 불과한 것으로, 냉각액은 다른 종류의 냉각액을 사용할 수도 있음은 당연하다.
상기와 같은 디스크 냉각 단계(S50)를 거쳐 산질화 처리가 완료된 브레이크 디스크는 상술한 바와 같이 내식성, 내마모성, 내습동성, 표면경도, 강도, 피로강도 등의 기계적 특성을 비교적 적은 비용으로 향상시킬 수가 있다.
한편, 본 발명에 사용되는 브레이크 디스크는 10kg 이상의 무게를 형성하며, 탄소(C) 중량 함량비 3.1 내지 4.05%, 규소(Si) 중량 함량비 1.5 내지 2.5%, 망간(Mn) 중량 함량비 0.4 내지 0.9%, 인(P) 중량 함량비 0.2% 이하, 황(S) 중량 함량비 0.15% 이하, 크롬(Cr) 중량 함량비 0.1 내지 0.6%, 몰리브덴(Mo) 중량 함량비 0.9 내지 1.05%, 니켈(Ni) 중량 함량비 0.1% 이하, 구리(Cu) 중량 함량비 0.1 내지 0.6%, 주석(Sn) 중량 함량비 0.12% 이하를 포함하여 구성되는 브레이크 디스크일 수 있다.
또한, 본 발명에 사용되는 브레이크 디스크는, 탄소당량(Carbon Equivalent, C.E)이 4.2 내지 4.75일 수 있다. 여기서, 탄소당량은 탄소(C) 중량 함량비(%)+ 1/3 규소(S) 중량 함량비(%)일 수 있다.
여기서, 탄소당량은 보통 주철에 있어서 합금원소의 영향을 Fe-C 이원계 상태도에 적용시켜 그 성분의 영향을 탄소의 영향력으로 환산한 것이다.
상기의 원소 함량비들은 모두 산질화 코팅 처리에 적합한 원소 함량으로서, 상기와 같은 중량 함량비를 초과하거나 미달될 경우 브레이크 디스크의 조기 크랙에 의한 내구성 저하되거나, 제동 시 마찰력 부족에 대한 문제가 발생할 수 있다.
그러나, 반드시 위 조건에 한정되는 것은 아니며, 브레이크 디스크의 무게는 10kg 이하로 마련될 수도 있다.
아울러, 본 발명은 디스크 질화 처리 단계(S30) 이전에, 브레이크 디스크의 응력을 제거하는 풀림 처리 단계(S60)를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 풀림 처리 단계(S60)는 예열 단계(S61), 가열 단계(S62), 자연 냉각단계(S63) 및 공냉단계(S64)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 예열 단계(S61)는 브레이크 디스크가 가열되기 이전에 온도 편차를 줄여 브레이크 디스크의 갑작스런 고온 변화로 인한 조직 손상 등이 발생하는 것을 방지하는 단계로서, 340℃ 내지 360℃의 온도에서 1시간 30분 내지 2시간 30분 동안 예열을 수행할 수 있다.
가열 단계(S62)는 예열 단계(S61)로 인해 브레이크 디스크의 표면이 일정 온도 이상을 형성한 상태에서 풀림 처리의 처음 과정을 진행하는 단계로서, 635℃ 내지 650℃의 온도에서 3시간 30분 내지 4시간 30분 동안 가열이 진행될 수 있다.
이 단계(S62)에서 브레이크 디스크는 재료의 조직이 개선되며, 내부의 변형을 제거하여 조직을 연화시킬 수가 있다.
자연 냉각단계(S63)는 풀림 처리의 연속선상에 있는 과정으로서, 가열 단계(S62)에 의해 조직이 연화된 브레이크 디스크를 서서히 냉각하여 전연(展延)성을 증가시키며 경화되도록 할 수 있다.
이때, 자연 냉각단계(S63)는 가열 단계(S62)의 온도에서 445 내지 455℃의 온도가 될 때까지 냉각로 등에서 자연 냉각을 수행할 수가 있다.
마지막으로, 공냉단계(S64)는 자연 냉각단계(S63)에 의해 풀림 처리가 진행되어 응력이 제거된 브레이크 디스크를 자연 냉각단계의 온도에서 295 내지 305℃의 온도가 될 때까지 공기로 강제 냉각하는 단계로서, 이 단계(S64)를 통해 조직이 손상되지 않는 상태에서 보다 빠르게 공정을 마무리할 수 있다.
상기와 같이 풀림 처리 단계(S60)를 진행할 경우, 브레이크 디스크의 산질화 시에 형성되는 확산층(10)과 질화층(20)이 디스크 조직 사이로 침투하도록 하여 박리를 방지할 수가 있다.
만약, 상기의 풀림 처리 단계(S60)의 공정 조건 대로 진행하지 않거나 풀림 처리 단계(S60)를 진행하지 않고 산질화 코팅을 진행할 경우에는 질화층(20)이 브레이크 디스크와 결합되지 않아 박리될 가능성이 높아질 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법에 의해 산질화 처리된 본 발명의 브레이크 디스크는, 탄소(C) 중량 함량비 3.1 내지 4.05%, 규소(Si) 중량 함량비 1.5 내지 2.5%, 망간(Mn) 중량 함량비 0.4 내지 0.9%, 인(P) 중량 함량비 0.2% 이하, 황(S) 중량 함량비 0.15% 이하, 크롬(Cr) 중량 함량비 0.1 내지 0.6%, 몰리브덴(Mo) 중량 함량비 0.9 내지 1.05%, 니켈(Ni) 중량 함량비 0.1% 이하, 구리(Cu) 중량 함량비 0.1 내지 0.6%, 주석(Sn) 중량 함량비 0.12% 이하를 포함하여 구성되어 산질화 처리 될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기의 브레이크 디스크는, 탄소당량(Carbon Equivalent, C.E)이 4.2 내지 4.75일 수 있다. 여기서, 탄소당량은 탄소(C) 중량 함량비(%)+ 1/3 규소(S) 중량 함량비(%)일 수 있다.
상술한 바와 같이 위의 원소 중량 함량비들은 모두 산질화 코팅에 적합한 함량비들로서, 이 범위를 초과하거나 미달될 경우 브레이크 디스크의 조기 크랙에 의한 내구성이 저하되거나, 제동 시 마찰력 부족에 대한 문제가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 브레이크 디스크는, 산질화 처리에 의해 확산층(10) 0.3 내지 0.6mm 두께와, 질화층(20) 10 내지 25㎛ 두께와, 산화층(30) 1 내지 3.5㎛ 두께를 형성하여 내식성, 내마모성, 내습동성, 표면경도, 강도, 피로강도 등의 기계적 특성이 향상될 수 있다.
이때, 본 발명의 브레이크 디스크는, 산질화 처리 이전에 풀림 처리를 선택적으로 진행할 수도 있고, 풀림 처리 진행 시에는 확산층(10)과 질화층(20)이 디스크 조직 사이로 침투하여 산질화 처리에 의해 발생되는 확산층(10), 질화층(20) 및 산화층(30)의 박리를 방지할 수 있다.
디스크 장착 단계(S10), 디스크 세척 단계(S20), 디스크 질화 처리 단계(S30), 디스크 산화 처리 단계(S40) 및 디스크 냉각 단계(S50)를 포함하고, 풀림 처리 단계(S60)을 더 포함하는 브레이크 디스크에 대한 산질화 처리 방법의 각 공정 조건 등과 그로 인해 나타나는 효과 등은 위에서 상세히 설명하였으므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법에 의해 산질화 처리된 브레이크 디스크의 검사 시험 성적서이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법에 의해 산질화 처리된 브레이크 디스크는 질화층(화합물층으로 표기됨)이 평균 14.7㎛를 형성하여 관리 기준 7㎛ 이상을 2배 이상 상회하는 것을 확인할 수 있으며, 산화층(산화물층으로 표기됨)이 평균 2.825㎛를 형성하여 관리 기준 1㎛ 이상을 약 3배 가까이 상회하도록 우수하게 산질화 처리되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 7의 (a) 및 (b)는 각각 산질화 처리를 하지 않은 브레이크 디스크와 본 발명의 실시 예에 따른 산질화 처리를 한 브레이크 디스크에 대해, 관성중량 938.9kg.m2, 제동압력 0.15g, 속도 90~0kph, 제동횟수 2,700회의 제동조건에 따른 브레이크 디스크의 표면 비교를 보여주는 사진이다.
도 7을 참조하면, 우측 (b)의 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크의 산질화 처리 방법에 의해 산질화 처리된 브레이크 디스크는, 좌측 (a)의 표면처리 없는 브레이크 디스크에 대비해, 크랙 발생이 적어 내구성이 뛰어난 것을 확인할 수 있다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
5 : 브레이크 디스크
10 : 확산층
20 : 질화층
30 : 산화층
10 : 확산층
20 : 질화층
30 : 산화층
Claims (1)
- 산질화 처리되어 확산층 0.3 내지 0.6mm 두께와, 질화층 10 내지 25㎛ 두께와, 산화층 1 내지 3.5㎛ 두께를 형성하고,
상기 질화층의 두께를 10 내지 25㎛ 두께로 형성하기 위하여,
암모니아(NH3) 분위기 하에서 질소(N2)를 침투시키되, 탄소(C)계의 촉매가스를 선택적으로 침투시켜 순질화 및 연질화 중 하나의 이상의 방식으로 질화 처리하고,
상기 탄소(C)계의 촉매가스를 침투시킬 경우,
암모니아(NH3) 55 중량부 내지 65 중량부, 질소(N2) 30 중량부 내지 40 중량부, 탄소(C)계의 촉매가스 3 내지 7 중량부를 570℃ 내지 590℃의 가열온도에서 210분 내지 270분간 침투시키고,
상기 산화층의 두께를 1 내지 3.5㎛ 두께로 형성하기 위하여,
490℃ 내지 510℃의 가열온도에서 90분 내지 150분간 수증기(H2O)와 질소
(N2)를 투입하고,
탄소(C) 중량 함량비 3.1 내지 4.05%, 규소(Si) 중량 함량비 1.5 내지 2.5%, 망간(Mn) 중량 함량비 0.4 내지 0.9%, 인(P) 중량 함량비 0%초과 내지 0.2%, 황(S) 중량 함량비 0%초과 내지 0.15%, 크롬(Cr) 중량 함량비 0.1 내지 0.6%, 몰리브덴(Mo) 중량 함량비 0.9 내지 1.05%, 니켈(Ni) 중량 함량비 0%초과 내지 0.1%, 구리(Cu) 중량 함량비 0.1 내지 0.6%, 주석(Sn) 중량 함량비 0%초과 내지 0.12%를 포함하고,
탄소당량(Carbon Equivalent, C.E)이 4.2 내지 4.75인 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.
[여기서, C.E=탄소(C) 중량 함량비(%)+ 1/3 규소(S) 중량 함량비(%)]
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- 2023-05-03 KR KR1020230057937A patent/KR20230066302A/ko not_active Application Discontinuation
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