KR20230081816A - 열간등방가압 탄소 표면처리 용기 및 이를 이용한 열간등방가압 탄소 표면처리 방법 - Google Patents
열간등방가압 탄소 표면처리 용기 및 이를 이용한 열간등방가압 탄소 표면처리 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 다양한 소재에 대한 탄소 표면처리를 수행할 수 있도록 열간등방가압 성형을 이용한 탄소 표면처리 시 표면처리 대상 소재가 안착되는 안착부가 형성되어 열간등방가압 공정 중 탄소 코팅을 위한 타겟으로 기능하는 탄소소재 도가니;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열간등방가압 탄소 표면처리 용기를 제공한다.
Description
본 발명은 열간등방가압을 이용한 탄소 표면처리 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 다양한 소재에 대한 탄소 표면처리를 수행할 수 있도록 하는 열간등방가압 탄소 표면처리 용기 및 이를 이용한 열간등방가압 탄소 표면처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 탄소(carbon) 표면 코팅 및 침탄을 포함하는 표면처리 기술은 철계 소재 부품의 경도를 향상시키기 위해서 개발된 역사가 깊은 기술로 인위적으로 향상시킨 탄소 분위기에서 700 ~ 1100 ℃ 사이의 열처리를 통해서 진행하고 있다.
이러한 탄소 표면처리 기술은 경도 향상뿐만 아니라 탄소 코팅을 통해 절연성을 높이는 기술이나, 스테인리스 스틸 및 지르코니아 세라믹 등의 다양한 소재의 경도 향상 또는 절연성 향상을 위해 광범위하게 진행되고 있다.
그러나 종래기술의 탄소 표면처리 기술은 새로운 소재에 적용되지 않아서 새로운 열처리 공정을 개발해야 할 뿐만 아니라, 장시간의 열처리로 인하여 표면처리 대상 소재의 미세조직이 변하는 문제점이 유발한다.
따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 다양한 소재를 고 탄소 분위기에서 열간등방가압(HIP, Hot Isostatic Pressure) 공정을 수행하여 표면에 탄소 코팅을 수행하는 것에 다양한 소재의 경도를 향상시킬 수 있도록 하는 열간등방가압 탄소 표면처리 용기 및 이를 이용한 표면처리 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 열간등방가압 성형을 이용한 탄소 표면처리 시 표면처리 대상 소재가 안착되는 안착부가 형성되어 열간등방가압 공정 중 탄소 코팅을 위한 타겟으로 기능하는 탄소소재 도가니;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열간등방가압 탄소 표면처리 용기를 제공한다.
상기 탄소소재 도가니는 다단으로 적층되도록 구성될 수 있다.
상기 열간등방가압 탄소 표면처리 용기는, 상기 표면처리 대상 소재가 안착된 상기 탄소소재 도가니의 주위에 배치되는 하나 이상의 탄소피치를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 탄소피치는 분말, 고상의 괴 또는 슬러지 중 어느 하나의 형태일 수 있다.
상기 열간등방가압 탄소 표면처리 용기는, 상기 표면처리 대상 소재가 안착된 상기 탄소소재 도가니가 장입되어 열간등방가압 공정이 수행되는 열간등방가압 용기;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 열간등방가압 탄소 표면처리 용기의 탄소소재 도가니에 탄소 표면처리 대상 소재를 장입하는 소재 장입 단계; 및 상기 탄소 표면처리 대상 소재가 장입된 상기 탄소소재 도가니를 열간등방가압 용기에 장입하여 열간등방가압 공정을 수행하여 탄소 표면처리 대상 소재의 표면에 탄소를 코팅하는 열간등방가압 탄소 표면처리 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열간등방가압 탄소 표면처리 방법을 제공한다.
상기 열간등방가압 탄소 표면처리 단계의 열간등방가압 공정은, 700 ~ 1,100℃ 범위의 온도와 800 ~ 1,200 bar의 범위의 압력으로, 1 내지 3 시간 범위에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 열간등방가압 탄소 표면처리 단계의 열간등방가압 공정은, 초기 불활성 가스의 치환 공정을 수행함이 없이 대기 분위기를 유지하며 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 열간등방가압 탄소 표면처리 방법은, 상기 소재 장입 단계 이후에, 상기 탄소소재 도가니의 상기 탄소 표면처리 대상 소재가 안착된 주위에 탄소피치를 배치하는 탄소피치 배치 단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 탄소피치 배치 단계에서 배치되는 탄소피치는 분말, 고상의 괴 또는 슬러지 형태 중 어느 하나일 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 일 실시예는 열간등방가압 공정을 수행하는 것에 의해 철계, 스테인리스 스틸(SUS) 계 또는 지르코니아 세라믹 등의 다양한 소재에 대한 탄소 표면 코팅 표면처리를 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한 본 발명의 일 실시예는 탄소 표면 코팅 표면처리를 수행하는 과정에서 표면처리 대상 소재의 물성 저하가 발생하지 않도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 열간등방가압 탄소 표면처리 용기(1)의 사진이다.
도 2는 다단으로 적층될 수 있도록 구성된 탄소소재 도가니로서의 흑연도가니(10)들의 적층 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 열간등방가압 탄소 표면처리 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 4는 탄소 표면처리 대상 소재(3)가 장입된 흑연도가니(10) 적층체를 열간등방가압 용기(30)에 장입하여 열간등방가압 공정을 수행하는 것을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 열간등방가압 탄소 표면처리가 수행된 후의 탄소 표면처리 대상 소재(3)의 표면에 탄소 코팅이 수행된 탄소 표면처리 소재(5)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일시예의 열간등방가압 탄소 표면처리 용기(1)을 이용한 열간등방가압 탄소 표면처리 공정의 수행에 의해 탄소 표면처리 대상 소재(예, 지르코니아)의 표면에 탄소 코팅이 수행된 것을 나타내는 흑연도가니(10), 탄소 표면 코팅된 탄소 표면처리 소재(5) 및 탄소피치(20)를 나타내는 사진이다.
도 2는 다단으로 적층될 수 있도록 구성된 탄소소재 도가니로서의 흑연도가니(10)들의 적층 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 열간등방가압 탄소 표면처리 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 4는 탄소 표면처리 대상 소재(3)가 장입된 흑연도가니(10) 적층체를 열간등방가압 용기(30)에 장입하여 열간등방가압 공정을 수행하는 것을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 열간등방가압 탄소 표면처리가 수행된 후의 탄소 표면처리 대상 소재(3)의 표면에 탄소 코팅이 수행된 탄소 표면처리 소재(5)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일시예의 열간등방가압 탄소 표면처리 용기(1)을 이용한 열간등방가압 탄소 표면처리 공정의 수행에 의해 탄소 표면처리 대상 소재(예, 지르코니아)의 표면에 탄소 코팅이 수행된 것을 나타내는 흑연도가니(10), 탄소 표면 코팅된 탄소 표면처리 소재(5) 및 탄소피치(20)를 나타내는 사진이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 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 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 열간등방가압 탄소 표면처리 용기(1)의 사진이고, 도 2는 다단으로 적층될 수 있도록 구성된 탄소소재 도가니로서의 흑연도가니(10)들의 적층 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1과 같이, 본 발명의 일 실시예의 열간등방가압 탄소 표면처리 용기(1)는 열간등방가압 성형을 이용한 탄소 표면처리 시 표면처리 대상 소재(3)가 안착되는 안착부가 형성되어 열간등방가압 공정 중 탄소 코팅을 위한 타겟으로 기능하는 흑연도가니(10)를 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 흑연도가니(10)는 테두리 영역이 돌출되는 것에 의해 상부면이 오목면으로 되고, 상술한 오목면이 표면처리 대상 소재(3)가 안착되는 안착부로 형성됨과 동시에, 열간등방가압 표면처리 대상 소재(3)에 대한 표면처리를 대량으로 수행할 수 있도록, 도 2와 같이, 다단으로 적층될 수 있도록 구성될 수 있다.
그리고 상기 열간등방가압 탄소 표면처리 용기(1)는, 상기 표면처리 대상 소재(3)가 안착된 상기 흑연도가니(10)의 주위에 배치되는 하나 이상의 탄소피치(20)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 탄소피치(20)는 분말, 고상의 괴 또는 슬러지 형태일 수 있다.
또한, 상기 열간등방가압 탄소 표면처리 용기(1)는, 도 1과 같이, 상기 표면처리 대상 소재(3)가 안착된 상기 흑연도가니(10)가 장입되어 열간등방가압 공정이 수행되는 열간등방가압 용기(30)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 열간등방가압 탄소 표면처리 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 3과 같이, 상기 열간등방가압 탄소 표면처리 방법은, 흑연도가니(10), 탄소피치(20) 및 열간등방가압 용기(30)를 포함하는 열간등방가압 탄소 표면처리 용기(1)에 의한 열간등방가압 탄소 표면처리 방법에 있어서, 열간등방가압 탄소 표면처리 용기(1)의 흑연도가니(10)에 탄소 표면처리 대상 소재(3)를 장입하는 소재 장입 단계(S10) 및 상기 탄소 표면처리 대상 소재(3)가 장입된 상기 흑연도가니(10)를 열간등방가압 용기(30)에 장입하고, 열간등방가압 용기(30)를 열간등방가압 로(40)에 장입하여 열간등방가압 공정을 수행하여 탄소 표면처리 대상 소재(3)의 표면에 탄소를 코팅하는 열간등방가압 탄소 표면처리 단계(S30)를 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 열간등방가압 탄소 표면처리 방법은 도 3과 같이, 상기 소재 장입 단계(S10) 이후에, 상기 흑연도가니(10)의 상기 탄소 표면처리 대상 소재(3)가 안착된 주위에 탄소피치(20)를 배치하는 탄소피치 배치 단계(S20)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 열간등방가압 탄소 표면처리 단계(S30)의 열간등방가압 공정은, 700 ~ 1,100℃ 범위의 온도와 800 ~ 1,200 bar의 범위의 압력으로, 1 내지 3 시간 범위에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는, 700 ℃, 1,000 bar, 2시간 이상의 온도와 압력, 유지온도에서 수행될 수 있다.
또한, 상기 열간등방가압 탄소 표면처리 단계(S30)의 열간등방가압 공정은, 초기 불활성 가스의 치환 공정을 수행함이 없이 대기 분위기를 유지하며 수행될 수 있다. 이에 의해 열간등방가압 공정 중 불활성 가스의 치환 공정을 수행하지 않는 것에 의해 열간등방가압 탄소 표면처리의 전체 공정이 간소화되고 비용을 절감할 수 있게 된다.
도 4는 탄소 표면처리 대상 소재(3)가 장입된 흑연도가니(10) 적층체를 열간등방가압 용기(30)에 장입하여 열간등방가압 공정을 수행하는 것을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 4와 같이, 상기 열간등방가압 탄소 표면처리 단계(S30)는, 다수의 탄소 표면처리 대상 소재(3)가 안착된 흑연도가니(10)를 열간등방가압 용기(30)의 내부에 다층으로 적층하여 수행될 수 있다. 이에 의해, 탄소 표면처리 대상 소재(3)를 대량으로 탄소 코팅을 수행하는 탄소 표면처리를 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 5는 열간등방가압 탄소 표면처리가 수행된 후의 탄소 표면처리 대상 소재(3)의 표면에 탄소 코팅이 수행된 탄소 표면처리 소재(5)를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 시예의 열간등방가압 탄소 표면처리 용기(1)을 이용한 열간등방가압 탄소 표면처리 공정의 수행에 의해 탄소 표면처리 대상 소재(예, 지르코니아)의 표면에 탄소 코팅이 수행된 것을 나타내는 흑연도가니(10), 탄소 표면 코팅된 탄소 표면처리 소재(5) 및 탄소피치(20)를 나타내는 사진이다.
도 5 및 도 6과 같이, 본원 발명의 실시예 따른 열간등방가압 탄소 표면처리 방법은 열간등방가압 탄소 표면처리 단계(S30)의 열간등방가압 공정에서 탄소가 열간등방가압 용기(30)의 내부로 기화된 후 탄소 표면처리 대상 소재(3)의 표면에 부착되는 탄소 코팅 층을 형성하는 것에 의해 탄소 표면처리 소재(5)가 생성된다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 열간등방가압 탄소 표면처리 용기
3: 탄소 표면처리 대상 소재(금속, 세라믹 등)
5: 탄소 표면처리 소재
10: 흑연도가니
20: 탄소피치(carbon pitch)(고형, 분말형, 슬러지 형 등)
30: 열간등방가압 용기
40: 열간등방가압 로
3: 탄소 표면처리 대상 소재(금속, 세라믹 등)
5: 탄소 표면처리 소재
10: 흑연도가니
20: 탄소피치(carbon pitch)(고형, 분말형, 슬러지 형 등)
30: 열간등방가압 용기
40: 열간등방가압 로
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- 열간등방가압 성형을 이용한 탄소 표면처리 시 표면처리 대상 소재가 안착되는 안착부가 형성되어 열간등방가압 공정 중 탄소 코팅을 위한 타겟으로 기능하는 탄소소재 도가니;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열간등방가압 탄소 표면처리 용기.
- 제1항에 있어서,
상기 탄소소재 도가니는 다단으로 적층되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열간등방가압 탄소 표면처리 용기. - 제1항에 있어서,
상기 표면처리 대상 소재가 안착된 상기 탄소소재 도가니의 주위에 배치되는 하나 이상의 탄소피치를 더 포함하여 구성 구성되는 것을 특징으로 하는 열간등방가압 탄소 표면처리 용기. - 제3항에 있어서,
상기 탄소피치는 분말, 고상의 괴 또는 슬러지 중 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 열간등방가압 탄소 표면처리 용기. - 제1항에 있어서,
상기 표면처리 대상 소재가 안착된 상기 탄소소재 도가니가 장입되어 열간등방가압 공정이 수행되는 열간등방가압 용기;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열간등방가압 탄소 표면처리 용기. - 열간등방가압 탄소 표면처리 용기의 탄소소재 도가니에 탄소 표면처리 대상 소재를 장입하는 소재 장입 단계; 및
상기 탄소 표면처리 대상 소재가 장입된 상기 탄소소재 도가니를 열간등방가압 용기에 장입하여 열간등방가압 공정을 수행하여 탄소 표면처리 대상 소재의 표면에 탄소를 코팅하는 열간등방가압 탄소 표면처리 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열간등방가압 탄소 표면처리 방법. - 제6항에 있어서,
상기 열간등방가압 탄소 표면처리 단계의 열간등방가압 공정은,
700 ~ 1,100℃ 범위의 온도와 800 ~ 1,200 bar의 범위의 압력으로, 1 내지 3 시간 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 열간등방가압 탄소 표면처리 방법. - 제6항에 있어서,
상기 열간등방가압 탄소 표면처리 단계의 열간등방가압 공정은,
초기 불활성 가스의 치환 공정을 수행함이 없이 대기 분위기를 유지하며 수행되는 것을 특징으로 하는 열간등방가압 탄소 표면처리 방법. - 제6항에 있어서,
상기 소재 장입 단계 이후에, 상기 탄소소재 도가니의 상기 탄소 표면처리 대상 소재가 안착된 주위에 탄소피치를 배치하는 탄소피치 배치 단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열간등방가압 탄소 표면처리 방법. - 제9항에 있어서,
상기 탄소피치 배치 단계에서 배치되는 탄소피치는 분말, 고상의 괴 또는 슬러지 형태 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열간등방가압 탄소 표면처리 방법.
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2021
- 2021-11-29 KR KR1020210167748A patent/KR102647411B1/ko active IP Right Grant
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