KR920004015B1

KR920004015B1 - 철 또는 철합금 표면의 붕소화 처리제와 붕소화 표면처리방법

Info

Publication number: KR920004015B1
Application number: KR1019900006470A
Authority: KR
Inventors: 전병호
Original assignee: 장태성; 전병호
Priority date: 1990-05-08
Filing date: 1990-05-08
Publication date: 1992-05-22
Also published as: KR910020195A

Abstract

내용 없음.

Description

철 또는 철합금 표면의 붕소화 처리제와 붕소화 표면처리방법

본 발명은 철 또는 철합금으로된 피처리제의 표면에 붕소(B)를 확산 침투시켜 내마모성과 내열성, 내식성을 향상시키는 것으로, 특히 요구되는 부분에만 붕소층을 선택적으로 형성시킬 수 있는 붕소화 표면처리제와 붕소화 표면 처리방법에 관한 것이다. 금속표면 경화처리 방법으로서는 여러가지가 알려져 있다. 예를들면, 침탄법, 질화법, 침탄질화법, 붕소화 처리법등이 있다. 그중 붕소화 처리법을 대별하면 용융염법, 전해법, 기체법 및 분말법이 있다 용융법 및 전해법은 용융상태로된 붕사중에 피처리제를 침적유지하는 것으로서 균일한 붕소화층을 얻을 수 있고 형성속도를 크게할 수 있으나, 저온처리가 곤란하므로 내열성 우수한 용기가 필요하는 등 별도장치가 필요하고, 피처리물 표면에 붕사가 고착되어 이를 제거하는데 큰 노력이 요하는등 큰 결점이 있다. 기체법은 염소가스나 수소가스등과 같이 붕소를 가스화하여 그 분위기중에서 처리하여야 하므로 피처리제 표면에는 부착물이 없는 반면 장치가 복잡하고 작업성이 낮은 결점이 있다. 분말법은 붕소공급 원료로서 탄화붕서(B₄C)를 이용한 탄화붕소와 염화암몬(NH₄CI)또는 시안산소다(NaOCN)와의 혼합분말욕중에 피처리제를 매립시켜 특정분위기인 수소 또는 질소중에서 가열처리하는 방법과 탄화붕소와 탄산나트륨(Na₂CO₂) 또는 탄산칼륨(K₂CO₃) 등의 혼합분말을 이용한 방법에 알려지고 있다.

그러나, 이와 같은 방법에서 시안산소다는 용액상으로서 피처리제에 부착이 곤란하고 분해에 따라 독성이 생겨 취급이 용이치 않으며, 또한 이들의 방법은 피처리제의 표면에 산화철의 생성을 방지키위해 밀폐용기 또는 수소, 질소등의 특수분위기중에서 처리함이 필요함은 물론 붕소 침투처리를 부분적인 위치에만 할 경우 불필요한 부분에도 경화층이 생기는 등의 문제점이 있어 불필요한 부분에는 동(CU)도금 또는 약품을 피복하여야 하는 불필요한 공정이 추가되어 생산단가를 높이는 원인이 되고 있다.

또한, 피처리제를 매몰시키는 방법에서는 구조가 대형물이거나 복잡한 경우에는 처리가 곤란하거나 처리제의 소비량이 많아지는 불리한점이 있다. 따라서, 본 발명은 페이스트상으로된 본 발명의 처리제를 피처리제의 원하는 부분만을 선택적으로 도포하여 특정분위기를 필요로 하지 않는 일반 열처리로에서도 경화처리 할 수 있고 표면경도(HV) 1200-2000까지 유지할 수 있는 표면처리 조성물에 대한 기술을 제공함과 동시에 붕소를 피처리제 표면에 확산침투시키는 처리방법을 제공하는데 목적이 있다.

또다른 목적은 전해액등의 사용에 따른 폐수처리 문제를 제거하므로서 무공해 처리가 가능하게 하는데 있다. 또한 본 발명자는 붕소화 표면처리제로서 탄화붕소(B₄C), 봉불화카리(KBF₄), 탄화규소(SiC), 산화붕소(B₂O₃)로 된 것에 촉진제로서 탄산나트륨을 첨가한 조성무롤 된 처리제를 피처리제 표면에 도포한 후 이를 Fe-B(Ferro-Boron)분말속에 넣고 열처리하여 피처리제 표면에 붕소화 처리를 한 기술을 연구 특허출원한 바 있으나 Fe-B분말을 사용할 경우에는 Fe-B 그자체 제조시 필연적인 불순물로서 알루미늄이 들어간다.

그 량이 7중량% 이하품위의 것을 선택하여 사용하지 않는 한 피처리제의 표면에는 알루미늄의 확산이 일어나 붕화물층 형성이 어렵고 형성되어도 실용상 조악한 상태로서 내구성에 문제가 있다. 또한 알루미늄이 2% 이하가 되도록 선택하여도 붕불화카리를 적어도 10% 이상 첨가하지 않으면 상기와 같은 현상의 우려가 있다.

즉, 양호한 붕화물층을 얻기 위하여는 Fe-B내의 알루미늄량의 관리를 엄밀하게 할 필요가 있으며 이를 위하여는 붕불화카리 분말을 다량 사용하지 않으면 안된다.

이에 본 발명은 Fe-B와 붕불화카리 분말을 사용하지 않은 또다른 기술을 제공코자 한다. 이하 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 탄화붕소(B₄C)분말 5∼60중량%, 탄화규소(SiC)분말 5∼40중량%, 촉진제와 점착제중에서 선택하거나 혼합한 30중량% 이하로 조성시켜서 된 철 또는 철합금 표면의 붕소화 처리제로 되어 있다. 또 하나의 처리제는 산화붕소 분말 5~50중량%, 탄화규소 분말 5∼40중량%, 촉진제와 점착제중에서 선택하거나 혼합한 30중량% 이하로 조성시켜서 된 철 또는 철합금 표면의 붕소화 처리제로 구성되며 이렇게 페이스트상으로 구성된 상기의 처리제를 철 또는 철합금 표면에 도포하되 붕소침투 처리를 요하는 부분에만 선택적으로 도포한 후 650∼1000℃에서 1∼10시간 열처리함으로서 붕소를 확산침투시키는 붕소화 침투 표면처리방법으로 구성된다.

다음은 상기와 같은 기술적 구성을 적용시키는 수치한정의 이유와 이에 따른 작용효과를 설명한다. 본 발명에서 붕소화 침투원소로서 탄화붕소 분말은 일반적으로 널리 사용되고 있으며 그 사용이유 역시 상식화되어 있어 이는 생략키로 한다.

본 발명에서는 탄화붕소 분말을 사용하되 상기의 조성물을 각각의 조성비로 구성시키므로서 상호유기적인 관계가 이루어진다. 탄화붕소나 붕소만을 사용하는 경우에는 붕화물층 형성속도가 늦어 처리에 장시간을 요한다. 또한, 이들은 현저히 고가이다.

이에 대하여 본 발명에 따라 탄화규소를 사용하는 경우에는 안가(安價) 뿐만 아니라 순도에도 민감하지 않아 품질관리가 용이하며 붕소화를 활성화시킨다.

또한 Fe-B, B₄C를 사용하는 경우에 비하여 처리제가 가열되어도 고융점 불활성 분말로서 재반복 사용시의 취급이 용이하다. 뿐만 아니라 본 발명의 조성물인 처리제가 가열중 또는 가열후에 용융고화 하는 것을 방지하기 위하여 첨가한다.

따라서 그 량이 본 발명 범위를 벗어나면 효과가 반감된다. 산화붕소는 가열시 증기로 되어 피처리제 표면에 피착하여 붕소가 피처리제 내부에 확산하므로 양호한 붕화물 피막을 얻는다.

그 량이 50% 이상이면 붕화처리 반응에 관여하지 않는 과잉의 산화 붕소가 된다. 촉진제로서는 탄산나트륨이나 소금중 선택된 1종으로 하거나 이들을 혼합한다. 탄산나트륨은 탄화붕소 분말과 반응하여 산화붕소를 생성활성화된 산화붕소를 일으켜 이것이 증기로 되어 피처리제 표면에 피착하여 붕소가 내부에 확산하기 때문에 양호한 붕화물층이 생긴다. 또한 탄산나트륨은 탄화붕소와의 반응에 의하여 CO가스가 발생되어 이것이 침탄을 일으키는 작용을 하는바, 침탄과 붕화처리가 동시에 이루어지는 이점이 있다.

따라서, 30% 이상이면 CO가스발생이 지나치거나 반응에 관여치 않는 산화붕소가 발생한다. 점착제로서는 알콜, 실리콘 점착제, 불소점착제중에서 선택한 1종을 사용한다. 점착제는 조성물의 각 조성비에 따라 임의로 조정하여 첨가하므로서 피처리제의 복잡한 구조나 대행물에 도포시 페이스트상으로서의 형상유지에 도움이 된다.

열처리 온도와 시간 및 조성비는 상호 유기적인 관계가 있는 것으로서, 온도와 시간이 각각 650℃ 이하이고 1시간 이하인 경우는 내마모에 견딜 수 있는 두께의 붕소화층 형성이 곤란하고 1000℃ 이상이고 10시간 이상인 경우는 불필요한 붕소화층이 형성됨은 물론 경제적으로 불리하다. 이하는 본 발명의 실시예를 나타낸다.

[표 1]은 각 조성물과 그 조성비의 혼합조성예를 나타낸 것이고 [표 2]는 [표 1]에 대한 열처리와 붕소침투 깊이를 나타내고 있다.

[실시예 1]

일반 저탄소강 표면의 녹을 제거한 후 기름을 탄지 및 탈청하여 깨끗이 하였다. 이와 같은 표면에 탄화붕소분말 30g, 탄화규소 10g, 소금 10g, 탄산나트륨 10g, 불소점착제 20g을 섞어 만든 페이스트상의 피처리제 표면에 선택적으로 부분 도포한 후 건조하였다.

그후 아르곤 가스를 주입시키고 680℃에서 10시간 처리후 시편을 절단하여 화합물층의 두께와 경도를 측정하였다. 두께 20㎛에서 여러분의 경도를 측정한 결과 Fe₂B와 FeB의 층에서 1200∼1800 전도의 여러경도(HV)가 나타내었다.

[실시예 2]

실시예 1과 같이 실시한 탈지한 피러치제 표면에 탄화붕소분말 20g, 산화붕소분말 20g, 소금 10g, 탄산나트륨 10g, 탄화규소분말 10g, 실리콘 점착제 30g을 섞어 페이프스트상을 부분 도포한 후 건조하였다. 그후 950℃에서 3시간 열처리후 절단된 시편을 조사한 바 두께 100㎛에서 Fe₂B와 FeB층의 여러곳을 측정할 결과 1200∼1800 정도분포의 경도(HV)값을 얻었다.

상기와 같은 방법으로 [표 1]에 따른 [표 2]와 같은 붕소침투 깊이가 여러분포로 나타난 것으로서 이는 요구하는 붕소침투 깊이를 본 발명의 조건에 따라 임의 조성할 수 있음을 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

Claims

탄화붕소(B₄C)분말 5∼60중량%, 탄화규소(SiC)분말 5∼40중량%, 촉진제와 점착제중에서 선택하거나 혼합한 30중량% 이하로 하여 조성하여서 됨을 특징으로 하는 철 또는 철합금 표면의 붕소화 처리제.
제 1 항에 있어서, 촉진제는 소금, 탄산나트륨 중에서 선택하거나 혼합하고, 점착제는 알콜, 실리콘점착제, 불소점착제중에서 선택된 1종임을 특징으로 하는 철 또는 철합금 표면의 붕소화 처리제.
탄화붕소(B₄C)분말 5-50중량%, 탄화규소분말(SiC) 5-40중량%, 산화붕소(B₂O₃)분말 5∼45중량%이하, 촉진제와 점착제중에서 선택하거나 혼합한 30중량% 이하로 하여 조성하여서 됨을 특징으로 하는 철 또는 철합금 표면의 붕소화 처리제.
제 3 항에 있어서, 촉진제는 소금, 탄산나트륨중에서 선택하거나 혼합하고, 점착제는 알콜, 실리콘 점착제, 불소 점착제중 선택된 1종 임을 특징으로 하는 철 또는 철합금 표면의 붕소화 처리제.
탄화붕소(B₄C)분말 5∼60중량%, 탄화규소분말(SiC) 5∼40중량%, 촉진제와 점착제중에서 선택하거나 혼합한 30중량% 이하로 하여 조성된 붕소화 처리제를 피리재의 요구되는 부분에만 선택적으로 도포한 후 650∼1000℃에서 1-10시간 열처리함을 특징으로 하는 철 또는 철합금 표면의 붕소화 침투표면 처리방법.
탄화붕소(B₄C)분말 5∼50중량%, 탄화규소분말(SiC) 5∼40중량%, 산화붕소분말 5∼45중량%, 촉진제와 점착제중에서 선택하거나 혼합한 30중량% 이하로 하여 조성된 붕소화 처리제를 피처리제의 요구되는 부분에만 선택적으로 도포한 후 650∼1000℃에서 1∼10시간 열처리 함을 특징으로 하는 철 또는 철합금 표면의 붕소화 침투표면처리 방법.