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질화에 의한 단시간 심층 표면경화법

전문가 제언: ○ 본 발명은 심층경화(deep hardening) 기술에 관한 것인데, 표면경화 시에 짧은 시간 내에 복합층의 경화깊이를 더욱 깊게 하고자 하였다. 특히 자동차 혹은 건설장비류에 있어서 강 혹은 주철로 이루어진 트랜스미션관련 부품과 동력전달장치(power train) 부품의 마찰, 마모, 피로강도 등과 같은 표면품질 특성을 향상시킬 수 있고 생산성을 증가시킬 수 있는 효과가 크므로 향후 국내 기업체의 활용이 기대된다.

○ 본 발명의 질화처리 전공정은 배출단계 ⇒ 질화가스 공급단계 ⇒ 가열단계 ⇒ 두 번째 배출단계 혹은 교체단계 ⇒ 두 번째 가열단계 ⇒ 냉각단계의 6단계를 거치며, 질화가스 중의 암모니아는 질소로 인하여 화학방정식 NH3 ←→ [N] + 3/2H2에 의해 질화물을 생산하게 되어 표면경화를 하게 된다.

○ 표면경화 시에 화합물 층 내에 있는 질소의 농도는 강재료의 표면으로 갈수록 더 높게 되는데, 상(phase)은 내부에서 표면으로 향하여 γ로부터 ε으로 ζ으로 바뀐다. 이러한 관점에서 부서지기 않고 균열이 없는 화합물 층은 주로 ε상이거나 ε+γ 혼합상으로 주로 형성되어 있다. 그렇지만 Fe-N 상변태도에 의하면 ε상은 질소를 6～11wt.% 함유되어 있다. 만약 ε상이 9wt.% 이상 함유되어 있으면 화합물 층은 취약하고 쉽게 부서진다. 그래서 11wt.%의 질소를 함유하고 있는 ζ상의 화합물 층도 역시 더욱 취약하고 쉽게 부서진다. 가장 효율적인 질화기술은 이를 기반으로 하는 화합물 층의 최적의 구성성분 조절이 열처리기술의 핵심이 될 수 있다.

○ 종래부터 질화 혹은 침탄처리는 염욕질화, 가스연질화, 가스질화, 침탄고주파 경화 등에 의해 350～600℃의 가열범위에서 실시되었는데 화합물 층의 두께를 5㎛ 혹은 그 이상으로 요구되어 왔었다. 순수한 질화시간은 적어도 1시간 이상, 대부분 2～4시간 걸렸으며, 탈지, 예열, 세정후공정를 포함해서 전체의 작업시간은 적어도 2～5시간 걸리는 정도였다. 본 발명에서는 이러한 장시간의 표면경화시간을 줄여 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 획기적인 방법이 제시되어 있으므로 국내 표면경화관련 기업체에서의 본 발명에 대한 기술습득이 기대된다.

저자: Thai Parkerizing Co., Ltd.
자료유형: 니즈특허정보