강의 표면경화법으로서, 강의 표면으로부터 내부에 질소원자를 확산시켜 강의 내마모성, 내피로성 및 내부식성등을 부여하는 室化法이 있다. 질화법에는 가스질화, 염욕질화, 이온(플라즈마)질화법으로 대별된다. 질화는 773-873K의 저온에서 처리하기 때문에 열적으로 안정하고, 치수변화가 적은점등의 이점이 있어 공업적으로도 널리 응용되어지고 있다. 한편, 침유질화에 의해 강의 표면에 형성되는 유화물피막은, 특히 마찰시에 습동마찰특성을 개선하는 것에 효과가 있다. 그러나, 종래로부터 사용되어지고 있는 침유질화처리에서는, ...
강의 표면경화법으로서, 강의 표면으로부터 내부에 질소원자를 확산시켜 강의 내마모성, 내피로성 및 내부식성등을 부여하는 室化法이 있다. 질화법에는 가스질화, 염욕질화, 이온(플라즈마)질화법으로 대별된다. 질화는 773-873K의 저온에서 처리하기 때문에 열적으로 안정하고, 치수변화가 적은점등의 이점이 있어 공업적으로도 널리 응용되어지고 있다. 한편, 침유질화에 의해 강의 표면에 형성되는 유화물피막은, 특히 마찰시에 습동마찰특성을 개선하는 것에 효과가 있다. 그러나, 종래로부터 사용되어지고 있는 침유질화처리에서는, 황화수소 또는 시안산화합물과 같은 독성있는 물질을 취급하는 단점이 있으므로, 안전면으로부터 지금까지 경원되어 왔다. 이에 반해, 질소가스를 포함한 저압의 분위기내에서 양극과 음극 사이에 고압의 직류전압을 인가하면, 음극 주위에 글로우방전이 발생해 질소는이온화되고, 음극표면에 충돌해서 질화현상이 일어난다. 이 현상을 이용한 이온(플라즈마)질화법은 공해의 대책으로 되는 물질을 사용하지 않으므로, 종래의 가스와 염욕질화법과 비교해서 위험이 적고, 질화속도의 신속화 및 성에너지등의 우수한 특징을 가지고 있다. 본 논문은 6장으로 구성되며, 제 1장과 2장에서는, 본 연구의 배경과 글로우 방전을 이용한 강의 이온질화에 관한 기로실험 결과에 대해서 요약한다. 제 3장에서는, 새로운 이온질화법으로서, 보조음극인 합금원소(알루미늄, 크롬, 티타늄 등)로부터 스파타된 원자가 대항하는강의 표면에 도달해 확산하는 것에 의해, 표면경도 및 경화깊이가 변화하는것에 대해 설명한다. 가스압 665Pa 이라고 하는 혹은 스파타용 타케트로서 사용해, 강에 대해 이온질화 처리를 행했다. 시료로서 S45C, SCM435강 및 순철(99.99%)을 이용했다. 표면경도는 강의 의해 다르지만 S45C는 820∼890Hv, SCM435는 1000Hv이상, 순철(99.99%)은 240Hv정도이다. 스파타용 음극에 크롬 혹은 티타늄을 사용한 경우에도 시료의 표면경도는 이온질화한 시료(521Hv)보다 조금 높다. S45C에 대해 스파타용 크롬 음극을 이용한 경우는 약 734Hv, 스파타용 티타늄 음극을 이용한 경우는 약 667Hv이다. 제 4장에서는, 이온질화와 이황화모리브덴의 스파타링을 조합한 새로운 플라즈마침유질화법에 대해서 설명한다. 시료는 SCM435를 이용했다. 가스압 665Pa의 30vol%N₂∼70%volH₂혼합가스내에, 시료온도 823K에서 처리시간 10.8ks동안 이온질화 처리한 SCM435에서는 약 4㎛의 화합물층과 표면으로부터 400㎛의 질소확산층이 형성되었다. 또한, 동 조건하에서 500V의 방전전압을 이황화모리브덴에 걸어 플라즈마침유질화한 SCM435에서는 최표면층에 모리브덴을 고용한 FeS층, 그 밑에는 γ' -Fe₄N 및 ε-Fe₂_₃N의 질화물의 12㎛의 투께의 화합물층이 형성되고, 표면으로부터 400㎛까지 질소확산층이 얻어졌다. 제 5장에서는, 홀로캐소드 방전을 이용한 프라즈마침유질화법에 대해서 설명한다. 즉, SCM435강판을 시료홀더위에 설치하고, 보조음극인 이황화모리브덴판을 3∼10mm의 간격을 두어 강판과 평행으로 놓고, 가스압 665Pa의 30vol%N₂-70%volH₂혼합가스내에서 홀로캐소드 방전을 이용해 처리한 결과에대해서 기술한다. 플라즈마침유질화한 SCM435의 표면에 약 8∼15㎛의 화합물층과 400㎛의 질소화합물층이 형성되었다. 화합물층은 모리브덴을 고용하는 FeS층과 철의 질화물로 형성된다. 철의 질화물은 γ' -Fe₄N 및 ε-Fe₂_₃N의 질화물이며, FeS층 아래에 형성된다. 시료온도 823K에서 플라즈마침유질화한 SCM435의 화합물층의 투께와 표면경도는 시료와 이황화모리브덴사이의 간격에 의해 다르다. 마지막으로, 침유층의 형성기구를 스파타모델 및, 질소, 유황과 모리브덴 원자의 확산계수를 이용해 열역학적인 측면으로부터 검토한다. 그 결과, 통상의 이온질화 분위기내에서, 보조음극인 이황화모리브덴으로부터 유황과 모리브덴이 스파타되어 강의 표면에 도달해, 강의 표면에 모리브덴을 포함한 FeS피막을 형성가능함이 분명하게 밝혀졌다. 이상과 같이, 본 연구에서는, 수백 Pad이라고 하는 스파타링이 일어나기 어려운 질소혼합가스분위기내에서, 이황화모리브덴을 스파타용타케트 혹은 보조음극으로서 이용해 이온(플라즈마)질화의 특징을 활용한 새로운 플라즈마침유질화법을 개발했다. 또한, 합급원소(알루미늄, 크롬, 티타늄 등)을 보조음극으로서 이용해, 홀로캐소드 방전을 이용한 새로운 이온질화법을 제안했다. 이들의 새로운 질화법이 더욱 발전하고, 철강재료의 다 기능화에 공헌되기를 기대한다. 또한, 보조음극의 사용에 의해 보조음극으로부터 스파타된 원자가 플라즈마영역을 지나 반대방향으로 이동해, 시료표면에 도달해 확산하는 것이 분명하게 되었다. 이 현상을 활용해서 다른 재료에도 응용하는 것이 기대되어진다.
강의 표면경화법으로서, 강의 표면으로부터 내부에 질소원자를 확산시켜 강의 내마모성, 내피로성 및 내부식성등을 부여하는 室化法이 있다. 질화법에는 가스질화, 염욕질화, 이온(플라즈마)질화법으로 대별된다. 질화는 773-873K의 저온에서 처리하기 때문에 열적으로 안정하고, 치수변화가 적은점등의 이점이 있어 공업적으로도 널리 응용되어지고 있다. 한편, 침유질화에 의해 강의 표면에 형성되는 유화물피막은, 특히 마찰시에 습동마찰특성을 개선하는 것에 효과가 있다. 그러나, 종래로부터 사용되어지고 있는 침유질화처리에서는, 황화수소 또는 시안산화합물과 같은 독성있는 물질을 취급하는 단점이 있으므로, 안전면으로부터 지금까지 경원되어 왔다. 이에 반해, 질소가스를 포함한 저압의 분위기내에서 양극과 음극 사이에 고압의 직류전압을 인가하면, 음극 주위에 글로우방전이 발생해 질소는이온화되고, 음극표면에 충돌해서 질화현상이 일어난다. 이 현상을 이용한 이온(플라즈마)질화법은 공해의 대책으로 되는 물질을 사용하지 않으므로, 종래의 가스와 염욕질화법과 비교해서 위험이 적고, 질화속도의 신속화 및 성에너지등의 우수한 특징을 가지고 있다. 본 논문은 6장으로 구성되며, 제 1장과 2장에서는, 본 연구의 배경과 글로우 방전을 이용한 강의 이온질화에 관한 기로실험 결과에 대해서 요약한다. 제 3장에서는, 새로운 이온질화법으로서, 보조음극인 합금원소(알루미늄, 크롬, 티타늄 등)로부터 스파타된 원자가 대항하는강의 표면에 도달해 확산하는 것에 의해, 표면경도 및 경화깊이가 변화하는것에 대해 설명한다. 가스압 665Pa 이라고 하는 혹은 스파타용 타케트로서 사용해, 강에 대해 이온질화 처리를 행했다. 시료로서 S45C, SCM435강 및 순철(99.99%)을 이용했다. 표면경도는 강의 의해 다르지만 S45C는 820∼890Hv, SCM435는 1000Hv이상, 순철(99.99%)은 240Hv정도이다. 스파타용 음극에 크롬 혹은 티타늄을 사용한 경우에도 시료의 표면경도는 이온질화한 시료(521Hv)보다 조금 높다. S45C에 대해 스파타용 크롬 음극을 이용한 경우는 약 734Hv, 스파타용 티타늄 음극을 이용한 경우는 약 667Hv이다. 제 4장에서는, 이온질화와 이황화모리브덴의 스파타링을 조합한 새로운 플라즈마침유질화법에 대해서 설명한다. 시료는 SCM435를 이용했다. 가스압 665Pa의 30vol%N₂∼70%volH₂혼합가스내에, 시료온도 823K에서 처리시간 10.8ks동안 이온질화 처리한 SCM435에서는 약 4㎛의 화합물층과 표면으로부터 400㎛의 질소확산층이 형성되었다. 또한, 동 조건하에서 500V의 방전전압을 이황화모리브덴에 걸어 플라즈마침유질화한 SCM435에서는 최표면층에 모리브덴을 고용한 FeS층, 그 밑에는 γ' -Fe₄N 및 ε-Fe₂_₃N의 질화물의 12㎛의 투께의 화합물층이 형성되고, 표면으로부터 400㎛까지 질소확산층이 얻어졌다. 제 5장에서는, 홀로캐소드 방전을 이용한 프라즈마침유질화법에 대해서 설명한다. 즉, SCM435강판을 시료홀더위에 설치하고, 보조음극인 이황화모리브덴판을 3∼10mm의 간격을 두어 강판과 평행으로 놓고, 가스압 665Pa의 30vol%N₂-70%volH₂혼합가스내에서 홀로캐소드 방전을 이용해 처리한 결과에대해서 기술한다. 플라즈마침유질화한 SCM435의 표면에 약 8∼15㎛의 화합물층과 400㎛의 질소화합물층이 형성되었다. 화합물층은 모리브덴을 고용하는 FeS층과 철의 질화물로 형성된다. 철의 질화물은 γ' -Fe₄N 및 ε-Fe₂_₃N의 질화물이며, FeS층 아래에 형성된다. 시료온도 823K에서 플라즈마침유질화한 SCM435의 화합물층의 투께와 표면경도는 시료와 이황화모리브덴사이의 간격에 의해 다르다. 마지막으로, 침유층의 형성기구를 스파타모델 및, 질소, 유황과 모리브덴 원자의 확산계수를 이용해 열역학적인 측면으로부터 검토한다. 그 결과, 통상의 이온질화 분위기내에서, 보조음극인 이황화모리브덴으로부터 유황과 모리브덴이 스파타되어 강의 표면에 도달해, 강의 표면에 모리브덴을 포함한 FeS피막을 형성가능함이 분명하게 밝혀졌다. 이상과 같이, 본 연구에서는, 수백 Pad이라고 하는 스파타링이 일어나기 어려운 질소혼합가스분위기내에서, 이황화모리브덴을 스파타용타케트 혹은 보조음극으로서 이용해 이온(플라즈마)질화의 특징을 활용한 새로운 플라즈마침유질화법을 개발했다. 또한, 합급원소(알루미늄, 크롬, 티타늄 등)을 보조음극으로서 이용해, 홀로캐소드 방전을 이용한 새로운 이온질화법을 제안했다. 이들의 새로운 질화법이 더욱 발전하고, 철강재료의 다 기능화에 공헌되기를 기대한다. 또한, 보조음극의 사용에 의해 보조음극으로부터 스파타된 원자가 플라즈마영역을 지나 반대방향으로 이동해, 시료표면에 도달해 확산하는 것이 분명하게 되었다. 이 현상을 활용해서 다른 재료에도 응용하는 것이 기대되어진다.
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