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제안 방법
- 사용된 질화처리 장비의 모식도는 그림 1에 나타내었으며, 이때 사용된 스크린은 Ø600 mm 내경, 1500 mm의 높이이며 Ø10 mm의 구멍으로 타공되어 있다. STS 431 시편을 챔버내 장입 후 표면의 오염물과 생성된 Cr2O3의 부동태막을 제거하기 위하여 스퍼터링을 실시한 후 표 2에 나타낸 실험조건의 처리온도와 시간에서 실험을 진행하였다. 질화처리효과를 증대시키기 위하여 엣지효과(Edge effect)를 발생시키지 않는 범위14)인 2A의 바이어스 전류를 처리물에 인가하여 실험을 진행하였다.
- 경면처리를 위해 #200, #400, #800, #1,200의 사포와 1 µm 알루미나를 이용하여 기계적 연마를 실시하였으며 표면의 오염물질을 제거하기 위하여 아세톤과 알코올에서 각각 15분간 초음파 세척을 실시하였다.
- 의 범위로 X선 회절분석(PANalytical, X'Pert PRO)을 하였고 시편단면을 5% Nital 용액에 에칭후 FE-SEM(Hitachi, S-4800)을 이용하여 경화 깊이 및 조직 분석을 하였다. 또한 글로우 방전분 광기(LECO, GDS850A)를 이용하여 처리깊이에 따른 성분조성을 분석하였고 마이크로 비커스경도기(Mitutoyo, HM-124)에 10 g 측정하중으로 처리된 시편의 단면경도를 측정하였다. 처리된 시편의 마모 특성을 평가하기 위하여 ball-on-disk 마모시험기를이용하였으며 상대재는 베어링강인 STB-2를 15 N의 하중과 100 rpm의 회전속도로 500 m의 거리를 측정하였다.
- 마모 시험 후 10−5 g까지 측정이 가능한 극미량 저울(XP205V, Mettler)을 이용하여 상대재인 베어링강과 시편의 무게감소량을 측정하였다.
- 본 실험은 질화효과가 우수한 활성 스크린 질화 처리법을 이용하여 550℃ 이하의 낮은 처리온도와 8시간 이하의 처리시간을 기준으로 마르텐사이트계 스테인리스강인 STS 431강을 처리시편의 질화층의 경도, 마모특성, 경화깊이, 단면조직 및 생성상의 변화를 관찰하였다.
- STS 431 시편을 챔버내 장입 후 표면의 오염물과 생성된 Cr2O3의 부동태막을 제거하기 위하여 스퍼터링을 실시한 후 표 2에 나타낸 실험조건의 처리온도와 시간에서 실험을 진행하였다. 질화처리효과를 증대시키기 위하여 엣지효과(Edge effect)를 발생시키지 않는 범위14)인 2A의 바이어스 전류를 처리물에 인가하여 실험을 진행하였다.
- 또한 글로우 방전분 광기(LECO, GDS850A)를 이용하여 처리깊이에 따른 성분조성을 분석하였고 마이크로 비커스경도기(Mitutoyo, HM-124)에 10 g 측정하중으로 처리된 시편의 단면경도를 측정하였다. 처리된 시편의 마모 특성을 평가하기 위하여 ball-on-disk 마모시험기를이용하였으며 상대재는 베어링강인 STB-2를 15 N의 하중과 100 rpm의 회전속도로 500 m의 거리를 측정하였다. 마모 시험 후 10−5 g까지 측정이 가능한 극미량 저울(XP205V, Mettler)을 이용하여 상대재인 베어링강과 시편의 무게감소량을 측정하였다.
- 처리된 시편의 상분석을 위하여 CuKα 타겟을 이용하여 20~80o 의 범위로 X선 회절분석(PANalytical, X'Pert PRO)을 하였고 시편단면을 5% Nital 용액에 에칭후 FE-SEM(Hitachi, S-4800)을 이용하여 경화 깊이 및 조직 분석을 하였다.
- 처리온도와 처리시간의 증가가 시편의 화학적 조성에 미치는 영향은 GDS를 이용하여 분석하였다. 그림 4(a), (b)는 450℃에서 8시간 처리된 시편과 550℃에서 2시간 처리된 시편의 GDS 분석결과로서 시간과 온도의 증가에도 불구하고 깊이에 따른 크롬의 조성변화가 없었으며 모재내로 확산된 질소의 확산깊이가 그림 2의 단면사진에 나타난 경화층 두께와 유사하였다.
- 활성 스크린 이온질화처리법을 이용하여 질화처리를 실시할 때 처리온도와 처리시간에 따른 STS 431강의 변화를 FE-SEM을 이용하여 관찰하였다. 그림 2(a), (b), (c)는 450, 500, 550℃의 온도에서 각각 2시간 동안 질화처리된 시편의 단면사진으로 처리온도가 높아질수록 질화층의 두께는 점차적으로 증가하였고 처리온도를 450℃로 고정하여 2, 4, 8시간 처리한 시편의 단면사진인 그림 2(a), (d), (e) 와 같이 질화층의 두께가 시간의 증가에 비례하여 증가하였다.
- 활성 스크린 이온질화처리시 온도와 시간의 변화에 의해 생성되는 화합물상을 조사하기 위하여 XRD 분석을 실시하였다. 처리되지 않은 STS 431 원소재는 44.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 STS 431강의 시편은 φ22 × 6 mm 디스크 형태를 사용하였으며 화학조성은 표 1에 나타내었다.
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