초록 ▼

모든 산업의 모체와 같은 전통적인 기계설비로부터 21세기의 핵심기술중의 하나인 정보통신기술의 중추이자 세포 역할을 하고 있는 반도체의 검사 및 제조설비의 품질과 성능에 가장 중요한 기계적인 특성인 부품의 마모와 피로에 의한 수명을 향상시키기 위하여 필요한 필수적인 공정이 표면경화(case hardening)이다. 특히 금속재료의 표면 경화법에는 화학적인 방법과 물리적인 방법이 있다. 화학적 방법에는 침탄경화, 질화처리, 침류처리, 금속 침투법, 화학 증착법처리 등이 있으며, 물리적 방법에는 고주파 경화, 화염 경화, 방전 경화, 물

모든 산업의 모체와 같은 전통적인 기계설비로부터 21세기의 핵심기술중의 하나인 정보통신기술의 중추이자 세포 역할을 하고 있는 반도체의 검사 및 제조설비의 품질과 성능에 가장 중요한 기계적인 특성인 부품의 마모와 피로에 의한 수명을 향상시키기 위하여 필요한 필수적인 공정이 표면경화(case hardening)이다. 특히 금속재료의 표면 경화법에는 화학적인 방법과 물리적인 방법이 있다. 화학적 방법에는 침탄경화, 질화처리, 침류처리, 금속 침투법, 화학 증착법처리 등이 있으며, 물리적 방법에는 고주파 경화, 화염 경화, 방전 경화, 물리 증착법, 레이저 열처리가 등이 있다. 이러한 표면경화공정은 부품제조공정중 가장 마지막 단계로써 성능과 품질을 결정하는 필수 핵심공정에 해당하나, 환경적으로 큰 유해요소인 연소와 열분해에 의한 산물, 수지결합에 관련된 화학물질, 일산화탄소, 질산조와 시안화 화합물, 황화수소, 6가 크롬산, 인산등이 발생되는 공정이기도 하다. 근래까지의 이러한 표면경화공정의 주요기술개발목표는 비용절감, 생산성 향상, 품질개선이었으나 최근에는 이러한 요소보다 더욱 중요한 요소가 친환경보전이다. ISO 14000(환경시스템이 최소한 갖추어야 할 기준)이 ISO9000 도입이후 세계적인 도입추세가 되고 있으며 이로 인해 친환경보전요소가 21세기의 가장 중요한 경쟁력 인자로 등장하게 될 것이다. 따라서 금속의 피로수명 및 내마모성을 향상시키기 위한 표면경화공정은 기존에 발생하던 오염물질을 사전에 예방하는 친환경보전적인 기술이면서도 채용하는 산업계에 추가적인 비용이나 생산성과 품질의 희생없이 오히려 원가절감, 생산성 향상 및 품질 향상의 효과를 줄 수 있는 공정이 되어야 하며, 이러한 기술을 개발해야할 필요성은 절실하다. 또한 그 수요도 계속 증가하고 있고 개발의 효과도 대단히 크다.
본 연구의 목적은 금속의 무공해 표면경화기술 및 장치 개발인데 이는 기존의 표면 경화처리 시장에서 공해요소를 사전에 예방하고 기존의 표면처리 효과보다 원가절감 및 생산성, 품질 향상을 가져올 수 있는 기술개발을 통하여 기존의 표면경화기술을 새로운 환경보전의 측면에서 개선할 수 있는 효과를 가져올 수 있다. 또한 난삭재의 표면경화와 금형등의 사상에도 응용함으로서 표면경화 및 사상 전반에 큰영향을 미칠것으로 기대한다.

Abstract ▼

Case hardening is the necessary process to improve fatigue life and increase wear resistance of the parts which the machines are composed of. Especially there are two methods in case hardening of metal surface. They are physical and chemical method. Carburizing, Nitriding, and CVD are chemical metho

Case hardening is the necessary process to improve fatigue life and increase wear resistance of the parts which the machines are composed of. Especially there are two methods in case hardening of metal surface. They are physical and chemical method. Carburizing, Nitriding, and CVD are chemical method, High frequency heat treatment, PVD, and Laser heat treatment are physical method. These classical case hardening methods are the final and important process for determinating the quality and performance of the parts, but produce many harmful factors of environment - combustion, product by thermal decomposition, chemical material related to resine compound, CO, 6 balance Cr, and phosphoric acid. The research goal in this field was cost-effectivity, productivity, improvement of quality, but recently more important factor of research is eco-friendly. The adoption of ISO 14000(the standard of the eco-system) is a world trend after ISO9000 adoption. Because of this, eco-friendly factor will be most important factor of the competition in 21st century. Therefore, case hardening must be not only eco-friendly technology to protect the environment from pollution source, but also cost-effective technology and gives the industry the high productivity and high quality. This kind of case hardening technology is necessary. This technical requirement increase gradually and the effect of this technology development is strong on environment and economy.
The purpose of this research is the development of eco-case hardening technology of a metal by ultrasonic energy. This technology protects the environment from the pollution source and improves the cost-effectivity, productivity and quality rather than classical one. Through this technology will give pollution protection, high cost-effectivity, high productivity and high quality to case hardening market and we expect big effect to all fields of case hardening and burnishing.

목차 Contents

• 제출문 ...1
• 요약문 ...2
• SUMMARY ...7
• CONTENTS ...12
• 목차 ...14
• 1장 서론 ...17
• 2장 국내외 기술개발현황 ...18
• 1절 국내외 유사기술 개발현황 ...18
• 1. 전통적인 표면경화기술 ...18
• 2. Shot peening ...19
• 3. WPC ...19
• 4. 침탄법 ...20
• 5. 질화법 ...22
• 6. 경질크롬도금 ...24
• 2절 국내외 유사기술과의 차별성 ...25
• 3장 연구내용 ...27
• 1절 이론적 배경 ...27
• 1. 초음파 표면경화기술(Ultrasonic Case Hardening Technology)의 이론적 배경 ...27
• 2절 최종목표 ...35
• 1. 최종목표 ...35
• 3절 연차별 목표 및 내용 ...42
• 1. 연차별 주요 사업내용 및 범위 ...42
• 2. 1차년도 목표 및 내용 ...43
• 3. 2차년도 목표 및 내용 ...45
• 4. 3차년도 목표 및 내용 ...49
• 4절 연차별 연구결과 요약 및 평가 ...51
• 1. 1차년도 연구결과 및 평가 ...51
• 2. 2차년도 연구결과 및 평가 ...55
• 3. 3차년도 연구결과 및 평가 ...60
• 5절 1차년도 연구수행내용 ...66
• 1. 초음파 표면경화용 실험 장치 설계 및 제작 ...66
• 2. 진동자 및 발진기의 선정 ...68
• 3. 혼 및 부스터의 설계 제작 ...72
• 4. Tip 및 볼의 선정 ...74
• 5. 고유진동수의 실험 ...75
• 6. 공작기계 장착 취부설계 ...77
• 7. 진폭시험 ...78
• 8. Total load 측정 실험 ...80
• 9. 물성예비실험 ...89
• 10. 응용실험 ...96
• 11. 연삭기 주축(SACM645) ...109
• 12. 티타늄 부품 ...110
• 13. 스테인레스 강(베어링 스핀들용 SUS400계열에 적용) ...113
• 14. 기타 기계류 부품에 응용시험 ...115
• 6절 2차년도 연구수행 내용 ...117
• 1. 전용기제작 ...117
• 2. 적용소재 물성분석 ...197
• 7절 3차년도 연구수행 내용 ...238
• 1. UCH의 초음파 진동부 ...240
• 2. 평면 및 자유곡면용 UCH unit 개발 ...256
• 3. 평면 및 자유곡면 처리용 UCH전용설비 개발 ...277
• 4. 3차년도 적용대상품연구 ...287
• 4장 연구개발 달성도 및 기여도 ...330
• 1절 연구개발 달성도 ...330
• 1. 1차년도 평가항목 달성도 ...330
• 2. 2차년도 평가항목 달성도 ...331
• 3. 3차년도 평가항목 달성도 ...334
• 4. 연구개발기여도 ...336
• 5장 연구개발결과의 활용계획 ...339
• 1절 기술개발시 예상되는 파급효과 및 활용방안 ...339
• 1. 활용방안 ...339
• 2절 활용방안 및 사업화계획 ...340
• 1. 사업화계획 ...340
• 2. 무역수지 개선효과 ...341
• 6장 참고자료 ...342
• 별첨 ...357