초록 ▼

1. 최종목표
오스테나이트계 스테인레스 스틸인 SUS 304의 내식성을 유지하고 표면경도를 향상시켜서, 내마모성, 피로강도가 탁월한 친환경 첨단 저온 플라즈마질화 처리기술을 개발하여 ARMATURE SHAFT에 적용하여 고가의 펌프 ARMATURE SHAFT를 양산하는 기술을 개발
2. 개발내용 및 결과
○ 표면경도 향상
최적의 처리 조건은 질탄화의 경우 400℃에서 20시간 동안 4 torr의 압력으로 25% N₂ 분위기 내에서 처리한 것으로 도출되었으며, 2-step 공정에서 침탄처리 후 질화처리 시 370

1. 최종목표
오스테나이트계 스테인레스 스틸인 SUS 304의 내식성을 유지하고 표면경도를 향상시켜서, 내마모성, 피로강도가 탁월한 친환경 첨단 저온 플라즈마질화 처리기술을 개발하여 ARMATURE SHAFT에 적용하여 고가의 펌프 ARMATURE SHAFT를 양산하는 기술을 개발
2. 개발내용 및 결과
○ 표면경도 향상
최적의 처리 조건은 질탄화의 경우 400℃에서 20시간 동안 4 torr의 압력으로 25% N₂ 분위기 내에서 처리한 것으로 도출되었으며, 2-step 공정에서 침탄처리 후 질화처리 시 370℃에서 10% Ar과 25% N₂를 주입하였을 때 내식성과 경도를 모두 향상시킬 수 있었다. 표면경도는 미처리재 250 $HV_{0.01}$에서 2-step 공정으로 1300 $HV_{0.01}$로 크게 증가 하였다.
○ 경화층 두께 향상
저온 플라즈마 질탄화 시 40시간 처리하여도 경화층은 15㎛ 밖에 형성되지 않았지만 2-step 공정을 이용한 경우 30시간 처리하여 30㎛ 까지 도달하여 load bearing capacity가 증가하였다.
○ 내식성 향상
저온플라즈마 질탄화 및 2-step 공정으로 처리할 경우 미처리재 보다 부식전압이 높아지고 부식전류가 낮아서 내식성이 증가하였다. 또한 pitting 부식이 일어나지 않았다.
○ 저온플라즈마공정을 통해 내식성, 내마모성이 우수한 Armature shaft개발.
3. 사업성과
○ 기술적 성과
1) 기존의 플라즈마 질화장비를 이용하여 스테인리스강의 내식성과 표면경도를 증가시키는 저온플라즈마 질탄화와 저온플라즈마 2-step공정을 개발하여 새로운 열처리분야를 개척하였다.
○ 경제적 성과
1) 선박용 펌프 ARMATURE SHAFT에 내마모성을 증가시키기 위해 열처리를 실시하면 내식성이 크게 감소하는 경향이 있다. 지금 생산하는 Shaft는 열처리 없이 단순가공으로만 생산하고 있어 내식성은 비교적 우수하지만 내마모성이 떨어서 수명이 약 3년 정도로 짧은 단점이 있다. 저온 플라즈마 기술을 이용하여 부품의 표면경도를 증가시키고, 내식성도 향상시켜 제품의 수명을 더욱 길어질 것으로 예상되며, 이 기술을 Armature shaft 뿐만 아니라 다른 부품에도 적용이 가능하므로, 파급효과는 더욱 클 것으로 예상된다.
○ 활용성과 등
1) 저온 플라즈마공정을 적용한 제품의 개발로 인한 원청업체의 본사 기술력에 대한 평가도나 신뢰성이 현저히 향상됨
2) 새로운 신기술의 도입으로 당사 인지도가 향상되어 신제품 개발시 우선참여자격 획득으로 영업상 우선권을 확보하였음
4. 향후추진계획
1) 저온 플라즈마 처리한 Armature shaft를 실제 사용 환경에서 내구시험을 실시하여 저온플라즈마 처리의 우수함을 증명하고 실제 해수펌프에 적용가능 하도록 할 것이다. Armature shaft 뿐만 아니라 내식성과 내마모성을 요구하는 다른 부품에도 이 기술을 도입하여 적용범위를 확대할 계획이다.
2) 현재는 저온 플라즈마 처리가 비교적 용이한 오스테나이트계 스테인리스강의 내식성과 내마모성을 향상시키는데 주력하였으나, 연구를 더욱 더 수행하여 저가 재질인 페라이트계 스테인리스강과, 비교적 내식성이 떨어지는 마르텐사이트계 스테인리스강에도 적용하여 내식성과 내마모성을 동시에 향상시키고자 한다.

목차 Contents

• 3. 과제별 세부 집행내역...1
• I. 조성 금액...1
• II. 과제개발비 집행내역...1
• 개발결과의견서...3
• 최종보고요약서(초록)...4
• 목차...6
• 제 1 장 서론...8
• 제 1 절 플라즈마(Plasma)의 정의...8
• 제 2 절 플라즈마 질화 기구...8
• 제 3 절 저온 플라즈마질화...9
• 제 4 절 플라즈마 질화의 원리...9
• 1. Glow Discharge...10
• 2. 가스의 이온화 과정...10
• 3. 음극 Sputtering 과정...11
• 제 2 장 과제개발 내용 및 방법...17
• 제 1 절 시편준비...17
• 제 2 절 저온 플라즈마질탄화처리...17
• 제 3 절 저온 플라즈마2-step처리 (침탄 + 질화)...18
• 제 4 절 미세구조 관찰...18
• 제 5 절 X-선 회절시험...18
• 제 6 절 경도측정 및 성분분석...18
• 제 7 절 동전위분극시험...18
• 제 3 장 사업성과...22
• 제 1 절 저온 플라즈마질탄화공정의 최적화...22
• 제 2 절 저온 플라즈마2-step공정의 최적화...29
• 1 저온 플라즈마2-step공정에서 질화처리 시 $CH_4$의 영향...29
• 2 저온 플라즈마2-step공정에서 질화처리 시 Ar의 영향...35
• 제 3 절 기술개발에 따른 경제적 성과...39
• 제 4 절 대외 인지도 향상...39
• 1. 신뢰도 향상...39
• 2. 영업상 우선권 확보...39
• 3. 새로운 열처리 분야 개척...39
• 제 4 장 결론...39
• 제 1 절 저온 플라즈마질탄화공정...39
• 제 2 절 저온 플라즈마2-step공정...39
• 제 3 절 향후추진계획...40
• 부록...41