초록 ▼

1. 최종목표
저온 플라즈마 침탄및 질화기술을 오스테나이트계 316L 스테인레스강 소재의 back ferrule에 적용하여 두께 20-30$\mu$m의 균일한 표면경화층을 생성시켜서, 원소재(SUS 316L) 보다 우수한 내식성및 고경도를 가진 고가의 ferrule을 양산화하는 기술을 개발한다. 구체적으로 플라즈마처리된 back ferrule의 표면경화층은 표면처리후 표면경도 HV0.1 1000이상, 경화층 20μm 이상의 특성을 보유하고 차아염소산 나트륨의 용액에서 96시간 동안 침지후에도 녹이 발생하지

1. 최종목표
저온 플라즈마 침탄및 질화기술을 오스테나이트계 316L 스테인레스강 소재의 back ferrule에 적용하여 두께 20-30$\mu$m의 균일한 표면경화층을 생성시켜서, 원소재(SUS 316L) 보다 우수한 내식성및 고경도를 가진 고가의 ferrule을 양산화하는 기술을 개발한다. 구체적으로 플라즈마처리된 back ferrule의 표면경화층은 표면처리후 표면경도 HV0.1 1000이상, 경화층 20μm 이상의 특성을 보유하고 차아염소산 나트륨의 용액에서 96시간 동안 침지후에도 녹이 발생하지 않았다. 그리고 300Kg/$cm^{2}$의 압력에서의 체결 테스터에서 질소 가스의 누설이 발생하지 않았다.
2. 개발내용 및 결과
?저온 플라즈마 침질탄화및 2-step 공정의 최적화
1. 플라즈마 침질탄화의 경우 400˚C-430˚C에서 15시간 동안 4 torr의 압력으로 25% N2 분위기내에서 처리한 것으로 도출
2. 2-step 공정에서 470-500˚C에서 15시간 침탄처리 후 질화처리 시 370˚C-400˚C에서 5 시간동안 10% Ar과 25% N2 분위기 내에서 처리한 것으로 도출
?최적 공정에서 처리된 back ferrule 단품의 표면경화층의 미세조직, 내식성및 체결성시험- 양산화기술에 적용 가능.
1.표면경화층은 표면처리후 표면경도 HV0.1 1000이상, 경화층 20μm 이상의 특성을 보유.
2.차아염소산 나트륨의 용액에서 96시간 동안 침지후에도 녹이 미발생.
3. 300Kg/$cm^{2}$의 압력에서의 체결 테스터에서 질소 가스의 누설이 미발생.
3. 사업성과
? 기술적 성과
이번 연구과제 수행결과로 스테인리스강의 플라즈마 질화 기술의 최적조건이 체계적으로 규명되면, 플라즈마 질화기술이 스테인리스강의 영역에까지 확장되어 청정기술인 플라즈마 열 처리기술이 한 단계 더 발전할 수 있는 계기가 될 것이다. 선진 기술인 플라즈마 표면개질 기술이 국내 산업에 체계적으로 수용되어 기존의 재래식 방식의 열처리 기술을 대체하여 작업환경을 개선시킬 수 있다. 또 날로 심각해지는 환경문제를 해결하고, 처리가스와 에너지가 적게 들고 고품질의 제품을 생산함으로써, 하루가 다르게 성장하는 중국의 값싼 노동력으로 인한 원가 경쟁에서 보다 유리한 지점을 차지하게 될 것이다.
? 경제적 성과
본 기술이 양산화되어지면 내식성및 고경도를 가진 우수한 특성의 ferrule을 제조하여 환경에 치명적이고, 15 단계로 구성되어 있는 기존 기술을 대체할 수 있는 친환경및 고부가가치 기술로 평가된다. 국내의 대표 밸브제조회사(하이록코리아, 비엠티, 디케이테크)가 ferrule의 표면처리를 위하여 협력업체에 지불하는 경비가 월 평균 1억 3천만원이다. 본 기술이 상용화 되면 최소한 월 매출이 1억원 이상이므로 고용창출및 기술개발에 투자가 가능하다. 그리고 스테인리스강의 소재로 만들어진 tube fitting부품인 ferrule이외에도 해양플랜트부품, 조선기자재부품및 주방기구에 널리 응용될 수 있다.
? 사회적 성과(일자리 창출 등)
지방분권정책의 핵심은 지방의 산업을 육성하고 우수한 지방의 인재를 양성하는 것이다. 지방대학의 열악한 재정으로 우수한 인재의 역외 유출(주로 수도권 대학원 진학)을 막을 수 없다. 지역인재 육성을 위한 전략은 지역의 유능한 인력을 적극적으로 발굴, 육성하여, 지역 산업 혁신을 선도할 기술력이 뛰어난 중소기업에 취업시키는 지역혁신시스템을 구축이 절실 하다고 사료된다. 따라서 첨단 열처리 기술인 플라즈마 질화기술을 지방 중소기업의 핵심 기술로 육성하여, 우수한 인재를 채용할 수 있다면 부산지역의 기계및 조선기자재부품산업의 육성을 위하여 크게 기여할 것으로 사료된다.
4. 기술개발결과 활용계획
가능하다면 투자자의 지원을 받았서, 대용량 플라즈마 이온질화장비를 구매(대당 3억)하여 개발된 기술을 스테인리스강의 소재로 만들어진 tube fitting부품인 ferrule이외에도 선박부품및 주방부품에 적용한다. 따라서 내식, 내마모특성이 월등히 향상된 저온 플라즈마 처리기술의 양산화를 가능하게 한다. 그리고 처리비용은 기존의 연질화 열처리 가격의 2배정도인 2000원/kg로 예상하고 고, 기술및 가격에 있어서 충분한 경쟁력이 있다고 생각된다.

목차 Contents

• 개발결과의견서 ...1
• 사업비사용실적보고서 ...2
• 개발결과의견서 ...5
• 최종보고요약서(초록) ...6
• 목 차...8
• 제 1 장 서론 ...10
• 제 1 절 플라즈마(Plasma)의 정의 ...11
• 제 2 절 플라즈마 질화 기구 ...11
• 제 3 절 플라즈마 질화의 원리 ...12
• 1. Glow Discharge ...12
• 2. 가스의 이온화 과정 ...13
• 3. 음극 Sputtering 과정 ...13
• 4. 플라즈마 질화층의 미세구조 ...14
• 제 2 장 과제개발 내용 및 방법 ...22
• 제 1 절 과제개발내용 ...22
• 1. 개발대상 기술(또는 제품)의 개요 ...22
• 2. 기술(또는 제품) 개발의 필요성 및 중요성 ...22
• 제 2 절 방법 ...22
• 1. 시편준비 ...22
• 2. 저온 플라즈마 침질탄화및 2-step 처리 ...23
• 3. 플라즈마 질화층의 재료물성 평가 ...24
• 3-1. 표면층의 상분석 ...24
• 3-2. 미세조직 관찰 ...24
• 3-3. 성분분석(GDS)및 미소 경도 측정 ...24
• 3-4. 전기화학적 분극시험및 침지시험 ...24
• 3-5. 체결시험 ...25
• 제 3 장 사업성과 ...28
• 제 1 절 저온 플라즈마 침질탄화및 2-step 처리 ...28
• 1. 저온 플라즈마 침질탄화처리 ...28
• 1-1. AISI304L, AISI316L강의 저온 플라즈마침질탄화 시 온도의 영향 ...28
• 1-2. AISI304L, AISI316L강의 저온 플라즈마침질탄화 시 시간의 영향 ...35
• 2. 저온 플라즈마 2-step 공정 ...38
• 2-1. AISI 316L강의 저온플라즈마 2-step공정에서 질화처리 시 온도 및 시간의 영향 ...38
• 2-2. AISI 304L강의 저온 플라즈마 2-step공정에서 질화처리 시 Ar의 영향 ...44
• 2-3. AISI 316L강의 저온 플라즈마 2-step공정에서 질화처리 시 N2의 영향 ...50
• 3. 저온 플라즈마 침질탄화 기술을 back ferrule 단품에 적용 ...54
• 제 2 절 back ferrule 표면처리에 저온 플라즈마 기술개발에 따른 경제적 성과 ...62
• 제 3 절 국내기업의 국제경쟁력 향상 ...62
• 1. 신뢰도 향상 ...62
• 2. 친환경 기술 ...62
• 제 4 장 결론 ...63
• 제 1 절 저온 플라즈마 침질탄화및 2-step 공정의 최적조건 ...63
• 1. AISI304L, AISI316L강의 저온 플라즈마침질탄화 처리 ...63
• 2. 저온 플라즈마 2-step 처리 ...63
• 제 2 절 저온 플라즈마침질탄화 기술을 back ferrule 양산화 공정에 적용 ...64
• 제 3 절 향후추진계획 ...64