KR101397340B1 - Treatment method of metal surface and the resultant thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속 표면처리 방법에 관한 것으로, 특히 내식, 내열 및 내마모성을 향상시키기 위하여 보론화합물 및 질소화합물을 이용한 금속 표면처리 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a metal surface treatment method, and more particularly, to a metal surface treatment method using a boron compound and a nitrogen compound to improve corrosion resistance, heat resistance and abrasion resistance.
철강재 또는 코발트 또는 텅스텐 등으로 구성된 고합금강 재질의 금속모재의 내마모성을 향상시기키 위한 방법으로 확산침투법이 널이 이용되고 있다. 이러한 확산침투법의 종류로는, 침탄법, 질화처리법 및 보로나이징 등이 있다. A diffusion penetration method has been used as a method for improving the abrasion resistance of a metal base material made of a high alloy steel material such as steel or cobalt or tungsten. Examples of the diffusion penetration method include a carburizing method, a nitriding method, and boronizing.
상기 침탄법의 경우에는 처리된 금속 모재의 표면 경도가 낮고 고온처리에 따른 모재의 변형과 스케일 문제가 있으며, 최근 진공 침탄법이 개발되어 이러한 단점이 어느 정도 보완하고 있으나 해당 공정을 수행하기 위한 장비의 가격이 고가이기 때문에 확대 적용에는 한계가 있는 실정이다.In the case of the carburizing method, the surface hardness of the treated metal base material is low and there is a problem of deformation and scale of the base material due to the high temperature treatment. Recently, the vacuum carburizing method has been developed, The price is expensive, so there is a limit to the application.
상기 질화처리법에는 이온질화, 가스질화, 플라즈마질화가 있으며, 모재의 변형이 적은 이온질화의 경우에는 상대적으로 모재 표면의 경도가 낮고 침투층의 깊이가 작아 사용범위가 제한되어 있다.The nitriding treatment method includes ion nitriding, gas nitriding and plasma nitriding. In the case of ion nitriding in which the base material is less deformed, the hardness of the base material is relatively low and the depth of the penetrating layer is small.
또한, 고경도의 확산층을 얻기 위해서 보론을 확산 침투시켜 금속 모재의 표면에 고경도의 보라이드층을 형성하는 보로나이징의 경우에는 고경도을 얻을 수 있는 장점이 있으나, 고온처리에 따른 모재 변형의 문제점과 함께, FeB와 Fe2B가 형성됨으로써 기계적 특성이 좋지 않을 뿐만 아니라 취성에 따른 파손이 발생할 수 있는 문제가 있다.In addition, in the case of boronizing which forms a boride layer having a high hardness on the surface of a metal base material by diffusion penetration of boron in order to obtain a high-hardness diffusion layer, there is an advantage that a high hardness can be obtained. However, There is a problem that FeB and Fe 2 B are formed together with the problem that not only the mechanical properties are bad but also breakage due to brittleness may occur.
한편, 대한민국 공개 특허공보 10-2011-0111016에는, 금속 모재를 대상으로 1차적으로 보로나이징 혼합분말을 용하여 모재 표면에 보론 화합물층을 형성한 후, 2차적으로 해당 보론 화합물 층에 질소를 침투시켜 보론질화화합물층을 형성하는 가스질화 처리단계를 포함하여 구성된 보론질화 처리법에 대해 개시하고 있다.그러나, 해당 공개특허의 경우에는 1차 보로나이징 처리시 고경도의 표면을 얻을 수 있으나 보로나이징 조건에서 필요한 온도인 약 1000 ℃ 정도를 통과하는 과정에서 이미 모재의 뜨임 온도를 훨씬 넘어선 고온에 의하여 모재의 열처리가 풀리고 이후 질화 공정을 거치면서 모재의 물리적성질이 변하므로 반복해서 처리할 수가 없는 매우 커다란 단점을 가지고 있다.또한 공개특허의 경우, 보로나이징된 완성된 하나의 공정 이후에 질화라는 또다른 하나의 완전한 별개의 공정이 추가 되어야만 하는 조건을 가지고 있어 장시간의 처리시간이 소요되고 각각의 공정에 별도의 공정변수를 제어하여야 하기 때문에 처리과정이 복잡한 문제가 있다. 또한 공개특허의 경우, 공정 수행을 불활성 분위기에서 진행하나 외부 불순물의 유입이 완전히 차단될 수 없기 때문에 피가공물의 표면이 매끄럽지 못하는 단점과 피가공물에 대해 요구되는 치수 안정성이 확보되기 어려운 문제가 있다.
Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0111016 discloses a method of forming a boron compound layer on a surface of a base material by first using a boronizing mixed powder for a metal base material, then nitrogen is infiltrated into the boron compound layer And a gas nitriding treatment step of forming a boron nitriding compound layer. However, in the case of the corresponding patent, the surface of a high hardness can be obtained during the first boronizing treatment, but the boronizing condition In the process of passing through the required temperature of about 1000 ° C., the heat treatment of the base material is released by the high temperature which is already well beyond the tempering temperature of the base material, and after the nitriding process, the physical properties of the base material changes, In addition, in the case of the open patent, after one completed boronizing process, Also with the condition that must be added to the other of complete separate step here of a processing time required for a long time and a complicated process because it required a separate control process parameters for each process problems. In the case of the open patent, there is a disadvantage that the surface of the workpiece is not smooth and the dimensional stability required for the workpiece is difficult to secure because the process is performed in an inert atmosphere but the inflow of external impurities can not be completely blocked.
본 발명의 목적은, 종래 질화처리와 보로나이징 처리가 갖는 단점을 보완하여 단순화된 공정을 통해 모재의 변형을 유발하지 않으면서도 고경도의 깨끗한 표면층을 얻을 수 있는 확산침투에 기반한 새로운 금속 표면처리 방법 및 이에 따른 금속 처리물을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a new metal surface treatment based on diffusion penetration which can obtain a hard surface layer with high hardness without causing deformation of the base material through a simplified process by supplementing the disadvantages of conventional nitriding treatment and boronizing treatment And to provide a metal treatment therefor.
상기한 해결과제와 관련된 본 발명의 요지는 아래와 같다.The gist of the present invention related to the above-mentioned problem is as follows.
(1) 금속 처리물을 준비하는 단계; 보론화합물 및 질소화합물이 중량비로 1:0.5~2의 비율로 이루어지고, 상기 처리물에 대해 1~10wt%의 중량비를 갖는 혼합분말을 준비하는 단계; 상기 처리물은 진공로에, 상기 혼합분말은 상기 진공로와 연통되는 반응로에 각각 장입하는 단계; 진공로의 내부 압력을 0.1~20torr로 유지한 상태에서 진공로를 금속처리물의 뜨임온도 범위에서 가열하는 단계; 상기 반응로를 가열하여 상기 혼합분말로부터 반응가스를 형성시키는 단계; 상기 반응가스를 반응로로부터 진공로로 유입시키는 단계; 상기 반응 가스가 금속 처리물의 표면에 확산침투되도록 0.5~10hr 유지하는 단계; 및 진공로를 노냉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 표면처리 방법. (1) preparing a metal treatment product; Preparing a mixed powder having a boron compound and a nitrogen compound in a weight ratio of 1: 0.5 to 2 and having a weight ratio of 1 to 10 wt% based on the treated product; Charging the processed material into a vacuum furnace and the mixed powder into a reaction furnace communicating with the vacuum furnace, respectively; Heating the vacuum furnace in the tempering temperature range of the metal treatment while maintaining the internal pressure of the vacuum furnace at 0.1 to 20 torr; Heating the reaction furnace to form a reaction gas from the mixed powder; Introducing the reaction gas into the vacuum furnace from the reaction furnace; Maintaining the reaction gas for 0.5 to 10 hours so as to diffuse and penetrate the surface of the metal treatment product; And cooling the furnace in a furnace.
(2) 상기 금속 처리물은 탄소강, 합금강, 고속도강, 스테인레스, 니켈 합금, 코발트 합금, 서멧(Cermet), 구리 합금, 알루미늄 합금에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 따른 금속 표면처리 방법.(2) The metal surface according to (1) above, wherein the metal-treated material is any one selected from carbon steel, alloy steel, high-speed steel, stainless steel, nickel alloy, cobalt alloy, cermet, copper alloy, Processing method.
(3) 상기 보론화합물은 사붕산나트륨 10수화물(Na2B4O7·0H2O), 방붕석(Mg3B7O13Cl), 이요아이트(Ca2B6O11·3H2O), 커나이트 (Na2B4O7·H2O), 및 틴캘코나이트(Na2B4O5(OH)4·H2O), 삼산화이붕소(B2O3), 붕산(H 3 BO 3) 또는 메타붕산(HBO2)으로부터 일종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 따른 금속 표면처리 방법. (3) The boron compound is at least one selected from the group consisting of sodium tetraborate decahydrate (Na 2 B 4 O 7 .0H 2 O), boronite (Mg 3 B 7 O 13 Cl), yezoate (Ca 2 B 6 O 11 .3H 2 O), increased night (Na 2 B 4 O 7 · H 2 O), and tin kaelko nitro (Na 2 B 4 O 5 ( OH) 4 · H 2 O), diantimony boron (B 2 O 3), boric acid ( H 3 BO 3 ) or meta boric acid (HBO 2 ).
(4) 상기 질소 화합물은 염화암모늄(NH4Cl), 탄산암모늄[(NH4)2CO3], 질산암모늄(NH 4 NO 3), 황산암모늄[(NH 4)2 SO 4], 아이오딘화 암모늄(NH4I), 플루오린화 암모늄(NH4F), 브로민화 암모늄(NH4Br), 질산 나트륨(NaNO3), 질산염(NO3 -), 시안산암모늄(NH4OCN) 또는 카르바미드(H2NCONH2)으로부터 일종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 따른 금속 표면처리 방법. (4) the nitrogen-containing compound is ammonium chloride (NH 4 Cl), ammonium carbonate [(NH 4) 2 CO 3 ], ammonium nitrate (NH 4 NO 3), ammonium sulfate [(NH 4) 2 SO 4 ], iodine Chemistry ammonium (NH 4 I), ammonium fluoride (NH 4 F), ammonium bromide (NH 4 Br), sodium nitrate (NaNO 3), nitrate (NO 3 -), cyanate, ammonium (NH 4 OCN) or carboxylic (H 2 NCONH 2 ) is selected from the group consisting of H 2 NCONH 2 and H 2 NCONH 2 .
(5) 상기 진공로 내부에는, 상기 진공로 내부에는, 상기 반응가스를 금속 처리물의 표면에 확산처리하기 위하여, 흑연 펠트(FELT) 재질로 단열된 별도의 작업공간이 구획되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 따른 금속 표면처리 방법.(5) In the vacuum furnace, a separate work space insulated with graphite felt (FELT) is partitioned in the vacuum furnace to diffuse the reactive gas on the surface of the metal treatment. (1).
(6) 상기 진공로 내부는 히터를 이용하여 가열되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 따른 금속 표면처리 방법.(6) The method of treating a metal surface according to (1) above, wherein the inside of the vacuum furnace is heated using a heater.
(7) 상기 (1)에 따라 표면처리는 금속 처리물로서, 금속 처리물의 표면에 보론, 질소 또는 질화붕소 화합물으로부터 일종 이상 선택되는 표면 화합물층이 형성되어 Hv500~Hv 2000 범위의 표면 경도를 갖는 금속 처리물.(7) The surface treatment according to (1) above, wherein the surface treatment is a metal treatment, wherein a surface compound layer selected from boron, nitrogen, or boron nitride compound is formed on the surface of the metal treatment product and has a surface hardness in the range of Hv 500 to Hv 2000 Treated water.
(8) 상기 표면 화합물층에는 Fe(BN), Fe2B, FeN, VB2, V23(B,C)6, Cr23(B,C)5, CrB2, Cr(B,C)6, MoB2, Mo23(B,C)6, WB, NbB2, MnB,TiB2, TiN, TiB2, Co(BN), Ni(BN), NiB, Cu(BN), AlB2, AlB12 , 로부터 선택되는 어느 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 상기 (7)에 따른 금속 처리물.8, the surface compound layer is Fe (BN), Fe 2 B , FeN, VB 2, V 23 (B, C) 6, Cr 23 (B, C) 5, CrB 2, Cr (B, C) 6, MoB 2, Mo 23 (B, C) 6, WB, NbB 2, MnB, TiB 2, TiN, TiB 2, Co (BN), Ni (BN), NiB, Cu (BN), AlB 2, AlB 12, (7). ≪ / RTI >
(9) 상기 금속 처리물의 표면에서 보론과 질소가 고용체를 형성하는 것을 특징으로 하는 상기 (7)에 따른 금속 처리물.
(9) The metal treatment according to (7), wherein boron and nitrogen form a solid solution at the surface of the metal treatment.
이와 같은 본 발명에 따를 때, 진공조건에서 표면 처리를 함으로써 표면이 깨끗하게 유지된 상태의 우수한 내식성 및 내마모성을 갖는 피처리물을 확보할 수 있다.According to the present invention as described above, it is possible to secure a material to be treated having excellent corrosion resistance and wear resistance in a state where the surface is kept clean by performing surface treatment under vacuum conditions.
또한, 단일의 공정으로 보론, 질소, 질화붕소 확산처리를 수행하고, 처리 대상 금속 모재의 재질별 특성을 고려하여 처리온도를 다르게 설정하고 뜨임온도 범위에서 처리함으로써 재열처리와 같은 별도의 공정이 불필요하여 시간 및 비용이 절감할 수 있다.In addition, a boron, nitrogen, and boron nitride diffusion treatment is performed in a single process, a different process temperature is set in consideration of the characteristics of each metal material to be treated, and a separate process such as a reheat process is not necessary Time and cost can be saved.
또한, 본 발명의 경우 진공조건하에 반응가스가 반응로에서 높은 온도로 만들어지고 처리물은 처리물의 뜨임온도 범위에서 상대적으로 저온에서 표면처리과정을 수행함으로써 두께가 얇고 면적인 넓은 형태를 갖거나 가늘고 긴 형태의 피가공물에 대해서도 치수안정성을 확보하여 용이하게 적용될 수 있다.In addition, in the present invention, under a vacuum condition, the reaction gas is made to have a high temperature in the reaction furnace, and the treated material is subjected to a surface treatment process at a relatively low temperature in the temperature range of the treated product, The dimensional stability can be ensured even for long workpieces and can be easily applied.
또한, 이 확산처리에 사용되는 보론화합물과 질소화합물은 저가의 혼합분말을 사용함으로써 처리비용이 절감될 수 있다. In addition, the boron compound and the nitrogen compound used in the diffusion treatment can be treated at low cost by using a low-priced mixed powder.
또한, 본 발명의 경우 처리물의 뜨임온도 범위내에서 표면처리함으로써 고경도와 FeB와 같은 화합물 형성으로 인한 기공 발생에 수반되는 취성의 문제점을 해소하고 적정범위의 경도를 갖게 함으로써 표면처리된 피가공물의 사용 후 재가공 한 후 반복해서 재처리가 가능하다.
In addition, in the case of the present invention, the surface treatment is performed within the tempering temperature range of the treated product to solve problems of brittleness accompanied by generation of pores due to formation of a compound such as FeB and the like, Reprocessing can be repeated after reprocessing.
도 1은 본 발명에 따른 표면처리에 대한 흐름도.
도 2은 본 발명의 제1 실시예에 따라 표면 처리된 시편의 표면에 형성된 보론/질소/질화붕소 화합물층의 광학현미경 사진.
도 3은본 발명에 제2 실시예에 따라 표면 처리된 시편의 표면에 형성된 보론/질소/질화붕소 화합물층의 광학현미경 사진.
도 4은 본 발명의 제3 실시예에 따라 표면 처리된 시편의 표면에 형성된 보론/질소/질화붕소 화합물층의 광학현미경 사진.
도 5은 본 발명의 제4 실시예에 따라 표면 처리된 시편의 표면에 형성된 보론/질소/질화붕소 화합물층의 광학현미경 사진.
도 6은 본 발명에 상기 제1 내지 4 실시예에 따라 보론/질소/질화붕소 화합물층이 형성된 시편의 단면 경도를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 금속 표면처리 방법에 사용되는 장치 개략도. 1 is a flow chart for surface treatment according to the present invention;
2 is an optical microscope photograph of a boron / nitrogen / boron nitride compound layer formed on the surface of a specimen surface-treated in accordance with the first embodiment of the present invention.
3 is an optical microscope photograph of a boron / nitrogen / boron nitride compound layer formed on the surface of a specimen surface-treated according to the second embodiment of the present invention.
4 is an optical microscope photograph of a boron / nitrogen / boron nitride compound layer formed on the surface of a specimen surface-treated in accordance with the third embodiment of the present invention.
5 is an optical microscope photograph of a boron / nitrogen / boron nitride compound layer formed on the surface of a specimen surface-treated in accordance with the fourth embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the cross-sectional hardness of a specimen in which a boron / nitrogen / boron nitride compound layer is formed according to the first to fourth embodiments of the present invention.
7 is a schematic view of an apparatus used in a method of treating a metal surface according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일 또는 균등물에 대해서는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하였으며, 또한 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same or similar reference numerals are given to the same or equivalent elements in the drawings, and in the specification, when a component is referred to as "including ", unless the context clearly indicates otherwise, But may include other components.
도 1을 참조할 때, 본 발명에 따른 금속 처리물에 대한 표면처리 방법은 금속 처리물을 준비하는 단계; 보론화합물 및 질소화합물의 혼합분말을 준비하는 단계; 진공로를 가열하는 단계; 반응로에서 혼합분말에 온도를 가하여 반응 가스를 형성시키는 단계; 반응가스를 반응로에서 진공로로 유입하여 표면 처리단계 및 냉각단계를 포함하여 이루어진다. 다만, 이 경우, 진공로를 가열하는 단계와 반응로로부터 반응가스를 형성하는 단계는 순서가 바뀔 수 있다.Referring to FIG. 1, a surface treatment method for a metal treatment according to the present invention comprises: preparing a metal treatment; Preparing a mixed powder of a boron compound and a nitrogen compound; Heating the vacuum furnace; Adding a temperature to the mixed powder in a reaction furnace to form a reaction gas; And introducing the reaction gas from the reaction furnace into the vacuum furnace to perform a surface treatment step and a cooling step. However, in this case, the steps of heating the vacuum furnace and forming the reaction gas from the reactor may be changed in order.
상기 금속 피처리물의모재는 공구 또는 부품 용도로 일반적으로 사용되고 있는 탄소함량이 0.2wt%~1.5wt%인 탄소강, Cr/Mo/Ni/Al/W/Cu/V/Ti 등이 함유된 합금강/고속도강/스테인레스, 고온경도가 높은 니켈 합금(Inconel 600/625/718 등), 내식성이 뛰어난 코발트 합금(Stellite 6/12/21 등), 서멧(Cermet)(WC-Co/Ni/Cr, WC/TiC/TaC/NbC/Co, TiC-Fe alloy, TiC-Ni 등), 구리 합금(황동, 청동, 베릴륨동 등), 알루미늄 합금(듀랄미늄-6061 등)으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으나 제한적이지는 않다. 상기 합금강의 통상적인 예로는, 크롬강(SCr415~445), 크롬몰리브덴강(SCM(415~822), 니켈크롬강(SNC236~832), 크롬몰리브덴강(SNCM220~815), 스프링강(SPS1~9), 분말합금강[C(1.8~2.5),Cr(4~6),Mo(1~3),V(8.5~10),Fe(Bal.]이 선택될 수 있으며, 상기 고속도강의 통상적인 예로는 냉간금형용강(STS3,31), 절삭공구용강(STS2,5,7,8,11,21,51), 내충격공구용강 (STS4,41,43,44), 열간공구강(STD4~8,61,62), 냉간공구강(STD1~2,11,12), 단조금형강(STF3,4), Mo계열 고속도공구강(C(0.7~1.3), Cr(3~6), Mo(3~10), W(1~12), V(0.5~5), Co(0~12), Fe(Bal.)), 또는 W계열 고속도공구강(C(0.7~1),Cr(3~6), W(17~19), V(0.5~2), Co(3~11), Fe(Bal.))으로부터 선택될 수 있다.
이 경우, 금속 처리물의 표면은 표면처리 전에 초음파 또는 알코올 등을 이용하여 세척되는 것이 바람직하다.The base material of the metal object to be processed is a carbon steel having a carbon content of 0.2 wt% to 1.5 wt%, an alloy steel containing Cr / Mo / Ni / Al / W / Cu / V / Ti, Co / Ni / Cr, WC / Co / Ni / Cr alloy, stainless steel and stainless steel, high temperature hardness nickel alloy (Inconel 600/625/718 etc.), corrosion resistant cobalt alloy (Stellite 6/12/21 etc.) (E.g., TiC / TaC / NbC / Co, TiC-Fe alloy and TiC-Ni), copper alloys (brass, bronze and beryllium copper), aluminum alloys (duralumin-6061 and the like) It is not. Typical examples of the alloy steel include chromium steel (SCr 415 to 445), chromium molybdenum steel (SCM 415 to 822), nickel chromium steel (SNC 236 to 832), chromium molybdenum steel (SNCM 220 to 815), spring steel (SPS 1-9) , Powdered alloy steel [C (1.8-2.5), Cr (4-6), Mo (1-3), V (8.5-10) and Fe (Bal.) Can be selected. (STS3, 31), cutting tool steel (STS2,5,7,8,11,21,51), impact resistant tool steel (STS4,41,43,44), hot tool steel (STD4-8,61, Cr (3 to 6), Mo (3 to 10), and Mo (2 to 6), cold tool steel (STD1 to 2,11 and 12) W (1 to 12), V (0.5 to 5), Co (0 to 12) and Fe (Bal.) Or W series high speed tool steels C (0.7 to 1) 17 to 19), V (0.5 to 2), Co (3 to 11), and Fe (Bal.).
In this case, it is preferable that the surface of the metal-treated material is cleaned using ultrasonic waves, alcohol or the like before the surface treatment.
상기 보론화합물 및 질소화합물로 이루어진 혼합분말은 중량비로이 중량비로1:0.5~2의비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 이러한 혼합비율은 금속 처리물모재의 물리적 특성과 처리온도에 따라 다르게 설정될 수 있으며, 혼합분말로부터 가스가 생성되는 온도와 반응하는 속도에 차이가 있어 혼합비율이 잘못될 경우 불필요한 물질등의 과다 생성으로 인하여 양질의 확산층을 얻기 어렵다. The mixed powder of the boron compound and the nitrogen compound is preferably mixed in a weight ratio of 1: 0.5 to 2 by weight. These mixing ratios can be set differently according to the physical properties of the base material and the treatment temperature of the metal-treated base material, and there is a difference in the reaction speed with the temperature at which the gas is generated from the mixed powder. It is difficult to obtain a high quality diffusion layer.
예를 들면, 보론화합물 및 질소화합물의 중량비가 1:0.5~0.9일 경우는 주로 BN 및 B의 확산 침투가 가능한 Fe base alloy에 적합하고, 중량비가 1:0.9~1.3일 경우는 B 및 N이 거의 비슷한 양으로 확산 침투가 가능한 Ni/Cu/Al base alloy에 적합하고, 중량비가 1:1.3~2일 경우는 B 보다는 N의 확산 침투가 가능한 Co base alloy에 적합하다. For example, when the weight ratio of the boron compound and the nitrogen compound is 1: 0.5 to 0.9, it is suitable for the Fe base alloy capable of diffusing penetration of BN and B mainly. When the weight ratio is 1: 0.9 to 1.3, It is suitable for Ni / Cu / Al base alloy which can diffuse penetration in almost similar amount. It is suitable for Co base alloy which can diffuse penetration of N than B when weight ratio is 1: 1.3 ~ 2.
상기 보론화합물은 사붕산나트륨 10수화물(Na2B4O7·0H2O), 방붕석(Mg3B7O13Cl),이요아이트(Ca2B6O11·3H2O), 커나이트 (Na2B4O7·H2O), 및 틴캘코나이트(Na2B4O5(OH)4·H2O), 삼산화이붕소(B2O3), 붕산(H 3 BO 3) 또는 메타붕산(HBO2) 으로부터 선택되는 일종 이상의 화합물일 수 있다.The boron compound may be at least one selected from the group consisting of sodium tetraborate decahydrate (Na 2 B 4 O 7 .0H 2 O), zeolite (Mg 3 B 7 O 13 Cl), yezoate (Ca 2 B 6 O 11 .3H 2 O) Kerr nitro (Na 2 B 4 O 7 · H 2 O), and tin kaelko nitro (Na 2 B 4 O 5 ( OH) 4 · H 2 O), diantimony boron (B 2 O 3), boric acid (H 3 BO 3 ) or meta boric acid (HBO 2 ).
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상기 질소화합물은 염화암모늄(NH4Cl), 탄산암모늄[(NH4)2CO3], 질산암모늄(NH 4 NO 3), 황산암모늄[(NH 4)2 SO 4], 아이오딘화 암모늄(NH4I), 플루오린화 암모늄(NH4F), 브로민화 암모늄(NH4Br), 질산 나트륨(NaNO3), 질산염(NO3 -), 시안산암모늄(NH4OCN) 또는 카르바미드(H2NCONH2)로부터 선택되는 일종 이상의 화합물일 수 있다.The nitrogen compound may be selected from the group consisting of ammonium chloride (NH 4 Cl), ammonium carbonate [(NH 4 ) 2 CO 3 ], ammonium nitrate ( NH 4 NO 3 ), ammonium sulfate [( NH 4 ) 2 SO 4 ] NH 4 I), ammonium fluoride (NH 4 F), ammonium bromide (NH 4 Br), sodium nitrate (NaNO 3 ), nitrate (NO 3 - ), ammonium cyanate (NH 4 OCN) H 2 NCONH 2 ).
한편, 기존의 일반적인 보로나이징 처리시 사용되는 물질은 대표적으로 ① 3.95 - 4.75% B4C, 75.05 - 90.25% SiC, 5% KBF4(미국특허 제3,936,327호), ② 50% B4C, 45% SiC, 5% KBF4, ③ 85% B4C, 15% Na2CO3, ④ 84% B4C, 16% Na2B4O7 와 같이 고가의 분말을 사용하여야 하는 문제가 있다. 그러나 본 발명에서는, 상기한 보론화합물과 질소화합물로서 상대적으로 저가의 커나이트(Na2B4O7·H2O)와 염화암모늄(NH4Cl)을 선택하더라도 표면처리시 요구되는 B과 N을 발생시킬수 있어 후술하는 바와 같이 보론, 질소, 질화붕소로부터 선택되는 어느 하나 이상의 복합 화합물층을 형성시킴으로써, 필요한 내마모성을 갖는 표면층을 얻을 수 있기 때문에 본 발명의 적용 범위가 확장될 수 있는 장점이 있다.On the other hand, the materials used in conventional general Boro age ranging process is typically ① 3.95 - 4.75% B 4 C , 75.05 - 90.25% SiC, 5% KBF 4 ( U.S. Patent No. 3936327 No.), ② 50% B 4 C , There is a problem in that expensive powder such as 45% SiC, 5% KBF 4 , ③ 85% B 4 C, 15% Na 2 CO 3 , ④ 84% B 4 C and 16% Na 2 B 4 O 7 must be used . However, in the present invention, even if the boron compound and the nitrogen compound are relatively low in cost (Na 2 B 4 O 7 .H 2 O) and ammonium chloride (NH 4 Cl) are selected, B and N It is possible to obtain a surface layer having required wear resistance by forming at least one complex compound layer selected from boron, nitrogen and boron nitride as described later, and thus the application range of the present invention can be expanded.
한편, 혼합분말의 전체 중량은 금속 처리물에 대해 1~10wt%의 중량비를 갖는는 것이 바람직하다. 진공로의 크기와 처리물의 중량에 따라 결정되어지지만 통상적으로 진공로 챔버의 크기가 내경(600mm) x 깊이(600mm)을 기준으로하여 100g의 양을 기준으로 하고 처리물의 중량에 따라 1~10wt%의 중량비를 갖는다.On the other hand, the total weight of the mixed powder preferably has a weight ratio of 1 to 10 wt% with respect to the metal treatment product. The size of the vacuum chamber is usually from 1 to 10 wt%, based on the amount of 100 g, based on the inner diameter (600 mm) x depth (600 mm), and depending on the weight of the processed product, By weight.
혼합분말의 중량이 처리물의 중량보다 1wt% 이하일 경우 반응 가스가 충분한 압력에 도달하지 못해 처리 속도가 매우 느리게 나타나 효과적인 확산이 이루어 질 수 없다. 또한, 혼합분말의 중량을 1~10wt% 까지 다양한 범위에서 처리하는 것은 재질에 따라 처리 시간을 짧게 하여 재료의 변형을 줄이기 위함이다. 일반적으로 1000℃ 부근에서도 영향을 받지 않는 초경합금(WC-Co)의 경우는 혼합분말의 중량을 1wt%에서 장시간 처리해도 품질적으로 문제가 되지 않는다. 만약 혼합분말의 중량을 10wt% 이상으로 처리했을 경우 발생되는 염이나 경우에 따라서 H2O의 증기에 의해서 로의 분위기가 나빠지고 제품의 표면에 오히려 손상을 입힐 수도 있다. 또한, 제품의 변형을 가져 올 수 있기 때문에 가능하면 혼합분말의 중량을 줄이고 시간을 늘려 작업하는 것이 유리하다.When the weight of the mixed powder is 1 wt% or less of the weight of the treated product, the reaction gas does not reach a sufficient pressure and the treatment speed is very slow, so effective diffusion can not be achieved. In addition, the treatment of the mixed powder in a range of 1 to 10 wt% in the range of the weight is intended to shorten the treatment time according to the material to reduce deformation of the material. Generally, in the case of a cemented carbide (WC-Co) that is not affected even at around 1000 ° C, even if the weight of the mixed powder is treated at 1 wt% for a long time, the quality is not a problem. If the weight of the mixed powder is 10 wt% or more, the atmosphere of the furnace may be deteriorated by the H 2 O vapor depending on the salt or the case, and the surface of the product may be damaged. In addition, since it is possible to cause deformation of the product, it is advantageous to reduce the weight of the mixed powder and increase the working time if possible.
반응로에서 가열과정에서, 예컨대 보론화합물로서 커나이트(Na2B4O7·H2O)와 질소화합물로서 염화암모늄(NH4Cl)을 사용하는 경우에, 아래의 반응식을 통해 생성된 B와 N 반응가스가 형성된다. 이러한 반응가스는 후술하는 바와 같이 표면처리과정에서 금속 모재의 표면에서 화합물층을 형성하거나 고용체를 형성하게 된다. In the case of using, for example, cobalt (Na 2 B 4 O 7 .H 2 O) as the boron compound and ammonium chloride (NH 4 Cl) as the nitrogen compound in the heating process in the reaction furnace, B And N reactant gas are formed. The reaction gas forms a compound layer or forms a solid solution on the surface of the metal base material in the surface treatment process as described later.
(NH4Cl)2 + Na2B4O7·H2O = 2NaCl + B2O3 + 8H2O + 2B + 2N(NH 4 Cl) 2 + Na 2 B 4 O 7 .H 2 O = 2NaCl + B 2 O 3 + 8H 2 O + 2B + 2N
이 경우, 반응로의 온도는 반응가스 생성이 가능한 750℃~1,200℃로 유지하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the temperature of the reaction furnace is maintained at 750 ° C to 1,200 ° C at which reaction gas can be generated.
본 발명의 특징 중 하나는 혼합분말과 금속 처리물을 진공 분위기에서 단일 공정으로 표면처리를 수행하는 것이다. 진공 상태에서 표면처리하는 경우, 모재에 대한 산소 접촉이 원천적으로 차단되어 고온 산화가 방지되고, 혼합분말이 기화되는 과정에서 산소와 반응하여 불순물로 생성되는 것이 방지되어 표면처리 후 모재표면을 깨끗하게 유지할 수 있고, 또한 진공 표면처리 후 모재를 서냉함으로써 가공물의 형태 및 치수 변화를 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 앞서 언급한 대한민국 공개 특허공보 10-2011-0111016의 경우, 보로나이징 후 약 900℃ 정도의 고온 질화처리 공정을 거치는 과정에서 제품 심부의 경도가 감소하게 되고 제품의 변형이 수반되기 때문에 반복해서 처리 할 수가 없다. 본 발명의 경우에는 진공 분위기 하에서 상대적으로 저온에서의 수행되는 단일 표면처리 과정을 통해 치수의 변형이 거의 없이 소망하는 금속 처리물에 대한 내마모성을 확보할 수 있게 된다. 또한, 종래 일반적인 보로나이징 처리는 처리온도가 높아 변형을 수반하므로 사용 후 마모면을 가공한 후 재처리하는 것이 불가능하나, 본 발명의 경우에는 저온에서 처리하여 변형을 최소화하므로 반복처리가 가능한 장점이 있다.One of the features of the present invention is to perform the surface treatment of the mixed powder and the metal treatment in a single process in a vacuum atmosphere. In case of surface treatment in a vacuum state, oxygen contact to the base material is intrinsically blocked to prevent oxidation at high temperature, and it is prevented from being generated as impurities by reacting with oxygen in the course of vaporization of the mixed powder, so that the surface of the base material is kept clean Further, after the vacuum surface treatment, the base material is slowly cooled, whereby the shape and size of the workpiece can be effectively prevented from changing. In the aforementioned Korean Patent Publication No. 10-2011-0111016, since the hardness of the deep portion of the product is reduced and the product is deformed in the process of passing through the high-temperature nitriding process at about 900 ° C after boronizing, I can not. In the case of the present invention, a single surface treatment process performed at a relatively low temperature in a vacuum atmosphere makes it possible to secure wear resistance to a desired metal treatment with little dimensional change. In addition, since the conventional boronizing treatment has a high treatment temperature and therefore involves deformation, it is impossible to perform reprocessing after processing the used wear surface. However, in the case of the present invention, since the deformation is minimized by treatment at a low temperature, .
이 경우, 상기 표면처리 과정에서의 진공로 내부 압력은 0.1~20torr로 유지한 상태에서 수행되는 것이 바람직하다. 진공도가 높을수록 처리물의 품질 향상을 기대할 수 있으나 고가의 장비가 소요되고, 진공도가 이보다 낮을 경우 화합물의 반응으로 발생되는 반응가스 이외에 나타날 수 있는 수증기 등으로 인하여 제품의 표면에 영향을 끼칠 수 있고 단열재의 손상을 가져 올 수 있다.In this case, the pressure inside the vacuum furnace during the surface treatment is preferably maintained at 0.1 to 20 torr. The higher the degree of vacuum, the better the quality of the treated material. However, if the degree of vacuum is lower than this, it may affect the surface of the product due to the water vapor which may appear in addition to the reaction gas generated by the reaction of the compound. And the like.
본 발명의 또 다른 특징 중 하나는, 표면처리 과정에서의 처리온도를 뜨임온도 범위에서 수행하는 것이다. 이 경우, 뜨임온도란 급냉한 금속의 인성을 증가시키고 경도를 감소시키는 템퍼링 온도를 의미하며, 금속처리물의 모재에 따라 결정되는 온도로서 본 발명에서는 바람직하게는 300~700℃가 적절하다. 종래 일반적인 보로나이징 또는 질화처리 공정의 경우 획일적으로 1000℃ 이상의 고온 처리가 불가피하였으나, 본 발명에서는 모재의 물리적 성질이 변하지 않는 뜨임 온도를 범위 내의 상대적으로 저온에서 표면처리를 함으로써 고온 열처리에 따라 모재가 변형하거나 금속 처리물의 치수가 변형되는 것을 원천적으로 방지할 수 있게 된다. One of the other features of the present invention is to perform the treatment temperature in the surface treatment process in the temperature range of the tempering temperature. In this case, the tempering temperature means a tempering temperature for increasing the toughness of the quenched metal and decreasing the hardness, and the temperature determined according to the base material of the metal treatment is preferably 300 to 700 ° C in the present invention. However, in the present invention, the surface treatment is performed at a relatively low temperature in the range of the tempering temperature at which the physical properties of the base material do not change, so that the base material It is possible to prevent the deformation of the metal treatment or the deformation of the dimension of the metal treatment.
또한, 표면 처리 과정에서의 시간은 0.5~10hr 범위 내에서 수행하는 것이 바람직하다. 혼합분말의 중량을 늘려 시간을 줄일 수 있지만 최소한의 확산 시간을 감안하여 최소 0.5hr 이상은 처리하여야 한다. 10hr 이상 처리 시 효과는 크지 않고 경제적인 가치가 없으므로 10hr 이상 처리 할 필요가 없다.Also, the time in the surface treatment is preferably within a range of 0.5 to 10 hours. Although it is possible to reduce the time by increasing the weight of the mixed powder, at least 0.5 hr should be treated considering the minimum diffusion time. It is not necessary to treat it for more than 10hr since the effect is not large and it is not economical value.
한편, 상기 진공로의 가열단계에서 상기 진공로의 진공펌프를 작동시켜 내부 압력을 처리온도에 도달할 때까지는 5x10-2torr 이하로 유지되는 것이 바람직하다. 이는 반응로에서 반응가스가 유입이 되었을 때와 제품이 가열 될 때 제품의 산화와 변형을 방지하기 위함이다.Meanwhile, in the heating step of the vacuum furnace, it is preferable that the vacuum pump of the vacuum furnace is operated to maintain the internal pressure at 5 x 10 -2 torr or less until the internal pressure reaches the processing temperature. This is to prevent oxidation and deformation of the product when the reaction gas flows in the reaction furnace and when the product is heated.
마지막으로, 표면처리를 완료한 후 진공로의 파워를 off 시켜 상온까지 서서히 냉각이 될 수 있게 함으로써 표면처리 과정이 완료된다.Finally, after the surface treatment is completed, the power of the vacuum furnace is turned off and the surface treatment process is completed by gradually cooling to room temperature.
도 7를 참조할 때 실제 표면처리 과정에서, 진공로에는 금속 처리물이 장입되고, 진공로에 연통되는 반응로에는 보론화합물과 질소화합물이 각각 장입된다. 진공로를 진공상태에서 반응온도까지 승온한 후, 반응로에서 승온과정에 따라 보론화합물과 질소화합물로부터 생성된 반응 가스는 진공로 쪽으로 이동하여 금속 처리물의 표면에 대해 확산처리가 수행된다. 이 경우, 진공로의 온도는 표면처리되는 금속 처리물의 재질에 따라 가변적이어서 일정한 온도에서 반응가스를 적절히 생성하기 위해서는 진공로와 반응로를 별도의 공간으로 구획하는 것이 바람직하고, 이에 따라 표면처리가 이루어지는 진공로의 온도를 높은 온도가 필요한 반응로보다 상대적으로 낮게 유지할 수 있는 장점이 있다.Referring to FIG. 7, in the actual surface treatment process, a metal treatment is charged in the vacuum furnace, and a boron compound and a nitrogen compound are charged in the reaction furnace, which is in communication with the vacuum furnace. After the vacuum furnace is raised from the vacuum state to the reaction temperature, the reaction gas generated from the boron compound and the nitrogen compound moves toward the vacuum furnace according to the heating process in the reactor and diffusion treatment is performed on the surface of the metalwork. In this case, the temperature of the vacuum furnace is variable depending on the material of the surface treatment metal, so that it is preferable to separate the vacuum furnace and the reactor into separate spaces in order to suitably produce the reaction gas at a constant temperature. There is an advantage that the temperature of the vacuum furnace can be kept relatively lower than that of the reactor in which the high temperature is required.
상기 진공로의 벽면 재질은 오스테나이트계 스텐레스 강판을 2중으로 하여 강판 사이로는 냉각수가 통과하도록 구성한다(도면 미도시). 이는 진공로를 가열할 때 발생되는 열에 의해 진공로 외벽의 손상을 방지하기 위함이다. 그리고, 진공펌프를 이용하여 진공도를 조절한다. 재질을 오스테나이트계 스텐레스 재질로 하는 이유는, 동 재질의 경우 내열성이 우수하고 화학적 반응이 거의 발생되지 않기 때문에 표면 처리과정에서 예기치 않은 불순물이 발생되는 것을 방지할 수 있기 때문이다.The material of the wall surface of the vacuum furnace is configured such that the austenitic stainless steel plate is doubled and the cooling water passes between the steel plates (not shown). This is to prevent damage to the outer wall of the vacuum chamber by the heat generated when the vacuum furnace is heated. Then, the degree of vacuum is adjusted by using a vacuum pump. The reason why the material is made of an austenitic stainless steel material is that the copper material has excellent heat resistance and hardly generates a chemical reaction, so that unexpected impurities can be prevented from being generated in the surface treatment process.
진공로 내부에는 외부로 열을 빠져 나가지 못하게 단열재 펠트(FELT)로 별도의 작업공간을 설정하고 작업공간 내부는 히터를 이용하여 가열한다. 단열용 펠트(FELT)와 히터의 재질은 표면처리 과정에서 화학적 반응을 수반하지 않은 Graphite 재질로 구성하는 것이 바람직하다.Inside the vacuum furnace, a separate working space is set with a heat insulating felt (FELT) so that heat can not escape to the outside, and the inside of the working space is heated using a heater. The material of the heat insulation felt (FELT) and the heater is preferably made of a graphite material which does not involve a chemical reaction during the surface treatment.
이러한 방식으로 표면처리된 금속 처리물의 표면에 형성되는 보론/질소/질화붕소 화합물층은 금속 처리물의 종류에 따라 Fe(BN), Fe2B, FeN, VB2, V23(B,C)6, Cr23(B,C)5, CrB2, Cr(B,C)6, MoB2, Mo23(B,C)6, WB, NbB2, MnB,TiB2, TiN, TiB2, Co(BN), Ni(BN), NiB, Cu(BN), AlB2, AlB12 , 로부터 선택되는 어느 하나가 포함될 수 있다. Boron / nitrogen / boron nitride compound layer formed on the surface of water processing metal surface treated in this way according to the type of water processing metal Fe (BN), Fe 2 B , FeN, VB 2, V 23 (B, C) 6, Cr 23 (B, C) 5 , CrB 2, Cr (B, C) 6, MoB 2, Mo 23 (B, C) 6, WB, NbB 2, MnB, TiB 2, TiN, TiB 2, Co (BN ), and Ni (BN), NiB, Cu (BN), AlB 2, AlB 12, any one selected from the can exist.
한편, 이러한 반응가스로 생성된 B, N은 금속 모재와 반응하여 상기한 화합물층을 형성하는 것과 함께, 금속 모재에서 고용체 형태로 형성되는 고용강화 효과를 나타내기도 한다.Meanwhile, B and N generated by the reaction gas react with the metal base material to form the above-mentioned compound layer, and also exhibit the solid solution strengthening effect that is formed in the metal base material as a solid solution form.
본 발명의 또 다른 특징 중 하나는 이러한 독특한 공정에 따라 생성되는 균일한 보론/질소/질화붕소 화합물층에 의하여 표면 경화과정에서 수반되는 취성의 문제점을 최소화하였고, 날카로운 날과 같이 하중이 집중되는 부분을 구비한 절삭공구나 나이프 등의 금속 처리물에 대해서도 효과적인 표면 경화처리가 가능하다. 아울러, 종래기술에 따른 취성의 문제점을 고려하지 않은 경도 Hv 3000 이상의 과도한 표면 경화처리의 경우 과도한 표면 경도 및 취성으로 인하여 손상된 하중 집중 부위를 재연삭하기 위해서는 금강사를 고압으로 분사하는 샌딩공정으로 경화된 표면을 제거한 후 연삭이 가능하였으나, 본 발명에서는 종래 일반적인 고온 보로나이징 처리시 기공 형성을 유발하여 취성의 원인이 되는 FeB의 형성을 최소한도로 억제함과 동시에 두 혼합분말의 반응가스에 의해 보론/질소/질화붕소(BN)가 낮은 온도에서 균일하게 침투되기 때문에 표면 경도가 Hv500~Hv2000 로 적절한 범위의 경화 표면층을 얻을 수 있어 별도의 복잡한 공정 없이도 금속 처리물에 대한 재연삭 활용이 가능하다.
Another feature of the present invention is that the uniform boron / nitrogen / boron nitride compound layer produced according to this unique process minimizes the problems of brittleness involved in the surface hardening process, An effective surface hardening treatment is also possible with respect to a metal tool such as a cutting tool or a knife. In addition, in case of excessive surface hardening of hardness Hv 3000 or more, which does not take into account the problem of brittleness according to the prior art, in order to re-grind the damaged load concentrated region due to excessive surface hardness and brittleness, However, in the present invention, pore formation is induced during the conventional high-temperature boronizing treatment to suppress formation of FeB which is a cause of brittleness to a minimum, and at the same time, boron / Because the nitrogen / boron nitride (BN) is uniformly penetrated at low temperature, the surface hardness of Hv500 ~ Hv2000 can be obtained with an appropriate range of hardened surface layer, so that it is possible to use the re-grinding for the metal treatment without any complicated process.
[ [ 실시예Example 1] One]
SKD11 시편(Φ25x20t)을 아세톤을 이용하여 초음파 세척을 한 후 알코올로 세척한다. 틴캘코나이트(Na2B4O5(OH)4·H2O)-50g과 염화암모늄(NH4Cl)-60g을 계량 하여 혼합한 후반응로에장입하고 시편은 진공로 내에 장입한다. 진공펌프를 가동시키면서 진공로 내부온도를 530℃로 3시간에 걸쳐 올린다. 진공도 5x10-2torr로 이하로 유지한 후 진공 펌프를 작동을 멈춘다. 반응로의 온도를 한시간 동안 900℃로 가열하여 혼합물질의 반응이 일어나도록 한다. SKD11 specimen (Φ25x20t) is ultrasonically washed with acetone and then washed with alcohol. 50 g of tin kaolinite (Na2B4O5 (OH) 4 · H2O) and -60 g of ammonium chloride (NH4Cl) are weighed and mixed, charged into the reactor, and the specimen is charged into the vacuum furnace. The internal temperature of the vacuum furnace is raised to 530 캜 over 3 hours while the vacuum pump is operated. Keep the vacuum below 5x10 -2 torr and stop the vacuum pump. The temperature of the reactor is heated to 900 ° C for one hour to allow the reaction of the mixed material to occur.
진공로 내부의 온도를 530℃에서 4시간 유지한다. 로냉한후 100℃ 이하에서 시편을 꺼내어 세척한다.The temperature inside the vacuum furnace is maintained at 530 캜 for 4 hours. And then remove the specimen at 100 ° C or less.
시편을 절단하여 보론/질소/질화붕소 화합물층의 생성을 광학현미경으로 관찰한 결과, 도 2에 도시된 바와 같이 30㎛의 보론/질소/질화붕소 화합물층을 확인할 수 있었다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이 SKD11 표면에 생긴 보론/질소/질화붕소 화합물층의 경도가 Hv1350으로 모재의 경도Hv620보다 경도 Hv730 만큼 향상되었음을 확인하였다.
The specimen was cut to observe the formation of the boron / nitrogen / boron nitride compound layer by an optical microscope, and as a result, a 30 mu m boron / nitrogen / boron nitride compound layer was confirmed as shown in Fig. Further, as shown in FIG. 6, it was confirmed that the hardness of the boron / nitrogen / boron nitride compound layer formed on the surface of SKD11 was Hv 1350, which was improved by the hardness Hv 730 from the hardness Hv 620 of the base material.
[[ 실시예Example 2] 2]
SKD61 시편(Φ25x20t)을 아세톤을 이용하여 초음파 세척을 한 후 알코올로 세척한다. 삼산화이붕소(B2O3)-70g과 탄산암모늄[(NH4)2CO3]-40g을 계량 하여 혼합한 후반응로에장입하고 시편은 진공로 내에 장입한다. 진공펌프를 가동시키면서 진공로 내부온도를 550℃로 3시간에 걸쳐 올린다. 진공도 5x10-2torr로 이하로 유지한 후 진공 펌프를 작동을 멈춘다. 반응로의 온도를 한시간 동안 900℃로 가열하여 혼합물질의 반응이 일어나도록 한다. SKD61 specimen (Φ25x20t) is ultrasonically washed with acetone and then washed with alcohol. 70 g of boron trioxide (B 2 O 3 ) and 40 g of ammonium carbonate [(NH 4 ) 2 CO 3 ] are weighed and mixed, charged into a reactor, and charged into a vacuum furnace. The internal temperature of the vacuum furnace is raised to 550 캜 over 3 hours while the vacuum pump is operated. Keep the vacuum below 5x10 -2 torr and stop the vacuum pump. The temperature of the reactor is heated to 900 ° C for one hour to allow the reaction of the mixed material to occur.
진공로 내부의 온도를 550℃에서 5시간 유지한다. 로냉한후 100℃ 이하에서 시편을 꺼내어 세척한다.The temperature inside the vacuum furnace is maintained at 550 캜 for 5 hours. And then remove the specimen at 100 ° C or less.
시편을 절단하여 보론/질소/질화붕소 화합물층의 생성을 광학현미경으로 관찰한 결과, 도 3에 도시된 바와 같이 50㎛의 보론/질소/질화붕소 화합물층을 확인할 수 있었다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이 SKD61 표면에 생긴 보론/질소/질화붕소 화합물층의 경도가 Hv1320으로 모재의 경도Hv570보다 경도 Hv750 만큼 향상되었음을 확인하였다.
The specimen was cut to observe the formation of the boron / nitrogen / boron nitride compound layer by an optical microscope, and as a result, a boron / nitrogen / boron nitride compound layer of 50 탆 was found as shown in Fig. Further, as shown in FIG. 6, it was confirmed that the hardness of the boron / nitrogen / boron nitride compound layer formed on the surface of SKD61 was Hv1320, which was improved by the hardness Hv750 from the hardness Hv570 of the base material.
[[ 실시예3Example 3 ]]
Alloy-TiC FT-1 시편(Φ25x20t)을 아세톤을 이용하여 초음파 세척을 한 후 알코올로 세척한다. 삼산화이붕소(B2O3)-40g과 탄산암모늄[(NH4)2CO3]-80g을 계량 하여 혼합한 후반응로에 장입하고 시편은 진공로 내에 장입한다. 진공펌프를 가동시키면서 진공로 내부온도를 560℃로 3시간에 걸쳐 올린다. 진공도 5x10-2torr로 이하로 유지한 후 진공 펌프를 작동을 멈춘다. 반응로의 온도를 한시간 동안 900℃로 가열하여 혼합물질의 반응이 일어나도록 한다. Alloy-TiC FT-1 specimen (Φ25x20t) was ultrasonically washed with acetone and then washed with alcohol. -40 g of boron trioxide (B 2 O 3 ) and -80 g of ammonium carbonate [(NH 4 ) 2 CO 3 ] are weighed and mixed, charged into a reaction furnace, and charged into a vacuum furnace. The internal temperature of the vacuum furnace is raised to 560 캜 over 3 hours while the vacuum pump is operated. Keep the vacuum below 5x10 -2 torr and stop the vacuum pump. The temperature of the reactor is heated to 900 ° C for one hour to allow the reaction of the mixed material to occur.
진공로 내부의 온도를 560℃에서 3시간 유지한다. 로냉한후 100℃ 이하에서 시편을 꺼내어 세척한다.The temperature inside the vacuum furnace is maintained at 560 캜 for 3 hours. And then remove the specimen at 100 ° C or less.
시편을 절단하여 보론/질소/질화붕소 화합물층의 생성을 광학현미경으로 관찰한 결과, 도 4에 도시된 바와 같이 15㎛의 보론/질소/질화붕소 화합물층을 확인할 수 있었다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이 Alloy-TiC FT-1 표면에 생긴 보론/질소/질화붕소 화합물층의 경도가 Hv1400으로 모재의 경도Hv850보다 경도 Hv550 만큼 향상되었음을 확인하였다.
The specimen was cut to observe the formation of the boron / nitrogen / boron nitride compound layer by an optical microscope, and as a result, a 15 mu m boron / nitrogen / boron nitride compound layer was confirmed as shown in Fig. Further, as shown in FIG. 6, it was confirmed that the hardness of the boron / nitrogen / boron nitride compound layer formed on the Alloy-TiC FT-1 surface was Hv 1400, which was improved by the hardness Hv 550 from the hardness Hv 850 of the base material.
[[ 실시예Example 4] 4]
Alloy-TiC FT-23 시편(Φ25x20t)을 아세톤을 이용하여 초음파 세척을 한 후 알코올로 세척한다.틴캘코나이트(Na2B4O5(OH)4·H2O)-40g과 염화암모늄(NH4Cl)-70g을 계량 하여 혼합한 후반응로에 장입하고 시편은 진공로 내에 장입한다. 진공펌프를 가동시키면서 진공로 내부온도를 550℃로 3시간에 걸쳐 올린다. 진공도 5x10-2torr로 이하로 유지한 후 진공 펌프를 작동을 멈춘다. 반응로의 온도를 한시간 동안 900℃로 가열하여 혼합물질의 반응이 일어나도록 한다. The Alloy-TiC FT-23 specimen (Φ25x20t) was ultrasonically cleaned with acetone and then washed with alcohol. Weighing -40 g of tin-chloronite (Na2B4O5 (OH) 4 · H2O) and -70 g of ammonium chloride (NH4Cl) After mixing, the specimen is charged into the reactor and charged into the vacuum furnace. The internal temperature of the vacuum furnace is raised to 550 캜 over 3 hours while the vacuum pump is operated. Keep the vacuum below 5x10 -2 torr and stop the vacuum pump. The temperature of the reactor is heated to 900 ° C for one hour to allow the reaction of the mixed material to occur.
진공로 내부의 온도를 550℃에서 6시간 유지한다. 로냉한 후 100℃ 이하에서 시편을 꺼내어 세척한다.The temperature inside the vacuum furnace is maintained at 550 캜 for 6 hours. And then remove the specimen at 100 ° C or less.
시편을 절단하여 보론/질소/질화붕소 화합물층의 생성을 광학현미경으로 관찰한 결과, 도 5에 도시된 바와 같이 45㎛의 보론/질소/질화붕소 화합물층을 확인할 수 있었다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이 Alloy-TiC FT-23 표면에 생긴 보론/질소/질화붕소 화합물층의 경도가 Hv1400으로 모재의 경도Hv840보다 경도 Hv560 만큼 향상되었음을 확인하였다.
The specimen was cut to observe the formation of the boron / nitrogen / boron nitride compound layer by an optical microscope, and as a result, a boron / nitrogen / boron nitride compound layer having a thickness of 45 탆 was found as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 6, it was confirmed that the hardness of the boron / nitrogen / boron nitride compound layer formed on the Alloy-TiC FT-23 surface was Hv 1400, which was improved by the hardness Hv 560 from the hardness Hv 840 of the base material.
[비교예][Comparative Example]
본 발명의 상기 실시예 1에 따라 Slitting Knife에 표면처리를 하고, 단순 보로나이징 처리한 것과 표면처리를 하지 않은 것과 비교 테스트를 실시하였다. SKD11 재질을 선택해서 표면 처리하지 않은 제품 5개, 보로라이징 처리한 제품 5개, 이 발명을 통한 표면처리한 제품 5개를 가지고 탄소강(0.2%C)-0.26T 스트립 절단 시험을 하였다. 각각의 제품 표면 경도는 표면처리하지 않은 제품 Hv720, 보로라이징 처리한 제품 Hv2005, 이 발명을 통한 표면처리한 제품 Hv1330이었다. 테스트 결과를 아래의 표 1로 정리하였다. 일반적인 보로나이징 처리시 표면 경도가 증가하였음에도 불구하고 취성도 동시에 증가함으로써 edge가 파손되어 처리하지 않은 경우보다 실제 사용이 곤란하였고 오히려 사용시간이 줄어들어 실질적인 내마모 효과를 기대할 수 없음을 확인하였다. 이에 대해 본 발명의 경우 적절한 경도에 기초하여 충분한 인성을 확보함으로써 사용시간이 증대함을 확인하였다. 표 1에서 내마모 효과는 사용시간의 증대를 의미한다.The slitting knife was subjected to surface treatment according to Example 1 of the present invention, and a simple boronizing treatment and a surface treatment were not performed. (0.2% C) -0.26T strip cutting test was carried out using five SKD11 materials, five non-surface treated products, five bororized products, and five surface treated products according to the present invention. The surface hardness of each product was Hv720 which was not surface-treated, Hv2005 which was boronized and Hv1330 which was surface-treated with this invention. The test results are summarized in Table 1 below. Although the surface hardness was increased in general boronizing treatment, the brittleness increased at the same time, and it was confirmed that the edge wear was not more practical than the case where the edge was broken and the use time was shortened, so that the actual wear resistance effect could not be expected. On the other hand, in the case of the present invention, it was confirmed that the use time was increased by ensuring sufficient toughness based on appropriate hardness. In Table 1, the wear resistance effect means an increase in the use time.
나이프 재질 : SKD11Knife Material: SKD11
나이프 규격 : (Φ250 x Φ120 x 10t)Knife Specification: (Φ250 x Φ120 x 10t)
Strip 재질 및 두께 : S20C, 0.26T
Strip Material and Thickness: S20C, 0.26T
이상의 설명은, 본 발명의 구체적인 실시예에 관한 것이다. 본 발명에 따른상기 실시예는 설명의 목적으로 개시된 사항이나 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되지는 않으며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질을 벗어나지 아니하고 다양한 변경 및 수정이 가능한 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 이러한 모든 수정과 변경은 특허청구범위에 개시된 발명의 범위 또는 이들의 균등물에 해당하는 것으로 이해될 수 있다.The foregoing is a description of specific embodiments of the present invention. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments or constructions. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. It should be understood that this is possible. It is therefore to be understood that all such modifications and alterations are intended to fall within the scope of the invention as disclosed in the following claims or their equivalents.
Claims (9)
Preparing a metal treatment product; Preparing a mixed powder having a boron compound and a nitrogen compound in a weight ratio of 1: 0.5 to 2 and having a weight ratio of 1 to 10 wt% based on the treated product; Charging the processed material into a vacuum furnace and the mixed powder into a reaction furnace communicating with the vacuum furnace, respectively; Heating the vacuum furnace in the tempering temperature range of the metal treatment while maintaining the internal pressure of the vacuum furnace at 0.1 to 20 torr; Heating the reaction furnace to form a reaction gas from the mixed powder; Introducing the reaction gas into the vacuum furnace from the reaction furnace; Maintaining the reaction gas for 0.5 to 10 hours so as to diffuse and penetrate the surface of the metal treatment product; And cooling the furnace in a furnace.
상기 금속 처리물은 탄소강, 합금강, 고속도강, 스테인레스, 니켈 합금, 코발트 합금, 서멧(Cermet), 구리 합금, 알루미늄 합금에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속 표면처리 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal-treated material is any one selected from the group consisting of carbon steel, alloy steel, high-speed steel, stainless steel, nickel alloy, cobalt alloy, cermet, copper alloy and aluminum alloy.
상기 보론화합물은 사붕산나트륨 10수화물(Na2B4O7·0H2O), 방붕석(Mg3B7O13Cl), 이요아이트(Ca2B6O11·3H2O), 커나이트 (Na2B4O7·H2O), 및 틴캘코나이트(Na2B4O5(OH)4·H2O), 삼산화이붕소(B2O3), 붕산(H 3 BO 3) 또는 메타붕산(HBO2)으로부터 일종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 표면처리 방법.
The method according to claim 1,
The boron compound may be at least one selected from the group consisting of sodium tetraborate decahydrate (Na 2 B 4 O 7 .0H 2 O), zeolite (Mg 3 B 7 O 13 Cl), yezoate (Ca 2 B 6 O 11 .3H 2 O) Kerr nitro (Na 2 B 4 O 7 · H 2 O), and tin kaelko nitro (Na 2 B 4 O 5 ( OH) 4 · H 2 O), diantimony boron (B 2 O 3), boric acid (H 3 BO 3 ) or metaboric acid (HBO 2 ).
상기 질소 화합물은 염화암모늄(NH4Cl), 탄산암모늄[(NH4)2CO3], 질산암모늄(NH 4 NO 3), 황산암모늄[(NH 4)2 SO 4], 아이오딘화 암모늄(NH4I), 플루오린화 암모늄(NH4F), 브로민화 암모늄(NH4Br), 질산 나트륨(NaNO3), 질산염(NO3 -), 시안산암모늄(NH4OCN) 또는 카르바미드(H2NCONH2)으로부터 일종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 표면처리 방법.
The method according to claim 1,
The nitrogen compound may be selected from the group consisting of ammonium chloride (NH 4 Cl), ammonium carbonate [(NH 4 ) 2 CO 3 ], ammonium nitrate ( NH 4 NO 3 ), ammonium sulfate [( NH 4 ) 2 SO 4 ] NH 4 I), ammonium fluoride (NH 4 F), ammonium bromide (NH 4 Br), sodium nitrate (NaNO 3 ), nitrate (NO 3 - ), ammonium cyanate (NH 4 OCN) H < 2 > NCONH < 2 > ).
상기 진공로 내부에는, 상기 반응가스를 금속 처리물의 표면에 확산처리하기 위하여, 흑연 펠트(FELT) 재질로 단열된 별도의 작업공간이 구획되는 것을 특징으로 하는 금속 표면처리 방법.
The method according to claim 1,
Wherein a separate work space insulated with graphite felt (FELT) is partitioned in the vacuum furnace to diffuse the reactive gas on the surface of the metal treatment.
상기 진공로 내부는 히터를 이용하여 가열되는 것을 특징으로 하는 금속 표면처리 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the inside of the vacuum furnace is heated by using a heater.
The metal treatment product according to claim 1, wherein the surface treatment is a metal treatment, wherein a surface compound layer selected from boron, nitrogen or boron nitride compound is formed on the surface of the metal treatment product and has a surface hardness in the range of Hv 500 to Hv 2000.
The method of claim 7, wherein the surface compound layer is Fe (BN), Fe 2 B , FeN, VB 2, V 23 (B, C) 6, Cr 23 (B, C) 5, CrB 2, Cr (B, C ) 6, MoB 2, Mo 23 (B, C) 6, WB, NbB 2, MnB, TiB 2, TiN, TiB 2, Co (BN), Ni (BN), NiB, Cu (BN), AlB 2, AlB < 12 & gt ;. < / RTI >
8. The metal treatment according to claim 7, wherein boron and nitrogen form solid solutions at the surface of the metal treatment.
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