KR20000047017A - Method and device for nitrifying process using plasma to form hardening depth for over 1mm from metallic surface - Google Patents

Method and device for nitrifying process using plasma to form hardening depth for over 1mm from metallic surface Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A method and a device for nitrifying process by using plasma is provided to form a hardening depth for over 1mm for nitrogen to infiltrate into a metallic surface for being used to the hardening treatment of a machine component requiring a large surface load. CONSTITUTION: A metallic material(30) is placed on a sample stand(12) in a reactive furnace. Then, a rotary pump(14) is driven for eliminating the air in the reactive furnace. After vacuuming the reactive furnace, the reactive furnace is heated by using a heater(16) at a temperature of 600-700°C. Then, mixed air of nitrogen and hydrogen is inputted through a gas inputting unit(18) while inputting a special gas such as sulfur or carbon. And, pulse typed negative voltage of 1-2kV having stable energy state is fed to the metallic material by using a pulse negative voltage generator(20) for generating a plasma. Moreover, The generation of induction plasma is enabled by an induction voltage generator(22) for increasing the density of plasma. Therefore, a hardening depth for over 1mm is formed on the metallic material. Thus, a device for nitrifying process is applied for nitrifying a machine component requiring a large surface load.

Description

금속 표면으로부터의 경화깊이를 1밀리미터 이상 형성시키는 플라즈마를 이용한 질화공정 방법 및 그 장치Nitriding process method and apparatus using plasma which forms hardening depth from metal surface by 1mm or more

본 발명은 금속 표면으로부터의 경화깊이를 1mm 이상 형성시키는 플라즈마를 이용한 질화공정 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히 플라즈마를 이용한 이온질화 공정에서 표면 부하를 크게 요구하는 공구강 및 기계부품 등의 금속재료 표면을 경화시키는 표면처리 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitriding process using plasma that forms a depth of cure of 1 mm or more from a metal surface, and to an apparatus thereof. In particular, the surface of metal materials such as tool steels and machine parts that require a large surface load in an ion nitriding process using plasma. It relates to a surface treatment technology for curing the.

일반적으로 표면처리라 함은 금속재료(표면처리 대상물) 표면에 내마모성, 내식성, 내열성 및 윤활성 등을 주기 위한 처리로서, 금속 표면의 경화처리, 방식(防蝕), 도금, 청정, 피복, 착색 및 도장을 위한 기타 조정처리까지 포함된다.Generally, surface treatment is a treatment to give abrasion resistance, corrosion resistance, heat resistance, and lubricity to the surface of a metal material (surface treatment object), and hardening, anticorrosion, plating, cleaning, coating, coloring and painting of the metal surface. It also includes other adjustments for

한편, 전술한 금속 표면의 경화처리에는 침탄법(浸炭法, Carburizing), 질화법(窒化法, Nitriding), 청화법(靑化法, Cyaniding) 및 금속침투법(金屬浸透法) 등이 있다. 전술한 금속 표면의 경화처리법 중 질화법은 다른 열처리 경화법에 비하여 처리 후 변형이 적기 때문에 기계부품의 수명연장 수단으로 전 산업분야에 활용되고 있다.On the other hand, the above-mentioned hardening treatment of the metal surface includes carburizing, nitriding, cyaniding, metal penetrating, and the like. Among the above-mentioned hardening methods of the metal surface, the nitriding method is used in all industrial fields as a means for extending the life of mechanical parts because the deformation after treatment is less than that of other heat treatment hardening methods.

전술한 경화처리에서 질화라 함은 질소를 금속재료에 침투시켜 그 표면을 경화시키는 조작을 말하는 것으로, 이 질화에는 열처리에 의한 질화, 이온질화 및 플라즈마(Plasma)를 이용한 질화 등이 있다. 열처리에 의한 질화는 금속재료를 정밀하게 다듬질하여 암모니아 속에서 500℃ 정도로 18∼19시간 가열하고 자연적으로 냉각시켜 금속재료의 표면을 경화처리 하는 것을 말한다.In the above-mentioned hardening treatment, nitriding refers to an operation of hardening the surface by infiltrating nitrogen into a metal material, which includes nitriding by heat treatment, ion nitriding, and nitriding using plasma. Nitriding by heat treatment refers to hardening the surface of metal materials by precisely finishing the metal materials, heating them at 500 ° C. for 18 to 19 hours in ammonia, and naturally cooling them.

그리고, 이온질화(Ion Nitriding) 공정은 충분히 배기한 용기 중에 0.13∼1.3 kPa의 N2+H2 의 혼합가스를 도입하고 노벽을 양극, 금속재료를 음극으로 하여 수백 볼트의 직류 전압을 가해서 글로우 방전{음극에서 2차 전자 방출이 열전자 방출보다 훨씬 많고, 음극 강하가 크며(70V 또는 그 이상) 또한, 음극에서의 전류 밀도가 작다는 점을 특징으로 하는 지속적인 방전을 말한다.}을 발생시키는 한편, 이 글로우 방전에 의해 생성된 N+ 를 금속재료의 표면에 충돌시킴으로써 가열과 동시에 질소를 침입시켜 금속재료의 표면을 경화처리 하는 것을 말한다.In addition, the ion nitriding process is performed at 0.13-1.3 kPa in a sufficiently exhausted container. N 2 + H 2 Glow discharge (secondary electron emission from cathode is much higher than hot electron emission, cathode drop is large (70V or more) by introducing a mixed gas of , A continuous discharge characterized by a small current density at the cathode.} N + Refers to hardening the surface of the metal material by impinging nitrogen at the same time as heating by colliding with the surface of the metal material.

한편, 플라즈마를 이용한 질화를 통해 금속 표면의 경화처리를 설명하기에 앞서 플라즈마 이론에 대해 소개하면, 플라즈마란 이온화된 기체 즉, 원자는 수백만∼수억도의 고온에서 원자핵과 전자가 분리되어 그대로의 상태로 격렬하게 운동을 하여 전기적으로는 중성인 가스 상태를 말한다.On the other hand, prior to explaining the hardening of the metal surface through the plasma-nitridation, the plasma theory is introduced. The plasma is ionized gas, that is, atoms are separated from the nucleus and electrons at a high temperature of millions to hundreds of millions of degrees. Refers to a gaseous state that is electrically neutral due to vigorous movement.

플라즈마는 열적으로는 매우 고온의 성질을 갖으며, 전기적으로는 도체이고, 대전류를 흘릴 수 있으며, 큰 힘을 전자력에 의해 발생시킬 수 있고, 자체가 빛을 내며, 내부에 화학적으로 활성이 매우 강한 라디칼이나 이온을 많이 포함하고 있어 수억도의 온도를 갖는 초고온 핵융합에 이용되는 플라즈마로부터 반도체 공정, 신소재 합성 등에 이용되는 저온 글로우 플라즈마에 이르기까지 다양한 응용 범위를 가진다.Plasma is thermally very hot, electrically conductive, capable of flowing large currents, generating large forces by electromagnetic forces, emitting light itself, and being highly chemically active inside. It has a wide range of applications from plasma used for ultra-high temperature fusion, which contains a lot of radicals and ions, to low temperature glow plasma used for semiconductor processes, new material synthesis, and the like.

전술한 바와 같은 플라즈마를 이용한 질화는 플라즈마 방전에 의한 활성이온을 금속 표면에 침투시켜 경화처리 하는 것으로, 플라즈마를 이용한 종래 질화공정 기술은 플라즈마의 상태를 변화시킬 수 있는 처리압력, 금속재료에 인가하는 음전압을 1kV 미만 그리고, 반응온도를 600℃ 미만 등의 변수를 두며, 질소와 수소가스를 사용하는 질화공정을 사용하고 있다.As described above, nitriding using plasma is performed by injecting active ions due to plasma discharge into a metal surface to cure the metal. In the conventional nitriding process using plasma, a nitriding process using a plasma may be applied to a processing pressure or a metal material to change the state of the plasma. Negative voltages of less than 1kV and reaction temperatures of less than 600 ℃, such as using a nitriding process using nitrogen and hydrogen gas.

그러나, 전술한 바와 같은 종래의 금속 표면 경화처리에 있어 염욕 및 가스질화에 의한 방법은 암모니아 가스 등 악성 가스의 발생 및 악성 폐수가 발생하는 문제점이 있다.However, in the conventional metal surface hardening treatment as described above, the method by salt bath and gas nitriding has a problem of generating malignant gas such as ammonia gas and malignant wastewater.

한편, 플라즈마를 이용한 종래의 질화공정 기술은 금속재료에 인가하는 음전압을 1kV 미만으로 하고, 반응온도를 500∼600℃ 미만으로 하여 금속재료의 표면으로 유도되는 플라즈마 내 이온의 운동 에너지를 제한함으로써 금속재료의 표면으로부터의 경화깊이를 0.3mm 이하로 작게 형성시키기 때문에 표면 부하가 크게 요구되는 공구강 및 기계부품에는 적용이 불가능하다.On the other hand, the conventional nitriding process using plasma limits the kinetic energy of ions in the plasma induced on the surface of the metal material by setting the negative voltage applied to the metal material to less than 1 kV and the reaction temperature below 500 to 600 ° C. Since the hardening depth from the surface of the metal material is formed to be smaller than 0.3 mm, it is not applicable to tool steels and mechanical parts that require a large surface load.

또한, 플라즈마를 이용한 종래의 질화공정 기술은 금속재료의 표면에 효과적인 질화층 생성을 위하여 장시간의 처리 시간이 요구되는 한편, 높은 에너지 소비를 유도하는 문제가 있다.In addition, the conventional nitriding process using plasma requires a long processing time in order to produce an effective nitride layer on the surface of the metal material, and has a problem of inducing high energy consumption.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 금속 표면에 질소가 침투되는 경화깊이를 1mm 이상 형성시킬 수 있도록 하여 표면 부하를 크게 요구하는 공구강 및 기계부품의 경화처리에 적용할 수 있는 플라즈마를 이용한 질화공정 방법 및 그 장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above-mentioned problems, and the plasma can be applied to the hardening treatment of tool steels and machine parts that require a large surface load by enabling the formation of a cure depth of 1 mm or more to penetrate the metal surface. It is an object of the present invention to provide a nitriding process method and apparatus therefor.

도 1 은 본 발명에 따른 표면으로부터의 경화깊이를 1mm 이상 형성시키는 플라즈마를 이용한 질화처리장치를 보인 구성도.1 is a block diagram showing a nitriding treatment apparatus using a plasma to form a cure depth from the surface 1mm or more in accordance with the present invention.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **

10. 반응로 12. 시료대10. Reactor 12. Sample stand

14. 로터리 펌프 16. 히터14. Rotary pump 16. Heater

18. 가스 투입부 20. 펄스 음전압 발생기18. Gas input 20. Pulse negative voltage generator

22. 유도 전압 발생기 30. 금속재료22. Induction voltage generator 30. Metallic materials

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 플라즈마를 이용한 이온질화에서 고밀도 플라즈마를 발생시키고 C, S 등의 특수가스를 투입하여 질소 라디칼과 활성화된 중성 질소입자의 표면반응을 크게 유도하므로써 금속재료(표면처리 대상물) 표면에 질소의 침투를 활성화시킬 수 있도록 한 특징이 있다.The characteristics of the present invention for achieving the above object is to generate a high-density plasma in the ion-nitridation using the plasma and to induce a surface reaction of the nitrogen radicals and activated neutral nitrogen particles by introducing a special gas such as C, S (Surface treatment object) It has the characteristic to enable the penetration of nitrogen to the surface.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 금속재료를 반응로 내에 설치한 상태에서 임의의 반응온도로 가열하는 한편, 반응로에 질소와 수소의 혼합가스를 투입시키고, 금속재료에 임의의 펄스형 음전압을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 공정에 의해 금속재료를 질화처리 하는 플라즈마를 이용한 질화공정 방법에 있어서, 혼합가스의 투입시 황(S) 가스를 추가 투입시키고, 반응로 내의 플라즈마 밀도를 높이는 유도 플라즈마 발생 공정의 추가에 의해 금속재료의 표면과 이온의 반응 작용을 증대시킬 수 있도록 한 것이다.The present invention for achieving the above object is heated to any reaction temperature in the state where the metal material is installed in the reactor, while a mixed gas of nitrogen and hydrogen into the reactor, and the pulse material negative to the metal material In the nitriding process using a plasma for nitriding a metal material by applying a voltage to generate a plasma, an induction plasma which adds sulfur (S) gas when the mixed gas is added and increases the plasma density in the reactor. The addition of the generating step is to increase the reaction action of the surface of the metal material and the ions.

한편, 금속재료에 인가되는 질화공정의 반응온도는 600∼700℃로 가열하는 것이 양호하다.On the other hand, the reaction temperature of the nitriding step applied to the metal material is preferably heated to 600 to 700 ° C.

또한, 금속재료에 인가되는 펄스형 음전압을 1kV 이상 인가하는 것이 양호하다.In addition, it is preferable to apply a pulsed negative voltage applied to the metal material by 1 kV or more.

본 발명의 기계적 구성은 금속재료를 내부에 설치하여 이온질화 반응이 일어나는 반응로, 반응로 내부에 설치되어 금속재료를 올려놓는 시료대, 반응로의 내부를 진공 상태로 되게 하는 로터리 펌프, 반응로 내부의 반응온도를 승온시키는 히터, 반응로의 내부로 가스를 투입시키는 가스 투입부, 금속재료에 펄스형 음전압을 인가하는 펄스 음전압 발생기 및 유도 플라즈마 발생 공정을 가능하게 하는 유도 전압 발생기를 포함하여 이루어진 것으로, 반응로 내부의 플라즈마 밀도를 높여 보다 많은 이온과 활성화된 중성 질소입자와 질소 라디칼을 형성시키는 한편, 금속재료 표면과의 반응 작용을 증대시켜 금속재료의 표면으로부터의 경화깊이를 1mm 이상 형성될 수 있도록 한 것이다.The mechanical configuration of the present invention is a reactor in which an ion nitriding reaction is performed by installing a metal material therein, a sample stand installed inside the reactor to place a metal material, a rotary pump to make the inside of the reactor into a vacuum state, and a reactor It includes a heater for raising the temperature inside the reaction, a gas input unit for injecting gas into the reactor, a pulse negative voltage generator for applying a pulsed negative voltage to the metal material, and an induction voltage generator for enabling the induction plasma generation process It increases the plasma density inside the reactor to form more ions, activated neutral nitrogen particles and nitrogen radicals, and increases the reaction action with the surface of the metal material to increase the curing depth from the surface of the metal material by 1 mm or more. It can be formed.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 따른 금속 표면으로부터의 경화깊이를 1mm 이상 형성시키는 플라즈마를 이용한 질화공정 방법 및 그 장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the nitriding process method and apparatus using a plasma for forming a curing depth of at least 1mm from a metal surface according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1 은 본 발명에 따른 표면으로부터의 경화깊이를 1mm 이상 형성시키는 플라즈마를 이용한 질화처리장치를 보인 구성도이다.1 is a block diagram showing a nitriding treatment apparatus using a plasma to form a curing depth from the surface 1mm or more according to the present invention.

도 1 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 질화처리장치는 금속재료(30)을 내부에 설치하여 이온질화 반응이 일어나는 반응로(10), 반응로(10) 내부에 설치되어 금속재료(30)를 올려놓는 시료대(12), 반응로(10)의 내부를 진공 상태로 되게 하는 로터리 펌프(14), 반응로(10) 내부의 반응온도를 승온시키는 히터(16), 반응로(10)의 내부로 가스를 투입시키는 가스 투입부(18), 금속재료(30)에 펄스형 음전압을 인가하는 펄스 음전압 발생기(20) 및 유도 플라즈마 발생 공정을 가능하게 하는 유도 전압 발생기(22)로 이루어진다.As shown in FIG. 1, in the nitride treatment apparatus using plasma according to the present invention, a metal material 30 is installed inside the reactor 10 in which the ion nitriding reaction occurs, and the metal material is installed inside the reactor 10. A sample stand 12 on which 30 is placed, a rotary pump 14 for vacuuming the inside of the reactor 10, a heater 16 for raising the temperature of the reaction in the reactor 10, and a reactor A gas inlet 18 for injecting gas into the interior of the apparatus 10, a pulse negative voltage generator 20 for applying a pulsed negative voltage to the metal material 30, and an induction voltage generator for enabling an induction plasma generation process ( 22).

이와 같이 구성된 질화처리장치의 질화공정을 설명하면 먼저, 반응로(10) 내부의 시료대(12)에 금속재료(30)를 설치한 상태에서 로터리 펌프(14)를 구동시켜 반응로(10) 내부의 공기를 제거하여 진공 상태가 되게 한다. 반응로(10)를 진공 상태가 되게 한 후, 히터(16)로 가열하여 반응로(10) 내부의 반응온도를 600∼700℃로 승온시킨다.Referring to the nitriding process of the nitriding treatment device configured as described above, first, the rotary pump 14 is driven in a state in which the metal material 30 is installed in the sample stage 12 inside the reactor 10. Remove the air inside the vacuum. After the reactor 10 is brought into a vacuum state, it is heated by the heater 16 to raise the reaction temperature inside the reactor 10 to 600 to 700 ° C.

반응로(10) 내부의 반응온도를 600∼700℃로 승온시킨 후, 가스 투입부(18)를 통해 질소와 수소의 혼합가스를 투입함과 동시에 황(S)이나 탄소(C) 등의 특수 가스를 투입하고, 펄스 음전압 발생기(20)를 통해 금속재료(30)에 에너지 상태가 안정된 펄스형 음전압을 1kV 이상 최대 2kV 까지 인가하여 플라즈마를 발생시킨다.After raising the reaction temperature in the reactor 10 to 600 to 700 ° C., a mixed gas of nitrogen and hydrogen is introduced through the gas input unit 18, and at the same time, a special agent such as sulfur (S) or carbon (C) is used. The gas is introduced, and a pulsed negative voltage having a stable energy state is applied to the metal material 30 through the pulse negative voltage generator 20 to 1 kV or more and up to 2 kV to generate plasma.

한편, 유도 전압 발생기(22)를 통해 유도 플라즈마 발생 공정을 가능하게 하여 플라즈마 밀도를 증대시킨다.On the other hand, the induction plasma generation process is enabled through the induction voltage generator 22 to increase the plasma density.

이와 같은 공정에 의해 금속재료(30)의 표면에는 1mm 이상의 경화깊이가 형성된다. 따라서, 전술한 바와 같은 질화처리장치는 표면 부하를 크게 요구하는 공구강 및 기계부품의 질화처리에 적용할 수 있어 정밀도가 높은 고 부가성의 부품생산을 유도할 수 있다.By such a process, a hardening depth of 1 mm or more is formed on the surface of the metal material 30. Therefore, the above-mentioned nitriding treatment apparatus can be applied to nitriding treatment of tool steels and mechanical parts that require a large surface load, thereby inducing high-precision parts production with high precision.

전술한 바와 같은 질화처리장치에서의 질화공정 방법은 금속재료에 인가하는 반응온도를 600∼700℃로 승온시키고, 질소와 수소의 혼합가스 투입시 황(S)이나 탄소(C) 등의 특수 가스를 추가 투입시키며, 금속재료에 인가하는 펄스형 음전압을 1kV 이상으로 인가하는 한편, 유도 플라즈마 발생(ICP : Inductive Couple rf Plasma) 공정을 추가한 질화공정 기술로서, 플라즈마의 밀도를 높여 보다 많은 이온과 활성화된 중성 질소입자와 질소 라디칼을 형성시키므로써 금속재료의 표면과의 반응 작용을 증대시켜 금속재료의 표면으로부터의 경화깊이가 1mm 이상 형성될 수 있도록 한 것이다.In the nitriding process in the nitriding treatment device as described above, the reaction temperature applied to the metal material is raised to 600 to 700 ° C., and special gas such as sulfur (S) or carbon (C) is added when a mixed gas of nitrogen and hydrogen is added. Nitride process technology that adds more than 1kV pulse-type negative voltage applied to metal materials and adds Inductive Couple rf Plasma (ICP) process. And by forming the activated neutral nitrogen particles and nitrogen radicals to increase the reaction action with the surface of the metal material so that the hardening depth from the surface of the metal material can be formed more than 1mm.

전술한 바와 같은 질화공정 방법을 더욱 상세히 설명하면, 먼저, 금속재료를 반응로 내에 설치한 상태에서 금속재료에 인가되는 반응온도를 600∼700℃로 승온시키는 것으로부터 활성화된 중성(Excited Neutral) 질소입자와 질소 라디칼(Radical)이 보다 높은 열 에너지를 갖도록 하여 금속재료의 표면에 침투되도록 유도한다.Referring to the nitriding process described above in more detail, first, the activated neutral nitrogen is activated by raising the reaction temperature applied to the metal material to 600 to 700 ° C. while the metal material is installed in the reactor. Particles and nitrogen radicals (radical) have a higher thermal energy to induce penetration into the surface of the metal material.

또한, 반응로에 질소와 수소의 혼합가스를 투입할시 황(S)이나 탄소(C) 등의 가스를 추가 투입하여 활성화된 중성 질소입자와 질소 라디칼의 수가 많이 형성될 수 있도록 한다.In addition, when a mixed gas of nitrogen and hydrogen is added to the reactor, a gas such as sulfur (S) or carbon (C) is additionally added to form a large number of activated neutral nitrogen particles and nitrogen radicals.

그리고, 금속재료에 인가하는 펄스형 음전압을 1kV 이상 최대 2kV 까지 인가하는 것으로부터 플라즈마 전압을 높여 질소 이온의 에너지를 높이고, 이로 인하여 금속재료 표면과 질소 이온의 반응 작용을 증대시킬 수 있도록 한다.Further, by applying a pulsed negative voltage applied to the metal material up to 1 kV and up to 2 kV, the plasma voltage is increased to increase the energy of the nitrogen ions, thereby increasing the reaction action between the surface of the metal material and the nitrogen ions.

한편, 유도 플라즈마 발생 공정을 추가하여 반응로내 플라즈마의 밀도를 ∼107(＃/cm3) 보다 높은 ∼108(＃/cm3) 로 높여 보다 많은 이온과 활성화된 중성 질소입자 및 질소 라디칼을 형성시키므로써 금속재료 표면과의 반응 작용을 증대시킬 수 있도록 한다.Meanwhile, the density of plasma in the reactor can be increased by adding an induction plasma generation process. -10 7 (＃ / cm 3 ) topping 10 8 (＃ / cm 3 ) As a result, more ions, activated neutral nitrogen particles and nitrogen radicals are formed to increase the reaction with the surface of the metal material.

이처럼 각각의 공정에 따라 승온(600∼700℃), 추가 혼합가스(C, S 등), 1kV 이상 최대 2kV 까지 펄스 음전압의 인가, 유도 플라즈마 발생 공정의 추가에 의해 질화처리되는 금속재료의 경화깊이를 1mm 이상 형성시킬 수가 있다.Thus, the hardening of the metal material which is nitrided by the addition of temperature increase (600 ~ 700 ℃), additional mixed gas (C, S, etc.), application of pulse negative voltage from 1kV up to 2kV, addition of induction plasma generation process. Depth of 1mm or more can be formed.

따라서, 표면 부하를 크게 요구하는 공구강 및 기계부품의 표면경화처리에 적용할 수 있음은 물론, 정밀도가 높은 고 부가성의 부품생산을 유도할 수 있다.Therefore, it can be applied to the surface hardening treatment of tool steel and mechanical parts which require a large surface load, and can lead to the production of high-accuracy parts with high precision.

본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention.

이상에서와 같이 본 발명의 질화공정 기술을 적용하므로써 금속재료의 표면으로부터 경화깊이를 1mm 이상 형성시킬 수 있어 표면 부하를 크게 요구하는 공구강 및 기계부품의 질화처리에 적용할 수 있는 효과가 있다.As described above, by applying the nitriding process technology of the present invention, it is possible to form a hardening depth of 1 mm or more from the surface of the metal material, and thus it is effective to apply the nitriding treatment of tool steel and machine parts that require a large surface load.

또한, 본 발명에 따른 질화공정 기술을 적용하므로써 정밀도가 높은 고 부가성 부품생산을 유도할 수 있다.In addition, by applying the nitriding process technology according to the present invention it is possible to induce the production of high-additional parts with high precision.

한편, 금속재료의 표면에 효과적인 질화처리 시간을 단축시킬 수 있음은 물론 에너지 소비를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.On the other hand, it is possible to shorten the effective nitriding treatment time on the surface of the metal material as well as to reduce the energy consumption.

Claims (4)

금속재료를 반응로 내에 설치한 상태에서 임의의 반응온도로 가열하는 한편, 상기 반응로에 질소와 수소의 혼합가스를 투입시키고, 상기 금속재료에 임의의 펄스형 음전압을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 공정에 의해 상기 금속재료를 질화처리 하는 플라즈마를 이용한 질화공정 방법에 있어서,While heating the metal material at an arbitrary reaction temperature while the metal material is installed in the reactor, a mixed gas of nitrogen and hydrogen is introduced into the reactor, and a pulsed negative voltage is applied to the metal material to generate plasma. In the nitriding process method using a plasma for nitriding the metal material by a process, 상기 혼합가스 투입시 황(S) 가스를 추가 투입시키고, 상기 반응로 내의 플라즈마 밀도를 높이는 유도 플라즈마 발생 공정의 추가에 의해 상기 금속재료의 표면과 이온의 반응 작용을 증대시킨 것을 특징으로 하는 금속 표면으로부터의 경화깊이를 1mm 이상 형성시키는 플라즈마를 이용한 질화공정 방법.Sulfur (S) gas is additionally added when the mixed gas is added, and the reaction surface between the surface of the metal material and the ions is increased by the addition of an induction plasma generation process that increases the plasma density in the reactor. A nitriding process using plasma to form a cure depth of 1 mm or more from the substrate. 제 1 항에 있어서, 상기 금속재료에 인가되는 질화공정의 반응온도는 600∼700℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 금속 표면으로부터의 경화깊이를 1mm 이상 형성시키는 플라즈마를 이용한 질화공정 방법.The nitriding process using plasma according to claim 1, wherein the reaction temperature of the nitriding process applied to the metal material is heated to 600 to 700 ° C. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속재료에 인가되는 펄스형 음전압을 1kV 이상 인가하는 것을 특징으로 하는 금속 표면으로부터의 경화깊이를 1mm 이상 형성시키는 플라즈마를 이용한 질화공정 방법.3. The nitriding process using plasma according to claim 1 or 2, wherein a pulsed negative voltage applied to said metal material is applied at least 1 kV. 금속재료을 내부에 설치하여 이온질화 반응이 일어나는 반응로;A reactor in which a metal material is installed inside to generate an ion nitriding reaction; 상기 반응로 내부에 설치되어 상기 금속재료를 올려놓는 시료대;A sample table installed inside the reactor to place the metal material on the reactor; 상기 반응로의 내부를 진공 상태로 되게 하는 수단;Means for bringing the interior of the reactor into a vacuum state; 상기 반응로 내부의 반응온도를 승온시키는 수단;Means for raising a reaction temperature inside the reactor; 상기 반응로의 내부로 가스를 투입시키는 수단;Means for introducing gas into the reactor; 상기 금속재료에 펄스형 음전압을 인가하는 펄스 음전압 발생기; 및A pulsed negative voltage generator for applying a pulsed negative voltage to the metal material; And 유도 플라즈마 발생 공정을 가능하게 하는 유도 전압 발생기를 포함하여 이루어지고,An induction voltage generator for enabling an induction plasma generation process, 상기 반응로 내부의 플라즈마 밀도를 높여 보다 많은 이온과 활성화된 중성 질소입자와 질소 라디칼을 형성시키는 한편, 상기 금속재료 표면과의 반응 작용을 증대시켜 상기 금속재료 표면으로부터의 경화깊이를 1mm 이상 형성될 수 있도록 한 플라즈마를 이용한 질화처리장치.Increasing the plasma density inside the reactor to form more ions, activated neutral nitrogen particles and nitrogen radicals, while increasing the reaction action with the surface of the metal material to form a curing depth of at least 1 mm from the surface of the metal material. Nitriding treatment apparatus using a plasma.
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