[열처리/도금] 질화처리의 종류와 장단점

* 질화처리 : 강의 표면에 질화물을 만들어 내식성, 내마모성, 피로강도 등을 향상시키는 가공법

  강의 포면에 질소만을 흡수시키는 방법을 질화라고 하며, 질화 처리에 있어서는 500~600˚C로 가열되어 있는 가스 기밀 용기에 암모니아 가스를 도입한다.

그러면 이 암모니아 가스는 2NH3 = 3H2 = 2N의 식에 따라 분해되면서 활성화된 원자 모양의 질소가 강 속으로 침입해서 확산할 수 있게 된다.

합금원소와 질소가 결합해서된 질화물은 질화철보다 대단히 경화한다.

이때문에 질화 처리는 강의 표면을 대단히 경하게 하고 내마멸성을 증가할 목적으로 사용된다.

질소 페라이트는 질화물과 같이 우수한 내식성을 가지고 있다.

이런 사실은 또 질화 처리가 강의 내식성 향상을 위해서 이용된다는 것을 뜻한다.

내마멸성의 향상을 위한 질화 처리는 시간이 대단히 길다.

0.1mm의 질화층을 얻으려면 500~540˚C로 약 10시간 가열할 필요가 있다. 질화층을 더욱 깊게 하려면 다시 시간을 길게할 필요가 있으나 아무리 오래해도 질화층은 0.5mm를 초과하는 법이 없다.

질화 처리 방법은 진공 퍼지(진공->질소치환)를 연질화 처리의 전단계로서 행하고, 대기혼입이 없는 분위기 중에서 처리하는 가스 연질화를 간단히 진공 가스 연질화라고 부른다.

이 방법에는 일반적으로 처리분위기로서 질소가스(Base Gas), 암모니아가스, 탄산가스를 사용한다.

또한 신속한 질화 처리는 암모니아의 분해도 18~25%에서 500~520˚C로 8~12시간 가열하고 암모니아의 분해도 50~60%에서 560~580˚C로 가열한다.

* 질화의 종류

  1) 순질화 : 암모니아(NH3)가스를 500˚C 이상으로 가열도니 강 표면에 촉매작용에 의한 열분해되어 생겨진 발생기의 질소원자(N)가 질화 작용을 하게 된다. 이때 암모니아 가스는 일부가 분해될 뿐이며 이 분해되는 비율을 해리도라 한다.

  2) 가스 연질화 : 순질화와 같이 암모니아의 열분해로 인한 질소원소와 침탄성 가스에서 공급되는 CO가스에 의해 이루어지며 혼합비율에 따라 질화효과에 많은 차이가 있다.

  3) 염욕 연질화 : 질화제의 주성분인 알카리금속의 시아내이트(MCNO)가 500˚C 이상에서 아래식과 같이 분해되어 발생기의 질소원자와 탄소원자를 제공한다.

  4) 이온 질화 : 글로우(GLOW)방전 에너지에 의해 질소 가스를 이온화하여 생겨진 N+이온이 (-)극의 처리물 표면에서 질화 작용을 하게 된다.

이온 연질화시에느 ㄴ위와 같은 반응과 침탄성 가스에서 공급된느 CO가스에 의하여 이루어 진다.

* 질화의 장, 단점

  장점 : 

가열로에는 일절 대기의 혼입이 없으므로 분위기가 안정되어 있다. 

대기에 의한 암모니아 가스의 모마가 없고 노내압 제어를 하고 있으므로 종래 형식의 노밀폐형 로를 사용하고 물품의 선출입시에도 노내 분위기가 외부로 새지 않으므로 열처리하게 유지한다.

공해성도 문제가 되지 않는다.

처리 온도가 비교적 낮다.

담금질을 필요로 하지 않는다.

열처리에 의한 변형, 치수 변화가 침탄 부품등에 비해서 대단히 작고 내소착성 및 내마멸성이 좋으므로 가혹한 조건에서 사용되고 높은 정밀도를 요하는 실린더 블록등의 유압기기부품에 사용된다.

  단점 : 

침탄보다 조작이 복잡하다.

오랜 시간을 요한다.

경비가 많이 든다.