표면처리 - 침탄, 가스침탄법, 기어 표면강화

 

기계 부품들에는 표면 경도가 될 수 잇으면 높고 내마멸성이 크고, 충격에 잘 견디는 재료를 필요로 한다

주로 기계장치, 기어, 캠, 캠샤프트, 캐리어, 등이 이러한 요소들을 필요로 한다

이럴 경우 우리는 표면경화 방법을 사용하고

표면경화로 많이 사용되는 방법이

침탄법, 질화법, 고주파담금질, 화염담금질, 금속침투법 등이 있다

 

 

이 중 기어에 주로 많이 사용되는 방법이 침탄법이다

기어의 재료로 고탄소강을 사용할 경우, 열처리에 의해 높은 경도를 얻을 수 잇으나

동시에 충격에 잘 부러지는 취성을 가지게 된다.

따라서, 표면은 경도가 높고 내부는 질긴 성분을 가진 재료가 큰 힘에 잘 오래 견딜 수 있다

 

 

 

침탄

절삭이 용이한 저탄소강 (연질재) 을 이용하여 가공 후

ㄴ 저탄소강, 저합금강은 기계가공, 가공성이 좋다

표면에서 탄소를 확산시켜

표면에 고탄소의 합금층을 만든다.

탄소를 침투시킴으로서 내마모성 + 내구성 + 인성을 개선한다

 

 

침탄열처리 원리

탄소 함유량이 0.2퍼센트 이하 미만인 저탄소강 도는 저탄소합금강을

침탄제속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음

표면에 탄소를 침입, 확산시켜 표면층만을 고탄소 조직으로 만든다

침탄 후 담금질 처리하면 표면의 침탄층은 마르텐사이트 조직으로 경화되어 경도가 강하고

중심부는 저탄소강 성질 그대로를 가지고 잇어 이중 조직이 된다

= 이는 표면이 단단하기 때문에 내마멸성을 가지게 되며(경도 높음, 기어가 장시간 서로 맞물려도 잘 견딤)

= 재료의 중심부는 저탄소강이기 대문에 인성을 가지게 된다(휨에 잘 견디는 인성)

 

 

<침탄>

열을 주고

급냉 시킨다

 

 

침탄이 이루어진 후, 어떤 종류의 가스를 사용하든 반드시 2차 열처리를 해주어야 한다

침탄 부품이 강인 경우, 고온에서 장기간 가열하면 심부 조직이 조립화되기 때문에

이것을 다시 미세화하기 위함이다.

표면층의 경화를 높이기 위해 재 열처리가 필요하다

재열처리 850도

냉각

드임 180도

 

 

* 오스테나이트 : 철에 탄소가 고용되어 있는 고용체, FFC 결정구조, 탄소고용도(1148C에서 2% -> 723C에서 0.8%)

* 마르텐사이트 : 탄소와 철 합금에서 담금질 할 떄 생기는 준안정한 상태 - 매우 높은 강도

* 내마멸성 : 내마모성과 비슷한 말

* 내마모성 : 문지르거나 굴러가는 마찰 - 마모 깎여나가는 정도 - 표면 특성을 나타낸다

* 인성 : 굽힘이나 비틀림 작용을 반복하여 가할 떄, 이 외력에 저항하는 성질 (끈기 있고 질긴 성질)

 

 

가스침탄 열처리 이론

저탄소강의 표면에 탄소(c)를 침입확산시키는 처리를 침탄 (carburizing) 이라고 한다

침탄 후, 퀜칭 + 템퍼링처리하면 고탄소의 표면층만 경화되므로

내마모성이 큰 표면층 & 인성이 큰 중심부를 갖게 된다.

 

침탄법은, 침탄처리에 사용되는 침탄제 (carburizing agent)의 종류에 따라

고체침탄, 액체침탄, 가스침탄 등으로 분류된다.

다만, 일반적인 제품 제작에서는 고체 액체 보다는 가스 침탄을 주로 사용한다

액체 침탄은 유해물질 취급을 받고

고체나 액체 침탄의 경우, 침탄 깊이 등의 명확한 예측이 어려워 품질 관리가 어렵다.

특히 이러한 표면처리 등은 정밀함, 공차 내에 정확히 들어오고, 경도 내구 품질이 잘 나오냐가 중요한데

고체나 액체 침탄법으로는 그를 맞추기가 어려운 것이다. 

 

 

화학적 반응

탄소 C가 들어가 산소와 반응해 이산화탄소가 되고 CO2

C가 공간의 이산화탄소와 반응해 일산화 탄소를 만들고 CO

CO가 강재 표면에서 이산화탄소와 탄소로 분해된다.

(탄소가 들어가 그냥 붙으면 될걸, 산소와 반응을 하며 붙엇다 떨어지며 강재에 가 붙는다. 화학은 어렵다 :p)

 

이때 강재 표면에서 일산화탄소에서 탄소로 분해된 녀석은

보통의 탄소와 달리, 활성이 잇기에 활성탄소라 부른다

결국 이 활성탄소가 강재 표면에 침입확산하여 침탄층을 형성한다.

CO2와 CO는 산소 및 강체와 반응하며 C가 석출되고 침탄되는 반응이 반복적으로 일어나므로

공간 내에서 침탄이 계속 일어난다

 

네이버 블로그 - 철강쟁이

 

 

일전에 연구소에서 rgo ,, (요새는 그래핀 소리가 잘 들리지 않는데) 만드는 둥 얘기할 때도

이런식으로 액상형태의 탄소 물질을 불어 넣어줘, 열처리를 하여

진공처리 하고,

강채/웨이퍼 등에 올려 C를 얻고자 하였다

(잘 안되엇지만)

순도 높은 그래핀 형태는 어렵지만

적당한 C의 입힘은 적당한 내마모성 내마멸성 등을 올려 소재의 내구를 좋게 해주나 봅니다