표면처리법 - 침탄법/질화법

5-2 표면처리법

 

기어, 크랭크축, 클러치, 캠, 스핀들 등은 내마멸성 및 내마모성과 인성 및 강도가 동

시에 필요하다. 이때 강인성이 있는 재료의 표면을 열처리하여 경도를 크게 하는 것

을 표면경화법이라 한다.

 

1. 침탄법 

탄소의 함유량(0.2% 이하)이 적은 저탄소강을 탄소 또는 탄소를 많이 함유한 목탄, 골

탄 등으로 표면에 탄소를 침투시켜 고탄소강으로 만든 다음에 이것을 급냉시켜 표면

을 표면경화하는 방법이다. 침탄 후 담금질 열처리를 케이스 하드닝이라 한다.

 

(1) 고체침탄법 

침탄제인 목탄, 코크스, 골탄 분말과 침탄촉진제 탄산바륨(BaCO₃), 탄산소다

(Na₂CO₃), 염화나트륨(NaCI) 등을 소재와 함께 침탄상자 속에 침탄하려는 물품

을 넣고 내화점토로 밀봉하고 900~950℃로 가열하여 4~5시간 동안 유지하면

0.5~2.0mm 정도의 침탄층을 얻는 방법이다.

 

(2) 액체침탄법(청화법)

침탄제로 시안화칼륨(KCN), 시안화나트륨(NaCN) 및 페로시안칼륨[K₄Fe(CN)₆, 3H₂O]

등을 사용하고 촉진제로는 탄산칼륨(K₂CO₃), 탄산나트륨(Na₂CO₃), 염화칼륨(KCI),

염화나트륨(NaCI) 등을 사용하여 용융 염욕(salt bath)을 만들어 이 속에 강을 침적

시키는 방법으로 탄소(C) 및 나트륨(N)도 침투되므로 침탄질화법(carbo-nitriding)

또는 시안청화법(cyaniding)이라고도 한다.

 

(3) 가스침탄법 

고온에서 탄화수소계인 천연가스, 메탄(C₂H₆), 에틸렌(C₂H₄), 프로판가스(C₃H₈), CO,

CO₂ 등의 가스를 표면에 침투시켜 활성탄소를 석출시키는 방법이다.

 

[표 5-1] 고체, 액체, 기체 침탄법의 특성

고체침탄법	액체침탄법	가스침탄법
1. 값이 싸다 2. 작업이 곤란하다 3. 작업이 안전하다	1. 용융염의 온도 조절과 작업이 용이하다. 2. 물품은 빨리 균일하게 가열시킨다. 3. 처리 시간이 짧으며, 열처리 응력이 적다. 4. 형상이 복잡하고 정밀 가공한 소형 부품 에도 할 수 있다. 5. 대량 생산에 적합하다. 6. 맹독을 발한다. 7. 염류는 값이 비싸고 소모가 많다. 8. 침탄층이 얕다.	1. 침탄층의 침탄 농도와 확 산 조절이 용이하다. 2. 균일한 침탄층을 얻는다. 3. 열효율이 좋다. 4. 작업이 간단하다.

 

2. 질화법

강을 500~550℃의 암모니아(NH₃)가스 중에서 장시간 가열하면 질소가 흡수되어

Fe₄N, Fe₂N등의 질화물이 형성된다.

 

[표5-2] 침탄법과 질화법의 비교

침탄법	질화법
1. 침탄층의 경도는 질화층보다 작다. 2. 침탄 후 열처리가 필요하다. 3. 침탄 후에도 수정이 가능하다. 4. 단시간에 표면경화할 수 있다. 5. 경화에 의한 변형이 생긴다. 6. 고온이 되면 뜨임에 의해 경도가 낮아진다. 7. 침탄층은 여리지 않는다. 8. 처리비용이 비교적 작다. 9. 처리 적용 강의 종류에 제한이 적다.	1. 질화충의 경도가 크다. 2. 질화 후 열처리가 필요 없다. 3. 질화 후 수정이 불가능하다. 4. 표면경화시간이 길다. 5. 경화로 인한 변형이 적다. 6. 고온으로 가열하여도 경도저하가 없다. 7. 질화층은 여리다. 8. 처리비용이 많이 든다. 9. 처리 적용 강의 종류에 제한을 받는다.

 

 

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