표면경화(강화)에 있어서 금속침투법이란?
금속 침투법은 금속의 물리적, 화학적 성능을 높이기 위해 금속 표면에 다른 금속을 부착시켜 내부로 확산시키는 방법입니다. 목적은 내식성, 내열성 등의 화학적 성질을 향상시키는 동시에 경도 및 내마모성의 향상을 목적으로 합니다.
금속 침투법은 주로 철강 제품에 대하여 시행합니다. 금속은 전기도금, 용사, 용융금속의 도금 등으로 피복시키는데 이는 피복금속의 분말을 밀폐 상태로 가열하여 분말금속이 내부로 확산 및 치환되는 현상을 이용한 것입니다.
금속침투법을 사용하는 이유?
금속침투법은 금속의 물리적 화학적 성능을 높이기 위해 금속 표면에 다른 금속을 부착시켜 내부로 확산시키는 방법입니다. 목적은 내식성, 내열성 등의 화학적 성질을 향상시키는 동시에 경도 및 내마모성의 향상을 목적으로 합니다.
금속 침투법은 화학적 표면경화처리에 속합니다. 금속 침투법을 포함한 표면경화처리에는 증착법, 탄화물 피복법, 금속 용사법, 산화 피막법 등이 있습니다.
금속침투법 종류
금속 침투법은 세라다이징(Sheradizing), 크로마이징(Chromizing), 칼로라이징(Calorizing), 보로나이징(Boronizing), 실리코나이징(Siliconizing)이 있습니다.
| 금속 침투법 | 효과 |
|---|---|
| 세라다이징(Zn) | 아연(Zn) 침투, 내식성 우수, 담수에 의한 방청성 우수 |
| 크로마이징(Cr) | 크롬(Cr) 침투, 내식성, 내열성, 내마모성 향상 및 경도 향상 |
| 칼로라이징(Al) | 알루미늄(Al) 침투, 내스케일성 향상, 고온 가열로 탄소 코팅하여 표면 경도 향상 |
| 보로나이징(B) | 붕소(B) 침투, 표면 경도 향상(1,300~1,400 Hv) |
| 실리코나이징(Si) | 실리콘(Si, 규소) 코팅으로 내고온 산화성, 부식 방지 및 경도 향상 |
금속 침투법은 액체에 재료를 적셔 그 표면에 액체 성분을 부착 또는 내부까지 침입시키는 조작입니다.
금속침투법 특징
아래는 각 침투법 별 특징입니다.
| 침투법 | 사용 재료 | 주요 목적 | 특징 |
|---|---|---|---|
| 세라다이징 | 아연(Zn) 분말 | 강철/철제 부품의 부식 방지 | 부품 표면에 아연 코팅을 형성, 고온에서 처리 |
| 크로마이징 | 크롬(Cr) 화합물 | 내마모성, 내식성, 고온 안정성 향상 | 부품 수명 연장에 기여, 크롬 코팅 생성 |
| 칼로라이징 | 알루미늄(Al) 분말 | 고온에서의 부식 방지 | 알루미늄 코팅을 통한 고온 산화 방지 |
| 보로나이징 | 붕소(B) | 표면 경도, 내마모성, 내식성 향상 | 매우 단단하고 화학적으로 안정적인 보론 코팅 형성 |
| 실리코나이징 | 실리콘(Si) 분말 | 내열성, 내식성 향상 | 고온에서의 산화 및 부식 방지에 효과적인 실리콘 코팅 |
세라다이징 (Sheradizing)
세라다이징은 아연 분말을 사용하여 표면에 아연 코팅을 생성하는 과정입니다. 이 방법은 주로 강철이나 철제 부품의 부식 방지를 위해 사용됩니다. 고온에서 아연 분말과 함께 부품을 회전시키면서 처리하여, 부품 표면에 아연의 침투 및 확산을 통해 보호 층을 형성합니다.
크로마이징 (Chromizing)
크로마이징은 크롬을 포함한 화합물을 사용하여 금속 표면에 크롬 코팅을 형성하는 과정입니다. 이 방법은 내마모성, 내식성, 그리고 고온에서의 안정성을 향상시키기 위해 사용됩니다. 크롬 코팅은 부품의 수명을 연장시키는 역할을 합니다.
칼로라이징 (Calorizing)
칼로라이징은 알루미늄 분말을 사용하여 표면에 알루미늄 코팅을 형성하는 과정입니다. 이 방법은 주로 강철이나 철제 부품의 고온에서의 부식 방지를 위해 사용됩니다. 알루미늄 코팅은 고온에서의 산화를 방지하는 데 효과적입니다.
보로나이징 (Boronizing)
보로나이징은 보론을 사용하여 금속 표면에 보론 코팅을 형성하는 과정입니다. 이 방법은 부품의 표면 경도를 크게 향상시키고, 내마모성 및 내식성을 개선합니다. 보론 코팅은 매우 단단하고, 화학적으로 안정적인 특성을 가집니다.
실리코나이징 (Siliconizing)
실리코나이징은 실리콘 분말을 사용하여 금속 표면에 실리콘 코팅을 형성하는 과정입니다. 이 방법은 주로 내열성과 내식성을 개선하기 위해 사용됩니다. 실리콘 코팅은 고온에서의 산화 방지 및 부식 방지에 효과적입니다.
각 침투법은 금속 부품의 특정 속성을 개선하기 위해 선택되며, 사용하는 재료와 처리 과정에 따라 그 효과가 달라집니다.
금속침투법의 장단점
장점
금속 침투법의 장점은 다음과 같습니다.
- 표면 경화
- 내식성, 내열성, 내마멸성 향상
- 화학적 성질 향상
단점
금속 침투법의 단점은 다음과 같습니다.
- 주로 철강 제품에 시행
- 전기도금, 용사, 용융금속의 도금 등으로 피복
- 피복금속의 분말을 밀폐 상태로 가열하여 분말금속이 내부로 확산 및 치환되는 현상을 이용
금속 침투법은 주로 철강 제품에 시행합니다. 금속은 전기도금, 용사, 용융금속의 도금 등으로 피복시킵니다.
마무리
오늘은 금속의 표면경화 방법 중 하나인, 금속침투법의 종류와 특징, 장단점에 대해 알아보았습니다.
금속침투법은 다양한 산업 분야에서 중요한 역할을 하는 공정 중 하나로, 각기 다른 방식의 금속 침투 기술이 그 특성과 적용 분야에 따라 선택되고 있습니다. 침탄 및 질화 공정은 표면 경화를 통해 제품의 내마모성을 향상시키는 효과적인 방법이나, 처리 과정에서 발생하는 변형이나 잔류 응력 관리가 필요합니다.
종합적으로 볼 때, 각 금속침투법은 그 고유의 장점을 가지고 있으며, 적용 분야와 요구 사항에 따라 적절한 방법을 선택하는 것이 중요합니다. 특히, 고성능과 정밀도가 요구되는 현대 산업에서는 이러한 금속침투 기술의 선택과 최적화가 제품의 최종 품질과 경제성에 결정적인 영향을 미치게 됩니다.