금속 표면 처리 101: 기본 사항

표면 처리 프로세스란 무엇인가요?

표면 처리는 물리학, 화학, 야금학, 재료 과학의 첨단 기술을 활용하여 부품의 표면 특성을 수정하는 정교한 엔지니어링 프로세스입니다. 이 학제 간 접근 방식은 핵심 재료의 특성을 유지하거나 개선하면서 표면 특성을 향상시켜 궁극적으로 미리 정해진 성능 요구 사항을 달성하는 것을 목표로 합니다.

표면 처리의 주요 기능은 다음과 같습니다:

향상된 성능:

• 내식성 및 내마모성 대폭 개선
• 표면 성능 저하 및 손상 완화, 제거 또는 복구
• 열악한 환경에서 구성 요소 수명 및 안정성 연장

기능적 표면 엔지니어링:

• 일반 소재에 다음과 같은 특수한 속성을 부여합니다:
  - 향상된 경도 및 인성
  - 열 또는 전기 전도성 향상
  - 윤활성 또는 소수성 증가
• 셀프 클리닝 또는 오염 방지 표면과 같은 고급 기능 활성화

경제적 및 환경적 혜택:

• 제조 및 최종 사용 애플리케이션의 에너지 효율성 최적화
• 재료 대체 및 제품 수명 연장을 통한 전체 생산 비용 절감
• 폐기물 및 자원 소비를 최소화하여 환경 지속 가능성 향상

미적 향상:

• 원하는 표면 마감, 질감 또는 색상을 구현하여 제품 외관 개선

표면 처리 프로세스에는 다음과 같은 다양한 기술이 포함되지만 이에 국한되지 않습니다:
- 화학적 처리: 아노다이징, 인산염 처리, 화학 기상 증착(CVD)
- 물리적 처리: 물리적 기상 증착(PVD), 플라즈마 스프레이, 이온 주입
- 기계적 처리: 샷 피닝, 버니싱, 레이저 쇼크 피닝
- 열처리: 질화, 침탄, 화염 경화

2. 금속 표면 처리 공정의 분류

네 가지 카테고리로 나눌 수 있습니다: 표면 개질 기술, 표면 합금 기술, 표면 변환 필름 기술 및 표면 코팅 기술.

1. 표면 수정 기술

1. 표면 담금질

표면 담금질은 강철의 화학적 조성 및 코어 구조의 변화 없이 부품의 표면을 강화하기 위해 급속 가열 및 담금질을 통해 표면층을 오스테나이트화하는 열처리 방법을 말합니다.

표면 담금질의 주요 방법은 화염 담금질과 유도 가열입니다.

일반적인 열원은 옥시아세틸렌 또는 옥시프로판 불꽃입니다.

2. 레이저 표면 강화

레이저 표면 강화는 집중된 레이저 빔을 사용하여 공작물 표면에 조사하여 매우 얇은 표면 재료를 상변태 온도 또는 융점 이상의 온도로 매우 짧은 시간 내에 가열하는 프로세스입니다. 그런 다음 재료를 빠르게 냉각하여 공작물 표면을 경화 및 강화합니다.

레이저 표면 강화는 레이저 위상 변환 강화 처리, 레이저 표면 합금 처리 및 레이저 표면 합금 처리로 나눌 수 있습니다. 레이저 클래딩 치료.

레이저 표면 강화는 열 영향 영역이 작고 변형이 적으며 작동이 편리합니다. 주로 다음과 같은 국소 강화 부품에 사용됩니다. 블랭킹 다이크랭크샤프트, 캠, 캠샤프트, 스플라인 샤프트, 정밀 기기 가이드 레일, 고속 스틸 커터, 기어, 내연 기관의 실린더 라이너 등입니다.

3. 샷 피닝

샷 피닝은 고속으로 움직이는 입자를 부품 표면에 대량으로 분사하는 강화 기술입니다. 이 공정은 금속 표면에 무수히 많은 작은 충격을 가해 부품의 표면과 표면 아래 영역에 소성 변형을 유도하여 강화를 달성합니다.

기능:

• 부품의 기계적 강도, 내마모성, 내피로성, 내식성을 개선합니다;
• 표면 소멸 및 석회질 제거에 사용됩니다;
• 제거 잔류 스트레스 주조, 단조 및 용접 부품을 제작합니다.

4. 롤링

롤링은 상온에서 회전하는 공작물 표면에 하드 롤러 또는 롤을 눌러 버스 방향을 따라 이동하여 공작물 표면을 소성 변형 및 경화시켜 정확하고 매끄럽고 강화된 표면 또는 특정 패턴을 얻는 표면 처리 공정입니다.

애플리케이션: 원통형 표면, 원뿔형 표면, 평면 및 기타 비교적 단순한 모양의 부품.

5. 와이어 드로잉

와이어 드로잉은 금속을 외력에 의해 금형을 통과시켜 금속 단면을 압축하고 필요한 단면적 모양과 크기를 얻는 표면 처리 방법으로, 이를 금속 와이어 드로잉 공정이라고 합니다.

와이어 드로잉은 장식의 필요에 따라 직선, 임의의 선, 잔물결 및 나선형으로 만들 수 있습니다.

6. 연마

폴리싱은 부품의 표면을 수정하는 데 사용되는 마감 방법입니다. 일반적으로 매끄러운 표면만 얻을 수 있으며 원래의 가공 정확도를 개선하거나 유지할 수 없습니다. 다양한 전처리 조건에 따라 Ra 값( 표면 거칠기) 연마 후 1.6~0.008μm에 달할 수 있습니다.

일반적으로 다음과 같이 나뉩니다. 기계적 연마 및 화학적 연마.

2. 표면 합금 기술

화학적 표면 열처리

표면 합금 기술의 일반적인 공정은 화학적 표면 열처리입니다.

가열 및 단열을 위해 공작물을 특정 매체에 넣는 열처리 공정입니다. 이를 통해 매체의 활성 원자가 공작물 표면을 관통하여 화학적 구성과 조직을 변화시킬 수 있습니다. 이 프로세스는 공작물의 표면을 변경하여 성능을 변화시킵니다.

표면 담금질에 비해 화학적 표면 열처리는 강철의 표면 구조를 변화시킬 뿐만 아니라 화학 성분도 변화시킵니다.

침탄과 질화는 사용되는 다양한 요소에 따라 여러 요소와 기타 요소로 분류할 수 있습니다.

화학적 열처리 공정은 분해, 흡수, 확산의 세 가지 기본 단계로 구성됩니다.

화학적 표면 열처리의 두 가지 주요 방법은 침탄과 질화입니다.

3. 표면 변환 필름 기술

1. 흑화 및 인산염화

흑화:

강철 또는 강철 부품을 공기, 증기 또는 화학 물질에서 적절한 온도로 가열하여 표면에 파란색 또는 검은색 산화막을 형성하는 과정을 "블루잉"이라고 합니다. 이 과정에서 강철 또는 강철 부품이 파란색으로 변할 수도 있습니다.

인산염 처리:

인산염 처리란 강철, 알루미늄 또는 아연으로 만든 공작물을 인산염 용액(일반적으로 산성 인산염 기반 용액)에 담그고 표면에 물에 녹지 않는 결정성 인산염 전환 필름을 증착하는 공정입니다.

2. 양극 산화

주로 알루미늄과 그 합금의 표면에 산화물 코팅을 만드는 과정을 말합니다.

아노다이징 과정에서 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부품은 산성 전해질에 담그고 외부 전류의 영향을 받아 양극으로 작용합니다. 그 결과 부품 표면의 기판과 단단히 결합된 부식 방지 및 산화막이 형성됩니다.

이 산화막은 보호, 장식, 단열, 내마모성과 같은 고유한 특성을 가지고 있습니다.

아노다이징, 연마, 탈지, 세척 및 기타 전처리를 수행한 후 세척, 착색 및 밀봉을 수행해야 합니다.

애플리케이션: 자동차 및 항공기의 일부 특수 부품의 보호 처리와 수공예품 및 일상적인 하드웨어 제품의 장식 처리에 일반적으로 사용됩니다.

4. 표면 코팅 기술

1. 열 분무

열분사에는 금속 또는 비금속을 가열하고 녹이는 작업이 포함됩니다.금속 재료 를 압축 가스를 사용하여 공작물 표면에 지속적으로 분사합니다. 이렇게 하면 기판과 단단히 결합된 코팅이 생성되어 공작물 표면이 필요한 물리적 및 화학적 특성을 얻을 수 있습니다.

열분사 기술은 재료의 내마모성, 내식성, 내열성, 단열성을 향상시킬 수 있습니다.

애플리케이션: 항공우주, 원자력, 전자 및 기타 거의 모든 분야의 최첨단 기술을 활용하고 있습니다.

2. 진공 도금

진공 도금은 진공 조건에서 증류 또는 스퍼터링을 통해 금속 표면에 다양한 금속 및 비금속 필름을 증착하는 표면 처리 공정입니다.

진공 도금은 매우 얇은 표면 코팅을 만들 수 있습니다. 또한 빠른 속도, 우수한 접착력, 오염 감소 등의 이점을 제공합니다.

진공 스퍼터 도금의 원리

진공 도금은 공정에 따라 진공 증착, 진공 스퍼터링, 진공 이온 도금으로 나눌 수 있습니다.

3. 전기 도금

전기 도금은 전기 화학 및 산화 환원 과정입니다.

니켈 도금을 설명하자면, 금속 부품을 금속염(NiSO4) 용액에 담그면 음극이 되고 금속 니켈 플레이트가 양극 역할을 합니다. DC 전원 공급 장치를 연결하면 금속 니켈 코팅이 부품에 증착됩니다.

전기 도금 방식은 일반 전기 도금 또는 특수 전기 도금으로 분류됩니다.

4. 증착

증착 기술은 물리적 또는 화학적 방법을 사용하여 증착 요소가 포함된 증기상 물질을 재료 표면에 증착하는 새로운 코팅 기술입니다. 이를 통해 얇은 필름이 생성됩니다.

증착 기술은 증착 공정의 서로 다른 원리에 따라 물리적 증착(PVD)과 화학적 증착(CVD)으로 분류됩니다.

물리적 기상 증착(PVD)

물리적 기상 증착은 진공 조건에서 물리적 방법으로 물질을 원자, 분자 또는 이온으로 기화시키는 기술입니다. 이후 증기 공정을 통해 재료 표면에 박막을 증착합니다.

물리적 증착 기술은 진공 증착, 스퍼터링, 이온 도금의 세 가지 기본 방법으로 구성됩니다.

화학 기상 증착(CVD)

화학 기상 증착은 다음을 포함하는 프로세스입니다. 금속 성형 또는 특정 온도에서 혼합 기체와 기판 표면의 상호작용을 통해 기판 표면에 화합물 필름을 형성합니다.

화학 기상 증착 필름은 기계 제조, 항공 우주, 운송 및 석탄 화학 산업과 같은 다양한 산업에서 널리 사용됩니다. 이 필름은 우수한 내마모성, 내식성, 내열성, 전기 및 광학 특성 등 고유한 특성을 가지고 있습니다.