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4.4 침붕 (Boriding)
침붕, 또는 붕소화 공정은 강철 또는 다른 금속 부품의 표면에 붕소를 침투시켜 매우 높은 경도와 우수한 마모 저항성을 부여하는 열처리 기술입니다. 이 공정은 금속 표면에 붕소 화합물 층을 형성시키며, 이 층은 표면의 경도를 크게 향상시키고, 내마모성과 내식성을 개선합니다. 침붕은 고온 환경이나 극한의 마모 조건에서 사용되는 부품에 특히 적합한 표면 경화 방법입니다.
Scheme of device used for powder-pack boriding with an open retort: 1-powder mixture, 2-treated samples, 3-the open upper part of the retort, 4-tube-shaped retort with a closed bottom, 5-electric resistance furnace, 6-furnace chamber, 7-heating elements.
1: 침붕의 원리
침붕 공정에서는 금속 부품을 붕소가 풍부한 환경(가스, 분말, 또는 액체)에서 가열하여 붕소 원자가 금속 표면으로 확산되도록 합니다. 이 붕소 원자는 금속 표면과 반응하여 붕소화물 층(예: FeB, Fe₂B)을 형성합니다. 이 층은 매우 높은 경도를 가지며, 부품의 표면 특성을 크게 개선합니다.
2: 침붕 과정
- 가열: 부품을 800°C에서 1000°C(1472°F에서 1832°F) 사이의 온도로 가열합니다. 이 온도는 붕소 원자의 확산과 붕소화물 형성을 최적화합니다.
- 침붕: 가열된 부품을 붕소 환경에 노출시켜, 붕소가 표면에 확산되고 붕소화물 층이 형성되도록 합니다. 침붕 시간은 몇 시간에서 수십 시간에 이를 수 있습니다.
- 냉각: 처리된 부품을 냉각시켜, 표면에 형성된 붕소화물 층을 안정화시킵니다.
3: 침붕의 장점
- 극도의 경도 향상: 침붕 처리는 1400 HV(비커스 경도) 이상의 매우 높은 표면 경도를 제공합니다.
- 우수한 마모 저항성: 형성된 붕소화물 층은 마모와 긁힘에 대한 저항력이 매우 높습니다.
- 높은 내식성: 붕소화물 층은 부품의 내식성을 개선하여, 부식에 의한 마모를 줄입니다.
- 열 안정성: 침붕 처리된 부품은 고온 환경에서도 경도를 유지합니다.
4: 응용 분야
- 절삭 도구: 드릴 비트, 밀링 커터, 날 등의 도구 경화에 사용됩니다.
- 산업용 롤러: 종이나 금속 가공 산업에서 사용되는 롤러의 마모 저항성을 향상시킵니다.
- 자동차 부품: 엔진 부품, 변속기 부품 등의 내마모성을 개선합니다.
- 항공우주 부품: 항공기 및 우주선의 고온 환경에서 사용되는 부품의 성능을 향상시키는 데 사용됩니다.
침붕 공정은 금속 부품의 성능을 극대화하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 공정을 통해 처리된 부품은 극한의 환경에서도 우수한 성능을 유지하며, 제품의 수명과 신뢰성을 크게 향상시킵니다.
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