일반기술

고에너지 전자빔을 이용한 표면 합금화층 형성방법

현재까지 알려진 티타늄(Ti) 합금의 통상적인 표면처리방법에는 나이트라이딩(nitriding), 보라이딩(boriding), 플래팅(plating), 플라즈마 스프레잉(plasma spraying) 등이 있으나, 이러한 방법들은 표면층과 모재 금속간의 계면 결합이 양호하게 형성되지 못하며, 표면층의 두께가 너무 얇게 형성되는 단점이 있으며, 특히 화학기상증착(CVD) 방법의 경우에는 통상 고온에서 제조되기 때문에 모재 금속이 열적 영향을 받아 뒤틀리거나 물성이 약해지는 단점이 있다. 한편, 최근 들어 레이저빔을 이용한 표면처리방법이 연구되어 오고 있으나 이 방법 또한 표면 합금화층의 두께가 수십내지 수백 ㎛ 이내로 매우 얇게 형성되며, 넓은 영역을 투사할 경우에는 다중 충첩(multi-overlapping)이라는 문제가 초래될 수도 있으며, 이때의 열효율이 40%이하로 낮은 단점이 있다.이에 본 기술은 티타늄합금의 표면에 고에너지를 갖는 가속 전자빔을 투사하여 표면 합금화층을 형성함으로써 계면결합을 양호하게 형성함은 물론 열에 의한 모재 금속의 변형 또는 다중중첩 등을 방지하였다.본 기술에 따르면 붕소화티타늄 분말을 용제에 대한 40 내지 60 중량%의 비율로 혼합하여 형성한 표면합금화 재료 및 모재 금속으로 Ti-10V-2Fe-3Al인 티타늄합금을 구비하고, 표면합금화 재료를 티타늄합금에 도포한 후 가압하고, 표면합금화 재료가 도포된 티타늄합금에 전자빔 에너지 1내지 2.5 MeV 및 투사에너지밀도 4 내지 5 KW/㎠인 조건에서 가속 전자빔을 투사하여 계면결합이 양호하게 형성된 표면 합금화층이 형성되기 때문에 열에 의한 모재 금속의 변형 또는 다중중첩 등을 방지할 수 있고 재료가 가열되는 시간이 짧아 재료 표면의 산화를 방지할 수 있으며 대기중에서 연속적인 작업이 가능하여 공정 단순화를 이룰 수 있다.