일반기술

이붕소화 티타늄 분말을 사용한 탄소강 표면합금화 재료의 제조방법

현재까지 알려진 통상적인 표면합금화 재료의 제조방법으로는 질화처리, 표면확산처리, 플라즈마 용사법, 육성용접방법 등이 있으나, 이러한 방법들은 합금화시키고자 하는 원소에 있어서 제한이 있으며 계면결합이 나쁘고 투입열이 큰 경우에는 재료 전체가 열영향을 받기 때문에 변형 및 균열의 가능성이 높다는 단점이 있다. 한편, 최근 들어 연구가 진행되고 있는 레이저 표면처리방법의 경우에는 레이저의 흡수율을 증가시키기 위해 흡수제를 첨가하여야 하고, 넓은 영역을 투사할 경우에는 다중 충첩(multi-overlapping)이라는 문제가 초래될 수도 있으며, 이때의 열효율이 40%이하로 낮고 표면 합금화층의 두께가 수십 내지 수백 ㎛ 이내로 매우 작다는 단점이 있다. 이에 반하여 고전압 가속 전자빔 투사방법은 높은 에너지를 갖는 가속 전자빔을 이용함으로써 대기 중에서 투과가 가능하고, 제조공정이 간단함은 물론 열효율이 매우 높아서 시간과 비용이 적게 들며, 연속적인 제조가 가능하다는 장점을 가지고 있다.이에 본 기술은 이소붕화 티타늄(TiB2) 세라믹분말과 융제를 건식혼합하여 탄소강 표면에 가압하여 도포한 후, 일정 범위의 가속전자빔을 투사하여 강도가 높은 표면합금화 재료를 보다 간단한 공정으로 대량 제조할 수 있게 하였다.본 기술에 따르면 TiB2 분말 또는 TiB2함유 세라믹분말과 사붕소산나트륨, MgO 또는 CaO 등의 융제를 8.5:1.5 내지 5:5의 비율로 건식혼합하여 일반 탄소강 표면에 가압 도포한 후, 1.0 내지 2.5 MeV 범위의 가속전자빔을 2 내지 3 KW/㎠ 범위의 투입 에너지밀도로 투사하여 Fe-Ti-C-B 조성의 표면합금화층을 갖는 표면합금화 재료를 제조함으로써 공정을 단순화할 수 있고 대기 중에서 연속적인 작업을 가능하게 하며 제조한 재료의 표면합금화층의 경도를 증가시킬 수 있다.