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암모니아를 이용한 금속의 질화(Nitriding)와 질량유량계(MFC)


질화(Nitriding)라는 단어를 아십니까?


질화는 1900년대 초반 개발되어 많은 산업 분야에서 널리 사용되고 있는 열처리 공정으로, 금속의 표면에 질소를 확산시켜 표면 경화층을 만들어 강철과 같은 특정 금속의 표면 특성을 개선하는데 사용됩니다.


이번 시간에는 금속의 질화와 질량유량계(Mass Flow Controller)가 금속을 질화하는 공정에 어떻게 사용되는지에 대해 알아보겠습니다.

 

질화(Nitriding)가 뭔가요?


질화는 강이나 합금과 같은 금속에 질소 원소를 첨가하는 표면 경화 공정입니다.

이 공정을 통해 금속의 내마모성과 내식성, 내열성 등을 향상시키고 표면 경도를 높이며 부식을 줄이는데 도움이 됩니다.


질화는 주로 고온에서 수행되며, 강 또는 합금이 질소를 포화 상태로 흡수하게 되는데, 이 과정에서 금속의 표면에는 강도가 강하고 마모에 유리한 질화물 층이 생성됩니다.

이 질화물 층은 일반적으로 하드웨어나 기계 부품에서 발생하는 마모나 부식을 방지하는데 도움이 됩니다.


질화 공정에는 주로 3가지 방법이 사용되는데 가스 질화, 염욕 질화, 플라즈마 질화입니다.


가스 질화(Gas Nitriding) : 가스 질화는 공여체는 질소가 풍부한 암모니아(NH3)를 사용합니다.

암모니아가 가열된 재료와 접촉하면 질소와 수소로 분해되고 질화물 층을 형성합니다.


염욕 질화(Salt Bath Nitriding) : 염욕 질화는 질소가 함유된 소금을 사용합니다.

사용되는 온도는 약 550℃ ~ 570℃ 이며, 재료 표면에 탄소를 제공해 연질화합니다.


플라즈마 질화(Plasma Nitriding) : 이온 질화라고도 불리는 플라즈마 질화는 질소 이온을 가지고 표면에 충돌시켜 질화물 층을 형성하는 방식입니다.

이 과정은 일반적으로 진공 상태에서 수행되며, 다른 방법들보다 훨씬 더 높은 정밀도와 통제력을 제공합니다.


각 방법은 공정의 세부 사항에 따라 선택될 수 있으며, 그 결과물은 강 또는 합금의 원래 성질과 질화 공정 후에 원하는 속성에 따라 달라질 수 있습니다.

질화는 저합금강에서 가장 일반적으로 사용되지만, 티타늄과 알루미늄, 몰리브덴에도 사용될 수 있습니다.


주로 질화 처리를 거치는 제품의 목록은 아래와 같습니다.

- 기어 및 스플라인(Gears and Splines)

- 샤프트 및 베어링(Shafts and Bearings)

- 밸브 구성 요소(Valve Components)

- 압출 다이(Extrusion Dies)

- 압착용 롤러(Rollers for Crimping)

 

MFC를 이용해 질화를 진행할 수 있을까?


그런데 질량 유량계(Mass Flow Controller)를 질화에 이용할 수 있을까요?

위에 설명한 가스 질화 과정에 MFC를 사용할 수 있습니다.


가스 질화 공정에서는 수 백도℃의 환경에서 재료가 되는 암모니아의 유량을 제어해야 합니다.

외부 환경은 매우 뜨겁지만 MFC의 부품이 손상되거나 구조적으로 변형될 위험일 있을 정도까지 뜨겁지는 않습니다.

따라서 유입되는 암모니아 기체는 대용량의 MFC를 이용해 제어할 수 있습니다.



암모니아 기체가 수용된 후 나오는 암모니아 분자(NH3)는 처리되는 부품의 표면에서 질소와 수소로 분리되어 확산되어 질화물 코팅층을 형성합니다.


대형 가스 질화 공정에서는 높은 유량의 암모니아 기체가 필요하며, 인포라드는 정확하고 빠른 질량 유량계를 공급할 수 있습니다.


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