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금속 제품의 질화 처리를 수행할 수 있도록 내부에 처리 공간이 형성되고 상기 처리 공간으로 복수의 반응 가스를 포함하는 처리 가스가 주입되는 반응 챔버를 이용한 질화 처리 방법에 있어서,상기 금속 제품의 표면이 활성화될 수 있도록 상기 반응 챔버의 내부 온도를 제 1 온도로 상승 후 유지한 상태로 상기 처리 가스를 상기 반응 챔버로 공급하는 전 처리 단계; 및상기 금속 제품의 표면의 활성화 후, 질화 포텐셜 값이 기준 값에 도달할 때까지 상기 내부 온도를 제 2 온도로 상승시키고, 상기 금속 제품의 표면에 생성되는 화합물층 및 확산층의 두께를 제어할 수 있도록, 상기 반응 챔버로 공급되는 상기 처리 가스의 유량을 조절하여 상기 질화 포텐셜 값을 적어도 2단계로 제어하는 질화 처리 단계;를 포함하는, 질화 처리 방법
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제 1 항에 있어서,상기 전 처리 단계에서,상기 제 1 온도를 상기 처리 가스에 포함된 암모니아 가스가 열분해되지 않는 온도로 제어하고,상기 질화 처리 단계에서,상기 제 2 온도를 상기 반응 챔버의 상기 처리 공간에서 상기 암모니아 가스가 수소 가스와 질소 가스로 분해되어, 상기 처리 가스에 의해 상기 금속 제품의 질화 처리가 이루어지는 온도로 제어하는, 질화 처리 방법
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제 2 항에 있어서,상기 전 처리 단계에서,상기 제 1 온도는, 300℃ 내지 450℃의 범위로 제어되고,상기 질화 처리 단계에서,상기 제 2 온도는, 450℃ 내지 650℃의 범위로 제어되는, 질화 처리 방법
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제 2 항에 있어서,상기 전 처리 단계는,상기 반응 챔버의 상기 처리 공간이 대기압 상태 또는 중진공 상태의 산화 분위기에서 상기 내부 온도를 상기 제 1 온도로 가열하여, 상기 금속 제품의 표면을 산화시키는 산화 단계;처리 가스 공급부를 통해 상기 반응 챔버의 상기 처리 공간으로 질소 가스를 투입하여, 상기 처리 공간을 비(非) 산화 분위기로 형성하는 퍼지 단계; 및 비(非) 산화 분위기가 형성된 상기 반응 챔버의 상기 처리 공간으로 상기 처리 가스 공급부를 통해 상기 암모니아 가스를 투입하여, 상기 금속 제품의 산화된 표면을 환원시키는 환원 단계;를 포함하는, 질화 처리 방법
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제 2 항에 있어서,상기 질화 처리 단계는,처리 가스 공급부를 폐쇄한 후, 상기 반응 챔버의 상기 내부 온도를 상기 제 2 온도로 가열하여, 상기 반응 챔버의 상기 처리 공간에서 상기 암모니아 가스를 분해하여 수소 가스와 질소 가스를 생성하는 암모니아 분해 단계;상기 반응 챔버의 상기 내부 온도가 상기 제 2 온도에 도달된 후, 상기 처리 공간의 상기 질화 포텐셜 값을 수소 센서를 포함하는 센서부를 통해 도출하는 질화 포텐셜 값 도출 단계; 및상기 센서부를 통해 도출된 상기 질화 포텐셜 값이 상기 기준 값에 도달하면, 상기 처리 공간의 상기 질화 포텐셜 값이 적어도 2단계로 제어될 수 있도록, 상기 처리 가스 공급부를 개방하여 상기 반응 챔버의 상기 처리 공간으로 투입되는 상기 암모니아 가스의 유량을 조절하는 질화 포텐셜 제어 단계;를 포함하는, 질화 처리 방법
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제 5 항에 있어서,상기 질화 포텐셜 제어 단계는,제 1 시간 동안 상기 질화 포텐셜 값을 상기 기준 값과 동일한 제 1 값으로 유지하는 제 1 제어 단계; 및상기 질화 포텐셜 값을 상기 제 1 값 보다 낮은 제 2 값으로 제어한 후, 상기 제 1 시간 보다 긴 제 2 시간 동안 상기 질화 포텐셜 값을 상기 제 2 값으로 유지하는 제 2 제어 단계;를 포함하는, 질화 처리 방법
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제 6 항에 있어서,상기 제 1 제어 단계 및 상기 제 2 제어 단계에서,상기 반응 챔버의 상기 내부 온도는 상기 제 2 온도로 일정하게 유지되는, 질화 처리 방법
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제 6 항에 있어서,상기 제 1 제어 단계에서,상기 반응 챔버의 상기 내부 온도는, 상기 제 2 온도로 일정하게 유지되고,상기 제 2 제어 단계에서,상기 내부 온도는, 상기 제 2 온도로부터 상승 또는 하강하여 상기 제 2 온도와 다른 제 3 온도로 일정하게 유지되는, 질화 처리 방법
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제 8 항에 있어서,상기 제 2 제어 단계에서,상기 제 3 온도는, 450℃ 내지 650℃의 범위에서 상기 제 2 온도와 다른 온도로 제어되는, 질화 처리 방법
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10
제 6 항에 있어서,상기 질화 포텐셜 제어 단계는,상기 질화 포텐셜 값을 상기 제 2 값 보다 낮은 제 n 값으로 제어한 후, 상기 제 2 시간 보다 같거나 긴 제 n 시간 동안 상기 질화 포텐셜 값을 제 n 값으로 유지하는 제 n 제어 단계;를 더 포함하는, 질화 처리 방법
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제 5 항에 있어서,상기 질화 포텐셜 값 도출 단계에서,상기 질화 포텐셜 값은, 하기 [수식 1]에 의해 계산되는, 질화 처리 방법
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제 11 항에 있어서,상기 [수식 1]에 포함된 수소 분압()은, 상기 암모니아 분해 단계에서 상기 반응 챔버의 상기 처리 공간에서 상기 암모니아 가스가 분해되면서 생성된 상기 수소 가스에 의한 것인, 질화 처리 방법
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13
제 5 항에 있어서,상기 질화 처리 단계에서,상기 반응 챔버의 내부 압력이 기 설정된 압력 미만일 경우에는 상기 반응 챔버에서 분해되거나 미분해된 상기 처리 가스를 배출하는 배출부를 폐쇄하고, 상기 기 설정된 압력 이상일 경우에는 상기 배출부를 개방하는, 질화 처리 방법
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제 13 항에 있어서,상기 기 설정된 압력은, 0
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15
제 5 항에 있어서,상기 질화 포텐셜 제어 단계에서,상기 처리 가스 공급부를 온/오프제어 방식 또는 PID제어 방식에 의해 제어하여 상기 암모니아 가스의 유량을 조절하는, 질화 처리 방법
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