• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.117-117
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• 2017

오스테나이트계 스테인리스강의 기계적 특성 향상을 위해 열화학적 표면처리 방법으로 공정 후 재료의 변형이 없고 친환경적인 플라즈마 이온질화 기술이 널리 사용되고 있다. 특히 대략 $450^{\circ}C$이하에서 플라즈마 이온질화 처리 시 S상이라 불리는 expanded austenite 생성에 기인하여 내식성이 향상시키는 것으로 알려져 있다. 그러나 이전의 연구 결과 증류수, HCl, $H_2SO_4$ 등의 실험 용액에 따라 동일한 공정 온도에 대하여 다른 부식 특성을 나타냈으며, 내식성이 확보되는 온도 또한 다른 결과를 얻었다. 이처럼 적용 환경에 따라 다른 부식 경향을 보이고 있으나, 해양 환경에 사용될 해수에서의 부식 저항성에 대한 명확한 규명은 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구는 해양환경에 보편화되어 있는 오스테나이크계 스테인리스강을 선정하여 다양한 온도에서 플라즈마 이온질화 처리 후 전기화학실험을 통해 온도 변화에 따른 부식 특성을 분석하였다. 플라즈마 이온질화는 25% 질소와 75% 수소의 비율로 $350{\sim}500^{\circ}C$의 온도 조건에서 10시간 동안 처리하였다. 플라즈마 이온질화 처리 후 마이크로 경도 계측과 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD) 분석을 통해 온도 변화에 따른 금속 표면에 형성된 질화물의 기계적 조직학적 특성을 분석하였다. 또한 모재 및 다양한 온도에서 플라즈마 이온질화 처리된 재료에 대하여 $2{\times}2cm$(노출면적 $1cm^2$) 시편을 제작하여 전기화학적 부식 실험을 수행하여 부식 특성을 상호 비교 분석하였다. 전기화학적 부식 실험은 침적실험, 동전위 양극 음극 분극 실험을 실시하여 전위 변화에 따른 전류밀도 추이를 분석하여 부식 경향을 파악하였다. 그리고 전기화학 실험 후 손상부의 SEM 관찰과 손상 깊이 분석 및 무게 감소량 계측을 통한 종합적인 분석을 통해 온도-부식 경향의 상관관계를 규명하였다. 또한 분극 실험 후 타펠 외삽법으로 부식전위와 부식전류밀도를 구하여 미처리된 재료 및 플라즈마 이온질화 온도 변화에 따른 상대적 부식 속도를 예측하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제3권4호
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• pp.143-150
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• 1979

이온 질회강 확산층의 열확산 계수를 섬열광 확산 계수측정법에 의하여 실험적으로 구하였다. 섬광 열확산 계수 측정법은 둥근 원판모양의 얇은 시편전면에 순간적으로 걍렬한 열을 가하여 확산시킨후 후면에서 증가되는 온도를 기록하여 컴퓨터에 의한 데이타 소거법을 이용해서 열확산 계수를 측정하는 것이다. 본 연구에서는 섬광 열 확산 계수 측정법에 의하여 지극히 얇은 재료의 열확산 계수를 측정 할 수 있음을 입증하였으며, 구조용 재료가 상온에서 갖는 열 확산계수를 이온질화 처리를 하지 않았을 경우와 이온질화 처리를 하였을 경우의 두가지로 나누어 측정하였다. 위의 실험결과로부터 이온질화처리를 실시하면 약 10% 까지 열확산 계수가 증가하는 것을 발견하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.105-105
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• 2018

스테인리스강은 내식성과 내구성이 우수하여 파이프 및 일반 구조용 고온재료에 널리 사용된다. 그러나 선박 및 해양플랜트 등의 고부가가치 산업에 사용될 경우 내피로성, 내구성 및 내식성이 더욱 요구되고 있다. 특히 해수 환경 하에서 스테인리스강은 재료 표면의 부동태 피막 파괴로 공식 또는 틈부식에 의한 국부부식을 초래하여 해양환경용 재료로 사용하는데 제한적이다. 플라즈마 이온질화는 저온에서 열처리가 가능하며 재료의 변형이 없어 스테인리스강에 널리 적용되는 열화학적 표면처리 기술이다. 플라즈마 이온질화는 일반적으로 고온에서 실시하여 스테인리스강의 기계적 특성을 향상시키는 목적으로 주로 적용하였으나, 저온-플라즈마 이온질화 처리 시 질소의 확산계수 증가로 표면에 S-phase 생성에 기인하여 부식 저항성이 향상된다고 알려져 있다[1-2]. 그러나 해수 펌프, 밸브, 스트레이너(Strainer) 등의 해양 환경용 기자재로 널리 사용되고 있는 주조 스테인리스강에 대한 플라즈마 이온질화 적용과 그 연구는 미비하다. 따라서 본 연구에서는 주조용 스테인리스강에 대하여 플라즈마 이온질화 기술을 적용하여 공정온도에 따른 해수 내 전기화학적 부식 특성을 규명하였다. 플라즈마 이온질화 공정은 $25%N_2$와 $75%H_2$ 비율로 $350^{\circ}C{\sim}500^{\circ}C$의 공정온도에서 10시간 동안 실시하였다. X-선 회절분석을 통해 공정온도 변수에 따른 표면에 형성된 질화층의 상변화를 분석하였다. 또한 비커스 경도계를 이용하여 표면경도를 측정하여 기계적 특성 향상을 확인하였다. 전기화학적 부식 실험 후 표면 손상 형상 관찰, 무게 감소량 및 손상 깊이 계측을 통해 공정 온도와 부식 저항 특성을 규명하였다. 또한 타펠 분석을 통해 모재와 플라즈마 이온질화 온도 변수에 따른 부식 속도를 비교 분석하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제8권3호
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• pp.217-223
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• 1984

본 논문에서는 이온질화 처리강의 미끄름 마멸현상에 대하여 이론 및 실험적 으로 규명하고 종래의 질화법과 비교하였다. 또한 미끄럼 마멸을 나타내는 일반식 V/L=C*(P/H)를 이용하여 이온질화, 염욕질화 및 가스질화에서의 C 값을 구하였으며 여기에서 V는 마멸체적, L은 마멸길이, P는 마멸하중, H는 경도이며 C는 마멸상수이다.

• 대한조선학회지
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• 제27권2호
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• pp.47-54
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• 1990

본 연구에서는 이온질화처리한 SM45C강의 피로파괴거동, 피로크랙진전거동 및 부식피로파괴거동에 관한 $N_2:H_2$가스조정비와 이온질화처리시간에 대한 효과를 조사하였다. 실험에 사용된 모든 종류의 시험편의 피로한도와 부식피로강도는 $N_2$가스와 처리시간에 비례하여 증가하였다. 무처리 시험편에 비해 이온질화처리시험편은 피로한도 및 부식피로강도가 $10^7$싸이클의 공기중에서 $24{\sim}29%$, $10^6$싸이클의 3% NaCl 수용액 중에서는 $32{\sim}48%$ 증가하였다. 반복압축-인장하중을 받는 SM45C강은 이온질화처리시험편이 무처리시험편에 비해 피로한도 및 부식피로강도가 $10^6$싸이클의 공기중에서 $24{\sim}29%$증가하였고, 3% NaCl 수용액중과 수도물중에서 $32{\sim}48%$의 증가를 보였다. 이온질화처리한 SM45C강은 무처리시험편에 비해 낮은범위의 ${\Delta}K$ 영역에서는 균열진전속도가 느리고, 높은 ${\Delta}K$ 영역에서는 빨라졌다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2015년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.75-75
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• 2015

산업이 발달되고 제품이 소형화 및 고품질화됨에 따라 그에 따른 제품의 품질 조절이 용이하고 자동화하기 쉬울 뿐만 아니라 공해문제 및 후가공 문제 등이 없는 이온질화 열처리 기술의 보급이 급속도로 확산되고 있다. 특히 플라즈마 이온질화는 가스조성, 처리온도, 질화시간, 가스압력 및 인가전류를 조절함으로써 질화층은 물론 화합물의 상을 용이하게 조절할 수 있다. 위와 같은 변수들을 조절함으로써 PECVD 장비에서 DC pulse power를 사용하여 플라즈마 질화법으로 질화처리하였으며 AISI4140강에서 화합물층의 유무에 따른 기계적인 특성을 비교 조사하고자 하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2012년도 추계총회 및 학술대회 논문집
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• pp.189-189
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• 2012

여기서는 오스테나이트 스테인리스강에 내구성능을 부여하기 위하여 여러 가지 공정온도 조건 중에서 플라즈마 이온질화 처리하여 질화층을 제작하였다. 이와같은 이온질화 층들에 대해서 형성기구를 해석함을 물론 경도, 마모 및 충격 시험들의 기계적 특성과 염수분무시험(Salt Spray Test), 침지 자연전위($E_{coor}$), 전기화학적 양분극 부식 특성을 평가하였다. 이들 층은 표면, 경화 깊이, 미세조직 및 결정구조를 분석하였고, 질화층 표면의 기계적 특성 및 부식 특성과의 상관관계를 해명-정리하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제41권3호
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• pp.238-244
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• 2017

플라즈마 이온질화 기술은 특히 스테인리스강의 표면경도 향상을 통한 기계적 성질 개선을 위해 산업 전반에서 널리 사용되고 있다. 또한 저온처리가 가능할 뿐만 아니라 담금질 강, 가스 질화 또는 침탄에 비해 변형이 적으며, 높은 표면 경도와 부식 저항성을 향상시키는 이점이 있다. 많은 연구자들에 의해 $450^{\circ}C$ 이하의 온도에서 플라즈마 이온질화 처리 시 expanded austenite(S-상)에 의해 부식 저항성이 향상되는 것으로 나타났다. 이때 대부분의 실험은 HCl 또는 NaCl과 같은 염화물 용액에서 실시되었다. 그러나 전기화학적인 요인으로서 염화물 용액과 천연해수 사이에는 차이가 있다. 따라서 본 연구에서는 304 스테인리스강에 대하여 다양한 온도에서 플라즈마 이온질화 처리 후 천연해수 용액에서 전기화학적 특성 분석을 통해 결과적으로 내식성이 가장 우수한 최적의 플라즈마 이온질화 처리 온도 조건을 규명하였다.

• 한국융합학회논문지
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• 제10권11호
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• pp.241-246
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• 2019

STS 630에 이온질화를 통한 기계적 특성 및 세포독성을 고찰하여 의료기구용으로 활용중인 STS 420 소재의 대체 가능성을 융합적으로 고찰하고자 하였다. STS 630 합금을 $480^{\circ}C$에서 1시간 시효처리 후 온도, 시간, 압력, 질소투입량의 변화를 통하여 이온질화 최적조건을 선정하고, 미세조직, 경도, 인장강도 등 기계적 특성의 변화와 섬유아세포(IGF cell)를 이용한 MTT 세포독성 시험을 수행하였다. STS 630의 경도는 시험결과 $400^{\circ}C$에서 질화시간 3시간 이상일 때 시간에 따라 증가하며, 질소가스 투입량에 비례하여 질화층의 두께와 표면경도가 증가함을 알 수 있었다. STS 630의 인장강도는 시효처리와 이온질화에 의해 34%의 향상이 되었으며, 의료기구로서의 적합성을 확인하기 위하여 섬유아세포(IGF cell)를 이용한 MTT 세포독성 시험의 경우에는 대조군(STS 420)에서만 세포 독성이 관찰되고, STS 630의 경우에는 세포독성이 나타나지 않아 의료기구로서의 적합성은 있는 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집
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• 제9권2호
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• pp.240-249
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• 1985

여러 가지 조건하에서 한쪽면만 이온질화 처리된 SCM4 의 평판을 모델로 하여 질화층의 기계적 성질과 잔류응력을 연구하였다. 질화층에서의 재료의 성질은 질소함량분포에 비례하여 변할 것이 라는 가정하에 외팔보의 굽힘과 온도-곡률의 관계를 구하는 이론적 모델을 정립하고 이에 따른 간접적 실험방법을 제시하였다. 질화층 표면에서의 선팽창 계수는 질화되지 않은 코어의 값에 비 해 2내지 12% 증가를 보였고 탄성계수는 50내지 700%증가를 보였다. 질화로 인한 축방향 팽창은 변형도로 약 0.002를 얻었다. 상온에서의 코어의 최대인장 잔류응력은 2내지 25Kg/mm$^{2}$이 며, 질화층표면에서 일어나는 최대압축잔류응력은 질화조건에 따라 50내지 300Kg/mm$^{2}$을 얻었다.