• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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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.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.3 no.4
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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.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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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.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.8 no.3
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• pp.217-223
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• 1984

An attempt is made to predict the wear behavior of ion-nitrided metal, when wear arises from asperity interactions. The analysis demonstrates that wear mechanisms are not inconsistent with observed behavior, indicates and approaches to a better appreciation of the effects of such factors as nitrided layer formation and surface topographical features. It was found on ion-nitriding that penetration rate and case development are faster and wear properties of the final product are more improved than conventional gas and salt-bath methods of nitriding.

• Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.27 no.2
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• pp.47-54
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• 1990

In this study, the effects of gas ratio($N_2:H_2$) and treatment time on the fatigue fracture behavior, fatigue crack growth behavior and corrosion fatigue fracture behavior for the ion-nitrided SM45C steel were investigated. The results show that the fatigue limit and corrosion fatigue strength increased in porportion to $N_2$ gas and treatment time for all kinds of specimen, used in the experiment. Compare to the non-nitrided specimen, the fatigue limit and the corrosion fatigue strength increased about $24{\sim}29%$ at $10^7$ cycles in air and $32{\sim}48%$ at $10^6$ cycles in 3% NaCl aqueous solution, respectively. Similar results were derived with SM45C steel under Compression-Tension $24{\sim}29%$ at $10^6$ cycles in air and $32{\sim}48%$ either in 3% NaCl aqueous solution or in tap water, respectively. Ion-nitrided SM45C steel showed a slow fatigue crack growth rate at relatively low range of ${\Delta}K$ compared to the non-nitrided specimen. To the contrary, its rate increase at higher range of ${\Delta}K$.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.05a
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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.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.11a
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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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• v.41 no.3
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• pp.238-244
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• 2017

Plasma ion nitriding has been widely used in various industries to improve the mechanical properties of materials, especially stainless steels by increasing the surface hardness. It has the particular advantages of less distortion compared to that in the case of hardening of steel, gas nitriding, and carburizing; in addition, it allows treatment at low-temperatures, and results in a high surface hardness and improved corrosion resistance. Many researchers have demonstrated that the plasma ion nitriding process should be carried out at temperatures of below $450^{\circ}C$ to improve corrosion resistance via the formation of the expanded austenite phase(S-phase). Most experimentals studied to date have been carried out in chloride solutions like HCl or NaCl. However, the electrochemical characteristics for the chloride solutions and natural seawater differ. Hence, in this work, plasma ion nitriding of 304 stainless steels was performed at various temperatures, and the electrochemical characteristics corresponding to the different process temperatures were analyzed for the samples in natural seawater. Finally the optimum plasma ion nitriding temperature that resulted in the highest corrosion resistance was determined.

• Journal of the Korea Convergence Society
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• v.10 no.11
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• pp.241-246
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• 2019

In this study, we have examined the possibility to improve the material properties and biocompatibility of the 630 stainless steel for the application of medical instruments. The evaluation of mechanical properties and biocompatibility of the 630 stainless steel were studied by aging, nitriding, SEM measurement, Vicker's hardness, tensile strength and MTT cytotoxicity using IGF cells, respectively. The results showed that the tensile strength and Vicker's hardness of 630 stainless steel was increased with aging and ion nitriding time. The cytotoxicities of the 630 stainless decreased compared with the 420 stainless on MTT cytotoxicity using IGF cells. Ion nitriding of 630 stainless led to an enhanced application of medical instruments and biocompatibility performance.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.9 no.2
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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.