질화

질화 (窒化, Nitriding)는 금속 표면에 질소를 침투시켜 표면 경도를 증가시키고 내마모성, 내피로성, 내식성 등을 향상시키는 열처리 공정입니다. 주로 강철, 스테인리스강, 티타늄 합금 등 다양한 금속 재료에 적용됩니다.

원리 및 방법

질화는 일반적으로 암모니아 가스(NH₃)를 사용하여 수행됩니다. 암모니아 가스는 고온에서 분해되어 질소 원자를 방출하고, 이 질소 원자가 금속 표면에 흡수되어 금속 원자와 결합하여 질화물(Nitride)을 형성합니다. 질화물은 매우 단단한 화합물로, 금속 표면의 경도를 높여줍니다.

질화 방법에는 크게 다음과 같은 종류가 있습니다.

• 가스 질화: 암모니아 가스를 사용하여 질화하는 가장 일반적인 방법입니다. 온도, 시간, 암모니아 가스의 농도 등을 조절하여 원하는 질화층의 깊이와 경도를 얻을 수 있습니다.
• 염욕 질화: 시안산염(Cyanate)이 포함된 용융 염욕에 금속을 담가 질화하는 방법입니다. 비교적 짧은 시간 안에 균일한 질화층을 얻을 수 있습니다.
• 플라즈마 질화 (이온 질화): 진공 상태에서 질소 이온을 금속 표면에 충돌시켜 질화하는 방법입니다. 다른 방법에 비해 낮은 온도에서 질화가 가능하며, 복잡한 형상의 부품에도 균일한 질화층을 얻을 수 있습니다.
• 연질화: 탄소와 질소를 동시에 금속 표면에 침투시키는 방법입니다. 내마모성과 내식성이 더욱 향상됩니다.

적용 분야

질화는 자동차 부품 (기어, 크랭크샤프트 등), 공구, 금형, 베어링, 밸브 등 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 특히 높은 내마모성과 내피로성이 요구되는 부품에 많이 적용됩니다.

장점

• 표면 경도 증가
• 내마모성 향상
• 내피로성 향상
• 내식성 향상
• 고온 강도 향상
• 변형 최소화

단점

• 질화층의 두께가 제한적임
• 일부 재료에는 적용이 어려울 수 있음
• 공정 조건에 따라 취성이 발생할 수 있음