라디칼 질화
라디칼 질화법
라디칼 질화법은 스미토모 금속광산(주) 중앙연구소에서 플라즈마 질화의 새로운 반응 이론과 일본 전자공업의 오랜 세월의 플라즈마 열처리 기술의 경험을 기초로 양쪽 회사 공동으로 개발한 새로운 플라즈마 질화법입니다.
라디칼 질화법 원리 및 장치의 개요
종래의 플라즈마 질화법은 징소와 수소의 혼합가스의 DC글로우 방전에 의해 높은 에너지 상태의 플라즈마를 발생시킵니다.
여기서 얻을수 있는 질소 분자등의 이온이 처리물을 가열하여 온도상승을 시키는것과 동시에 표면을 활성화시킵니다. 그리고 플라즈마중에 형성된 라디칼이 질화반응을 일으킵니다.
그러나, 라디칼 질화법에서는 암모니아와 수소의 혼합 가스의글로우 방전을 정밀하게 제어하여 이온 밀도가 작고 낮은에너지상태의 플라즈마를 발생시키면서 고활성인 라디칼(활성종)을 유효하게 생성시켜, 질화 처리를 실시합니다. 라디칼 질화법에서는 처리물의 온도상승에 방전을 이용하지 않고 외부가열로 이용합니다.
그림 1 : 라디칼 질화장치 개략도
(1)진공용기, (2)진공 배기 장치,(3)가스 제어장치, (4)플라즈마 전원, (5)외부가열 장치, (6)냉각장치로 구성되어 있습니다.
라디칼 질화처리는 진공용기를 배기후 외부가열장치를 이용하여 (7)처리물의 온도를 가열 상승시킵니다. 그 후 암모니아와 수소 혼합가스를 (8)Mass Flow Controller로 유량을 조절하여 진공용기 내에 주입시킵니다.
처리압력은 (9)자동 압력제어 밸브에서 소정의 값으로 제어됩니다. 적정한 직류 전압을 처리재에 인가하여 라디칼 질화를 위한 최적의 플라즈마 상태가 형성되어 질화 처리를 합니다. 처리후 처리물은 냉각장치에 의해 냉각됩니다.
라디칼 질화법의 특징
– 처리조건을 높은 정밀도로 제어할수 있어, 화합물층 유무의 선택과 질화 깊이의 조절을 간단하게 할수있음
– 부재의 표면조도는 거의 변하지 않으며 고속도공구강이나 다이스강에서 등 경면상태를 유지하는 것이 가능
– 질화 후 표면에 특별한 공정없이 Ion Plating법 등에 의해 TiN막 등 경질박막을 성막할수가 있음- 엣지부의 형상변화가 지극히 작은 처리가 가능
– 형상이나 중량이 다른 처리물을 혼재 처리하는 것이 가능하여 종래의 플라즈마 질화법에 비해 충전율을 높일수 있음
– 진공 중에서 처리하기 때문에 처리 후 표면은 무산화 상태로 얻을 수 있음
– 가스 소비량이 극히 적고 Running Cost의 절감도모
– 작업환경은 지극히 양호