진공열처리로란?
진공열처리로는 진공 열처리 가공이 가능한 용광로입니다.
용광로 내부를 진공으로 만든 상태에서 대상물을 가열하기 때문에 대상물 표면을 산화시키지 않고 가공할 수 있습니다. 탈탄을 방지하고, 열처리 후 스테인리스 등의 광택을 유지할 수 있습니다.
또한, 표면의 청결도가 높아 이종 금속의 접합도 깨끗하게 가공할 수 있습니다. 가열에서 냉각을 완만하게 진행하기 때문에 왜곡을 줄일 수 있는 것이 가장 큰 특징입니다.
이산화탄소 배출량이 적고, 치수나 경도의 편차를 줄일 수 있는 가공 방식입니다. 진공로에 질소 가스 등을 주입하면서 열처리를 하는 경우도 있습니다.
진공열처리로의 사용 용도
진공열처리로는 주로 금속과 반도체의 가공에 사용됩니다. 다음은 진공열처리로의 사용 용도의 일례입니다.
- 금속의 담금질, 템퍼링 및 소결
- 증발기 등의 브레이징
- 어닐링
또한, 아래는 진공열처리로에서 제작하는 제품의 일례입니다.
- 초경공구용 고급강
- 자석, 커패시터 등 전자제품 소재
- 자동차 부품 및 산업기계 부품
특수한 기능이 요구되는 금속이 진공열처리로에서 제작됩니다. 진공열처리로에서 처리한 금속은 광휘도가 높은 특징이 있으며, 표면의 산화나 불순물을 줄일 수 있습니다.
이러한 장점이 있는 진공로는 유지보수 비용과 초기 도입 비용이 높다는 단점이 있습니다.
진공열처리로의 원리
진공열처리로는 오일 회전 펌프와 터보 분자 펌프 등을 조합하여 노 내의 공기를 배기하여 고진공 상태를 유지합니다. 고진공에서 산소가 없는 상태에서 가열하면 산화를 방지할 수 있습니다.
1. 용기 재료
용광로의 용기 재질은 일반적으로 스테인리스를 사용하는 경우가 많으며, 1,000℃~2,300℃까지 가열할 수 있고, 텅스텐, 몰리브덴, 탄화규소 등의 금속 히터로 가열합니다.
소형 용광로에는 알루미나나 석영 유리로 된 관형 용광로 안에 대상물을 넣어 가열하는 제품도 판매되고 있습니다. 히터 재료로는 칸탈선 등이 사용되며, 700℃~1,600℃ 정도까지 가열할 수 있습니다.
2. 냉각 방식
냉각방식은 자연냉각, 가스냉각, 오일냉각 등이 있다. 고온의 경우에는 용기를 이중 구조로 만들어 수냉하는 방식도 채택하고 있습니다. 또한 고온의 온도 측정은 외부에서 복사 온도계로 측정합니다.
표준형 진공로는 가열과 냉각을 같은 방에서 진행하지만, 최근에는 작업 효율을 높이기 위해 별도의 방으로 분리하는 제품도 등장하고 있습니다.
진공열처리로의 구조
진공열처리로는 이송, 가열, 냉각의 3공정을 통해 피열처리품을 열처리 가공합니다. 열처리 부품의 종류와 목적에 따라 크게 ‘일실형’과 ‘다실형’의 두 가지 구조로 나뉩니다.
1. 일실형 진공열처리로
일실형은 작업자가 피처리품을 퍼니스 내에 반입, 설치하여 한 방에서 가열과 냉각을 하는 진공로입니다. 가열과 냉각 공정을 한 공간에서 진행하기 때문에 급격한 온도차를 견뎌내야 합니다. 히터와 구조부재에는 내열성 스테인리스 스틸과 탄소 부재가 사용됩니다.
구조가 단순하기 때문에 소형부터 대형까지 다양한 라인업을 갖추고 있는 것도 특징입니다. 냉각은 퍼니스 내부와 피열처리품의 오염을 방지하기 위해 자연냉각 또는 질소 등에 의한 불활성 가스 냉각이 채택됩니다. 냉각 가스 배출구 구조와 교반 팬에 의해 균일하고 오염이 적은 냉각이 가능합니다.
따라서 표면 오염 및 변형에 민감한 제품의 가공에 적합합니다. 반면, 다음 피열처리품을 투입할 수 없기 때문에 생산성이 낮다는 단점이 있습니다.
2. 다실형 진공열처리로
다실형은 반송, 가열, 냉각 공정을 2개 이상의 챔버에서 진행하는 구조의 진공로입니다. 반송실에 투입하면 기본적으로 설정된 대로 전자동으로 가열, 냉각을 완료합니다. 구역별로 온도 제어가 가능하며, 소량 배치의 가열실을 여러 개 설치하여 처리 시간을 분산시킬 수 있습니다.
위와 같은 고안를 통해 생산성을 향상시킬 수 있는 것이 특징입니다. 냉각을 별도의 방으로 분리하여 오일 등 냉각 능력이 높은 액체 냉매를 선택할 수 있습니다. 냉각실이 가열되지 않기 때문에 높은 냉각 능력을 유지할 수 있습니다.
경화성이 낮고 냉각 속도에 민감한 금속 소재 등에서도 안정적인 성능을 발휘할 수 있습니다. 반면, 냉매에 의한 가공재 오염이 있어 열처리 후 세척이 필요합니다. 냉각 속도가 빠르기 때문에 왜곡이나 균열이 발생할 위험도 있습니다.
진공열처리로의 기타 정보
진공열처리로의 탄소부재
진공로에는 탄소 흑연이나 C/C 컴포지트 등의 탄소 부재가 사용됩니다. 사용 부위는 발열체, 구조재, 열처리 지그입니다.
탄소 부재는 내열성이 높아 최대 3,000℃까지 내열성이 있습니다. 가볍고 열팽창계수가 작아 열피로에 의한 변형이 적고 열용량이 낮은 것이 특징입니다.
경량으로 인해 피열처리품의 적재량 증가와 셋업부하를 줄일 수 있습니다. 변형이 적기 때문에 운영비 절감에도 도움이 됩니다. 열용량이 낮고 에너지 절약 효과도 높기 때문에 많은 생산성 향상 효과를 얻을 수 있습니다.
단, 가열 시 탄소가 휘발되기 때문에 용광로 내부와 피열처리 부품의 오염이 발생한다는 단점이 있습니다. 냉각 방식도 가스 냉각으로만 제한됩니다.