챔버 내 대기를 완전 배기하여 산화·탈탄을 원천 차단, 브라이트 표면을 실현하는 고급 열처리 설비
챔버 내 대기를 완전 배기하여 산화·탈탄을 원천 차단, 브라이트 표면을 실현하는 고급 열처리 설비
산화: 고온에서 금속 표면이 산소와 반응해 산화물을 형성합니다. 이 산화층은 표면 거칠기를 증가시키고, 열처리 후 기계적 하중을 받을 때 균열의 진원지가 됩니다.
탈탄: 강재 표면의 탄소가 산소와 반응해 일산화탄소로 휘발됩니다. 고속도강의 경우 일반 로에서 담금질 시 0.23mm 깊이의 탈탄층이 형성되어 경도·내마모성·피로 수명이 근본적으로 저하됩니다.
진공로는 기계식 로터리 펌프, 루츠 펌프, 확산 펌프 등을 조합해 챔버 내부를 고진공 상태로 만듭니다. 산소 자체가 없으므로 산화·탈탄 반응이 일어날 수 없습니다.
진공 환경에서는 복사열에만 의존해 가열이 진행됩니다. 대류 열전달이 없으므로 핫존 설계와 열 복사 경로가 특히 중요합니다.
흑연(Graphite) 핫존: 내구성이 뛰어나고 수리가 용이하며 경제적입니다. 다만 흑연에서 탄소가 용출될 수 있어 탄소 오염에 민감한 소재에는 적합하지 않습니다.
몰리브덴(Mo) 전금속 핫존: 탄소 오염이 전혀 없어 항공우주·의료용 초합금, 티타늄 부품 처리에 필수적입니다. 초기 비용이 높지만 고청정도 요구 공정에서는 대안이 없습니다.
금속 제련 과정에서 결정 격자 내에 갇힌 수소 원자는 외부 하중 시 금속이 예고 없이 파괴되는 수소 취성(Hydrogen Embrittlement)을 유발합니다.
진공 챔버에서 가열하면 외부의 극단적인 압력차에 의해 수소 분자가 금속 밖으로 신속히 배출됩니다. 이를 통해 인성·피로 강도가 비약적으로 향상됩니다.
가열 완료 후 챔버 내에 15~25 Bar 고압의 고순도 N₂ 또는 Ar 가스를 고속 분사해 부품을 균일하게 급랭합니다. 담금질 효과를 내면서도 산화 없는 브라이트 표면을 유지합니다.
가스 압력과 순환 팬 속도를 제어해 냉각 속도를 조절할 수 있어, 오일 담금질 대비 변형이 적고 부품 복잡도에 따른 균열 위험이 낮습니다.
진공 열처리 후에는 연마·샌드블라스팅·산세척 등 2차 후처리 공정이 전혀 필요 없습니다. 표면 품질이 그대로 최종 제품의 품질이 됩니다.
후처리 공정 제거에 따른 비용·시간 절감, 불량률 감소, 치수 정밀도 유지 등 경제적 이점이 상당합니다. 정밀 부품일수록 진공 열처리의 가치가 커집니다.
| 진공도 등급 | 압력 범위 | 주요 적용 |
|---|---|---|
| 저진공 | 0.1~100 Pa | 일반 진공 열처리, 브레이징 |
| 중진공 | 10⁻¹~10⁻³ Pa | 정밀 합금 담금질, 소결 |
| 고진공 | 10⁻³~10⁻⁵ Pa | 항공우주 초합금, 의료기기 |
| 초고진공 | 10⁻⁵ Pa 이하 | 반도체, 첨단 신소재 |