자동차 브레이크 부품의 산질화기술 지원자동차 브레이크 부품의 산질화기술 지원자동차 브레이크 부품의 산질화기술 지원자동차 브레이크 부품의 산질화기술 지원

2005. 10.2005. 10.2005. 10.2005. 10.

지원기관지원기관지원기관지원기관 :::: 한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원

지원기업지원기업지원기업지원기업 :::: 대한금속공업 주대한금속공업 주대한금속공업 주대한금속공업 주( )( )( )( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산업자원부장관 귀하산업자원부장관 귀하산업자원부장관 귀하산업자원부장관 귀하

본 보고서를 자동차 브레이크 부품의 산질화기술 지원 지원기간“ ” ( : 2004. 10. 1

과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다~ 2005. 9. 30) .

2005. 10. 302005. 10. 302005. 10. 302005. 10. 30

지원기관지원기관지원기관지원기관 :::: 한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원

대표자대표자대표자대표자( )( )( )( ) 박화영박화영박화영박화영

지원기업지원기업지원기업지원기업 :::: 대한금속공업 주대한금속공업 주대한금속공업 주대한금속공업 주( )( )( )( )

대표자대표자대표자대표자( )( )( )( ) 최진수최진수최진수최진수

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 :::: 남기석 한국기계연구원남기석 한국기계연구원남기석 한국기계연구원남기석 한국기계연구원( )( )( )( )

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 최진권 대한금속공업 주최진권 대한금속공업 주최진권 대한금속공업 주최진권 대한금속공업 주( )( )( )( )

:::: 김창수 대한금속공업 주김창수 대한금속공업 주김창수 대한금속공업 주김창수 대한금속공업 주( )( )( )( )

:::: 남욱희 한국기계연구원남욱희 한국기계연구원남욱희 한국기계연구원남욱희 한국기계연구원

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목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용2222

패드 백플레이트패드 백플레이트패드 백플레이트패드 백플레이트1.1.1.1.

산질화설비 설계 제작 및 특성시험산질화설비 설계 제작 및 특성시험산질화설비 설계 제작 및 특성시험산질화설비 설계 제작 및 특성시험2.2.2.2.

백플레이트 산질화백플레이트 산질화백플레이트 산질화백플레이트 산질화3.3.3.3.

산질화 공정 및 품질관리산질화 공정 및 품질관리산질화 공정 및 품질관리산질화 공정 및 품질관리4.4.4.4.

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

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제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

본 기술지원 대상 자동차용 브레이크 패드는 마찰재와 그것을 지지하는 백플레이트

로 구성되어 있으며 마찰재 접착후 도장하여 제품화하고 있다 그러나(back plate) , .

제동시 마찰열로 인해 도장층이 박리되므로써 백플레이트가 부식되며 이로 인해 수

출용 자동차의 클레임 유발 요인이 되고 있다 그 대책으로 인산염피막처리 기술.

등을 도입하였으나 제동시 고온 발생으로 인해 피막이 열분해되어 페인트가 박리되

어 요구특성을 만족시키지 못함에 따라 대체기술 개발이 시급히 요청되고 있다.

이에 본 기술지원 요청기업은 산질화기술을 백프레이트에 적용하여 요구특성의 만

족은 물론 도장을 생략하여 브레이크 제조시 작업환경을 개선하고 제조비용을 절,

감하고자 기술개발을 추진하였다 그 목적으로 종래 산질화기술을 백플레이트에 적.

용할 것을 검토하였으나 마찰재와의 접착력이 낮아 요구특성을 만족시키지 못하였

다 따라서 백플레이트에 적합한 즉 마찰재와의 접착력이 우수하고 동시에 내식성.

을 부여할 수 있는 산질화기술의 개발이 필요하게 되어 부설 연구소를 중심으로 기

술개발을 추진하였다.

그러나 이들 관련 기술과 개발을 위한 전문기술인력 및 소요 시험분석 장비를 갖추

고 있지 않아 많은 어려움을 격고 있는 실정이었다 특히 자동차 브레이크 부품의.

경우 높은 신뢰성을 요구하므로 전문연구기관 및 수요처를 통한 특성시험 평가가

요구되어 기술지원이 더욱더 절실한 실정이며 지원요청기업 수요처 및 전문연구기, ,

관이 부품개발을 추진할 경우 효과적으로 조기에 제품화할 수 있을 것으로 사료되

어 기술지원을 요청하게 되었다.

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제 절 기술지원목표제 절 기술지원목표제 절 기술지원목표제 절 기술지원목표2222

본 기술의 지원목표는 자동차 브레이크 패드인 마찰재와의 접착력과 내식성이 우수

한 백플레이트 산질화 기술지원으로 그 주요내용은 분위기 관리기술지원 우수한,

접착력 및 고내식 화합물 및 산화층 제조기술 지원 산질화 공정 최적화기술 지원,

및 산질화층의 특성평가 지원으로 구성되어 있으며 구체적인 목표는 다음과 같다, .

부식특성 염수분무시험- :

도장전 시간 이상: 10

도장후 시간 이상: 240

접착력 전단면적 상- : 95%

산질화층- :

화합물층두께 이상: 10ㆍ ㎛

산화층 두께 : 0.5~2ㆍ ㎛

화합물층상 :ㆍ ε상

산화물층 : Feㆍ 3O4

제 절 기술지원내용제 절 기술지원내용제 절 기술지원내용제 절 기술지원내용3333

본 기술지원은 현장방문 기술교육 정보제공 및 지원기관에서의 실험 및 시험 등을, ,

통해 이루어지며 자동차 브레이크 패드 구성품인 에 적용하기 위한 내, back plate

식성 및 마찰재와 접착력이 우수한 저합금 철강소재의 질탄화 및 산화 설비 처리,

공정 및 특성평가 등과 관련된 아래의 내용을 지원하고자 하였다.

산질화 설비 설계 및 제작기술-

분위기조성 관리 및 관리기술-

내식 및 접착력이 우수한 산화층 제조 공정기술-

산질화층의 내식성 접착력 미세조직 경도 강도 등의 특성평가 기술- , , , ,

백플레이트의 대량 산질화 기술-

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제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원성과제 절 기술지원성과제 절 기술지원성과제 절 기술지원성과1111

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1.1.1.1.

브레이크 패드 백플레이트

품질 가격 및 생산성품질 가격 및 생산성품질 가격 및 생산성품질 가격 및 생산성2. ,2. ,2. ,2. ,

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비고지 원 전 지 원 후

경쟁 제품

대비 품질

염수분무( )

백플레이트 시간3 시간이상7

경쟁 제품

대비 가격

인산염피막

백플레이트

사(H,S )

원 개200 / 원 개250 /

생산성향상

매수 일( / )

인산염피막

백플레이트

사(H,S )

- 매40,000

원가절감효과원가절감효과원가절감효과원가절감효과3.3.3.3.

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년60 / ( 20 %) 전력 절감비

인건비 절감 백만원 년35 / ( 50 %)

계 백만원 년95 / ( 70 %)

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4. ( )4. ( )4. ( )4. ( )

구 분 당해연도 매출차 년 도

예상매출

전년대비

증가비율비 고

내 수 억원 년0.25 / 억원 년18 / 720%

수 출 - -

계 억원 년0.25 / 억원 년18 / 720%

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세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적5.5.5.5.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 45 산질화기술 관련 기술자료

시제품제작

양산화개발

공정개선

품질향상

시험분석 35 산질화층 분석 조직 부식성( , )

수출 및 해외바이어 발굴

교육 훈련 5 산질화기술교육

기술마케팅 경영자문/

정책자금알선

눈문게재 및 학술발표

기 타 5 금형 및 연료분사 노즐 부품

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제 절 기술지원내용제 절 기술지원내용제 절 기술지원내용제 절 기술지원내용2222

패드 백플레이트패드 백플레이트패드 백플레이트패드 백플레이트1.1.1.1.

그림 은 자동차용 브레이크장치를 나타낸 것으로 주행중인 차량을 감속 또는 정지1

시키고 정지된 차량을 정지상태로 계속 유지시키기 위한 것으로 운전자의 조작력, ,

이나 보조동력에 의해 발생된 마찰력을 이용하여 자동차의 운동에너지를 열에너지

등으로 바꾸어 제동 작용을 하게 되어 있다(Braking) .

그 장치의 구성은 운전자의 조작력이나 보조동력 을 이용하(vacuum, hydraulic, air)

여 제동에 필요한 힘을 발생시키는 마스터 실린더 부actuator, (master Cylinder),

스터 에어 마스터 에어 챔버 등으로 구성된 제(booster), (air master), (air chamber)

동력 발생장치 그 장치에서 발생된 힘을 이용하여 실제로 차량을 감속 또는 정지,

시키는 드럼 브레이크 디스크 브레이크 등으로 구성된(drum brake), (disc brake)

제동장치 그리고 제동력 발생 장치의 힘을 제동장치에 전달하는 파이프 류, (pipe) ,

벨브 류 및 동력 발생 장치의 보조동력을 얻기 위한 진공펌프(valve) (vacuum

에어컴프레셔 등의 부수장치로 되어 있다 이들 장치는 작pump), (air compressor) .

동이 확실하고 효과가 크고 신뢰성과 내구성이 우수하며 점검이나 조정이 쉬워야, ,

한다.

그림 자동차용 브레이크 장치그림 자동차용 브레이크 장치그림 자동차용 브레이크 장치그림 자동차용 브레이크 장치1.1.1.1.

그림 는 그림 의 브레이크패드의 상세도를 나타낸 것으로 마찰력을 제공하는2. 1.

마찰제와 그 마찰제를 지지하는 백프레이트로 구성된다 브레이크패드는 운전자가.

브레이크 페달을 밟았을 때 바퀴를 움직이는 브레이크 디스크를 확실하게 붙들어

주는 역할을 하는 것입니다.

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그 패드는 비석면 마찰제를 사용하여 환경을 보호함은 물론 자동차 내구성을 유지

하며 급제동시 발생하는 온도변화에도 일정한 마찰계수 유지하고 디스크와 패드, ,

마찰 시 소음을 최소화하여야 한다 또한 염분 화학약품 등 부식환경에서 사용되는. ,

패드의 백플레이트는 내식성을 가져야 하며 종래 마찰재인 패드와의 접합력을 증대

시키고 내식성을 향상시키기 위해 인산염피막을 처리하는 방법이 쓰여왔다 그러나.

제동시 발열로 인해 인산염피막층이 박리되어 내식성을 부여하지 못하는 단점을 초

래하여 이를 대체할 수 있는 새로운 표면 처리방법이 요구된다.

그림 브레이크 패드 및 백플레이트그림 브레이크 패드 및 백플레이트그림 브레이크 패드 및 백플레이트그림 브레이크 패드 및 백플레이트2.2.2.2.

산질화설비 설계제작 및 특성시험산질화설비 설계제작 및 특성시험산질화설비 설계제작 및 특성시험산질화설비 설계제작 및 특성시험2.2.2.2.

브래이크 패드 백플레이트의 품질 및 생산성을 고려하여 피트형 산질화로를 기 설2

계 제작하였으며 사용전력은 이며 최대 장입량은 톤으로 하였다, 380V, 200 , 1.2 .㎾

그림 은 산질화 설비로 로체 내부쳄버 수증기 분무장치 수증기 발생장치 질소3 , , , ,

(N2 암모니아), (NH3 이산화탄소), (CO2 를 공급할 수 있는 분위기가스 공급 및 제어)

장치 그리고 온도제어장치로 이루어져 있다 피트로의 크기는 직경 그리, . 1500 ,㎜

고 길이가 이며 도어는 볼스크류를 이용하여 상하로 이동시켜 개폐하도록3500 ,㎜

하였다 로체 내부에는 부식방지 및 암모니아가스의 분해를 제어하기 위해 스테인.

레스 강판을 사용한 인너쳄버를 그리고 외부에 설치된 수증기 발생기를 통해 형성,

된 수증기를 로내에 균일하게 분산 공급하기 위한 장치를 별도로 설계 제작하여 설

치하였다.

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그림 브레이크 패드 백플레이트의 산질화 로체그림 브레이크 패드 백플레이트의 산질화 로체그림 브레이크 패드 백플레이트의 산질화 로체그림 브레이크 패드 백플레이트의 산질화 로체3(a)3(a)3(a)3(a)

그림 산질화로의 전력공급 및 온도제어장치그림 산질화로의 전력공급 및 온도제어장치그림 산질화로의 전력공급 및 온도제어장치그림 산질화로의 전력공급 및 온도제어장치3(b)3(b)3(b)3(b)

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그림 산질화로의 분위기가스 공급 및 제어 장치그림 산질화로의 분위기가스 공급 및 제어 장치그림 산질화로의 분위기가스 공급 및 제어 장치그림 산질화로의 분위기가스 공급 및 제어 장치3(c)3(c)3(c)3(c)

그 산질화로는 이내의 온도편차를 갖도록 제작되었으며 또한 분위기가스의 분±5 ,℃

포 특히 산화를 위한 수증기의 공급이 균일하게 이루어지도록 제작하였다 그림 는, . 4

시편의 장입 위치를 나타내며 시편 는 상부 중심에 위치하였다 그림 및 는 각 위, 14 . 5 6

치에서의 산질화층의 두께 표면형태 및 상을 조사한 것으로 로 전체에 걸쳐 균일하게,

산질화가 이루어짐을 확인하였다.

그 시험조건은 570 에서 분간 질90℃

화침탄하고 에서 분간 수증기560 70℃

를 공급하여 산화하였다 이때 분위기.

가스는 NH3 : 14 /hr, N㎡ 2 : 4 /hr,㎡

CO2 을 공급하였다 이와같이: 2 /hr .㎡

처리하여 얻어진 산질화층의 조직 및

상은 그림 에서와 같이 전형적인3,4

Fe2-3N, Fe4 의 화합물층과N Fe2O3,

Fe3O4의 산화물로 이루어진 혼합상으

로 구성되어 있음을 볼 수 있다.그림 로내 온도 및 질화분포 조사그림 로내 온도 및 질화분포 조사그림 로내 온도 및 질화분포 조사그림 로내 온도 및 질화분포 조사4.4.4.4.

시편 장입 위치시편 장입 위치시편 장입 위치시편 장입 위치

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그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직5-1(a) #15-1(a) #15-1(a) #15-1(a) #1

그림 위치의 산질화층 표면형상그림 위치의 산질화층 표면형상그림 위치의 산질화층 표면형상그림 위치의 산질화층 표면형상5-1(b) #15-1(b) #15-1(b) #15-1(b) #1

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그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직5-2(a) #25-2(a) #25-2(a) #25-2(a) #2

그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태5-2(b) #25-2(b) #25-2(b) #25-2(b) #2

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그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직5-3(a) #35-3(a) #35-3(a) #35-3(a) #3

그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태5-3(b) #35-3(b) #35-3(b) #35-3(b) #3

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그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직5-4(a) #45-4(a) #45-4(a) #45-4(a) #4

그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태5-4(b) #45-4(b) #45-4(b) #45-4(b) #4

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그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직5-5(a) #55-5(a) #55-5(a) #55-5(a) #5

그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태5-5(b) #55-5(b) #55-5(b) #55-5(b) #5

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그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직5-6(a) #65-6(a) #65-6(a) #65-6(a) #6

그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태5-6(b) #65-6(b) #65-6(b) #65-6(b) #6

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그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직5-7(a) #75-7(a) #75-7(a) #75-7(a) #7

그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태5-7(b) #75-7(b) #75-7(b) #75-7(b) #7

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그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직5-8(a) #85-8(a) #85-8(a) #85-8(a) #8

그림 위치의 산질화층 표면조직그림 위치의 산질화층 표면조직그림 위치의 산질화층 표면조직그림 위치의 산질화층 표면조직5-8(b) #85-8(b) #85-8(b) #85-8(b) #8

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그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직5-9(a) #95-9(a) #95-9(a) #95-9(a) #9

그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태5-9(b) #95-9(b) #95-9(b) #95-9(b) #9

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그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직5-10(a) #105-10(a) #105-10(a) #105-10(a) #10

그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태5-10(b) #105-10(b) #105-10(b) #105-10(b) #10

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그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직5-11(a) #115-11(a) #115-11(a) #115-11(a) #11

그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태5-11(b) #115-11(b) #115-11(b) #115-11(b) #11

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그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직5-12(a) #125-12(a) #125-12(a) #125-12(a) #12

그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태5-12(b) #125-12(b) #125-12(b) #125-12(b) #12

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그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직5-13(a) #135-13(a) #135-13(a) #135-13(a) #13

그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태5-13(b) #135-13(b) #135-13(b) #135-13(b) #13

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그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직그림 위치의 산질화층 단면조직5-14(a) #145-14(a) #145-14(a) #145-14(a) #14

그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태그림 위치의 산질화층 표면형태5-14(b) #145-14(b) #145-14(b) #145-14(b) #14

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그림 처리 위치별 산질화층의 질화물 및 산화물 상그림 처리 위치별 산질화층의 질화물 및 산화물 상그림 처리 위치별 산질화층의 질화물 및 산화물 상그림 처리 위치별 산질화층의 질화물 및 산화물 상6.6.6.6.

백플레이트 산질화백플레이트 산질화백플레이트 산질화백플레이트 산질화3.3.3.3.

염욕 또는 가스 분위기를 이용한 질화침탄 및 산화공정을 통해 철강소재 표면에 주로,

(Feε 2-3 상으로 구성된 화합물츨 표면에 내식성이 우수한N) Fe3O4상의 산화층을 형성

하여 내마모 및 내식특성을 부여하는 산질화기술이 자동차를 비롯한 각종 기계부품에

활용되고 있다.

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그러나 자동차 부품중 브레이크 패드 구성품인 백플레이트는 전술한 내마모 및 내식특

성이 요구되지 않고 내식 및 마찰재와의 접착력이 요구된다 따라서 이를 만족시키기.

위해서는 종래 마모 및 부식에 대응한 산질화기술과는 다른 기술이 개발되어야 한다.

즉 종래 산질화기술은 화합물층을 통해 내마모와 내식특성을 부여하고 그 화합물층 표

면부의 다공층에 내식성이 우수한 Fe3O4상의 산화물층을 형성시켜 내마모 및 내식특

성을 부여하였으며 따라서 이때 형성된, Fe3O4상의 산화물층의 표면형태는 치밀하고

접착력이 약하다 그러나 백플레이트의 경우 내식성과 마찰재를 접착시키기 위한 접착.

력이 요구되며 따라서 화합물층과 산화층은 우수한 내식성과 접착력을 갖도록 하여야,

한다 이를 위해 각 산진화기술을 조사하고 그것을 토대로 하여 백플레이트의 요구특.

성에 적합한 산질화 공정 개발이 필요하다 이에 본 기술지원에서는 실제 수요기업과.

연계하여 처리공정에 따른 부식 및 접착력 시험작업을 거쳐 패드 백플레이트에 적합한

산질화 공정을 도출하였다.

산질화는 질화침탄시 또는 질화침탄후 별도의 산화과정을 통해 화합물층 표면에 내식,

성이 우수한 Fe3O4 산화물을 형성시키는 것으로 염욕 가스 진공 및 플라즈마를 이용, ,

한 방법이 있다 그러나 이들 방법중 처리공정 및 특성부여 등을 고려할 때 염욕 또는. ,

가스분위기를 이용한 산질화기술이 적용될 수 있으나 가스 산질화기술이 바람직히다.

그 가스산질화는 NH3 또는+RX, N2+NH3+CO2가스를 사용하여 질화침탄하여 화합물ε

층을 형성한 다음 공기 산소 또는 수증기 등 산화성가스를 공급 화합물층 표면에, ,

Fe3O4 산화층을 형성시키는 방법과 NH3+(O2 분위기가스를 이용하여 동시에or air) ε

화합물층과 Fe3O4 산화층을 형성시키는 방법이 쓰이고 있으나 전자의 방법이 가장 많

이 사용된다 로내의 잔류암모니아. (NH3 함유량은 이상 유지하는 것이 안정한 화) 18%

합물층을 형성하나 빠른 시간내에 두꺼운 화합물층을 얻기 위해서는 이상 유지하20%

는 것이 바람직하다 또한 산화공정에는 산화성가스를 사용할 수 있으나 주로 수증기.

를 사용한다.

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본 백플레이트의 산질화는 생산성 및 설비비 등의 여러 측면을 고려하여 N2+NH3+CO2

가스를 사용하여 질화침탄하여 화합물층을 형성한 다음 공기 산소 또는 수증기 등, ,ε

산화성가스를 공급 화합물층 표면에 Fe3O4 산화층을 형성시키는 방법을 채택하였으

며 그 공정도를 그림 에 그리고 각 처리장면을 그림 에 나타내었다, 5 , 8~16 .

그 공정은 단계를 거쳐 이루어지며 먼저 샌드브라스팅 및 세척된 백플레이트를 지그7

에 배치하고 로내에 장입한다 그 단계로 백플레이트를 질소 또는 암모니아가스를. 1 , 4

로 공급하고/hr 500㎡ 까지 가열하여 단계로 예열하여 균일화한 다음 단계로2 3 NH℃ 3

: 14 /hr, N㎡ 2 : 4.0 /hr, CO㎡ 2 의 혼합가스를 공급하면서 질화침탄의 단: 2 /hr 4㎡

계로 가열한다 그 단계인. 570 에서 분간 질화침탄한 다음 단계로 질소를 최대90 5℃

의 치환속도로 공급하여 로 냉각한다 냉각이 완료되면 단계로 수증기를14 560 . 6 1.2℃

로 공급하여f 560㎏ 에서 분간 산화시킨 다음 취출하는 단계로 이루어진다 단70 7 . 4℃

계인 질화침탄시 잔류암모니아는 이상 유지되도록 한다18% .

그림 패드 백플레이트의 산질화 공정도그림 패드 백플레이트의 산질화 공정도그림 패드 백플레이트의 산질화 공정도그림 패드 백플레이트의 산질화 공정도7.7.7.7.

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그림 산질화전의 백플레이트그림 산질화전의 백플레이트그림 산질화전의 백플레이트그림 산질화전의 백플레이트8.8.8.8.

그림 산질화전의 제품검사 장면그림 산질화전의 제품검사 장면그림 산질화전의 제품검사 장면그림 산질화전의 제품검사 장면9.9.9.9.

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그림 지그에 제품 배치중 장면그림 지그에 제품 배치중 장면그림 지그에 제품 배치중 장면그림 지그에 제품 배치중 장면10(a)10(a)10(a)10(a)

그림 지그에 배치된 백플레이트그림 지그에 배치된 백플레이트그림 지그에 배치된 백플레이트그림 지그에 배치된 백플레이트10(b)10(b)10(b)10(b)

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그림 백플레이트의 로내 장입 장면그림 백플레이트의 로내 장입 장면그림 백플레이트의 로내 장입 장면그림 백플레이트의 로내 장입 장면11.11.11.11.

그림 로내 장입후 질소가스 투입시기의 장면그림 로내 장입후 질소가스 투입시기의 장면그림 로내 장입후 질소가스 투입시기의 장면그림 로내 장입후 질소가스 투입시기의 장면12.12.12.12.

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그림 백플레이트의 질화침탄 장면그림 백플레이트의 질화침탄 장면그림 백플레이트의 질화침탄 장면그림 백플레이트의 질화침탄 장면13.13.13.13.

그림 산화후 취출장면그림 산화후 취출장면그림 산화후 취출장면그림 산화후 취출장면14.14.14.14.

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그림 지그로부터 해체되는 백플레이트그림 지그로부터 해체되는 백플레이트그림 지그로부터 해체되는 백플레이트그림 지그로부터 해체되는 백플레이트15.15.15.15.

그림 산질화된 백플레이트의 제품 포장 상태그림 산질화된 백플레이트의 제품 포장 상태그림 산질화된 백플레이트의 제품 포장 상태그림 산질화된 백플레이트의 제품 포장 상태16.16.16.16.

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그림 은 산질화 전17 후 백플레이트의 외관을 나타내며 처리후 백플레이트의 표면,ㆍ

색상은 짙은 회색을 띠게된다.

그림 산질화 전 상부그림 산질화 전 상부그림 산질화 전 상부그림 산질화 전 상부17. ( )17. ( )17. ( )17. ( ) 후 하부 의 백플레이트 왼관후 하부 의 백플레이트 왼관후 하부 의 백플레이트 왼관후 하부 의 백플레이트 왼관( )( )( )( )ㆍㆍㆍㆍ

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그림 수요기업의 백플레이트 요구물성을 만족시키는 산질화층 단면의 미세조직18.

을 나타낸 것으로 질화침탄에 의한 화합물층과 그 표면에 형성된 산화물층으로 구

성되어 있다.

그림 백플레이트의 산질화층 단면조직그림 백플레이트의 산질화층 단면조직그림 백플레이트의 산질화층 단면조직그림 백플레이트의 산질화층 단면조직18.18.18.18.

산질화기술은 염욕 또는 가스를 이용한 질화침탄을 기반으로 하고 있으며 그 원리, ,

를 살펴보면 다음과 같다 먼저 가스질화침탄을 포함한 가스질화는 발생기질소인.

래디킬 질소 를 강중에 확산시켜 퀜칭하여 강재 표면을 경화시키는 방법이다 그[N] .

질화온도에서 질소의 고용한도는 이하이며 표면질소농도가 을 초월하면0.1% , 0.1%

γ상(Fe4 이 형성되고 표면질소농도가 을 초월하면N) , 6% 상(Feε 3 으로 변화된다N) . γ

상(Fe4 은 구조이고N) f.c.c , 상(Feε 3 은 구조 조밀육방격자 이며N) c.p.h ( ) γ상(Fe4 이N)

상(Feε 3 으로 변화되기 위해서는 일정한 시간이 필요하다 그 때문에 실제로N) . γ상

(Fe4 과N) 상(Feε 3 의 혼합조직으로 존재한다N) .

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그 조직을 금속현미경 이용하여 관찰하면 γ상(Fe4N), 상(Feε 3 도 나 이탈 등의 부N)

식액에 부식되어 희게 보이기 때문에 백층 혹은 화합물층이라 불리운다 더욱더 질화, .

가 진행되어 표면의 질소농도가 을 초월하면 상이 생성된다 상은 인성이 결여11% .ζ ζ

되어 있으며 따라서 상의 생성을 피하지 않으면 안된다 화합물층이 성장되면 질소는, .ζ

더욱더 강재 내부로 확산되며 확산경화층을 형성하게 된다 이들 화합물중, . γ상(Fe4N)

상은 경도가 높고 인성이 우수하고 상, (Feε 3 상의 경우 경도가 높으나 취성을 가지N)

며, γ상(Fe4N)상보다 내식성이 우수한 특징을 가지고 있다 따라서 내마모특성이 요구.

되는 기계부품에 γ상(Fe4N) 또는 상, (Feε 3 단독 또는 혼합상의 화합물층이 적용되N) ,

고 있다.

이에 브레이크 패드 백플레이트의 요구특성인 내식특성 및 접착력 향상을 위해서는

화합물층의 경우 주로 상(Feε 3 상으로 구성되며 표면은 주상기공의 거칠기가 큰 표N) ,

면형태가 바람직하다 종래 기계부품에 적용되어온 화합물층과 같이 윤활제를 함유케.

하고 산화물층과의 결합력을 향상시킬 수 있으나 너무 많은 기공을 형성시키는 것은

기지의 강도를 저하시켜 오히려 마찰재와의 결합력을 떨어뜨릴 수 있다 또한 종래 산.

질화의 경우 화합물층 두께를 25~70 으로 하나 그 두께가 두꺼워지는 경우 필요㎛

이상의 두꺼운 기공층이 형성될 수 있다 브레이크 패드 백플레이트의 경우 화합물.

층이 두꺼워지면 전처리 즉 샌드브라스팅 공정에서 제품 표면에 부여한 거칠기를,

감소시킴은 물론 너무 두꺼운 기공층이 형성되어 마찰재와의 접착력을 감소시킬,

수 있다.

한편 종래 기계부품에 적용하는 산질화의 경우 산화층은 전술한 바와같이 주로 내

식성이 우수한 Fe3O4 상을 두께 범위로 치밀하게 형성시켜 보다(magnetite) ~3㎛

더 우수한 내식성을 갖도록 한다 그러나 패드 백플레이트의 경우 산화물층을 너무.

두껍게 하는 경우 백플레이트에 마찰재를 접합할 때 접합력을 약화시킬 수 있어 바

람직하지 않다 또한 산화물층의 표면형태도 종래 기계부품에 적용하는 경우 우수.

한 내식성을 얻기 위해 매우 치밀하게 형성시켜야 한다 그러나 그러한 경우 접착.

재의 접합력을 약화시킬 수 있다 따라서 브레이크 패드 백플레이트의 경우 산화물.

층 두께가 너무 두껍거나 치밀한 경우 접착력이 떨어질 수 있다 즉 백플레이트에.

서 요구하는 내식성과 접합력을 얻을 수 있는 산화물층 두께와 표면형태를 갖도록

하는 것이 바람직하다.

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산질화 공정 및 품질관리산질화 공정 및 품질관리산질화 공정 및 품질관리산질화 공정 및 품질관리4.4.4.4.

표 의 공정 및 품질관리 계획서는 수요기업의 품질시험 즉 다수의 염수분무시험에1

의한 부식시험과 수요기업에서의 접착력시험을 거쳐 합격한 제품의 처리 규격 및

공정을 토대로 하여 작성된 것이다 그 외에 작업표준서 및 검사성적서가 작성되었.

다.

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표 산질화 공정 및 품질 관리 계획서표 산질화 공정 및 품질 관리 계획서표 산질화 공정 및 품질 관리 계획서표 산질화 공정 및 품질 관리 계획서1.1.1.1.

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제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

본 기술지원 사업을 통해 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트에 적용하기 위한

산질화기술을 지원하였으며 그 주요내용은 다음과 같다, .

패드 백플레이트를 산질화하기 위한 수증기 발생장치를 포함한 피트형 산질화로1.

를 설계 및 제작하고 온도 및 질화침탄 실험을 통해 그 사용 적합성을 평가 지원하

였다.

수요자인 사와 연계하여 부식 및 접합력 시험을 통해 패드 백플레이트의 요구2. H

특성을 만족시키는 규격과 그에 따른 산질화공정을 확립하였다.

백플레이트의 산질화 공정 및 품질 관리 계획서 작업표준서 시험검사서 등을3. , ,

비롯한 제품 생산에 필요한 제 관리 및 규격을 마련하였다.

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