KITECH 생산기술 전문지

본 연구에서는 AISI 304 스테인리스강(STS304)을 대상으로 펄스 DC 플라즈마를 이용하여 360–560 ℃의 온도 범위에서 플라즈마 질화 실험을 수행하였으며, 다양한 N₂-H₂가스 혼합비와 공정 시간에 대한 연구를 진행하였다. STS 304 강은 오스테나이트계 스틸로 내식성이 우수하여 의료, 식품, 바이오 등의 산업에 널리 이용되어지고 있다. 하지만, 낮은 경도로 인하여 사용에 제약이 있는 실정이다. 본 연구에서는 STS 304 강의 경도는 향상시키면서 내식성을 유지할 수 있도록 플라즈마 질화를 적용하였다. 플라즈마 질화 과정에서 질소 과포화 상(S-상) 및 CrN 상 형성 경향과 기계적 특성을 연구하고, 비(非)질화 시편과 비교하였다. 결국 고경도, 내식성 유지 및 강도 향상을 위해 STS 304 강에 형성되는 형성상이 기계적 물성 변화에 미치는 영향을 확인하였다. 연구 결과, 질화층 내 형성된 상(phase)에 따라 인장 강도뿐만 아니라 경도 및 압입 시험 결과에도 변화가 나타났다. 플라즈마 질화 후 변형된 AISI 304 강판의 표면을 직접 분석하고, 추가적으로 인장 시험기를 이용하여 기계적 특성을 평가하였다. 특히, S-phase 두께가 0.2 mm 시편 두께의 2.5%일 때, 인장 강도는 모재(100 MPa)와 비교하여 최대 110 MPa까지 증가하는 것을 확인하였다.

키워드 오스테나이트 스테인리스강, 플라즈마 질화, S-phase, CrN