용광로에 불활성 분위기를 조성하려면, 먼저 진공 펌프를 사용하여 챔버에서 반응성 공기를 제거합니다. 충분한 진공이 달성되면 챔버는 아르곤이나 질소와 같은 화학적으로 비활성인 가스로 다시 채워지거나 "퍼지"되어 재료를 둘러싸고 열처리 중 잔류 산소와 반응하는 것을 방지합니다.
기본적인 전략은 단순히 불활성 가스를 추가하는 것이 아니라 활성 가스를 먼저 제거하는 것입니다. 진공을 생성하는 것은 후속 불활성 가스 퍼지를 효과적으로 만들어 재료에 진정으로 비반응적인 환경을 보장하는 중요한 첫 단계입니다.
불활성 분위기의 원리
이 맥락에서 "불활성"이란 무엇을 의미하는가
불활성 분위기는 화학적으로 비활성인 환경입니다. 목표는 가열되는 재료와 반응하지 않는 가스로 용광로를 채우는 것입니다.
이는 고온에서 금속과 같은 재료가 공기 중의 산소와 반응하기 매우 쉬워지기 때문에 중요합니다.
문제: 산화 방지
불활성 분위기의 주요 목적은 산화 및 기타 원치 않는 표면 반응을 방지하는 것입니다.
재료가 산화되면 표면 특성이 변하여 구조적 무결성, 전도성 또는 외관이 손상될 수 있습니다. 불활성 가스는 보호막 역할을 합니다.
분위기 조성을 위한 2단계 공정
1단계: 배기 (퍼지)
이 과정은 용광로 챔버를 밀봉하고 진공 펌프(종종 로터리 베인 유형)를 사용하여 주변 공기를 제거하는 것으로 시작됩니다.
이 단계는 주로 산소와 수증기와 같은 반응성 가스의 대부분을 챔버에서 물리적으로 제거하기 때문에 필수적입니다. 압력 게이지는 진공 수준을 모니터링하는 데 사용되며, 종종 최대 0.1MPa의 압력을 목표로 합니다.
2단계: 재충전 (채우기)
원하는 진공에 도달하면 진공 밸브가 닫히고 입구 밸브가 열려 고순도 불활성 가스(아르곤 또는 질소와 같은)가 챔버로 유입되도록 합니다.
가스 유량계와 니들 밸브는 가스가 유입되는 속도를 신중하게 제어하는 데 사용되어 챔버를 중성 또는 약간 양압으로 되돌립니다. 이는 재료가 보호 가스로 완전히 둘러싸이도록 보장합니다.
피해야 할 일반적인 함정
주요 적: 누출
불활성 분위기를 유지하는 데 가장 흔한 실패 지점은 용광로 시스템의 누출입니다. 미세한 누출이라도 외부 공기의 산소가 스며들어 환경을 오염시킬 수 있습니다.
정기적인 유지보수는 선택 사항이 아닙니다. 씰, 개스킷 및 피팅의 마모 및 손상을 정기적으로 검사하는 것은 분위기의 무결성을 보장하는 데 중요합니다. 고순도 응용 분야에는 철저한 누출 감지 방법이 필요할 수 있습니다.
가스 순도 문제
사용하는 불활성 가스는 고순도여야 합니다. 수분이나 산소를 포함하는 저급 가스 실린더를 사용하면 공정의 전체 목적이 무색해집니다. 왜냐하면 "불활성" 환경에 오염 물질을 직접 도입하는 것이기 때문입니다.
공정에 적합한 선택
공정의 엄격함은 재료의 민감도에 전적으로 달려 있습니다.
- 고순도 응용 분야(예: 티타늄 또는 민감한 전자 제품)에 중점을 둔 경우: 여러 번의 진공 및 퍼지 사이클을 수행하여 잔류 오염 물질을 무시할 수 있는 수준으로 희석합니다.
- 일반적인 산화 방지(예: 강철 어닐링)에 중점을 둔 경우: 단일하고 잘 실행된 배기 및 재충전 사이클로 일반적으로 재료 표면을 보호하기에 충분합니다.
- 공정 신뢰성 및 반복성에 중점을 둔 경우: 예방 유지보수 및 시스템 누출 점검을 운영 체크리스트의 필수 부분으로 만드십시오.
궁극적으로 용광로 분위기를 제어하면 재료의 최종 특성을 직접 제어할 수 있습니다.
요약 표:
| 단계 | 공정 | 주요 장비 | 목적 |
|---|---|---|---|
| 1 | 배기 (퍼지) | 진공 펌프 | 반응성 공기 (산소, 수증기) 제거 |
| 2 | 재충전 (채우기) | 불활성 가스 (아르곤/질소) | 재료를 보호 가스로 둘러싸기 |
| - | 중요 요소 | 시스템 무결성 및 가스 순도 | 누출 및 오염 방지 |
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