상업용 질소 기반 대기 가스는 금속 표면 화학을 제어하기 위해 정확한 가스 혼합물에 의존합니다. 경화 응용 분야의 경우 일반적인 조성은 질소(N2) 97%, 수소(H2) 1%, 일산화탄소(CO) 1%, 메탄(CH4) 1%입니다. 탈탄에 중점을 둔 공정은 종종 N2 40%, H2 40%, CO 20%를 사용하며, 침탄 응용 분야는 일반적으로 N2 90%와 H2 10%의 혼합물을 사용합니다.
특정 가스 조성은 원하는 표면 반응에 따라 결정됩니다. "희박" 혼합물은 산화를 방지하는 보호 장벽 역할을 하며, "농후" 또는 탄소 제어 혼합물은 표면 경도와 화학 구조를 적극적으로 변경합니다.
기능별 대기 가스 분류
올바른 조성을 선택하려면 먼저 이러한 대기 가스가 열처리에서 수행하는 세 가지 뚜렷한 역할을 이해해야 합니다.
보호 대기 가스
이러한 혼합물은 금속에 대해 화학적으로 중성을 유지하도록 설계되었습니다. 주요 기능은 가열 중 산화 또는 탈탄을 방지하는 것입니다.
철 금속의 풀림에 가장 일반적으로 사용되며, 화학적 구성을 변경하지 않고 표면 마감을 유지합니다.
반응성 대기 가스
반응성 대기 가스는 의도적으로 더 높은 농도의 활성 가스를 포함합니다. 금속 산화물을 환원하거나 철 재료로의 탄소 전달을 촉진하도록 설계되었습니다.
탄소 제어 대기 가스
이들은 반응성 대기 가스의 특정 하위 집합입니다. 공정 요구 사항에 따라 표면에 탄소를 추가(침탄)하거나 탄소를 제거(탈탄)하기 위해 강철과 반응을 촉진합니다.
응용 분야별 특정 조성
질소와 반응성 가스(H2, CO, CH4)의 정확한 비율은 열 공정에 따라 크게 다릅니다.
경화 처리
경화는 열 전달을 허용하면서 탄소 수준을 유지하는 안정적인 환경을 필요로 합니다.
- 조성: N2 97%, H2 1%, CO 1%, CH4 1%.
표면 탄소 변형
이러한 공정은 금속의 표면 화학을 급격하게 변경합니다.
- 탈탄: 탄소를 제거하기 위해 높은 반응성 가스 수준을 사용합니다.
- 조성: N2 40%, H2 40%, CO 20%.
- 침탄: 특정 캐리어 블렌드를 사용하여 탄소 추가를 촉진합니다.
- 조성: N2 90%, H2 10%.
풀림 (희박 대기 가스)
대규모 연속 풀림 처리는 일반적으로 "희박" 질소 기반 대기 가스를 사용합니다. 이는 주로 질소이지만 잔류 산소를 제거하기 위해 미량의 반응성 가스를 포함합니다.
- 조성: N2 97.1%, CO 1.7%, H2 1.2%.
소결 (농후 대기 가스)
철 분말 소결과 같은 공정은 적절한 결합을 보장하기 위해 환원 가스 농도가 높은 "농후" 대기 가스를 필요로 합니다.
- 조성: N2 75.3%, CO 11%, H2 13.2%, CH4 0.5%.
절충안 이해
질소 기반 대기 가스는 다용성을 제공하지만 올바른 균형을 달성하려면 가스 비율을 신중하게 관리해야 합니다.
반응성과 안전성 균형
탈탄(합계 60%)에 사용되는 것과 같이 수소(H2) 및 일산화탄소(CO)의 높은 농도는 공정의 가연성 및 독성 위험을 크게 증가시킵니다.
공정 민감도
"희박" 대기 가스에서는 오차 범위가 작습니다. 반응성 가스(CO 및 H2)가 약 3%에 불과하므로 사소한 누출이나 오염은 대기 가스의 산화 방지 능력을 빠르게 압도하여 얼룩지거나 손상된 부품을 초래할 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
올바른 대기 가스를 선택하는 것은 가스 잠재력을 금속 공학 목표와 일치시키는 것입니다.
- 주요 초점이 경화인 경우: 표면 무결성을 유지하면서 공격적인 변형 없이 H2, CO 및 CH4의 미량으로 97% N2 기반을 사용하십시오.
- 주요 초점이 탄소 제어인 경우: 침탄 또는 탈탄 반응을 적극적으로 유도하기 위해 고수소 혼합물(H2 10% ~ 40%)을 사용하십시오.
- 주요 초점이 풀림인 경우: 비용 효율적으로 금속을 산화로부터 보호하기 위해 "희박" 혼합물(약 97% N2)을 선택하십시오.
- 주요 초점이 소결인 경우: 분말 금속의 효과적인 환원 및 결합을 보장하기 위해 CO 및 H2 수준이 높은 "농후" 대기 가스를 선택하십시오.
성공은 대기 가스가 금속 공학에서 요구하는 대로 정확하게 작동하도록 이러한 비율을 정확하게 제어하는 데 달려 있습니다.
요약 표:
| 응용 분야 | 질소 (N2) | 수소 (H2) | 일산화탄소 (CO) | 기타 (CH4) | 기능 |
|---|---|---|---|---|---|
| 경화 | 97% | 1% | 1% | 1% | 보호/표면 안정성 |
| 침탄 | 90% | 10% | - | - | 탄소 추가 |
| 탈탄 | 40% | 40% | 20% | - | 탄소 제거 |
| 풀림 (희박) | 97.1% | 1.2% | 1.7% | - | 산화 방지 |
| 소결 (농후) | 75.3% | 13.2% | 11% | 0.5% | 환원 및 결합 |
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