기술 개요
저온 화학적 표면 코팅 기술과 초심층 표면 개질 기술을 포함한 새로운 표면 기능성 코팅 기술은 물리적, 화학적 또는 물리적 화학 및 기타 기술적 수단을 사용하여 “재료 및 부품의 표면 구성 및 조직 구조”를 변경합니다. 특성 매트릭스 재료의 고유한 특성을 유지하고 표면처리에 필요한 다양한 특성을 부여함으로써 재료에 대한 다양한 기술 및 서비스 환경의 특별한 요구사항에 적응하므로 제조 및 재료 분야에서 가장 활발한 기술 분야입니다. 여기에는 코팅 기술을 이용한 표면 처리도 포함됩니다. 가장 큰 장점은 아주 적은 재료와 에너지 소모로 모재로부터 얻기 어렵거나 심지어 불가능한 우수한 특성을 지닌 얇은 표면층을 제조할 수 있어 가장 큰 경제적 이점을 얻을 수 있다는 점입니다. 표면개질 및 코팅기술.
고품질의 효율적인 표면 개질 및 코팅 기술은 열화학 표면 기술, 화학 기상 증착 기술, 고에너지 플라즈마 표면 코팅 기술, 부품 다층 복합 코팅 기술, 표면 개질 및 코팅 성능 예측 및 전단 성능 테스트 및 수명 평가 등
저온 화학 기상 증착 기술은 플라즈마 강화 기술을 도입해 온도를 600도 이하로 낮추고, 이 기술로 생산되는 고강도, 고성능 코팅 공정을 구현한다. 고속, 고하중에 사용되며, 가공이 어려운 부위에 특별한 역할을 합니다.
초심층 표면 개질 기술은 대부분의 열처리 부품과 표면 처리 부품에 적용할 수 있으며, 고주파 담금질, 탄질화, 이온 질화 및 기타 공정을 대체하여 더 깊은 침투층과 더 높은 내마모성을 얻을 수 있습니다. 수명이 다하면 획기적인 기능적 변화가 일어날 수 있습니다.
국내외 현황 및 발전 동향
기초산업과 첨단제품의 발달로 인해 이 분야와 관련 학문이 국내외적으로 상호 추진되고 있는 상황에서 고품질의 효율적인 표면개질 및 코팅기술에 대한 수요가 심화되고 있습니다. “열화학적 표면 개질”, “고에너지 플라즈마 표면 코팅”, “다이아몬드 박막 코팅 기술”, “표면 개질 및 코팅 공정 시뮬레이션 및 성능 예측” 등이 획기적인 발전을 이루었습니다.
1. 열화학 표면개질 기술 현황 및 개발 동향
최근 몇 년간 외국에서는 제어된 대기조건 및 진공조건에서의 침탄, 침탄질화 및 기타 기술에 대한 연구를 중시하여 산업화를 이루었지만, 우리나라에서는 응용 사례가 거의 없고 관련 기술 연구 작업이 활발히 이뤄지고 있다. 제어된 분위기 침탄 및 진공 침탄 기술은 생산 주기를 크게 단축하고 에너지와 시간을 절약하는 동시에 산화 또는 탈탄 없이 가공물의 품질을 향상시켜 부품의 내식성과 내피로성을 보장할 수 있습니다. 표면을 개선하고 열처리 및 청소 시간 후에 가공 여유를 줄입니다.
현재 탄소 전위 제어 및 모니터링, 침투층 분포 제어 및 기타 측면에 대한 국제 연구 결과가 실제 생산에 적용되었으며 온라인 동적 제어에는 컴퓨터가 사용됩니다.
2. PVD, CVD, PCVD 기술 현황 및 개발 동향
다양한 기상증착은 현재 전 세계 유명 연구기관 및 대학에서 진행되고 있는 도전적인 연구 주제입니다. 현재 이 기술은 정보, 컴퓨터, 반도체, 광학 기기 및 기타 산업과 전자 부품, 광전자 장치, 태양 전지, 센서 장치 등의 제조에 널리 사용되고 있습니다. 기계 산업에서는 하드를 생산하는 데 사용됩니다. 내마모성 코팅, 내식성 코팅, 열 차단 코팅 및 고체 윤활 코팅에 대한 많은 연구와 응용이 있으며 그중 TiN 및 기타 코팅 도구의 인기는 다이아몬드 필름 연구에 혁명을 일으켰습니다. 입방정 질화붕소 필름 역시 매우 뜨겁기 때문에 실용성을 향해 나아가고 있습니다. 다양한 PVD 및 CVD 프로세스를 기반으로 IBAD, PCVD 및 중공 음극 다중 아크 복합 이온 코팅 장치, 이온 주입 및 오일 스퍼터링 또는 증발 복합 장치, 플라즈마 바디와 같은 많은 새로운 프로세스 및 장비가 개발 및 결합되었습니다. 침지 이온 주입 장치 및 기타 장치는 이러한 유형의 기술을 계속해서 새로운 차원으로 끌어 올리고 있습니다. 해외 개발과 비교하면, 우리나라는 위와 같은 측면에 대해 더 많은 연구를 진행했지만 그 수준은 상당히 다르며 실제 적용의 격차는 더욱 큽니다.
3. 고에너지 플라즈마 표면 코팅 기술 현황 및 개발 동향
이 기술은 표면의 물리적, 화학적 반응을 증가시켜 특별한 특성을 지닌 피복층을 얻는 것입니다. 음극아크플라즈마의 생성과 효과를 보다 효과적으로 강화하고 제어하는 것이 핵심이다. 미국, 일본, 독일 등이 이 기술을 활발하게 개발하고 있다. 플라즈마 강화 전기화학적 표면 개질 기술은 현재 전 세계적으로 활발한 개발 및 연구 분야입니다. 알루미늄, 티타늄과 같은 재료의 경우 플라즈마 조광 방전을 사용하여 전기화학적 처리 효과를 높이고 금속 표면 및 기타 산화물에 치밀한 알루미나를 생성합니다. 기판에 매우 높은 성능의 표면을 제공할 수 있는 세라믹 필름 층은 고급 제조 공정의 최첨단 기술이며 가공 도구 및 금형 산업에서도 큰 응용 가능성을 가지고 있습니다.
4.다이아몬드 필름 코팅 기술
다이아몬드는 우수한 물리적 특성을 가지고 있습니다. 공구, 금형, 드릴 비트 등과 같은 복잡한 형상의 공작물 표면에 매우 얇은 다이아몬드 필름을 증착하면 공작물의 성능을 향상시키고 일부 특수 조건의 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 최근에는 다이아몬드 필름의 우수한 특성과 폭넓은 적용 가능성으로 인해 일본, 미국, 서유럽 등에서 많은 연구를 진행하고 다양한 다이아몬드 코팅 공정 기술을 개발하여 비약적인 발전을 이루었습니다. 국내외 다이아몬드 코팅 연구에 특히 해외에서는 다이아몬드 코팅과 기판의 접착력 향상, 다이아몬드 코팅의 대면적 급속 증착, 코팅된 다이아몬드 필름 장비 시스템의 산업화 생산 등 핵심 기술이 미국, 스웨덴 등에서 획기적인 발전을 이루었습니다. 다이아몬드 금속 절삭공구를 출시하여 시장에 공급하고 있으나 우리나라에서는 아직 이 기술이 실용화 수준에 도달하지 못해 개발과 산업화가 시급히 필요합니다.
5. 다층 복합코팅 기술 현황 및 개발 동향
단일 표면 코팅은 표면 엔지니어링 설계의 가혹한 작업 조건을 충족할 수 없습니다. 다양한 코팅 재료의 성능 이점이 다층 복합 코팅(극도의 그라데이션 레이어 포함)을 형성하는 데 사용되기 때문에 모든 표면 처리에는 서로 다른 장점과 단점이 있습니다. 점진적인 변화)는 매우 중요합니다. 해외에서는 나노미터 수준의 단층 코팅 두께와 100층 이상의 다층 복합 코팅 기술에 대한 연구를 진행해 왔습니다. 준비된 코팅은 높은 내식성, 인성 및 강도를 가지며 기재와 잘 결합됩니다. 또한 강도가 좋고 표면 거칠기가 낮아 정밀 고속 가공 작업에 유리합니다. 주요 개발 측면에는 외국이 포함되어 있어 나노 규모의 미세 코팅 소재의 연구 및 응용에 새로운 돌파구가 있을 것으로 기대됩니다. 복합코팅기술은 내마모성, 고온산화부식성, 단열성 등의 기능을 갖고 있어 코팅제품의 사용범위를 확대하고 수명을 연장시킬 수 있어 향후 세기에 비약적으로 발전할 기술이다. . 우리나라는 연구를 시작하여 예비적인 결과를 얻었지만 아직 해결해야 할 몇 가지 문제가 있습니다.
6. 표면 개질 및 코팅 공정 시뮬레이션 및 성능 예측 현황 및 개발 동향
표면 엔지니어링의 중요한 부분인 표면 개질 및 코팅 기술은 전통 산업과 첨단 산업 분야에 침투하여 응용 요구 사항에 따라 표면 기능성 코팅 기술의 추가 개발을 촉진합니다. 사용 요구 사항에 따라 재료 표면을 설계하고, 표면 성능 매개변수를 맞춤화하여 특정 요구 사항을 충족시키며, 표면 피복층의 조직 구조, 성능 및 예측을 더욱 실현하는 것이 이 분야의 중요한 연구 방향이 되었습니다. 해외에서는 CVD, PVD 및 기타 표면 개질 방법에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 연구가 진행되고 있으며, CVD 공정을 시뮬레이션하고 매크로 및 마이크로 다단계 모델을 사용하여 공정 및 코팅의 다양한 특성과 결합 강도를 시뮬레이션하고 예측합니다. 기판의 침탄, 질화 공작물, 침탄층 성능 응력 등을 컴퓨터로 시뮬레이션하여 사람들이 공정을 더 잘 제어하고 최적화할 수 있습니다. 이 분야에 대한 우리나라의 연구는 이제 막 초단계 단계에 있습니다.
“ 10차 5개년 계획 ” 의 목표 및 주요 연구 내용
1. 목표
국내외 표면 기능성 코팅 기술 개발과 기계산업의 수요 및 현 상황을 바탕으로 첨단화되고 적용 가능한 표면 기능성 코팅 핵심 기술을 다수 개발하여 주요 국책과제 연구개발에 활용하겠습니다. 및 주요 기술 장비.
2. 주요 연구 내용:
(1) 저온 증착 신기술 및 장비 연구
새로운 마그네트론 스퍼터링, 이온 플레이팅, PCVD 장비 및 이들의 복합 장비를 개발하고 공정의 자동 제어를 실현합니다. 필름 형성 및 필름 기반 결합 메커니즘에 대한 연구를 강화하고, 필름 제조 온도를 낮추고, 반응 공정 및 공정 매개변수를 최적화하고, 내마모성 및 내식성을 갖춘 다양한 새로운 고품질 코팅을 합성합니다. 국가 안보와 기간 산업에 시급히 필요한 표면 공학 기술 문제를 해결하는 데 주력하고 혁신적인 과학 기술 성과를 창출하기 위해 노력하며 일반 기계, 밸브, 냉간 금형, 고온 금형 및 기타 산업의 기술 진보를 촉진합니다.
(2) 나노규모의 다층 복합코팅 소재 및 공정기술 연구
국제선진수준에 맞춰 나노규모 다층복합코팅재료의 개편, 구조, 두께, 층수의 종합설계 등 50층 이상의 나노규모 복합코팅 기술 및 재료를 연구하고, 코팅 재료의 미세 구조 및 준비 공정 기술 연구.
(3) 표면 코팅 기술 및 품질의 수치 시뮬레이션 및 최적 제어에 관한 연구 및 산업 개발
열화학적 표면 개질 공정과 PVD 및 CVD 증착 기술에 대한 공정 시뮬레이션 및 최적화 연구에 중점을 둡니다. 수학적 모델과 알고리즘을 확립하고 해당 컴퓨터 소프트웨어 시스템을 개발하여 표면 수정 및 코팅 프로세스의 설계를 안내 및 분석하고 표면 성능 및 서비스 수명을 예측합니다.
(4) 다이아몬드 필름 코팅 기술
대면적, 고속, 고품질 다이아몬드 필름 코팅 공정 기술 및 코팅 도구 산업화 기술에 대한 연구를 수행하여 우수한 코팅 품질, 균일성, 안정적이고 신뢰할 수 있는 성능에 중점을 두고 다이아몬드 코팅 증착 속도를 높이고 해당 제품의 설계를 완성합니다. 장비, 제조와 동시에 다이아몬드 필름 코팅 블레이드, 초경 드릴 비트와 같은 절삭 공구를 개발하여 수명을 10배로 늘리고 자동차와 같은 산업에 사용됩니다
