1. 질화처리의 종류와 특징

강의 표면에 500℃∼600℃의 저온처리로 활성이 질소원소나 탄소원자를  침입고용시켜 표면처리를 일으키는 방법으로서 질화 작용에 따라서 다음과 같이 분류된다.

1) 순질화
암모니아(NH₃)가스를 500℃ 이상으로 가열된 강 표면에 촉매작용에 의한 열분해되어 생겨진 발생기의 질소원자(N)가 질화 작용을 하게 된다. 이때 암모니아 가스는 일부가 분해될 뿐이며 이 분해되는 비율을 해리도라 한다.

2) 가스 연질화
순질화와 같이 암모니아의 열분해로 인한 질소원소와 침탄성 가스에서 공급되는 CO가스에 의해 이루어지며 혼합비율에 따라 질화효과에 많은 차이가 있다.

3) 염욕 연질화
질화제의 주성분인 알카리금속의 시아내이트(MCNO)가 500℃ 이상에서 아래식과 같이 분해되어 발생기 의 질소원자와 탄소원자를 제공한다.

4) 이온 질화
글로우(GIOW)방전 에너지에 의해 질소 가스를 이온화하여 생겨진 N⁺ 이온이 (-)극의  처리물 표면에서 질화작용을 하게 된다.
이온 연질화시에는 위와 같은 반응과 침탄성 가스에서 공급되는 CO가스에 의하여 이루어 진다.

2. 질화층 조직 및 성질
질화 처리한 강표면의 조직은 최표면에 화합물층과 내부에 αFe에 N만이 고용된 과포화 고용체 또는 합금원소의 단단한 질화물이 석출하는 확산층으로 구성되어 있다.
화합물 층은 그 처리조건, 처리방법에 따라 조직의 치밀성, 생성질화물의 경도와 상(Phase)의 종류 및 고용하는 탄소량이 다르게 되며 그 성질은 내마모성, 내식성에 영향을 주게 된다. 확산층은 질화처리 온도가 낮기 때문에 질화방법에 관계없이 질소만이 침투하며 질소가 침투된 깊이까지를 확산층 길이, 즉 질화층 깊이라 하며 강의 종류와 처리시간에 따라 다르다. 대개 같은 시간처리할 결우 이온질화와 염욕질화 방법이 가스질화 보다 깊게 형성된다

1) 화합물층                                                                                   7
화합물층은 순질화와 연질화가 서로 차이가 있다. 순질화의 경우는 화합물충 조성이 Fe-N계이며 질소 포텐셜이 높기 때문에 Fe₂N가 많고 이는 경도가 녹아져 매우 취약하므로 반드시 제거하여야 한다.      
연질화의 경우는 Fe-N계이며 탄소가 고용되었기 때문에 성질이 매우 특이하며 인성과 미끄럼성 및 내식 내열성이 뛰어나기 때문에 유익하게 사용되고 있다.

가) 경도                                                                                       
화합물 두께는 미크론 단위(10∼20㎛)이므로 일반 미소 경도계로서 화한물층 경도를 측정할 수 없는데 특수한 방법으로 측정한 탄소강의 화합물층 경도는 HV600-800 정도이며 합금강은 HV 1000∼1500 정도이다.

나) 인성과 취성                                                                         
연질화품의 화합물층은 인성이 풍부하지만 순질화품은 경도가 높아서 취성이 크다.
화합물의 종류에 따라 인성의 차이가 있다.

다) 미끄럼성
내마모성의 한가지 요인으로서 마찰계수를 적게하고 마찰열의 발생도 적다.

다) 응착방지성
화합물층이 비금속성이기 때문에 냉간용접(Cold Welding)이 일어나지 않아 응착마모를 억 제 한다.

라) 내식성
화합물이 매우 안정하므로 내식성이 강하며, 특히 열에 의한 산화방지와 진동접촉부 (Fretted)의 부식이나 압입부의 부식 및 부식마모 방지성이 크다.

마) 내열성
화합물층이 500℃ 이상에서는 분해되지만, 300℃ 까지의 온도에 매우 안정하며 내 소착성(Scouring)과 내시저(Seizure)성이 양호하며 다), 라), 마)항의 성질이 500℃까지 복합적으로 나타난다.

확산층은 질소침투에 의하여 이루어진다.

가) 경도 및 경화층
표면경도는 처리하려는 강의 합금 성분량이 많아질수록 높아지며, 경화층 깊이는 처리시간이 길어질수록 깊어지나, 합금 성분량이 많을수록 얕아진다. 합금성분으로는 Cr, Al, Ti, Si, V, Mo등이 중요한 역할을 하게 된다

나)내열성
담금질 경화조직과는 달리 온도가 500℃까지는 경도가 저하되지 않으며 청열취성과 저온취성을 억제하며 고온에서도 피로강도가 저하되지 않는다. 열충격에도 견디는 성질이 크다.

다)피로강도
탄소강의 경우에는 내부강도와의 상관관계를 초월하여 피로한을 향상시키며, 합금강에서는 내부 강도와 상관경향이 있다. 또한 노치에 대한 감수성이 작고 형상이 복잡한 것에 더욱 효과가 크다. 그외에 용접부와 압입재의 피로강도를 크게 향상시키며 고온에서 피로강도가 저하되지 않는 특성과 크랙의 방지효과도 크다.