KR100276642B1 - Low melting point alloy explosion spray coating method using propane gas - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아세틸렌가스를 대신하여 프로판가스를 사용함으로써 저융점합금의 폭발용사시 잔류응력이 커 후막코팅이 어려고 최적조건도출이 어려운 문제점을 해결함과 동시에 프로판과 산소의 몰비를 조정하여 저융점합금의 후막 폭발용사 코팅을 가능하게한 프로판 가스를 이용한 저융점합금 폭발용사 코팅 방법에 관한 것으로, 폭발용사 기술을 이용하여 저융점 분말(Al, Zn, 자용성합금)을 코팅할 경우 프로판 가스와 산소의 혼합비를 1: 4∼6으로 하며, 폭발반응식을The present invention solves the problem of difficult to obtain optimum conditions due to the large residual stress during the thermal spraying of low melting point alloys by using propane gas instead of acetylene gas, while adjusting the molar ratio of propane and oxygen to lower melting point. The low melting point alloy explosion spray coating method using propane gas which enables the thick film explosion spray coating of the alloy, and when the low melting powder (Al, Zn, magnetic alloy) is coated using the explosion spray technology The mixing ratio of oxygen is 1: 4 to 6 and the explosion reaction
C3H8+ 5O2→ 3CO2+ 4H2OC 3 H 8 + 5 O 2 → 3 CO 2 + 4H 2 O
와 같은 조건으로 하고, 부대적으로 프로판 가스와 산소의 밸브 구멍 크기의 비로 조정하여 코팅하도록 한 것이다.The conditions are as follows, and the coating is adjusted by the ratio of the valve hole size of propane gas and oxygen.
Description
본 발명은 폭발용사에 의한 저융점의 합금을 코팅하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폭발에 사용되는 연료를 아세틸렌가스를 대신하여 프로판 가스를 사용함으로써 저융점합금의 폭발용사시 잔류응력이 커 후막코팅이 어렵고 최적조건도출이 어려운 문제점을 해결함과 동시에 프로판과 산소의 몰비를 조정하여 저융점합금의 후막 폭발용사 코팅을 가능하게 한 프로판 가스를 이용한 저융점합금 폭발용사 코팅방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of coating an alloy of low melting point by explosion spraying, and more particularly, by using propane gas instead of acetylene gas, the residual stress of the low melting point alloy is increased. The present invention relates to a low melting point alloy explosion spray coating method using propane gas, which solves a problem of thick film coating and difficult to obtain optimum conditions, and at the same time adjusts the molar ratio of propane and oxygen to enable a thick film explosion spray coating of low melting alloy.
일반적으로, 폭발용사 기술은 1940년대 후반에 아세틸렌 제어 연구로서 기본구성을 확립한 후 1953년 유니온 카바이드(union Carbide)사에 의하여 강력한 폭발에 의해 금속표면에 경질피막을 형성시키는 폭발용사 장치(Detonation Gun 혹은, D－Gun)가 실용화 되었다.In general, the explosion spraying technology is a acetylene control study in the late 1940's, and after establishing a basic configuration, the Union Carbide in 1953 forms a hard film on the metal surface by a strong explosion (Detonation Gun) Or D-Gun) was put into practical use.
현재 첨단산업이 발전함에 따라 가혹한 조건인 마모, 부식분위기 등에서 사용되는 설비, 기계부품, 공구류의 성능 및 수명향상이 요구되며, 그 방법으로, 보호코팅이 사용되고 있고, 폭발용사법은 이러한 보호코팅의 유력한 기술이며, 그 사용분야는 항공기, 원자력, 전자부품 및 석유화학 등의 산업에 광범위하게 사용되고 있다.As the high-tech industry develops, the performance and lifespan of equipment, machine parts, and tools used in harsh conditions such as wear and corrosion are required.In this way, the protective coating is used, and the explosive spraying method is the most effective method of the protective coating. Technology, and its field of use is widely used in industries such as aircraft, nuclear power, electronic components, and petrochemicals.
Al, Zn와 자용성합금은 융점(1000℃ 이하)이 낮아 폭발용사에 적용하기는 아세틸렌과 산소의 폭발온도가 높아서 코팅층의 잔류응력이 심하고, 두께가 두꺼워지면 박리되기 쉬워지기 때문에 후막의 코팅층을 얻기 어렵다.Al, Zn and self-alloying alloys have a low melting point (below 1000 ℃), so they can be applied to explosive sprays because the explosion temperature of acetylene and oxygen is high. Hard to get
이러한 코팅층의 특성 뿐만 아니라 치밀한 조직의 코팅층을 얻기 위하여 폭발가스량을 조금만 높여도 관통내부에서 용사합금이 달라붙어 융착된 덩어리가 코팅층을 형성시킬 수 있으며 단시간 작업 후에 관통 내부를 청소해야 하는 어려움이 있다.Not only the characteristics of the coating layer but also a slight increase in the amount of explosion gas in order to obtain a coating layer of a dense tissue, the thermal spray alloy is stuck in the through-hole can form a coating layer, there is a difficulty to clean the inside of the penetration after a short time work.
종래의 폭발용사법에 대하여 설명하면 다음과 같다.The conventional explosion spraying method is as follows.
폭발에 필요한 연료로서 아세틸린(C2H2)(3)과 산소(O2)(1)를 혼합하고 그 혼합된 연료를 점화시켜 폭발을 2~8회/sec의 속도로 단속적으로 일으킨다.As the fuel required for the explosion, acetylene (C 2 H 2 ) (3) and oxygen (O 2 ) (1) are mixed and the mixed fuel is ignited to cause an explosion at a rate of 2 to 8 times / sec.
이때 질소(N2)(2)를 이용하여 각종 라인(Line)을 청소시켜 주고 또한 화염의 온도를 낮춰준다.At this time, using nitrogen (N 2 ) (2) to clean various lines (Line) and lower the temperature of the flame.
폭발용사의 관통내 폭발반응식은 다음과 같다.The explosion reaction equation in the penetration of the explosion spray is as follows.
C2H2+ O2+ 2N2→ 2CO + H2+ 2N2 C 2 H 2 + O 2 + 2N 2 → 2CO + H 2 + 2N 2
제 3도, 4도는 산소(1)와 아세틸렌(3) 그리고 프로판 가스 몰비에 따른 폭발온도와 속도를 나타낸 것이다.3 and 4 show the explosion temperature and velocity according to the molar ratio of oxygen (1), acetylene (3) and propane gas.
여기서 온도와 속도는 용사코팅에서 가장 중요한 요소이다.Temperature and speed are the most important factors in spray coating.
아세틸렌(3)의 적정 몰비는 이론적으로 1:1이지만 폭발이 안정적으로 일어나게 하려면 산소(1)의 량을 조금 높게 해 준다.The proper molar ratio of acetylene (3) is theoretically 1: 1, but the amount of oxygen (1) is slightly increased to make the explosion stable.
상기로부터 종래의 폭발용사방법은 2813m/sec의 속도와 4147℃의 온도를 가지나 프로판가스를 이용한 경우 산소와 프로판 가스의 몰비가 5:1 로 사용할 경우 2400m/sec의 속도와 3850℃의 온도로 프로판가스를 사용함으로써, 속도는 저하되나 온도를 낮출 수 있어서 저융점합금을 폭발용사 하는데 적당하다.From the above, the conventional explosion spraying method has a speed of 2813 m / sec and a temperature of 4147 ° C., but propane is used at a speed of 2400 m / sec and a temperature of 3850 ° C. when the molar ratio of oxygen and propane gas is 5: 1. By using the gas, the speed is lowered but the temperature can be lowered, which is suitable for the thermal spraying of the low melting point alloy.
이때의 폭발 반응식은 다음과 같다.The explosion reaction at this time is as follows.
C3H8+ 5O2+ 3CO2+ 4H2OC 3 H 8 + 5O 2 + 3CO 2 + 4H 2 O
본 발명은 아세틸렌가스를 대신하여 프로판가스를 사용함으로써 저융점합금의 폭발용사시 잔류응력이 커 후막코팅이 어렵고 최적조건도출이 어려운 문제점을 해결함과 동시에 프로판과 산소의 몰비를 조정하여 저융점합금의 후막 폭발용사코팅을 가능하게 함에 그 목적이 있는 것으로, 특징은 폭발용사 기술을 이용하여 저융점 분말(Al, Zn, 자용성합금)을 코팅함에 있어서 프로판 가스와 산소의 혼합비를 1: 4~6으로 하며, 폭발반응식을The present invention solves the problem that the thick film coating is difficult and the optimum condition is difficult to be solved at the time of explosion of low melting point alloy by using propane gas instead of acetylene gas, while adjusting the molar ratio of propane and oxygen to lower melting point alloy Its purpose is to enable the spray coating of the thick film, characterized in that the mixing ratio of propane gas and oxygen in the coating of low melting point powder (Al, Zn, magnetic alloy) using the explosion spraying technology 1: 4 ~ 6, and the explosion equation
C3H8+ 5O2→ 3CO2+ 4H2OC 3 H 8 + 5 O 2 → 3 CO 2 + 4H 2 O
와 같은 조건으로 하고, 상기 프로판 가스와 산소의 혼합량은 혼합실의 직전에 배관된 각 라인의 밸브 구멍 크기의 비로 조정하여 코팅함에 의한다.In the same condition as the above, the mixing amount of the propane gas and oxygen is adjusted by coating the ratio of the valve hole size of each line piped immediately before the mixing chamber.
제1도는 본 발명의 폭발용사 장치 개략도.Figure 1 is a schematic view of the explosion spray device of the present invention.
제2도는 폭발용사 과정을 개략적으로 나타낸 상태도.2 is a state diagram schematically showing the explosion process.
제3도는 종래의 산소와 아세틸렌에 따른 폭발온도 및 속도를 나타낸 그래프.3 is a graph showing the explosion temperature and speed according to the conventional oxygen and acetylene.
제4도는 산소와 프로판 가스에 따른 폭발온도 및 속도를 나타낸 그래프.Figure 4 is a graph showing the explosion temperature and speed according to the oxygen and propane gas.
제5도는 연료량에 따른 코팅층의 경도 변화를 나타낸 그래프.5 is a graph showing the change in hardness of the coating layer according to the fuel amount.
제6도는 본 발명의 폭발용사법에 의한 Ni계 자용성합금 코팅층의 미세조직사진.Figure 6 is a microstructure photograph of the Ni-based magnetic alloy coating layer by the explosion spraying method of the present invention.
제7도는 종래의 폭발용사법에 의한 Ni계 자용성합금 코팅층의 미세조직 사진.7 is a microstructure photograph of a Ni-based magnetic alloy coating layer by a conventional explosion spraying method.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 산소 2 : 질소1: oxygen 2: nitrogen
3 : 아세틸렌 4 : 점화장치3: acetylene 4: ignition device
5 : 관통 6 : 밸브기어5: Through 6: Valve Gear
7 : 가스공급장치 8 : 제어장치7 gas supply device 8 control device
9 : 컴퓨터 10 : 밸브드라이브9: Computer 10: Valve Drive
11 : 파우더공급장치 12 : 매니플레이터11 powder supply device 12 manipulator
13 : 모재 14 : 코팅층13: base material 14: coating layer
15 : 점화불꽃 16 : ZrO2 코팅층15: ignition flame 16: ZrO2 coating layer
17 : 구리모재 18 : 점화프러그17: copper base material 18: ignition plug
19 : 완충실(damping chamber) 20 : 혼합실19: damping chamber 20: mixing chamber
21 : C2H2라인 22 : O2라인21: C 2 H 2 line 22: O 2 line
23 : C3H8라인 24 : N2라인23: C 3 H 8 line 24: N2 line
25 : O2밸브 26 : C2H2밸브25: O 2 valve 26: C 2 H 2 valve
27 : 혼합실밸브 28 : 관통밸브27: mixing chamber valve 28: through valve
29 : 프로판 30 : C3H8밸브29: propane 30: C 3 H 8 valve
본 발명은 종래의 아세틸렌가스를 이용하는 폭발용사의 작동원리와 같으며, 제1도에서 도시된 바와 같이 폭발용사장치의 구성은 관통(5)이 1－1,5m와 직경이 20~30mm이며, 용사분말을 공급하는 파우더 공급장치(11), 점화장치(4), 그리고 산소, 질소, 아세틸렌가스(1)(2)(3)와 각각의 밸브(25)(26)(27)(28)를 자동으로 작동시켜 주는 제어장치(8)등으로 구성되어 있다.The present invention is the same as the operation principle of the explosion spray using a conventional acetylene gas, as shown in Figure 1, the configuration of the explosion spray device is a penetration (5) 1-1,5m and 20-30mm in diameter, Powder supply device 11, ignition device 4, and oxygen, nitrogen, acetylene gas (1) (2) (3) and respective valves (25) (26) (27) (28) for supplying thermal spray powder Control device (8) for automatically operating the.
제2도는 폭발용사 장치에 의해서 각종 가스가 실린더에서 폭발될 때까지 주요경로를 나타낸 것으로, 프로판(3)과 산소(1)가스는 일정한 압력으로 가스라인(21)(22)을 통과하고 산소(25)와 프로판 가스밸브(26)를 경유하여 동시에 혼합실(20)로 들어가서 순식간에 혼합된 후 혼합실밸브(27)를 통해 완충실(damping chamber(19))로 들어가고, 관통밸브(28)를 통해 점화플러그(18)가 있는 관통(5)내에 들어가서 파우더공급장치(11)에서 파우더가 공급되면 점화(15)를 일으켜 폭발용사 과정이 완료된다.Figure 2 shows the main path until the various gases are exploded in the cylinder by the explosion spray device, propane (3) and oxygen (1) gas passes through the gas line 21, 22 at a constant pressure and oxygen ( 25) and into the mixing chamber 20 at the same time via the propane gas valve 26 and mixed in a moment, and enters the damping chamber (19) through the mixing chamber valve 27, the through valve (28) When the powder is supplied from the powder supply device 11 through the penetrating (5) with the spark plug 18 through the ignition 15 to complete the explosion process.
이때에 기존의 폭발반응식에서는 산소와 아세틸렌의 몰비가 1:1 로서 같으므로 아세틸렌과 산소의 혼합실로 들어가는 밸브(25)(26)구멍의 지름이 같은 것을 사용하였다.At this time, since the molar ratio of oxygen and acetylene is equal to 1: 1 in the conventional explosion reaction equation, the same diameters of the holes of the valves 25 and 26 entering the mixing chamber of acetylene and oxygen were used.
그러나, 본 발명에서는 산소와 프로판 가스의 몰비가 약 5:1이므로 혼합실로 들어가는 산소와 프로판 가스의 밸브구멍의 단면적 비가 5:1이 되는 지름을 가져야 한다.However, in the present invention, since the molar ratio of oxygen and propane gas is about 5: 1, the cross-sectional ratio of the valve hole of oxygen and propane gas entering the mixing chamber should have a diameter of 5: 1.
상기의 조건은 반응식에 일치하는 조건으로서 1:4이하에서는 산소량의 부족으로 폭발반응이 일어나기 어렵고, 1:6이상에서는 속도가 크게 떨어져 유사코팅으로 사용하기 어렵다.The above conditions are in accordance with the reaction equation, the explosion reaction is difficult to occur due to the lack of oxygen at 1: 4 or less, and the speed is significantly lower than 1: 6, making it difficult to use a similar coating.
[실시예]EXAMPLE
동판의 모재에 융점이 970∼1030℃부근의 Ni계 자용성합금을 다음과 같은 조건으로 실시하여 코팅층의 미세조직과 밀착강도 및 경도등을 알아보고 종래의 방법으로 얻은 코팅특성과 비교하여 보았다.The Ni-based self-alloying alloy near the melting point of 970 to 1030 ℃ was applied to the base material of the copper plate under the following conditions, and the microstructure, adhesion strength and hardness of the coating layer were examined and compared with the coating properties obtained by the conventional method.
제5도는 종래의 코팅과 연료량에 따른 경도 값을 보여주고 있다. 여기에서 확인되는 바와 같은 종래의 방법은 아세틸렌과 산소가 56.9CC일때, 본 발명에서는 프로판 가스가 21.1CC, 산소가 105.5CC일때 가장 우수한 것을 알 수 있으며, 프로판 가스를 사용할 경우에 응용 조건에 따라 최적조건 도출 범위가 넓고 종래의 방법은 적정 범위가 좁아 최적조건 도출이 어렵다.5 shows the hardness value according to the conventional coating and fuel amount. The conventional method as confirmed here is when the acetylene and oxygen is 56.9CC, it can be seen that the present invention is best when the propane gas is 21.1CC, oxygen is 105.5CC, it is optimal according to the application conditions when using propane gas The range of condition derivation is wide and the conventional method is difficult to derive the optimum condition because of the narrow range of proper range.
이상과 같은 본 발명은 종래의 문제시 되던 즉 저융점합금의 폭발용사시 잔류응력이 커 후막코팅이 어렵고, 최적조건도출이 어려운 문제점을 프로판 가스와 산소의 몰비로 조정하여 저융점합금의 후막 폭발용사 코팅을 가능하게 하였다.As described above, the present invention is a problem of the conventional problem, that is, the thick film coating is difficult due to the residual stress during the thermal spraying of the low melting point alloy, and the optimum condition is difficult to be solved by adjusting the molar ratio of propane gas and oxygen to the thick film explosion of the low melting point alloy. The spray coating was enabled.
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