KR100312134B1 - 용융아연에 대한 내식성이 우수한 용사코팅재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융아연에 대한 내식성이 우수한 용사코팅재에 관한 것으로, 특히 저렴한 비용으로 제조할 수 있으면서 용융아연에 대해 뛰어난 내식성을 발휘하는 용사코팅재의 제공에 관한 것이다.

본 발명은 용융아연도금설비의 싱크롤(1) 및 스테빌라이징롤(2)등의 표면을 코팅처리하기 위한 용사코팅재로서, 1-50%의 보론 소스와, 0-20%의 보로나이징 액티베이터와, 0-50%의 소결방지재 및 나머지가 WC-Co분말로 된 혼합분말을 불활성 또는 환원성 분위기로 유지되는 로속에서 700-1100℃의 온도로 30 분 - 7 시간 동안 열처리한 후 상기 보론 소스, 보로나이징 액티베이터, 소결방지재를 제거하여 만든 것을 특징으로 하는 용사코팅재를 제공한다.

Description

용융아연에 대한 내식성이 우수한 용사코팅재

본 발명은 용융아연도금 설비에 있어서, 아연욕중에 잠기는 상태로 설치사용되는 롤(싱크롤, 스테빌라이징롤) 및 지지대 등의 부재의 표면을 코팅처리하는 데에 사용되는 용사코팅재의 개선에 관한 것으로, 특히 저렴한 비용으로 제조할 수 있으면서 용융아연에 대해 뛰어난 내식성을 발휘하는 용사코팅재에 관한 것이다.

강판에 대한 일반적인 용융아연도금설비는 도 1에서 나타낸 바와 같이 가열로(4)에서 적당한 온도로 가열된 강판(3)이 도금조(6)의 용융아연욕(5)중에 담겨졌다가 나오면서 강판(3)의 표면에 아연이 부착됨으로써 아연을 강판(3)표면에 코팅하도록 구성되어 있다. 이러한 용융아연도금설비에 있어서는 강판(3)의 이동을 안내하기 위한 싱크롤(1)과 상승하는 강판(3)이 진동하는 것을 저감하기 위한 2 개의 스테빌라이징롤(2)이 설치사용된다. 이 롤들의 재질은 대개 스테인레스강이 사용되는데, 롤의 표면이 용융아연에 의해 부식되면 제품에 표면결함을 초래하게 되므로 롤의 표면을 깨끗하게 유지하고 롤의 수명을 연장하기 위하여 일반적으로 롤 표면에 WC-Co계의 코팅재를 코팅하여 사용하고 있다.

또한, 코팅의 특성을 향상시키기 위하여 WC 에 WB를 혼합하여 코팅하거나 , WB, MoB 등의 재질을 물리증착법, 화학증착법 혹은 용사 등의 방법을 사용하여 코팅하는 방법, MSi₂(M=Cr,Mo,Ta,Nb,W,Zr,Ti,V)등의 화합물을 사용하는 방법등이 공지되어 있으며, 현재 널리 실용화되어 있는 기술은 WC-Co 코팅이다. 그런데 이러한 WC-Co 코팅은 그 코팅재중에 함유된 성분들중 특히 코발트 성분이 용융아연에 의해서 침식당하여 코팅의 열화가 일어나기 쉬우므로 코팅의 수명이 짧은 문제점이 있다.

한편, 용융아연에 대해서는 WB 나 MoB 등과 같은 보론화합물이 우수한 내식성을 나타내는 것으로 알려져 있으며 , 따라서 이러한 보론화합물을 코팅재로 사용하는 방법도 일부 사용되고 있다. 그러나, 보론화합물은 많이 사용하는 WC계에 비하여 그 가격이 너무 고가이어서 코팅재의 소모가 많은 롤 코팅에는 가격경쟁력에 있어서 문제가 있으며, 물리증착법, 화학증착법을 사용하는 것은 롤의 크기가 대형인 관계로 실현성이 적은 방법이다. 또한, MSi코팅은 MSi 의 용융점이 높아서 코팅층 내부의 기공을 적제 하여 코팅할 수 있는 고속용사에 사용하기 곤란한 문제가 있고, 플라즈마 용사를 하는 경우에는 코팅층내부에 기공이 많이 형성되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이를 해결 할 수 있는 새로운 용사코팅재를 제공할 목적에서 연구발명된 것으로, 특히 본 발명은 WC-Co분말을 보로나이징(Boronizing) 처리하여서 된 용사코팅재를 제공한다. 즉, 본 발명은 고가의 보론화합물을 첨가하여 코팅분말을 제조하지 않고 기존에 사용하는 WC-Co 용사분말에 보론을 확산 침투시켜서 된 저가이면서 용융아연에 대한 우수한 내식성을 발휘하는 용사코팅재를 제공하려는 것이다.

도 1 은 본 발명이 관련된 용융아연도금설비의 구성개요도이다.

*도면중 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 싱크롤 2 : 스테빌라이징롤 3 : 강판

4 : 가열로 5 : 용융아연욕 6 : 도금조

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기존에 사용하는 WC-Co분말에 보론의 소스로서 B₄C, Boron, MoB, TiB₂등을 1 - 50% , 보로나이징 액티베이터 (Boronizing Activator)로써 NaBF₄, Na₂CO₃,BaF₂, NH₄Cl 등을 0-20%, 소결방지재로써 SiC 혹은 Al₂O₃를 0-50% 혼합하고, 이를 적당한 용기에 담아 불활성분위기 혹은 환원성분위기에서 750-1100℃의 온도로 30 분 ∼ 7 시간 정도 열처리하여 만들어진 것을 특징으로 하는 용사코팅재를 제공한다.

본 발명은 기존에 용융아연욕에서 사용되는 롤에 대한 코팅재로서 널리 사용되는 WC-Co 분말에 보론을 확산 침투시키는 경제적인 방법으로 용융아연에 대한 뛰어난 내식성을 발휘하는 용사코팅재를 제공한다. 이러한 본 발명의 용사코팅재는 WC-Co분말과 보론의 소스, 보로나이징 엑티베이터, 소결방지재 등을 적당한 비율로 혼합하고, 이를 로내의 분위기를 조절하여 열처리함으로써 만들어질 수 있다.

보론의 소스로는 B₄C와 같은 보론탄화물과 금속보론 혹은 MoB, TiB₂과 같은 보론금속화합물을 사용할 수 있다. 그러나 구태여 고가인 보론금속화합물을 사용할 필요는 없다. 보론이 WC-Co분말에 고르게 효율적으로 확산 침투되도록 되기 위해서는 적어도 1% 이상의 보론 소스가 사용되어야 하며, 그 양이 많을수록 보론의 침투율이 높아지겠지만 처리비용의 상승이 유발되므로 보론 소스를 50%이상으로 하여 사용할 필요는 없다. 바람직하게는 3-20% 정도의 보론 소스 사용이 적절한 것으로 판단된다.

보로나이징 액티베이터로는 NaBF₄, Na₂Co₃, BaF₂, NH₄Cl 등을 0-20% 정도 첨가하는 것이 바람직하다. 금속보론을 보론 소스로 사용하는 경우에는 액티베이터를 첨가하지 않아도 코팅이 가능하고, 너무 많은 양의 액티베이터를 첨가하는 경우에는 용기내의 기체압력이 너무 크게 되어 폭발을 유발할 수도 있으므로 20%이상은 넘지 않는 것이 좋다.

소결방지제로서는 SiC 혹은 Al₂O₃을 사용하는데, 열처리 온도가 950℃ 이하인 경우에는 소결이 일어나지 않으므로 첨가할 필요가 없으며, 950℃ 이상의 온도에서 처리하는 경우에는 50% 이하의 첨가로 충분히 소결을 방지할 수 있다.

상기의 성분들을 적당한 비율로 혼합한 분말을 스테인레스강으로된 용기에 담고 뚜껑을 닫아 열처리로에 넣는다. 처리하는 양이 많아 용기가 큰 경우에는 용기상부를 용접하여 밀폐한 후에 가스가 빠져나올 수 있도록 수개의 구멍을 뚫어 주는 방법을 사용할 수 있다. 이러한 열처리시에는 보로나이징 처리재 및 용사분말의 산화를 방지하기 위하여 불활성 분위기 혹은 수소 등의 환원성 가스분위기로 하여 처리하도록 하며, 처리온도는 700-1100℃의 범위로 한다.

700℃이하의 온도로 열처리 하는 경우에는 보론이 침투하는데 시간이 많이 걸려서 비경제적이고, 1100℃이상으로 하는 경우에는 분말이 약간 소결되어 보론 침투처리 후에 분말을 다시 분쇄해야 하는 경우가 생기므로 바람직하지 못하다. 또한 용사분말의 크기가 대개 50㎛이하여서 보론이 침투해 들어갈 깊이는 25㎛ 이하로 되고, 따라서 1100℃ 이하의 온도에서도 충분히 처리가 가능하므로 구태여 1100℃ 이상의 온도로 처리할 필요가 없다.

열처리시간은 30 분 -7 시간정도로 하는 것이 바람직한 데, 온도가 낮은 경우에는 7 시간 정도까지 처리를 하고, 온도가 높은 경우에는 30 분 정도만 열처리하더라도 목적한 바를 달성할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명의 효과를 설명한다.

실시예

용사분말의 보로나이징 처리를 위하여 사용한 WC-Co 분말은 현재 많이 사용되고 있는 WC-12Co 조성의 분말을 사용하였으며, 분말의 크기는 10-45㎛ 크기의 것을 사용하였다. 보로나이징 처리를 위하여 사용한 B₄C 분말의 크기는 3㎛ 이하의 것을 사용하였고, 금속보론 분말의 크기는 70㎛ 이상의 것을 사용하였다. 소결방지재로 사용한 SiC 분말의 크기는 100㎛ 이상의 것을 사용하였는데, 이와 같이 보론 소스분말의 크기와 소결방지재의 분말의 크기를 용사분말의 크키와 다르게 선정한 것은 용사분말의 보로나이징 처리후에 용사에 불필요한 보론 소스 및 소결방지재를 용사분말과 용이하게 분리할 수 있도록 하기 위해서이다. 즉, 100㎛ 이상의 크기를 갖는 소결방지재와 금속보론분말은 #325의 표준채를 사용하면 용사분말과 용이하게 분리되고, 크기가 작은 B₄C 는 비중 또한 작기 때문에 크기가 크고 비중이 큰 용사분말과는 공기를 이용한 분류기(Air Classifier)를 사용하면 손쉽게 분류할 수 있다. 보로나이징 액티베이터로 사용된 염화물, 불화물 등은 대개 수용성이므로 용사분말을 물에 한번 세척한 후에 건조하면 쉽게 제거되므로 문제가 되지 않는다. 크기가 작은 일부 보론 소스 분말이 분리과정에서 완전히 분리되지 않았더라도 용사과정중에 고온의 용사화염에 의해서 연소되어 제거되므로 문제되지 않는다.

다음〈표 1〉에는 본 발명에 의한 보로나이징 처리조건과 코팅후 용융아연욕에 의한 아연의 침투깊이를 비교하였다. 보로나이징 처리한 용사분말을 고속화염용사기를 사용하여 200㎛ 정도의 두께로 코팅한 후에 기존의 WC-Co 코팅과 함께 용융아연에 의한 침투깊이를 비교하였다. 용융아연욕은 순수한 아연을 용융하여 사용하였으며, 온도는 460℃ 로 하였고, 시간은 180 시간으로 한 후에 꺼내어 전자현미경을 이용하여 아연이 코팅층 내부로 침투해 들어간 깊이를 비교하였다.

비교재 3 과 같이 보로나이징 처리를 하지 않은 경우에는 아연의 침투깊이가 80㎛ 에 이르는 반면에, 본 발명재의 경우에는 아연의 침투깊이가 30-55㎛ 에 불과하여 보로나이징 처리를 함으로써 코팅의 수명향상이 기대됨을 알수 있다. 보로나이징 처리를 하더라도 보론 소스의 양이 적거나 열처리 온도가 낮은 경우에는 처리효과가 미미함을 알 수 있다.

〈표 1〉

구분	보로나이징 처리재의 조성(표시하지 않은 나머지 성분은 용사분말)	열처리 온도	열처리 시간	아연의 침투깊이
발명재 1	1%B, 3%NH4Cl	900℃	5시간	50㎛
발명재 2	5%B,4%BaF2	700℃	7시간	40㎛
발명재 3	10%B4C, 20%Na2CO3	950℃	4시간	30㎛
발명재 4	10%B4C, 10%Na2CO3,20%SiC	1100℃	30분	30㎛
발명재 5	50%B4C, 5%BaF2	700℃	7시간	55㎛
발명재 6	10%B	950℃	3시간	40㎛
비교재 1	0.5%B4C, 20%Na2CO3	950℃	4시간	75㎛
비교재 2	50%B4C, 5%BaF2	650℃	7시간	75㎛
비교재 3	미처리재	-	-	80㎛

Claims (4)

1. 용융아연도금설비의 싱크롤 및 스테빌라이징롤 등의 표면을 코팅처리하기 위한 용사코팅재로서, 1- 50%의 보론 소스와, 0-20% 의 보로나이징 액티베이터와, 0-50%의 소결방지재 및 나머지가 WC-Co 분말로 된 혼합분말을 불활성 혹은 환원성 분위기로 유지되는 로속에서 700-1100℃ 의 온도로 30 분 - 7 시간동안 열처리한 후 상기 보론 소스, 보로나이징 엑티베이터, 소결방지재를 제거하여 만든 것을 특징으로 하는 용융아연에 대한 내식성이 우수한 용사코팅재.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보론 소스가 B₄C, Boron, MoB, TiB₂중의 하나인 것을 특징으로 하는 용융아연에 대한 내식성이 우수한 용사코팅재.
3. 제 1항에 있어서, 상기 보로나이징 엑티베이터가 NaBF_4,Na₂CO₃, BaF₂,NH₄Cl 중의 하나인 것을 특징으로 하는 용융아연에 대한 내식성이 우수한 용사코팅재.
4. 제 1항에 있어서, 상기 소결방지재가 SiC혹은 Al₂O₃로 되어 있는 것을 특징으로 하는 용융아연에 대한 내식성이 우수한 용사코팅재.

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