KR100345740B1 - 관통부품내면의 기능성 코팅방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관통부품내면에 초경합금, 금속, 세라믹, 쎄메트 등을 용사코팅하여 관통부품내면에 내식성, 내마모성 등의 기능성 코팅을 하는 방법에 관한 것으로써, 폭발용사장비에 용사화염의 방향을 전환시킬 수 있는 화염방향전환삼각뿔을 구비하고 적절한 용사조건을 선정함으로써 초경합금, 금속, 세라믹, 써메트 등을 소구경이고 길이가 긴 관통부품의 내면에 보다 경제적이고 간단하게 기능성 코팅을 행할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 관통부품의 내면을 폭발용사관이 구비된 폭발용사코팅장치를 이용하여 코팅하는 방법에 있어서, 화염의 방향을 관통부품의 내면방향으로 전환시키도록 구성되는 화염방향전환삼각뿔을 상기 폭발용사코팅장치의 폭발용사관의 선단과 일정한 간격을 두고 코팅하고자 하는 관통부품의 내부에 위치시킨 다음, 용사코팅분말을 폭발용사하여 관통부품의 내면을 코팅하는 관통부품내면의 기능성 코팅방법을 그 요지로 하고 있다.

Description

관통부품내면의 기능성 코팅방법{A Method Of Coating For Inside Tube}

본 발명은 관통부품내면에 초경합금, 금속, 세라믹, 쎄메트 등을 용사코팅하여 관통부품내면에 내식성, 내마모성 등의 기능성 코팅을 행하는 방법에 관한 것이다.

관통부품의 내면코팅은 각종 실린더, 총신, 포신, 엔진 실린더 등에 한계적으로 사용되고 있으며, 아직도 기술적인 문제점을 갖고 있다.

엔진의 실린더에는 내식성과 내마모성을 높이기 위하여 이종의 소재로 라이너를 만들어 열삽입하는 방법을 사용하였으나, 최근에 Sultzer Metco사(스위스)에서 개발된 로터-플라즈마건을 사용하여 스텐레스, 나이트라이드(Nitride)계 용사코팅을 실린더 내부에 코팅하여 사용하는 기술이 개발되었다.

그러나, 상기한 로터-플라즈마건을 사용하는 기술은 소구경 및 길이가 긴 관통에는 적용이 불가능하다.

따라서, 포신 등 길이가 길고 소구경 관통에는 이온플레이팅 또는 전기도금기술을 적용하고 경도를 증가시키기 위하여 질화법 또는 침탄의 후공정을 적용하기도 한다.

그러나, 이러한 기술은 고도의 기술력이 요구됨으로써 산업전반에 적용이 어려우며 작업공정이 복잡하고 경비가 많이 드는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 폭발용사장비에 용사화염의 방향을 전환시킬 수 있는 화염방향전환삼각뿔을 구비하고 적절한 용사조건을 선정하므로써 초경합금, 금속, 세라믹, 써메트 등을 소구경이고 길이가 긴 관통부품의 내면에 보다 경제적이고 보다 간단하게 기능성 코팅을 행할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 발명을 구현하기 위한 관통부품내면의 기능성 코팅장치의 일례를 나타내는 개략도

도 2는 본 발명에 부합되는 화염방향전환삼각뿔의 바람직한 일례를 나타내 는 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 . . . 관통부품 2 . . . 용사코팅층 3 . . . 폭발용사관

7 . . . 화염방향전환삼각뿔 12 . . . 제1단 경사각

13 . . . 제2단 경사각

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 관통부품의 내면을 폭발용사관이 구비된 폭발용사코팅장치를 이용하여 코팅하는 방법에 있어서,

화염의 방향을 관통부품의 내면방향으로 전환시키도록 구성되는 화염방향전환삼각뿔을 상기 폭발용사코팅장치의 폭발용사관의 선단과 일정한 간격을 두고 코팅하고자 하는 관통부품의 내부에 위치시킨 다음, 용사코팅분말을 폭발용사하여 관통부품의 내면에 코팅하는 관통부품내면의 기능성 코팅방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따라 관통부품의 내면에 기능성 코팅을 하기 위해서는 폭발용사코팅장치를 준비해야 한다.

본 발명에 바람직하게 적용되는 폭발용사코팅장치의 일례가 도 1에 나타나 있다.

도 1에 나타나 있는 바와 같이, 폭발용사코팅장치는 크게 아세틸렌, 프로판, 산소 등을 폭발시켜 화염을 발생시키는 화염발생부(4), 화염발생부(4)에서 발생한 화염에 용사코팅분말을 공급하는 용사분말공급기(5), 화염발생부(4)에 아세틸렌, 프로판, 산소 등의 가스를 주입하는 가스주입구(6), 및 화염발생부(4)에서 발생되는 화염과 용사분말공급기(5)에서 공급된 용사코팅분말을 코팅하고자 하는 부위로 안내하는 폭발용사관(3)을 포함하여 구성된다.

폭발용사코팅방법은 기존의 용사코팅기술인 플라즈마, 고속용사코팅기술과는 달리 아세틸렌, 프로판, 산소를 한쪽 끝이 막힌 관안에서 폭발시켜 약 4000도의 고온과 음속의 10배이상의 폭발화염을 얻어 각종 용사분말을 용해 비산시켜 코팅시키는 방법이다.

다음에는, 도 1에 나타난 바와 같이, 화염의 방향을 관통부품(1)의 내면방향으로 전환시키도록 구성되는 화염방향전환삼각뿔(7)을 상기 폭발용사코팅장치의 폭발용사관(3)의 선단과 일정한 간격을 두고 코팅하고자 하는 관통부품(1)의 내부에 위치시킨 다음, 용사코팅분말을 폭발용사하여 관통부품의 내면에 용사코팅층(2)을 형성한다.

즉, 화염발생부(4)에서 아세틸렌, 프로판, 산소 등의 가스를 가스주입구(6)를 통하여 공급받아 폭발시켜 화염을 발생시킨 후 초경합금, 금속, 세라믹, 쎄메트 등의 용사코팅분말을 코팅분말공급기(5)를 통하여 폭발화염속에 분사시킨다.

상기 용사코팅분말은 통상적으로 40㎛정도의 입도를 갖는다.

용융된 용사코팅입자(14)는 폭발용사관(3)을 지나 마하 10의 속도로 분사되고, 화염방향전환삼각뿔(7)에 의해 방향을 전환하여 관통부품(1)의 내면에 용착되어 용사코팅층(2)을 형성하게 된다.

한편, 코팅하는 동안 화염방향전환삼각뿔(7)과 폭발용사관(3)은 일정한 간격을 유지한 채 가동드라이브(9)와 지지축(8)에 의하여 이동되고 따라서 관통부품의 내면전체를 코팅하게 된다.

상기 화염방향전환삼각뿔(7)과 폭발용사관(3)의 선단과의 간격 + 화염방향전환삼각뿔 길이 + 화염방향전환삼각뿔과 관통내면사이의 거리의 총합 즉, 용사거리는 용사코팅분말의 조성에 따라 변화되는데, Fe, Ni, Cr과 같은 금속계의 경우에는 5-12cm, WC, Cr₃C₂와 같은 초경계의 경우에는 10-18cm, Al₂O₃, Zr₂O₃와 같은 세라믹게의 경우에는 5-8cm로 선정하는 것이 바람직하다.

상기 간격이 너무 짧거나 긴 경우에는 코팅층의 밀도가 감소되어 경도나 접착강도가 떨어진다.

한편, 화염방향전환삼각뿔(7)은 고온에서의 냉각을 위하여 Cu합금으로 제작되는 것이 바람직하며, 이중냉각관(11)과 수냉각시스템(10)에 의하여 수냉된다.

만일, 화염방향전환삼각뿔(7)의 온도가 100도를 넘게 되면 용사코팅 입자가 부착될 위험이 있다.

본 발명의 보다 바람직한 화염방향전환삼각뿔의 일례가 도 2에 나타나 있다.

화염방향전환삼각뿔은 도 2에 나타난 바와같이, 2단으로 구성하는 것이 바람직하며, 제1단(71)의 경사각(12)은 30도 이하로 선정하는 것이 바람직하며, 제2단(72)의 경사각(13)은 30도 이상 45도 이하로 선정하는 것이 바람직하다.

상기 경사각이 너무 큰 경우에는 용사코팅입자가 화염방향전환삼각뿔의 표면에 부착될 수 있다.

상기 화염방향전환삼각뿔의 제1단과 제2단의 길이비는 제1단 : 제2단 = 2:1∼3:1이 되도록 선정하는 것이 바람직하다.

세라믹 입자의 경우에는 폭발용사화염이 3800도 정도의 고온을 유지하여야 함으로써 수냉각에 의하여 냉각이 부족할 경우에는 가동드라이브(9)에서 지지축(8)을 3000rpm정도의 고속으로 회전시켜 용사코팅입자(14)의 부착을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

그러나, 초경재, 써메트, 금속코팅의 경우에는 수냉각 만으로도 코팅입자의 부착을 방지할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예

도 1과 같이 폭발용사코팅장치와 화염방향전환삼각뿔을 배치하여 본 발명에 따라 WC-25Co 초경 코팅분말을 직경 15cm 스텐레스 파이프 내면에 300㎛ 두께의 용사코팅층을 형성하였다.

이때 사용한 화염방향전환삼가뿔의 크기는 직경30mm, 길이 70mm이고, 제1단의 경사각이 30도이고 제2단의 경사각이 45도이고, 그리고 제1단 및 제2단의 길이비가 2:1인 2단의 수냉 구리삼각뿔을 사용하였으며 180cm/min의 속도로 이동하였다.

한 번 이동시의 코팅두께를 20㎛정도로 하여 15번을 왕복하여 중첩코팅을 하여 300㎛의 두께를 갖는 코팅층을 형성하였다.

상기와 같이 코팅된 내면코팅층과 화염방향전환삼각뿔을 사용하지 않고 코팅한 외부의 코팅층의 기계적 특성을 하기 표 2에 나타내었다.

이때, 화염방향전환삼각뿔와 폭발용사관의 선단과의 간격은 60mm로 하였다.

따라서 전체용사거리는 60mm+70mm(화염방향전환삼각뿔길이)+10mm(화염방향전환삼각뿔과 관통내면거리)= 140mm가 된다.

한편, 폭발용사코팅층의 대표적인 기계적 특성을 하기 표 1에 나타내었다.

구분	성분	용사거리	경도(DPH300)	접착강도(kg/mm2)
금속계	Fe, Ni, Cr	5-12cm	400-700	800-1200
초경계	WC,Cr3C2	10-18cm	900-1800	1000-1600
세라믹계	Al2O3,ZrO2	5-8cm	1600-2200	600-1000

구분	경도(DPH300)	밀착력(kg/mm2)	기공율(%)
내면코팅	980	1000	0.2%이하
외부코팅	1050	1600	0.1%이하

상기 표1에 나타난 바와 같이, 폭발용사코팅층의 기계적 특성은 기존의 플라즈마, 고속용사코팅층에 비하여 폭발화염의 고속으로 인하여 높은 경도와 접착강도를 나타내고 있다.

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 내면코팅의 기계적 특성은 외부 코팅에 비하여 화염방향전환삼각뿔을 사용함으로써 충돌에너지의 감소로 인하여 약 10%정도 감소하고 있음을 알 수 있다.

그러나, 내면코팅의 경도가 980Hv, 밀착력 1000kgf/cm²정도로써 기존의 로타 플라즈마코팅에 비하여 대단히 우수하며, 스텐레스 모재의 경도 420Hv에 비하여 우수한 내마모 특성이 예상된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 소 구경 및 길이가 긴 관통부품의 내부에 통상적인 폭발용사코팅장비와 화염방향전환삼각뿔을 이용하여 보다 경제적이고 보다 간단하게 내마모, 내식성이 우수한 폭발용사코팅층을 형성할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 관통부품의 내면을 폭발용사관이 구비된 폭발용사코팅장치를 이용하여 코팅하는 방법에 있어서,

   제1단 및 제2단의 2단으로 구성되고, 제1단의 경사각이 30도 이하이고, 그리고 제2단의 경사각이 30-45도로 이루어져 화염의 방향을 관통부품의 내면방향으로 전환시키도록 구성되는 화염방향전환삼각뿔을 제1단의 선단부와 상기 폭발용사코팅장치의 폭발용사관 선단과 일정한 간격을 두고 코팅하고자 하는 관통부품의 내부에 위치시킨 다음, 용사코팅분말을 폭발용사하여 관통부품의 내면에 코팅하는 것을 특징으로 하는 관통부품내면의 기능성 코팅방법
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 화염방향전환삼각뿔의 제1단과 제2단의 길이비가 제1단 : 제2단 = 2:1∼3:1인 것을 특징으로 하는 관통부품내면의 기능성 코팅방법