KR100384455B1 - 내마모 및 내식성이 우수한 플라즈마 분말육성 용접방법 - Google Patents

내마모 및 내식성이 우수한 플라즈마 분말육성 용접방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내마모 및 내식성이 우수한 플라즈마 분말육성 용접방법에 관한 것으로, 일반용사용 크롬탄화물(Cr3C2) 분말과 니켈크롬(NiCr) 분말과 합금분말을 75:25의 비율로 혼합하여 사용하고, 토오치의 이송속도는 90mm/min로 하며, 분말공급속도는 20.5g/min, 아-크 전류는 120-140A로 하여서 든 것이다.

Description

내마모 및 내식성이 우수한 플라즈마 분말육성 용접방법
본 발명은 내마모성 및 내식성이 우수한 플라즈마 분말육성 용접방법에 관한 것으로, 특히 마모와 부식이 심각한 기계 또는 설비의 수명연장을 위하여 표면경화를 하고자 하는 것이다.
일반적으로 표면경화에 의한 수명연장은 표면경화 열처리 용사 및 일반 아-크 육성용접이 있으며, 경화형 재료로는 공정에 따라 금속분말 또는 금속와이어가 사용되고 있으나, 내마모 또는 내식성 향상을 위한 재료의 선택에 제한이 있으며, 특히 와이어와 같은 경우 가공이 불가능한 재료는 사용할 수 가 없으므로 표면경화층의 내마모성과 내식성에는 한계가 있다.
한편, 표면경화층에 계면에서 모재와의 밀착성에도 문제가 있어 박리가 쉽게 일어날 수가 있으므로 수명이 짧다. 이에 따라 분말을 이용한 플라즈마 육성용접은 표면경화층의 모재와 밀착성도 해결하고 높은 경도를 얻을 수 있다.
일반적인 플라즈마 육성용재료는 초함금으로써, 니켈(Ni)계, 합금, 코발트(Co)계 합금, 철(Fe)계 합금등이 있으며, 텅스텐탄화물(WC) 또는 바나디움 탄화물(VC)을 적당한 비율로 혼합하여 사용하고 있다.
분말을 이용한 플라즈마 육성용접은 내마모, 내열, 및 내식성을 목적으로 금속에 코팅하는 방법으로 모재표면의 용융과 침입깊이 조절이 가능하다. 이 플라즈마 육성용접의 장점이라면, 금속적인 결합 고밀도의 코팅, 높은 용착속도 패스당 높은 두께등이 있다.
표면경화용 분말은 내마모 또는 내식성 향상을 위한 재료의 사용에 제한이 없으며 분말의 크기에 관계없이 광범위한 입도를 사용할 수가 있다.
현재 상용화되고 있는 육성용재료는 Ni계, Co계, 또는 Fe계 합금에 일정비율의 WC이나 VC를 혼합하여 사용하고 있으나, 최고경도가 비커스 스케일로 600~800정도이므로 내마모성에 제한이 있으며 내식성에도 제한적이다.
따라서 본 발명에서는 초경도의 육성층을 형성하여 내마모성을 향상시키고, 내식성도 우수한 육성층을 위하여 일반 용사용 크롬탄화물(Cr3C2) 분말과 니켈크롬(NiCr) 합금분말을 75 : 25의 비율로 혼합하여 사용하였다.
한편 토오치의 이송속도, 경화용 분말의 공급속도, 아-크 전류등을 변화시키므로써 모재의 희석정도가 낮으며 초경도의 내마모성과 내식성이 우수한 표면경화층을 형성하기 위한 방법을 구하였다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로, 극심한 환경에서 일반설비의 수명연장을 위해서는 크롬탄화물과 니켈크롬합금의 혼합(75 : 25) 분말을 이용한 플라즈마 육성용접으로 내마모성과 내식성이 우수한 초경도의 표면층을 형성하는 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있는 것이다.
이와 같은 목적을 갖는 본 발명의 특징은 크롬탄화물(Cr3C2) 분말과 니켈크롬(NiCr) 합금분말을 75:25의 비율로 혼합하여 이로 플라즈마 육성용접을 하고, 표면경화층은 탄화물과 니켈크롬의 합금으로 형성되어 최고경도 1286(비키스 스케일)을 얻을 수 있도록 하며, 희석정도가 20%이하로 낮고, 모재와의 금속적인 결합으로 이루어지도록 함에 의한다.
도 1은 토오치 이송속도에 대한 모재의 희석정도 변화 그래프
도 2는 분말 공급속도에 따른 모재의 희석정도 변화 그래프
도 3은 아-크 전류에 따른 모재의 희석정도 변화 그래프
도 4는 각종 표면 경화법에 대한 마모속도의 비교표
도 5는 각종 표면경화법에 대한 부식속도의 비교표
본 발명은 내마모, 내식성이 우수한 육성용접층을 얻기 위해서 크롬탄화물(Cr3C2)과 니켈크롬(NiCr) 합금의 혼합분말을 이용하였으며, 각 변수에 따라 모재의 용융 및 침입깊이 즉 희석정도, 경도, 그리고 마모 및 부식특성을 측정하여 우수한 육성용접층 형성을 위한 방법을 구하였다.
도 1은 토오치 이송속도에 따른 희석정도를 나타내고 있으며, 도 2는 경화용분말의 공급속도에 따른 희석정도를 보여주고 있다. 한편 도 3은 아크 전류 증가에 따른 희석정도를 나타내고 있는데, 희석정도에 가장 크게 영향을 미치는 변수는 아-크의 전류와 토오치 이송속도로 나타났으며, 분말의 공급속도는 크게 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다.
한편, 하기 표 1은 전류 및 분말공급속도에 의한 육성용접층의 최고경도를 보여주고 있는데 비커스 스케일로 최고 1286까지 얻을 수가 있다.
또한 하기 표 2에서 볼 수 있듯이 일반적인 상용의 육성용재료는 경도가 Ni계 합금 + 50%WC인 경우 700, Co계 합금인 경우 600 으로 본 발명에서는 2배 가까이 경도가 높다는 것을 알 수 있다.
한편 같은 조건에서 마모되어 손실되는 양을 비교하면 상용의 Co계 합금은 20mg, Ni계-WC혼합은 10mg으로 나타났으며, 본 발명의 Ni합금-Cr3C2혼합은 5.4mg으로 내마모성이 매우 우수함을 보여주고 있다.
그리고 하기 표 3은 이 결과 최적의 표면경화층을 제조할 수 있는 플라즈마 육성용접 변수의 범위를 보여주고 있다.
그리고 각종 표면경화 방법에 의한 표면 경화층의 마모속도를 본 발명에 의하여 육성용접층과 비교하여 보면 다음과 같다(도 4). 일반적으로 용사에 의한 표면경화층은 기공도가 높아 자체의 결함으로 존재하므로 용사층간 박리등으로 재료의 손실이 빠르게 일어난다. 이러한 용사에는 플라즈마 용사 고속화염용사가 있다.
한편, 침탄열처리에 의한 표면경화층은 용사층에 비하여 마모속도가 낮게 나타났다.
일반적으로 입자가 표면에 충돌하면 전단변형으로 립(lip)이 형성되어 이것이 반복된 충돌에 의하여 떨어져 나간다. 이들 표면경화보다는 플라즈마 분말육성용접에 의한 표면경화층의 마모특성이 가장 우수한 것으로 나타났다.
이것은 분말(Cr3C2+ NiCr) 자체의 우수한 특성도 있지만 플라즈마 분말육성용접방법 자체의 장점이라고 하겠다. 조건에 따라 모재와의 희석 문제가 있지만 용사층과는 비교할 수 없는 계면의 연속성, 국부적으로 높은 입열량을 낼 수 있는점, 높은 적층속도와 경화층의 우수한 특성등 장점이 많다.
도 5는 각종 표면 경화법의 부식성을 비교하고 있다. 염화나트륨용액에서 침탄층의 일반 부식성은 다른 방법에 비하여 가장 나쁘게 나타나고 있다. 용사층에 대해서는 전체적으로 침탄층과 비슷한 부식속도를 보여주고 있다. 그 중에서 플라즈마용사층이 고속화염 용사층보다 부식속도가 약간 높게 나타나고 있다.
한편, 플라즈마 육성용접층의 내식성이 가장 우수한 것으로 나타났다. 부식전위가 다른 경화층에 비하여 훨씬 높으며 부식전류밀도 또한 상대적으로 낮아 부식속도가 가장 느리게 나타난 것이다. 실제 아-크 전류 즉, 입열량에 따라 부식성을 비교할때 부식전위에는 거의 차이가 없으며, 어떤 이유에서 공식(pitting)이 표면에 발생하였다고 하여도 쉽게 부동태 피막이 형성되어 공식(pitting)이 더이상 성장하지 않는다고 할 수 있다.
이상과 같은 본 발명은 크롬탄화물과 니켈크롬합금의 혼합(75 : 25) 분말을 이용한 플라즈마 육성용접으로 내마모성과 내식성이 우수한 초경도의 표면층을 형성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 일반용사용 크롬탄화물(Cr3C2) 분말과 니켈크롬(NiCr) 합금분말을 75:25의 비율로 혼합하여 사용하고, 토오치의 이송속도는 90mm/min로 하며, 분말공급속도는 20.5g/min, 아-크 전류는 120-140A로 하여서 됨을 특징으로 하는 내마모 및 내식성이 우수한 플라즈마 분말육성 용접방법.
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