KR100447289B1 - Titanium carbide/tungsten boride coatings - Google Patents

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KR100447289B1 KR10-1999-0033598A KR19990033598A KR100447289B1 KR 100447289 B1 KR100447289 B1 KR 100447289B1 KR 19990033598 A KR19990033598 A KR 19990033598A KR 100447289 B1 KR100447289 B1 KR 100447289B1
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Abstract

본 발명은 우수한 내마모성 및 내부식성을 갖는 새로운 부류의 탄화티탄/붕화텅스텐 코팅막을 제공한다. 이들 코팅막은 금속 매트릭스내 분산된 경질의 초미세 탄화티탄 입자 및 붕화텅스텐 석출물을 포함하며, 두 상은 코팅막의 약 30 내지 80체적%을 구성하고, 그 나머지는 금속 매트릭스이다. 금속 매트릭스는 니켈, 코발트 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함한다. 코팅막은 탄화텅스텐을 함유하는 제 1성분, 붕소를 함유하는 제 2성분, 및 니켈, 코발트 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는, 개별 성분으로 구성된 기계적으로 혼합된 분말 혼합물을 증착하는 단계 및 증착된 상태의 코팅막을 열처리하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조될 수 있으며, 이때 분말 혼합물은 제 1성분 또는 제 2성분에 또는 별도의 제 3성분에 티탄을 포함하며, 제 1성분, 제 2성분 또는 제 3성분중 하나 이상은 약 1200℃ 미만의 융점을 갖는다. 열처리는 증착된 원소들 간에 확산 반응을 일으켜 금속 매트릭스내 분산된 초미세 탄화티탄 입자 및 붕화텅스텐 석출물의 형성을 야기한다. 이러한 코팅막은 종래의 어떠한 증착 기술을 사용하여 기판상에 증착될 수 있다.The present invention provides a new class of titanium carbide / tungsten boride coating films having excellent wear resistance and corrosion resistance. These coatings comprise hard ultra-titanium carbide particles and tungsten boride precipitates dispersed in the metal matrix, with two phases constituting about 30 to 80% by volume of the coating film and the remainder being the metal matrix. The metal matrix comprises one or more metals selected from the group consisting of nickel, cobalt and iron. The coating film is a step of depositing a mechanically mixed powder mixture consisting of individual components comprising a first component containing tungsten carbide, a second component containing boron, and at least one metal selected from the group consisting of nickel, cobalt and iron And it may be prepared by a process comprising the step of heat-treating the coating film of the deposited state, wherein the powder mixture comprises titanium in the first component or the second component or in a separate third component, the first component, At least one of the bicomponent or third component has a melting point of less than about 1200 ° C. The heat treatment causes a diffusion reaction between the deposited elements resulting in the formation of ultrafine titanium carbide particles and tungsten boride precipitates dispersed in the metal matrix. Such coatings may be deposited on a substrate using any conventional deposition technique.

Description

탄화티탄/붕화텅스텐 코팅막{TITANIUM CARBIDE/TUNGSTEN BORIDE COATINGS}Titanium Carbide / Tungsten Borosilicate Coating Film {TITANIUM CARBIDE / TUNGSTEN BORIDE COATINGS}

본 발명은 탁월한 내부식성 및 내마모성을 갖는 탄화티탄/붕화텅스텐 코팅막 및 이러한 코팅막을 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 금속 매트릭스내 분산된 초미세 탄화티탄 입자 및 붕화텅스텐 석출물을 함유하는 경질의 조밀하며 저다공성이고, 내부식성이며 내마모성인 코팅막에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 열 분무 및 확산 반응 기술에 의해 이러한 코팅막을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a titanium carbide / tungsten boride coating film having excellent corrosion resistance and abrasion resistance and a method for producing such coating film. In particular, the present invention relates to a hard, dense, low porosity, corrosion resistant and wear resistant coating film containing ultrafine titanium carbide particles and tungsten boride precipitates dispersed in a metal matrix. The present invention further relates to a method for producing such coatings by thermal spraying and diffusion reaction techniques.

명세서 전반에 걸쳐, 코팅막을 증착시키기 위한 플라즈마 아크 분무 및 폭발건(detonation gun) 기술이 참조된다. 통상적인 폭발건 기술은 미국 특허 제 2,714,563호 및 제 2,950,867호에 기술되어 있다. 플라즈마 아크 분무 기술은 미국 특허 제 2,858,411호 및 제 3,016,447호에 기술되어 있다. 그 밖의 열 분무 기술로는 예를 들어 소위 "고속" 플라즈마 및 "극초음속" 분무법 뿐만 아니라 여러 화염 분무법(flame spray processes)이 알려져 있다. 코팅막의 열처리는 필요한 것이며, 증착후 진공 또는 불활성 가스노내에서 전자빔, 레이저, 유도열, 이송식 플라즈마 아크 또는 다른 기술에 의해 이루어질 수 있다. 열처리 후에, 슬러리, 충전 섬유 또는 전기영동과 같은 대안적인 증착 기술이 또한 알려져 있다. 또 다른 방법은 사전 증착 열 처리와 함께 또는 없이 플라즈마 이송식 아크, 레이저 또는 전자빔 표면 융해를 이용하는 동시 증착 및 융해법이 포함된다.Throughout the specification, reference is made to plasma arc spray and detonation gun techniques for depositing coating films. Conventional explosive gun techniques are described in US Pat. Nos. 2,714,563 and 2,950,867. Plasma arc spraying techniques are described in US Pat. Nos. 2,858,411 and 3,016,447. Other thermal spraying techniques are known, for example, so-called "high speed" plasma and "supersonic" spraying methods as well as various flame spray processes. Heat treatment of the coating film is necessary and can be accomplished by electron beam, laser, induction heat, transfer plasma arc or other techniques in a vacuum or inert gas furnace after deposition. After the heat treatment, alternative deposition techniques such as slurry, filled fibers or electrophoresis are also known. Still other methods include co-deposition and melting using plasma transfer arc, laser or electron beam surface melting with or without predeposition heat treatment.

절삭공구는 대개 탄화텅스텐-코발트 합금으로 제조된다. 이들 합금은 매우 단단하고 강하고 튼튼하여 대부분의 사용 조건 하에서 우수한 마모성을 나타낸다. 그러나, 이들 합금에서의 문제점은 약 540℃ 초과의 온도에서 탄화텅스텐이 산화되기 쉽다는 것이다. 소정의 일정 기간 동안 상기와 같은 고온에서 작동될 때, 이들 합금으로 제조된 절삭 공구는 마모성이 저하되어 자주 크랙, 스팰 또는 칩이 발생하게 된다.Cutting tools are usually made of tungsten carbide-cobalt alloys. These alloys are very hard, strong and strong, exhibiting good wear under most conditions of use. However, a problem with these alloys is that tungsten carbide is susceptible to oxidation at temperatures above about 540 ° C. When operated at such high temperatures for a certain period of time, cutting tools made of these alloys are subject to reduced wear and frequent cracks, spars or chips.

화학 증착 기술은 부품의 표면 상에 이붕화티탄(TiB2)의 얇은 층을 증착시켜 탄화텅스텐-코발트 절삭 공구의 내마모성 및 내산화성을 개선시키는데 사용되어 왔다. 고온에서의 TiB2와 WC/Co 사이의 상호 작용으로 인해, 30 미크론 미만인 얇은 박막이 CoWB 및 TiC 화합물을 함유하는 절삭 공구의 표면상에 형성된다. 탄화티탄은 탄화텅스텐보다 높은 내산화성을 가져 보다 안정적이다. 따라서, 이들 화합물을 포함하는 막의 형성은 절삭 공구의 내마모성을 증가한다.Chemical vapor deposition techniques have been used to improve the wear and oxidation resistance of tungsten carbide-cobalt cutting tools by depositing a thin layer of titanium diboride (TiB 2 ) on the surface of the part. Due to the interaction between TiB 2 and WC / Co at high temperatures, a thin thin film of less than 30 microns is formed on the surface of the cutting tool containing CoWB and TiC compounds. Titanium carbide is more stable because of higher oxidation resistance than tungsten carbide. Thus, the formation of a film comprising these compounds increases the wear resistance of the cutting tool.

CoWB 및 TiC를 함유하는 증착된 막은 특히 단 몇개의 기판으로만, 특히 탄화텅스텐-코발트 합금으로 사용이 제한된다. 그러므로, 다양한 기판 재료에 적용될 수 있는 TiC/WCoB 코팅막을 개발하는 것이 유리하다.Deposited films containing CoWB and TiC are particularly limited in use with only a few substrates, in particular with tungsten carbide-cobalt alloys. Therefore, it is advantageous to develop a TiC / WCoB coating film that can be applied to various substrate materials.

도 1은 본 발명에 따른 전형적인 증착된 상태의 코팅막을 보여주는 220X 확대된 현미경 사진이다.Figure 1 is a 220X magnified micrograph showing a coating in a typical deposited state in accordance with the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 열 처리 코팅막을 보여주는 440X 확대된 현미경 사진이다.2 is a 440 × magnified micrograph showing a heat treated coating film according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 전형적인 코팅막의 미세구조를 세부확대하여 보여주는 주사 전자 현미경(SEM)의 3500X 확대된 현미경 사진이다.3 is a 3500 × magnified micrograph of a scanning electron microscope (SEM) showing in greater detail the microstructure of a typical coating film according to the present invention.

도 4는 산화 환경에 노출될 경우, 본 발명에 따라 제조된 코팅막과 종래 코팅막의 중량 증가를 비교한 곡선 그룹이다.4 is a group of curves comparing the weight increase of the coating film prepared according to the present invention and the conventional coating film when exposed to an oxidizing environment.

본 발명에 따르면, 우수한 내마찰마모성 및 내부식성을 갖으며 다양한 기판 재료와 상용될 수 있는 부류의 탄화티탄/붕화텅스텐 코팅막을 제공한다. 이들 코팅막은 금속 매트릭스내 분산된 경질의 초미세 탄화티탄 입자 및 붕화텅스텐 석출물을 포함하며, 두 상은 코팅막의 약 30 내지 80체적%를 구성한다. 이러한 코팅막은 약 700 내지 1200 DPH300(HV.3)의 경도를 갖으며 약 800℃ 이하의 온도를 견딜 수 있다.According to the present invention, there is provided a class of titanium carbide / tungsten boride coating films having excellent abrasion resistance and corrosion resistance and which are compatible with various substrate materials. These coatings comprise hard ultra-titanium carbide particles and tungsten boride precipitates dispersed in the metal matrix, and the two phases constitute about 30 to 80% by volume of the coating film. Such coatings have a hardness of about 700 to 1200 DPH 300 (HV.3) and can withstand temperatures up to about 800 ° C.

본 발명의 코팅막은 탄화텅스텐을 함유하는 제 1성분, 붕소를 함유하는 제 2 성분 중 적어도 하나, 및 니켈, 코발트 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는, 개별 성분으로 구성된 기계적으로 혼합된 분말 혼합물을 기판상에 증착시키는 단계 및 증착된 상태의 코팅막을 열처리하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있으며, 상기 분말 혼합물은 제 1성분 또는 제 2성분에, 또는 별도의 제 3성분에 티탄을 포함하며, 제 1성분, 제 2성분 또는 제 3성분 중 하나 이상은 약 1200℃ 미만의 융점을 갖는다. 열처리는 증착된 원소 간에 융해 반응을 일으켜 금속 매트릭스내 분산된 초미세 입자의 탄화티탄 및 붕화텅스텐을 형성한다. 코팅막은 이미 앞서 언급한 어느 종래의 증착 기술 또는 유사한 기술을 사용하여 기판상에 증착될 수 있다.The coating film of the present invention is mechanically mixed with individual components, comprising at least one of a first component containing tungsten carbide, at least one of a second component containing boron, and at least one metal selected from the group consisting of nickel, cobalt and iron. The powder mixture may be prepared by a method comprising depositing a powder mixture on a substrate and heat-treating the coating film in the deposited state, wherein the powder mixture is applied to the first component or the second component, or to a separate third component. Titanium, and at least one of the first, second, or third components has a melting point of less than about 1200 ° C. The heat treatment causes a fusion reaction between the deposited elements to form titanium carbide and tungsten boride of ultrafine particles dispersed in the metal matrix. The coating film may be deposited on the substrate using any conventional deposition technique or similar technique already mentioned above.

본 발명의 바람직한 구현에서, 탄화티탄 및 붕화텅스텐 석출물을 함유하는 코팅막은 다양한 기판 재료에 적용된다.In a preferred embodiment of the invention, coating films containing titanium carbide and tungsten boride precipitates are applied to various substrate materials.

바람직한 구현에 대한 설명Description of the preferred implementation

본 발명의 코팅막은 적합하게 열 분무 공정을 사용하여 기판에 양호하게 적용된다. 이러한 공정에서는, 즉 플라즈마 분무에서는, 전기 아크가 비소모성 전극및 이와 이격된 제 2 비소모성 전극 사이에서 달성된다. 가스가 비소모성 전극과 접촉한 상태로 통과되어, 아크를 함유하게 된다. 아크 함유 가스는 노즐에 의해 압축되어 고열 함유 유출물을 형성한다. 분말형 코팅막 재료가 고열 함유 유출물에 분사되어 코팅되는 표면 상에 증착된다. 이 공정 및 여기에서 사용된 플라즈마 아크 토치는 미국 특허 제 2,858,411호에 개시되어 있다. 플라즈마 분무 공정은 기판에, 견고하고, 조밀하고 접착성을 띤 증착 코팅막을 형성시킨다. 또한, 증착 코팅막은 서로, 그리고 기판에 얽혀 있고 기계적으로 결합되어 있는 불규칙 형상의 극미세 스플레트(splats) 또는 리브(leaves)로 이루어진다.The coating film of the present invention is suitably applied to a substrate using a thermal spray process. In this process, ie in plasma spraying, an electric arc is achieved between the non-consumable electrode and the second non-consumable electrode spaced therefrom. The gas passes in contact with the non-consumable electrode and contains an arc. The arc containing gas is compressed by the nozzle to form a high heat containing effluent. A powdered coating film material is sprayed onto the high heat containing effluent and deposited on the surface to be coated. This process and the plasma arc torch used therein are disclosed in US Pat. No. 2,858,411. The plasma spray process forms a rigid, dense, adhesively deposited coating film on the substrate. In addition, the deposition coating film is composed of irregular microscopic splats or ribs entangled and mechanically bonded to each other and to the substrate.

코팅막을 기판에 적용하는 다른 방법은 폭발건 증착(detonation gun(D-gun) deposition)에 의한 것이다. 통상적인 폭발건은 주로 약 1인치의 내경 및 수 피트의 길이로 된 수냉각 배럴로 구성된다. 작동시, 특정비( 대개 약 1: 1)의 산소와 연료 가스, 예를 들어, 아세틸렌의 혼합물은 코팅되는 분말의 충전물과 함께 배럴로 공급된다. 이후, 가스는 점화되고 폭발파가 약 2400ft/초(730m/초)로 분말을 가속하면서, 융점에 근접하거나 그보다 높게 가열시킨다. 분말이 배럴에서 방출된 후, 질소의 펄스는 배럴을 퍼어징(purging)하고, 다음 폭발을 위해 시스템을 대기시킨다. 그후, 사이클은 1초에 여러번 반복된다.Another method of applying the coating to the substrate is by detonation gun (D-gun) deposition. A typical explosive gun mainly consists of a water cooled barrel about 1 inch in diameter and several feet in length. In operation, a mixture of oxygen and fuel gas, such as acetylene, in a specific ratio (usually about 1: 1) is fed to the barrel with a filling of the powder to be coated. The gas is then ignited and the explosion wave heats up to or above the melting point, accelerating the powder to about 2400 ft / sec (730 m / sec). After the powder is released from the barrel, a pulse of nitrogen purges the barrel, waiting the system for the next explosion. The cycle then repeats several times a second.

폭발건은 각 폭발에 의해 기판상에 원형 코팅막을 증착시킨다. 원형 코팅막은 직경이 약 1인치(25mm)이고 두께가 수만분의 1 인치(즉, 수 미크론)이다. 각 원형 코팅막은 개별 분말 입자에 대응하는 많은 중첩하는 극미세 스플레트로 구성되어 있다. 중첩 스플레트는 이들의 경계면에서 실질적으로 합금형성없이 서로, 그리고 기판에 얽혀 결합된다. 코팅막 증착에서의 원형의 위치는 균일한 두께의 매끄러운 코팅막을 형성하고 기판 열 및 적용된 코팅막내 잔류 응력을 최소화하도록 정밀하게 제어된다.The explosion gun deposits a circular coating on the substrate with each explosion. The circular coating is about 1 inch (25 mm) in diameter and tens of thousands of inches (ie, several microns) thick. Each circular coating film consists of many overlapping ultra-fine splats corresponding to individual powder particles. Overlapping splats are intertwined with one another and with the substrate substantially without alloying at their interfaces. The circular position in coating film deposition is precisely controlled to form a smooth coating film of uniform thickness and to minimize substrate heat and residual stress in the applied coating film.

대체로, 열 분무 공정에 사용된 분말형 코팅막 재료는 실질적으로 적용된 코팅막과 동일한 조성을 가질 것이다. 그러나, 일부 열 분무 장비의 경우, 조성의 변경을 예상할 수 있다. 이러한 경우에, 분말 조성은 목적하는 코팅막 조성을 달성하도록 이에 따라 조정될 것이다.In general, the powder coating material used in the thermal spray process will have substantially the same composition as the coating applied. However, for some thermal spray equipment, changes in composition can be expected. In this case, the powder composition will be adjusted accordingly to achieve the desired coating film composition.

본 발명이 플라즈마 아크 분무 공정에 의해 제조된 코팅막을 참고로 설명되었지만, 상기 언급된 어떠한 증착 기술 또는 유사한 기술도 또한 사용될 수 있는 것으로 이해해야 한다.Although the present invention has been described with reference to a coating film made by a plasma arc spraying process, it should be understood that any of the deposition techniques or similar techniques mentioned above may also be used.

본 발명에 따르면, 내마모성 및 내부식성 코팅막은 탄화텅스텐을 함유하는 제 1성분, 및 붕소를 함유하는 제 2성분, 및 니켈, 코발트 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는, 개별 성분을 함유하는 기계적으로 혼합된 분말 혼합물을 플라즈마 분무하므로써 금속 기판상에 적용된다. 분말 혼합물은 또한 제 1성분 또는 제 2성분에, 또는 별도의 제 3성분에 티탄을 포함한다. 제 1성분, 제 2성분 또는 제 3성분은, 바람직하게는 붕소를 함유하는 제 2성분은 약 1200℃ 미만의 융점을 가져야 한다. 이후, 증착된 상태의 코팅막을 분말 혼합물 중의 상기 성분을 용융시키기에 충분한 고온에서 열처리한다. 이들 온도에서, 확산 및 화학 반응이 플라즈마 분무 공정에 의해 증착된 얇은 중첩 스플레트 간에일어나며, 이들 중 일부는 티탄을 함유하거나, 비함유하여 탄화텅스텐 성분을 포함하고, 다른 일부는 티탄을 함유하거나 비함유하여 붕소 함유 합금을 포함하고, 또 다른 일부는 상기 언급된 성분들 중에 티탄이 함유되지 않는 경우에 티탄을 함유한다. 이들 확산 및 화학 반응은 탄화물 상에서 텅스텐을 티탄으로 치환시키고 텅스텐과 붕소 간의 반응을 일으켜 붕화물 석출물을 형성하는데, 그 이유는 티탄에 대한 탄소의 친화력이 텅스텐에 대한 것보다 크기 때문이다. 탄화티탄 입자 및 붕화텅스텐 석출물은 금속 매트릭스내 균일하게 분산된다. 실질적으로 증착 동안에는 분말 입자 간에 반응이 일어나지 않아, 열처리 전 스플레트는 초기의 분말 조성을 유지한다.According to the present invention, the wear resistant and corrosion resistant coating film contains individual components, including a first component containing tungsten carbide, a second component containing boron, and at least one metal selected from the group consisting of nickel, cobalt and iron. Is applied onto the metal substrate by plasma spraying the mechanically mixed powder mixture. The powder mixture also comprises titanium in the first or second component, or in a separate third component. The first component, second component or third component, preferably the second component containing boron, should have a melting point of less than about 1200 ° C. Thereafter, the deposited coating film is heat treated at a high temperature sufficient to melt the components in the powder mixture. At these temperatures, diffusion and chemical reactions occur between the thin overlapping splats deposited by the plasma spray process, some of which contain or are titanium containing tungsten carbide components, and others that contain or are not titanium. Containing boron-containing alloys, and some containing titanium when none of the above-mentioned components contain titanium. These diffusion and chemical reactions replace tungsten with titanium on the carbide and cause a reaction between tungsten and boron to form boride precipitates because the affinity of carbon for titanium is greater than for tungsten. Titanium carbide particles and tungsten boride precipitates are uniformly dispersed in the metal matrix. Substantially no reaction occurs between the powder particles during deposition, so the splats prior to heat treatment maintain the initial powder composition.

본 발명의 코팅막은 2성분계, 즉, 제 1 탄화텅스텐 성분 및 제 2 붕소 함유 합금 성분(이때, 제 1성분 및 제 2성분중 어느 하나가 티탄을 함유하거나 양자가 티탄을 함유함)을 사용하여 제조될 수 있으며, 다르게는 다성분계를 사용할 수 있다. 이러한 다성분계는 티탄이 두 성분중 어느 것에서도 사용되지 않은 경우에 사용된다. 다성분계는 또한 합금 매트릭스에 추가의 원소를 포함시키는 것이 바람직한 상황에서도 사용될 수 있다.The coating film of the present invention uses a two-component system, that is, a first tungsten carbide component and a second boron-containing alloy component, wherein either the first component or the second component contains titanium or both contain titanium. It may be prepared, or alternatively, a multicomponent system may be used. This multicomponent system is used when titanium is not used in either component. Multicomponent systems can also be used in situations where it is desirable to include additional elements in the alloy matrix.

탄화티탄 및 붕화텅스텐 석출물을 함유하는 코팅막의 형성은 하기 식중 하나에 따라서 진행될 수 있다:The formation of a coating film containing titanium carbide and tungsten boride precipitate may proceed according to one of the following formulas:

(1) (W, Ti)C - M1+ (M2-B) → WM'1B + TiC + (M2-M1")(1) (W, Ti) C-M 1 + (M 2 -B) → WM ' 1 B + TiC + (M 2 -M 1 ")

(2) WC - M1+ Ti + (M2-B) → WM'1B + TiC + (M2-M1")(2) WC-M 1 + Ti + (M 2 -B) → WM ' 1 B + TiC + (M 2 -M 1 ")

(3) WC - M1+ Ti-B + (M2-B) → WM'1B + TiC + (M2-M1")(3) WC-M 1 + Ti-B + (M 2 -B) → WM ' 1 B + TiC + (M 2 -M 1 ")

상기 식에서, M1및 M2는 니켈, 코발트 및 철, 및 임의로 다른 금속 또는 금속 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속이고,Wherein M 1 and M 2 are at least one metal selected from the group consisting of nickel, cobalt and iron, and optionally other metals or metal alloys,

B는 붕소이며,B is boron,

M1은 M'1+ M1"이다.M 1 is M ′ 1 + M 1 ″.

상기 요소에 추가하여, M1및 M2는 또한 탄소, 산소 및 질소와 같은 다른 원소를 소량으로 포함할 수 있다.In addition to the above elements, M 1 and M 2 may also comprise small amounts of other elements such as carbon, oxygen and nitrogen.

분말 혼합물에 사용된 티탄, 텅스텐, 탄화물 및 붕소의 비율은 금속 매트릭스에 석출되는 탄화티탄 및 붕화텅스텐 양자의 체적 분율을 결정한다. 일반적으로, 붕소에 대한 텅스텐의 비는 약 0.4 내지 2.0의 범위로 유지되어야 한다. 탄소에 대한 티탄의 비는 약 1.0이다.The proportion of titanium, tungsten, carbide and boron used in the powder mixture determines the volume fraction of both titanium carbide and tungsten boride that precipitates in the metal matrix. In general, the ratio of tungsten to boron should be maintained in the range of about 0.4 to 2.0. The ratio of titanium to carbon is about 1.0.

최상의 마모성 및 부식성을 위해, 코팅막내 탄화티탄 및 붕화텅스텐 석출물의 체적 분율은 약 30 내지 80체적%의 범위로 유지되어야 한다. 전형적으로, 탄화티탄 입자의 체적 분율은 약 15 내지 30체적%이고, 붕화텅스텐 석출물의 체적 분율은 약 30 내지 50체적%이다.For best wear and corrosion, the volume fraction of titanium carbide and tungsten boride precipitates in the coating film should be maintained in the range of about 30 to 80% by volume. Typically, the volume fraction of the titanium carbide particles is about 15-30 vol% and the volume fraction of the tungsten boride precipitates is about 30-50 vol%.

코팅막이 붕소 함유 합금내의 원소가 하기 중량비로 유지되는 경우에, 즉, 약 3중량% 내지 약 20중량%의 붕소, 0 내지 약 10중량%의 몰리브덴, 0 내지 약 20중량%의 크롬, 0 내지 약 5중량%의 망간, 0 내지 약 5중량%의 알루미늄, 0 내지 약 1중량%의 탄소, 0 내지 약 5중량%의 규소, 0 내지 약 5중량%의 인, 0 내지 약 5중량%의 구리 및 0 내지 약 5중량%의 철, 그 나머지로 니켈, 코발트 또는 철 또는 이들의 조합체인 경우에, 상술한 범위내에서 붕화텅스텐의 체적 분율로 제조될 수 있는 것으로 밝혀졌다.If the coating film is maintained in the following weight ratios of the elements in the boron-containing alloy, that is, from about 3% to about 20% by weight of boron, from 0 to about 10% by weight of molybdenum, from 0 to about 20% by weight of chromium, from 0 to About 5 weight percent manganese, 0 to about 5 weight percent aluminum, 0 to about 1 weight percent carbon, 0 to about 5 weight percent silicon, 0 to about 5 weight percent phosphorus, 0 to about 5 weight percent It has been found that in the case of copper and 0 to about 5% by weight of iron, the remainder of nickel, cobalt or iron or combinations thereof, it can be produced in a volume fraction of tungsten boride within the above-mentioned ranges.

대부분의 붕소 함유 합금은 이들 합금이 확산 반응의 요건을 충족시키는 한, 본 발명에 따른 코팅막을 제조하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 코팅막을 제조하는데 사용하기에 특히 적합한 합금이 하기 표 I에 기재된다.Most boron containing alloys can be used to make coatings according to the present invention as long as these alloys meet the requirements of the diffusion reaction. Particularly suitable alloys for use in preparing the coatings according to the invention are described in Table I below.

표 1Table 1

붕소 함유 합금Boron-containing alloys

합금 No. 조성(중량%)Alloy No. Composition (% by weight)

Ni Cr Si B Fe CNi Cr Si B Fe C

1 나머지 13-17 3-5 2.75-4 3-5 0.6-0.91 Rest 13-17 3-5 2.75-4 3-5 0.6-0.9

2 나머지 6-8 3-5 2.5-3.5 2-4 0.5-Max2 remainder 6-8 3-5 2.5-3.5 2-4 0.5-Max

3 나머지 3-4 3-5.4 8.8-10.8 2-3.5 0.32-Max3 Remainder 3-4 3-5.4 8.8-10.8 2-3.5 0.32-Max

4 나머지 4.5-6 2.3-4 5.6-7 1.5-3.8 0.41-Max4 remaining 4.5-6 2.3-4 5.6-7 1.5-3.8 0.41-Max

5 나머지 3.2 2.5 65 remaining 3.2 2.5 6

티탄 함유 합금 또는 화합물이 붕소와 결합되어 있는 경우에, 예를 들어 TiB2인 경우에 붕소 함유 합금이 필요하지 않을 수 있음은 물론이다.It goes without saying that if the titanium containing alloy or compound is bonded with boron, for example TiB 2 , the boron containing alloy may not be needed.

본 발명을 실시함에 있어서 붕소 함유 합금이 확산 반응을 촉진하기에 충분한 유체로 될 수 있는 충분히 상승된 온도에서, 통상적으로 1000℃에서, 증착된 상태의 코팅막을 열처리하는 것이 중요하다. 열처리 온도는, 필요에 따라 1000℃보다 상당히 높은 온도, 예를 들어 1200℃일 수 있지만, 이러한 온도는 기판에 나쁜 영향을 줄 수 있을 정도로 높지 않아야 한다. 증착된 상태의 코팅막은 코팅막의 성분들 간의 반응 및/또는 확산을 촉진시키기에 충분한 시간 동안 열처리 온도에서 유지되어야 한다. 제한되었지만, 상당한 정도의 확산 반응이 또한 기판에서도 일어난다.In practicing the present invention, it is important to heat-treat the coating film in the deposited state at a sufficiently elevated temperature, typically at 1000 ° C., in which the boron-containing alloy can become a fluid sufficient to promote the diffusion reaction. The heat treatment temperature may be considerably higher than 1000 ° C., for example 1200 ° C. if necessary, but this temperature should not be high enough to adversely affect the substrate. The coating film in the deposited state should be maintained at the heat treatment temperature for a time sufficient to promote reaction and / or diffusion between the components of the coating film. Although limited, significant diffusion reactions also occur in the substrate.

코팅막의 열처리는 일반적으로 진공로 또는 불활성가스로에서 수행된다. 다르게는, 열처리는 고온에서의 시간이 충분히 짧거나, 보호 분위기가 제공되어 상당한 정도의 산화가 전혀 일어나지 않은 한, 전자빔, 레이저빔, 이송식 플라즈마 아크, 유도가열 또는 다른 기술과 같은 표면 용착 공정에 의해 성취된다.Heat treatment of the coating film is generally carried out in a vacuum furnace or an inert gas furnace. Alternatively, the heat treatment may be applied to surface deposition processes such as electron beams, laser beams, transfer plasma arcs, induction heating, or other techniques, as long as the time at high temperatures is sufficiently short or a protective atmosphere is provided that no significant degree of oxidation occurs. Is achieved by

본 발명의 이점은 상술한 바와 같은 종래의 증착 기술 또는 유사한 기술을 사용하여 다양한 기판 형태에 성공적으로 적용될 수 있다는 것이다. 그러나, 기판은 해로운 영향 없이 열처리의 영향을 견딜 수 있어야 한다. 본 발명에 따라 코팅될 수 있는 적합한 기판 재료는 예를 들어 강, 스테인레스강, 철계 합금, 니켈, 니켈계 합금, 코발트, 코발트계 합금, 크롬, 크롬계 합금, 티탄, 티탄계 합금, 내화 금속 및 내화 금속계 합금을 포함한다.An advantage of the present invention is that it can be successfully applied to various substrate types using conventional deposition techniques or similar techniques as described above. However, the substrate must be able to withstand the effects of heat treatment without deleterious effects. Suitable substrate materials which can be coated according to the invention include, for example, steel, stainless steel, iron alloys, nickel, nickel-based alloys, cobalt, cobalt-based alloys, chromium, chromium-based alloys, titanium, titanium-based alloys, refractory metals and Refractory metal-based alloys.

본 발명의 코팅막은 탄소강, 스테인레스강 및 초합금(예를 들어, 철, 니켈 및/또는 코발트계 합금)의 기판에 가장 유리하게 적용된다.The coating film of the present invention is most advantageously applied to substrates of carbon steel, stainless steel and superalloys (eg iron, nickel and / or cobalt based alloys).

본 발명에 따라 제조된 코팅막의 두께는 일반적으로 약 0.005 내지 약 0.040인치(1.3 ×102내지 1.0 ×103㎛)이다.The thickness of the coating film prepared according to the present invention is generally about 0.005 to about 0.040 inches (1.3 × 10 2 to 1.0 × 10 3 ㎛).

본 발명의 코팅막의 미세구조는 다소 복잡하고 완전히 이해되지 않는다. 그러나, 지금까지 이루어진 연구로부터 코팅막이 금속 매트릭스내 분산된 초미세 탄화티탄 입자 및 붕화텅스텐 석출물을 포함하는, 2개의 별도의 경질상(hard phase)을 필수적으로 포함한다는 것을 알 수 있다. 금속 매트릭스는 사실상 결정질이고 상당히 조밀하고 경질상보다 연질이고 낮은 투과성을 갖는다.The microstructure of the coating film of the present invention is somewhat complicated and not fully understood. However, studies to date have shown that the coating film essentially comprises two separate hard phases, including ultrafine titanium carbide particles and tungsten boride precipitates dispersed in the metal matrix. The metal matrix is in fact crystalline, fairly dense and softer than the hard phase and has low permeability.

탄화티탄 입자 및 붕화텅스텐 석출물의 크기는 열처리 온도 및 시간을 포함하는 몇몇 인자에 따라 달라질 것이다. 그러나, 평균 입자 크기는 대개 미크론이하, 통상적으로 약 0.5 내지 약 3.0 미크론이다.The size of the titanium carbide particles and the tungsten boride precipitate will depend on several factors including the heat treatment temperature and time. However, the average particle size is usually less than microns, typically about 0.5 to about 3.0 microns.

일반적으로, 코팅막의 경도는 경질상의 체적 분율에 정비례하여 달라진다. 예들 들어, 분말 혼합물 중의 붕소에 대한 텅스텐의 원자비를 다르게 함으로써 경도 값을 특정 범위로 맞출 수 있다. 일반적으로 코팅막의 경도는 약 800 DPH300(HV.3)이다.In general, the hardness of the coating film is directly proportional to the volume fraction of the hard phase. For example, by varying the atomic ratio of tungsten to boron in the powder mixture, the hardness value can be tailored to a specific range. In general, the hardness of the coating film is about 800 DPH 300 (HV.3).

본 발명의 중요한 이점은 텅스텐과 붕소 함유 합금 간의 확산 반응이 상당히 낮은 열처리 온도, 예를 들어, 약 1000℃에서 일어난다는 것이다. 이 현상의 정확한 이유는 알 수 없지만, 열 분무에 의해 기판상에 증착되는 리브 또는 겹침 스플레트 내측의 전위(dislocation)와 높은 내부 응력의 형성에 의한 것으로 여겨진다. 대조적으로, 금속 붕화물 및 탄화물은 일반적으로 매우 높은 온도, 즉 약 1300℃ 보다 높은 온도에서 종래의 코팅막 또는 고온 압착법에 의해 형성된다. 이들의 보다 높은 온도는 대개 대부분의 강에는 이롭지 않다. 이러한 코팅 공정에서 요하는 낮은 열처리 온도에 의해, 이들 기판은 이제 어떠한 해로운 영향 없이 코팅될 수 있다.An important advantage of the present invention is that the diffusion reaction between tungsten and boron containing alloys takes place at significantly lower heat treatment temperatures, for example about 1000 ° C. The exact reason for this phenomenon is unknown, but is believed to be due to the formation of dislocations and high internal stresses inside the ribs or overlapping splats deposited on the substrate by thermal spraying. In contrast, metal borides and carbides are generally formed by conventional coatings or hot pressing at very high temperatures, i. Their higher temperatures are usually not beneficial for most rivers. With the low heat treatment temperatures required in this coating process, these substrates can now be coated without any deleterious effects.

하기 실시예는 본 발명의 실시를 추가로 예시한다.The following examples further illustrate the practice of the present invention.

실시예 1Example 1

다수의 TiC/W2CoB2코팅막을 3/4 ×1/2 ×2-3/4인치(19 ×13 ×70mm)의 AISI 1018 강(저탄소강(약 0.18C와 나머지 Fe)임) 시편상에 약 0.020 인치(0.5mm)의 두께로 탄화텅스텐 코발트 합금, 이붕화티탄(TiB2) 및 얼로이(Alloy) No.2의 분말 혼합물을 플라즈마 분무하므로써 제조하였다. 혼합 공식은 50중량%의 (WC-10 Co) + 10중량%의 TiB2+ 40중량%의 얼로이 No.2였다. B에 대한 W의 원자비는 약 1이었다. 증착된 상태의 코팅막의 연마된 단면이 도 1에 도시되어 있다. 코팅막은 서로, 그리고 강 기판에 단단히 부착된 불규칙 형상의 스플레트로 구성된 층상 구조를 갖는다. 상기 스플레트는, WC-Co, TiB2및 얼로이 No.2를 용융 또는 반용융 상태로 기판 상에 충돌시키므로써 형성되었다. 이후, 증착된 상태의 코팅막을 진공 또는 아르곤 하에서 약 1000 내지 1075℃의 온도에서 한 시간 동안 열처리하였다. 도 2는 열처리후 코팅막 구조를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 코팅막은 주코팅막, 및 코팅막 재료와 기판 간의 확산 반응에 의해 형성된 중간 확산 영역으로 구성된다. 중간 확산 영역은 확산 영역/기판 경계면을 따라서 산포된 핑거형 철-붕화물 상을 갖으며, 폭이 약 50 내지 60㎛이다. 주코팅막은 Ni-Cr-Si-Fe 매트릭스내 균일하게 분포된 다수의 미세 입자를 포함한다. 입자는 X선 회절 및 EDX 분석에 의해 TiC 및 W2CoB2상으로서 확인되었다. TiC 및 W2CoB2상은 확산 및 WC-Co와 TiB2스플레트 간의 화학 반응 동안에 탄화물내 W를 Ti로 치환시키고 W와 Co를 B와 반응시키므로써 형성되는데, 그 이유는 C에 대한 Ti의 친화력이 C에 대한 W의 친화력보다 크기 때문이다. 도 3에서, 주사 전자 현미경 사진은 1㎛ 미만의 입자 크기를 갖는 TiC 및 W2CoB2를 보여준다. W2CoB2상은 특징적인 밝은 콘트라스트를 나타내지만, TiC 상은 매트릭스내 분산되어 있는 어두운 콘트라스트를 나타낸다.A plurality of TiC / W 2 CoB 2 coating 3/4 × 1/2 × 2-3 / 4 inchi (19 × 13 × 70mm) of AISI 1018 steel (low carbon steel (about 0.18C and the remainder Fe) Im) onto the specimen A powder mixture of tungsten carbide cobalt alloy, titanium diboride (TiB 2 ) and Alloy No. 2 at a thickness of about 0.020 inch (0.5 mm) was prepared by plasma spraying. The mixing formula was 50% by weight of (WC-10 Co) + 10% by weight of TiB 2 + 40% by weight of Alloy No. 2. The atomic ratio of W to B was about 1. The polished cross section of the coating film in the deposited state is shown in FIG. The coating film has a layered structure composed of irregular shaped splats firmly attached to each other and to a steel substrate. The splat was formed by impinging WC-Co, TiB 2 and Alloy No. 2 on a substrate in a molten or semi-fused state. Thereafter, the deposited coating film was heat-treated under vacuum or argon at a temperature of about 1000 to 1075 ° C. for one hour. 2 shows the structure of the coating film after the heat treatment. As shown, the coating film is composed of a main coating film and an intermediate diffusion region formed by a diffusion reaction between the coating film material and the substrate. The intermediate diffusion region has a finger-like iron-boride phase scattered along the diffusion region / substrate interface and is about 50 to 60 탆 in width. The main coating film contains a plurality of fine particles uniformly distributed in the Ni-Cr-Si-Fe matrix. Particles were identified as TiC and W 2 CoB 2 phases by X-ray diffraction and EDX analysis. TiC and W 2 CoB 2 phases are formed by substituting W in Ti and reacting W and Co with B during diffusion and chemical reaction between WC-Co and TiB 2 splats because of the affinity of Ti for C This is because the affinity of W for C is greater. In FIG. 3, scanning electron micrographs show TiC and W 2 CoB 2 with a particle size of less than 1 μm. The W 2 CoB 2 phase exhibits characteristic bright contrast, while the TiC phase exhibits dark contrast dispersed in the matrix.

코팅막의 금속학적 조사에서는 겉보기 다공성이 0.5 내지 0.75%이고, 경도가 700 내지 1100 DPH300(HV.3)인 것으로 나타났다.Metallurgical examination of the coating film showed that the apparent porosity was 0.5 to 0.75% and the hardness was 700 to 1100 DPH 300 (HV.3).

상기 제조된 TiC/W2CoB2코팅막의 마찰마모성을, ASTM 표준 G 65-80, 절차 A에 기술되어 있는 표준 건조 모래/고무 휠 마찰 시험을 이용하여 측정하였다. 이 시험에서, 코팅막된 시편을 휠 둘레의 클로로부틸 고무 림을 갖는 회전 휠에 레버 암에 의해 장착하였다. 마찰마모재(즉, 50-70 메쉬 Ottawa Silica Sand)를 코팅막과 고무 휠 사이에 넣었다. 상기 휠을 마찰마모재의 흐름 방향으로 회전시켰다. 시험용 시편을 시험 전후에 칭량하고, 중량 손실을 기록하였다. 시험된 상이한 재료의 밀도에서의 큰 차에 의해, 질량 손실을 통상적으로 체적 손실로 전환시켜, 재료의 상대적 순위를 평가하였다. 이들 특정 코팅막 시편에 대한 평균 체적 손실은 약 1.4 mm3/1000 회전이었다.The frictional wear of the TiC / W 2 CoB 2 coating film prepared above was measured using the standard dry sand / rubber wheel friction test described in ASTM Standard G 65-80, Procedure A. In this test, the coated specimen was mounted by a lever arm to a rotating wheel having a chlorobutyl rubber rim around the wheel. A friction wear material (ie 50-70 mesh Ottawa Silica Sand) was placed between the coating film and the rubber wheel. The wheel was rotated in the flow direction of the friction wear material. Test specimens were weighed before and after the test and the weight loss was recorded. Due to the large difference in the density of the different materials tested, the mass loss is usually converted to volume loss to evaluate the relative rank of the materials. The mean volume loss for a given coating film specimen was about 1.4 mm 3/1000 rotation.

또한, TiC/W2CoB2코팅막에 대해 부식성 시험을 하였다. 이 시험은 90도 및 30도의 두 충돌 각도에서의 약 91m/초의 입자 속도 및 27미크론의 크기를 갖는 알루미나 입자를 사용하여 표준 절차에 따라 수행하였다. 부식율은 각각 약 128 및 26 ㎛/g인 것으로 확인되었다.본 코팅막의 내마찰성 및 내부식성이 다른 종래 코팅막과 비교하여 탁월한 것으로 간주된다.In addition, a corrosion test was performed on the TiC / W 2 CoB 2 coating film. This test was performed according to standard procedures using alumina particles having a particle velocity of about 91 m / sec and a size of 27 microns at two impact angles of 90 and 30 degrees. Corrosion rates were found to be about 128 and 26 μm / g, respectively. The friction and corrosion resistance of the present coating film is considered to be superior to other conventional coating films.

또 다른 일련의 시험에서, 상이한 조성의 두 TiC/W2CoB2코팅막에 대해 산화측정을 실시하고 종래의 탄화텅스텐계 코팅막과 비교하였다. 각 샘플 코팅막의 산화량을 중량 증가(㎍/cm2) 및 산화 환경에서의 노출 시간을 측정함으로써 결정하였다. 시험 결과가 도 4에 도시되어 있다. 예를 들어, 종래의 WC코팅막은 곡선 A로 도시된 바와 같이 650℃의 온도로 가열되었을 때, 대부분 상당한 중량 증가를 나타냈음을 알 수 있다. 곡선 B로 도시한 바와 같이 50중량%의 (WC-10 Co) + 8중량%의 TiB2+ 42중량%의 얼로이 No.2를 포함하는 분말 혼합 공식 P1으로부터 제조된 TiC/W2CoB2코팅막에 의해서는, 다소 낮은 중량 증가가 나타났다. 그러나, 곡선 C로 도시된 바와 같이 50중량%의 (WC-10 Co) + 10중량%의 TiB2+ 40 중량%의 얼로이 No.2를 포함하는 분말 혼합 공식 P2으로부터 제조된 TiC/W2CoB2코팅막에서는 중량 증가가 거의 없었다. 이 코팅막은 약 900℃ 초과의 온도에 노출될 때까지도 중량 증가가 거의 나타나지 않았다.In another series of tests, two TiC / W 2 CoB 2 coatings of different composition were subjected to oxidation measurements and compared with conventional tungsten carbide based coatings. The amount of oxidation of each sample coating film was determined by measuring the weight increase (µg / cm 2 ) and the exposure time in the oxidizing environment. The test results are shown in FIG. For example, it can be seen that conventional WC coating films exhibited significant weight gains in most cases when heated to a temperature of 650 ° C. as shown by curve A. FIG. TiC / W 2 CoB 2 prepared from powder mixing formula P1 comprising 50 wt% (WC-10 Co) + 8 wt% TiB 2 + 42 wt% Alloy No. 2 as shown by curve B The coating film showed a slightly lower weight gain. However, TiC / W 2 prepared from powder mixing formula P2 comprising 50 wt% (WC-10 Co) + 10 wt% TiB 2 + 40 wt% Alloy No. 2 as shown by curve C. There was little weight increase in the CoB 2 coating. This coating had little increase in weight even when exposed to temperatures above about 900 ° C.

실시예 2Example 2

다수의 TiC/WCoB 코팅막을, 3/4 ×1/2 ×2-3/4인치(19 ×13 ×70mm)의 AISI 1018 강 시편 상에 약 0.020 인치(0.5mm)의 두께로 탄화텅스텐 코발트 합금, 이붕화티탄(TiB2), 코발트 및 얼로이 No.2의 분말 혼합물을 플라즈마 분무하므로써 제조하였다. 추가의 코발트를 실시예 1에서와 같이, W2CoB2보다는 WCoB의 형성을 유리하게 하도록 분말 혼합물에 사용하였다. 혼합 공식은 50중량%의 (WC-10 Co) + 10중량%의 TiB2+ 20중량%의 얼로이 No.2 + 20중량%의 Co이었다. B에 대한 W의 원자비는 약 1이었다. 증착된 상태의 코팅막을 진공 또는 아르곤 하에 약 1050 내지 1075℃의 온도에서 한 시간동안 열처리하였다. 열처리후, 코팅막을 냉각시켜 조사하였다. 코팅막은 Ni-Cr-Si-Fe 매트릭스내 분산된 TiC 및 WCoB 석출물을 함유하는 스플레트의 층상 구조를 가졌다. 석출물의 크기는 약 1미크론 미만이었다.A number of TiC / WCoB coatings are tungsten carbide cobalt alloy with a thickness of about 0.020 inches (0.5 mm) on 3/4 × 1/2 × 2-3 / 4 inches (19 × 13 × 70 mm) AISI 1018 steel specimens. The powder mixture of titanium diboride (TiB 2 ), cobalt and alloy No. 2 was prepared by plasma spraying. Additional cobalt was used in the powder mixture to favor the formation of WCoB rather than W 2 CoB 2 , as in Example 1. The mixing formula was 50 wt% (WC-10 Co) + 10 wt% TiB 2 + 20 wt% Alloy No. 2 + 20 wt% Co. The atomic ratio of W to B was about 1. The deposited coating film was heat-treated under vacuum or argon at a temperature of about 1050 to 1075 ° C. for one hour. After the heat treatment, the coating film was cooled and irradiated. The coating film had a layered structure of splats containing TiC and WCoB precipitates dispersed in a Ni—Cr—Si—Fe matrix. The size of the precipitate was less than about 1 micron.

상기 TiC/WCoB의 경도는 700 내지 1100 DPH300(HV.3) 범위였다.The TiC / WCoB hardness ranged from 700 to 1100 DPH 300 (HV. 3).

코팅막의 마찰마모성 및 부식성을, 실시예 1에서 기술된 동일한 시험 절차를 사용하여 측정하였다. 이들 코팅막의 모래 마찰마모율은 약 1.9 mm3/1000 회전이었다. 90도 및 30도의 두 충돌 각도에서의 알루미나 입자에 대한 부식 마모율은 각각 약 30 및 130 ㎛/g인 것으로 나타났다. 이들 코팅막의 마찰 마모성 및 부식성은 우수하거나 탁월한 것으로 간주되었다.Friction and corrosion properties of the coatings were measured using the same test procedure described in Example 1. Sand frictional wear rate of the coating film thereof was about 1.9 mm 3/1000 rotation. Corrosion wear rates for alumina particles at two impact angles of 90 degrees and 30 degrees were found to be about 30 and 130 μm / g, respectively. The frictional abrasion and corrosiveness of these coating films were considered to be good or excellent.

실시예 3Example 3

다수의 TiC-농후 TiC/W2NiB2/WC/WC2코팅막을, 3/4 ×1/2 ×2-3/4인치(19 × 13 ×70mm)의 AISI 1018 강 시편상에 약 0.020 인치(0.5mm)의 두께로 텅스텐 - 탄화티탄 - 니켈 합금 및 얼로이 No.5의 분말 혼합물을 플라즈마 분무하므로써 제조하였다. 혼합 공식은 60중량%의 (W,Ti)C - Ni+ 40중량%의 얼로이 No.5였다. 증착된 상태의 코팅막을 진공 또는 아르곤 하에서 약 1045℃의 온도에서 한 시간동안 열처리한 후, 냉각시켰다. 코팅막은, Ni-Cr-Si-Fe 매트릭스내 WC 또는 WC2입자간에 분산된 TiC 및 W2NiB2의 미세한 석출물의 층상 구조를 가졌다.Multiple TiC-rich TiC / W 2 NiB 2 / WC / WC 2 coatings are approximately 0.020 inch on 3/4 x 1/2 x 2-3 / 4 inch (19 x 13 x 70 mm) AISI 1018 steel specimens A powder mixture of tungsten-titanium carbide-nickel alloy and alloy No. 5 to a thickness of (0.5 mm) was prepared by plasma spraying. The mixing formula was Alloy No. 5 of 40 wt% of (W, Ti) C-Ni + of 60 wt%. The deposited film was heat-treated under vacuum or argon at a temperature of about 1045 ° C. for one hour and then cooled. The coating film had a layered structure of fine precipitates of TiC and W 2 NiB 2 dispersed between WC or WC 2 particles in a Ni—Cr—Si—Fe matrix.

상기 코팅막의 경도는 약 900 DPH300(HV.3)였다.The hardness of the coating film was about 900 DPH 300 (HV.3).

또한, 코팅막의 마찰마모성을 실시예 1에서 기술된 표준 건조 모래/고무 휠 시험을 사용하여 측정하였다. 평균 마모율은 약 1.3 mm3/1000 회전이었다.In addition, the tribological properties of the coating films were measured using the standard dry sand / rubber wheel test described in Example 1. The average wear rate was approximately 1.3 mm 3/1000 rotations.

90도 및 30도의 두 충돌 각도에서의 알루미나 입자(1.2g/분의 공급 속도, 91m/초의 속도)에 대한 부식 마모율은 각각 약 30 및 126 ㎛/g이었다. 이들 코팅막의 부식성 또한 매우 우수 내지 탁월한 것으로 간주된다.Corrosion wear rates for alumina particles (feed rate of 1.2 g / min, speed of 91 m / sec) at two impact angles of 90 degrees and 30 degrees were about 30 and 126 μm / g, respectively. The corrosiveness of these coating films is also considered to be very good to excellent.

본 발명에 의하면, 우수한 내마모성 및 내부식성을 갖는 탄화티탄/붕화텅스텐 코팅막이 제공된다. 또한, 종래의 증착 기술을 사용하여 다양한 형태의 기판에 코팅막을 적용할 수 있다.According to the present invention, a titanium carbide / tungsten boride coating film having excellent abrasion resistance and corrosion resistance is provided. In addition, coating films may be applied to various types of substrates using conventional deposition techniques.

Claims (10)

금속 매트릭스내 분산된 경질의 초미세 탄화티탄 입자 및 붕화텅스텐 석출물을 포함하며, 탄화티탄 입자 및 붕화텅스텐 석출물의 체적 분율이 코팅막의 약 30 내지 80체적%이고, 그 나머지는 금속 매트릭스임을 특징으로 하는 기판 상의 내마모성 및 내부식성 코팅막.A hard titanium carbide particle and tungsten boride precipitates dispersed in the metal matrix, wherein the volume fraction of the titanium carbide particles and tungsten boride precipitates is about 30 to 80% by volume of the coating film, the remainder being a metal matrix. Abrasion and corrosion resistant coatings on substrates. 제 1항에 있어서, 탄화티탄 입자가 코팅막의 약 15 내지 30체적%를 구성하고, 붕화텅스텐 석출물이 코팅막의 약 30 내지 50체적%를 구성함을 특징으로 하는 코팅막.The coating film of claim 1 wherein the titanium carbide particles comprise about 15 to 30 volume% of the coating film and the tungsten boride precipitate constitutes about 30 to 50 volume% of the coating film. 제 1항에 있어서, 코팅막내 붕소에 대한 텅스텐의 원자비가 약 0.4 내지 2.0이고, 탄소에 대한 티탄의 원자비가 약 1.0임을 특징으로 하는 코팅막.The coating film of claim 1 wherein the atomic ratio of tungsten to boron in the coating film is about 0.4 to 2.0 and the atomic ratio of titanium to carbon is about 1.0. 제 1항에 있어서, 탄화티탄 입자 및 붕화텅스텐 석출물의 평균 크기가 약 0.5 내지 3.0미크론임을 특징으로 하는 코팅막.The coating film according to claim 1, wherein the average size of the titanium carbide particles and the tungsten boride precipitates is about 0.5 to 3.0 microns. 제 1항에 있어서, 경도가 약 700 내지 1200 DPH300(HV.3)임을 특징으로 하는 코팅막.The coating film of claim 1 wherein the hardness is about 700 to 1200 DPH 300 (HV. 3). 제 1항에 있어서, 금속 매트릭스가 니켈, 코발트 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 구성됨을 특징으로 하는 코팅막.The coating film according to claim 1, wherein the metal matrix is composed of at least one metal selected from the group consisting of nickel, cobalt and iron. 제 1항에 있어서, 기판이 강, 스테인레스강, 철계 합금, 니켈, 니켈계 합금, 코발트, 코발트계 합금, 크롬, 크롬계 합금, 티탄, 티탄계 합금, 내화 금속 및 내화 금속계 합금로 이루어진 군으로부터 선택된 재료임을 특징으로 하는 코팅막.The method of claim 1, wherein the substrate is selected from the group consisting of steel, stainless steel, iron-based alloys, nickel, nickel-based alloys, cobalt, cobalt-based alloys, chromium, chromium-based alloys, titanium, titanium-based alloys, refractory metals, and refractory metal-based alloys. Coating film, characterized in that the selected material. 제 1항에 있어서, 붕화텅스텐 석출물이 W2CoB2임을 특징으로 하는 코팅막.The coating film according to claim 1, wherein the tungsten boride precipitate is W 2 CoB 2 . 제 1항에 있어서, 붕화텅스텐 석출물이 W2NiB2임을 특징으로 하는 코팅막.The coating film according to claim 1, wherein the tungsten boride precipitate is W 2 NiB 2 . 제 8항에 있어서, 붕화텅스텐 석출물이 WCoB임을 특징으로 하는 코팅막.The coating film according to claim 8, wherein the tungsten boride precipitate is WCoB.
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