KR100468931B1 - 게이트 및 시트용 용사 코팅 - Google Patents
게이트 및 시트용 용사 코팅 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100468931B1 KR100468931B1 KR10-2000-0003618A KR20000003618A KR100468931B1 KR 100468931 B1 KR100468931 B1 KR 100468931B1 KR 20000003618 A KR20000003618 A KR 20000003618A KR 100468931 B1 KR100468931 B1 KR 100468931B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cobalt
- coating
- weight percent
- chromium
- tungsten carbide
- Prior art date
Links
- 238000005507 spraying Methods 0.000 title description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 122
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 90
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 38
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910000684 Cobalt-chrome Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000010952 cobalt-chrome Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 31
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 22
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 12
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000009718 spray deposition Methods 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 25
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 14
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 14
- 229910001347 Stellite Inorganic materials 0.000 description 13
- AHICWQREWHDHHF-UHFFFAOYSA-N chromium;cobalt;iron;manganese;methane;molybdenum;nickel;silicon;tungsten Chemical compound C.[Si].[Cr].[Mn].[Fe].[Co].[Ni].[Mo].[W] AHICWQREWHDHHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 11
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 4
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 4
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 4
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 4
- 229910009043 WC-Co Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- GVEHJMMRQRRJPM-UHFFFAOYSA-N chromium(2+);methanidylidynechromium Chemical compound [Cr+2].[Cr]#[C-].[Cr]#[C-] GVEHJMMRQRRJPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 3
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 229910003470 tongbaite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001104 4140 steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 229910000788 1018 steel Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical group [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 238000009689 gas atomisation Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 238000009686 powder production technique Methods 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000005480 shot peening Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000004901 spalling Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/07—Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
- C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
- C22C29/08—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
Abstract
본 발명은 용사 분말 조성물, 상기 조성물의 분말을 사용하여 제조되는 코팅, 및 상기 코팅을 도포시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 분말의 화학적인 조성물은 텅스텐 카바이드-코발트-크롬 물질과 금속성 코발트 합금의 혼합물을 포함한다.
Description
본 발명은 용사 분말 조성물, 상기 조성물의 분말을 사용하여 제조되는 코팅, 및 상기 코팅을 도포하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 게이트 또는 볼 밸브 및 항공기 랜딩 기어의 마모 표면, 및 내마모성이 요구되는 그 밖의 부품들의 표면에 코팅을 도포하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 높은 응력하에서 및 종종 부식 조건에서 작동되는 부품에 대하여 내마모성의 저마찰 표면을 제공하는 것에 관한 것이다. 열처리, 침탄 (carburizing), 질화(nitriding) 또는 이온주입에 의한 강 표면의 경화; 고체 세라믹 또는 서멧(cermet) 부품의 사용; 용사, 화학적 기상 증착, 물리적 증착, 전기도금(특히 크롬의 경우)에 의해 생성된 코팅의 도포; 및 그 밖의 기술을 포함하여 상기 요건들을 충족시키기 위해 다양한 수단이 사용되었다. 적용 분야에 따라서, 이들 모든 접근법에는 한계가 있다. 특히 어려운 적용분야는 오일 및 가스 제조 산업에서 고속으로 개폐되는 고압 게이트 밸브 분야이다. 상기 요건들을 충족시키는데 어려운 또 다른 적용분야는 마모 및 마찰의 문제에 더하여 기재의 피로 특성(fatigue charateristic)이 특히 관심을 끄는 항공기 랜딩 기어 부품의 코팅이다. 본 발명의 목적은 상기 및 광범위한 다른 문제들을 충족시킬 수 있는 용사 코팅을 제공하는 데에 있다.
게이트 밸브는 조절하고자 하는 유체가 유동하는 파이프 또는 튜브에서 축방향으로 위치되어 있는 밸브 본체로 구성된다. 고체, 보통은 원형 홀을 갖는 금속성의 장방형 플레이트 부품인 "게이트"는 밸브 본체내에 있다. 게이트는 게이트내 홀의 직경과 거의 같은 내경을 갖는 원형 고리 금속, 세라믹 또는 서멧 부품인 두 개의 "시트" 사이에서 슬라이딩한다. 상기 시트는 밸브가 위치되는 파이프 또는 튜브의 단부와 동축으로 정렬되고, 직접 또는 간접적으로 상기 단부에 부착된다. 게이트내 홀이 시트내 홀과 정렬되는 경우에, 유체는 밸브를 통해 자유롭게 유동한다. 게이트내 홀이 시트와 부분적으로 또는 완전하게 잘못 정렬되는 경우에, 유체 유동은 방해 또는 저지된다. 즉, 밸브는 부분적으로 또는 완전히 폐쇄된다. 유체 누출을 피하기 위해서는, 필수적으로 게이트와 시트 사이의 접촉 표면이 매우 평탄해야 하고 이들이 함께 단단히 지지되어야 한다. 밸브는 게이트에 대하여 시트를 견고하게 지지시키기 위해 내부에 스프링 또는 다른 장치를 지닐 수 있다. 밸브가 폐쇄되는 경우, 밸브 상류 측에서의 유체 압력은 하류 측에서 시트에 대하여 게이트를 또한 압박한다.
게이트 밸브는 보통 "스템"이라 불리우는 로드 또는 샤프트와 함께 게이트에 부착된 액추에이터를 사용하여 시트 사이에서 게이트를 슬라이딩시킴으로써 작동된다. 수동식 액추에이터를 사용하게 되면 게이트의 운동은 비교적 느리게 되고, 수압식 액추에이터를 사용하게 되면 게이트 운동은 더 빨라지며, 공기식 액추에이터를 사용하게 되면 게이트의 운동은 매우 빨라진다. 액추에이터는 시트와 게이트 사이의 정적 및 동적 마찰력을 극복하기에 충분한 힘을 낼 수 있어야 한다. 마찰력은 밸브가 폐쇄될 때 파이프내에서의 유체의 힘과 밸브 디자인의 함수이다. 이러한 마찰력은 유체 압력이 매우 높을 때 매우 높아질 수 있다. 밸브가 개폐될 때 일어날 수 있는 시트 및/또는 게이트의 응착 마모(adhesive wear)는 또한 하나의 문제일 수 있으며 고압 조건하에서는 과도해질 수 있다. 또 다른 가능한 문제는 부식의 문제이다. 많은 웰로부터의 오일 및 가스는 매우 부식성 성분을 함유할 수 있다. 이와 같이, 많은 웰의 경우에, 밸브, 특히 시트 및 게이트는 표면 부식이 마모 및 마찰 문제를 심화시키기 때문에 내부식성 물질로 만들어져야 한다.
저압에서 수동으로 작동되는 밸브의 경우, 경화된 강 시트 및 게이트는 마모 및 마찰 문제를 억제하기에 충분할 수 있다. 고압에서 유압식 및 공기식 밸브의 경우, 게이트 및 시트 표면상에 텅스텐 카바이드 또는 크롬 카바이드계 코팅과 같은 용사 코팅이 충분할 수 있다. 이러한 유형의 최선의 코팅중 세 가지는 디토네이션 건(detonation gun) 코팅 UCAR LW-15, 즉, 텅스텐 카바이드-코발트-크롬 코팅, UCAR LW-5, 즉, 텅스텐 카바이드-니켈-크롬 코팅, 및 UCAR LC-1C, 즉, 크롬 카바이드+니켈-크롬 코팅이다. 일부 적용분야의 경우에, 경화된 강 게이트와 함께 시트용으로 고체 코발트계 합금, 스텔라이트(stellite) 3 또는 6의 사용은 적합할 수 있다. 그 밖의 접근법은 스텔라이트 6 및 용사 및 용융된 합금의 레이저 또는 플라즈마 전달 아크 오버레이를 포함하였다.
웰이 깊으면 깊을수록, 압력은 증가하였고, 상기한 방법은 부적합하게 되었다. 산업의 기준이 된 두 가지 새로운 코팅이 개발되었다. 그중 하나는 미국특허 제 4,173,685호에 보다 완전하게 기술되어 있는 텅스텐 카바이드계 코팅인 UCAR LW-26이다. 상기 코팅은 보통 플라즈마 용사 후에 열처리함으로써 도포된다. 이것은 성능면에서는 우수하나 생산비용이 비교적 많이 든다. 나머지 다른 하나는 오늘날의 오일 및 가스 웰의 가장 가혹한 조건에서도 성능을 잘 발휘할 수 있는 독특한 미세조직을 갖는 텅스텐 카바이드-코발트-크롬 디토네이션 건 코팅인 UCAR LW-45이다. 그러나, 웰이 깊어지면 깊어질수록 압력이 더욱 더 높아지기 때문에, 이들 기준 코팅이라도 이와 같은 극단적인 조건에 대한 요건들을 충족시킬 수 없으며, 현재의 기술 수준으로 볼 때 다른 해결책은 없다.
종종, 코팅은 피로에 매우 민감한 부품에 있어서 내마모성을 위해 사용되어야 한다. 하나의 예로는 항공기 랜딩 기어 실린더에서의 실린더가 있다. 작동중에 휨모멘트로 인해 실린더에 가해지는 인장 응력하에 균열되는 임의의 코팅이 실린더로 전파되어 실린더의 피로 파괴를 야기하여 재난을 불러일으킬 수 있다. 실린더상의 현재의 코팅은 과도하게 두꺼운 실린더벽으로 인해 보상되어야 하는 피로에 대하여 부정적인 영향을 미치는 전기도금된 경질의 크롬이다. 크롬 도금은 알루미늄-니켈-청동 부싱 또는 베어링에 충돌하므로, 크롬 도금에 대한 어떠한 대체물도 마찬가지로 상기 물질과 양호한 메이팅(mating)(응착 마모) 특성을 가져야 한다. 또한, 어떠한 코팅도 모래 또는 그 밖의 경질 입자가 베어링에 트래핑되는 경우에 우수한 내마모성을 지녀야 한다. 현재 사용되고 있는 크롬 전기도금은 가장자리에만 적합하다. 크롬의 전기도금이 환경에 매우 바람직하지 않기 때문에 이러한 분야 및 다른 분야에서 크롬 전기도금을 대체시킨다면 유리할 것이라는 점에 또한 주목해야 한다. 실린더상의 경질 코팅이 비교적 연성 부싱 또는 베어링 표면에 충돌하는 현재 시스템에 대한 대안은 두 표면 모두 경질 코팅으로 코팅되어야 할 것이다. 이러한 시스템은 내마멸성을 지닐 것이지만, 코팅된 표면은 서로 충돌할 때 적게 마찰되어야 하고 응착 마모에 저항성이어야 한다.
코팅의 피로 효과는 종종 코팅의 변형 대 파괴(strain-to-fracture) (STF), 즉 코팅이 균열없이 스트레칭될 수 있는 정도와 종종 관련되어 왔다. STF는 부분적으로 코팅에서의 잔류 응력과 관련되었다. 잔류 인장 응력은 코팅을 균열시키기 위해 코팅에 부과되어야 하는 추가 외부 인장 응력을 감소시키는 반면에, 잔류 압축 응력은 코팅을 균열시키기 위해 코팅에 부과되어야 하는 추가 인장 응력을 증가시킨다. 전형적으로, 코팅의 STF가 높으면 높을수록, 코팅은 기재의 피로 특성에 대한 부정적인 영향을 덜 미칠 것이다. 이것은 잘 결합된 코팅에서 균열이 기재내로 전파되어, 피로 균열(fatigue crack) 및 궁극적으로는 피로 파괴(fatigue failure)를 개시시킬 수 있기 때문에 그러하다. 불행하게도, 대부분의 용사 코팅은, 매우 연성이고 균열되기 보다는 오히려 용이하게 소성변형되는 것으로 예기되는 순수 금속으로 만들어지는 경우에도 매우 한정된 STF를 갖는다.
증착 동안 낮은 또는 중간 정도의 입자 속도로 생성되는 용사 코팅은, 과도한 경우에 전형적으로 코팅을 균열 또는 스폴링시킬 수 있는 잔류 인장 응력을 갖는다. 잔류 인장 응력은 또한 일반적으로 코팅의 STF를 감소시킴으로써 코팅된 부품의 피로 특성을 감소시킨다. 높은 입자 속도로 생성된 일부 코팅, 특히 증착 동안에 매우 높은 입자 속도로 생성된 디토네이션 건 및 수퍼 D-건 코팅은 중간 정도 내지 높은 잔류 압축 응력을 가질 수 있다. 이것은 특히 텅스텐 카바이드계 코팅에서 그러하다. 높은 압축 응력은 코팅된 부품의 피로 특성에 유리하게 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 높은 압축 응력은 뾰족한 에지부 또는 유사한 기하학적인 형상을 코팅하려는 경우, 코팅의 치핑(chipping)을 초래할 수 있다. 이와 같이, 상기 형태를 코팅할 때 디토네이션 건 및 수퍼 D-건 코팅의 경도, 밀도 및 내마모성과 같은 우수한 물리적인 특성의 장점을 취하는 것이 곤란할 수 있다.
본 발명의 목적은 상기 및 광범위한 다른 문제들을 충족시킬 수 있는 용사 코팅을 제공하는 데에 있다.
발명의 요약
본 발명은 상기한 게이트 및 볼 밸브 부품 및 항공기 랜딩 기어 부품을 포함하며 이에 국한되지 않는 많은 분야에서 내마모성 및 내부식성 요건을 충족시키는 코팅을 제공한다. 내마모성 및 내부식성 이외에도, 이들 코팅은 코팅된 부품의 피로 특성에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않으며 두꺼운 코팅을 생성시키고 복잡한 모양을 코팅시킬 수 있도록 낮은 잔류 응력 및 높은 STF를 지녀야 한다.
본 발명은 텅스텐 카바이드-코발트-크롬 물질과 금속성 코발트 합금의 혼합물(blend)의 용사된 코팅이 공기식 액추에이터로 매우 높은 압력에서 작동되는 게이트 밸브, 항공기 랜딩 기어 실린더 및 그 밖의 많은 적용분야에 요구되는 낮은 마찰력 및 보다 우수한 내마모성 및 내부식성을 제공한다는 발견에 기초한다. 증착된 코팅은 탁월한 마찰, 마모 및 부식 특성을 지녀야 할 뿐만 아니라 다양한 금속성 기재상에 매우 높은 결합 강도를 지녀야 하고 비교적 낮은 잔류 응력을 지녀야 한다. 적합한 입자 속도를 내게 하여 잘 결합된 치밀한 코팅을 생성시키는 임의의 용사 증착 방법도 사용될 수 있다.
본 발명의 코팅은 용사 증착에 의해 생성된다. 물질이 용사될 때 이들이 기재상에서 빠르게 급랭된다는 것은 널리 공지되어 있다. 이로 인해 일부 경우에 준안정성 결정상 또는 심지어 비정질의 물질이 형성된다. 예를 들어, 알파 알루미나 분말은 용사 공정 동안 보통은 완전하게 용융된 후, 감마, 알파 및 그 밖의 상의 혼합물로서 증착된다. 용사되는 물질의 성분 중 한 성분의 미분 증발(differential evaporation)의 결과로서 또는 분위기 내의 가스들 또는 용사 가스들과의 반응 결과로서 용사 공정 중에 약간의 조성 변화가 일어날 수도 있다. 가장 흔하게는, 반응은 연료 가스가 디토네이션 건 증착 또는 고속 옥시 연료 증착에서와 같이 사용되는 경우에 공기에의 노출로부터의 산화 또는 탄화 중의 하나이다. 용사 증착에 대한 보다 완전한 설명은 하기 문헌에서 발견할 수 있다[참고문헌: Thermal Spray Coatings, R. C. Tucker, Jr., in Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings, Second Edition, R. F. Bunshah, ed., Noyes Publications, 1994, pp. 591 to 639; Thermal Spray Coatings, R. C. Tucker, Jr., in Surface Engineering ASM Handbook Volume 5, 1994, ASM international, pp. 497 to 509; M. L. Thorpe, Journal of Thermal Spray Technology, Volume 1, 1992, pp. 161 to 171].
본 발명의 코팅의 주요 성분중의 한 성분은 텅스텐 카바이드이다. 용사시에 가장 많이 사용되는 텅스텐 카바이드 분말은 WC 또는 WC와 W2C의 조합물이다. 다른 상이 존재할 수도 있다. 텅스텐 카바이드는, 가장 흔하게는 소량의 코발트와 분말 형태로 혼합되어, 용융을 용이하게 하고, 코팅에 결합 강도를 더한다. 경우에 따라서, 내부식성 또는 그 밖의 목적을 위해 크롬이 첨가되기도 한다. 일례로서, 코발트 또는 코발트 플러스 크롬이, 금속으로서 여전히 존재하는 대부분의 코발트 또는 코발트 플러스 크롬으로 용사 건조되고 소결된 분말중에서 카바이드와 간단하게 혼합될 수 있다. 이들은 카바이드와 반응하는 약간의 코발트 또는 코발트 플러스 크롬으로 주조되고 분쇄된 분말중에서 카바이드와 혼합될 수 있다. 용사될 때, 이들 물질은 다양한 조성 및 결정 형태로 증착될 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 텅스텐 카바이드 또는 WC는 텅스텐 카바이드의 임의의 결정 또는 조성물 형태를 의미한다. 용어 텅스텐 카바이드 코발트, 텅스텐 카바이드-코발트-크롬, WC-Co 또는 WC-Co-Cr은 코발트 또는 코발트 플러스 크롬과 텅스텐 카바이드의 조합물의 어떠한 결정 또는 조성물 형태를 의미한다. 본 발명의 코팅의 또 다른 성분은 코발트 합금이다. 본원에서 사용되는 용어 코발트 합금은 임의의 결정 형태의 코발트 합금도 포함한다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 분말의 화학 조성은 텅스텐 카바이드-코발트-크롬 물질과 금속성 코발트 합금의 혼합물을 포함한다. 본원에서 사용되는 모든 조성은 불가피한 미량의 오염물질을 포함하지 않는 중량%라는 사실에 유의해야 한다. 바람직하게는, 텅스텐 카바이드-코발트-크롬 물질은 텅스텐 카바이드-5 내지 20중량%의 코발트 및 0 내지 12중량%의 크롬, 가장 바람직하게는 약 8 내지 13중량%의 코발트 및 0 또는 4 내지 10중량%의 크롬을 포함한다. 금속성 합금은 25 내지 31중량%의 크롬, 0.5 내지 1.5중량%의 탄소 및 나머지 중량%의 코발트를 포함하는 조성을 갖는 코발트 합금이며, 또한 25 내지 31중량%의 크롬, 5 내지 11중량%의 텅스텐, 0.5 내지 1.5중량%의 탄소 및 나머지 중량%의 코발트를 포함하는 조성을 갖는 코발트 합금이며, 27 내지 29중량%의 크롬, 7 내지 9중량%의 텅스텐, 0.8 내지 1.2중량%의 탄소, 및 나머지 중량%의 코발트를 포함하는 조성을 갖는 코발트 합금이 바람직하고, 코발트-28중량% 크롬-8중량% 텅스텐-1중량% 탄소를 포함하는 조성을 갖는 코발트 합금(스텔라이트 6)이 특히 바람직하거나; 25 내지 31중량%의 몰리브덴, 14 내지 20중량%의 크롬, 1 내지 5중량%의 규소, 0.08중량% 미만의 탄소 및 나머지 중량%의 코발트를 포함하는 조성을 갖는 코발트 합금이 바람직하고, 코발트-28중량% 몰리브덴-17중량% 크롬-3중량% 규소-0.08중량% 미만의 탄소를 포함하는 공칭 조성을 갖는 코발트 합금(트리바브알로이(Tribaballoy) 800)이 특히 바람직하다. 바람직하게는, 혼합물은 5 내지 35중량%의 금속성 코발트 합금, 가장 바람직하게는 10 내지 30중량%의 금속성 코발트 합금을 포함한다. 텅스텐 카바이드-코발트-크롬 물질은 크롬 함량이 거의 0인 경우에는 주조 및 분쇄 분말 제조 기술에 의해서 제조되는 것이 바람직하고, 크롬 함량이 2 내지 12중량%인 경우에는 소결 방법에 의해 제조되는 것이 바람직하다. 금속성 코발트 합금은 진공 용융 및 불활성 가스 오토마이제이션(atomization)에 의해 바람직하게 생성된다. 디토네이션 건 증착 방법이 코팅을 생성시키는데 사용되는 경우에, 스크리닝에 의해, 텅스텐 카바이드-코발트 분말의 크기는 바람직하게는 325 미국 표준 스크린 메쉬(44㎛) 미만이어야 하고, 금속성 코발트 합금의 크기는 270메쉬(60㎛) 미만이어야 하지만 325메쉬(44㎛) 보다 커야 한다. 다른 용사 증착 기술이 사용되어야 하는 경우에, 분말은 적합한 크기로 되어야 한다.
본 발명은 하기 단계를 포함하여 낮은 마찰력, 내마모성 및 내부식성 코팅을 제조하기 위한 방법을 추가로 제공한다:
a) 텅스텐 카바이드-코발트 물질과 금속성 코발트 합금의 혼합물을 포함하는 분말 공급 조성물을 형성시키는 단계; 및
b) 금속성 코발트 합금과 혼합된 텅스텐 카바이드-코발트를 포함하는 코팅을 형성하도록 바람직하게는 500m/초 보다 큰 입자 속도로 상기 단계 a)의 분말 공급물을 부품상에 가열 증착시키는 단계.
WC-Co-Cr 물질과 코발트 합금의 혼합은 용사 증착 시스템의 분말 디스펜서내로 로딩시키기 전에 일반적으로 분말 형태로 수행된다. 그러나, 상기 혼합은 각각의 성분에 대하여 별도의 분말 디스펜서를 사용하고 적합한 속도로 각각의 성분을 공급하여 코팅에서 요망되는 조성을 달성함으로써 수행될 수도 있다. 이러한 방법이 사용되는 경우에, 분말은 노즐을 통해 또는 노즐의 하류부에 있는 방출부 내로 노즐의 상류부에서 용사 장치에 주입될 수 있다.
충분한 분말 속도(일반적으로 약 500m/초 초과 속도)를 발생시켜 높은 접착 강도를 갖는 잘 결합된 치밀한 코팅의 미세조직을 달성시키는 임의의 용사 증착 방법이 본 발명의 코팅을 생성시키는데 사용될 수 있다. 바람직한 용사 기술은 약 750m/초 보다 높은 입자 속도를 갖는 디토네이션 건 방법(예를 들어, 미국 특허 제 2,714,563호 및 2,972,550호에 기술된 바와 같은 방법)이고, 가장 바람직한 용사 기술은 약 1000m/초 보다 높은 입자 속도를 갖는 수퍼 D-건 방법(예를 들어, 미국 특허 제 4,902,539호에 기술된 바와 같은 방법)이다. 후자의 방법은 전자보다 증착시에 보다 평탄한 높은 접착 강도를 갖는, 다소 더 치밀하며 양호하게 결합된 코팅을 생성시킨다. 두 가지 방법 모두 금속학적으로 측정한 바, 매우 높은 결합 강도 및 98% 보다 높은 밀도를 갖는 코팅을 생성시킨다. 용사 증착의 대안적인 방법은 플라즈마 용사 증착, 고속 옥시 연료 및 고속 공기 연료 방법을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 시트 및/또는 볼 또는 게이트 씰링 표면이 코팅되는 게이트 또는 볼 밸브, 및 실린더 또는 이들의 메이팅 표면(부싱 또는 베어링)이 적어도 부분적으로 코팅되는 항공기 랜딩 기어 부품을 포함하며 이에 국한되지 않는 본 발명의 내마모성 코팅을 갖는 부품을 포함하며, 상기 코팅은 텅스텐 카바이드-코발트-크롬 물질과 금속성 코발트 합금의 혼합물을 포함하는 저마찰의 내마모성 및 내부식성 코팅이다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 추가로 설명된다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다.
실시예 1
실험실 마모 시험은 시트 또는 게이트 물질 또는 코팅으로서 게이트 밸브에서 사용하기 위한 물질을 평가하기 위해 개발되었다. 길이가 약 152mm이고 폭이 76mm이고 두께가 13mm인 플레이트는 게이트를 나타낸다. 직경이 약 6.35mm인 세 개의 핀은 시트를 나타낸다. 플레이트 또는 핀은 시트 및 게이트가 만들어지거나 이들이 이들의 메이팅 표면(플레이트 또는 핀의 평평한 단부의 표면 76x152mm)상에 코팅될 수 있는 동일한 고형 물질로 만들어질 수 있다. 핀을 각각의 핀의 한 단부가 각각의 핀상에 112.47MPa(16,300psi)의 동일 압력으로 약 75mm의 직경을 갖는 환상 배열로 플레이트에 대하여 확실하게 지지되는 고정물에 지지시킨다. 그런 다음, 상기 고정물을 약 100°의 아크를 통해 진동시킨다. 센서를 사용하여 핀의 속도 및 동력학적인 마찰 계수를 계산한다. 각각의 오실레이션을 하나의 사이클로 간주한다. 핀과 플레이트를 시험 동안 주기적으로 평가한다. 시험 기간은 전형적으로 25사이클이다. 핀과 플레이트 둘 모두에 대한 일반적인 마모 흠집 양상을 기초한 본 시험에서 내마모성을 정성적으로 평가한다. 수치는 동력학적인 마찰 계수에 대하여 수득된 것이지만, 이것은 본 실험에 특이적인 상대치인 것으로 간주된다. 이 시험에서 얻어지는, 플레이트에 상대적인 핀의 속도는 마모로 인한 마찰력 및 일반적인 조도를 나타낸다. 이와 같이, 속도가 높으면 높을수록, 마찰력은 낮아지고 표면은 평탄화된다.
실험실의 시험 결과와 실제 생산에의 적용 또는 현장 사용 사이에서의 상관관계는 현장 사용용 물질을 스크리닝하는 이와 같은 시험을 사용하는 경우에 필요하다. UCAR LW-45로 코팅되는 게이트에 충돌하는 주조물 스텔라이트 3 시트의 성능은 현장에서는 잘 확립되어 있다. 따라서, 이러한 커플링은 실험실 시험에서 기준으로서 사용되었다. 이러한 커플링이 서비스 산업의 현재 기준인 것으로 간주되기 때문에, 추가의 기준은 핀과 플레이트 둘 모두에 대한 UCAR LW-45 코팅이다.
다수의 강판을 디토네이션 건 코팅 UCAR LW-45로 코팅한 후, 100 내지 200㎛ (0.004 내지 0.008인치)의 두께 및 8㎛ 미만의 표면 조도(Ra)로 그라인딩 및 래핑하였다. 다수의 강핀을 UCAR LW-45, UCAR LC-1C, 스텔라이트 6 합금의 수퍼 D-건 코팅(SDG 스텔라이트 6) 및 본원에서 SDG A로 명명된 본 발명의 수퍼 D-건 코팅으로 코팅하였다. 이들 물질의 특정 조성은 다음과 같다:
스텔라이트 3 캐스팅 Co- 30.5_Cr- 12.5_W
UCAR LW-45 WC-10Co-5Cr
UCAR LC-1C 크롬 카바이드-20 (Ni-20Cr)
SDG 스텔라이트 6 Co-28Cr-8W-1C
SDG A WC-9Co + 25(Co-28Cr-8W-1C)
핀 및 주조물 스텔라이트 3 핀상의 코팅을 또한 100 내지 200㎛(0.004 내지 0.008인치) 및 8㎛ 미만의 표면 조도(Ra)로 그라인딩 및 래핑하였다.
UCAR LW-45로 코팅된 플레이트에 대하여 이들 핀 물질을 사용하여 실험실 시험을 수행하고, 그 결과를 하기 표에 기재하였다.
| 마찰 | |||
| 핀 물질 | 속도 | 값 | 마모 |
| 주조물 스텔라이트 3 | 100100 | 2.32.1 | 기준-중간기준-중간 |
| UCAR LW-45 | 180160 | 1.81.9 | 기준기준 |
| SDG 스텔라이트 6 | 150 | 2.1 | 기준에 유사 |
| UCAR LC-1C | 170 | 2.1 | 기준 |
| SDG A | 160200* | 1.30.5* | << 기준-경미함<< 기준-경미함 |
| * 플레이트는 본 시험에서 약간 더 평평하였다. |
속도 측정 단위는 피트(ft)/초이다. 상기 표에 나타내어진 속도 측정치 및 상대적인 동력학적 마찰 계수 둘 모두 12 내지 25 사이클 동안의 대략적인 평균치이며, 마모 커플의 안정화된 거동을 나타낸다. 상기 표를 통해 수퍼 D-건 스텔라이트 6 코팅의 성능이 이 시험에서 기준 코팅 보다 우수함이 입증되었다. 그러나, 본 발명의 새로운 코팅인 SDG A의 성능은 기준 및 스텔라이트 6 코팅 보다 훨씬 우수하였다.
실시예 2
물질의 내부식성을 알아보기 위한 일반적인 시험은 아메리칸 써사이어트 포 테스팅 앤 머티어리얼스(American Society for Testing and Materials)의 표준인 ASTM B 117에 의해 정의된 염 분무 시험이다. 이 시험에서는, 샘플을 33.3 내지 36.7℃(92 내지 97℉)에서 30일 동안 염 분무 연무에 노출시킨다. 76×127mm 표면상에서 폭이 76mm이고 길이가 127mm이고 두께가 12.5mm인 AISI 4140 강 샘플을 코팅함으로써 실시예 1에 기술되어진 본 발명의 코팅인 SDG A의 성능을 평가하였다. 표면의 일부를 코팅시키지 않은 채로 두어 많은 밸브 게이트상에 존재하는 차단 또는 마스킹 라인을 시뮬레이션하였다. 두 가지 두께의 코팅을 사용하였다. 그런 다음, 에폭시 기재 씰런트를 사용하여 코팅을 씰링시켰다. 마지막으로, 코팅을 새로운 부분에 대한 전형적인 두께를 나타내는 100 내지 130㎛의 두께로, 또는 재가공된 부분에 대한 두께를 나타내는 250 내지 280㎛의 두께로 그라인딩하였다. 그런 다음, 샘플을 시험하였다. 30일 노출 후, 샘플을 세척하고 검사하였다. 코팅의 어떠한 일반적인 점부식 또는 틈부식도 없었다. 이와 대조적으로, 강철의 비코팅된 영역은 예기된 바와 같이 심하게 부식되었다.
앞서의 염 분무 시험이 많은 부식 적용을 위한 물질을 스크리닝하는데 매우 유용하지만, 상당히 많은 양의 염산이 존재한 경우에는 그러하지 아니하다. 이러한 상황에서는, SDG A에서 사용되는 코발트계 합금이 공격을 받을 수 있다. 이러한 상황에서 우수한 선택은 SDG A와 유사하지만 4 내지 12중량%의 Cr을 포함하도록 변형된 WC-Co 물질을 갖는 코팅이거나, WC-Co-Cr + 25 (Co - 28Mo - 17Cr - 3Si - < 0.08C)를 포함하는 코팅일 수 있다.
실시예 3
물질의 연마 마모 저항성(abrasve wear resistance)은 건조 모래 "고무" 휠 시험 ASTM G 65-94를 사용하여 종종 특성화된다. 이러한 시험은 연마 입자가 씰(seal) 또는 베어링 표면에 포함될 수 있는 경우에 씰 또는 베어링과 같은 적용분야에서 연마 마모에 대한 이들의 저항성에 대하여 상대적으로 등급이 매겨진 물질에 유용하다. 이와 같이, 이러한 시험의 결과는 모래 또는 그 밖의 경질 입자가 청동 베어링 표면에 포함될 수 있는 경우에 항공기 랜딩 기어 실린더용 물질을 선택하는데 유용할 수 있다. WC - 9Co + 25 (Co -28Cr -8W - 1C)의 조성을 갖는 하나의 단일 분말을 사용하여 AISI 1018 강 시험 샘플에 본 발명의 6개의 디토네이션 건 코팅을 도포하였다. 증착 파라미터를 변화시킴으로써 코팅의 미세조직 및 기계적 특성을 다소 변화시켰다. 코팅을 SDG B, C, D, E, F 및 G로 명명하였다. 코팅된 시험 샘플과 접촉 상태에 있는 폴리우레탄 외부층을 갖는 휠의 3000 회전 동안 130N(30lb)의 하중하에 144m/분의 속도로 마모 시험을 수행하였다. 공칭 크기가 212㎛(0.0083인치)인 오타와 실리카 모래를 휠과 시험 샘플 사이의 닙(nip)에 공급하였다. 용적 손실로 환산된 코팅된 샘플의 중량 손실에 의해 마모 흠집 정도를 측정하고, 1000 회전 당 평균 손실로서 기록하였다.
| 코팅 | 흠집 용적 mm3/1000 회전 |
| SDG B | 3.61 |
| SDG C | 3.69 |
| SDG D | 4.83 |
| SDG E | 4.85 |
| SDG F | 4.96 |
| SDG G | 4.69 |
| UCAR LW-45 | 1.5 |
| UCAR LC-1C | 3.88 |
| 플라즈마 용사된 WC-Co | 5.6 |
| 전기도금된 Cr | 8 내지 10 |
상기 표는 본 발명의 코팅이 전기도금된 경질 크롬의 연마 마모 저항성 보다 실질적으로 더 큰 연마 마모 저항성을 가짐을 입증한다. 이와 같이, 본 발명의 코팅은 이러한 토대에서 볼 때, 다른 제한이 충족된다면 항공기 랜딩 기어에서 실린더에 대한 코팅과 같은 적용분야에서 전기도금된 경질 크롬에 대한 우수한 대체물이어야 한다. 이러한 시험에서, 본 발명의 코팅은 디토네이션 건 코팅인 UCAR LW-45의 내마모성 보다 작은 내마모성을 가지며, 이것은 UCAR LW-45에서 텅스텐 카바이드의 용적 비율이 높기 때문인 것으로 예상된다. 놀랍게도, 본 발명의 코팅은 UCAR LW-45의 플라즈마 용사된 유사체 보다 실질적으로 더 큰 저항성을 갖는다. 본 발명의 코팅은 디토네이션 건 크롬 카바이드 코팅인 UCAR LC-1C와 내마모성이 유사하다.
실시예 4
실시예 3에 기술된 본 발명의 코팅의 잔류 응력 특성을 평가하고 알멘 스트립(Almen strip)을 코팅하고 이들의 편차(deflection)를 측정함으로써 다른 코팅과 비교하였다. 이 시험은 숏 피이닝 밀(shot peening Mil) F-13165B에 대하여 US 밀리터리 스페시피케이션(Military Specification)에 기술된 시험의 변형예이다. 양의 편차는 코팅에서 잔류 인장 응력을 나타내는 반면에, 음의 편차는 압축 응력을 나타낸다. 알멘 시험 샘플은 HRA 72.5 내지 76의 경도로 열처리된 AISI 1070 강으로 만들어졌다. 이들은 약 300mm 두께의 코팅을 갖는 하나의 76.2 x 19.05mm 표면상에서 76.2 x 19.05 x 0.79mm(3 x 0.75 x 0.031인치)로 코팅되었다. 300㎛의 두께로 하나의 25.4 x 1.27cm 표면상에서 HRC 40으로 열처리된 AISI 4140 강 막대 25.4 x 1.27 x 0.635cm(10 x 0.5 x 0.25인치)를 코팅한 후, 4개 지점 굽힘 시험 고정물에서 상기 막대를 구부림으로써 상기 코팅의 변형 대 파괴(STF)를 평가하였다. 상기 막대에 부착된 음향 센서를 사용하여 파괴의 개시를 검출하였다. STF는 mil/인치 또는 1%의 1/10로 보고된 단위 없는 값이다.
| 코팅 | 알멘 (mil) | STF (mil/인치) |
| SDG B | +1.0 | 3.7 |
| SDG C | -7.0 | 5.4 |
| SDG D | -7.0 | 5.7 |
| SDG E | -2.5 | 4.6 |
| SDG F | -9.5 | 5.9 |
| SDG G | -9.0 | 5.8 |
| SDG WC-15Co | -24.5 | 6 |
| SDG WC-10Co | -6.5 | 2.8 |
| D-Gun WC-15Co | -1.6 | 2.8 |
먼저, 잔류 응력의 표시로서 알멘 편차 데이터를 고려한다. 본 발명의 코팅에서의 잔류 응력은 매우 낮으며 적어도 수퍼 D-건 증착을 사용할 때 증착 파라미터를 변화시킴으로써 매우 약간 인장된 상태에서 다소 압축된 상태로 변화될 수 있음은 자명하다. 이것은 뾰족한 에지와 같은 코팅의 복잡한 형상이 문제되지 않으며 두꺼운 코팅이 균열 또는 스폴링 없이 증착될 수 있음을 암시한다. 다음으로, 기재의 피로 특성에 대한 코팅의 영향을 나타내는 STF 데이터를 고려한다. 즉, 높은 STF는 일반적으로 코팅이 기재의 피로 특성에 거의 영향을 미치지 않을 것이라는 것을 나타낸다. D-건 WC-15Co 코팅이 낮은 STF를 가지며(심지어 매우 낮은 잔류 압축 응력을 갖는 경우에도 그러하다) 강, 알루미늄, 및 티타늄 기재의 피로 특성에 대하여 상당히 불리한 효과를 갖는 것으로 공지되어 있다는 점을 주목해야 한다. 수퍼 D-건 WC-10Co 코팅은 다소 높은 잔류 압축 응력을 갖지만, 우수한 STF를 갖지 않는다. 수퍼 D-건 WC-15Co 코팅은 상당히 높은 STF를 가지며, 강, 알루미늄, 또는 티타늄 기재의 피로 특성에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않는 것으로 공지되어 있다. 그러나, 이것은 코팅의 형상을 복잡하게 하거나 두꺼운 코팅의 생성을 어렵게 하는 매우 높은 잔류 압축 응력에 의해서만 달성된다. 이와 대조적으로, 본 발명의 코팅은 높은 STF 및 비교적 낮은 잔류 압축 응력을 갖는 코팅을 생성시키는 조건하에서 증착될 수 있다. 이러한 사실은 본 발명의 코팅이 기재의 피로 특성에 영향을 거의 미치지 않을 것이며 어려움 없이 복잡한 형상 및 매우 두꺼운 코팅에 적용될 수 있음을 암시한다. 이러한 속성 때문에 본 코팅은 항공기 랜딩 기어 부품과 같은 피로에 민감한 부품에 매우 유용하다.
이상에서와 같이, 본 발명의 기술된 구체예의 그 밖의 다양한 변형 및 그 밖의 구체예는 본 명세서를 참조할 때 당업자에게는 자명하거나, 특허청구의 범위에 정의된 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않으면서 만들어질 수 있다.
이상에서와 같이, 고속으로 용사 증착에 의해 생성된 본 발명의 코팅을 사용하게 되면 저마찰력, 내마모성 및 내부식성 요건이 충족되고, 기재와의 접착력이 증대된다.
Claims (10)
- 65 내지 95중량%의 텅스텐 카바이드-코발트-크롬 물질과 5 내지 35중량%의 코발트 합금의 혼합물을 포함하는 용사 분말 조성물.
- 제 1항에 있어서,상기 혼합물이 70 내지 90중량%의 텅스텐 카바이드-코발트-크롬 및 10 내지 30중량%의 상기 코발트 합금을 포함하는,용사 분말 조성물.
- 제 1항에 있어서,상기 텅스텐 카바이드-코발트-크롬 물질이 77 내지 88중량%의 텅스텐 카바이드, 8 내지 13중량%의 코발트 및 4 내지 10중량%의 크롬을 포함하는,용사 분말 조성물.
- 제 1항에 있어서,상기 코발트 합금이 25 내지 31중량%의 크롬, 0.5 내지 1.5중량%의 탄소 및 나머지 중량%의 코발트를 포함하는,용사 분말 조성물.
- 제 1항에 있어서,상기 코발트 합금이 25 내지 31중량%의 크롬, 5 내지 11중량%의 텅스텐, 0.5 내지 1.5중량%의 탄소 및 나머지 중량%의 코발트를 포함하는,용사 분말 조성물.
- 제 1항에 있어서, 코발트 합금이 25 내지 31중량%의 몰리브덴, 14 내지 20중량%의 크롬, 1 내지 5중량%의 규소, 0.08중량% 미만의 탄소 및 나머지 중량%의 코발트를 포함함을 특징으로 하는 분말 조성물.
- (A) 텅스텐 카바이드-코발트-크롬 물질과 5 내지 35중량%의 코발트 합금의 혼합물을 포함하는 분말 공급 조성물을 형성시키는 단계; 및(B) 금속성 코발트 합금과 혼합된 텅스텐 카바이드-코발트-크롬을 포함하는 코팅을 형성하도록 상기 분말 공급 조성물을 부품상에 가열 증착시키는 단계를 포함하는,코팅 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,가열 증착 동안의 입자 속도가 500m/초 이상인,코팅 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 텅스텐 카바이드-코발트-크롬 물질 및 상기 코발트 합금 분말이 용사 증착용 분말 디스펜서에 놓여지기 전에 혼합되는,코팅 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 텅스텐 카바이드-코발트-크롬 물질 및 상기 코발트 합금 분말이 용사 증착용의 별도의 분말 디스펜서에 놓여지는,코팅 제조 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US9/238,440 | 1999-01-28 | ||
| US09/238,440 | 1999-01-28 | ||
| US09/238,440 US6004372A (en) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | Thermal spray coating for gates and seats |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20000053616A KR20000053616A (ko) | 2000-08-25 |
| KR100468931B1 true KR100468931B1 (ko) | 2005-01-31 |
Family
ID=22897907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR10-2000-0003618A KR100468931B1 (ko) | 1999-01-28 | 2000-01-26 | 게이트 및 시트용 용사 코팅 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6004372A (ko) |
| EP (1) | EP1024209B1 (ko) |
| JP (1) | JP4034921B2 (ko) |
| KR (1) | KR100468931B1 (ko) |
| AT (1) | ATE250677T1 (ko) |
| BR (1) | BR0000177B1 (ko) |
| CA (1) | CA2297018C (ko) |
| DE (1) | DE60005416T2 (ko) |
| ES (1) | ES2208159T3 (ko) |
| SG (1) | SG83768A1 (ko) |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6830827B2 (en) * | 2000-03-07 | 2004-12-14 | Ebara Corporation | Alloy coating, method for forming the same, and member for high temperature apparatuses |
| JP3952252B2 (ja) | 2001-01-25 | 2007-08-01 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 溶射用粉末およびそれを用いた高速フレーム溶射方法 |
| JP3458849B2 (ja) * | 2001-08-03 | 2003-10-20 | 株式会社日立製作所 | コバルト基合金およびこの合金を用いた弁，原子炉プラント |
| US6503290B1 (en) | 2002-03-01 | 2003-01-07 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Corrosion resistant powder and coating |
| US6966539B2 (en) * | 2003-10-31 | 2005-11-22 | Orchid Orthopedic Solutions, Llc | Valve spring retainer |
| US20050112399A1 (en) * | 2003-11-21 | 2005-05-26 | Gray Dennis M. | Erosion resistant coatings and methods thereof |
| US7141110B2 (en) * | 2003-11-21 | 2006-11-28 | General Electric Company | Erosion resistant coatings and methods thereof |
| JP4399248B2 (ja) * | 2003-12-25 | 2010-01-13 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 溶射用粉末 |
| AU2004311779A1 (en) | 2003-12-29 | 2005-07-21 | Deloro Stellite Holdings Corporation | Ductile cobalt-based laves phase alloys |
| US7475762B2 (en) * | 2004-05-25 | 2009-01-13 | Honeywell International Inc. | Aircraft wheel part having improved corrosion resistance |
| US20060022411A1 (en) * | 2004-07-15 | 2006-02-02 | Beardsley M B | Sealing system |
| JP4885445B2 (ja) * | 2004-12-21 | 2012-02-29 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 溶射用粉末 |
| US7345255B2 (en) * | 2005-01-26 | 2008-03-18 | Caterpillar Inc. | Composite overlay compound |
| JP5039346B2 (ja) * | 2006-09-12 | 2012-10-03 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 溶射用粉末及び溶射皮膜 |
| JP5529366B2 (ja) * | 2007-03-29 | 2014-06-25 | 三菱重工業株式会社 | コーティング材料及びその製造方法並びにコーティング方法並びにシュラウド付き動翼 |
| JP5638185B2 (ja) | 2007-04-06 | 2014-12-10 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 溶融亜鉛浴部材の表面被覆用材料とその製造方法並びにその部材の製造方法 |
| JP5638668B2 (ja) * | 2007-04-06 | 2014-12-10 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 溶融亜鉛浴部材の表面被覆用材料とその製造方法並びにその部材 |
| US20090191416A1 (en) * | 2008-01-25 | 2009-07-30 | Kermetico Inc. | Method for deposition of cemented carbide coating and related articles |
| US8609196B2 (en) * | 2009-06-10 | 2013-12-17 | Kennametal Inc. | Spallation-resistant multilayer thermal spray metal coatings |
| JP4517008B1 (ja) * | 2009-12-16 | 2010-08-04 | 住友金属工業株式会社 | 高温材搬送用部材 |
| US20130126773A1 (en) * | 2011-11-17 | 2013-05-23 | General Electric Company | Coating methods and coated articles |
| US9500285B2 (en) | 2012-03-09 | 2016-11-22 | Mogas Industries, Inc. | High pressure ball valve and packing |
| US9249889B1 (en) | 2012-03-09 | 2016-02-02 | Mogas Industries, Inc. | High pressure ball valve |
| US20150353856A1 (en) * | 2014-06-04 | 2015-12-10 | Ardy S. Kleyman | Fluid tight low friction coating systems for dynamically engaging load bearing surfaces |
| EP3154714A4 (en) * | 2014-06-16 | 2017-12-20 | Sikorsky Aircraft Corporation | Coating and surface repair method |
| DE102014215784A1 (de) | 2014-08-08 | 2016-02-25 | Mahle International Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Gleitstößels |
| CN104195492B (zh) * | 2014-09-02 | 2017-06-20 | 北京矿冶研究总院 | 耐磨耐蚀涂层材料及制备方法与涂层及制备方法 |
| CA2970492A1 (en) | 2016-08-31 | 2018-02-28 | Skf Magnetic Mechatronics | Landing bearing assembly and rotary machine equipped with such an assembly and a magnetic bearing |
| KR101925092B1 (ko) * | 2017-11-28 | 2018-12-04 | 주식회사 대한시브이디 | 내마모성이 향상된 볼 및 이를 이용한 볼 밸브 |
| KR102241466B1 (ko) * | 2018-11-15 | 2021-04-16 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 펌프 축 슬리브 및 그 제조방법 |
| RU2760967C1 (ru) * | 2020-12-29 | 2021-12-01 | Публичное акционерное общество "КАМАЗ" | Электрохимический способ нанесения жаропрочного покрытия, имитирующего стеллит |
| US11859290B2 (en) | 2021-12-08 | 2024-01-02 | Caterpillar Inc. | Thin coatings for hydraulic components |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5702769A (en) * | 1995-02-02 | 1997-12-30 | Sulzer Innotec Ag | Method for coating a substrate with a sliding abrasion-resistant layer utilizing graphite lubricant particles |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| LU33526A1 (ko) * | 1955-03-28 | |||
| US3035934A (en) * | 1957-05-13 | 1962-05-22 | Coast Metals Inc | Application of cobalt-base alloys to metal parts |
| US2972550A (en) * | 1958-05-28 | 1961-02-21 | Union Carbide Corp | Flame plating using detonation reactants |
| JPS5282609A (en) * | 1975-12-29 | 1977-07-11 | Seiko Epson Corp | Wc-based super hard alloy having high hardness and toughness |
| US4173685A (en) * | 1978-05-23 | 1979-11-06 | Union Carbide Corporation | Coating material and method of applying same for producing wear and corrosion resistant coated articles |
| CH647818A5 (de) * | 1980-12-05 | 1985-02-15 | Castolin Sa | Pulverfoermiger beschichtungswerkstoff zum thermischen beschichten von werkstuecken. |
| JPS60103169A (ja) * | 1983-11-11 | 1985-06-07 | Showa Denko Kk | 溶射用複合粉末 |
| US4556607A (en) * | 1984-03-28 | 1985-12-03 | Sastri Suri A | Surface coatings and subcoats |
| US4814234A (en) * | 1987-03-25 | 1989-03-21 | Dresser Industries | Surface protection method and article formed thereby |
| US4902539A (en) * | 1987-10-21 | 1990-02-20 | Union Carbide Corporation | Fuel-oxidant mixture for detonation gun flame-plating |
| US5006321A (en) * | 1989-01-04 | 1991-04-09 | The Perkin-Elmer Corporation | Thermal spray method for producing glass mold plungers |
| US4925626A (en) * | 1989-04-13 | 1990-05-15 | Vidhu Anand | Method for producing a Wc-Co-Cr alloy suitable for use as a hard non-corrosive coating |
| DE69313093T2 (de) * | 1992-12-30 | 1998-03-26 | Praxair Technology Inc | Beschichtetes Werkstück und Verfahren zum Beschichten dieses Werkstückes |
| AT400726B (de) * | 1994-06-13 | 1996-03-25 | Voest Alpine Stahl | Metallischer bauteil zur verwendung in einem metallbad |
| JPH08253853A (ja) * | 1995-03-15 | 1996-10-01 | Mitsubishi Materials Corp | 溶射用複合粉末 |
| JP2997994B2 (ja) * | 1995-06-27 | 2000-01-11 | 住友重機械鋳鍛株式会社 | 遊離炭素を含有する表面硬化被膜 |
-
1999
- 1999-01-28 US US09/238,440 patent/US6004372A/en not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-01-26 DE DE60005416T patent/DE60005416T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-01-26 EP EP00101537A patent/EP1024209B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-01-26 KR KR10-2000-0003618A patent/KR100468931B1/ko active IP Right Grant
- 2000-01-26 SG SG200000432A patent/SG83768A1/en unknown
- 2000-01-26 CA CA002297018A patent/CA2297018C/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-01-26 JP JP2000016922A patent/JP4034921B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2000-01-26 BR BRPI0000177-5A patent/BR0000177B1/pt not_active IP Right Cessation
- 2000-01-26 ES ES00101537T patent/ES2208159T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2000-01-26 AT AT00101537T patent/ATE250677T1/de not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5702769A (en) * | 1995-02-02 | 1997-12-30 | Sulzer Innotec Ag | Method for coating a substrate with a sliding abrasion-resistant layer utilizing graphite lubricant particles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6004372A (en) | 1999-12-21 |
| KR20000053616A (ko) | 2000-08-25 |
| JP2000219953A (ja) | 2000-08-08 |
| ATE250677T1 (de) | 2003-10-15 |
| DE60005416D1 (de) | 2003-10-30 |
| CA2297018A1 (en) | 2000-07-28 |
| ES2208159T3 (es) | 2004-06-16 |
| SG83768A1 (en) | 2001-11-20 |
| JP4034921B2 (ja) | 2008-01-16 |
| BR0000177A (pt) | 2000-11-14 |
| DE60005416T2 (de) | 2004-06-24 |
| EP1024209B1 (en) | 2003-09-24 |
| EP1024209A1 (en) | 2000-08-02 |
| CA2297018C (en) | 2004-04-06 |
| BR0000177B1 (pt) | 2012-09-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100468931B1 (ko) | 게이트 및 시트용 용사 코팅 | |
| US7431566B2 (en) | Erosion resistant coatings and methods thereof | |
| US4626476A (en) | Wear and corrosion resistant coatings applied at high deposition rates | |
| US4519840A (en) | High strength, wear and corrosion resistant coatings | |
| Sidhu et al. | Solid particle erosion of HVOF sprayed NiCr and Stellite-6 coatings | |
| US4741975A (en) | Erosion-resistant coating system | |
| US6835449B2 (en) | Nanostructured titania coated titanium | |
| US6203895B1 (en) | Wear resisting parts for process valves | |
| JP2006037212A (ja) | 耐固体粒子エロージョン性表面処理皮膜および回転機械 | |
| EP1001046B1 (en) | High temperature corrosion-resistant and abrasion-resistant coating member, and manufacturing method thereof | |
| US4588608A (en) | High strength, wear and corrosion resistant coatings and method for producing the same | |
| Rao et al. | Erosion behaviour of HVOF sprayed SiC-WC-Cr3C2 multilayer coating on 304 stainless steel | |
| US8974588B2 (en) | Coating composition, a process of applying a coating, and a process of forming a coating composition | |
| JPH06228728A (ja) | 耐摩耗性コーティングを備える物品及び方法 | |
| Ranjan et al. | Morphological, microstructural, and mechanical study of FGM coatings prepared using the HVOF technique | |
| MXPA00000925A (en) | Thermal spray coating for gates and seats | |
| EP0143344B1 (en) | Wear and corrosion resistant coatings applied at high deposition rates | |
| EP1443125B1 (en) | CoCrC coating for surfaces liable to consumption | |
| EP1077271A1 (en) | Chromium boride coatings | |
| Houdková et al. | Thermally sprayed HVOF coatings for steam turbine applications | |
| Quets | Advanced Thermal Spray Coatings for Fatigue Sensitive Applications | |
| Trpčevská et al. | Investigation of Microstructures of Plasma and HVOF Sprayed Carbide Coatings | |
| Kim et al. | Thermal spray coatings for ball valves used in Nickel/Cobalt pressure acid leaching | |
| Wang et al. | The Effects of Ceria Addition to HVOF Thermal Sprayed NiAl Intermetallic Coatings | |
| JP2001020055A (ja) | 硼化クロムコーティング |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130108 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140107 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150107 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160111 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170113 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180108 Year of fee payment: 14 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190102 Year of fee payment: 15 |