KR100553607B1 - 내식성 및 내마모성 향상을 위한 연주주형 코팅방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주형의 하부에서 마모 및 부식이 심하게 일어나는 특수강 연주주형에 대한 코팅을 개선하여 주형의 사용수명을 향상시키고자 하는 내식성 및 내마모성 향상을 위한 연주주형 코팅방법에 관한 것이다.

본 발명은 연주주형의 상단부로부터 일정지점까지 Ni 전기도금을 실시하고, 상기 지점 이후로부터 주형 하단부에 이르기까지는 Ni-Co-W도금을 행하되 주형의 하단부로 갈수록 Co 및 W의 함량을 높여 도금을 행하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 내마모성 향상을 위한 연주주형 코팅방법을 제공한다.

Description

내식성 및 내마모성 향상을 위한 연주주형 코팅방법{METHOD FOR CORROSION AND WEAR RESISTANCE COATING ON CONTINUOUS CASTING MOLD}

도1은 본 발명의 Ni-Co-W 전기도금을 행하기 위한 설비의 개략도.

* 도면이 주요부분에 대한 설명 *

1 : 양극 2 : 모재 3 : Ni-B 도금층

4 : 환원제 5 : 전원 6 : 전류방향

본 발명은 전기도금 공정을 이용하여 Ni-Co-W 코팅을 실시하여 연주주형의 내식성 및 내마모성을 향상시키기 위한 연주주형의 코팅방법에 관한 것이다.

현재 첨단산업이 발전함에 따라 가혹한 마모, 부식분위기 등에서 사용되는 설비, 기계부품, 공구류등이 많이 사용되고 있어 이들의 성능 및 수명향상이 요구되고 있는 바, 그 방법의 일환으로서 보호코팅과 각종 표면처리 방법 등이 사용되고 있다. 이러한 기술들중 전기도금은 제조 설비가 비교적 간단하고 제조 단가가 낮아 경제성이 있으나 도금물질의 한계성으로 가혹하고 다양한 기능을 요구하는 첨단 설비에는 적용하기 어렵다. 특히, 특수강 연주의 경우 가혹한 사용조건으로 인 한 마모와 부식에 의한 주형손상의 경우가 자주 발생하여 조업의 중단과 비용증대를 초래하고 있다. 기존의 주형 코팅 방법으로는 니켈 전기도금을 주로 사용하였으나 내마모성이 취약하여 주형수명이 매우 짧았고, 이를 개선하기 위해 코팅층의 경도와 열충격성을 향상시킨 Ni-B/Ni 복합도금을 개발하여 연주주형의 수명을 향상시키도록 하는 것이 시도된 바 있다. 그러나 일반강 연주주형의 경우에는 내마모성이 우수한 복합도금으로 가능하나 특수강 연주주형의 경우는 내마모성과 내식성이 함께 요구되므로 수명의 향상을 기대하기 어렵다.

본 발명은 이러한 배경에서 발명된 것으로, 그 목적은 특수강 연주의 주형에 적합한 고 경도, 내마모성, 내부식성 연주주형 코팅을 제공하여 주형의 수명을 향상시키고자 하는 것이다.

이하에서 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서 적용하는 코팅은 기본적으로 Ni 기지에 내식성을 향상시키는 Co와 내마모성을 향상시킬 수 있는 W의 삼원계 합금으로서 Ni-Co-W 주형코팅이다. 특수강 연주주형의 경우 내마모성과 내식성이 요구되는 부위는 주형의 하부로서, 주형 상부의 경우 내열충격성이 우수한 Ni 코팅층을 유지하며, 주형 하부의 경우는 내식성과 내마모성을 향상시키기 위하여 Co, W의 성분을 적합하게 포함시켜 코팅을 행하는 것이 목적하는 안정한 연주주형을 제공하는데 필요하다.

도1은 본 발명의 코팅을 행하기 위한 도금장치의 개요도이다.

도금조에 티타늄 바스켓으로 된 양극(1)과 모재(2)를 적정 간격을 두고 배치하여 전원(5)를 연결하였다. 도금액은 다음 표1과 같이 일반적으로 니켈전기도금에서 사용하는 Ni-Sulfamate 욕에 Na₂WO₄2H₂O와 Co-sulfate을 첨가 사용하였으며, 피펫을 이용하여 적정한 유기산(4)를 도금용액 내에 직접 투입한다.

<표1> Ni-Co-W 합금도금액 조성 및 도금사양

Ni(H2NSO3)2·4H2O	Na2WO4·2H2O	CoSO4·7H2O	Sodium citrate	전류밀도/도금액온도
1.55M	0.16M	0.24M	0.04M	5A/dm2,60℃

상기 도금장치에는 도금액 관리에 필요한 온도 센서, pH 센서, 전기를 공급해주는 전원공급장치 그리고 도금액 순환을 위한 케미칼펌프 등이 부가구비된다.

도금용액의 순환은 도금액의 균일성 향상과 더불어 화학반응에 의해 생성되는 Co 및 W의 석출을 촉진시켜 도금층의 경도향상 및 내식성 향상의 양호한 도금층 형성에 주요한 역할을 한다. 도금층에는 음극인 모재에서 발생되는 수소가스에 의해서 핀홀이라는 결함이 존재하게 되는데, 일반적으로 표면활성제를 사용하여 제거하나 도금액 순환에 의한 분사방식은 이러한 결함을 근본적으로 해결하여 양호한 도금을 얻을 수 있는 것이다.

다음 표2는 상기의 Ni-Co-W 도금액에서 Co, W의 도금액 조성에 따라 달라지는 도금층내에 성분 변화를 나타낸 것이다.

<표2> 도금액 조성에 따른 도금층의 성분변화

도금층중 Co함량(%)	5	15	25	35	45
도금액중 Co함량(M)	0.15	0.04	0.12	0.20	025
도금층중 W함량(%)	5	7	9	11	13
도금액중 W함량(M)	0.06	0.09	0.13	0.155	0.16

한편, 연주주형의 사용환경에 적합한 도금방법을 생각해보면, 연주기술에서 주형의 상단부에는 탕면이 존재하며 아래로 진행될수록 용탕의 열이 방출되어 응고 셀이 성장하기 시작한다. 이와 같은 연주주형은 주형의 상단부일수록 열충격이 심하나 마모에 의한 손상은 거의 없고, 주형 하단부로 갈수록 부식과 마모가 점점 가혹하게 된다.

그러므로 본 발명의 일실시예에서는 연주주형의 상단부로부터 500mm 지점까지는 기존의 Ni전기도금을 실시하고, 그 이후부터 주형 하단부까지는 내마모성과 내식성 향상을 위하여 Co-sulfate와 소디움텅스테이트를 첨가시켜 도금을 행한다. <표2>는 연주주형 하단부의 도금을 위하여 설정한 기준사양으로서, 도금시간에 따라서 도금액의 수위를 낮추고 Co-sulfate와 소디움텅스테이트를 일정하게 증가시켜 주형의 하단부로 갈수록 Co 및 W 의 함량을 높여 내식성과 내마모성을 향상시켜 준다.

이러한 본 발명에 의한 코팅은 내식성 및 내마모성을 동시에 향상시켜 주는 Ni-Co-W 코팅으로서 연주주형 상단부의 코팅층박리와 하단부의 부식 및 마모의 문제점을 동시에 해결해주는 방법으로서 경제성도 우수하다.

(실시예)

연주주형에 기존의 니켈전기도금을 상단부 0.3~0.8mm 두께로 실시하고 주형 의 상단부로부터 약 500mm 정도 내려온 지점으로부터 Ni-Co-W 도금을 실시한다. 여기서 주형 하부코팅의 경도를 조절하기 위하여 W조성을 5~13%, 내식성의 변화를 위하여 Co조성을 5~45%까지 변화시킬 경우, 3시간 마다 80mm씩 도금액 수위를 낮추고 표2와 같이 Co-sulfate와 소디움텅스테이트를 첨가하여 도금을 행하여 목적하는 특수강을 위한 연주주형을 제작하여 조업결과 주형 하부에 있어서의 부식문제와 마모에 의한 수명단축이 크게 개선되었다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따라 연주주형 하부에 내마모성 및 내식성의 차등을 부여하는 도금을 행하는 표면처리 기술은 고온, 고마모, 고부식 환경에서 사용하는 각종 기계부품에 유리하게 적용할 수 있으며, 이는 열응력에 대해서 안정적이며 또한 특정부위에서 마모나 부식 등 가혹한 사용환경에서 우수한 내구성을 발휘하도록 할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (1)

1. 연주주형의 상단부로부터 500mm 지점까지 Ni 전기도금을 실시하고, 상기 지점 이후로부터 주형 하단부에 이르기까지는 Ni-Co-W도금을 행하는 연주주형 코팅방법에 있어서,

   상기 주형의 하단부로 갈수록 Co는 5~45%까지 그리고 W는 5~13%까지 그 함량을 높여 도금을 행하는 것을 특징으로 하는 내식성 및 내마모성 향상을 위한 연주주형 코팅방법.

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