KR100559449B1 - 용사코팅용 사이알론 분말, 이의 제조방법 및 이를 이용한용사코팅방법 - Google Patents

용사코팅용 사이알론 분말, 이의 제조방법 및 이를 이용한용사코팅방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100559449B1
KR100559449B1 KR1020010064122A KR20010064122A KR100559449B1 KR 100559449 B1 KR100559449 B1 KR 100559449B1 KR 1020010064122 A KR1020010064122 A KR 1020010064122A KR 20010064122 A KR20010064122 A KR 20010064122A KR 100559449 B1 KR100559449 B1 KR 100559449B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mixture
sialon
weight
spray coating
powder
Prior art date
Application number
KR1020010064122A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030032387A (ko
Inventor
성병근
황순영
Original Assignee
재단법인 포항산업과학연구원
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 포항산업과학연구원, 주식회사 포스코 filed Critical 재단법인 포항산업과학연구원
Priority to KR1020010064122A priority Critical patent/KR100559449B1/ko
Publication of KR20030032387A publication Critical patent/KR20030032387A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100559449B1 publication Critical patent/KR100559449B1/ko

Links

Images

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
    • C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

본 발명은 알루미나(Al2O3)와 질화실리콘(Si3N4)의 혼합물을 소결한 후 파쇄하여 이루어진 사이알론 분말, 이의 제조방법 및 이를 이용한 용사코팅방법에 관한 것으로,
상기 용사코팅용 사이알론 분말은 알루미나(Al2O3):질화실리콘(Si3N4 )을 1:5∼7:2의 무게비로 혼합한 혼합물을 비활성분위기하 1450∼1800℃의 온도에서 소결한 후 파쇄하여 이루어지며,
이 사이알론 분말의 제조방법은 알루미나(Al2O3):질화실리콘(Si3N4 )을 1:5∼7:2의 무게비로 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 비활성분위기하 1450∼1800℃의 온도에서 소결하는 단계; 및 상기 소결물을 파쇄하는 단계를 포함하여 이루어지고,
상기 용사코팅방법은 폭발용사 또는 고속화염용사법에 의해 매트릭스에 코팅소재를 용사하는 용사코팅방법에 있어서, 코팅소재로서 상기 사이알론 분말을 이용하는 것임을 특징으로 한다.
사이알론(sialon), 용사코팅, 알루미나, 질화실리콘

Description

용사코팅용 사이알론 분말, 이의 제조방법 및 이를 이용한 용사코팅방법{Sialon powder for thermal spraying, method for making the same, and thermal spray coating method using it}
도 1은 Si3N4-AlN-Al2O3-SiO2 4성분계의 상을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 Si3N4-AlN-Al2O3-SiO2 4성분계의 의사 평형상태도이다.
도 3은 비교예 2 소결체 분말의 X-선 회절분석 결과를 도시한 도면이다.
도 4는 실시예 1 소결체 분말의 X-선 회절분석 결과를 도시한 도면이다.
도 5는 제조실시예 1 코팅층의 X-선 회절분석 결과를 도시한 도면이다.
도 6는 실시예 2 소결체 분말의 X-선 회절분석 결과를 도시한 도면이다.
도 7은 제조실시예 2 코팅층의 X-선 회절분석 결과를 도시한 도면이다.
도 8은 실시예 3 소결체 분말의 X-선 회절분석 결과를 도시한 도면이다.
도 9는 제조실시예 3 코팅층의 X-선 회절분석 결과를 도시한 도면이다.
본 발명은 용사코팅용 사이알론 분말, 이의 제조방법 및 이를 이용한 용사코 팅방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미나와 질화실리콘을 혼합한 후 소결, 파쇄함으로써 얻어지며, 용사과정중에 용융되어 코팅층 중 유리질 상태로 되는 X-사이알론과 용사과정 중 용융되지 않고 코팅되는 β-사이알론과의 공존형태를 갖는 용사코팅용 사이알론 분말, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 폭발용사 또는 고속화염용사코팅하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 비금속계의 용사코팅방법으로서 플라즈마 용사법과 폭발용사법이 이용된다.
상기 방법 중 플라즈마 용사법을 이용할 경우, 10,000℃ 이상의 고온의 플라즈마 중에 분말이 노출되면서 사이알론이 분해되어 코팅층의 조직이 치밀하게 형성되지 못하며 분해의 결과물로서
Figure 112001026644636-pat00001
상의 알루미나가 형성되는데(S. Sodeoka, K. Ueno, Y. Hagiwara and S. Kose, Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 1(2) June, 1992, p153). 이를 700℃ 이상의 고온에서 사용할 경우 α상의 알루미나로 상변태를 일으키면서 부피를 변화시켜 코팅층 내부에 쉽게 균열을 발생시키고 코팅층을 박리시키는 문제점이 있었다.
폭발용사법(Detonation-Gun)은 가스 혹은 액체연료를 산소와 혼합하여 연소시키는 연소열을 이용하여 분말을 용융시켜 용사코팅하는 방법 중 하나로서, 화염의 온도가 낮아서 일반적으로 금속이 포함되지 않은 분말을 코팅하는 것이 곤란한 화염용사(Flame Spray), 고속화염용사법(HVOF, High Velocity Oxygen Fuel)에 비하여 상대적으로 화염의 온도가 높아 비금속계를 용사코팅하는 방법으로서 이용될 수 있는 것으로 알려져 있다.
그외, 상기 두 용사법외에 일부 고속화염용사기를 이용한 용사법의 경우에는 알루미나(Al2O3) 등의 산화물을 용사코팅할 수 있는 것으로 알려져 있다.
본 발명의 용사코팅소재로서 사용되는 사이알론(SiAlON)은 Si, Al, O, N의 원소로 이루어진 질화산화물을 의미하는 통상적인 용어이다. 목적하는 특성에 따라서 상기 네 가지 원소 외에 Li, Mg, Ca, Sc, Y, 그 외 희토류 원소가 첨가되기도 한다.
도 1은 Si3N4-AlN-Al2O3-SiO2의 성분비에 따라 X, β 등의 여러 가지 상의 사이알론이 형성될 수 있음을 보여주는 의사 상태도이며, 특히, β-사이알론은 Si6-zAlzOzN8-z(0＜Z＜4.2)로 성분의 범위가 표기될 수 있다. 이러한 형태의 사이알론(β-사이알론)은 고온내산화성이 탁월하고 기계적강도가 뛰어날 뿐만 아니라 용융금속에 대한 내식성도 뛰어나므로 엔진, 절삭공구, 베어링을 비롯하여 세라믹 가스 터빈 등의 분야에 응용될 수 있으며 용융 알루미늄 및 용융아연과 직접 접촉하여 사용되는 열전대 및 발열체의 보호관 등으로도 많이 사용되고 있다.
사이알론의 이러한 우수한 특성으로 인하여 코팅, 특히 용사코팅의 형태로 제조하여 더욱 다양한 부품에 적용하기 위한 연구가 이루어져 왔으나, 공업용으로 사용가능할 정도의 우수한 결과는 얻지 못했다.
이러한 요구에 따라, 일본특허공개 제1994-228724호에는 질화실리콘(Si3N4) 혹은 사이알론을 용융아연 도금욕 중에서 사용되는 롤에 이용한 것이 게시되어 있 으나, 이의 제조방법은 게시되어 있지 않다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 요구를 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 알루미나와 질화실리콘을 특정 성분비로 혼합한 후 특정 소결조건하에 소결함으로써, X-사이알론과 β-사이알론과의 공존형태로 존재하는 용사코팅용 사이알론 분말 및 이의 제조방법을 제공하고, 이를 코팅소재로서 사용하여 폭발용사 또는 고속화염용사하여 용사코팅함으로써 X-사이알론은 용사과정중에 용융되어 바인더 역할을 하고 β-사이알론은 거의 분해되지 않으므로 양호한 코팅층을 얻고자 하는데 그 목적이 있다. 또한, 상기 혼합물 외에 산화지르코늄과 산화티타늄의 단독 혹은 복합 첨가물을 첨가하여 용사코팅함으로써 내열충격성을 보강하며 경도와 내마모성을 향상시킬 수 있는 용사코팅용 사이알론 분말을 제조하고, 이를 코팅소재로서 사용하여 용사코팅하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용사코팅용 사이알론 분말은 알루미나(Al2O3):질화실리콘(Si3N4)을 1:5∼7:2의 무게비로 혼합한 혼합물을 비활성분위기하 1450∼1800℃의 온도에서 소결한 후 파쇄하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사이알론 분말에 있어서, 산화지르코늄(ZrO2) 20∼80중량%에 잔량으로서의 상기 알루미나와 질화실리콘의 혼합물을 첨가하거나, 산화티타늄(TiO2) 5∼50중량%에 잔량으로서의 상기 알루미나와 질화실리콘의 혼합물을 첨가하거나, 산화지르코늄(ZrO2) 20∼50중량%와 산화티타늄(TiO2) 5∼20중량%와의 복합 첨가물에 잔량으로서의 상기 알루미나와 질화실리콘의 혼합물을 첨가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사이알론 분말에 있어서, 리튬, 마그네슘, 칼슘, 스칸듐 또는 이트륨으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 원소의 산화물을 총중량에 대하여 1∼7중량%의 양으로 첨가하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 용사코팅용 사이알론 분말의 제조방법은 알루미나(Al2O3):질화실리콘(Si3N4)을 1:5∼7:2의 무게비로 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 비활성분위기하 1450∼1800℃의 온도에서 소결하는 단계; 및 상기 소결물을 파쇄하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 상기 사이알론 분말의 제조방법에 있어서, 산화지르코늄(ZrO2) 20∼80중량%에 잔량으로서의 상기 알루미나와 질화실리콘의 혼합물을 첨가하거나, 산화티타늄(TiO2) 5∼50중량%에 잔량으로서의 상기 알루미나와 질화실리콘의 혼합물을 첨가하거나, 산화지르코늄(ZrO2) 20∼50중량%와 산화티타늄(TiO2) 5∼20중량%와의 복합 첨가물에 잔량으로서의 상기 알루미나와 질화실리콘의 혼합물을 첨가하여 제조하는 것임을 특징으로 한다.
또한, 상기 사이알론 분말의 제조방법에 있어서, 리튬, 마그네슘, 칼슘, 스 칸듐 또는 이트륨으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 원소의 산화물을 총중량에 대하여 1∼7중량%의 양으로 첨가하여 제조하는 것임을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 용사코팅방법은 폭발용사 또는 고속화염용사법에 의해 매트릭스에 코팅소재를 용사하는 용사코팅방법에 있어서, 코팅소재로서 상기 사이알론 분말을 이용하는 것임을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 용사코팅용 사이알론 분말 제조시 알루미나(Al2O3)와 질화실리콘(Si3N4)은 필수구성요소로서 사용되며, 산화지르코늄(ZrO2), 산화티타늄(TiO2)은 부구성요소로서 더 첨가될 수 있고, 리튬, 마그네슘, 칼슘, 스칸듐 또는 이트륨의 산화물은 보조구성요소로서 더 첨가될 수 있다.
상기 필수구성요소 및/또는 부구성요소 및/또는 보조구성요소는 적정 중량%로 혼합된 후 비활성분위기하 1450∼1800℃의 온도에서 소결한 다음 파쇄됨으로써 X-사이알론과 β-사이알론이 동시에 형성되고 부구성원소가 첨가되면 그 외에 다른 상이 공존하는 용사코팅용으로 적합한 사이알론 분말이 제조된다.
상기한 방법에 의해 제조된 사이알론 분말을 코팅소재로 하여 매트릭스에 폭발용사 또는 고속화염용사함으로써 X-사이알론은 용사과정중에 용융되어 바인더역할을 하게 되며 β-사이알론은 그대로 남아있는 용사코팅층이 제조된다.
이하에는 이러한 구성에 따른 본 발명의 용사코팅용 사이알론 분말의 제조방법 및 이 분말을 이용한 용사코팅방법의 작용 효과를 상세히 설명한다.
도 2는 도 1에서와 마찬가지로 Si3N4-AlN-Al2O3-SiO2 4성분계에 대한 1800℃에서의 의사 평형상태도(Quasi-equilibrium phase diagram)을 도시한 것으로, 성분비에 따라 형성될 수 있는 여러 가지 상이 도시되어 있다. 도 2 중 J로 표시된 상은 J-사이알론(이하, "X-사이알론"이라 함)을 의미하는 것으로, 도 1 중 X로 표시된 X-사이알론과 동일 상을 나타낸다. 상의 조성은 Si6Al10O21N4와 Si3Al6O12N2의 범위내에 속한다. 일반적으로 도 1 및 도 2의 상태도에 도시한 바와 같이 사이알론은 Al2O3, Si3N4, SiO2, AlN 4성분 혹은 Al2O3, Si3N 4, AlN 3성분을 적당한 비로 혼합하여 비활성분위기에서 소결하여 제조하지만, 본원 발명에서와 같이 Al2O3와 Si3N 4 2성분만을 사용하여서도 제조가 가능하다.
도 2에 의하면 알루미나(Al2O3)와 질화실리콘(Si3N4)을 1:5 미만의 무게비로 혼합함으로써 Al2O3의 양이 부족할 경우 X-사이알론은 형성되지 않으며, 7:2 초과의 무게비로 혼합함으로써 Al2O3의 양이 과다해질 경우 X-사이알론과 β-사이알론 이외에 Al2O3상이 공존하게 된다. 이와 같이 Al2O3상이 용사분말 중에 형성될 경우 일부 혹은 전부가
Figure 112001026644636-pat00002
상으로 변태한다. 용사코팅층 중에
Figure 112001026644636-pat00003
상이 존재할 경우 700℃ 이상의 온도로 승온하면 다시 α상으로 상변태를 일으켜 부피변화가 야기되어 코팅층에 균열이 생기거나 박리가 일어나므로, 용사코팅층을 고온에서 사용할 수 없게 되는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명의 용사코팅용 사이알론 분말의 제조시 X-사이알론 과 β-사이알론이 공존하는 구역을 형성하기 위하여 알루미나(Al2O3)와 질화실리콘(Si3N4)은 1:5∼7:2의 무게비로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 범위내에서 Al2O3의 무게비가 커지면 X-사이알론의 양이 상대적으로 증가하고 Si3N 4의 무게비가 커지면 β-사이알론의 양이 상대적으로 증가하는 경향이 있다.
그 외 소결조건으로서 비활성분위기 및 적정 온도가 요구된다. 일반적으로 사이알론 소결시 질소의 압력을 8∼10기압 정도로 가압하여 소결처리하는데, 이는 질소의 압력을 높이면 질화물이 좀 더 안정되게 형성될 수 있을 뿐만 아니라 소결체 성분의 일부가 휘발하여 소결로 내부의 내화물을 침식하는 현상을 최소화할 수 있는 장점 때문이지만, 실험결과 질소의 압력을 1기압으로 하더라도 Z=3인 β-사이알론인 Si3Al3O3N5와 바인더 역할을 하는 X-사이알론이 용이하게 형성되므로 질소의 압력을 가압하여 소결하는 것이 반드시 필요한 것은 아니며, 본원 발명의 경우 질소분위기 등의 비활성분위기하에서 소결하는 것이 바람직하다.
용사를 하기 위하여 소결체는 분말 형상으로 제조되어야 하는데, 소결온도가 1450℃ 미만인 경우 소결체의 강도가 약하여 소결체를 분말로 만들기 위하여 파쇄하는 과정에서 너무 잘게 부서지고 비활성분위기에서 소결시에 X-사이알론은 형성되지만 β-사이알론은 형성되지 않는 문제점이 있으며, 소결온도가 높을수록 내화물의 침식이 심한데 1800℃ 초과의 경우 제조되는 소결체의 품질에 악영향을 미치므로, 1450∼1800℃의 온도에서 소결하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 소결온도는 1500∼1700℃의 온도이다.
상기한 소결조건하에서 30분 이상 소결하는 것으로 충분하며 2시간 이상 소결할 필요는 없다.
알루미나(Al2O3)와 질화실리콘(Si3N4)외에 산화지르코늄(ZrO 2)과 산화티타늄(TiO2)은 단독 혹은 복합으로 선택적으로 첨가될 수 있다.
상기 산화지르코늄(ZrO2)은 고온에서 가장 많이 사용되는 소재로서, 열팽창계수가 10×16-6/K인 산화지르코늄을 열팽창계수가 3∼4×16-6/K인 사이알론 제조시에 첨가할 경우 산화지르코늄은 사이알론을 형성하는 반응에 참여하지 않고 별도의 산화물상으로 존재하여 사이알론과 산화지르코늄이 별도로 존재하는 복합물질이 만들어진다. 이때 얻어진 사이알론+산화지르코늄의 복합물질은 사이알론과 산화지르코늄의 중간정도되는 열팽창계수를 갖게 된다. 그러므로 사이알론 코팅층을 형성함에 있어 금속모재/ZrO2 코팅층/(사이알론+ZrO2)복합코팅층/사이알론 코팅층을 단계적으로 형성하면 모재와 사이알론 코팅층간의 열팽창계수의 차이로 인하여 야기되는 열충격을 완화시켜 냉각시 코팅층의 박리가 쉽게 일어나지 않게 되므로 고온에서도 장시간 사용할 수 있게 된다. ZrO2를 전체 혼합물 총 중량에 대하여 20중량% 미만의 양으로 첨가할 경우 열팽창계수 증가효과가 미미하며, 80중량% 초과의 양으로 첨가할 경우 ZrO2 단독의 열팽창계수와 거의 비슷하게 되므로, ZrO2는 전체 혼합물 총 중량에 대하여 20∼80중량%의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다. 이러한 ZrO2 는 하기의 산화티타늄(TiO2)과 단독 혹은 복합적으로 첨가될 수 있으며 이 단독 혹은 복합물을 제외한 잔량을 알루미나(Al2O3)와 질화실리콘(Si3N4) 및/또는 리튬, 마그네슘, 칼슘, 스칸듐 또는 이트륨으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 원소의 산화물이 차지한다.
한편, 상기 산화티타늄(TiO2)은 비활성분위기 중에서 질소와 반응하여 TiN을 형성한다. 용사분말 제조시 TiO2를 첨가하면 최종적으로 (X-사이알론+β-사이알론+TiN)의 복합물을 형성하여 코팅층의 경도 및 내마모성을 증가시킬 수 있다. TiO2를 전체 혼합물 총 중량에 대하여 5중량% 미만의 양으로 첨가할 경우 경도 혹은 내마모성이 거의 향상되지 않으며, 50중량% 초과의 양으로 첨가할 경우 X-사이알론의 양이 작아서 치밀한 코팅층 조직을 얻기가 곤란하다. 따라서, TiO2는 전체 혼합물 총 중량에 대하여 5∼50중량%의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 알루미나(Al2O3)와 질화실리콘(Si3N4)외에 상기 산화지르코늄(ZrO2)과 산화티타늄(TiO2)이 복합적으로 첨가될 수 있는데, 산화지르코늄(ZrO2)이 20∼50중량%, 산화티타늄(TiO2)이 5∼20중량% 혼합될 경우 코팅층 박리 현상이 미약하고 코팅층의 경도 및 내마모성이 증가하므로 산화지르코늄(ZrO2) 20∼50중량%와 산화티타늄(TiO2) 5∼20중량%와의 복합 첨가물이 사용되는 것이 바람 직하다. 산화지르코늄 또는 산화티타늄을 더 소량 사용할 경우 열팽창계수 증가효과가 미미하거나 경도 및 내마모성이 거의 증가하지 않았으며, 산화지르코늄 또는 산화티타늄을 더 과량 사용할 경우 열충격이 완화되지 않거나 치밀한 코팅조직을 얻기 곤란한 단점이 있다.
또한, 알루미나(Al2O3)와 질화실리콘(Si3N4) 및 산화지르코늄(ZrO 2)과 산화티타늄(TiO2) 외에 리튬, 마그네슘, 칼슘, 스칸듐 또는 이트륨으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 원소의 산화물이 선택적으로 첨가될 수 있다.
상기 리튬, 마그네슘, 칼슘, 스칸듐 또는 이트륨의 산화물은 본 발명 중 바인더 역할을 하는 X-사이알론의 용융점을 낮추어 용사과정중에 용융이 잘 되어 코팅층의 조직을 치밀하게 하거나 분말의 실수율("분말의 공급양에 대한 코팅층을 형성한 분말의 양의 비율"를 의미함, Deposition Efficiency)을 증가시키는 역할을 한다. 상기 산화물을 전체 혼합물 총 중량에 대하여 1중량% 미만의 양으로 첨가할 경우 X-사이알론의 용융점을 거의 낮추지 못하며, 7중량% 초과의 양으로 첨가할 경우 고온에서의 코팅층의 특성을 저하시키게 되므로, 상기 리튬, 마그네슘, 칼슘, 스칸듐 또는 이트륨으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 원소의 산화물은 전체 혼합물 총 중량에 대하여 1∼7중량%의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다.
상술한 구성요소와 성분비, 소결조건하에서 X-사이알론과 β-사이알론이 공존하는 용사코팅용 사이알론 분말을 제조할 수 있다.
한편, 상기한 방법에 의해 제조된 사이알론 분말을 이용하여 통상의 방법에 따라 폭발용사 또는 고속화염용사함으로써 X-사이알론은 용융되어 바인더 역할을 하고 β-사이알론이 코팅된 용사코팅층을 제조할 수 있다. 이는, 상기 X-사이알론은 β-사이알론보다 용융점이 낮아서 화염중에 용융되어 바인더 역할을 하며 β-사이알론은 화염중에서 분해되지 않고 그대로 코팅층에 잔류하기 때문이다.
이하 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만 본 발명이 이들예로만 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
0.3㎛ 크기의 알루미나(Al2O3) 180g, 1㎛ 크기의 질화실리콘(Si3N4 ) 130g을 혼합한 후 질소 1기압하 1550℃의 온도에서 1시간동안 소결한 다음 파쇄하여 20∼75㎛ 크기의 소결체 분말로 제조하였다.
[실시예 2]
0.3㎛ 크기의 알루미나(Al2O3) 117g, 1㎛ 크기의 질화실리콘(Si3N4 ) 127g, 1㎛ 크기의 산화지르코늄(ZrO2) 123g, 1㎛ 크기의 산화티타늄(TiO2) 33g을 혼합한 후 질소 1기압하 1600℃의 온도에서 1시간동안 소결한 다음 파쇄하여 20∼75㎛ 크기의 소결체 분말로 제조하였다.
[실시예 3]
0.3㎛ 크기의 알루미나(Al2O3) 182g, 1㎛ 크기의 질화실리콘(Si3N4 ) 133g, 1㎛ 크기의 산화티타늄(TiO2) 59g, 1㎛ 크기의 산화마그네슘(MgO) 26g을 혼합한 후 질소 1기압하 1550℃의 온도에서 1시간동안 소결한 다음 파쇄하여 20∼75㎛ 크기의 소결체 분말로 제조하였다.
[비교예 1]
0.3㎛ 크기의 알루미나(Al2O3) 180g, 1㎛ 크기의 질화실리콘(Si3N4 ) 130g을 혼합한 후 진공분위기하 1400℃의 온도에서 1시간동안 소결한 다음 파쇄하여 20∼75㎛ 크기의 소결체 분말로 제조하였다.
[비교예 2]
0.3㎛ 크기의 알루미나(Al2O3) 180g, 1㎛ 크기의 질화실리콘(Si3N4 ) 130g을 혼합한 후 질소 1기압하 1400℃의 온도에서 1시간동안 소결한 다음 파쇄하여 20∼75㎛ 크기의 소결체 분말로 제조하였다.
도 4, 도 6 및 도 8에는 상기 실시예 1 내지 3의 소결체 분말을 X-선 회절분석하여 얻은 결과가 도시되어 있으며 도 3에는 상기 비교예 2의 소결체 분말을 X-선 회절분석하여 얻은 결과가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 실시예 1의 소결체 분말에는 X-사이알론과 β-사이알론이 공존하고 있음을 확인할 수 있으며, 그 외 다른 피크는 나타나지 않은 것으로 보아 대부분의 알루미나(Al2O3)와 질화실리콘(Si3N4)이 사이알론 형성반응에 사용되었음을 알 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 실시예 2의 소결체 분말에는 상기 도 4에서와 동일하게 X-사이알론과 β-사이알론이 공존하고 있음을 확인할 수 있으며, 그 외 존재하는 ZrO2의 모노리틱(monolithic)상 피크인 m-ZrO2 피크와 테트라고널(tetragonal)상 피크인 t-ZrO2 피크와, TiO2가 소결과정중에 질화가 일어나 형성된 TiN의 피크인 T피크가 나타났다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 실시예 3의 소결체 분말에는 상기 도 4에서와 동일하게 X-사이알론과 β-사이알론이 공존하고 있음을 확인할 수 있으며, 그 외 존재하는 T피크는 TiO2의 함량 증가로 도 6의 T피크보다 훨씬 크게 나타났다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 비교예 2의 소결체 분말에는 X-사이알론은 형성되어 있지만 β-사이알론이 형성되지 않았음을 알 수 있다. 또한, 도시하지 않았지만 상기 비교예 1의 소결체 분말에는 사이알론 형성반응이 일어나지 않고 원료분말인 알루미나(Al2O3)와 질화실리콘(Si3N4)의 피크만이 나타났다.
한편, MVH(Micro Vickers Hardness) 경도기를 이용하여 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2의 소결체 분말의 미소경도를 측정한 결과를 하기 표 1에 나타냈다. 이때 하중은 300g으로 하였다.
미소경도 (단위: HV 300g)
실시예 1 580
실시예 2 600
실시예 3 650
비교예 1 550
비교예 2 530
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 산화티타늄(TiO2)의 첨가량이 많을 수록 미소경도가 증가하는 경향이 있다.
이하 제조예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만 본 발명이 이들예로만 한정되는 것은 아니다.
[제조예 1]
20∼75㎛ 크기의 실시예 1의 소결체 분말을 코팅소재로 하여 통상의 방법에 따라 폭발용사 또는 고속화염용사하여 용사코팅층을 제조하였다.
[제조예 2]
20∼75㎛ 크기의 실시예 2의 소결체 분말을 코팅소재로 하여 통상의 방법에 따라 폭발용사 또는 고속화염용사하여 용사코팅층을 제조하였다.
[제조예 3]
20∼75㎛ 크기의 실시예 3의 소결체 분말을 코팅소재로 하여 통상의 방법에 따라 폭발용사 또는 고속화염용사하여 용사코팅층을 제조하였다.
한편, 도 5, 도 7 및 도 9에 상기 제조예 1 내지 3의 코팅층을 X-선 회절분석하여 얻은 결과를 도시한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제조예 1의 코팅층에는 도 4의 소결체 분말에 존재하는 X-사이알론 피크는 나타나지 않았으며 β-사이알론 피크만이 뚜렷하게 나타나 있고, 30°근방의 피크가 볼록하게 튀어나온 것으로 보아 X-사이알론이 화염중에 용융되었다가 모재에 충돌하면서 급냉되어 유리질상(Glass Phase)이 형성된 것을 알 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제조예 2의 코팅층에는 도 6의 소결체 분말에 존재하는 X-사이알론 피크는 나타나지 않았으며 β-사이알론 피크만이 뚜렷 하게 나타났다. 한편, 그 외 존재하는 ZrO2는 용사과정에서 상변태가 일어나 소결체분말에서와는 반대로 테트라고널상 피크인 t-ZrO2 피크가 주를 이루며 모노리틱상 피크인 m-ZrO2 피크는 상대적으로 줄어들었다. 또한, 분말중에 형성되었던 TiN은 용사과정 중 거의 분해되지 않고 그대로 코팅층 중에 포함되어 있음을 알 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제조예 3의 코팅층에는 도 8의 소결체 분말에 존재하는 X-사이알론 피크는 형성되지 않았으며 β-사이알론 피크만이 뚜렷하게 나타났다. 또한, 분말중에 형성되었던 TiN은 코팅층에서 더 증가한 것을 알 수 있다.
이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 용사코팅용 사이알론 소결체 분말을 제조하고 이를 코팅소재로 하여 폭발용사 또는 고속화염용사함에 의해 용사코팅함으로써 X-사이알론은 용사과정중에 용융되어 바인더 역할을 하고 β-사이알론은 거의 분해되지 않아 양호한 코팅층을 얻을 수 있으며, 상기 혼합물 외에 산화지르코늄과 산화티타늄의 단독 혹은 복합 첨가물을 첨가하여 제조된 소결체 분말을 코팅소재로 하여 용사코팅함으로써 내열충격성을 보강하며 경도와 내마모성을 향상시키므로 공업용으로 널리 사용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (12)

  1. 알루미나(Al2O3):질화실리콘(Si3N4)을 1:5∼7:2의 무게비로 혼합한 혼합물을 비활성분위기하 1450∼1800℃의 온도에서 소결한 후 파쇄하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 용사코팅용 사이알론(sialon) 분말.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합물은 산화지르코늄(ZrO2)을 전체 혼합물 총 중량에 대하여 20∼80중량%의 양으로 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용사코팅용 사이알론 분말.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합물은 산화티타늄(TiO2)을 전체 혼합물 총 중량에 대하여 5∼50중량% 의 양으로 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용사코팅용 사이알론 분말.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합물은 산화지르코늄(ZrO2)이 전체 혼합물 총 중량에 대하여 20∼50중량%의 양과 산화티타늄(TiO2)이 전체 혼합물 총 중량에 대하여 5∼20중량%의 양인 복합 첨가을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용사코팅용 사이알론 분말.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 혼합물은 리튬, 마그네슘, 칼슘, 스칸듐 또는 이트륨으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 원소의 산화물을 전체 혼합물 총 중량에 대하여 1∼7중량%의 양으로 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용사코팅용 사이알론 분말.
  6. 알루미나(Al2O3):질화실리콘(Si3N4)을 1:5∼7:2의 무게비로 혼합하는 단계;
    상기 혼합물을 비활성분위기하 1450∼1800℃의 온도에서 소결하는 단계; 및
    상기 소결물을 파쇄하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 용사코팅용 사이알론 분말의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 혼합단계는 상기 혼합물에 산화지르코늄(ZrO2)을 전체 혼합물 총 중량에 대하여 20∼80중량%의 양으로 추가하는 단계를 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 용사코팅용 사이알론 분말의 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 혼합단계는 상기 혼합물에 산화티타늄(TiO2)을 전체 혼합물 총 중량에 대하여 5∼50중량%의 양으로 추가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용사코팅용 사이알론 분말의 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 혼합단계는 상기 혼합물에 산화지르코늄(ZrO2)이 전체 혼합물 총 중량에 대하여 20∼50중량%의 양과 산화티타늄(TiO2)이 전체 혼합물 총 중량에 대하여 5∼20중량%의 양인 복합 첨가물을 추가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용사코팅용 사이알론 분말의 제조방법.
  10. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 혼합단계는 상기 혼합물에 리튬, 마그네슘, 칼슘, 스칸듐 또는 이트륨으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 원소의 산화물을 전체 혼합물 총중량에 대하여 1∼7중량%의 양으로 추가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용사코팅용 사이알론 분말의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
KR1020010064122A 2001-10-17 2001-10-17 용사코팅용 사이알론 분말, 이의 제조방법 및 이를 이용한용사코팅방법 KR100559449B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010064122A KR100559449B1 (ko) 2001-10-17 2001-10-17 용사코팅용 사이알론 분말, 이의 제조방법 및 이를 이용한용사코팅방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010064122A KR100559449B1 (ko) 2001-10-17 2001-10-17 용사코팅용 사이알론 분말, 이의 제조방법 및 이를 이용한용사코팅방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030032387A KR20030032387A (ko) 2003-04-26
KR100559449B1 true KR100559449B1 (ko) 2006-03-10

Family

ID=29565134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020010064122A KR100559449B1 (ko) 2001-10-17 2001-10-17 용사코팅용 사이알론 분말, 이의 제조방법 및 이를 이용한용사코팅방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100559449B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113550980A (zh) * 2021-06-22 2021-10-26 河南科技大学 喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层及其制备方法
CN113549860B (zh) * 2021-06-22 2023-03-21 河南科技大学 一种电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层及其制备方法
CN113266647A (zh) * 2021-06-22 2021-08-17 河南科技大学 一种高速电机用绝缘轴承及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4851205A (en) * 1986-01-17 1989-07-25 National Institute For Researches In Inorganic Materials Alpha-sialon powder and process for its production
KR950008714A (ko) * 1993-09-03 1995-04-19 토마스 더블유. 버크맨 열 분무법에 사용하기 위한 분말
KR19990052501A (ko) * 1997-12-22 1999-07-15 이구택 드로스 부착에 대한 저항특성이 우수한 용사코팅재

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4851205A (en) * 1986-01-17 1989-07-25 National Institute For Researches In Inorganic Materials Alpha-sialon powder and process for its production
KR950008714A (ko) * 1993-09-03 1995-04-19 토마스 더블유. 버크맨 열 분무법에 사용하기 위한 분말
KR19990052501A (ko) * 1997-12-22 1999-07-15 이구택 드로스 부착에 대한 저항특성이 우수한 용사코팅재

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030032387A (ko) 2003-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101168422B1 (ko) 내열성 피복 부재의 제조 방법
EP1666434B1 (en) Highly heat conductive silicon nitride sintered body and silicon nitride structural member
US5457075A (en) Sintered ceramic composite and molten metal contact member produced therefrom
US4882306A (en) Method for producing self-supporting ceramic bodies with graded properties
KR0168302B1 (ko) 질화 알루미늄 소결체 및 그의 제조방법
KR0127871B1 (ko) 질화규소기 소결체 및 그 제조방법
JPH09268072A (ja) 窒化珪素質焼結体の製造方法
KR100559449B1 (ko) 용사코팅용 사이알론 분말, 이의 제조방법 및 이를 이용한용사코팅방법
US6001759A (en) Silicon nitride sintered body, method of preparing the same and nitrided compact
US5217931A (en) Ceramic sliding member and method of manufacturing the same
US5403792A (en) Low thermal conductivity ceramic and process for producing the same
JP3266200B2 (ja) 窒化珪素基焼結体
JP4651144B2 (ja) 窒化珪素質焼結体
DE19516790A1 (de) Keramisches Bauteil
JPH1143372A (ja) 窒化ケイ素系セラミックス及びその製造方法
JP4064640B2 (ja) 耐食性セラミックス及びその製造方法
Shen et al. Preparation and properties of stable dysprosium-doped α-sialon ceramics
JP4069610B2 (ja) 表面被覆窒化珪素質焼結体
JP2742619B2 (ja) 窒化珪素質焼結体
JP2000247748A (ja) 高靭性窒化珪素質焼結体
JP2004010381A (ja) 表面被覆窒化珪素焼結体
JP2828582B2 (ja) 表面被覆窒化珪素質耐熱部材
JPH06219837A (ja) 窒化珪素セラミックス焼結体およびその製造方法
JP2001130983A (ja) 窒化珪素質焼結体
JP3236733B2 (ja) 窒化珪素質焼結体

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: 20130304

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140228

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150227

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee