KR100601096B1 - METHOD FOR MANUFACTURING NANO-STRUCTURED WC-Co POWDERS FOR THERMAL SPRAY COATING - Google Patents

METHOD FOR MANUFACTURING NANO-STRUCTURED WC-Co POWDERS FOR THERMAL SPRAY COATING Download PDF

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본 발명은 용사코팅용 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말, 그 제조 방법 및 이를 이용한 나노구조 용사 코팅에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명에 따른 용사코팅용 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법은, 텅스텐 카바이드-코발트 혼합물, 분산제 및 용매를 혼합한 혼합물을 준비하는 단계, 혼합물에 결합제 및 가소제를 첨가하여 부분 응집된 슬러리를 제조하는 단계, 부분 응집된 슬러리를 분무 건조하여 구형 과립을 제조하는 단계, 및 구형 과립을 열처리하여 구형 과립에 함유된 유기물을 제거하는 단계를 포함한다. 이러한 본 발명을 통하여 용사 코팅의 내마모 특성을 크게 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder for thermal spray coating, a method for preparing the same, and a nanostructured thermal spray coating using the same. To this end, the method for preparing a nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder for thermal spray coating according to the present invention comprises preparing a mixture of a tungsten carbide-cobalt mixture, a dispersant and a solvent, and adding a binder and a plasticizer to the mixture to partially aggregate the powder. Preparing the prepared slurry, spray drying the partially aggregated slurry to prepare spherical granules, and heat treating the spherical granules to remove organic matter contained in the spherical granules. Through this invention it is possible to greatly improve the wear resistance of the thermal spray coating.

용사코팅, 텅스텐 카바이드, 코발트, 슬러리, 부분 응집Thermal spray coating, tungsten carbide, cobalt, slurry, partial coagulation

Description

용사코팅용 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법 {METHOD FOR MANUFACTURING NANO-STRUCTURED WC-Co POWDERS FOR THERMAL SPRAY COATING}Method for producing nanostructured tungsten carbide-cobalt powder for thermal spray coating {METHOD FOR MANUFACTURING NANO-STRUCTURED WC-Co POWDERS FOR THERMAL SPRAY COATING}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노구조 WC-Co 분말의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a nanostructured WC-Co powder according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노구조 WC-Co 분말의 제조시 부분 응집된 슬러리내의 WC-Co 분말의 입도 분포를 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the particle size distribution of the WC-Co powder in the partially agglomerated slurry during the production of the nanostructured WC-Co powder according to an embodiment of the present invention.

도 3의 (A)는 본 발명의 실험예 1에 따라 제조한 WC-Co 분말 과립의 형상을 보여주는 주사전자현미경 사진이고, 도 3의 (B)는 동일한 분말 과립의 단면 미세조직을 보여주는 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM) 사진이다.3 (A) is a scanning electron micrograph showing the shape of the WC-Co powder granules prepared according to Experimental Example 1 of the present invention, Figure 3 (B) is a scanning electron showing the cross-sectional microstructure of the same powder granules A scanning electron microscope (SEM) photograph.

도 4는 본 발명의 실험예 3에 따라 제조한 WC-Co 과립의 주사전자현미경 사진이다.4 is a scanning electron micrograph of the WC-Co granules prepared according to Experimental Example 3 of the present invention.

도 5는 본 발명의 실험예 3에 따라 제조한 WC-Co 분말내 Co 분포를 나타낸 주사전자현미경 사진이다.5 is a scanning electron micrograph showing the distribution of Co in the WC-Co powder prepared according to Experimental Example 3 of the present invention.

도 6은 본 발명의 실험예 1에 따라 제조한 WC-Co 과립 및 이를 이용하여 제조한 용사 코팅 단면의 주사전자현미경 사진이다.Figure 6 is a scanning electron micrograph of the WC-Co granules prepared according to Experimental Example 1 of the present invention and the thermal spray coating prepared using the same.

도 7은 종래 기술의 비교예 1에 따라 제조한 WC-Co 과립 및 이를 이용하여 제조한 용사 코팅 단면의 주사전자현미경 사진이다.Figure 7 is a scanning electron micrograph of the WC-Co granules prepared according to Comparative Example 1 of the prior art and the spray coating cross section prepared using the same.

도 8은 종래 기술의 비교예 2에 따라 제조한 WC-Co 과립 및 이를 이용하여 제조한 용사 코팅 단면의 주사전자현미경 사진이다.Figure 8 is a scanning electron micrograph of the WC-Co granules prepared according to Comparative Example 2 of the prior art and the spray coating cross section prepared using the same.

도 9는 종래 기술에 따른 마이크로계 WC-Co 분말의 개념도이다.9 is a conceptual diagram of a micro-based WC-Co powder according to the prior art.

도 10의 (A)는 종래 기술에 따른 나노구조 WC-Co 분말의 개념도이고, 도 10의 (B)는 그 주사전자현미경 사진이다.10A is a conceptual diagram of a nanostructured WC-Co powder according to the prior art, and FIG. 10B is a scanning electron micrograph.

본 발명은 용사코팅용 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말, 그 제조 방법 및 이를 이용한 용사 코팅에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부분 응집된 슬러리를 이용하여 제조한 용사코팅용 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말, 그 제조 방법 및 이를 이용한 용사 코팅에 관한 것이다.The present invention relates to a nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder for thermal spray coating, a method of manufacturing the same, and a thermal spray coating using the same, and more particularly, to a thermally coated nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder prepared using a partially aggregated slurry. The present invention relates to a powder, a preparation method thereof, and a thermal spray coating using the same.

용사 코팅법은 분말 또는 선형 재료를 고온 열원을 사용하여 용융 액적으로 변화시키면서 고속으로 모재에 충돌시켜 급냉 응고로 적층한 코팅을 형성하는 기술을 말한다. 여기서는, 특성이 다른 재료를 사용하여 모재 표면에 코팅을 형성하므로, 모재가 가진 특성을 살리면서 결함을 보완할 수 있으며 재료의 기능을 다양하게 할 수 있으면서도 고도화가 가능한 이점이 있다. 또한, 고속으로 두꺼운 피막을 형성할 수 있으며, 금속, 세라믹, 유리 및 플라스틱 등의 재료도 사용할 수 있으므로, 다른 방법으로는 얻을 수 없는 코팅을 형성할 수 있는 이점이 있다.The thermal spray coating refers to a technique of forming a coating in which a powder or a linear material is formed into a molten droplet by using a high temperature heat source while rapidly colliding with a base material to form a coating laminated by quench solidification. In this case, since the coating is formed on the surface of the base material by using materials having different properties, the defects can be compensated for while maintaining the properties of the base material, and the function of the material can be varied, but there is an advantage in that it can be upgraded. In addition, since a thick film can be formed at a high speed, and materials such as metal, ceramic, glass, and plastic can also be used, there is an advantage in that a coating can not be obtained by other methods.

용사 코팅용 소재의 대표적인 예로 WC(텅스텐 카바이드)-Co(코발트)를 들 수 있다. WC-Co 용사 코팅재는 경화상인 WC 입자와 바인더(binder)인 Co 금속이 혼합된 소재로서, 일정한 경도와 내충격성을 가진다. 따라서, 내마모 특성을 향상시키기 위한 용도의 다양한 산업 부품에 널리 이용되고 있을 뿐만 아니라 소결을 통해 벌크재로 제조되어 절삭 공구 등에 사용되고 있다.Representative examples of the thermal spray coating material include WC (tungsten carbide) -Co (cobalt). The WC-Co thermal spray coating material is a material in which the hard metal phase WC particles and the binder Co metal are mixed, and have a constant hardness and impact resistance. Therefore, it is not only widely used in various industrial parts for the purpose of improving wear resistance, but also made of bulk material through sintering and used in cutting tools.

이러한 WC-Co 용사 코팅재의 제조를 위하여, 직경이 수 마이크로미터(㎛)인 WC 입자가 일반적으로 사용되고 있다. 도 9는 이와 같은 종래 기술에 따른 마이크로미터계 WC-Co 분말의 개념도로서, 좌측에 도시한 WC 입자가 함유된 혼합물 슬러리를 분무 건조하면 우측에 도시한 바와 같이 용사 코팅 공정에 적합한 구형 분말을 쉽게 얻을 수 있다. 그러나 이와 같은 마이크로미터계 WC-Co 분말을 사용하는 경우, 용사 코팅의 특성에 어느 정도 한계가 있으므로 이를 더욱 향상시키기 위하여 나노구조 WC-Co 분말 개발에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.For the production of such WC-Co thermal spray coating, WC particles having a diameter of several micrometers (µm) are generally used. 9 is a conceptual diagram of such a micrometer-based WC-Co powder according to the prior art, when spray-drying the mixture slurry containing the WC particles shown on the left easily obtains spherical powder suitable for the spray coating process as shown on the right Can be. However, in the case of using such a micrometer-based WC-Co powder, research on the development of nanostructured WC-Co powder has been actively conducted in order to further improve the properties of the spray coating to some extent.

한국특허등록 제213683호는 기계화학법에 의한 미립 WC-Co 복합 분말의 제조 방법에 관한 것으로, 분무 건조법, 볼밀링법 및 카본 블랙(carbon black)에 의한 침탄 반응법의 복합 공정으로 이루어진 미립 WC-Co 복합 분말의 제조 방법에 대하여 개시하고 있다. 여기서는, 초경합금의 기계적 특성을 결정하는 WC 입자 크기가 0.1㎛ 정도인 나노 결정립이고, Co가 균일하게 분포되어 경도 및 압축강도가 우수한 미립 WC-Co 복합 분말을 개시하고 있다.Korean Patent Registration No. 213683 relates to a method for preparing fine WC-Co composite powder by mechanical chemistry method, and fine particle WC comprising a composite process of spray drying method, ball milling method and carburization reaction method using carbon black. The manufacturing method of -Co composite powder is disclosed. Here, the present invention discloses a fine WC-Co composite powder having nanoparticles having a WC particle size of about 0.1 μm for determining the mechanical properties of cemented carbide and having a uniform distribution of Co, which is excellent in hardness and compressive strength.

이외에, 미국특허 제5,352,269호는 수용성 W염과 Co염이 함유된 수용액을 분무 건조한 후 가스 반응시켜 나노구조 초미립 WC계 분말을 제조하는 방법을 개시하 고 있다.In addition, U. S. Patent No. 5,352, 269 discloses a method of preparing nanostructured ultrafine WC powder by spray-drying an aqueous solution containing a water-soluble W salt and a Co salt, followed by gas reaction.

그러나 이와 같은 나노구조 WC-Co 분말은 주로 소결체 재료로 사용되는 분말을 제조하는 기술로서, 용사코팅공정에 사용할 경우 많은 문제점을 가지고 있다. 예를 들면, 스프레이 컨버젼(spray conversion) 방법으로 나노구조 WC-Co 분말을 제조하는 경우, 분말 내부에 기공이 많아서 분말 형상이 중공 형태뿐만 아니라 도넛(donut) 형태를 띠게 된다.However, such nanostructured WC-Co powder is a technique for producing a powder mainly used as a sintered material, and has many problems when used in a spray coating process. For example, when the nanostructured WC-Co powder is manufactured by a spray conversion method, the pore inside the powder has a lot of donuts as well as the hollow shape.

도 10의 (A)는 종래 기술에 따른 나노구조 WC-Co 분말의 개념도로서, 좌측의 일반 분산된 나노미터(㎚) 크기의 분말을 스프레이 컨버젼(spray conversion) 방법으로 제조하는 경우, 우측과 같이 나노구조 WC-Co 분말의 형상이 변형된다. 도 10의 (B)는 종래 기술에 따른 나노구조 WC-Co 분말의 주사전자현미경 사진으로서, 전술한 바와 같은 방법으로 제조시 도넛(donut) 형태인 나노구조 WC-Co 분말의 형상을 나타낸다. FIG. 10A is a conceptual view of a nanostructured WC-Co powder according to the prior art. In the case of preparing a powder having a general size of nanometer (nm) dispersed on the left side by a spray conversion method, The shape of the nanostructured WC-Co powder is modified. Figure 10 (B) is a scanning electron micrograph of the nanostructured WC-Co powder according to the prior art, showing the shape of the nanostructured WC-Co powder in the form of a donut when prepared by the method described above.

도 10의 (B)에 나타난 바와 같이, WC-Co 분말은 중공 형태로서 그 내부에 결함이 형성되어 있으므로, 용사 코팅 공정 중에 심각한 문제점이 발생된다. 즉, WC-Co 분말은 나노미터 크기이므로, 분말 부피에 대한 표면적의 비가 커서 용사 코팅중의 열원 노출시 심한 탈탄 및 상분해가 일어난다. 특히, 용사 코팅 중 국부적인 입자 가열로 인하여 코팅의 탈탄 및 상분해가 가속화된다. 또한, 분말 제조 공정 중 분무 건조시 액상 내부가 불균일하게 건조되면서 발생된 중공 형태나 함몰 형태의 분말 형상 결함은 용사 코팅 후 코팅내에 계속적으로 잔존하여 코팅의 기공도를 증가시키고 코팅의 결합력을 감소시킬 수 있으므로, 궁극적으로는 용사 코팅 재의 내마모 특성과 같은 최종 특성에 나쁜 영향을 미치게 된다. As shown in FIG. 10B, since the WC-Co powder is hollow and has defects formed therein, serious problems occur during the spray coating process. In other words, since the WC-Co powder is nanometer in size, the ratio of the surface area to the powder volume is large, causing severe decarburization and phase decomposition upon heat source exposure in the thermal spray coating. In particular, localized particle heating in the thermal spray coating accelerates decarburization and phase decomposition of the coating. In addition, the hollow or recessed powder shape defects generated by uneven drying of the liquid phase during spray drying during the powder manufacturing process continuously remain in the coating after the thermal spraying coating to increase the porosity of the coating and reduce the bonding strength of the coating. And ultimately adversely affect the final properties, such as the wear resistance of the sprayed coating.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 나노구조 원재료를 사용시 그 자체의 고유한 물리화학적 특성으로 인한 결함뿐만 아니라 공급 원료(feedstock)의 제조상 결함으로 인해 야기되는 코팅층의 결함을 제어할 수 있는 용사코팅용 나노구조 WC-Co 분말을 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above-described problems, it is possible to control the defects of the coating layer caused by the manufacturing defects of the feedstock as well as the defects due to its own physicochemical properties when using nanostructured raw materials. To provide a nanostructured WC-Co powder for thermal spray coating.

또한, 본 발명은 용사 코팅에 가장 적합한 용사코팅용 나노구조 WC-Co 분말의 제조 방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a method for producing a nano-structured WC-Co powder for thermal spray coating most suitable for thermal spray coating.

그리고 본 발명은 전술한 용사코팅용 나노구조 WC-Co 분말을 이용하여 최적 특성을 가진 나노구조 용사 코팅을 제공하고자 한다.And the present invention is to provide a nano-structured thermal spray coating having the optimum properties by using the above-described spray coating nanostructured WC-Co powder.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용사코팅용 나노(nano)계 텅스텐 카바이드(WC)-코발트(Co) 분말의 제조 방법은, 텅스텐 카바이드-코발트 혼합물, 분산제 및 용매를 혼합한 혼합물을 준비하는 단계, 혼합물에 결합제 및 가소제를 첨가하여 부분 응집된 슬러리(slurry)를 제조하는 단계, 부분 응집된 슬러리를 분무 건조하여 구형 과립을 제조하는 단계, 그리고 구형 과립을 열처리하여 구형 과립에 함유된 유기물을 제거하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, a method of preparing nano-based tungsten carbide (WC) -cobalt (Co) powder for thermal spray coating may include preparing a mixture of a tungsten carbide-cobalt mixture, a dispersant, and a solvent. Adding a binder and a plasticizer to the mixture to prepare a partially aggregated slurry, spray drying the partially aggregated slurry to produce spherical granules, and heat treating the spherical granules to obtain organic matter contained in the spherical granules. Removing the step.

부분 응집된 슬러리를 제조하는 단계에서, 계면 활성제를 첨가하여 교반할 수 있다.In preparing the partially aggregated slurry, a surfactant may be added and stirred.

부분 응집된 슬러리를 제조하는 단계에서, 텅스텐 카바이드-코발트 혼합물은 부분 응집된 슬러리에 40.0wt% 내지 80.0wt% 함유되는 것이 바람직하다.In the step of preparing the partially agglomerated slurry, the tungsten carbide-cobalt mixture is preferably contained in the partially agglomerated slurry from 40.0 wt% to 80.0 wt%.

그리고 혼합물을 준비하는 단계에서, 텅스텐 카바이드-코발트 혼합물은 7.0 내지 20.0wt%의 코발트를 포함하고, 나머지는 텅스텐 카바이드 및 기타 불순물일 수 있다.And in the step of preparing the mixture, the tungsten carbide-cobalt mixture may comprise 7.0 to 20.0 wt% of cobalt, with the remainder being tungsten carbide and other impurities.

텅스텐 카바이드의 입경은 1㎛ 이하인 것이 바람직하다.It is preferable that the particle size of tungsten carbide is 1 micrometer or less.

혼합물을 혼합하는 단계에서, 텅스텐 카바이드-코발트 혼합물에 내식성 원소를 추가로 혼합할 수 있다.In the step of mixing the mixture, the corrosion resistant element can be further mixed with the tungsten carbide-cobalt mixture.

여기서, 내식성 원소는 니켈(Ni) 및 크롬(Cr) 중 적어도 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.Here, the corrosion resistant element is preferably at least one of nickel (Ni) and chromium (Cr).

부분 응집된 슬러리를 제조하는 단계에서, 슬러리에 첨가된 분산제는 0.01wt% 내지 1.0wt%인 것이 바람직하다.In preparing the partially agglomerated slurry, the dispersant added to the slurry is preferably 0.01 wt% to 1.0 wt%.

또한, 슬러리에 첨가된 분산제는 0.1wt% 내지 1.0wt%인 것이 더욱 바람직하다.Further, the dispersant added to the slurry is more preferably 0.1wt% to 1.0wt%.

혼합물을 준비하는 단계에서, 용매는 수계 용매인 것이 바람직하다.In preparing the mixture, the solvent is preferably an aqueous solvent.

분산제는 암모늄 폴리메타아크릴(ammonium polymethacrylate), 폴리에텔렌 아민(polyethylene amine) 및 리그노 황산염(lignosulfate)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.The dispersant may be any one or more selected from the group consisting of ammonium polymethacrylate, polyethylene amine, and lignosulfate.

혼합물을 준비하는 단계에서, 용매는 유기 용매일 수 있다.In preparing the mixture, the solvent may be an organic solvent.

혼합물을 준비하는 단계에서, 분산제는 분자량 10,000 내지 100,000의 폴리비닐 파이롤리던(polyvinyl pyrollidone)과, 카르복실기 및 포화탄화수소기를 가지 는 공중합 분산제로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.In the preparing of the mixture, the dispersant may be at least one selected from the group consisting of polyvinyl pyrollidone having a molecular weight of 10,000 to 100,000, and a copolymer dispersant having a carboxyl group and a saturated hydrocarbon group.

혼합물을 준비하는 단계에서, 유기 용매는 에틸알코올(ethyl alcohol), 이소프로필알코올(isoprophyl alcohol), 톨루엔(toluene) 및 에틸알코올의 혼합액, 아세톤(acetone) 및 에틸알코올의 혼합액, 그리고 이소프로필알코올 및 아세톤의 혼합액으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.In the step of preparing the mixture, the organic solvent is ethyl alcohol, isopropyl alcohol, toluene and a mixture of ethyl alcohol, acetone and a mixture of ethyl alcohol, and isopropyl alcohol and It is preferably at least one selected from the group consisting of a mixture of acetone.

유기 용매는 톨루엔 및 에틸알코올 혼합액이고, 에틸알코올에 대한 톨루엔의 비는 60wt%/40wt% 내지 85wt%/15wt%인 것이 바람직하다.The organic solvent is a mixture of toluene and ethyl alcohol, and the ratio of toluene to ethyl alcohol is preferably 60 wt% / 40 wt% to 85 wt% / 15 wt%.

유기 용매는 아세톤 및 에틸알코올 혼합액이고, 에틸알코올에 대한 아세톤의 비는 30wt%/70wt% 내지 70wt%/30wt%인 것이 바람직하다.The organic solvent is a mixture of acetone and ethyl alcohol, and the ratio of acetone to ethyl alcohol is preferably 30 wt% / 70 wt% to 70 wt% / 30 wt%.

유기 용매는 이소프로필알코올 및 아세톤의 혼합액이고, 아세톤에 대한 이소프로필알코올의 비는 30wt%/70wt% 내지 70wt%/30wt%인 것이 바람직하다.The organic solvent is a mixture of isopropyl alcohol and acetone, and the ratio of isopropyl alcohol to acetone is preferably 30 wt% / 70 wt% to 70 wt% / 30 wt%.

부분 응집된 슬러리를 제조하는 단계에서, 계면 활성제는 0.01wt% 내지 5.00wt%의 폴리옥시에틸렌 터셔리-옥틸페닐 에테르(polyoxyethylene tert-octylphenyl ether)인 것이 바람직하다.In the step of preparing the partially aggregated slurry, the surfactant is preferably 0.01 wt% to 5.00 wt% of polyoxyethylene tert-octylphenyl ether.

본 발명에 따른 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말은 전술한 방법으로 제조할 수 있다. Nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder according to the present invention can be prepared by the above-described method.

본 발명에 따른 나노구조 용사 코팅은 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말로 이루어질 수 있다.Nanostructured spray coating according to the present invention may be made of nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder.

이하에서는 도 1 및 도 2를 통하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이러한 본 발명의 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정 되는 것은 아니다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. These embodiments of the present invention are merely for illustrating the present invention, the present invention is not limited thereto.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노구조 WC-Co 분말의 개념도로서, 부분 응집된 슬러리를 분무 건조하여 구형의 나노구조 WC-Co 분말을 제조하는 상태를 나타낸 도면이다.1 is a conceptual diagram of a nanostructured WC-Co powder according to an embodiment of the present invention, which shows a state of manufacturing a spherical nanostructured WC-Co powder by spray drying a partially aggregated slurry.

도 1에 도시한 바와 같이, 좌측에 도시한 부분 응집된 슬러리를 준비한 후, 이를 분무 건조함으로써 우측에 도시한 구형 과립의 용사코팅용 나노구조 WC-Co 분말을 제조한다. 이하에서는 이러한 용사코팅용 나노구조 WC-Co 분말의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.As shown in FIG. 1, after preparing the partially aggregated slurry shown on the left side, the resultant is spray-dried to prepare a nanostructured WC-Co powder for thermal spray coating of the spherical granules shown on the right side. Hereinafter, a method of manufacturing the spray-coated nanostructured WC-Co powder will be described in detail.

먼저 부분 응집된 슬러리를 다음과 같은 방법을 통하여 제조한다.First, a partially aggregated slurry is prepared by the following method.

WC-Co 혼합물, 분산제 및 용매를 혼합한 혼합물을 준비한 다음, 여기에 결합제 및 가소제를 첨가하여 슬러리를 제조한 후, 계면 활성제를 첨가하고 교반하여 부분 응집된 슬러리를 제조한다. 여기서, WC-Co 혼합물은 7.0wt% 내지 20.0wt%의 Co를 포함하고, 나머지는 WC 및 기타 불순물이다. Co가 7.0wt% 미만인 경우, 바인더로서의 기능을 제대로 수행할 수 없는 문제점이 있고, Co가 20.0wt%를 초과하는 경우 금속 물질이 과도하게 존재하여 내마모성에 나쁜 영향을 끼치게 된다.A mixture of a WC-Co mixture, a dispersant, and a solvent is prepared, and then a binder and a plasticizer are added thereto to prepare a slurry, and then a surfactant is added and stirred to prepare a partially aggregated slurry. Wherein the WC-Co mixture comprises 7.0 wt% to 20.0 wt% Co, with the remainder being WC and other impurities. If Co is less than 7.0wt%, there is a problem in that the function as a binder cannot be properly performed, and if Co is more than 20.0wt%, an excessive amount of metal material is present, which adversely affects wear resistance.

나노 분말로 사용하기 전의 WC의 입경은 1㎛ 이하가 되도록 하여 내마모성 등 용사 코팅의 특성을 향상시키는 것이 바람직하다. 부분 응집된 슬러리에 WC-Co 혼합물은 40.0wt% 내지 80.0wt% 함유되는 것이 바람직하다. 부분 응집된 슬러리에 함유된 WC-Co 혼합물의 양이 40.0 wt% 미만이면 일정량의 과립을 생산하는 데 소요되는 시간이 많이 걸려서 비경제적이고, 부분 응집된 슬러리에 함유된 WC-Co 혼합 물의 양이 80.0 wt%를 초과하면 과도한 분말 함량으로 인하여 분무 건조시 슬러리 공급이 원활하지 않고 노즐이 막혀 작업이 중단되는 문제점이 발생한다. 따라서 부분 응집된 슬러리에 WC-Co 혼합물을 40.0wt% 내지 80.0wt% 함유시킴으로써 제조 공정을 간단하게 하면서 작업 시간을 줄일 수 있다.It is preferable that the particle size of WC before use as a nano powder is 1 micrometer or less, and improves the characteristics of a spray coating, such as abrasion resistance. Preferably, the partially aggregated slurry contains 40.0 wt% to 80.0 wt% of the WC-Co mixture. If the amount of the WC-Co mixture contained in the partially agglomerated slurry is less than 40.0 wt%, it takes a long time to produce a certain amount of granules, which is uneconomical, and the amount of the WC-Co mixture contained in the partially agglomerated slurry is 80.0 If the wt% is exceeded, the slurry may not be smoothly supplied during spray drying due to the excessive powder content, and the nozzle may be clogged to stop working. Therefore, by containing 40.0 wt% to 80.0 wt% of the WC-Co mixture in the partially aggregated slurry, the manufacturing process can be simplified and the working time can be reduced.

이와 같이 텅스텐 카바이드-코발트 혼합물을 혼합하는 단계에서는 내식성 원소를 추가로 혼합할 수 있다. 내식성 원소로는 Ni, Cr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 내식성 원소를 텅스텐 카바이드-코발트 혼합물에 첨가하여 용사 코팅을 제조함으로써 내식성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, Ni는 10wt% 정도 첨가할 수 있고, Cr은 4wt% 정도 첨가할 수 있다. 용사 코팅이 필요한 내식성을 가지도록 Ni 또는 Cr을 적정량 첨가하되 초경 소재인 텅스텐 카바이드의 특성 저하, 즉 경도 및 마모성 저하를 방지하기 위하여 그 첨가량을 일정 범위로 한정한다.As such, in the step of mixing the tungsten carbide-cobalt mixture, the corrosion resistant elements may be further mixed. As the corrosion resistant element, Ni, Cr or a mixture thereof can be used. Corrosion resistance can be improved by adding a corrosion resistant element to the tungsten carbide-cobalt mixture to produce a thermal spray coating. In this case, Ni may be added about 10 wt%, and Cr may be added about 4 wt%. Ni or Cr is added in an appropriate amount so that the thermal spray coating requires corrosion resistance, but the amount is limited to a certain range in order to prevent deterioration of properties of the tungsten carbide, that is, hardness and wear resistance.

슬러리에는 용매로서 수계인 물을 사용하거나 비수계로서 유기 용매인 에틸알코올, 이소프로필 알코올, 톨루엔 및 에틸알코올의 혼합액, 아세톤 및 에틸알코올의 혼합액, 또는 이소프로필알코올 및 아세톤의 혼합액으로 이루어진 군에서 선택한 하나 이상의 유기 용매를 사용할 수 있다.The slurry is selected from the group consisting of water as a solvent or a mixture of ethyl alcohol, isopropyl alcohol, toluene and ethyl alcohol as a solvent, a mixture of acetone and ethyl alcohol, or a mixture of isopropyl alcohol and acetone. One or more organic solvents can be used.

슬러리내에 혼입되는 바인더 및 가소제 등의 고분자 물질은 그 자체의 특성에 따라 용매내에서 용해가 결정된다. 이러한 특성 차이로 인하여 용해하고자 하는 물질의 특성에 따라 용매를 선택해야 한다. 예를 들어, 물질이 극성인가 비극성인가에 따라 용매를 선정할 수 있는데, 극성 물질의 경우 극성 용매와 알코올을 혼합하여 사용하고, 비극성 물질인 경우 비극성 용매와 톨루엔을 혼합하여 사용한 다. 한 종류의 용매를 사용하는 경우, 용매의 건조 속도 및 점도 등의 특성 차이에 따라 후속 제조 공정에서 결함이 유발되므로, 통상적으로 2가지 이상의 용매를 혼합하여 사용한다. 본 발명의 실시예에서는 바인더로서 비극성 물질을 사용하므로, 비극성 용매를 사용하는 것이 바람직하다.Dissolution is determined in a solvent according to its own characteristics, such as a binder and a plasticizer incorporated into the slurry. Due to these property differences, the solvent should be selected according to the properties of the material to be dissolved. For example, a solvent may be selected depending on whether the substance is polar or nonpolar. In the case of a polar substance, a polar solvent and an alcohol are mixed, and in the case of a nonpolar substance, a nonpolar solvent and toluene are mixed and used. When one type of solvent is used, defects are caused in subsequent manufacturing processes depending on the difference in characteristics such as the drying rate and viscosity of the solvent, and therefore, usually two or more solvents are mixed and used. In the embodiment of the present invention, since a nonpolar material is used as the binder, it is preferable to use a nonpolar solvent.

유기 용매로서 톨루엔 및 에틸알코올 혼합액을 사용하는 경우, 에틸알코올에 대한 톨루엔의 비는 60wt%/40wt% 내지 85wt%/15wt%인 것이 바람직하다. 에틸알코올에 대한 톨루엔의 비가 60/40wt% 미만인 경우, 제조 공정중에 에틸알코올이 휘발되어 최종 용액내에서의 에틸알코올의 양이 초기 투입분보다 줄어들게 된다. 또한, 에틸알코올에 대한 톨루엔의 비가 85wt%/15wt%를 초과하는 경우, 톨루엔이 용액내에 과도하게 함유되어 건조 속도가 현저하게 떨어지므로 과립 형성 자체가 어려워지게 된다. 따라서 에틸알코올에 대한 톨루엔의 비를 60wt%/40wt% 내지 85wt%/15wt%로 조절함으로써, 고분자 물질의 용해와 과립 형성에 적절한 건조 속도를 얻을 수 있다.When toluene and ethyl alcohol mixed liquid are used as the organic solvent, the ratio of toluene to ethyl alcohol is preferably 60wt% / 40wt% to 85wt% / 15wt%. If the ratio of toluene to ethyl alcohol is less than 60/40 wt%, ethyl alcohol is volatilized during the manufacturing process to reduce the amount of ethyl alcohol in the final solution than the initial input. In addition, when the ratio of toluene to ethyl alcohol exceeds 85wt% / 15wt%, the toluene is excessively contained in the solution, and the drying rate is remarkably decreased, making granule formation itself difficult. Therefore, by adjusting the ratio of toluene to ethyl alcohol to 60wt% / 40wt% to 85wt% / 15wt%, it is possible to obtain a drying rate suitable for dissolving the polymer material and forming granules.

또는, 유기 용매로서 아세톤 및 에틸알코올 혼합액을 사용하는 경우, 에틸알코올에 대한 아세톤의 비는 30wt%/70wt% 내지 70wt%/30wt%인 것이 바람직하다. 에틸알코올에 대한 아세톤의 비가 30wt%/70wt% 미만인 경우, 제조 공정 중에 에틸알코올이 휘발되어 최종 용액내에서의 에틸알코올의 양이 적어지게 된다. 그리고 에틸알코올에 대한 아세톤의 비가 70/30wt%를 초과하는 경우, 용액내 아세톤의 과다 함유로 인하여 과립 형성 자체가 어려워진다. 따라서 에틸알코올에 대한 아세톤의 비를 30wt%/70wt% 내지 70wt%/30wt%로 조절함으로써, 고분자 물질의 용해와 과립 형성에 필요한 건조 속도를 얻을 수 있다.Alternatively, when using acetone and ethyl alcohol mixed solution as the organic solvent, the ratio of acetone to ethyl alcohol is preferably 30wt% / 70wt% to 70wt% / 30wt%. If the ratio of acetone to ethyl alcohol is less than 30 wt% / 70 wt%, ethyl alcohol is volatilized during the manufacturing process to reduce the amount of ethyl alcohol in the final solution. And when the ratio of acetone to ethyl alcohol exceeds 70 / 30wt%, it is difficult to form granules itself due to the excessive content of acetone in the solution. Therefore, by adjusting the ratio of acetone to ethyl alcohol to 30wt% / 70wt% to 70wt% / 30wt%, it is possible to obtain the drying rate required for dissolving the polymer material and forming granules.

또는, 유기 용매로서 이소프로필알코올 및 아세톤의 혼합액을 사용하는 경우, 아세톤에 대한 이소프로필알코올의 비는 30wt%/70wt% 내지 70wt%/30wt%인 것이 바람직하다. 아세톤에 대한 이소프로필알코올의 비가 30wt%/70wt% 미만인 경우, 제조 공정 중에 아세톤이 휘발되어 최종 용액내에서 아세톤의 양이 적어지게 된다. 또한, 아세톤에 대한 이소프로필알코올의 비가 70/30wt%를 초과하는 경우, 용액내 이소프로필알코올의 과다 함유로 인하여 과립 형성 자체가 어려워진다. 따라서 아세톤에 대한 이소프로필알코올의 비를 30wt%/70wt% 내지 70wt%/30wt%로 조절함으로써, 고분자 물질의 용해와 과립 형성에 필요한 건조 속도를 얻을 수 있다.Alternatively, in the case where a mixed solution of isopropyl alcohol and acetone is used as the organic solvent, the ratio of isopropyl alcohol to acetone is preferably 30 wt% / 70 wt% to 70 wt% / 30 wt%. If the ratio of isopropyl alcohol to acetone is less than 30 wt% / 70 wt%, acetone is volatilized during the manufacturing process to reduce the amount of acetone in the final solution. In addition, when the ratio of isopropyl alcohol to acetone exceeds 70/30 wt%, the granulation itself becomes difficult due to the excessive content of isopropyl alcohol in the solution. Therefore, by adjusting the ratio of isopropyl alcohol to acetone to 30wt% / 70wt% to 70wt% / 30wt%, it is possible to obtain the drying rate required for dissolving the polymer material and forming granules.

WC-Co 혼합물, 분산제 및 용매를 혼합한 혼합물을 밀링(milling)하여 균일하게 혼합한다. 다음으로 결합제와 가소제를 첨가하여 일정 시간 동안 좀더 밀링함으로써 슬러리를 제조한다. 전술한 밀링 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 다른 방법으로도 혼합물을 혼합할 수 있다. 또한, 분산제와 결합제는 용매가 물 및 유기용매 중 어느 것인지에 따라 각각 수계용 및 비수계용로 나누어 사용할 수 있다.The mixture of the WC-Co mixture, the dispersant and the solvent is milled and mixed uniformly. Next, the binder and the plasticizer are added to further mill for a predetermined time to prepare a slurry. The above-described milling method is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. The mixture can thus also be mixed in other ways. In addition, the dispersing agent and the binder may be used separately for water-based and non-aqueous, depending on whether the solvent is water or an organic solvent.

전술한 바와 같이 물을 용매로 사용하는 경우, 분산제로는 암모늄 폴리메타아크릴, 폴리에텔렌 아민 및 리그노 황산염으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 분산제를 사용할 수 있다.As described above, when water is used as the solvent, any one or more dispersants selected from the group consisting of ammonium polymethacryl, polyetherene amine, and ligno sulfate may be used as the dispersant.

이와는 반대로 유기 용매를 사용하는 경우, 분산제로는 분자량 10,000 내지 100,000의 폴리비닐 파이롤리던(polyvinyl pyrollidone)과, 카르복실기 및 포화탄 화수소기를 가지는 공중합 분산제(KD1, KD2, KD3)(Hypermer KD-series polymeric dispersants for electronic and advanced ceramics)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 분산제를 사용할 수 있다.In contrast, when an organic solvent is used, the dispersant may be a polyvinyl pyrollidone having a molecular weight of 10,000 to 100,000 and a copolymer dispersant having a carboxyl group and a saturated hydrocarbon group (KD1, KD2, KD3) (Hypermer KD-series polymeric one or more dispersants selected from the group consisting of dispersants for electronic and advanced ceramics.

슬러리 중에는 0.01wt% 내지 1.0wt%의 분산제를 첨가할 수 있고, 바람직하게는 0.1wt% 내지 1.0wt%의 분산제를 첨가할 수 있다. 첨가하는 분산제의 양이 0.01wt% 미만인 경우, 고분자 물질간의 교착에 의한 응집이 발생하기 어려워 슬러리가 부분 응집되지 않을 확률이 높다. 특히, 첨가하는 분산제의 양을 0.1wt% 이상으로 하면, 슬러리의 부분 응집이 잘 일어난다. 한편, 첨가하는 분산제의 양이 1.0wt%를 초과하는 경우, 분말의 표면이 고분자 물질로 모두 코팅되면서 고분자 물질간의 반발에 의해 용액내 분말의 분산 상태가 그대로 유지되는 문제점이 있다.In the slurry, 0.01 wt% to 1.0 wt% of a dispersant may be added, and preferably 0.1 wt% to 1.0 wt% of a dispersant may be added. When the amount of the dispersant to be added is less than 0.01 wt%, aggregation by hardening between the polymer materials is unlikely to occur, so that the slurry does not partially aggregate. In particular, when the amount of the dispersant to be added is 0.1 wt% or more, partial aggregation of the slurry occurs well. On the other hand, when the amount of the dispersant to be added exceeds 1.0wt%, there is a problem that the dispersion state of the powder in the solution is maintained as it is by the repulsion between the polymer material while the surface of the powder is all coated with a polymer material.

한편, 가소제로는 슬러리 전체 중량의 0.05wt% 내지 2.00wt%의 범위에서 프탈레이트 계열 물질을 사용한다. 결합제는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있는 물질을 사용할 수 있다.Meanwhile, as the plasticizer, phthalate-based materials are used in the range of 0.05 wt% to 2.00 wt% of the total weight of the slurry. The binder may use a material that can be easily understood by those skilled in the art.

이와 같이 제조한 슬러리에 0.01wt% 내지 0.20wt%의 계면 활성제를 첨가하고 교반하여 슬러리를 안정한 상태로 유지한다. 계면 활성제를 첨가하여 용액의 표면 장력을 낮추어 건조 속도를 높임으로써 균일한 형상의 과립과 수율을 높이기 위하여 전술한 바와 같은 범위의 계면 활성제를 첨가한다. 계면 활성제는 분무 건조시 용매와 WC-Co 분말 사이의 계면 에너지를 낮추어서 과립 형성을 촉진하는 역할을 하는 데, 미국의 유니온 카바이드(union carbide)사에서 제조한 0.01wt% 내지 5.00wt%의 Trioton X-100(polyoxyethylene tert-octylphenyl ether, 폴리옥시에틸 렌 터셔리-옥틸페닐 에테르)를 사용할 수 있다. 계면활성제로 사용되는 Trioton X-100의 양이 0.01wt% 미만이면 첨가 효과가 없으며, Trioton X-100의 양이 5.00wt%를 초과하면 과도한 첨가에 따른 기포 발생으로 인하여 작업성 저하 및 제조된 분무 과립의 밀도 저하가 나타낸다. 이에 따라 과립의 특성이 변화되어 최종적인 용사코팅층의 물성이 저하된다.0.01 wt% to 0.20 wt% of surfactant is added to the slurry thus prepared and stirred to keep the slurry in a stable state. In order to increase the drying rate by lowering the surface tension of the solution by adding a surfactant to increase the drying rate, a surfactant as described above is added to increase the yield. The surfactant lowers the interfacial energy between the solvent and the WC-Co powder during spray drying to promote granule formation, which is 0.01 wt% to 5.00 wt% Trioton X manufactured by Union Carbide, USA. -100 (polyoxyethylene tert-octylphenyl ether, polyoxyethyl tertiary-octylphenyl ether) can be used. If the amount of Trioton X-100 used as the surfactant is less than 0.01wt%, there is no addition effect. If the amount of Trioton X-100 is more than 5.00wt%, the workability decreases due to the foaming caused by excessive addition and the prepared spray A decrease in the density of the granules is shown. As a result, the properties of the granules are changed and the physical properties of the final thermal spray coating layer are lowered.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노구조 WC-Co 분말의 제조시 부분 응집된 슬러리내의 WC-Co 분말의 입도 분포를 나타낸 그래프로서, 부분 응집된 슬러리가 수계인 경우(●)와 비수계인 경우(■)의 WC-Co 분말의 입도 분포를 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the particle size distribution of the WC-Co powder in the partially agglomerated slurry during the preparation of the nanostructured WC-Co powder according to an embodiment of the present invention, the case where the partially agglomerated slurry is aqueous (●) and non-aqueous It is a graph which shows particle size distribution of WC-Co powder in the case of (■).

도 2에 도시한 바와 같이, 부분 응집된 WC-Co 분말 응집체는 약 1㎛ 내지 10㎛의 크기를 가진다. 특히, 유기 용매 등의 비수계 슬러리를 사용한 경우, 물 등의 수계 슬러리를 사용한 경우보다 부분 응집된 WC-Co 분말 응집체의 크기가 큰 것을 알 수 있다. 이러한 WC-Co 분말 응집체의 형성 원리를 설명하면 다음과 같다.As shown in FIG. 2, the partially aggregated WC-Co powder aggregates have a size of about 1 μm to 10 μm. In particular, when non-aqueous slurries, such as an organic solvent, are used, it turns out that the magnitude | size of the partially aggregated WC-Co powder aggregate is larger than when using aqueous slurries, such as water. The formation principle of such a WC-Co powder aggregate is as follows.

WC-Co 혼합물, 분산제 및 용매를 혼합한 혼합물을 준비하는 경우, 입자의 크기가 수십 ㎚인 WC-Co 분말 표면에 분산제가 부분 흡착된다. 이에 따라 입자간에 가교 응집(bridging flocculation)이 발생하여 WC-Co 분말이 부분 응집되면서 WC-Co 분말 응집체를 형성한다. 이 응집체는 강도가 상당하여 강한 외력이 작용하여도 재분산되지 않는다. 이와 같이 가교 응집된 응집체의 크기는 가교를 형성하는 고분자의 분자량, 표면흡착기, 및 혼합 중에 가해지는 전단응력 등에 따라서 달라질 수 있다.When preparing a mixture of the WC-Co mixture, the dispersant and the solvent, the dispersant is partially adsorbed onto the surface of the WC-Co powder having a particle size of several tens of nm. Accordingly, bridging flocculation occurs between the particles to partially aggregate the WC-Co powder to form a WC-Co powder aggregate. This aggregate has a great strength and does not redistribute even when a strong external force is applied. The size of the crosslinked agglomerated aggregate may vary depending on the molecular weight of the polymer forming the crosslink, the surface adsorber, and the shear stress applied during the mixing.

이와 같이 부분 응집된 슬러리를 분무 건조기로 분무 건조하여 과립을 제조한다. 분무 건조시의 슬러리 공급량을 20ml/min 내지 100ml/min의 범위로 조절하면서 과립을 제조한다. 분무 건조기의 형태에 따라 노즐의 회전수나 분무 압력을 조절하되, 3000rpm 내지 9000rpm으로 노즐을 회전시키고 0.2kg/cm2 내지 0.4kg/cm2의 분무 압력으로 분무 건조한다. 여기서, 노즐 회전수가 3000rpm 미만이면 과립 수율이 감소하는 문제점이 있고, 노즐 회전수가 9000rpm을 초과하면 과립의 크기가 작아지는 문제점이 있다. 또한, 분무 압력이 0.2kg/cm2 미만인 경우, 과립 크기는 증가하지만 과립 수율이 감소하며, 분무 압력이 0.4kg/cm2 을 초과하는 경우 과립 수율은 증가하나 과립 크기가 감소하는 문제점이 있다. 따라서 전술한 바와 같이 노즐 회전수와 분무 압력을 조절하여, 과립의 크기를 일정하게 조절하고 과립 수율을 적절하게 유지할 수 있다.The partially aggregated slurry is spray dried with a spray dryer to prepare granules. Granules are prepared while controlling the slurry feed amount during spray drying in the range of 20 ml / min to 100 ml / min. Depending on the type of spray dryer to adjust the rotational speed or spray pressure of the nozzle, the nozzle is rotated to 3000rpm to 9000rpm and spray dried at a spray pressure of 0.2kg / cm 2 to 0.4kg / cm 2 . Here, when the nozzle rotation speed is less than 3000rpm, there is a problem that the granule yield is reduced, and when the nozzle rotation speed exceeds 9000rpm, there is a problem that the size of the granules is reduced. In addition, when the spray pressure is less than 0.2kg / cm 2 , the granule size is increased but the granule yield is reduced, when the spray pressure exceeds 0.4kg / cm 2 there is a problem that the granule yield is increased but the granule size is reduced. Therefore, by adjusting the nozzle rotation speed and spray pressure as described above, it is possible to constantly adjust the size of the granules and to maintain the granule yield properly.

한편, 분무 건조시에 사용하는 슬러리의 고상 함량을 조절하여 과립 내부의 기공 분포를 균일하게 제어하고 기공도를 조절할 수 있다. 각 과립 내부의 기공도 및 기공 분포 형태를 조절함으로써 용사 코팅시 용사 화염속에서 일정하고 균일하게 과립을 용해시킬 수 있다. 따라서 나노 크기의 WC 입자의 탈탄을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 기공률이 현저히 낮은 용사 코팅을 제조할 수 있다. 궁극적으로는 용사코팅에 적합한 최적의 기공도와 분말 강도를 가진 용사코팅용 분말을 제조할 수 있으므로, 용사 코팅의 내마모성 및 경도가 현저하게 향상된다. On the other hand, by adjusting the solid phase content of the slurry used during spray drying can be uniformly controlled pore distribution in the granules and porosity can be adjusted. By controlling the porosity and the pore distribution form inside each granule, it is possible to dissolve the granules uniformly and uniformly in the spraying flame during spray coating. Therefore, it is possible to minimize the decarburization of nano-sized WC particles as well as to produce a spray coating having a significantly low porosity. Ultimately, the thermal spray coating powder having the optimum porosity and powder strength suitable for the thermal spray coating can be produced, and the wear resistance and hardness of the thermal spray coating are remarkably improved.

부분 응집된 슬러리를 분무 건조하여 과립을 제조시, 액상인 슬러리가 전체 적으로 균일하게 건조되므로 구형 과립을 형성할 수 있다. 이러한 구형 과립을 열처리함으로써 과립에 함유된 유기물을 제거한다. 과립내 유기물을 제거하기 위한 열처리 온도는 400℃ 정도가 적당하며, 600℃에서 완전 분해가 가능하므로, 분무 건조한 과립을 불활성 가스 분위기 또는 진공 분위기하의 400℃ 내지 600℃의 온도 범위에서 탈지 열처리한다. When preparing the granules by spray drying the partially agglomerated slurry, the liquid slurry may be uniformly dried as a whole to form spherical granules. By heat-treating these spherical granules, the organic substance contained in a granule is removed. Since the heat treatment temperature for removing the organic matter in the granules is about 400 ° C., and complete decomposition is possible at 600 ° C., the spray-dried granules are subjected to a degreasing heat treatment in a temperature range of 400 ° C. to 600 ° C. under an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere.

수계 슬러리로부터 제조한 WC-Co 과립의 경우, 분말 표면에 형성된 산화물을 제거하기 위하여 환원 반응을 거쳐야 하므로, 수소 가스 분위기하의 400℃ 내지 900℃의 온도 범위에서 열처리한다. 탈지를 완료한 과립은 용사 코팅시 적당한 강도를 부여하기 위하여 진공 분위기하의 1000℃ 내지 1300℃의 온도 범위에서 열처리한다. 흡착수를 충분히 제거하기 위해서는 과립을 800℃ 내지 900℃ 정도까지 가열해야 하며 진공 중 과립 열처리는 Co의 융용에 따른 과도한 결정립 성장을 방지하기 위하여 1300℃ 미만의 온도에서 열처리한다.In the case of the WC-Co granules prepared from the aqueous slurry, a reduction reaction is required to remove the oxides formed on the surface of the powder, so that the WC-Co granules are heat treated at a temperature ranging from 400 ° C to 900 ° C under a hydrogen gas atmosphere. After the degreasing is completed, the granules are heat-treated in a temperature range of 1000 ° C. to 1300 ° C. under a vacuum atmosphere to impart proper strength during thermal spray coating. In order to sufficiently remove the adsorbed water, the granules should be heated to about 800 ° C. to 900 ° C., and the granule heat treatment in vacuum is heat treated at a temperature of less than 1300 ° C. to prevent excessive grain growth due to melting of the Co.

이와 같이 제조한 WC-Co 분말은 초음속화염 용사법(high velocity oxy-fuel spraying, HVOF법)을 이용하여 용사 코팅을 형성하는 것이 바람직하다. 초음속화염 용사법은 고압의 산소가스와 연료를 분사하여 화염을 발생시킨다. 이와 같이 발생한 화염을 열원으로 하여 공급원료분말을 가열 및 가속하므로 열원의 온도가 비교적 낮아서 용사 코팅의 탈탄 및 상분해를 억제할 수 있다. 또한, 입자가속속도는 800m/s 정도로 매우 높으므로 치밀한 조직의 용사 코팅 조직을 얻을 수 있다.The WC-Co powder thus prepared is preferably formed by spray coating using a super velocity oxy-fuel spraying method (HVOF method). Supersonic flame spraying generates flame by injecting high pressure oxygen gas and fuel. Thus, since the feedstock powder is heated and accelerated by using the generated flame as a heat source, the temperature of the heat source is relatively low, thereby preventing decarburization and phase decomposition of the thermal spray coating. In addition, since the particle acceleration rate is very high, such as 800 m / s, it is possible to obtain a spray coating structure of dense tissue.

이러한 초음속화염 용사법은 용사 코팅과의 접합성을 향상시키기 위하여 먼저 모재 표면을 블라스팅(blasting) 및 세척하여 표면 조도를 높인 후, 분말공급장 치를 통하여 초음속화염 용사장치의 화염내로 공급원료인 WC-Co 분말을 주입한다. 이에 따라 WC-Co 분말을 가열 및 가속하여 모재 표면에 적층함으로써 용사 코팅을 형성한다. 초음속화염 용사법의 주요 공정변수로는 용사거리, 연료량, 및 산소량 등을 들 수 있으며, 이러한 주요 공정변수를 조절하여 용사 코팅의 특성을 최적화할 수 있다.This supersonic flame spraying method first improves the surface roughness by blasting and washing the surface of the base material in order to improve the adhesion with the thermal spray coating, and then feeds the WC-Co powder as a feed material into the flame of the supersonic flame spraying device through the powder supply device. Inject Accordingly, the thermal spray coating is formed by heating and accelerating the WC-Co powder to be laminated on the base material surface. The main process parameters of the supersonic flame spraying method include spraying distance, fuel amount, and oxygen amount, and by adjusting these key process variables, the characteristics of the spray coating can be optimized.

이하에서는 본 발명의 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples of the present invention. These experimental examples are only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto.

실험예Experimental Example

12.0wt%의 Co와 나머지는 WC 및 기타 불순물로 이루어진 나노구조 WC-Co 분말로 제조한 WC-Co 혼합물을 사용하여 부분 응집된 슬러리를 제조하였다. A partially aggregated slurry was prepared using a WC-Co mixture made of nanostructured WC-Co powders consisting of 12.0 wt% Co and the remainder WC and other impurities.

먼저, 다양한 중량의 WC-Co 혼합물, 양이온성 전해질의 분산제 및 수계 용매 또는 비수계 용매를 혼합한 혼합물을 준비하였다. 이 혼합물을 4시간 내지 20시간동안 볼밀링으로 혼합하여 균일한 슬러리를 준비하였다. 다음으로, 이 혼합물에 가소제로서 벤질부틸 프탈레이트(benzylbutyl phthalate)를 첨가하고, 결합제로서 폴리비닐부틸(polyvinyl butyl)을 첨가한 다음 4시간 내지 8시간 더 볼밀링하여 분무 건조용 슬러리를 제조하였다.First, a mixture of various weighted WC-Co mixtures, dispersants in cationic electrolytes, and aqueous or non-aqueous solvents was prepared. This mixture was mixed by ball milling for 4-20 hours to prepare a uniform slurry. Next, benzylbutyl phthalate was added as a plasticizer, polyvinyl butyl was added as a binder, and ball milling was further performed for 4 to 8 hours to prepare a spray drying slurry.

이 슬러리를 공압 분무 건조기를 이용하여 20.0ml/min의 슬러리 공급량을 유지하면서 분무 건조하여 과립을 제조하였다. 이와 같이 제조한 과립을 300℃ 내지 600℃의 온도에서 탈지 열처리하였다. 다음으로, 진공중에서 과립을 1000℃ 내지 1300℃의 온도 범위에서 열처리하여 용사코팅용 WC-Co 분말을 제조하였다.The slurry was spray dried using a pneumatic spray dryer while maintaining a slurry feed amount of 20.0 ml / min to prepare granules. The granules thus prepared were degreased at a temperature of 300 ° C. to 600 ° C. Next, the granules were heat-treated in a vacuum at a temperature ranging from 1000 ° C. to 1300 ° C. to prepare a spray coating WC-Co powder.

전술한 방법으로 각각 그 조성을 달리하여 다음과 같이 본 발명을 여러 차례에 걸쳐 실험하였다.The present invention was tested several times as follows by varying its composition in the above-described manner.

실험예 1Experimental Example 1

WC-Co 분말 67.98wt%, 용매로서 이소프로필 알코올 31.85wt%, 분산제로서 양이온성 전해질 0.07wt%, 결합제로서 폴리비닐부틸 0.030wt%, 가소제로서 벤질부틸 프탈레이트 0.030wt%를 사용하여 슬러리를 제조하고, 이를 분무 건조하여 용사코팅용 WC-Co 분말을 제조하였다.A slurry was prepared using 67.98 wt% WC-Co powder, 31.85 wt% isopropyl alcohol as solvent, 0.07 wt% cationic electrolyte as dispersant, 0.030 wt% polyvinylbutyl as binder, 0.030 wt% benzylbutyl phthalate as plasticizer, And spray drying it to prepare a spray coating WC-Co powder.

실험예 2Experimental Example 2

WC-Co 분말 53.20wt%, 용매로서 아세톤 및 에틸알코올의 혼합액 45.77wt%, 분산제로서 양이온성 전해질 0.93wt%, 결합제로서 폴리비닐부틸 0.050wt%, 가소제로서 벤질부틸 프탈레이트 0.030wt%, 계면활성제로서 Triton-X 100 0.030wt%를 사용하여 슬러리를 제조하고, 이를 분무 건조하여 용사코팅용 WC-Co 분말을 제조하였다.53.20 wt% of WC-Co powder, 45.77 wt% of a mixture of acetone and ethyl alcohol as a solvent, 0.93 wt% of a cationic electrolyte as a dispersant, 0.050 wt% of polyvinylbutyl as a binder, 0.030 wt% of benzylbutyl phthalate as a plasticizer, as a surfactant A slurry was prepared using Triton-X 100 0.030 wt%, and spray dried to prepare a WC-Co powder for spray coating.

실험예 3Experimental Example 3

WC-Co 분말 50.00wt%, 용매로서 물 49.39wt%, 분산제로서 양이온성 전해질 0.01wt%, 결합제로서 폴리비닐부틸 0.050wt%, 가소제로서 벤질부틸 프탈레이트 0.030wt%, 계면활성제로서 Triton-X 100 0.500wt%를 사용하여 슬러리를 제조하고, 이를 분무 건조하여 용사코팅용 WC-Co 분말을 제조하였다.50.00 wt% WC-Co powder, 49.39 wt% water as solvent, 0.01 wt% cationic electrolyte as dispersant, 0.050 wt% polyvinylbutyl as binder, 0.030 wt% as benzylbutyl phthalate as plasticizer, Triton-X 100 0.500 as surfactant Slurry was prepared using wt%, and spray dried to prepare WC-Co powder for spray coating.

실험예 4Experimental Example 4

WC-Co 분말 74.70wt%, 용매로서 물 24.59wt%, 분산제로서 양이온성 전해질 0.37wt%, 결합제로서 폴리비닐부틸 0.050wt%, 가소제로서 벤질부틸 프탈레이트 0.030wt%, 계면활성제로서 Triton-X 100 0.500wt%를 사용하여 슬러리를 제조하고, 이를 분무 건조하여 용사코팅용 WC-Co 분말을 제조하였다.WC-Co powder 74.70wt%, water 24.59wt% as solvent, cationic electrolyte 0.37wt% as dispersant, polyvinylbutyl 0.050wt% as binder, benzylbutyl phthalate 0.030wt% as plasticizer, Triton-X 100 0.500 as surfactant Slurry was prepared using wt%, and spray dried to prepare WC-Co powder for spray coating.

실험예 5Experimental Example 5

WC-Co 분말 61.30wt%, 용매로서 물 38.48wt%, 분산제로서 양이온성 전해질 0.12wt%, 결합제로서 폴리비닐부틸 0.060wt%, 가소제로서 벤질부틸 프탈레이트 0.030wt%를 사용하여 슬러리를 제조하고, 이를 분무 건조하여 용사코팅용 WC-Co 분말을 제조하였다.A slurry was prepared using 61.30 wt% of WC-Co powder, 38.48 wt% of solvent as a solvent, 0.12 wt% of cationic electrolyte as a dispersant, 0.060 wt% of polyvinylbutyl as a binder, and 0.030 wt% of benzylbutyl phthalate as a plasticizer. Spray drying to prepare a spray coating WC-Co powder.

비교예 1Comparative Example 1

현재 상업적으로 생산되어 시판되는 나노다인(Nanodyne)사의 제품으로서 상품명 Nanocarb P powder WC-10Co인 나노 구조의 용사 분말을 사용하여 실험하였다. 여기서, WC-Co 분말은 10%의 Co를 함유하였다.A commercially produced and commercially available product of Nanodyne was tested using a nano-sprayed powder having a nanostructure of Nanocarb P powder WC-10Co. Here, the WC-Co powder contained 10% Co.

비교예 2Comparative Example 2

현재 상업적으로 생산되어 시판되는 나노테크사의 제품인 WC-12Co 시험 분말을 사용하여 실험하였다. 여기서, WC-Co 분말은 12%의 Co를 함유하였다.Experiments were carried out using the WC-12Co test powder, currently a commercially available and commercially available product of NanoTech. Here, the WC-Co powder contained 12% Co.

이하에서는 전술한 실험예 1 및 실험예 3에 따라 제조한 WC-Co 과립의 주사전자현미경 사진을 근거로 본 발명의 실험예 1 및 실험예 3에 따라 제조한 WC-Co 과립에 대하여 설명한다.Hereinafter, the WC-Co granules prepared according to Experimental Example 1 and Example 3 of the present invention will be described based on scanning electron micrographs of the WC-Co granules prepared according to Experimental Example 1 and Experimental Example 3 described above.

도 3의 (A)는 본 발명의 실험예 1에 따라 제조한 WC-Co 분말 과립의 형상을 보여주는 주사전자현미경 사진이고, 도 3의 (B)는 동일한 분말 과립의 단면 미세조직을 보여주는 주사전자현미경 사진이다.3 (A) is a scanning electron micrograph showing the shape of the WC-Co powder granules prepared according to Experimental Example 1 of the present invention, Figure 3 (B) is a scanning electron showing the cross-sectional microstructure of the same powder granules Photomicrograph.

도 3의 (A)에 도시한 바와 같이 본 발명의 실험예 1에 따라 제조한 WC-Co 분말 과립은 구형 형태를 가지고, 이를 열처리하여 제조한 도 3의 (B)의 WC-Co 분말 과립의 단면 미세 조직 역시 구형 형태를 유지하는 것을 관찰할 수 있다. 이와 같이 WC-Co 분말 과립이 구형 형태를 가지므로, 그 내부에 결함이 존재하지 않아서 최적 구조의 용사 코팅을 형성할 수 있다.As shown in (A) of FIG. 3, the WC-Co powder granules prepared according to Experimental Example 1 of the present invention have a spherical shape, and the WC-Co powder granules of FIG. It can be observed that the cross-sectional microstructure also maintains a spherical shape. As described above, since the WC-Co powder granules have a spherical shape, defects do not exist in the inside thereof, thereby forming a spray coating having an optimal structure.

도 4는 본 발명의 실험예 3에 따라 제조한 WC-Co 과립의 주사전자현미경 사진으로서, 수계 슬러리를 분무 건조하여 제조한 WC-Co 과립을 확대하여 나타낸다.Figure 4 is a scanning electron micrograph of the WC-Co granules prepared according to Experimental Example 3 of the present invention, an enlarged view of the WC-Co granules prepared by spray drying the aqueous slurry.

도 4에 도시한 바와 같이, 특히 수계 슬러리를 사용하는 경우 WC-Co 과립이 더욱 완벽한 구형 형태를 가지는 것을 관찰할 수 있다. 이와 같이 WC-Co 과립이 구형 형태를 가지므로, 용사 코팅이 최적으로 형성될 수 있을 뿐만 아니라 나노 크기이므로 내마모성 등의 특성을 향상시킬 수 있다.As shown in FIG. 4, it can be observed that the WC-Co granules have a more perfect spherical shape, especially when using an aqueous slurry. As such, since the WC-Co granules have a spherical shape, the thermal spray coating may not only be optimally formed but also may be nano-sized, thereby improving characteristics such as wear resistance.

도 5는 본 발명의 실험예 3에 따라 제조한 WC-Co 분말내 Co 분포를 나타낸 주사전자현미경 사진으로서, 수계 슬러리를 분무 건조한 후 열처리하여 제조한 WC-Co 분말내 Co 분포를 확대하여 나타낸다.5 is a scanning electron micrograph showing the distribution of Co in the WC-Co powder prepared according to Experimental Example 3 of the present invention, which shows an enlarged Co distribution in the WC-Co powder prepared by spray drying the aqueous slurry after heat treatment.

도 5에 흰점으로 나타난 Co가 흑색으로 나타낸 매트릭스(matrix) 형태의 WC-Co 분말내에 고르게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 부분 응집된 슬러리를 사용하여 분무 건조시 전체적으로 균일하게 슬러리가 건조되는 현상에 기인한다. 이와 같이 WC-Co 분말내에 Co가 고르게 분포되므로, 용사 코팅에 적용시 그 특성이 우수한 용사 코팅을 얻을 수 있다.It can be seen that Co represented by the white point in FIG. 5 is evenly distributed in the matrix form WC-Co powder shown in black. This is due to the phenomenon that the slurry is dried uniformly throughout during spray drying using partially aggregated slurry. Thus, since Co is evenly distributed in the WC-Co powder, it is possible to obtain a thermal spray coating having excellent properties when applied to the thermal spray coating.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실험예 1 내지 실험예 5에 따라 제조한 WC-Co 분말의 경우, 구형 형태를 가지므로 용사 코팅이 우수하다. 여기서 슬러리에 첨가된 분산제의 양은 전부 0.01wt% 내지 1.0wt%의 범위에 포함된다. 실험예 1의 용사코팅 단면을 통해 용사 코팅의 우수성을 설명하면 다음과 같다.As described above, in the case of the WC-Co powder prepared according to Experimental Examples 1 to 5 of the present invention, since the spherical form is excellent, the spray coating is excellent. The amount of dispersant added to the slurry here is all included in the range of 0.01wt% to 1.0wt%. Referring to the superiority of the thermal spray coating through the thermal spray coating cross section of Experimental Example 1.

도 6은 본 발명의 실험예 1에 따라 제조한 WC-Co 과립 및 이를 이용하여 제조한 용사 코팅 단면의 주사전자현미경 사진으로서, 동일한 WC-Co 과립을 3가지의 다른 배율(사진 하부에 기재)로 촬영한 주사전자현미경 사진을 좌측에 나타내고, 이를 이용하여 제조한 용사 코팅 단면의 주사전자현미경 사진을 우측에 나타낸다.Figure 6 is a scanning electron micrograph of the WC-Co granules prepared according to Experimental Example 1 of the present invention and the spray coating cross-section prepared using the same, the same WC-Co granules in three different magnification (described below) The scanning electron microscope photograph taken by the above is shown on the left side, and the scanning electron microscope picture of the thermal spray coating cross section manufactured using this is shown on the right side.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실험예 1에 따라 제조한 WC-Co 과립의 경우 구형 형태이므로 내부 결함이 없고, 용사 코팅 단면은 그 내부에 기공이 없는 치밀한 조직을 가지는 것을 관찰할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 실험예 1에 따라 용사 코팅을 형성하는 경우, 그 특성이 우수하다는 것을 알 수 있었다.As shown in Figure 6, in the case of the WC-Co granules prepared according to Experimental Example 1 of the present invention because it is a spherical shape, there are no internal defects, the spray coating cross section can be observed to have a dense structure without pores therein have. Thus, when forming the thermal spray coating according to Experimental Example 1 of the present invention, it can be seen that the characteristics are excellent.

이와는 대조적으로 종래 기술의 비교예 1 및 비교예 2의 WC-Co 과립 및 이를 이용하여 제조한 용사 코팅 단면을 관찰시 많은 결함이 존재하는 것을 알 수 있었다.In contrast, when the WC-Co granules of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 of the prior art and the thermal spray coating prepared using the same were observed, it was found that many defects exist.

도 7은 종래 기술의 비교예 1의 WC-Co 과립 및 이를 이용하여 제조한 용사 코팅 단면의 주사전자현미경 사진으로서, 동일한 WC-Co 과립을 2가지의 다른 배율로 촬영한 주사전자현미경 사진을 좌측에 나타내고, 이를 이용하여 제조한 용사 코팅 단면의 주사전자현미경 사진을 우측에 나타낸다.7 is a scanning electron micrograph of the WC-Co granules of Comparative Example 1 of the prior art and the spray-coated cross section prepared using the same, in which the same WC-Co granules were photographed at two different magnifications. The scanning electron micrograph of the thermal spray coating cross section manufactured using this is shown on the right side.

도 7에 도시한 바와 같이, 종래 기술인 비교예 1과 같은 방법으로 제조한 WC-Co 과립은 그 형태가 구형이 아니고 불규칙하게 분산된 상태로서, 내부에 많은 결함이 존재하는 것을 알 수 있다. 따라서 이와 같은 WC-Co 과립으로 용사 코팅을 형성하는 경우, 표 1의 코팅내 탄소량 및 XRD의 비WC/WC 피크율 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 용사 공정 중 WC 입자의 탈탄 및 상분해가 심하게 발생하여 표 1의 마모량으로부터 알 수 있는 바와 같이 코팅재의 내마모 특성이 저하된다.As shown in FIG. 7, the WC-Co granules prepared in the same manner as the comparative example 1 of the prior art are not spherical but irregularly dispersed, and thus, many defects are present therein. Therefore, when forming the thermal spray coating with such WC-Co granules, as can be seen from the results of the carbon content in the coating in Table 1 and the ratio of WRD / WC peak ratio of XRD, decarburization and phase decomposition of the WC particles during the thermal spraying process It occurs badly and the wear resistance of a coating material falls as can be seen from the wear amount of Table 1.

또한, 도 8은 종래 기술의 비교예 2에 따라 제조한 WC-Co 과립 및 이를 이용하여 제조한 용사 코팅 단면의 주사전자현미경 사진으로서, 동일한 WC-Co 과립을 2가지의 다른 배율로 촬영한 주사전자현미경 사진을 좌측에 나타내고, 이를 이용하여 제조한 용사 코팅 단면의 주사전자현미경 사진을 우측에 나타낸다.8 is a scanning electron micrograph of the WC-Co granules prepared according to Comparative Example 2 of the prior art and the spray-coated cross section prepared using the same, wherein the same WC-Co granules were shot at two different magnifications. The electron micrograph is shown on the left side, and the scanning electron micrograph of the thermal spray coating cross section manufactured using this is shown on the right side.

도 8에 도시한 바와 같이, 종래 기술인 비교예 2의 WC-Co 과립은 좌측 상단의 주사전자현미경 사진을 보면 구형인 것으로 생각되나 이를 10배 확대한 좌측 하단의 주사전자현미경 사진을 보면 내부에 많은 결함이 존재하는 것을 알 수 있다. 이와 같이 용사용 분말내에 존재하는 기공 등 결함은 용사 분말을 사용하여 제조된 코팅내에도 잔존하여 도 8의 우측 주사전자현미경 사진과 같이 용사 코팅 내부의 기공률이 2.35%에 달할 정도로 많은 결함이 있다. 이와 같은 결함들로 인하여 하기의 표 1의 마모량에 나타낸 값과 같이 내마모 특성이 저하된다. As shown in Figure 8, the conventional WC-Co granules of Comparative Example 2 is considered to be spherical when looking at the scanning electron microscope picture of the upper left, but when viewed from the scanning electron microscope picture of the left bottom magnified 10 times, It can be seen that a defect exists. As described above, defects such as pores present in the thermal sprayed powder remain in the coating prepared using the thermal sprayed powder, and as shown in the right scanning electron micrograph of FIG. 8, there are many defects such that the porosity inside the thermal sprayed coating reaches 2.35%. Due to such defects, the wear resistance is reduced as shown in the wear amount of Table 1 below.

전술한 실험예 1 내지 실험예 5와 비교예 1 및 비교예 2에 따른 WC-Co 분말 및 용사 코팅의 특성치를 다음의 표 1에 나타낸다. 모든 WC-Co 분말은 초음속화염용사법을 이용하여 동일한 용사 공정 조건으로 코팅하였다. 이 때, 용사 공정 조 건 중에서는 용사 거리는 330mm, 연료량은 6.0gph, 산소량은 2000scfh로 하였는 데, 이러한 공정 조건들은 코팅재를 다양하게 변화시켜 제조한 후에 측정한 특성 평가 결과를 기초로 하여 WC-Co 분말에 대해 최적화한 조건이다. 내마모시험은 모래마모시험(ASTM 규격 G65)을 이용하여 10분 동안 고무휠의 회전 속도를 200rpm으로 하여 실시하였다. 내마모시험시 마모로 인한 용사 코팅의 무게 감소량을 측정하여 이를 내마모성 평가 기준으로 한다. The characteristic values of the WC-Co powder and the thermal spray coating according to the above Experimental Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1 below. All WC-Co powders were coated under the same thermal spraying process using supersonic flame spraying. At this time, the spraying distance was 330mm, the fuel amount was 6.0gph and the oxygen amount was 2000scfh. These process conditions were based on the WC-Co based on the evaluation results of the characteristics measured after manufacturing the coating material with various changes. Optimized conditions for powder. The abrasion resistance test was carried out using a sand wear test (ASTM standard G65) at a rotational speed of 200 rpm for 10 minutes. In the wear resistance test, the weight loss of the thermal spray coating due to abrasion is measured and this is used as a criterion for evaluation of wear resistance.

표 1에서 XRD의 비WC/WC 피크율은 용사 코팅 표면의 X선 회절 분석을 통하여 용사 공정 중 고온 노출에 따른 WC의 상분해 정도를 비교 평가한 것이다. 이 값이 높으면 용사 코팅의 WC 입자가 많이 분해되었다는 것을 의미하며 이는 용사 코팅의 내마모성 등 특성 저하의 원인이 된다. 또한, 표 1에서 과립 기공률은 과립 단면을 주사전자현미경으로 관찰했을 때 이미지 기법(image analysis)으로 측정한 값이다.In Table 1, the specific WC / WC peak ratio of XRD was evaluated by comparing the degree of phase decomposition of WC with high temperature exposure during the thermal spraying process through X-ray diffraction analysis of the sprayed coating surface. A high value means that the WC particles of the thermal spray coating are decomposed, which causes deterioration of properties such as wear resistance of the thermal spray coating. In addition, in Table 1, the granule porosity is a value measured by image analysis when the cross section of the granule is observed by a scanning electron microscope.

Figure 112004051621418-pat00001
Figure 112004051621418-pat00001

표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실험예 1에 따른 용사 코팅은 경도 및 내마모성에 있어서 종래 기술의 비교예 1 및 비교예 2에 따른 용사 코팅에 비해 우수한 것을 알 수 있다. 이와 같은 결과는 WC-Co 분말의 기공률이 최적 조건에서 가장 좋은 기계적 특성을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 이는 WC-Co 분말이 용사 코팅중에 화염 속으로 진행시, 기공도로 인하여 WC-Co 분말이 적절하게 녹으면서 탈탄을 방지하기 때문인 것으로 판단된다. 이는 본 발명의 실험예 1에 따른 용사 코팅 조직이 비교예 1 및 비교예 2에 따른 용사 코팅 조직보다 더 치밀하고 탈탄이 심하게 일어나지 않는 것에 연유한다. 또한, 본 발명의 실험예 1에 따른 용사 코팅은 고강도를 가지므로, 과립내 응집체의 결합력이 높고, 그 결과 WC-Co 분말이 분말 공급시 또는 화염 통과시 파괴되지 않는 특성을 가진다.As shown in Table 1, it can be seen that the thermal spray coating according to Experimental Example 1 of the present invention is superior to the thermal spray coating according to Comparative Example 1 and Comparative Example 2 of the prior art in hardness and wear resistance. These results show that the porosity of the WC-Co powder exhibits the best mechanical properties under optimum conditions. This is because the WC-Co powder proceeds into the flame during the thermal spray coating, and because of the porosity, the WC-Co powder is properly melted to prevent decarburization. This is because the thermal spray coating tissue according to Experimental Example 1 of the present invention is more dense than the thermal spray coating tissue according to Comparative Examples 1 and 2 and no decarburization occurs. In addition, since the thermal spray coating according to Experimental Example 1 of the present invention has a high strength, the binding strength of the intragranular aggregates is high, and as a result, the WC-Co powder has the property of not being broken when the powder is supplied or when the flame passes.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 나노구조 WC-Co 분말의 제조 방법은 분산제를 혼합하여 부분 응집된 슬러리로부터 제조되므로 구형 형태의 내부 결함이 없는 WC-Co 분말을 제조할 수 있어서 용사 코팅의 특성이 향상되는 이점이 있다.As described above, the method for producing nanostructured WC-Co powder according to the present invention is prepared from a partially aggregated slurry by mixing a dispersant, so that a WC-Co powder without spherical internal defects can be produced, and thus There is an advantage that the characteristics are improved.

또한, 전술한 바와 같은 방법을 통하여 높은 강도를 가지고 적절한 기공률을 가진 WC-Co 분말을 제조할 수 있고, 이로 인하여 용사 코팅시 WC-Co 분말이 깨지지 않고 화염 통과시 적절하게 용융되어 고경도 및 고내마모성의 특성을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to produce a WC-Co powder having a high strength and an appropriate porosity through the method as described above, so that the WC-Co powder is not broken during the spray coating, it is appropriately melted when passing through the flame, high hardness and high It can provide the property of wear resistance.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구 범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.Although the present invention has been described above, it will be readily understood by those skilled in the art that various modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the claims set out below.

Claims (20)

용사코팅용 나노(nano)계 텅스텐 카바이드(WC)-코발트(Co) 분말의 제조 방법으로서,As a method of manufacturing nano-based tungsten carbide (WC) -cobalt (Co) powder for thermal spray coating, 텅스텐 카바이드-코발트 혼합물, 분산제 및 용매를 혼합한 혼합물을 준비하는 단계,Preparing a mixture of a tungsten carbide-cobalt mixture, a dispersant and a solvent, 상기 혼합물에 결합제 및 가소제를 첨가하여 부분 응집된 슬러리(slurry)를 제조하는 단계,Adding a binder and a plasticizer to the mixture to produce a partially aggregated slurry, 상기 부분 응집된 슬러리를 분무 건조하여 구형 과립을 제조하는 단계, 및Spray drying the partially aggregated slurry to produce spherical granules, and 상기 구형 과립을 열처리하여 상기 구형 과립에 함유된 유기물을 제거하는 단계Heat-treating the spherical granules to remove organic substances contained in the spherical granules 를 포함하는 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.Method of producing a nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder comprising a. 제1항에서,In claim 1, 상기 부분 응집된 슬러리를 제조하는 단계에서, 계면 활성제를 첨가하여 교반하는 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.In the step of preparing the partially aggregated slurry, a method for producing a nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder by adding a surfactant and stirring. 제1항에서,In claim 1, 상기 부분 응집된 슬러리를 제조하는 단계에서,In the step of preparing the partially aggregated slurry, 상기 텅스텐 카바이드-코발트 혼합물이 상기 부분 응집된 슬러리에 40.0wt% 내지 80.0wt% 함유된 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.The method for producing a nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder in which the tungsten carbide-cobalt mixture is contained 40.0wt% to 80.0wt% in the partially aggregated slurry. 제1항에서,In claim 1, 상기 혼합물을 준비하는 단계에서,In the step of preparing the mixture, 상기 텅스텐 카바이드-코발트 혼합물은 7.0 내지 25.0wt%의 코발트를 포함하고, 나머지는 텅스텐 카바이드 및 기타 불순물인 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.The tungsten carbide-cobalt mixture comprises 7.0 to 25.0 wt% of cobalt, the remainder being tungsten carbide and other impurities. 제4항에서,In claim 4, 상기 텅스텐 카바이드의 입경은 1㎛ 이하인 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.A method for producing a nanostructured tungsten carbide-cobalt based powder having a particle diameter of the tungsten carbide is 1 μm or less. 제4항에서,In claim 4, 상기 텅스텐 카바이드-코발트 혼합물에 내식성 원소를 추가로 혼합하는 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.Method of producing a nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder by further mixing the corrosion-resistant element in the tungsten carbide-cobalt mixture. 제6항에서,In claim 6, 상기 내식성 원소는 니켈(Ni) 및 크롬(Cr) 중 적어도 어느 하나 이상인 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.The corrosion-resistant element is at least one of nickel (Ni) and chromium (Cr) at least one method of producing a nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder. 제1항에서,In claim 1, 상기 부분 응집된 슬러리를 제조하는 단계에서,In the step of preparing the partially aggregated slurry, 상기 슬러리에 첨가된 분산제는 0.01wt% 내지 1.0wt%인 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.Dispersant added to the slurry is 0.01wt% to 1.0wt% of the nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder manufacturing method. 제8항에서,In claim 8, 상기 슬러리에 첨가된 분산제는 0.1wt% 내지 1.0wt%인 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.Dispersant added to the slurry is 0.1wt% to 1.0wt% of the nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder manufacturing method. 제1항에서,In claim 1, 상기 혼합물을 준비하는 단계에서, In the step of preparing the mixture, 상기 용매는 수계 용매인 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.The solvent is a method of producing a nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder is an aqueous solvent. 제10항에서,In claim 10, 상기 분산제는 암모늄 폴리메타아크릴(ammonium polymethacrylate), 폴리에텔렌 아민(polyethylene amine) 및 리그노 황산염(lignosulfate)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.The dispersing agent is a method for producing a nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder of any one or more selected from the group consisting of ammonium polymethacrylate, polyethylene amine and lignosulfate. 제1항에서,In claim 1, 상기 혼합물을 준비하는 단계에서,In the step of preparing the mixture, 상기 용매는 유기 용매인 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.The solvent is a method for producing a nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder is an organic solvent. 제12항에서,In claim 12, 상기 혼합물을 준비하는 단계에서,In the step of preparing the mixture, 상기 분산제는 분자량 10,000 내지 100,000의 폴리비닐 파이롤리던(polyvinyl pyrollidone)과, 카르복실기 및 포화탄화수소기를 가지는 공중합 분산제로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.The dispersing agent is a polyvinyl pyrollidone having a molecular weight of 10,000 to 100,000 (polyvinyl pyrollidone) and a copolymer structure dispersing agent having a carboxyl group and a saturated hydrocarbon group at least one selected from the group consisting of nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder. 제12항에서,In claim 12, 상기 혼합물을 준비하는 단계에서,In the step of preparing the mixture, 상기 유기 용매는 에틸알코올(ethyl alcohol), 이소프로필알코올(isoprophyl alcohol), 톨루엔(toluene) 및 에틸알코올의 혼합액, 아세톤(acetone) 및 에틸알코올의 혼합액, 그리고 이소프로필알코올 및 아세톤의 혼합액으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.The organic solvent is a group consisting of a mixture of ethyl alcohol, isopropyl alcohol, isopropyl (toluene) and ethyl alcohol, a mixture of acetone and ethyl alcohol, and a mixture of isopropyl alcohol and acetone Method for producing a nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder of any one or more selected from. 제14항에서,The method of claim 14, 상기 유기 용매는 톨루엔 및 에틸알코올 혼합액이고, 에틸알코올에 대한 톨루엔의 비는 60wt%/40wt% 내지 85wt%/15wt%인 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.The organic solvent is a mixture of toluene and ethyl alcohol, the ratio of toluene to ethyl alcohol is 60wt% / 40wt% to 85wt% / 15wt% method for producing a nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder. 제14항에서,The method of claim 14, 상기 유기 용매는 아세톤 및 에틸알코올 혼합액이고, 에틸알코올에 대한 아세톤의 비는 30wt%/70wt% 내지 70wt%/30wt%인 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.The organic solvent is a mixture of acetone and ethyl alcohol, the ratio of acetone to ethyl alcohol is 30wt% / 70wt% to 70wt% / 30wt% method for producing nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder. 제14항에서,The method of claim 14, 상기 유기 용매는 이소프로필알코올 및 아세톤의 혼합액이고, 아세톤에 대한 이소프로필알코올의 비는 30wt%/70wt% 내지 70wt%/30wt%인 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.The organic solvent is a mixture of isopropyl alcohol and acetone, the ratio of isopropyl alcohol to acetone is 30wt% / 70wt% to 70wt% / 30wt% method for producing nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder. 제2항에서,In claim 2, 상기 계면 활성제는 0.01wt% 내지 5.00wt%의 폴리옥시에틸렌 터셔리-옥틸페닐 에테르(polyoxyethylene tert-octylphenyl ether)인 나노구조 텅스텐 카바이드-코발트계 분말의 제조 방법.The surfactant is a method of producing a nanostructured tungsten carbide-cobalt-based powder of 0.01wt% to 5.00wt% polyoxyethylene tert-octylphenyl ether. 삭제delete 삭제delete
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010050715A2 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 전북대학교 산학협력단 Ultra-light metal carbide-metal nanostructured material and method for preparing the same
KR100981368B1 (en) 2007-06-25 2010-09-10 한국과학기술연구원 Tungsten composite powders, coated materials formed from the same and method for manufacturing the tungsten composite powders
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010024474A1 (en) * 2008-08-25 2010-03-04 University Of Ulsan Foundation For Industry Cooperation Method for producing wc-co composite powder

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6025034A (en) * 1995-11-13 2000-02-15 University Of Connecticut And Rutgers Method of manufacture of nanostructured feeds

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6025034A (en) * 1995-11-13 2000-02-15 University Of Connecticut And Rutgers Method of manufacture of nanostructured feeds

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100981368B1 (en) 2007-06-25 2010-09-10 한국과학기술연구원 Tungsten composite powders, coated materials formed from the same and method for manufacturing the tungsten composite powders
WO2010050715A2 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 전북대학교 산학협력단 Ultra-light metal carbide-metal nanostructured material and method for preparing the same
WO2010050715A3 (en) * 2008-10-31 2010-07-29 전북대학교 산학협력단 Ultra-light metal carbide-metal nanostructured material and method for preparing the same
KR101513994B1 (en) 2013-04-18 2015-04-22 전남대학교산학협력단 Metal composite material comprising carbon coated nano metal particles and method thereof
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