KR100691609B1

KR100691609B1 - 내열성 초합금 재료의 표면처리방법, 및 이를 이용한 내열초합금 재료

Info

Publication number: KR100691609B1
Application number: KR1020050016319A
Authority: KR
Inventors: 강성군; 홍석준; 한원규
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2007-03-12
Also published as: KR20060095590A

Abstract

본 발명은 반복 열응력에 의해서 일어나는 코팅층의 파손을 최대한 억제하기 위한 것으로, 내열 초합금 모재에 제1금속 및 제2금속을 층상을 이루도록 도금하거나, 합금 형태로 도금한 후, 이 내열 초합금 모재에 알루미늄을 확산 코팅하는 내열 초합금 재료의 표면처리방법 및 이를 이용한 내열 초합금 재료에 관한 것이다.

Description

내열성 초합금 재료의 표면처리방법, 및 이를 이용한 내열 초합금 재료{Surface treating method of heat-resist superalloy, and heat-resist superalloy material thereused}

도 1은 Ni기 초합금 모재에 팔라듐(Pd)과 플라티늄(Pt)을 layer by layer로 전기도금한 시편의 단면 SEM 사진,

도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 시편의 단면 SEM 사진 및 XRD 분석 그래프,

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 시편에 대해 등온 산화실험을 한 후의 표면 SEM 사진 및 XRD의 분석 그래프,

도 4a 및 도 4b는 각각 비교예1에 따른 시편의 단면 SEM 사진 및 XRD 분석 그래프,

도 5a 및 도 5b는 각각 비교예1에 따른 시편에 대해 등온 산화실험을 한 후의 표면 SEM 사진 및 XRD의 분석 그래프,

도 6a 및 도 6b는 각각 비교예2에 따른 시편의 단면 SEM 사진 및 XRD 분석 그래프,

도 7a 및 도 7b는 각각 비교예2에 따른 시편에 대해 등온 산화실험을 한 후의 표면 SEM 사진 및 XRD의 분석 그래프,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시편과 비교예1,2에 따른 시편에 대해 등온산화실험을 한 분석결과 그래프,

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시편과 비교예1,2에 따른 시편 및, 모재에 아무런 처리도 하지 않은 시편과 모재에 알루미늄 확산 코팅만을 행한 시편에 대해 순환산화실험을 한 분석결과 그래프,

도 10a 및 도 10b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 시편에 대해 순환 산화실험을 한 후의 표면 및 단면 SEM 사진,

도 11a 및 도 11b는 각각 비교예1에 따른 시편에 대해 순환 산화실험을 한 후의 표면 및 단면 SEM 사진,

도 12a 및 도 12b는 각각 비교예2에 따른 시편에 대해 순환 산화실험을 한 후의 표면 및 단면 SEM 사진.

종래기술 문헌 1 : 대한민국 공개특허공보 제1990-4961호

종래기술 문헌 2 : 일본 공개 특허공보 특개평3-44484호

종래기술 문헌 3 : 일본 공개 특허공보 특개평5-195188호

종래기술 문헌 4 : 일본 공개 특허공보 특개2003-253472

본 발명은 내열성 초합금 재료의 표면처리방법, 및 이를 이용한 내열 초합금 재료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 항공기나 산업플랜트의 가스터빈 등에 사용할 수 있도록, 고온 내산화성 및 고온 내부식성을 향상시키고, 고온에서의 기계적 성질을 향상시킬 수 있는 내열성 초합금 재료의 표면처리방법, 및 이를 이용한 내열 초합금 재료에 관한 것이다.

항공기의 가스터빈이나 제트엔진 및 산업용 플랜트의 가스 터빈 등의 초고온 환경에서 사용되는 구조체에는 초내열 합금, 및 각종 금속간 화합물 등이 사용되고 있다. 구체적으로는 TiAl 금속간 화합물, 내열성 Ti 합금, Ni기, Nb기, Ir기, Re기 등의 초합금(Superalloy) 등이 그 예이다.

이러한 내열 초합금 중, 특히, 니켈을 기지로 하는 초합금은, 가스터빈과 같이, 고온에서 사용될 목적으로 주로 개발되어 왔다. 그러나, 산업의 계속적인 발전으로, 열효율을 높이기 위해 더욱 높은 온도를 요구함에 따라, 이러한 내열 재료들의 사용 환경은 더욱 열악해지고 있다.

내열 재료가 사용되는 환경은, 열 뿐 아니라, 산소 및 수증기 등으로 인한 산화성 및 부식성이 강한 환경이다. 이러한 환경에 내열재료가 노출될 경우, 상기 산화성 및 부식성 성분과의 반응에 의하여 고온 산화 및 고온 부식이 진행하기 쉽다. 이러한 부식 환경 하에서 내열 재료에 침투한 산소, 질소, 황, 염소, 수소, 탄소 등에 의하여 재료 표면에 내부 부식이 발생하고, 재료의 강도가 저하된다.

일반적으로, 내열 재료는 기지합금으로부터 안정한 산화보호피막을 형성하는 원소인 Al이나 Cr에 의해서 Al₂O₃와 Cr₂O₃를 재료 표면에 성장시켜 재료를 보호한다. 이러한 보호피막 형성을 위해, 내열재료의 모재로부터 Al을 표층에 확산시켜서 Al₂O₃ 피막을 형성하는 기술이 이미 알려져 있다.

이러한 보호피막은 사용도중 열이력을 겪으면서 기지금속과 피막사이의 열팽창계수차이에 의해 발생된 열응력에 의해 박리되는 데, 이에 따라, 다시금 기지금속 내의 보호피막형성 원소가 외부로 이동하여 보호피막을 재형성하게 된다.

그런데, 이렇게 보호피막이 재형성되는 과정이 반복됨에 따라, 결국에는 보호피막 형성원소가 고갈되고, 이로 인해 재료의 파괴가 일어나 사용이 불가능하게 되는 문제가 발생된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 종래기술 문헌 1에는 Ni기 초합금 표면에 플라티늄(Pt)을 피복한 다음, 알루미늄(Al)을 확산 침투시켜, 2상 혼합구조의 코팅층을 형성하되, 이 코팅층의 접착성 개선을 위해 이트륨(Y)을 첨가한 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이 경우에도, 기지 금속과 피복층과의 열팽창계수 차이로 인한 박리 문제가 쉽게 개선되기 어려운 한계가 있다.

본 발명은 이러한 종래 내열성 초합금의 문제를 해결하기 위한 것으로, 사용온도의 고온화에 따른 격심한 산화와 부식 그리고 기계적 성질의 개선을 위한, 반복 열응력에 의해서 일어나는 코팅층의 파손을 최대한 억제할 수 있는 초내열 합금 재료를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은, 내열 초합금 모재에 제1금속 및 제2금속을 층상을 이루도록 도금하거나, 합금 형태로 도금한 후, 이 내열 초합금 모재에 알루미늄을 확산 코팅하는 내열 초합금 재료의 표면처리방법을 제공한다.

상기 내열 초합금 모재로는, Ni 기 초합금(Superalloy)이 사용될 수 있고, 제2금속으로는 내부식성이 강한 플라티늄(Pt)을 사용할 수 있다. 그리고, 제1금속으로는, 상기 제2금속의 열팽창계수값과, 상기 내열 초합금 모재의 열팽창계수값의 사이 값에 대응되는 열팽창계수값을 갖는 것이 바람직한 데, 플라티늄(Pt)의 열팽창계수와 Ni 기 초합금의 열팽창계수의 중간값을 갖는 팔라듐(Pd)을 사용할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

내열용 초합금 재료는, 1,000℃ 이상의 온도에서도 견딜수 있도록 그 표면에 연속적인 산화막 코팅층을 형성시켜, 이로부터 형성되는 부품에 내산화 특성을 제공한다.

이 때, 산화막 코팅층은, 코팅층을 통한 원소의 이동속도가 낮고 코팅 표면에 대한 접착성이 좋은 산화막이 바람직하며, 용융염에 대한 용해도가 높지 않은 것이 바람직하다.

본 발명은 사용온도의 고온화에 따른 격심한 산화와 부식에 대한 대책과 고온에서의 기계적 성질의 개선을 위해, 반복 열응력에 의해서 일어나는 코팅층의 파손을 최대한 억제할 수 있도록, 내부식성을 위해 개재시키는 층과, 모합금인 내열 초합금의 중간값에 대응되는 열팽창계수값을 갖는 물질을 별도의 코팅층으로서, 중간에 개재시킨다. 이 경우, 반복 열응력에 의해서 일어나는 코팅층의 파손, 특히, 알루미나 코팅층의 파손을 억제할 수 있다.

본 발명에 있어서, 내열 초합금으로는, Ni기 초합금이 사용될 수 있으며, Ni 다음으로 Cr이 많이 함유된 Ni-Cr 기 초합금이 사용될 수 있다.

이 초합금 재료는 기재 표면에 표면층이 형성되는 데, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 표면층은 다음의 방법에 의해 얻어질 수 있다.

먼저, 전처리 공정으로서, 가공된 Ni기 초합금 재료의 표면을 연마한 후, 세정하고, Ni 스트라이크 처리를 행한다.

세정 단계 시에는 표면을 연마한 다음 세척하고, 이를 알칼리 탈지처리한 다음, 다시 세척하며, 황산에서의 산세처리 공정을 거친다.

세정 후에는 10%의 불산과 70%의 질산에 30~60초 동안 담구어 표면의 오물이나 얼룩을 제거한 뒤, 다시 세척하여 Ni 스트라이크 처리를 행한다. 이러한 Ni 스트라이크 처리는 다양하게 변형 실시 가능하다.

다음으로는, 팔라듐 및 플라티늄 도금처리를 행한다.

팔라듐 및 플라티늄 도금처리는 팔라듐 및 플라티늄 층이 각각 형성될 수 있도록 순차 도금 처리할 수 있으며, 이 밖에 팔라듐 및 플라티늄의 합금을 도금할 수도 있다.

순차 도금처리할 경우에는 먼저 팔라듐 도금을 행한 후, 플라티늄 도금을 행한다. 이러한 도금 처리는 전기 도금으로 행하는 것이 바람직하다.

팔라듐 및 플라티늄의 도금이 끝난 후에는 모재에 대해 알루미늄 확산코팅을 행한다.

알루미늄 확산코팅 전 단계에서, 외부확산열처리 공정으로서, 도금공정 시 발생해, 도금층 내에 합류된 수소가스를 제거하고, 팔라듐 및 플라티늄 도금층에 인성을 부여하기 위해, 모재를 약250℃에서 약2시간, 약 400℃에서 약3시간 열처리하고, 진공로에서 1000℃ 내외의 온도로 열처리할 수 있다.

알루미늄 확산 코팅은 팩 세멘테이션(Pack cementation) 방법으로 행할 수 있다.

먼저, 팩(Pack)에 충진제, 활성제, 코팅분말을 일정한 비율로 넣는다. 일 예로, 알루미늄(Al) 확산 코팅은 Pack에 충진제(Al₂O₃82wt%), 활성제(NH₄Cl 3wt%), 코팅분말(Ni₃Al 15wt%)를 장입한 후, Rolling type의 Milling machine으로 약 24시간 이상 혼합하고 Pack을 관상로내에 위치시킨 후, Ar분위기, 1,034℃, 승온속도 11.5℃/min로 5시간 동안 열처리한다.

이 때, 팩 내에서는 모재와 활성제가 반응을 일으켜 메탈할로겐화물(Metal Halide)이 형성된다. 팩 내에서 메탈할로겐화물은 기체 상태로 존재하게 되는 데, 팩 내부와 모재 표면 사이에 메탈 할로겐화물의 압력구배가 생기게 된다. 따라서, 메탈 할로겐화물은 모재 표면으로 확산되고, 여기서 화학반응을 일으켜, 금속 원자가 떨어져 나오며, 금속원자는 모재 내부로 확산해 들어가는 것이다.

Ni기 초합금의 표면에 Al을 확산시키면, 모재의 표면에서 NiAl₃, 및 Ni₂Al₃가 나타나게 된다.

이러한 팩 세멘테이션의 조건은 모재의 종류와 사용환경 등에 따라 다양하게 변형하여 적용할 수 있다.

Al 확산코팅 공정 후에는, 1,050℃에서 2~6시간 동안 불활성 가스나 진공 분위기에서 열처리를 행하며, 이 후, 모재의 응력을 제거하고, 코팅층에 인성을 부여하기 위해 시효열처리를 행할 수 있다.

본 발명에서는 이렇게 내열 초합금 모재에 알루미늄 확산 코팅을 하기 전에 팔라듐 및 플라티늄 도금을 행함에 따라 알루미늄 확산 코팅층이 반복되는 열응력 하에서도 박리되지 않을 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 실시예들과 비교예를 설명한다.

<실시예>

내열성 초합금 모재로서, Ni기 초합금인 Inconel 738LC를 사용하였다. 이 Inconel 738LC의 화학적 조성은 하기 표 1과 같다.

성분	Ni	Cr	Co	Ti	Al	W	Mo	Ta	C	S	Fe	Nb
비율(wt%)	잔량	16	8.5	3.5	3.5	2.6	1.75	1.75	0.17	-	-	0.9

이 모재를 10mmΦ × 1.8mm의 원통형 시편으로 가공한 후에, SiC연마지 #2000 연마한 후, 아세톤으로 3분간 초음파 세척을 하여 이물질을 제거 하였다.

모재의 표면에서 부동태 피막이 Ni피복의 밀착성을 나쁘게 하는 것을 막기 위하여, 이 시편의 표면에 Ni strike(Nickel chloride 20g/ℓ, Sulfuric Acid 30wt%) 처리를 DC Power Supply(Voltage 8V, 산화 30초, 환원30초)로 한 후, Ni(설파인산니켈 농축액(60%) 500㎖/ℓ, 브롬화 니켈(8wt%) 120㎖/ℓ, 붕산(H3BO3) 45g/ℓ, Nickel Sulfamate Controller(147) 4㎖/ℓ, Nickel Sulfamate Controller(148) 2㎖/ℓ, AP-A 3㎖/ℓ) 도금을 DC Power Supply( Current 0.01A/cm2, 13분 30초)로 50℃에서 2㎛로 하였다. 도금한 시편에 팔라듐(ALPADIN300 5g/ℓ)을 DC Power Supply(Current 0.01A/cm², 12분 30초)로 55℃에서 3㎛ 도금한 후, 플라티늄(Platin K 6g/ℓ)을 DC Power Supply(Current 0.01A/cm², 2시간 30분)로 30℃에서 6㎛ 도금하였다. 다음으로, 이 시편을 Pack cementation 방법에 의하여 알루미늄(Al) 확산 코팅을 하였다. 알루미늄(Al) 확산 코팅은 Pack에 충진제(Al₂O₃82wt%), 활성제(NH₄Cl 3wt%), 코팅분말(Ni₃Al 15wt%)를 장입한 후, Rolling type의 Milling machine으로 약 24시간 이상 혼합하고 Pack을 관상로내에 위치시킨 후, Ar분위기, 1,034℃, 승온속도 11.5℃/min로 5시간 동안 열처리 하였다. 그 다음 로냉 후, 아세톤용액으로 30초 동안 초음파세척을 하였다.

<비교예 1>

위 실시예와 동일하게 표1과 같은 조성을 갖는 내열 초합금 모재를 10mmΦ × 1.8mm로 가공하여 시편을 만든 후에, SiC연마지 #2000 연마 후, 아세톤으로 3분간 초음파 세척을 하였다. 이 모재에 Ni strike(Nickel chloride 20g/ℓ, Sulfuric Acid 30wt%) 처리를 DC Power Supply(Voltage 8V, 산화 30초, 환원30초)로 한 후, Ni(설파인산니켈 농축액(60%) 500㎖/ℓ, 브롬화 니켈(8wt%) 120㎖/ℓ, 붕산(H₃BO₃) 45g/ℓ, Nickel Sulfamate Controller(147) 4㎖/ℓ, Nickel Sulfamate Controller(148) 2㎖/ℓ, AP-A 3㎖/ℓ) 도금을 DC Power Supply( Current 0.01A/cm², 13분 30초)로 50℃에서 2㎛로 하였다. 도금된 시편을 플라티늄(Platin K 6g/ℓ)으로 DC Power Supply(Current 0.01A/cm², 5시간)로 30℃에서 도금 하였다. 도금한 시편을 Pack cementation에 의한 알루미늄(Al) 확산 코팅을 하였다. 알루미늄(Al) 확산 코팅은 Pack에 충진제(Al₂O₃82wt%), 활성제(NH₄Cl 3wt%), 코팅분말(Ni₃Al 15wt%)를 장입한 후, Rolling type의 Milling machine으로 약 24시간 이상 혼합하고 Pack을 관상로내에 위치시킨 후, Ar분위기, 1,034℃, 승온속도 11.5℃/min로 5시간 동안 열처리하였다. 그리고, 로냉 후, 아세톤용액으로 30초 동안 초음파세척을 하였다.

<비교예 2>

위 실시예 및 비교예1과 동일한 내열 초합금 모재를 10mmΦ × 1.8mm로 가공하여 시편을 형성한 후에, SiC연마지 #2000 연마 후, 아세톤으로 3분간 초음파 세척을 하였다. 이 모재에 Ni strike(Nickel chloride 20g/ℓ, Sulfuric Acid 30wt%) 처리를 DC Power Supply(Voltage 8V, 산화 30초, 환원30초)로 한 후, Ni(설파인산니켈 농축액(60%) 500㎖/ℓ, 브롬화 니켈(8wt%) 120㎖/ℓ, 붕산(H₃BO₃) 45g/ℓ, Nickel Sulfamate Controller(147) 4㎖/ℓ, Nickel Sulfamate Controller(148) 2㎖/ℓ, AP-A 3㎖/ℓ) 도금을 DC Power Supply( Current 0.01A/cm², 13분 30초)로 50℃에서 2㎛로 하였다. 도금된 시편을 팔라듐(ALPADIN300 5g/ℓ)에서 DC Power Supply(Current 0.01A/cm², 25분)로 55℃에서 도금하였다. 그리고, 이 도금한 시편을 Pack cementation에 의한 알루미늄(Al) 확산 코팅을 하였다. 알루미늄(Al) 확산 코팅은 Pack에 충진제(Al₂O₃82wt%), 활성제(NH₄Cl 3wt%), 코팅분말(Ni₃Al 15wt%)를 장입한 후, Rolling type의 Milling machine으로 약 24시간 이상 혼합하고 Pack을 관상로내에 위치시킨 후, Ar분위기, 1,034℃, 승온속도 11.5℃/min로 5시간 동안 열처리 하였다. 로냉 후, 아세톤용액으로 30초 동안 초음파세척을 하였다.

위 실시예에서, 팔라듐(Pd)과 플라티늄(Pt)을 layer by layer로 도금한 후, 도금한 시편의 단면을 SEM 사진을 통해 관찰한 결과를 보면 도1과 같이 플라티늄(Pt)과 팔라듐(Pd)이 약6:4두께 비율로 도금된 것을 확인할 수 있다. 이러한 시편에 알루미늄 확산 코팅을 하면, 도 2a의 단면 SEM 사진에서 볼 수 있는 바와 같은 40~50㎛정도의 코팅층이 형성되었음을 알 수 있다. 그리고, 코팅층의 두께가 증가하였으며 중간층인 NiAl이 늘어났음을 확인할 수 있었다. 그리고, 도 2b의 XRD 분석결과에서는 PtAl₂가 지배적으로 관찰 되었다.

이 시편으로 1,050℃의 공기 중에서 약 24시간동안 등온 산화실험을 한 결과, 도 3a의 SEM 사진과 같이, 조밀함을 보였고, 도 3b의 XRD의 분석결과 Al₂O₃가 지배적으로 검출 되었다.

한편, 비교예1의 경우, 알루미늄(Al) 확산 코팅을 거친 시편의 단면 SEM과 XRD의 분석을 보면, 도4a 및 도 4b에서 볼 수 있는 바와 같이, 단면 SEM 관찰에서는 40~50㎛정도의 코팅층이 형성 되었고, 최상층에는 PtAl₂이 중간층에는 NiAl이 형성된 것을 확인 할 수 있었으며, XRD 분석결과 PtAl₂가 지배적으로 검출되었다.

이 비교예1의 시편으로, 1,050℃의 공기중에서 약 24시간동안 등온 산화실험을 한 결과, 도5a 및 도 5b와 같이, SEM 관찰에서는 플라티늄(Pt)과 팔라듐(Pd)을 layer by layer로 도금한 후 알루미늄(Al)을 확산 코팅한 실시예의 시편보다 치밀성이 떨어졌으며, XRD의 분석결과 Al₂O₃가 지배적으로 검출되었다.

비교예2의 경우, 알루미늄(Al) 확산 코팅을 거친 시편의 단면 SEM과 XRD의 분석을 보면, 도6a 및 도 6b에서 볼 수 있는 바와 같이, SEM 관찰에서는 40~50㎛정도의 코팅층이 관찰되었으며, 단일상으로 나타났고 최상층은 Pd-rich상인 β-Pd(Ni)Al이, 중간층에는 Ni-rich상인 β-Ni(Pd)Al이 형성됨을 확인 할 수 있다.

이 비교예2의 시편으로, 1,050℃의 공기중에서 약 24시간동안 등온 산화실험을 한 결과 도7a 및 도 7b에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예의 시편 뿐만 아니라, 플라티늄(Pt)을 도금한 후, 알루미늄(Al) 확산 코팅한 비교예1의 시편보다 치밀성이 떨어지는 표면을 확인할 수 있다. XRD의 분석결과 Al₂O₃가 지배적으로 검출 되었다.

도 8은 위 실시예와 비교예1,2에 대해 등온산화실험을 한 분석결과의 그래프로서, 1,050℃의 공기 중에서 약 24시간동안 행한 등온 산화실험에서 시간당 무게 변화량의 추이를 나타낸 것이다.

도 8을 참조하여 볼 때, 비교예1의 시편(Pt-modified)은, 실시예에 따른 시편(Pt/Pd-modified)에 비해 약간의 무게가 증가함을 나타내고, 산화성은 약간 높은 것으로 확인되었다.

그리고, 비교예2의 시편(Pd-modified)은, 실시예에 따른 시편(Pt/Pd-modified)보다 산화성도 높으며, 무게변화도 큰 것으로 확인된다.

결국, 실시예에 따른 시편(Pt/Pd-modified)이, 비교예2의 시편(Pd-modified)보다 더 안정한 양상을 보였으며, 산화성이 비교예1의 시편(Pt-modified) 및 비교예2의 시편(Pd-modified)보다 더 낮음을 확인 할 수 있다.

한편, 산화막 밀착성을 평가하기 위한 순환산화실험을 각 시편들에 대해 1200℃에서, 200순환주기(시간)로 수행하였으며, 이 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9에서 볼 수 있듯이, 순환산화실험은 실시예의 시편, 및 비교예1,2의 시편에 더하여, 모재에 아무런 처리도 하지 않은 시편(Inconel738LC)과, 모재에 알루미늄 확산 코팅만을 행한 시편(Aluminide)에도 더 행하였으며, 도 9는 200순환주기(시간)동안 순환주기에 따른 무게 변화량의 추이를 나타낸 것이다.

도9를 참조하면, 실시예에 따른 시편(Pt/Pd-modified)은 처음 수-사이클에서는 큰 변화 없는 양상을 보이다가, 약 100 사이클 이상에서는 시편의 무게가 약간 감소하지만, 다른 시편들에 비해서는 미세한 무게 감소를 나타내는 것을 확인 할 수 있다.

그리고, 비교예1에 따른 시편(Pt-modified)은 처음 수-사이클에서는 실시예에 따른 시편(Pt/Pd-modified)과, 거의 비슷한 양상을 보이며 산화가 진행되어, 약 100사이클까지 별다른 무게 감소가 관찰되지 않았으나, 그 이후에는 실시예에 따른 시편(Pt/Pd-modified)에 비해 무게 감소가 심해지는 것을 알 수 있다.

비교예2에 따른 시편(Pd-modified)은 약 20 사이클까지는 일정하게 유지되지만, 그 이상에서는 산화가 진행되어 무게가 급격하게 감소됨을 알 수 있다.

결국, 도 9의 그래프에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 시편(Pt/Pd-modified)이 장시간 고온환경에서 사용되어도, 그 표면층의 박리가 잘 일어나지 않는 것으로 볼 수 있다. 이러한 사실은 도 10a 내지 도 12b에 나타난 실시예 및 비교예1,2의 표면 및 단면 SEM 사진을 통해서도 알 수 있다.

즉, 도 10a에서 보면, 본 발명에 따른 실시예의 시편은 표면이 매우 조밀하고 안정된 것으로 관찰 되었으며, 도 10b의 단면 SEM 사진에서도, 얇고 균일한 TGO 층이 형성된 것을 확인 할 수 있다.

한편, 비교예1의 경우, 도11a의 표면 SEM 사진을 보면, 산화막 표면에서 균열이 발생했음을 관찰 할 수 있고, 도 11b의 단면 SEM 사진을 보면, 위 도 10b의 실시예에 비해 TGO 층이 불균일한 두께로 조금 두껍게 형성되어 있음을 확인할 수 있다.

그리고, 비교예2의 경우에는, 도12a의 표면 SEM 사진에서 볼 수 있듯이, 코팅층이 열화되어 박리되고 모재가 노출된 것을 확인할 수 있으며, 도 12b의 단면 SEM 사진을 보면, 도 10b의 실시예 뿐 아니라, 위 도 11b의 비교예1에 비해서도 TGO 층이 불균일한 두께로 형성되어 있음을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 반복 열응력에 의해서 일어나는 코팅층 의 파손을 최대한 억제할 수 있어, 고온 환경하에서도, 산화 및 부식을 최대한 방지할 수 있고, 기계적 성질 또한 유지할 수 있다.

Claims

내열 초합금 모재에 제1금속을 도금하는 단계;

상기 내열 초합금 모재에 내식성이 강한 제2금속을 도금하는 단계; 및

상기 제1 및 제2금속이 도금된 내열 초합금 모재에 알루미늄을 확산코팅하는 단계;를 포함하고,

상기 제1금속은 상기 제2금속의 열팽창계수값과, 상기 내열 초합금 모재의 열팽창계수값의 사이 값에 대응되는 열팽창계수값을 갖는 것을 특징으로 하는 내열 초합금 재료의 표면처리방법.
내열 초합금 모재에, 제1금속과 내식성이 강한 제2금속과의 합금을 도금하는 단계; 및

상기 제1 및 제2금속이 도금된 내열 초합금 모재에 알루미늄을 확산코팅하는 단계;를 포함하고,

상기 제1금속은 상기 제2금속의 열팽창계수값과, 상기 내열 초합금 모재의 열팽창계수값의 사이 값에 대응되는 열팽창계수값을 갖는 것을 특징으로 하는 내열 초합금 재료의 표면처리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 내열 초합금 모재는 Ni기 초합금이고,

상기 제2금속은 플라티늄(Pt)인 것을 특징으로 하는 내열 초합금 재료의 표면처리방법.
제3항에 있어서,

상기 제1금속은 팔라듐(Pd)인 것을 특징으로 하는 내열 초합금 재료의 표면처리방법.
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