KR100813698B1 - Supersonic nozzle for cold spray coating and method of cold spray coating using the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 초음파 노즐의 개략 단면도, 그리고1 is a schematic cross-sectional view of an ultrasonic nozzle, and
도 2는 본 발명의 실시예1 내지 실시예3 및 비교예1 내지 비교예3에 의해 Al 입자를 저온 분사 코팅하였을 때 노즐 선단에서의 입자 속도를 비교하는 그래프이다.2 is a graph comparing the particle velocity at the tip of the nozzle when Al particles are spray-coated at low temperature according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention.
(부호의 설명)(Explanation of the sign)
A : 노즐 입구(노즐 후단부)의 직경,A: diameter of nozzle inlet (nozzle rear end),
B : 노즐 출구(노즐 선단부)의 직경,B: diameter of nozzle outlet (nozzle tip),
T : 노즐 목의 직경,T: diameter of nozzle neck,
C : 단면감소부의 길이,C is the length of the reduced section,
D : 단면증가부의 길이D: Length of section increase
본 발명은 저온 분사 코팅용 초음속 노즐 및 상기 노즐을 이용한 저온분사 코팅 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분말을 저온에서 고속으로 분사하여 피사체를 코팅할 때 높은 분사속도를 얻기 위한 최적의 형상을 가지는 저온 분사 코팅용 초음속 노즐과 이를 이용한 저온 분사 코팅 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a supersonic nozzle for low temperature spray coating and a low temperature spray coating method using the nozzle. More specifically, the present invention has an optimum shape for obtaining a high spray rate when coating a subject by spraying powder at high speed at high temperature. It relates to a supersonic nozzle for low temperature spray coating and a low temperature spray coating method using the same.
저온 분사 코팅(cold spray coating)이라 함은 코팅할 분말을 분사하여 코팅하는 분사 코팅법 중 하나의 방법이다. 상기 분사코팅법 중 또하나의 주요한 방식으로는 용융 분사 코팅법(간략히 용사코팅법, thermal spray coating)을 들 수 있는데, 상기 용융 분사 코팅법은 코팅할 재료를 미리 고온에서 용융시킨 후 피사체의 표면에 분사하는 방법인데, 용융하여 분사하기 때문에 코팅재가 용이하게 코팅될 수 있다.Cold spray coating is one of spray coating methods for spraying and coating a powder to be coated. Another main method of the spray coating method may be a melt spray coating method (a thermal spray coating method, which is simply a thermal spray coating method). The melt spray coating method is a surface of an object after melting the material to be coated at a high temperature in advance. In the method of spraying on, the coating material can be easily coated because it is melted and sprayed.
따라서, 일반적으로는 상기 용사코팅법이 많이 사용되고 있으나 고온으로 용융시킬 경우 재료가 반응하거나, 고온조직이 형성되어 최종적으로 얻고자 하는 코팅층이 얻어지지 않는 등의 문제가 발생하는 경우에는 상기 용사법은 적용될 수 없다.Therefore, in general, the thermal spray coating method is widely used, but when the melting occurs at a high temperature, the material reacts, or when a problem occurs such that a high temperature structure is formed and a coating layer to be finally obtained cannot be obtained, the thermal spray method is applied. Can't.
그 대안으로 저온 분사 코팅법이 제안되게 되었는데, 상기 저온 분사 코팅법은 용융분사 코팅법과는 달리 재료가 반응하거나 재료의 조직이 변동되지 않는 상온 또는 이와 유사한 온도인 저온 영역에서 코팅될 재료를 분사하여 코팅하는 방법 을 말한다. 그런데, 저온으로 분사 코팅할 경우 분사되는 재료들의 코팅성이 문제가 된다. 즉, 상기 용사코팅법으로 재료를 코팅할 경우에는 재료가 고온으로 용융되어 분사되기 때문에, 재료 상호간은 물론이고 피사체와 재료(코팅재)사이에도 고온 확산 또는 융착되는 현상이 일어나서 피사체의 표면에 견고한 코팅층을 얻을 수 있다.As an alternative, a low temperature spray coating method has been proposed. The low temperature spray coating method, unlike the melt spray coating method, sprays a material to be coated at a low temperature region at room temperature or a similar temperature where the material does not react or the structure of the material does not change. Say how to coat. However, when spray coating at low temperature, the coating property of the sprayed materials becomes a problem. That is, when the material is coated by the thermal spray coating method, since the material is melted and sprayed at a high temperature, a phenomenon of high temperature diffusion or fusion between the materials as well as between the object and the material (coating material) occurs and thus a solid coating layer on the surface of the object. Can be obtained.
그러나, 저온 분사 코팅법에 의할 경우에는 상기 용사 코팅법과는 달리 코팅재의 온도가 저온이므로 코팅재 상호간 또는 피사체와 코팅재 사잉에 고온 확산 또는 융착 등의 현상을 기대하기는 어렵다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 저온 분사 코팅법을 실시할 때에는 코팅재의 속도를 극대화시켜 코팅재의 운동에너지가 코팅재 상호간 또는 피사체와 코팅재 사이의 결합력을 제공할 수 있도록 할 필요가 있다.However, in the case of the low temperature spray coating method, unlike the thermal spray coating method, since the temperature of the coating material is low, it is difficult to expect a phenomenon such as high temperature diffusion or fusion between the coating materials or between the object and the coating material. In order to overcome this problem, when performing the low temperature spray coating method, it is necessary to maximize the speed of the coating material so that the kinetic energy of the coating material can provide a bonding force between the coating materials or between the subject and the coating material.
분사되는 코팅재의 속도를 극대화 시키기 위해서는 코팅재의 분사조건에 대하여 검토할 필요가 있다. 즉, 코팅재는 단독으로 분사되는 것이 아니라, 캐리어 가스에 의해 수송되어 피사체의 표면으로 분사되는데, 높은 캐리어 가스 속도를 얻기 위해서 도 1에 도시한 바와 같이 입구 쪽에서부터 구경이 감소하다가 일정부위부터는 다시 구경이 증가하는 형태의 노즐, 소위 Laval 노즐이라는 초음속 노즐을 이용하여 코팅되는 것이 일반적이다.In order to maximize the speed of the coating material sprayed, it is necessary to examine the spraying conditions of the coating material. That is, the coating material is not sprayed alone, but is transported by the carrier gas and sprayed onto the surface of the subject. In order to obtain a high carrier gas velocity, the aperture decreases from the inlet side as shown in FIG. It is common to coat using this increasing type of nozzle, a supersonic nozzle called the Laval nozzle.
그런데, 지금까지 개발된 초음속 노즐은 대부분이 기체만 분사하는 경우에 대비한 것으로서 본 발명에서 대상으로 하는 저온 분사 코팅법에 사용하기에 최적의 것이라고는 할 수 없는 것이었다. 즉, 통상의 초음속 노즐은 가스만 분사하는 것으로서 통상의 단열 수축 및 단열 팽창을 고려한 초음속 노즐 설계방식을 이용할 경우 원하는 사양을 도출할 수 있는 것이나 본 발명에서 대상으로 하는 저온 분사 코팅시에는 고상의 입자가 노즐을 통하여 분사되기 때문에 간단한 열역학적인 계산만으로는 가능하지 않으며, 따라서 현재까지는 적정화된 노즐 형태가 도출된 적은 없었다.However, the supersonic nozzles developed so far are prepared for the case where most of them are only gas spraying, which is not optimal for use in the low temperature spray coating method of the present invention. In other words, the conventional supersonic nozzle is only spraying gas, it is possible to derive the desired specifications when using the supersonic nozzle design method in consideration of the normal thermal contraction and thermal expansion, but in the low-temperature spray coating targeted in the present invention, the solid particles Is injected through the nozzle, so simple thermodynamic calculations are not possible, and thus, no suitable nozzle shape has been derived so far.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고상의 입자를 저온에서 분사 코팅할 수 있는 적절한 노즐 형상과 이를 이용하여 저온 분사 코팅하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a suitable nozzle shape capable of spray coating the solid particles at a low temperature, and a method for low temperature spray coating using the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한가지 태양으로서 저온 분사 코팅용 노즐은 단면감소부, 노즐 목 및 단면증가부를 포함하는 저온 분사 코팅용 초음속 노즐로서, 하기 단면증가율이 0.028~0.03인 것을 특징으로 한다.One embodiment of the present invention for achieving the above object is a low-temperature spray coating nozzle is a supersonic nozzle for low-temperature spray coating comprising a cross-sectional reduction portion, a nozzle neck and a cross-sectional increase portion, characterized in that the cross-sectional growth rate is 0.028 ~ 0.03 .
단면증가율 = 팽창비/DSection growth rate = expansion ratio / D
여기서, 팽창비는 코팅재가 분사되는 노즐 선단부(노즐 출구)의 직경/노즐 목의 직경, D는 노즐 단면적이 증가하는 부위의 길이를 의미한다.Here, the expansion ratio is the diameter of the nozzle tip (nozzle outlet) / nozzle neck to which the coating material is sprayed, D means the length of the portion where the nozzle cross-sectional area is increased.
이때, 상기 팽창비는 6.25~6.43인 것이 바람직하다.At this time, the expansion ratio is preferably 6.25 ~ 6.63.
그리고, 상기 단면증가부의 길이는 210~225mm인 것이 효과적이다.And, it is effective that the length of the cross-section is 210 ~ 225mm.
또한, 상기 노즐의 단면감소부의 길이가 27~37mm이고 압축비가 9~9.5인 것이 바람직하다.(여기서, 압축비는 노즐 후단부(노즐 입구)의 직경/노즐 목의 직경을 의미한다.)In addition, it is preferable that the length of the cross-sectional reduction portion of the nozzle is 27 to 37 mm and the compression ratio is 9 to 9.5. Here, the compression ratio means the diameter of the nozzle rear end (nozzle inlet) / the diameter of the nozzle neck.
본 발명의 또다른 한가지 태양인 저온 분사 코팅 방법은, 단면감소부, 노즐 목 및 단면증가부를 포함하는 저온 분사 코팅용 초음속 노즐로서, 상기 관계식 3에 따른 단면증가율이 0.028~0.03인 노즐을 준비하는 단계; 및 상기 노즐을 이용하여 가스 유량 0.07 ~0.09 l/sec 로 코팅재와 함께 분사하는 단계를 포함한다.Another embodiment of the present invention, the low temperature spray coating method, a supersonic nozzle for low temperature spray coating including a cross section reducing unit, a nozzle neck, and a cross section increasing unit, preparing a nozzle having a cross section increase rate of 0.028 to 0.03 according to Equation 3 above. ; And spraying with the coating material at a gas flow rate of 0.07 to 0.09 l / sec using the nozzle.
이때, 분사시 압력은 2.0~3.0MPa로 유지하는 것이 바람직하다.At this time, the pressure at the time of injection is preferably maintained at 2.0 ~ 3.0MPa.
그리고, 분사시 분사 가스의 온도를 300~500℃로 유지하는 것이 좋다.And it is good to maintain the temperature of injection gas at 300-500 degreeC at the time of injection.
또한, 노즐 선단부와 피사체 사이의 거리는 41~50mm 인 것이 효과적이다.In addition, it is effective that the distance between the tip of the nozzle and the subject is 41 to 50 mm.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 발명자들은 상기 코팅재가 피사체 표면으로 저온에서 분사되어 코팅될 수 있도록 하기 위해서는, 가급적 높은 속도로 분사되어야 할 필요가 있다는 사실을 알 수 있었다. The inventors of the present invention have found that the coating material needs to be sprayed at a high speed as much as possible so that the coating material can be sprayed and coated at a low temperature on the object surface.
이때, 높은 분사속도를 얻기 위해서는 노즐 형상 중 특히 노즐 목(throat, 직경이 감소하다가 증가하는 초음속 노즐의 형상 중 직경이 가장 작은 좁은 부위를 의미함)의 직경 대비 노즐 팽창부의 최대 직경(즉, 출구의 직경)의 비율을 의미하는 팽창비(Expansion Ratio, 간단히 ER)가 미치는 영향이 지대하다는 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다. In this case, in order to obtain a high injection speed, the maximum diameter of the nozzle inflated portion (ie, the outlet of the nozzle neck) is smaller than the diameter of the nozzle throat, which is the smallest diameter among the shapes of the supersonic nozzle which decreases in diameter and increases. It was found that the influence of the expansion ratio (simplified ER), which means the ratio of the diameter), was enormous and led to the present invention.
다시 말하면, 분사시 캐리어 가스는 입구에서 노즐 목까지는 점차적인 단열 수축 과정을 경험하다가 노즐 목에서 입구까지는 급격한 단열 팽창 과정을 겪게 된다. 상기 단열 팽창과정에서 가스의 부피 팽창은 매우 급격해지며 그 결과 노즐 선단에서의 속도가 경우에 따라서는 초음속에까지 이르게 되는 것이다. 이때, 상기 가스의 팽창 정도는 노즐목과 노즐 입구 사이의 직경비에 의해 결정될 수 있는데, 이를 노즐의 팽창비라 하며 이를 적절한 범위로 제어할 경우 동일한 조건에서 높은 입자분사속도를 얻을 수 있는 것이다.In other words, during injection, the carrier gas undergoes a gradual adiabatic shrinkage process from the inlet to the nozzle neck and then undergoes a rapid adiabatic expansion process from the nozzle neck to the inlet. In the adiabatic expansion process, the volumetric expansion of the gas becomes very rapid, and as a result, the velocity at the tip of the nozzle sometimes reaches supersonic speed. At this time, the degree of expansion of the gas can be determined by the ratio of the diameter between the nozzle neck and the nozzle inlet, this is called the expansion ratio of the nozzle and when it is controlled to an appropriate range it is possible to obtain a high particle injection rate under the same conditions.
이를 위해서는 우선 노즐내부에서 일어나는 가스의 열역학적인 거동을 이해할 필요가 있는데, 이를 위하여 순수한 가스를 이용하여 상기 노즐의 팽창비를 이용할 경우 하기 관계식 1에 의해 그 속도 변화를 판단할 수 있다.To this end, first, it is necessary to understand the thermodynamic behavior of the gas occurring inside the nozzle. For this purpose, when using the expansion ratio of the nozzle using pure gas, the velocity change can be determined by the following Equation 1.
[관계식 1][Relationship 1]
단, 여기서 A는 노즐의 단면적, u는 가스의 선속도, 가스 흐름방향의 좌표, M은 마하(Mach) 수로서 u/a로 표시되며, 이때 a는 음속을 의미한다.Where A is the cross-sectional area of the nozzle, u is the linear velocity of the gas, coordinates of the gas flow direction, and M is the Mach number, expressed as u / a, where a is the sound velocity.
상기 관계식 1로부터 판단할 수 있듯이 초음속 영역(M>1)에서는 가스의 진행방향에 따라 단면이 증가(즉, dA/dx > 0)할 때 속도도 증가(du/dx >0)하게 된다는 것을 알 수 있다. 그러나, 단면의 증가율(dA/dx)가 과다하게 클 경우에는 상기 관계식 1이 적용될 수 없다. 이는 가스 흐름에 충격파(shock wave)가 발생하기 때문이다. 따라서, 상기 단면 증가율에는 어느 정도 제한이 따르게 된다.As can be seen from Equation 1, it can be seen that in the supersonic region (M> 1), the velocity also increases (du / dx> 0) when the cross section increases (ie, dA / dx> 0) according to the gas traveling direction. Can be. However, when the increase rate dA / dx of the cross section is excessively large, the above relational expression 1 cannot be applied. This is because shock waves occur in the gas flow. Therefore, the cross-sectional increase rate is somewhat limited.
또한, 분말 형태로 가스에 의해 운송되어 노즐로부터 분사되는 코팅재는 이송되는 가스의 속도에 의해 그 속도가 결정되는데, 일반적으로 단면적이 증가하는 형태의 입구를 가지는 노즐로부터 분사될 경우에는 가스의 노즐 선단 속도보다 약 간 낮은 속도를 가지게 된다.In addition, the coating material transported by the gas in the form of powder and sprayed from the nozzle is determined by the speed of the gas to be transported, and in general, when sprayed from a nozzle having an inlet having an increased cross-sectional area, the tip of the nozzle of the gas It will be slightly lower than speed.
그러나, 이후 노즐 밖으로 토출된 가스는 주위의 압력이나 가스 밀도 등의 조건에 의해 충격파를 발생하게 되고 상기 충격파에 의해 가스의 운동에너지는 감소하게 된다. 따라서, 노즐 밖으로 토출된 가스는 그 속도가 감소하는 것이 일반적이다. 그러나, 가스보다 밀도가 높은 코팅재는 높은 밀도로 인하여 관성력이 가스보다 크고 그 결과 가스 상에 충격파가 어느 정도 발생되어도 코팅재의 초기 속도가 높다면 피사체에 도달하는 코팅재 속도의 감소량이 크지 않고 충분하게 될 수도 있다.However, the gas discharged out of the nozzle subsequently generates shock waves under conditions such as ambient pressure and gas density, and the kinetic energy of the gas is reduced by the shock waves. Therefore, the gas discharged out of the nozzle generally decreases in speed. However, if the coating material is denser than gas, the inertia force is higher than the gas due to the high density, and as a result, if the initial velocity of the coating material is high even if some shock wave is generated in the gas, the amount of reduction in the coating material speed to reach the subject may not be large. It may be.
따라서, 단순히 노즐로부터 분사되는 가스상의 속도와 분사된 가스상에 발생하는 충격파의 크기를 판단하더라도 노즐로부터 분사되는 코팅재의 적절한 속도를 예측하는 것은 어려운 일이다.Therefore, it is difficult to predict the proper speed of the coating material sprayed from the nozzle even by simply determining the velocity of the gas phase sprayed from the nozzle and the magnitude of the shock wave generated in the sprayed gas phase.
본 발명의 발명자들은 수회에 걸친 수치 모사 시험에 따라 상기 노즐로부터 가스의 선속이 아니라 피사체에 도달하는 코팅재의 선속이 가장 높게 유지되는 바람직한 조건에 대하여 검토한 결과 상술하였듯이, 하기 관계식 2에 의한 단면증가율이 0.028 내지 0.03인 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있었다.The inventors of the present invention have examined the preferable conditions under which the flux of the coating material reaching the subject is not the flux of the gas from the nozzle according to the numerical simulation test for several times, as described above. It was confirmed that it is preferable that it is 0.028-0.03.
[관계식 2][Relationship 2]
단면증가율 = 팽창비/DSection growth rate = expansion ratio / D
여기서, 팽창비는 노즐 선단부의 직경/노즐 목의 직경, D는 도 1의 노즐 단면적이 증가하는 부위의 길이를 의미한다.Here, the expansion ratio is the diameter of the nozzle tip / diameter of the nozzle neck, D means the length of the portion where the nozzle cross-sectional area of Figure 1 increases.
상기 단면증가율이 0.028 미만인 경우에는 노즐 선단의 가스의 선속도가 너무 낮아서 상기 가스에 의해 이송되는 코팅재의 속도도 충분하지 못하기 때문에 바람직하지 못하고, 반대로 상기 단면증가율이 0.03를 초과할 경우에는 노즐로부터 배출된 가스의 충격파에 의한 속도감소량이 너무 커서 코팅재의 속도까지 감소시킬 정도이므로 바람직하지 못하다.If the cross-sectional growth rate is less than 0.028, it is not preferable because the linear velocity of the gas at the tip of the nozzle is so low that the speed of the coating material conveyed by the gas is not sufficient. It is not preferable because the amount of speed reduction due to the shock wave of the discharged gas is so large that it reduces to the speed of the coating material.
물론, 저온 분사 코팅에 사용되는 코팅재의 유량은 특별히 제한되지 않으므로 상기한 노즐 설계 조건을 사용할 경우에는 최대의 속도로 코팅재를 저온 분사 코팅할 수 있다. 그러나, 보다 바람직한 노즐 설계를 위해서 일반적으로 사용되는 코팅재의 분사 유량(0.13~0.16g/sec)을 감안하면 하기 관계식 3과 같이 노즐 목의 직경과 분사유량과의 관계를 적합한 범위내로 제한할 수 있다.Of course, the flow rate of the coating material used in the low temperature spray coating is not particularly limited, so when using the nozzle design conditions described above, the low temperature spray coating of the coating material at the maximum speed. However, considering the injection flow rate (0.13 to 0.16 g / sec) of the coating material generally used for a more preferable nozzle design, the relationship between the diameter of the nozzle neck and the injection flow rate can be limited to an appropriate range as shown in the following equation (3). .
[관계식 3][Relationship 3]
20.76 ≤ 노즐목 직경(mm) / 분사유량(g/sec) ≤ 3020.76 ≤ nozzle neck diameter (mm) / spray flow rate (g / sec) ≤ 30
상기 관계식 3에 기재된 비율이 20.76(mm·sec/g) 미만일 경우에는 코팅재로 인하여 노즐 목 부위에서 가스 흐름이 교란되고 그 결과 충분한 선속도를 얻기 곤란하며, 상기 관계시 3의 비율이 30(mm·sec/g)를 초과할 경우에는 과다한 유량의 가스를 흘려야 하므로 저온 분사 코팅법에 적당하지 않다.When the ratio described in relation 3 is less than 20.76 (mmsec / g), the gas flow is disturbed at the nozzle neck due to the coating material, and as a result, it is difficult to obtain a sufficient linear velocity. If it exceeds the sec / g), it is not suitable for the low temperature spray coating method because an excessive flow of gas must be flowed.
또한, 사용되는 코팅재의 크기와 밀도 및 통상 저온 분사 코팅 등에 사용되는 유량 등을 고려할 경우에는 가장 바람직한 팽창비는 6.25 ~ 6.43이며 가장 바람직한 단면 증가부의 길이(D)는 210~225mm 이다.In addition, in consideration of the size and density of the coating material used, and the flow rate used in the low temperature spray coating, etc., the most preferable expansion ratio is 6.25-6.43 and the length D of the most preferable cross-section is 210-225 mm.
상기와 같은 본 발명의 바람직한 분사조건하에서 입자의 속도를 보다 높이기 위해서는 분사 압력을 2.0~3.0MPa로 조절하는 것이 바람직하다. 만일 상기 분사압력이 2.0MPa 미만일 경우에는 코팅재 입자에 대한 추진력이 부족하여 저온분사코팅에 부적합하며, 반대로 상기 분사압력이 3.0MPa를 초과할 경우에는 경제성이 떨어져 불리하다.In order to increase the velocity of the particles under the preferred spraying conditions of the present invention as described above, it is preferable to adjust the spraying pressure to 2.0 to 3.0 MPa. If the injection pressure is less than 2.0MPa, the driving force for the coating particles is insufficient to be suitable for low temperature spray coating, on the contrary, when the injection pressure exceeds 3.0MPa, it is disadvantageous in economic efficiency.
또한, 코팅재를 분사할 때의 분사 가스의 온도는 300~500℃인 것이 바람직하다. 상기 분사온도가 300℃ 미만일 경우에는 코팅재의 소성변형이 충분하지 못하여 피사체 표면에 충분한 강도로 코팅되기 어려우며, 500℃를 초과할 경우에는 코팅재가 용융되거나 조직이 변하는 등의 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 못하다.Moreover, it is preferable that the temperature of the injection gas at the time of injecting a coating material is 300-500 degreeC. When the spraying temperature is less than 300 ℃, the plastic deformation of the coating material is not enough to be coated with sufficient strength on the subject surface, if the spray temperature exceeds 500 ℃ may cause problems such as melting of the coating material or tissue changes, etc. Can not do it.
또한, 본 발명에 따른 노즐 형태하에서 상기 분사압력과 가스온도를 충족시 킬 수 있는 바람직한 가스 유량은 0.07~0.09l/sec 이다.In addition, the preferred gas flow rate that can satisfy the injection pressure and the gas temperature in the nozzle form according to the present invention is 0.07 ~ 0.09l / sec.
또한, 상기 도 1에서 나타낸 단면감소부의 길이(C)와 단면 감소부의 압축비(노즐 입구의 직경과 노즐목의 직경의 비율)에 따른 영향은 상기 단면증가부의 단면증가율에 비해서는 그 영향이 크지 않으나 상기 단면감소부의 길이(C)를 27~37mm, 압축비를 9~9.5로 하는 것이 높은 분사속도를 위해 보다 바람직하다.In addition, the influence of the length (C) of the cross-sectional reduction portion and the compression ratio (the ratio of the diameter of the nozzle inlet to the diameter of the nozzle neck) shown in FIG. 1 is not much larger than the cross-sectional growth rate of the cross-section increase portion. It is more preferable for the high injection speed that the length C of the cross-sectional reduction part is 27 to 37 mm and the compression ratio is 9 to 9.5.
따라서, 상술한 본 발명의 바람직한 형태의 노즐을 사용할 경우에는 입자 속도가 최대로 되는 분사 노즐을 얻을 수 있다.Therefore, when using the nozzle of the preferable aspect of this invention mentioned above, the injection nozzle in which particle velocity becomes the maximum can be obtained.
또한, 상기 바람직한 형태의 노즐을 포함하는 저온 분사시스템은 상기 노즐과 상기 노즐의 전방에 위치하고 코팅된 부분의 표면이 상기 노즐의 분사방향에 대하여 실질적으로 수직인 코팅면을 가지는 피사체로 구성되는 저온 분사 시스템으로서 상기 노즐의 선단에서부터 피사체까지의 거리가 41~50mm인 것을 특징으로 한다. 상기 피사체까지의 거리가 41mm 미만일 경우에는 노즐과 피사체까지의 거리가 너무 짧아 노즐로부터 분사되는 가스의 유동이 교란되어 분사되는 코팅재의 분사속도와 분사방향에 영향을 미칠 수 있기 때문에 바람직하지 않으며, 반대로 피사체까지의 거리가 50mm를 초과할 경우에는 코팅재의 속도가 거리에 따라 감소하기 때문에 피사체에 도달한 코팅재가 코팅되기에 충분하지 못한 속도를 가지고 있을 수 있으므로 바람직하지 않다.In addition, the low temperature spraying system including the nozzle of the preferred form has a low temperature spraying comprising the nozzle and a subject having a coating surface positioned in front of the nozzle and having a coating surface substantially perpendicular to the spraying direction of the nozzle. The system is characterized in that the distance from the tip of the nozzle to the subject is 41 ~ 50mm. If the distance to the subject is less than 41 mm, the distance between the nozzle and the subject is too short, which is not preferable because the flow of gas injected from the nozzle may be disturbed and affect the spraying speed and the spraying direction of the coating material. If the distance to the subject exceeds 50mm, since the speed of the coating material decreases with distance, the coating material that reaches the subject may not have sufficient speed to be coated, which is not preferable.
이하, 실시예를 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 다만, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 의해 제한되는 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니며, 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 해석되는 사항에 의해 정해지는 것이기 때문이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, it should be noted that the scope of the present invention is not limited by the following examples. The following examples are only for illustrating the present invention, not intended to limit the scope of the present invention, the scope of the present invention is defined by the matters described in the claims and matters reasonably interpreted therefrom. to be.
(실시예)(Example)
하기 표 1에 기재한 조건으로 노즐을 설계하고 그 형태를 모사하여 수치 모사 실험을 행하였다. 모든 경우의 가스 유량은 0.08 l/sec로 정하였고 코팅재 분사 속도는 조건에 따라 약간씩 달라지지만 0.13~0.16 g/sec로 하였다. 가스 압력과 온도는 각각 2.5MPa 및 327℃로 통일하여 사용하였다.A nozzle was designed under the conditions shown in Table 1 below, and the numerical simulation experiment was conducted by simulating its form. In all cases, the gas flow rate was set at 0.08 l / sec, and the coating material spraying rate was 0.13-0.16 g / sec, depending on the conditions. The gas pressure and temperature were used uniformly at 2.5 MPa and 327 ° C, respectively.
상기 표 1에서 알 수 있듯이, 실시예1 내지 실시예3은 본 발명의 단면증가율 범위를 충족하는 것인 반면, 비교예1은 단면증가율이 0.0199로서 본 발명의 단면증가율보다 낮은 값을 나타내고, 비교예2는 단면증가율이 0.0400로서 본 발명에서 규정하는 단면증가율 범위를 초과하는 경우를 나타낸다. 또한, 비교예3은 단면증가율은 본 발명에서 규정하는 범위를 만족하나 팽창비가 6.10로서 본 발명에서 규정하는 범위보다 작은 경우를 나타낸다.As can be seen in Table 1, Examples 1 to 3 satisfy the range of cross-sectional growth rate of the present invention, while Comparative Example 1 shows a value of 0.0199, which is lower than the cross-sectional growth rate of the present invention. Example 2 shows the case where the section growth rate is 0.0400 and exceeds the range of the section growth rate prescribed | regulated by this invention. In addition, Comparative Example 3 shows a case where the cross-sectional growth rate satisfies the range specified in the present invention but the expansion ratio is 6.10, which is smaller than the range defined by the present invention.
상기, 표 1의 조건으로 평균직경 15㎛인 Al 입자를 분사하는 경우의 분사속도를 도 2에 나타내었다.The injection speed in the case of spraying Al particles having an average diameter of 15 μm under the conditions of Table 1 is shown in FIG. 2.
도 2의 결과로부터 알 수 있듯이 본 발명에서 규정하는 조건으로 Al 입자를 분사한 경우인 실시예1 내지 실시예3의 경우에서는 각 입자의 속도가 모두 739m/sec 이상으로 나타난 반면, 비교예1, 비교예2 및 비교예3에서는 각각 709m/sec, 718m/sec 및 734m/sec으로서 실시예보다 Al 입자를 저온 분사 코팅 효율이 떨어지는 결과를 나타내고 있었다.As can be seen from the results of Figure 2 in the case of Example 1 to Example 3, which is the case of spraying Al particles under the conditions specified in the present invention, the velocity of each particle is all expressed as 739m / sec or more, Comparative Example 1, In Comparative Example 2 and Comparative Example 3, 709 m / sec, 718 m / sec, and 734 m / sec, respectively, showed the result that the low-temperature spray coating efficiency of Al particles was lower than that of the example.
따라서, 본 발명의 효과를 확인할 수 있었다.Therefore, the effect of this invention was confirmed.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의할 경우에는 고상의 입자를 저온에서 분사 코팅할 수 있는 적절한 노즐 형상을 제공할 뿐만 아이라 상기 노즐을 이용하여 높은 입자속도를 얻을 수 있는 적절한 저온 분사 코팅방법을 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, not only provides a suitable nozzle shape for spray coating the solid particles at a low temperature, but also provides a suitable low temperature spray coating method for obtaining a high particle velocity using the nozzle. can do.
Claims (8)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2006
- 2006-10-12 KR KR1020060099341A patent/KR100813698B1/en not_active IP Right Cessation
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