KR100993310B1 - Method for coating titanium layer using spray and apparatus for coating titanium layer - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A titanium coating method using thermal spraying and a titanium coating device are provided to reduce impurities in a titanium layer using a stable titanium hydrogen compound. CONSTITUTION: A titanium coating method using thermal spraying is as follows. Titanium hydrogen compound powder is prepared(S110). Molten titanium is produced by thermally spraying the titanium hydrogen compound powder using an arc heating source or a plasma heating source(S140). A base material is coated with the molten titanium(S150).

Description

용사를 이용하는 티타늄 코팅 방법 및 티타늄 코팅 장치{Method for coating titanium layer using spray and apparatus for coating titanium layer }Method for coating titanium layer using spray and apparatus for coating titanium layer}

본 발명은 용사를 이용하는 티타늄 코팅 방법 및 티타늄 코팅 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코팅 품질이 향상되는 용사를 이용하는 티타늄 코팅 방법 및 티타늄 코팅 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a titanium coating method and a titanium coating apparatus using a thermal spray, and more particularly, to a titanium coating method and a titanium coating apparatus using a thermal spraying coating quality is improved.

티타늄은 고내식성과 같은 우수한 기계적 특성과, 인체에의 무해성 등과 같은 장점으로 인해 각종 공구나 기계 부품의 재료로서 이용되고 있다. 하지만, 티타늄은 녹는점이 매우 높기 때문에, 티타늄을 이용하여 특정 제품을 제조하는데 어려움이 있다. 특히, 티타늄 분말을 이용하여 성형할 경우, 입자 표면이 대기 중의 산소와 반응하여 산화층을 형성한다. 상기 산화층으로 인하여 순수 티타늄 분말 간의 결합이 곤란해짐에 따라, 생산되는 티타늄 제품의 품질이 악화되는 문제가 있으며, 티타늄을 이용하여 부품을 제조하였을 경우 제품의 단가가 매우 고가인 문제점이 있다.Titanium is used as a material for various tools and machine parts due to its excellent mechanical properties such as high corrosion resistance and harmlessness to human body. However, since titanium has a very high melting point, it is difficult to manufacture a specific product using titanium. In particular, when molded using titanium powder, the particle surface reacts with oxygen in the atmosphere to form an oxide layer. Due to the difficulty in bonding between the pure titanium powder due to the oxide layer, there is a problem that the quality of the titanium product produced is deteriorated, and when the part is manufactured using titanium, the unit price of the product is very expensive.

본 발명은 코팅 품질이 향상되는 용사를 이용하는 티타늄 코팅 방법 및 티타늄 코팅 장치을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a titanium coating method and a titanium coating apparatus using a thermal spraying coating quality is improved.

본 발명은, 티타늄 수소화합물(TiHx) 분말을 준비하는 단계와, 상기 티타늄 수소화합물 분말을 대기 중에서 아크 열원 또는 플라즈마 열원에 의하여 용사하여, 상기 티타늄 수소화합물로부터 수소가 분해되면서 용융된 티타늄을 생성하는 단계와, 상기 용융된 티타늄을 모재 상에 코팅시키는 단계를 포함하고, 상기 티타늄 수소화합물에서, 티타늄(Ti)에 대한 수소(H)의 비율(x)은 0.5 내지 2 인 용사를 이용하는 티타늄 코팅 방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of preparing a titanium hydride (TiHx) powder, and by spraying the titanium hydride powder by an arc heat source or a plasma heat source in the atmosphere, to produce molten titanium while hydrogen is decomposed from the titanium hydride compound And coating the molten titanium on a base material, wherein the ratio (x) of hydrogen (H) to titanium (Ti) is 0.5 to 2 in the titanium hydrogen compound. To provide.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 모재 상에 복수 개의 코팅층들을 형성하는 티타늄 코팅 방법에 있어서, 상기 모재를 준비하는 단계와, 티타늄의 열팽창률과 상기 모재의 열팽창률 사이의 열팽창률을 가지고, 제1티타늄 수소화합물(TiHx)이 일부로서 포함되는 복수의 혼합 분말을 준비하는 단계와, 상기 복수의 혼합 분말 중에서 상기 모재의 열팽창률과 가장 가까운 열팽창률을 가지는 순서대로 혼합 분말을 선택하고, 상기 선택된 혼합 분말을 아크 열원 또는 플라즈마 열원에 의하여 용사하여 상기 혼합 분말로부터 용융 혼합 물질을 생성하고, 상기 용융 혼합 물질을 상기 모재 상에 코팅시키는 과정을 반복하여, 복수의 중간 코팅층들을 형성하는 단계와, 제2티타늄 수소화합물(TiHy) 분말을 준비하는 단계와, 상기 제2티타늄 수소화합물 분말을 대기 중에서 아크 열원 또는 플라즈마 열원에 의하여 용사하여, 상기 제2티타늄 수소화합물로부터 수소가 분해되면서 용융된 티타늄을 생성하는 단계와, 상기 용융된 티타늄을 상기 복수의 중간 코팅층들 상에 코팅시키는 단계를 포함하고, 상기 제1티타늄 수소화합물 및 상기 제2티타늄 수소화합물에서, 티타늄(Ti)에 대한 수소(H)의 비율(x, y)은 0.5 내지 2 인 플라즈마 용사를 이용한 티타늄 코팅 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, in the titanium coating method for forming a plurality of coating layers on the base material, preparing the base material, having a thermal expansion rate between the thermal expansion rate of titanium and the thermal expansion rate of the base material, the first Preparing a plurality of mixed powders containing titanium hydrogen compound (TiHx) as a part, selecting mixed powders in order of having a thermal expansion coefficient closest to that of the base material among the plurality of mixed powders, and selecting the mixed powder Spraying powder with an arc heat source or plasma heat source to produce a molten mixed material from the mixed powder, and coating the molten mixed material on the base material to form a plurality of intermediate coating layers; Preparing a titanium hydride (TiHy) powder; and preparing the second titanium hydride powder in the air. Spraying by an arc heat source or plasma heat source to produce molten titanium as the hydrogen is decomposed from the second titanium hydrogen compound, and coating the molten titanium on the plurality of intermediate coating layers, In the first titanium hydrogen compound and the second titanium hydrogen compound, a ratio (x, y) of hydrogen (H) to titanium (Ti) is 0.5 to 2 to provide a titanium coating method using a plasma spray.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 티타늄 수소화합물(TiHx) 분말을 준비하는 단계와, 기 티타늄 수소화합물 분말을 대기 중에서 아크 용사 또는 플라즈마 용사하여 모재 상에 티타늄 코팅시키는 단계를 포함하고, 상기 티타늄 수소화합물에서, 티타늄(Ti)에 대한 수소(H)의 비율(x)은 0.5 내지 2 인 플라즈마 용사를 이용한 티타늄 코팅 방법을 제공한다.In addition, according to another aspect of the present invention, the present invention, preparing a titanium hydride (TiHx) powder, and the step of titanium coating the titanium hydride powder in the atmosphere by arc spraying or plasma spraying titanium coating on the base material In addition, in the titanium hydrogen compound, the ratio (x) of hydrogen (H) to titanium (Ti) provides a titanium coating method using a plasma spray is 0.5 to 2.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 티타늄 수소화합물(TiHx) 분말을 준비하는 단계와, 상기 티타늄 수소화합물 분말과 첨가 물질의 분말을 대기 중에서 아크 열원 또는 플라즈마 열원에 의하여 용사하여, 상기 티타늄 수소화합물로부터 수소가 분해되면서 용융된 티타늄 혼합물을 생성하는 단계와, 상기 용융된 티타늄 혼합물을 모재 상에 코팅시키는 단계를 포함하고, 상기 티타늄 수소화합물에서, 티타늄(Ti)에 대한 수소(H)의 비율(x)은 0.5 내지 2 인 용사를 이용하는 티타늄 코팅 방법을 제공한다.In addition, according to another aspect of the present invention, the present invention, preparing a titanium hydride (TiHx) powder, and spraying the powder of the titanium hydride powder and the additive material by an arc heat source or plasma heat source in the air And dissolving hydrogen from the titanium hydrogen compound to produce a molten titanium mixture, and coating the molten titanium mixture on a base material. In the titanium hydrogen compound, hydrogen to titanium (Ti) ( The ratio x of H) provides a titanium coating method using a spray of 0.5 to 2.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 플라즈마 또는 아크를 생성하는 열원 생성 모듈과, 대기 중에서 티타늄 수소화합물(TiHx) 분말을 상기 플라즈마 또는 상기 아크의 내부를 통하여 모재 상으로 분사시켜서, 상기 플라즈마 또는 상기 아크에 의하여 상기 티타늄 수소화합물로부터 수소가 분해되면서 용융된 티타늄을 생성하고, 상기 용융된 티타늄을 상기 모재 상에 코팅하는 분말 분사 모듈을 포함하고, 상기 티타늄 수소화합물에서, 티타늄(Ti)에 대한 수소(H)의 비율(x)은 0.5 내지 2 인 티타늄 코팅 장치를 제공한다.In addition, according to another aspect of the present invention, the present invention, the heat source generation module for generating a plasma or arc, and the titanium hydrogen compound (TiHx) powder in the atmosphere by spraying on the base material through the interior of the plasma or the arc And a powder injection module for producing molten titanium while the hydrogen is decomposed from the titanium hydrogen compound by the plasma or the arc, and coating the molten titanium on the base material. The ratio x of hydrogen (H) to Ti) provides a titanium coating device which is between 0.5 and 2.

본 발명에 따른 용사를 이용하는 티타늄 코팅 방법 및 티타늄 코팅 장치에서는, 티타늄(Ti)에 대한 수소(H)의 비율(x)이 0.5 내지 2인 열역학적으로 안정적인 티타늄 수소화합물(TiHx)을 이용하여 플라즈마 또는 아크 용사하기 때문에, 모재에 코팅된 티타늄층 내에 불순물이 크게 감소한다. 따라서, 상기 티타늄층의 코팅 품질이 향상된다. 또한, 상기 티타늄 수소화합물의 티타늄과 대기 중의 산소가 폭발 반응을 일으킬 가능성이 크게 경감된다.In the titanium coating method and the titanium coating apparatus using the thermal spraying according to the present invention, plasma or plasma using a thermodynamically stable titanium hydrogen compound (TiHx) having a ratio (x) of hydrogen (H) to titanium (Ti) is 0.5 to 2. Because of arc spraying, impurities in the titanium layer coated on the base material are greatly reduced. Therefore, the coating quality of the titanium layer is improved. In addition, the possibility of causing an explosion reaction between titanium of the titanium hydrogen compound and atmospheric oxygen is greatly reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 코팅방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 티타늄 코팅 방법을 구현하기 위한 티타늄 코팅 장치의 모식도이다.
도 3은 도 2에 도시된 티타늄 코팅 장치와는 상이한 구조를 가지는 티타늄 코팅 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 티타늄 코팅방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 4의 티타늄 코팅방법에 의하여 코팅된 모재의 상태를 보여주는 개략적인 단면도이다.1 is a flow chart showing a titanium coating method according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a titanium coating apparatus for implementing the titanium coating method shown in FIG.
3 is a schematic cross-sectional view of a titanium coating apparatus having a structure different from that of the titanium coating apparatus illustrated in FIG. 2.
Figure 4 is a flow chart showing a titanium coating method according to another embodiment of the present invention.
5 is a schematic cross-sectional view showing a state of the base material coated by the titanium coating method of FIG.

도 1에 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 코팅 방법의 순서도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 티타늄 수소화합물(TiHx) 분말을 준비한다(S110 단계). 티타늄 분말은 열역학적 안정성이 낮기 때문에, 티타늄 벌크를 볼 밀링(분쇄)하면, 산소, 질소, 탄소와 반응하여, 부산물을 발생한다. 따라서, 티타늄 분말을 효과적으로 분쇄하는 것은 어렵다. 하지만, 상기 티타늄 수소화합물은 열역학적 안정성이 높기 때문에, 상기 티타늄 수소화합물 분말은 티타늄 수소화합물 벌크를 분쇄하여, 제조된다.1 is a flow chart of a titanium coating method according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 1, to prepare a titanium hydrogen compound (TiHx) powder (step S110). Since titanium powders have low thermodynamic stability, ball milling (pulverizing) the titanium bulk reacts with oxygen, nitrogen and carbon to generate by-products. Therefore, it is difficult to grind the titanium powder effectively. However, since the titanium hydride compound has high thermodynamic stability, the titanium hydride powder is prepared by pulverizing the titanium hydride bulk.

상기 티타늄 수소화합물에서, 티타늄(Ti)에 대한 수소(H)의 비율(x)은 0.5 내지 2이다. 또한, 상기 티타늄 수소화합물 분말의 크기는 15㎛ 보다 크고 300㎛ 보다 작다. 이에 대하여는, 나중에 상세하게 설명한다. In the titanium hydrogen compound, the ratio (x) of hydrogen (H) to titanium (Ti) is 0.5 to 2. In addition, the size of the titanium hydrogen compound powder is larger than 15㎛ and smaller than 300㎛. This will be described later in detail.

도 2에 상기 티타늄 코팅 방법을 구현하기 위한 티타늄 코팅 장치(100)의 모식도가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 상기 티타늄 코팅 장치(100)는 열원 생성 모듈(120) 및 분말 분사 모듈(110)을 포함한다. 상기 열원 생성 모듈(120)은 플라즈마를 생성하는 장치이다. 하지만, 상기 열원 생성 모듈(120)은 아크를 생성하는 것으로 대체될 수도 있다. 상기 열원 생성 모듈(120)이 아크를 생성할 경우, 아크의 온도는 3500 내지 3800℃이다.Figure 2 is a schematic diagram of a titanium coating apparatus 100 for implementing the titanium coating method. 2, the titanium coating apparatus 100 includes a heat source generating module 120 and a powder spray module 110. The heat source generation module 120 is a device for generating a plasma. However, the heat source generation module 120 may be replaced by generating an arc. When the heat source generation module 120 generates an arc, the temperature of the arc is 3500 to 3800 ° C.

상기 열원 생성 모듈(120)은 다양한 구조가 채택될 수 있으며, DC 아크를 이용하는 DC 토치, RF 방전을 이용하는 RF 토치 등이 있다. 상기 열원 생성 모듈(120)은, 대기압 하에서 약 8000 K가 넘는 고온을 형성한다. 하지만, 본 발명의 열원 생성 모듈(120)의 구조 및 작용은 이에 한정되지 않는다.The heat source generation module 120 may have a variety of structures, such as a DC torch using a DC arc, an RF torch using an RF discharge. The heat source generation module 120 forms a high temperature of more than about 8000 K under atmospheric pressure. However, the structure and operation of the heat source generation module 120 of the present invention is not limited thereto.

상기 분말 분사 모듈(110)은 상기 티타늄 수소화합물 분말(170)을 분사하는 장치로서, 토출구(115)가 노즐 구조를 가진다. 상기 분말 분사 모듈(110)은 공기압 등의 다양한 방법에 의하여, 상기 티타늄 수소화합물 분말(170)을 상기 토출구(115)를 통하여 외부로 분사시킨다.The powder injection module 110 is a device for injecting the titanium hydride powder 170, the discharge port 115 has a nozzle structure. The powder injection module 110 injects the titanium hydrogen compound powder 170 to the outside through the discharge port 115 by various methods such as air pressure.

상기 티타늄 수소화합물 분말의 크기는 15㎛ 보다 크다. 만일, 티타늄 수소화합물 분말의 크기가 15㎛ 이하일 경우, 상기 열원 생성 모듈(120) 및 상기 분말 분사 모듈(110)에 의한 용사 자체가 어렵다. 또한, 상기 티타늄 수소화합물 분말의 크기가 300㎛ 이상 일 경우, 용사 시 상기 분말 분사 모듈(110)이 막힐 가능성이 높다.The titanium hydride powder has a size larger than 15 μm. If the size of the titanium hydride powder is 15 μm or less, it is difficult to spray itself by the heat source generation module 120 and the powder injection module 110. In addition, when the size of the titanium hydrogen compound powder is 300㎛ or more, there is a high possibility that the powder injection module 110 is blocked during the thermal spraying.

도 1 및 도 2를 참조하면, 모재(130)를 준비한다(S120 단계). 상기 모재(130)로는 다양한 소재가 이용될 수 있으며, 본 실시예에서 강 또는 스테인리스 소재가 이용된다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 모재(130)는 합금강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 알루미늄 마그네슘 합금, 구리, 아연, 세라믹 소재(예, Al2O3, ZrO2, SiO2, SiC)가 이용될 수도 있다.1 and 2, the base material 130 is prepared (step S120). Various materials may be used as the base material 130, and steel or stainless steel may be used in the present embodiment. However, the present invention is not limited thereto, and the base material 130 is used in alloy steel, aluminum, aluminum alloy, aluminum magnesium alloy, copper, zinc, ceramic materials (eg, Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiO 2 , SiC). May be

상기 열원 생성 모듈(120)을 작동시켜서, 플라즈마(125)를 생성시킨다(S130 단계). 그 후, 상기 티타늄 수소화합물 분말(170)을 상기 플라즈마(125) 내부를 가로질러, 상기 모재(130)로 분사한다. 상기 티타늄 수소화합물 분말(170)은 상기 고온의 플라즈마(125)에 의하여 수소가 분해되면서, 용용된 티타늄으로 변화한다(S140 단계). 상기 용용된 티타늄이 상기 모재(130) 상에 코팅되어 티타늄 코팅층(140)을 형성한다(S150 단계).The heat source generation module 120 is operated to generate the plasma 125 (S130). Thereafter, the titanium hydride powder 170 is sprayed across the plasma 125 to the base material 130. The titanium hydride powder 170 is changed to molten titanium while hydrogen is decomposed by the high temperature plasma 125 (step S140). The molten titanium is coated on the base material 130 to form a titanium coating layer 140 (step S150).

만일, 상기 티타늄 수소화합물 분말(170) 대신에 티타늄 분말이 분사되면, 상기 플라즈마(125)에 의한 고온 조건에서 상기 티타늄 분말이 탄소, 산소, 또는 질소와 반응하여, TiC, TiO2, TiN 등의 불순물을 생성한다. 여기에서, TiC, TiO2, TiN는 분해되지 않은 상태로 상기 모재(130) 상에 코팅되기 때문에, 상기 모재(130)의 코팅 품질이 크게 저하되는 문제점이 있다. 하지만, 상기 티타늄 수소화합물은 열역학적으로 안정적이기 때문에, 상기 분순물의 생성가능성이 매우 낮아진다. 더욱이, 티타늄 수소 화합물은 상기 플라즈마(125)에 의하여 Ti와 H2로 분해되고, H2가 Ti 대신에 수소가 탄소, 산소, 및 질소와 반응하기 때문에, 상기 불순물의 생성률이 더욱 감소된다. If the titanium powder is injected instead of the titanium hydride powder 170, the titanium powder reacts with carbon, oxygen, or nitrogen at a high temperature by the plasma 125, such as TiC, TiO 2 , TiN, or the like. Produce impurities. Here, since TiC, TiO 2 , TiN is coated on the base material 130 in an undecomposed state, there is a problem in that the coating quality of the base material 130 is greatly reduced. However, since the titanium hydrogen compound is thermodynamically stable, the possibility of generating the impurities is very low. Furthermore, titanium hydride is decomposed into Ti and H 2 by the plasma (125), since the H 2 to a reaction of hydrogen and carbon, oxygen, and nitrogen, instead of Ti, the production rate of the impurity is further reduced.

또한, 티타늄 수소화합물에서도, 상기 티타늄 수소화합물 중에서 수소의 비율(x)이 0.5 보다 작으면, 티타늄 수소화합물 분말의 표면이 티타늄으로 많이 노출되어 있기 때문에, 대기 중에서 용사할 경우 티타늄과 산소의 반응에 의하여 폭발이 발생한다. 따라서, 대기 중에서의 용사가 어렵게 된다. 특히, 상기 티타늄 수소화합물 대신에 순수한 티타늄이 이용될 경우, 대기 중에서 용사가 불가능하다.In addition, even in the titanium hydrogen compound, when the ratio (x) of hydrogen in the titanium hydrogen compound is less than 0.5, since the surface of the titanium hydrogen compound powder is exposed to titanium a lot, the reaction between titanium and oxygen when spraying in the air Explosion occurs. Therefore, thermal spraying in the air becomes difficult. In particular, when pure titanium is used instead of the titanium hydrogen compound, it is impossible to spray in the atmosphere.

다만, 상기 수소의 비율(x)이 0.5 이상일 경우, 티타늄 수소화합물의 열역학적 안정성이 매우 높아지기 때문에, 산소, 탄소, 질소와 반영하여, TiC, TiO2, TiN 등의 불순물을 생성될 가능성이 크게 경감된다. 즉, 열역학적으로 고온에서 안정한 티타늄 수소화합물이 대기 중에서 용사될 경우, 고온에서 수소가 자발적으로 분해되기 때문에, 산소와 반응을 하는 정도가 매우 낮아져 폭발하지 않는다. 따라서, 상기 수소의 비율(x)이 0.5 이상이고, 2이하일 때, 상기 티타늄 수소화합물의 열역학적 안정성이 높기 때문에, 불순물의 생성이 억제되어 코팅 품질이 크게 향상되고, 대기 중에서 안정하게 티타늄이 용사가 가능하다.However, when the ratio (x) of hydrogen is 0.5 or more, the thermodynamic stability of the titanium hydrogen compound is very high, so that the possibility of generating impurities such as TiC, TiO 2 , TiN, and the like reflected with oxygen, carbon, and nitrogen is greatly reduced. do. That is, when the thermodynamically stable titanium hydrogen compound is thermally sprayed in the air, since hydrogen is spontaneously decomposed at high temperature, the degree of reaction with oxygen is very low and does not explode. Therefore, when the ratio (x) of hydrogen is 0.5 or more and 2 or less, since the thermodynamic stability of the titanium hydrogen compound is high, the generation of impurities is suppressed, coating quality is greatly improved, and titanium is sprayed stably in the air. It is possible.

도 2를 참조하면, 상기 티타늄 코팅 장치(100)에서는, 상기 분사된 티타늄 수소화합물 분말(170)이 상기 모재(130)를 향하여 직진 분사한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. Referring to FIG. 2, in the titanium coating apparatus 100, the injected titanium hydrogen compound powder 170 sprays straight toward the base material 130. However, the present invention is not limited thereto.

도 3을 참조하면, 다른 실시예에 따른 티타늄 코팅 장치(200)의 단면도가 도시되어 있다. 상기 티타늄 코팅 장치(200)에서는 열원 생성 모듈(220)이 플라즈마 제트(225)를 형성하고, 티타늄 분사 모듈(210)은 상기 티타늄 수소화합물 분말을 상기 플라즈마 제트(225)의 측방향에서 유입시킨다. 상기 티타늄 수소화합물 분말은 상기 플라즈마 제트(225) 내에서 용융 티타늄으로 변화한 후, 모재 상에 용사된다.Referring to FIG. 3, there is shown a cross-sectional view of a titanium coating apparatus 200 according to another embodiment. In the titanium coating apparatus 200, the heat source generation module 220 forms a plasma jet 225, and the titanium injection module 210 injects the titanium hydrogen compound powder from the side of the plasma jet 225. The titanium hydride powder is changed into molten titanium in the plasma jet 225 and then sprayed onto the base metal.

최종 코팅층의 특성을 향상시키기 위하여, 티타늄 수소화합물 분말 이외에 첨가물이 혼합되어 용사될 수도 있다. 첨가물로는 금속 물질 또는 비금속 물질이 있다. 상기 금속물질로는, 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 구리(Cu), 스테인리스, 텅스텐(W), 바나듐(V), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr), 실리콘(Si) 등이 있다. 티타늄 수소화합물은 HCP 결정 구조를 가지기 때문에, 가공이 어렵고, 비용 또한 고가이다. 하지만, 철 및 스테인리스는 BCC 구조를 가지고, 니켈 및 구리는 FCC 구조를 가지기 때문에, 티타늄과 합금이 되면, 연성이 높아져 가공성이 향상 될 뿐만 아니라, 합금소재의 가격이 티타늄보다 저렴하기 때문에, 최종 제품의 가격도 저렴해질 수 있다. 니켈의 경우, 최종 코팅층의 내식성을 증가시킨다. 또한, 코발트가 첨가될 경우, 철이나 니켈을 첨가하는 것보다 최종 코팅층의 강도가 향상된다. 또한, 몰리브덴, 크롬, 바나듐, 망간이 첨가되면, 최종 코팅층의 고온 강도 및 내식성이 증가하며, 지르코늄이 첨가되면, 최종 코팅층의 고온강도가 향상된다. 상기 실리콘 분말이 포함되면, 최종 코팅층의 크립강도가 향상된다. 알루미늄(Al)이 첨가되면 제품의 밀도를 낮추면서 인장 및 크립 강도를 증가 시킨다. 주석이 첨가되면 고용강화가 이루어서 기계적 특성을 향상 시킨다. 텅스텐(W)이 첨가되면, 최종 성형체의 내마모성이 향상된다. 상기 금속 물질은 분말은 1가지만 혼합될 수도 있고, 복수 개가 혼합될 수도 있다.In order to improve the properties of the final coating layer, additives may be mixed and sprayed in addition to the titanium hydride powder. Additives include metallic or nonmetallic materials. As the metal material, iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), copper (Cu), stainless steel, tungsten (W), vanadium (V), aluminum (Al), tin (Sn), manganese ( Mn), molybdenum (Mo), chromium (Cr), zirconium (Zr), silicon (Si), and the like. Titanium hydride has a HCP crystal structure, which makes processing difficult and expensive. However, iron and stainless steels have a BCC structure, and nickel and copper have FCC structures. Therefore, when alloyed with titanium, not only the ductility is improved, but also the workability is improved, and the price of the alloy material is lower than that of titanium. Can also be cheaper. In the case of nickel, the corrosion resistance of the final coating layer is increased. In addition, when cobalt is added, the strength of the final coating layer is improved rather than adding iron or nickel. In addition, when molybdenum, chromium, vanadium, and manganese are added, the high temperature strength and corrosion resistance of the final coating layer are increased, and when zirconium is added, the high temperature strength of the final coating layer is improved. When the silicon powder is included, the creep strength of the final coating layer is improved. The addition of aluminum (Al) increases the tensile and creep strength while lowering the density of the product. When tin is added, solid solution strengthens to improve mechanical properties. When tungsten (W) is added, the wear resistance of the final molded product is improved. The metal material may be mixed with only one powder or a plurality of powders.

상기 첨가물로서, 텅스텐(W) 분말 및 텅스텐 카바이드(WC)의 혼합 분말도 이용될 수 있다. 상기 혼합 분말이 첨가물로 이용되면, 최종 코팅층은 매우 우수한 내마모성을 가진다. As the additive, a mixed powder of tungsten (W) powder and tungsten carbide (WC) may also be used. When the mixed powder is used as an additive, the final coating layer has very good wear resistance.

상기 비금속 물질로는 세라믹 분말이 있다. 상기 세라믹으로는 ZrO2, Al2O3, TiN, TiC, TiO2, Si3N4, SiC, SiO2 등이 있다. 상기 세라믹은 금속 세라믹 복합재로로 최종 코팅층의 내마모성이 향상되고, 고온 강도가 향상되는 효과를 가진다.The nonmetallic material is ceramic powder. The ceramics include ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiN, TiC, TiO 2 , Si 3 N 4 , SiC, SiO 2, and the like. The ceramic is a metal ceramic composite material has an effect of improving the wear resistance of the final coating layer, high temperature strength.

상기 티타늄 수소 화합물에 의한 상기 첨가 분말의 혼합 후 용사하는 기술적 특징은, 전술한 티타늄 소수 화합물의 용사와 유사한 바, 상세한 설명은 생략한다.
The technical characteristics of the thermal spraying after the mixing of the additive powder by the titanium hydrogen compound are similar to the thermal spraying of the titanium hydrophobic compound described above, and thus detailed description thereof will be omitted.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 티타늄 코팅 방법이 도시되어 있다. 이하에서는 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.4 and 5, a titanium coating method according to another embodiment of the present invention is shown. The following description will focus on differences from the above-described embodiment.

먼저, 모재(230)를 준비한다(210 단계). 그리고, 제1티타늄 수소화합물(TiHx), 제1,2첨가분말들을 준비한다. 상기 티타늄 수소화합물에서, 티타늄(Ti)에 대한 수소(H)의 비율(x)은 0.5 내지 2이다. 본 실시예에서는, 2개의 첨가 분말들을 준비하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 3개 이상의 첨가 분말들을 준비할 수도 있다.First, prepare the base material 230 (step 210). Then, a first titanium hydrogen compound (TiHx) and first and second additive powders are prepared. In the titanium hydrogen compound, the ratio (x) of hydrogen (H) to titanium (Ti) is 0.5 to 2. In this embodiment, two additive powders are prepared, but the present invention is not limited thereto, and three or more additive powders may be prepared.

만일, 상기 모재(230)가 금속 소재로 형성될 경우, 상기 제1,2첨가 분말들은 상기 모재(230)의 소재에 대응되는 소재로 형성될 수 있다. 만일, 상기 모재(230)가 스테인리스 스틸로 형성된 경우, 상기 제1,2첨가 분말들은 상기 모재(230)와의 접촉성을 향상시키기 위하여, 철 분말이 이용될 수 있다. If the base material 230 is formed of a metal material, the first and second additive powders may be formed of a material corresponding to the material of the base material 230. If the base material 230 is formed of stainless steel, iron powders may be used for the first and second additive powders to improve contact with the base material 230.

상기 제1티타늄 수소화합물과 상기 제1첨가 분말을 혼합하여, 제1혼합 분말을 제조한다. 또한, 상기 제1티타늄 수소화합물과 상기 제2첨가 분말을 혼합하여, 제2혼합분말을 제조한다. 상기 제1혼합 분말과 상기 제2혼합 분말은 티타늄의 열팽창률과 상기 모재(230)의 열팽창률 사이의 열팽창률을 가지며, 상기 제1혼합 분말이 상기 제2혼합 분말보다 상기 모재(230)의 열팽창률과 가까운 값을 가진다(S220 단계). The first titanium hydrogen compound and the first additive powder are mixed to prepare a first mixed powder. In addition, a second mixed powder is prepared by mixing the first titanium hydrogen compound and the second additive powder. The first mixed powder and the second mixed powder have a thermal expansion rate between the thermal expansion rate of titanium and the thermal expansion rate of the base material 230, wherein the first mixed powder is more than that of the second mixed powder. It has a value close to the coefficient of thermal expansion (S220 step).

상기 티타늄 코팅 장치(100, 200)로 상기 제1혼합 분말을 분사하고, 플라즈마를 이용하여 상기 제1혼합 분말로부터 제1용융 혼합 물질을 생성한다. 상기 제1용융 혼합 물질은 상기 모재(230) 상에 코팅되어 제1중간 코팅층(251)을 형성한다(S230 단계).The first mixed powder is sprayed onto the titanium coating apparatuses 100 and 200, and a first molten mixed material is generated from the first mixed powder by using plasma. The first molten mixed material is coated on the base material 230 to form a first intermediate coating layer 251 (step S230).

상기 티타늄 코팅 장치(100, 200)로 상기 제2혼합 분말을 분사하고, 플라즈마를 이용하여 상기 제2혼합 분말로부터 제2용융 혼합 물질을 생성한다. 상기 제2용융 혼합 물질은 상기 제1중간 코팅층(251) 상에 코팅되어 제2중간 코팅층(252)을 형성한다(S240 단계).The second mixed powder is injected into the titanium coating apparatuses 100 and 200, and a second molten mixed material is generated from the second mixed powder by using plasma. The second molten mixed material is coated on the first intermediate coating layer 251 to form a second intermediate coating layer 252 (step S240).

그 후, 제2티타늄 수소화합물(TiHy) 분말을 준비한다(S250 단계). 상기 티타늄 수소화합물에서, 티타늄(Ti)에 대한 수소(H)의 비율(y)은 0.5 내지 2이다. 상기 티타늄 코팅 장치(100, 200)를 이용하여, 상기 제2티타늄 수소화합물 분말을 분사하여, 상기 제2중간 코팅층(252) 상에 티타늄 코팅층(240)을 형성한다(S260 단계). 상기 티타늄 코팅층(340)을 형성하는 상세한 사항은, 전술한 실시예를 참조하면 된다.Thereafter, a second titanium hydride (TiHy) powder is prepared (S250). In the titanium hydrogen compound, the ratio (y) of hydrogen (H) to titanium (Ti) is 0.5 to 2. By using the titanium coating apparatuses 100 and 200, the second titanium hydride powder is sprayed to form a titanium coating layer 240 on the second intermediate coating layer 252 (S260). For details of forming the titanium coating layer 340, refer to the above-described embodiment.

상기 모재(230)와 상기 티타늄 코팅층(240) 사이에 열팽창 차이를 완화시키는 제1,2중간 코팅층들(251, 252)을 형성시키기 때문에, 상기 모재(230)와 상제1,2중간 코팅층들(251, 252) 및 상기 티타늄 코팅층(240) 사이의 안정적인 결합이 가능해진다. 특히, 열팽창률 차이에 의하여, 상기 코팅층들(251, 252, 240)과 상기 모재(230) 사이가 벌어지는 현상이 크게 감소된다. 따라서, 상기 모재(330)의 코팅 품질이 현저하게 향상된다.Since the first and second intermediate coating layers 251 and 252 to alleviate the thermal expansion difference between the base material 230 and the titanium coating layer 240 are formed, the base material 230 and the first and second intermediate coating layers ( 251 and 252 and the stable coupling between the titanium coating layer 240 is possible. In particular, the gap between the coating layers 251, 252, and 240 and the base material 230 is greatly reduced by the difference in thermal expansion rate. Therefore, the coating quality of the base material 330 is remarkably improved.

상기 제1,2중간 코팅층들(251, 252)의 소재로서 티타늄 수소화합물 분말을 이용한다. 하지만, 상기 티타늄 수소화합물 분말 대신에 티타늄 분말을 이용할 수도 있다.
Titanium hydride powder is used as a material of the first and second intermediate coating layers 251 and 252. However, titanium powder may be used instead of the titanium hydride powder.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

100, 200: 티타늄 코팅 장치 110, 210: 분말 분사 노즐
120, 220: 열원 생성 모듈 130, 230: 모재
140, 240: 티타늄 코팅층 251, 252: 중간 코팅층100, 200: titanium coating apparatus 110, 210: powder spray nozzle
120, 220: heat source generation module 130, 230: base material
140, 240: titanium coating layer 251, 252: intermediate coating layer

Claims (9)

티타늄 수소화합물(TiHx) 분말을 준비하는 단계;
상기 티타늄 수소화합물 분말을 대기 중에서 아크 열원 또는 플라즈마 열원에 의하여 용사하여, 상기 티타늄 수소화합물로부터 수소가 분해되면서 용융된 티타늄을 생성하는 단계: 및
상기 용융된 티타늄을 모재 상에 코팅시키는 단계를 포함하고,
상기 티타늄 수소화합물에서, 티타늄(Ti)에 대한 수소(H)의 비율(x)은 0.5 내지 2 이고,
상기 모재는 강(steel), 합금강, 스테인리스, 알루미늄, 알루미늄 합금, 알루미늄 마그네슘 합금, 구리, 아연 또는 세라믹 소재로 형성되는 용사를 이용하는 티타늄 코팅 방법.Preparing a titanium hydride (TiHx) powder;
Spraying the titanium hydride powder in an atmosphere with an arc heat source or a plasma heat source to produce molten titanium while hydrogen is decomposed from the titanium hydride compound; and
Coating the molten titanium on a base material;
In the titanium hydrogen compound, the ratio (x) of hydrogen (H) to titanium (Ti) is 0.5 to 2,
The base material is a titanium coating method using a spray formed of steel, alloy steel, stainless steel, aluminum, aluminum alloy, aluminum magnesium alloy, copper, zinc or ceramic material. 청구항 1에 있어서,
상기 티타늄 수소화합물 분말의 크기는 15㎛ 보다 크고 300㎛ 보다 작은 용사를 이용하는 티타늄 코팅 방법.The method according to claim 1,
The titanium hydride powder has a size larger than 15 μm and a spraying method using titanium smaller than 300 μm. 모재 상에 복수 개의 코팅층들을 형성하는 티타늄 코팅 방법에 있어서,
상기 모재를 준비하는 단계;
티타늄의 열팽창률과 상기 모재의 열팽창률 사이의 열팽창률을 가지고, 제1티타늄 수소화합물(TiHx)이 일부로서 포함되는 복수의 혼합 분말을 준비하는 단계;
상기 복수의 혼합 분말 중에서 상기 모재의 열팽창률과 가장 가까운 열팽창률을 가지는 순서대로 혼합 분말을 선택하고, 상기 선택된 혼합 분말을 아크 열원 또는 플라즈마 열원에 의하여 용사하여 상기 혼합 분말로부터 용융 혼합 물질을 생성하고, 상기 용융 혼합 물질을 상기 모재 상에 코팅시키는 과정을 반복하여, 복수의 중간 코팅층들을 형성하는 단계;
제2티타늄 수소화합물(TiHy) 분말을 준비하는 단계;
상기 제2티타늄 수소화합물 분말을 대기 중에서 아크 열원 또는 플라즈마 열원에 의하여 용사하여, 상기 제2티타늄 수소화합물로부터 수소가 분해되면서 용융된 티타늄을 생성하는 단계: 및
상기 용융된 티타늄을 상기 복수의 중간 코팅층들 상에 코팅시키는 단계를 포함하고,
상기 제1티타늄 수소화합물 및 상기 제2티타늄 수소화합물에서, 티타늄(Ti)에 대한 수소(H)의 비율(x, y)은 0.5 내지 2 인 용사를 이용하는 티타늄 코팅 방법.In the titanium coating method for forming a plurality of coating layers on the base material,
Preparing the base material;
Preparing a plurality of mixed powders having a thermal expansion rate between the thermal expansion rate of titanium and the thermal expansion rate of the base material, wherein the first titanium hydrogen compound (TiHx) is included as a part;
Among the plurality of mixed powders, mixed powders are selected in the order of having a thermal expansion coefficient closest to that of the base material, and the selected mixed powder is sprayed by an arc heat source or a plasma heat source to generate a molten mixed material from the mixed powder. Repeating the coating of the molten mixed material on the base material to form a plurality of intermediate coating layers;
Preparing a second titanium hydrogen compound (TiHy) powder;
Spraying the second titanium hydride powder in an atmosphere with an arc heat source or a plasma heat source to produce molten titanium while hydrogen is decomposed from the second titanium hydride compound; and
Coating the molten titanium on the plurality of intermediate coating layers,
In the first titanium hydrogen compound and the second titanium hydrogen compound, the ratio (x, y) of the hydrogen (H) to titanium (Ti) is a titanium coating method using a thermal spraying 0.5 to 2. 티타늄 수소화합물(TiHx) 분말을 준비하는 단계; 및
상기 티타늄 수소화합물 분말을 대기 중에서 아크 용사 또는 플라즈마 용사하여 모재 상에 티타늄 코팅시키는 단계를 포함하고,
상기 티타늄 수소화합물에서, 티타늄(Ti)에 대한 수소(H)의 비율(x)은 0.5 내지 2 이고,
상기 모재는 강(steel), 합금강, 스테인리스, 알루미늄, 알루미늄 합금, 알루미늄 마그네슘 합금, 구리, 아연 또는 세라믹 소재로 형성되는 용사를 이용하는 티타늄 코팅 방법.Preparing a titanium hydride (TiHx) powder; And
Coating the titanium hydride powder on the base material by arc spraying or plasma spraying in air;
In the titanium hydrogen compound, the ratio (x) of hydrogen (H) to titanium (Ti) is 0.5 to 2,
The base material is a titanium coating method using a spray formed of steel, alloy steel, stainless steel, aluminum, aluminum alloy, aluminum magnesium alloy, copper, zinc or ceramic material. 티타늄 수소화합물(TiHx) 분말을 준비하는 단계;
상기 티타늄 수소화합물 분말과 첨가 물질의 분말을 대기 중에서 아크 열원 또는 플라즈마 열원에 의하여 용사하여, 상기 티타늄 수소화합물로부터 수소가 분해되면서 용융된 티타늄 혼합물을 생성하는 단계: 및
상기 용융된 티타늄 혼합물을 모재 상에 코팅시키는 단계를 포함하고,
상기 티타늄 수소화합물에서, 티타늄(Ti)에 대한 수소(H)의 비율(x)은 0.5 내지 2 이고,
상기 모재는 강(steel), 합금강, 스테인리스, 알루미늄, 알루미늄 합금, 알루미늄 마그네슘 합금, 구리, 아연 또는 세라믹 소재로 형성되는 용사를 이용하는 티타늄 코팅 방법.Preparing a titanium hydride (TiHx) powder;
Spraying the titanium hydride powder and the powder of the additive material in an atmosphere with an arc heat source or a plasma heat source to produce a molten titanium mixture while hydrogen is decomposed from the titanium hydride compound; and
Coating the molten titanium mixture on a base material,
In the titanium hydrogen compound, the ratio (x) of hydrogen (H) to titanium (Ti) is 0.5 to 2,
The base material is a titanium coating method using a spray formed of steel, alloy steel, stainless steel, aluminum, aluminum alloy, aluminum magnesium alloy, copper, zinc or ceramic material. 청구항 5에 있어서,
상기 첨가 물질은 금속 물질인 용사를 이용하는 티타늄 코팅 방법.The method according to claim 5,
The additive material is a titanium coating method using a thermal spraying metal material. 청구항 6에 있어서,
상기 금속 물질은 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 구리(Cu), 스테인리스, 텅스텐(W), 바나듐(V), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr) 및 실리콘(Si)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 용사를 이용하는 티타늄 코팅 방법.The method of claim 6,
The metal material is iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), copper (Cu), stainless steel, tungsten (W), vanadium (V), aluminum (Al), tin (Sn), manganese (Mn) , Molybdenum (Mo), chromium (Cr), zirconium (Zr) and silicon (Si) using a coating method using a titanium containing a thermal spraying. 청구항 3에 있어서,
상기 모재는 강(steel), 합금강, 스테인리스, 알루미늄, 알루미늄 합금, 알루미늄 마그네슘 합금, 구리, 아연 또는 세라믹 소재로 형성되는 용사를 이용하는 티타늄 코팅 방법.The method according to claim 3,
The base material is a titanium coating method using a spray formed of steel, alloy steel, stainless steel, aluminum, aluminum alloy, aluminum magnesium alloy, copper, zinc or ceramic material. 플라즈마 또는 아크를 생성하는 열원 생성 모듈; 및
티타늄 수소화합물(TiHx) 분말을 대기 중에서 상기 플라즈마 또는 상기 아크의 내부를 통하여 모재 상으로 분사시켜서, 상기 플라즈마 또는 상기 아크에 의하여 상기 티타늄 수소화합물로부터 수소가 분해되면서 용융된 티타늄을 생성하고, 상기 용융된 티타늄을 상기 모재 상에 코팅하는 분말 분사 모듈을 포함하고,
상기 티타늄 수소화합물에서, 티타늄(Ti)에 대한 수소(H)의 비율(x)은 0.5 내지 2 이고,
상기 모재는 강(steel), 합금강, 스테인리스, 알루미늄, 알루미늄 합금, 알루미늄 마그네슘 합금, 구리, 아연 또는 세라믹 소재로 형성되는 티타늄 코팅 장치.A heat source generation module for generating a plasma or an arc; And
Titanium hydride (TiHx) powder is injected into the base material through the inside of the plasma or the arc in the atmosphere, thereby producing molten titanium while hydrogen is decomposed from the titanium hydride by the plasma or the arc, and the molten Powder injection module for coating the titanium on the base material,
In the titanium hydrogen compound, the ratio (x) of hydrogen (H) to titanium (Ti) is 0.5 to 2,
The base material is a titanium coating device formed of steel, alloy steel, stainless steel, aluminum, aluminum alloy, aluminum magnesium alloy, copper, zinc or ceramic material.
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