KR101015564B1 - 용사 코팅을 위한 아음속 보조 캡 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용사 건의 총열 외주면에 부착되어 용사 건에서 분사되는 화염의 온도는 증가시키고 화염의 비행 속도를 조절하는 보조가스를 화염과 함께 분사시키는 보조 캡을 개시한다.
본 발명은 용사 건의 총열 외주면에 장착되는 보조 캡에 있어서, 중앙에 상기 용사 건의 총열이 삽입되는 건 삽입공이 형성된 환형이며, 내측에 환형공간이 형성되고, 상기 환형공간으로 용사 건의 화염 온도와 속도를 조절할 수 있는 보조 가스를 공급받아 상기 용사 건의 총열에서 분사되는 화염을 감싸며 함께 분사되도록 상기 환형공간의 출구가 용사 건의 총열 끝단 둘레에 형성된 용사 코팅을 위한 감속형 보조 캡을 제공하여 화염을 보조 가스가 감싸며 함께 분사되도록 하므로 화염의 비행 속도는 감속시키고, 화염의 온도는 증가시켜 비결정금속 용사에 적합한 융점으로 조절하는 것이 가능하여 비결정금속의 용사가 가능하도록 하며, 보조 캡 내부의 환형공간에 주입되는 보조 가스의 종류와 압력을 조절하여 다양한 형태의 용사 코팅층을 형성시킬 수 있도록 하는 유용한 효과를 얻을 수 있다.

Description

용사 코팅을 위한 아음속 보조 캡{subsonic auxiliary cap for thermal spray }

본 발명은 용사 코팅을 위한 아음속 보조 캡에 관한 것으로 특히 용사 건의 총열 외주면에 부착되어 용사 건에서 분사되는 화염의 비행 속도, 공기와의 접촉 등을 조절하는 보조 캡에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 용사(Thermal Spray, 溶射)에는 고융점 코팅재인 선형재료 또는 금속 분체(Metal Powder)를 고온으로 녹인 후 분사하여 코팅하는 열용사(Thermal Spray) 방식과 저융점 분체를 코팅하고자 하는 모재의 표면에 고압, 고속으로 충돌시켜 충돌 시 발생되는 충격 에너지에 의해 분체가 용융되도록 하여 코팅하는 속도분사(Kinetic Spray Coating) 방식이 있고, 상기 열용사 방식은 코팅재료를 가열하는 열원의 종류에 따라 가스식과 전기식으로 나뉘며, 가스식 용사에는 화염용사, 폭발용사, 고속용사(HVOF:High Velocity Oxygen Fuel Spraying)가 있고, 전기식 용사에는 아크용사, 플라즈마 용사, 선폭용사, 레이저(Laser)용사가 있으며, 최근에는 고속으로 용사하여 부착층의 밀도를 높이려는 고속용사에 대한 기술 개발이 활발하며 화염을 외부공기중의 산소와 차단하여 부착층의 순도를 높이려는 시도가 활발하다. 대표적인 것이 미국 및 유럽특허인 US 04964568 EP 0379119 shrouded thermal spray gun and method (이하 인용발명)이 있다.

이러한 용사의 공정은 일반적으로 모재에 대한 용착성을 확보하기 위해 코팅하고자 하는 모재의 표면에 불규칙형태의 고경도 입자를 분사하여 표면을 거칠게 하는 전처리 과정을 수행하고, 상기 전처리로 거칠게 된 표면에 코팅재료를 용융시켜 분사하여 모재의 표면에 코팅층을 형성하는 용사과정 및 용사 후 코팅층의 코팅특성을 향상시키는 마감처리 과정으로 이루어 진다.

그러나 최근 개발되고 있는 신소재인 비결정금속은 저융점 금속과 고융점 소재의 중간정도의 융점을 갖기 때문에 기존 열용사를 이용하여 비결정금속을 용사할 경우 화염온도가 너무 높아 비결정분율이 저하되어 바람직하지 않고, 동이나 알루미늄 등의 저융점 금속을 코팅재로서 고속으로 분사하여 충돌 시 속도에너지가 열에너지로 변하게 하여 부착시키는 속도분사공정을 적용하기에는 융점이 너무 높아, 종래의 용사 방식으로는 코팅이 잘 되지 않는 문제점이 발생되었다.

미국특허 20050082395 05135166 05019686 04869936 05135166 04964568 유럽특허 0361710 0570084 1696176 0607779 04869936 03299119 0513497 0323185

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 Thermal Spray Coating 방식의 용사 건에 Kinetic Spray Coating 방식을 추가하여 용사 건에서 분사되는 화염의 온도 및 비행 속도를 조절하여 비결정금속의 용사 및 다양한 재료, 형태의 용사 코팅층을 형성시킬 수 있도록 하는 용사 코팅을 위한 아음속 보조 캡을 제공함에 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 용사 건의 총열 외주면에 장착되는 보조 캡에 있어서, 중앙에 상기 용사 건의 총열이 삽입되는 건 삽입공이 형성된 환형이며, 내측에 환형공간이 형성되고, 상기 환형공간으로 용사 건의 화염 온도와 속도를 조절할 수 있는 보조 가스를 공급받아 상기 용사 건의 총열에서 분사되는 화염을 감싸며 함께 분사되도록 상기 환형공간의 출구가 용사 건의 총열 끝단 둘레에 형성된 용사 코팅을 위한 아음속 보조 캡을 제공한다.

이와 같이 하여 본 발명은 용사 코팅을 위한 보조 캡의 환형공간을 통해 보조 가스가 용사 건에서 분사되는 화염을 감싸며 함께 분사되도록 하고, 보조 가스의 종류와 압력을 조절하여 다양한 형태의 용사 코팅층을 형성시킬 수 있도록 하는 유용한 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 용사 코팅을 위한 보조 캡의 구체적인 구성을 예시하는 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 용사 코팅을 위한 보조 캡의 내부 구조를 구체적으로 예시하는 단면 사시도.
도 3은 본 발명의 환형공간 내에 형성된 격벽을 예시하는 단면도.
도 4는 본 발명의 환형공간 내에 형성된 돌기를 예시하는 사시도.
도 5는 용사 건에 본 발명에 의한 용사 코팅을 위한 보조 캡을 결합한 사용예를 도시한 단면도.

이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 용사 코팅을 위한 보조 캡의 구체적인 실시예의 전체적인 구성을 도 1 내지 도 4로 도시하였다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 중앙에 용사 건(10)의 총열이 삽입되는 건 삽입공(41)이 형성된 환형이며, 내측에 환형공간(30)이 형성되고, 상기 환형공간(30)으로 용사 건(10)의 화염 온도와 속도를 조절할 수 있는 보조 가스를 공급받아 상기 용사 건(10)의 총열에서 분사되는 화염을 감싸며 함께 분사되도록 상기 환형공간(30)의 출구가 용사 건(10)의 총열 끝단 둘레에 형성된 용사 코팅을 위한 보조 캡(20)이다.

이를 각 구성요소별로 더욱 상세하게 설명하면, 전술한 용사 건(10)은 가스식 화염용사 건, 전기식 플라즈마용사 건과 같은 종래의 용사 건(10)이며, 이러한 용사 건(10)의 총열 외주면에 도 5로 도시한 바와 같이 장착되는 전술한 보조 캡(20)은 도 2에서 보는 바와 같이, 중앙에 상기 용사 건(10)의 총열이 삽입되는 건 삽입공(41)이 형성된 환형의 내측 노즐(40)과, 상기 내측 노즐(40)의 둘레를 감싸며 내측 노즐(40) 일측의 외주면과 나사결합되도록 일측의 내주면에 나사산(51)이 형성된 환형의 외측 노즐(50)로 구성되되, 상기 내측 노즐(40)과 외측 노즐(50) 사이에 환형공간(30)이 형성된 것이다.

여기에서 전술한 환형공간(30)은 주입되는 보조 가스를 고르게 분포시키도록 상기 내측 노즐(40)과 외측 노즐(50)이 나사 결합된 보조 캡(20)의 일측 내부에 환형으로 넓은 공간을 형성한 가스 수집부(31)와, 상기 가스 수집부(31)에 채워진 보조 가스를 상기 용사 건(10)의 총열에서 분사되는 화염을 감싸며 함께 분사되도록 하는 환형의 분사구(33)가 순차 구성된 것으로 도 2로 도시한 바와 같으며, 전술한 내측 노즐(40)과 외측 노즐(50) 중 어느 하나의 일면에 상기 보조 가스를 공급하는 보조가스 연결구 및 연연결공(42)이 형성될 수 있다.

이러한 본 발명에 의한 용사 코팅을 위한 보조 캡(20)은 넓은 환형의 공간인 가스 수집부(31)로 가스를 주입받아 가스 수집부(31) 내에 보조 가스가 고르게 가득 채워지도록 하며, 상기 가스 수집부(31)를 다 채우고도 계속 주입되는 보조 가스의 압력에 의해 보조 가스가 용사 건(10)의 총열에서 분사되는 화염을 둘러싸며 분사되도록 상기 분사구(33)를 통해 분사시켜 밖으로 퍼져나가려는 화염을 분사 방향으로 모아주면서 외부공기와의 접촉을 조절하고 화염의 분사 속도를 제어할 수 있는 것이다.

여기에서 전술한 환형공간(30)의 관(32)은 도 3으로 도시한 바와 같이 주입되는 보조 가스의 속도를 더욱 효과적으로 감속 할 수 있도록 내부에 격벽(60)을 형성하거나 도 4에서 보는 바와 같이, 불규칙적으로 내부 공간에 돌출되도록 형성된 돌기(61)를 구성할 수 있다.

또한 용사 건(10)에 주입되는 용사 가스 속에는 수소를 혼합시키고, 보조 캡(20) 내 환형공간(30)에 주입되는 보조 가스는 산소를 사용하여 용사 건(10)에서 분사되는 화염의 비행속도보다 느린 속도로 감속시켜 화염을 감싸도록 보조 가스를 함께 분사시키면 화염의 온도가 올라가는 대신 화염비행속도가 줄어들어 스폰지같이 성기면서 산화 세라믹이 많이 형성되는 부착층이 되어 다른 기능을 부여할 수 도 있다.

즉, 본 발명에 의한 보조 가스를 공급받는 아음속 보조 캡(20)은 고속용사(HVOF) 건이나 속도분사(kinetic spray) 건에 부착할 경우는 화염의 감속효과를 발휘하나, 화염속도가 느린 화염용사 건이나 아크용사 건에 부착하고 고압으로 보조 가스를 상기 보조 캡(20)에 공급할 경우는 화염의 가속효과를 발휘하게 될 뿐만 아니라 보조 가스를 산소와 반응하지 않는 가스를 사용하면 산화를 억제하여 코팅의 순도를 높여주고, 산소가 많이 포함된 가스를 사용하면 산화가 촉진되어 매우 성기고, 내열성, 내산화성이 우수한 층을 얻게 되도록 할 수 있게 되는 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명이 의도하는 요지 및 개념 내에서 다양하게 변화시켜 실시하는 것이 가능하다.

10:용사 건 20:보조 캡 30:환형공간
31:가스 수집부 32:관 33:분사구
40:내측 노즐 41:건 삽입공 42:니플공
50:외측 노즐 51:나사산 60:격벽
61:돌기

Claims (5)

1. 용사 건의 총열 외주면에 장착되는 보조 캡에 있어서,
   중앙에 상기 용사 건의 총열이 삽입되는 건 삽입공이 형성된 환형이며,
   내측에 환형공간이 형성되고, 상기 환형공간으로 용사 건의 화염 온도와 속도를 조절할 수 있는 보조 가스를 공급받아 상기 용사 건의 총열에서 분사되는 화염을 감싸며 함께 분사되도록 상기 환형공간의 출구가 용사 건의 총열 끝단 둘레에 형성된 것임을 특징으로 하는 용사 코팅을 위한 아음속 보조 캡.
2. 제 1 항에 있어서,
   전술한 환형공간은 주입되는 보조 가스를 고르게 분포시키는 가스 수집부와,
   상기 가스 수집부에 채워진 보조 가스의 방향을 정해주는 관과,
   상기 관에서 보조 가스가 상기 용사 건의 총열에서 분사되는 화염을 감싸며 함께 분사되도록 하는 환형의 분사구로 구성된 것임을 특징으로 하는 용사 코팅을 위한 아음속 보조 캡.
3. 제 2 항에 있어서,
   전술한 관은 주입되는 보조 가스의 속도를 감속시키는 격벽이 내부에 돌출 형성된 것임을 특징으로 하는 용사 코팅을 위한 아음속 보조 캡.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   전술한 관은 주입되는 보조 가스의 속도를 감속시키는 돌기가 내부에 돌출 형성된 것임을 특징으로 하는 용사 코팅을 위한 아음속 보조 캡.
5. 제 1 항에 있어서,
   전술한 보조 가스는 압력이 조절되어 주입되는 산소임을 특징으로 하는 용사 코팅을 위한 아음속 보조 캡.

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