KR101057070B1 - 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말 및 그 제조방법 - Google Patents

선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 크롬카바이드(Cr3C2) 분말, 니켈(Ni) 분말과 크롬(Cr) 분말을 혼합분쇄하여 회전분무법으로 과립화된 분말을 제조한 후 소결시켜 분산상 입도가 미세한 크롬카바이드/니켈크롬(Cr3C2/NiCr) 구형 복합분말을 제조하는 것을 특징으로 하는 선박엔진부품 코팅용 고속화염용사 복합분말 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 고속화염용사 복합분말은 입자의 분포가 균일한 구형입자로서, 유동성이 높아 고속 용사에 사용하기에 적합하도록 제조되고, 그리고 밀도가 높고, 작은 분산상으로 이루어져 있어 치밀한 코팅 피막층을 형성시킬 수 있고, 경도, 내마모성 및 표면조도 등의 물성을 향상시켜 강한 내구성이 요구되는 선박엔진부품의 코팅용에 적합하여 선박엔진의 내구연한을 연장시킬 수 있도록 하였고, 또한 고속화염용사를 이용하여 피막을 형성시킴으로써 낮은 용사 에너지에 의해 형성시킨 피막의 신뢰성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 장비의 가격이 저가이므로 경제적인 장점이 있다.
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Description

선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말 및 그 제조방법{High-velocity oxygen fuel spraying composite powder for coating of marine engine parts and its manufacturing method}
본 발명은 고경도와 강한 내마모성이 요구되는 선박엔진의 부품 코팅용으로 크롬카바이드(Cr3C2) 분말, 니켈(Ni) 분말과 크롬(Cr) 분말을 혼합분쇄하여 회전분무법으로 과립화된 분말을 제조한 후 소결시켜 분산상 입도가 미세한 크롬카바이드/니켈크롬(Cr3C2/NiCr) 구형 복합분말을 제조함으로써, 유동성 향상 및 겉보기 밀도를 높여 기공률이 낮아 코팅 후 경도와 내마모성 및 내부식성 등의 물성을 향상시킨 것을 특징으로 하는 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 용사는 모재의 내마모성과 내부식성을 향상시키기 위해서 사용되는 표면처리기술 중 한분야로 종래 항공기 부품의 보수, 철강 제품의 방청, 방식 등 한정된 분야에서 사용되는 경우가 많았으나, 용사장치와 주변기기 등 하드웨어와 용사용 분말 재료가 개선되고, 최적의 용사공정 노하우에 관한 많은 연구 결과를 통해 최근에는 자동차 부품, 선박 부품 등에 내마모성을 향상할 목적으로 용사 공정을 적용하는 연구가 증가하고 있다.
이러한 표면처리법으로는 플라즈마 용사(plasma thermal spraying), 고속화염용사(high-velocity oxygen fuel spraying) 등의 방법이 있으며, 이들 방법 중에서 플라즈마 용사(plasma thermal spraying)는 그 동안 코팅의 용착방법에 있어서 가장 신뢰성 있는 기법으로 반도체, 플랜트, 기계부품, 산업용 롤, 자동차, 항공기 등과 같은 다양한 산업용 부품에 내마찰성, 내마모성 등의 특성을 부여하고, 모재의 선택 폭이 넓고, 용사 코팅제의 설계가 용이하다는 장점이 있어서 널리 사용되어 왔지만 표면처리시 대기압의 분위기에서의 공정으로 주변 공기가 플라즈마 제트 불꽃 내에 혼입되어 결과적으로 기공도가 높고, 이로 인한 불균질한 분포로 접착강도가 저하되는 문제점이 있었으며, 또한 종래 플라즈마 용사용 분말은 용해, 분쇄공정을 거쳐 제조되어 입자의 모양이 불규칙한 다각형 형태를 띠고 있어 유동성이 저하되기 쉽고 불균일한 분사거동이 발생하기 쉬운 문제점들이 있었다.
상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 연구개발된 플라즈마 용사(plasma thermal spraying)법에 대한 기술들이 특허출원된 내용들을 살펴보면, 국내 등록특허 제10-0855872호의 높은 치밀도를 갖는 코팅층을 형성할 수 있는 코팅용 분말의 제조방법과, 국내 등록특허 제10-0316565호의 탄화규소(SiC) 분말을 Al 또는 NiCrAl 금속분말과 혼합한 후, 금속-SiC로 구성된 플라즈마 용사용 복합분말의 제조방법 등과 같이 용사용 복합분말의 제조방법을 개선하거나 또는 국내 특허공보 특1997-0010050호의 진공중에서 플라즈마 용사 작업을 수행하여 상압 플라즈마 용사중 발생되는 플라즈마의 특성을 개선하고 고품질의 고기능성 금속 및 세라믹 피막을 제조할 수 있는 저압 플라즈마 용사법에 관한 특허들이 출원되고, 이러한 특허들이 상기와 같은 문제점들을 일부 개선하였지만 플라즈마 용사법 자체가 높은 에너지가 소요되고, 형성시킨 피막의 신뢰성이 낮으며, 장비가 고가인 점 등의 근본적인 한계점은 극복하지 못하는 문제점이 있었다.
그리고, 플라즈마 용사와는 달리 고속화염용사(high-velocity oxygen fuel spraying, HVOF)는 최근 1980년대 이후 개발된 혁신적인 피막처리방법으로 복합분말을 고압에서 발생시킨 제트(jet)를 이용하여 피막을 형성시키는 방법으로 피막의 물성이 대단히 우수하여 다양한 산업분야에 널리 적용되고 있으며, 이에 적합한 복합분말 소재의 개발 및 공정조건에 대한 연구개발이 다양하게 시도되고 있다.
고속화염용사(HVOF)는 연료와 산소를 혼합하여 연소시킴으로써 3000℃ 정도의 고온을 얻을 수 있으며, 마하 5 이상의 극초음속의 가스 속도를 얻을 수 있기 때문에 플라즈마 등의 다른 용사법으로 제조된 용사층보다 경도가 높고, 낮은 기공률 및 접착강도가 강한 용사층을 얻을 수 있는 표면처리법으로서, 용사과정 중에 분해가 문제되는 탄화물계 용사재료(WC, Cr3C2)의 분해를 최소화할 수 있는 장점이 있다. 따라서 종래에 적용이 어려웠던 자동차 부품이나 선박 부품 등의 내마모성 및 내부식성 등의 물성을 향상시킬 목적으로 고속화염용사가 적용되고 있어 이에 따른 부품들의 코팅용 복합분말의 개발이 필요한 실정이다.
따라서 본 발명자는 선박엔진 부품이 장기간의 내구연한에도 충분히 견딜 수 있도록 고경도, 강한 내마모성 및 접착강도 등의 물성을 갖는 고속화염용사용 크롬카바이드/니켈크롬(Cr3C2/NiCr) 구형 복합분말을 개발함으로써 본 발명을 완성할 수 있게 되었다.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 본 발명은 크롬카바이드(Cr3C2) 분말, 니켈(Ni) 분말과 크롬(Cr) 분말을 혼합분쇄하여 과립화한 후 소결시켜 고속화염용사(high-velocity oxygen fuel spraying, HVOF)에 적합한 크롬카바이드/니켈크롬(Cr3C2/NiCr) 복합분말을 제조함으로써, 고경도와 강한 내마모성이 요구되는 선박엔진부품의 코팅용에 적합하도록 제조한 것을 특징으로 하는 선박엔진부품 코팅용 고속화염용사 복합분말 및 그 제조방법을 제공함을 과제로 한다.
이와 같이 본 발명에 따른 고속화염용사용 복합분말은 입자를 균일한 입도분포를 갖는 구형으로 형성시켜 유동성을 높여 용사시 용사 건(gun)이 막히지 않아 잘 분사되며, 그리고 겉보기밀도가 높아 모재에 피착시 치밀한 코팅 피막층을 형성시킬 수 있어 기계적 물성이 높고, 또한 가능한 작은 분산상으로 이루어져 있어 조밀한 피막 조직층을 형성시켜 피막층의 경도를 높게 함으로써 장기간의 사용시에도 강한 내구성이 요구되는 선박엔진부품의 코팅용에 적합하도록 제조한 고속화염용사 복합분말인 것이 특징이다.
상기의 과제를 수행하기 위한 본 발명은 크롬카바이드(Cr3C2) 분말과 크롬(Cr) 분말 및 니켈(Ni) 분말을 혼합시킨 혼합물을 분쇄하여 초미립화시킨 다음 회전식 분무건조기를 이용하여 초과립 입자를 형성시킨 후 이를 소결시켜 크롬카바이드/니켈크롬(Cr3C2/NiCr) 복합분말을 제조하는 것을 특징으로 하는 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말의 제조방법을 과제 해결 수단으로 한다.
상기 혼합물은 크롬카바이드(Cr3C2) 분말 70∼80 중량%와 크롬(Cr) 분말 4∼6 중량% 및 니켈(Ni) 분말 16∼24 중량%를 혼합시키는 것이 바람직하며, 고속화염용사 복합분말은 입자 크기가 20∼60 ㎛이고, 겉보기밀도가 2.0∼2.8 g/cm3 인 것이 바람직하다.
상기의 과제 해결 수단에 의한 본 발명에 따른 크롬카바이드/니켈크롬(Cr3C2/NiCr) 고속화염용사 복합분말은 입자의 분포가 균일한 구형입자로서, 유동성이 높아 고속 용사에 사용하기에 적합하도록 제조되고, 그리고 밀도가 높고, 작은 분산상으로 이루어져 있어 치밀한 코팅 피막층을 형성시킬 수 있고, 경도, 내마모성 및 표면조도 등의 물성을 향상시켜 강한 내구성이 요구되는 선박엔진부품의 코팅용에 적합하여 선박엔진의 내구연한을 연장시킬 수 있도록 한 것이 장점이 있다.
또한 고속화염용사를 이용하여 피막을 형성시킴으로써 낮은 용사 에너지에 의해 형성시킨 피막의 신뢰성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 장비의 가격이 저가이므로 경제적인 장점이 있다.
상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명에 따른 고속화염용사용 복합분말의 사용하는 원료 소재는 크롬카바이드(Cr3C2) 분말, 니켈(Ni) 분말과 크롬(Cr) 분말을 혼합분쇄하여 크롬카바이드/니켈크롬(Cr3C2/NiCr) 복합분말을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말을 제조하는 방법은 다음과 같다.
본 발명은 크롬카바이드(Cr3C2) 분말과 크롬(Cr) 분말 및 니켈(Ni) 분말을 혼합시킨 혼합물을 분쇄하여 초미립화시킨 다음 회전식 분무건조기를 이용하여 과립 입자를 형성시킨 후 이를 소결시켜 크롬카바이드/니켈크롬(Cr3C2/NiCr) 복합분말을 제조하는 것을 특징으로 하는 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 혼합물은 크롬카바이드(Cr3C2) 분말 70∼80 중량%와 크롬(Cr) 분말 4∼6 중량% 및 니켈(Ni) 분말 16∼24 중량%를 혼합시키는 것이 바람직하다.
상기에서 크롬카바이드(Cr3C2) 분말은 용사 후 피막이 형성되면, 크롬(Cr) 분말 및 니켈(Ni) 분말이 용융되어 결합된 니켈크롬(NiCr) 메트릭스 중에 분산되어 분산경화를 나타내게 하는 분산상의 미세한 입자로서, 가능한 분산상의 입자가 작을수록 피막층의 조직이 치밀하게 되어 경도가 높아지게 된다.
그리고 크롬카바이드(Cr3C2) 분말의 혼합비가 70 중량% 미만이 될 경우에는 니켈크롬(NiCr) 메트릭스 내에 분산상의 적정 성분비가 적어짐에 따라 모재에 형성시킨 피막의 경도가 낮아져 내마모성 등의 물성이 저하할 우려가 있고, 크롬카바이드(Cr3C2) 분말의 구성성분비가 80 중량%를 초과할 경우에는 모재에 형성시킨 피막의 경도는 높아지나 분산상의 구성비에 비해 니켈크롬(NiCr) 메트릭스 성분의 적정 성분비가 상대적으로 적어짐에 따라 모재에 피막이 접착되는 강도가 저하할 우려가 있다.
또한 본 발명에서 사용하는 크롬카바이드(Cr3C2) 분말은 크롬(Cr)의 함량이 84.7∼86.7 중량%이고, 그 나머지가 탄소(C)인 것이 바람직하다.
그리고 크롬(Cr) 분말 및 니켈(Ni) 분말은 용사 후 이들 분말이 용융되어 니 켈크롬(NiCr) 메트릭스를 형성시켜 피막의 기계적 물성을 향상시키고, 모재와 피막 간의 접착력을 향상뿐만 아니라 메트릭스 성분 내에 니켈(Ni)이 피막의 내부식성의 물성을 향상시키는 역할을 한다.
또한 크롬(Cr) 분말 및 니켈(Ni) 분말의 혼합량이 각각 4 중량%, 16 중량% 미만이 될 경우에는 분산상의 성분비에 비해 상대적으로 메트릭스의 적정 성분비가 적어짐에 따라 모재에 형성시킨 피막의 기계적 물성과 내부식성 등의 물성이 저하할 우려가 있고, 크롬(Cr) 분말 및 니켈(Ni) 분말의 혼합량이 각각 6 중량%, 24 중량%를 초과할 경우에는 상대적으로 분산상인 크롬카바이드(Cr3C2) 분말의 혼합량이 적어져서 피막의 조직이 미세하지 못하고 경도가 낮아질 우려가 있다.
참고로, 도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말을 제조하기 위한 원료의 미세구조를 찍은 SEM 사진에 관한 것이다.
도 1a는 크롬카바이드(Cr3C2) 분말의 미세구조 상태를 나타낸 SEM 사진에 관한 것이고, 도 1b는 니켈(Ni) 분말의 미세구조 상태를 나타낸 SEM 사진에 관한 것이며, 도 1c는 크롬(Cr) 분말의 미세구조 상태를 나타낸 SEM 사진에 관한 것이다.
본 발명에서 사용하는 원료 소재 분말 입자의 크기는 도 1a 내지 도 1c에 나타난 바와 같이 분말입자의 평균크기가 크롬카바이드(Cr3C2) 분말은 2.5∼3.5 ㎛이고, 니켈(Ni) 분말은 20∼25 ㎛이며, 크롬(Cr) 분말은 5∼10 ㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명에서 상기 혼합물은 밀링을 이용하여 48∼72시간 분쇄시키는 것이 바람직하다. 밀링시간이 48시간 미만이 될 경우에는 혼합분말들이 충분히 분쇄되지 아니하여 분말의 응집도가 높아지게 될 우려가 있고, 72시간을 초과할 경우에는 혼합분말의 응집도는 낮아지나 생산성이 저하하는 문제점이 발생할 우려가 있다.
참고로, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말을 제조하기 위한 원료 혼합물의 분말을 밀링하는 과정에서 시간의 경과에 따른 입자의 변형 과정을 찍은 SEM 사진에 관한 것이다.
도 2a는 혼합물의 분말을 12시간 밀링한 후의 상태를 찍은 SEM 사진을 나타낸 것이고, 도 2b는 혼합물의 분말을 24시간 밀링한 후의 상태를 찍은 SEM 사진을 나타낸 것이며, 도 2c는 혼합물의 분말을 48시간 밀링한 후의 상태를 찍은 SEM 사 진을 나타낸 것이고, 도 2d는 혼합물의 분말을 72시간 밀링한 후의 상태를 찍은 SEM 사진을 나타낸 것으로써, 밀링 시간 48시간 이후에 복합 혼합물의 입자 크기가 미세하게 균일해 지는 것을 알 수 있다.
그리고 본 발명은 고속화염용사시 탄소성분이 다량 이탈되는 점을 고려하여 이를 보완하기 위해 분쇄시에 혼합물 100 중량부에 대하여 탄소 0.5∼5 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기에서 탄소의 첨가량이 0.5 중량부 미만이 될 경우 모재의 표면에 형성된 피막에 적정량의 탄소가 함유되지 아니하여 분산상의 성분이 부족하여 경도, 내마모성 등과 같은 피막의 기계적 물성이 저하할 우려가 있고, 탄소의 첨가량이 5 중량부를 초과할 경우에는 니켈크롬(NiCr) 메트릭스 성분 내에 탄소가 과량 첨가되어 도리어 피막의 기계적 물성이 저하할 우려가 있다.
본 발명에서 첨가하는 탄소는 카본블랙, 활성탄 등을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명은 회전식 분무건조기를 이용하여 초미립화시킨 분말들의 혼합물을 회전시켜 과립입자를 형성시킨다. 이때 초미립화된 혼합물의 분말들을 과립화시키기 위해 결합제를 첨가하며, 결합제의 첨가량은 분말 혼합물 100 중량부에 대하여 1∼5 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.
그리고 본 공정에서 형성시킨 과립화 입자는 가능한 입자의 내부가 충분히 충진될 수 있도록 하기 위한 과립조건은 흡기온도 130∼200℃의 온도에서 회전형 디스크의 회전속도를 8,000∼20,000 rpm의 범위 내에서 조절하는 것이 바람직하다.
또한 본 공정에서 첨가하는 결합제의 첨가량이나 또는 과립조건이 상기에서 한정한 범위 미만의 조건이 될 경우에는 과립 입자의 내부가 충분히 충진되지 아니하여 용사시 건(gun)으로부터 분사되는 입자의 속도가 충분하지 않고, 분말입자의 양이 적어 균일한 두께의 피막을 형성시키지 못할 우려가 있고, 결합제의 첨가량이나 또는 과립조건이 상기에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 결합제가 과량 첨가되어 과립입자의 겉보기밀도가 낮아져서 피막의 기계적 물성이 저하할 우려가 있다.
본 발명에서 사용가능한 결합제는 수용성 고분자 수지 또는 비수용성 고분자 수지를 모두 사용할 수 있으며, 수용성 고분자로는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(Hydroxypropyl methylCellulose) 또는 하이드록시프로필에틸셀룰로오스(Hydroxypropyl ethylCellulose) 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 물과 혼합하여 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)인 것이 좋다. 그리고 비수용성 고분자는 파라핀을 알코올, 헥산 등의 유기용제에 용해시킨 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 고분자 수지는 용매 100 중량부에 1∼5 중량부를 첨가하여 용해시킨 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기의 과정을 거쳐 제조된 과립입자는 겉보기밀도가 낮고, 과립화시킨 초미립자들의 간의 결합력이 낮아 용사에 사용할 수 없으므로 이 과립입자를 소결시켜 과립입자 내부의 공간(hollow)을 충진시켜 겉보기밀도를 높이기 위해 과립입자 내부에 충진된 초미립자들만이 융해되어 결합될 수 있을 정도의 열을 가하여 소결시킨다. 이때 열을 너무 과하게 가하면 과립입자의 내부가 융해될 뿐만 아니라 과립입자의 외부 표면도 융해되어 과립입자들간에 결합되어 입자의 엉김현상이 발생하게 된다.
상기에서 소결조건은 900∼1,300℃에서 10∼60분간 소결시키는 것이 바람직하다. 소결조건이 상기에서 한정한 온도의 범위보다 낮을 경우에는 과립입자의 내부에 존재하는 초미립자들이 충분히 융해되지 아니하여 과립입자의 내부 공간(hollow)이 잔존하여 겉보기밀도가 낮아질 수 있으며, 그리고 소결조건이 상기에서 한정한 온도의 범위보다 높을 경우에는 과립입자의 내부에 존재하는 초미립자들이 완전 융해되어 과립입자의 내부가 충진되어 겉보기밀도는 높아지지만 온도가 너 무 높아 과립입자의 표면까지 융해되어 과립입자들이 서로 결합되어 엉기게 되므로 용사용 분말로서 사용하기에 부적합해질 우려가 있다.
그리고 소결시킨 복합분말은 입자 크기가 20∼60 ㎛이고, 겉보기밀도가 2.0∼2.8 g/cm3 인 것이 바람직하다. 복합분말이 상기의 조건을 벗어날 경우에는 고속화염용사용 복합분말로서 사용하기에 적합하지 않다.
이와 같이 상기의 방법에 의해 제조한 고속화염용사 복합분말은 균일한 입도분포를 갖는 구형으로 형성시켜 유동성을 높여 용사시 용사 건(gun)이 막히지 않아 잘 분사되며, 그리고 겉보기밀도가 피막층의 내구성, 내마모성 등의 물성이 높고, 또한 가능한 작은 분산상으로 이루어져 있어 피막층의 경도가 높으며, 금속 메트릭스에 니켈(Ni)이 함유되어 있어 강한 내부식성 물성을 확보할 수 있게 함으로써 장기간의 사용시에도 강한 내구성이 요구되는 선박엔진부품의 코팅용에 적합하도록 제조한 것이 특징이다.
이하 본 발명을 아래의 실시예에 의거하여 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 아래의 실시예에 의해서만 반드시 한정되는 것은 아니다.
1. 고속화염용사용 복합분말의 제조
(실시예 1)
입자의 평균크기가 2.5∼3.5 ㎛인 크롬카바이드(Cr3C2) 분말 80 중량%와 입자의 평균크기가 5∼10 ㎛인 크롬(Cr) 분말 4 중량% 및 입자의 평균크기가 20∼25 ㎛인 니켈(Ni) 분말 16 중량%를 혼합시킨 혼합물을 분쇄시켰다. 이때 혼합분말 100 중량부에 대하여 카본블랙 0.5 중량부를 첨가하여 분쇄시킨 다음 회전식 분무건조기를 이용하여 흡기온도 130℃의 온도에서 회전형 디스크의 회전속도를 20,000rpm으로 조절하여 혼합분말을 과립입자로 형성시킨 다음 과립화된 혼합분말을 1,300℃에서 10분간 소결시켜 고속화염용사용 크롬카바이드/니켈크롬(Cr3C2/NiCr) 복합분말을 제조하였다.
상기에서 회전식 분무건조기를 이용하여 혼합분말을 과립화시키는 공정에서 혼합분말 100 중량부에 대하여 PVA 접착제 1 중량부를 첨가하였다.
(실시예 2)
입자의 평균크기가 2.5∼3.5 ㎛인 크롬카바이드(Cr3C2) 분말 70 중량%와 입자의 평균크기가 5∼10 ㎛인 크롬(Cr) 분말 6 중량% 및 입자의 평균크기가 20∼25 ㎛인 니켈(Ni) 분말 24 중량%를 혼합시킨 혼합물을 분쇄시켰다. 이때 혼합분말 100 중량부에 대하여 카본블랙 5 중량부를 첨가하여 분쇄시킨 다음 회전식 분무건조기를 이용하여 흡기온도 200℃의 온도에서 회전형 디스크의 회전속도를 8,000rpm으로 조절하여 혼합분말을 과립입자로 형성시킨 다음 과립화된 혼합분말을 900℃에서 60분간 소결시켜 고속화염용사 복합분말을 제조하였다.
상기에서 회전식 분무건조기를 이용하여 혼합분말을 과립화시키는 공정에서 혼합분말 100 중량부에 대하여 PVA 접착제 5 중량부를 첨가하였다.
(비교예 1)
시중에 유통중인 크롬카바이드/니켈크롬(Cr3C2/NiCr) 고속화염용사 복합분말을 실시예 1, 2의 비교대상으로 하였다.
2. 고속화염용사 복합분말의 평가
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1의 시료를 대상으로 겉보기밀도(ASTM B214-86법)와 유동도(ASTM B213-83법)를 시험한 결과는 아래 [표 1]의 내용과 같고, 또한 상기 용사재의 시료들을 이용하여 연료량 6.3∼6.7 gph, 산소유량 1,850∼1,950 scfh, 용사거리 320∼340 mm의 조건으로 고속화염용사하여 250 ㎛ 두께의 피막을 형성시킨 다음 경도(비커스경도기법) 및 접착강도(ASTM C634법)를 측정한 결과 아래 [표 2]의 내용과 같다.
시험항목 실시예 비교예
1 2 1
겉보기밀도(g/cm3) 2.5 2.7 2.4
유동도(g/sec) 1.8~1.9 1.9~2.1 1.7~1.8
상기 [표 1]의 내용에 의하면, 본 발명에 따른 실시예 1, 2는 비교예 1에 비해 겉보기밀도와 유동도가 모두 우수한 것으로 나타났다.
시험항목 실시예 비교예
1 2 1
경도(Hv) 910 870 840
접착강도(psi) 9,110 9,620 9,040
상기 [표 2]의 내용에 의하면, 본 발명에 따른 실시예 1, 2는 비교예 1에 비해 경도 및 접착강도 모두 우수한 것으로 나타났다.
도 3a와 도 3b는 각각 실시예 1에 따른 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말의 미세구조와 단면의 미세구조를 찍은 SEM 사진을 나타낸 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말 및 그 제조방법은 상기의 실시예에 의해 그 우수성은 확인되었으며, 그리고 본 발명은 해당 기술분야의 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말을 제조하기 위한 크롬카바이드(Cr3C2) 원료 분말의 미세구조를 찍은 SEM 사진,
도 1b는 본 발명에 따른 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말을 제조하기 위한 니켈(Ni) 원료 분말의 미세구조를 찍은 SEM 사진,
도 1c는 본 발명에 따른 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말을 제조하기 위한 크롬(Cr) 원료 분말의 미세구조를 찍은 SEM 사진,
도 2a는 본 발명에 따른 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말을 제조하기 위한 원료 혼합물의 분말을 밀링하는 과정에서 12시간 밀링한 후의 상태를 찍은 SEM 사진,
도 2b는 본 발명에 따른 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말을 제조하기 위한 원료 혼합물의 분말을 밀링하는 과정에서 24시간 밀링한 후의 상태를 찍은 SEM 사진,
도 2c는 본 발명에 따른 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말을 제조하기 위한 원료 혼합물의 분말을 밀링하는 과정에서 48시간 밀링한 후의 상태를 찍은 SEM 사진,
도 2d는 본 발명에 따른 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말을 제조하기 위한 원료 혼합물의 분말을 밀링하는 과정에서 72시간 밀링한 후의 상태를 찍은 SEM 사진,
도 3a는 본 발명에 따른 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말의 미세구조를 찍은 SEM 사진,
도 3b는 본 발명에 따른 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말의 단면의 미세구조를 찍은 SEM 사진에 관한 것이다.

Claims (6)

  1. 크롬카바이드(Cr3C2) 분말 70∼80 중량%와 크롬(Cr) 분말 4∼6 중량% 및 니켈(Ni) 분말 16∼24 중량%를 혼합시킨 혼합물 100 중량부에 대하여 탄소 0.5∼5 중량부를 첨가한 다음 분쇄하여 초미립화시킨 다음 결합제 1∼5 중량부를 첨가하고, 회전식 분무건조기를 이용하여 과립 입자를 형성시킨 후 이를 900∼1,300℃에서 10∼60분간 소결시켜 크롬카바이드/니켈크롬(Cr3C2/NiCr) 복합분말을 제조하는 것을 특징으로 하는 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 크롬카바이드(Cr3C2) 분말 70∼80 중량%와 크롬(Cr) 분말 4∼6 중량% 및 니켈(Ni) 분말 16∼24 중량%를 혼합시켜 상기 청구항 1의 방법에 의해 제조한 크롬카바이드/니켈크롬(Cr3C2/NiCr) 구형 복합분말의 입자 크기가 20∼60 ㎛이고, 겉보기밀도가 2.0∼2.8 g/cm3 인 것을 특징으로 하는 선박엔진의 부품 코팅용 고속화염용사 복합분말.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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