KR101225940B1 - 연성 및 내부식성 표면 층을 갖는 물체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면 또는 전체 물체가 내부식성을 손상시키거나 파손시키는 크랙 또는 다른 취약한 곳을 발생시키지 않고 기계적으로 변형되기에 충분한 연성을 갖는 내부식성 표면을 갖는 물체에 관한 것이다. 표면 층은 바람직하게는 탄탈륨과 같은 내화 금속을 적어도 80 % 포함하며, 표면 층과 코어 부재 사이에 필요한 연성과 접착 성능을 갖는 합금 층이 형성된다.

Description

연성 및 내부식성 표면 층을 갖는 물체{OBJECT HAVING A DUCTILE AND CORROSION RESISTANT SURFACE LAYER}

본 발명은 표면 또는 전체 물체가 내부식성을 손상시키거나 파손시키는 크랙 또는 다른 취약한 곳을 발생시키지 않고 기계적으로 변형되기에 충분한 연성을 갖는 내부식성 표면을 갖는 물체에 관한 것이다. 표면 층은 바람직하게는 탄탈륨과 같은 내화 금속을 적어도 80 % 포함하며, 표면 층과 코어 부재 사이에 필요한 연성과 접착 성능을 갖는 합금 층이 형성된다.

부식성이 높은 환경에 위치되는 물체는 물체를 보호하기 위해서 내부식성의 외부 표면을 가져야만 한다. 이러한 내부식성의 외부 표면은 전체 물체를 내부식성 재료로 제조함으로써 형성될 수도 있다. 그러나, 이는 예컨대, 이러한 물체를 제조하기 위해서 포함된 비용에 기인하여 또는 예컨대 강도, 자기적 특성, 가요성, 내구성, 밀도, 중량, 열 또는 전기 전도도, 작업성 (예컨대, 프레싱, 스탬핑, 용접, 단조, 스크류잉, 솔더링 또는 글루잉에 대한 작업성), 탄성, 피로 특성, 윤활에 관한 특성, 경도, 거칠기 등의 관점에서 물체가 가져야 하고 달성해야 할 다른 요구 조건 또는 특성을 내부식성 재료가 만족시키지 못할 수도 있기 때문에 바람직하지 않을 수도 있다. 따라서, 내부식성의 외부 표면은 물체에 종종 탄탈륨 (Ta) 과 같은 내부식성 재료층을 도포함으로써 제공된다.

이러한 표면 층은, 부식성이 높은 환경에서 코팅 아래 물체의 노출된 스팟을 형성하는 핀홀 없이 긴밀한 것이 중요한데, 수개의 문헌에서 이러한 핀홀이 없는 층을 도포하는 방법을 개시하고 있는데, EP 0578605 B1 에서는 고용융성 금속, 특히 니오븀과 탄탈륨을 도금하기 위한 용융조에 대해 기술하고 있다.

용융조는 산화물 이온과 석출될 금속 이온을 포함하는 알칼리 금속 불화물의 용융물로 이루어진다. 용융물에서의 석출될 금속과 산화물 이온 또는 다른 양이온 사이의 몰 비는 주어진 비율 내에서 유지되어야만 한다. 용융조가 금속 형태에서 특히 고용융 금속과 접촉할 때 도달되는 값에 대응하는 값으로 산화 환원 반응의 수준 (redox level) 이 유지되어야 한다.

다른 실시예로는 금속 표면을 변형시키는 방법에 관해 개시하는 EP 1501962 B1 이 있으며, 이 방법은 적어도 하기의 단계를 포함하는 CVD 를 위해 채용된 챔버에서 기재 상으로의 화학적 기상 증착을 포함한다:

- 금속면에 결합될 금속 화합물을 포함하는 반응물 기체의 흐름에 의해 기재가 화학적 기상 증착 처리되는 단계; 및,

- 반응물 흐름을 차단함으로써 화학적 기상 증착이 중단되는 단계.

특허 문헌 US 5, 087, 856 은 실질적으로 탄탈륨의 표면 층으로 둘러싸이는 스테인리스강의 코어를 갖는 물체를 기재하는데, 이 물체는 스테인리스강으로 만들어지거나 전해 연마된 텅스텐으로 만들어지는 얇은 와이어 또는 코어를 갖는 차저 (charger) 용 방전 전극이다. 코팅을 형성하기 위해서, 탄탈륨, 니오븀, 지르코늄, 티타늄 또는 주기율표 상에서 동일 족에 속하는 유사한 원소를 포함하는 비정질 합금이 스퍼터링, CVD (화학적 기상 증착법) 또는 유사한 기술에 의해 얇은 와이어 상에 증착된다. 비정질 합금에서의 탄탈륨의 함량은 10% ~ 70% 에서 선택된다.

그러나, 심지어 70 % 의 함량 조차도, 부식성이 높은 환경에 대해서는 내부식성이 충분하지 않으며, 적어도 70 % 또는 80 % 이상의 농도가 종종 요구될 것이다.

US 4,786,486 는 농축된 산에 의해 내부식성이 높으며, 스테인리스강에 도포될 때 양호한 부착 특성을 가지며, 60 ~ 90 원자 % 의 탄탈륨 또는 텅스텐으로 형성되며, 잔부가 스테인리스강, 예컨대 304L 스테인리스강에서 발견된 비율의 철, 크롬 및 니켈인 합금을 개시한다. 이 합금은 부분 텅스텐 또는 탄탈륨, 및 부분 스테인리스강인 스퍼터 타겟을 이용한 스퍼터 증착에 의해 표면에 도포되게 현장에서 (in situ) 형성될 수도 있다.

예컨대, 이 문헌에서 나타난 바와 같이, 이러한 탄탈륨이 농후한 표면 코팅을 특히, 스테인리스강에 부착하는 것은 특히 핀홀이 없는 것이 요구될 때, 문제점이 되는 것으로 공지되어 있다. 문헌 WO 98/46809 에서, 용융염으로부터 내화 금속, 주로 탄탈륨 및 니오븀에 의해 전기 도금하는 것에 관한 해법이 제안되고 있는데, 이 해법은 화학적, 야금학적, 약학적, 의학 산업, 터빈 제조, 항공 및 우주 산업 및 다른 엔지니어링 분야에서, 그리고 내부식성 및 배리어 코팅의 생성에 적용될 수 있다. 이 발명의 본질은, 도포될 물품이 내화 및 알칼리 금속 양자의 불화물과 나트륨, 칼륨 및 세슘의 염화물을 포함하는 공정 용융물을 포함하는 용융 전해질에 침지될 때, 물품이 700 ~ 770℃ 의 전해질 작업 온도로 가열되고, 이후 직류 또는 역방향 전류가 전해질을 통과하는데, 전류 파라미터는, 양극 (Qa) 및 음극 (Qc) 및 전기 도금 사이클의 일부에서의 전류량이 0 ≤ Qa/Qc ＜ 0.9 의 비율에 대응하도록 조절된다는 것이다. 물품의 품질을 개선하기 위해서, 전해질의 중량은 물품 중량의 5 배 이상을 초과하는 것이 바람직하다. 이 방법의 결과, 종래의 재료로 만들어진 산업 분야에 적용하기 위한 균일한 두께, 고품질의 탄탈륨 또는 니오븀 코팅이 물품 상에서 생성된다. 그로 인한 코팅의 개방 다공부는 0.001 % 이하이며, 기재에의 부착은 8 kg/mm 만큼 높다.

일부의 도포된 물체는 코팅을 도포한 후 기계적 변형 (modification) 을 거치는데, 이는 연료 전지, 열교환기, 랩온어칩 (lab on a chip) 등과 같은 시스템에서 유동 채널로서 사용되는 표면에 있어서 홈을 포함하는 물체를 제조하는 것이 바람직하기 때문이다. 표면에 홈을 형성시키는 것과 같이 물체를 변형시키는 방법은, 이 방법이 물체가 변형되는 영역에서 코팅 재료의 내부식 특성을 약화시킬 우려가 있을 수도 있다. 또한, 이러한 변형은 예컨대, 도포가 많이 된 예비성형체 (preform) 에서 물체를 드로잉 (drawing) 하는 것의 결과일 수도 있다. 또한, 물체는 작동 사용중 또는 단지 작동 환경에 기인하여, 임팩트, 블로우, 스트로크, 그라인딩, 소성 또는 탄성 변형에 기계적으로 놓일 수 있으며, 이는 일반 공구, 로터 블레이드, 팬, 벨로우즈, 피스톤 등일 것이다. 다른 물체는 설치중 공구의 영향에 기인하여 의도치 않게 기계적으로 변형될 수도 있다. 예컨대, 랜치에 의해 너트가 체결될 때 약간 변형될 수도 있다. 추가의 부품은 코팅 및 기재를 변형시킬 수도 있는 거친 핸들링 (예컨대, 셋업시에 정확한 위치를 확보하기 위해서 공구에 의한 스트로크) 에 노출될 수도 있다. 모든 경우에, 수정되고 변형되거나 바로 영향을 받는 영역이 부식에 대해 취약한 영역 또는 지점에서 나타날 것이며, 결합된 물체가 부식성 환경에 위치되는 경우 부식될 우려가 있다. 이것은 아주 바람직하지 못하다.

부식 특성 이외에 다른 기계적 특성, 예컨대 경질 내마모성을 표면에 부여하기 위해서 이러한 층이 도포되는 것이 공지되어 있다. 이는 예컨대 US 4,341,834 에 기재되어 있으며, 이 문헌에서는 TiC, TiN 또는 TiCN 의 내부 코팅 층을 갖거나 갖지 않는 기재; 티타늄, 수소, 및 일산화탄소 또는 이산화탄소 또는 이들 혼합물의 할로겐화물을 800 ~ 1200 ℃ 인 온도에서 반응을 실행함으로써 내부 코팅 층 또는 기재의 표면에 형성된 티타늄 옥시탄화물 (oxycarbide) 의 중간 층; 및 중간 층의 외부 표면에 형성된 알루미늄 산화물의 외부 코팅 층을 포함하는 절삭 공구 또는 내마모성의 기계적 부품을 만드는 방법을 교시한다. 내부 층, 중간 층 및 외부 코팅 층의 두께는 각각 약 0.5 ~ 20 ㎛, 0.5 ~ 20 ㎛ 및 0.5 ~ 10 ㎛ 이다. 이 발명에 따라 도포된 초경질 합금 물품은 (1) 주기율표의 4a, 5a 및 6a 족 금속의 탄화물, 질화물 및 탄질화물 중 적어도 하나 및 (2) Fe, Ni, Co, W, Mo 및 Cr 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 (1) 의 전형적인 금속은 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo 및 W 이다. 이러한 특성의 초경질 합금이 공지되어 있는데, 예컨대, R. Kieffer : "Hartmetalle", Springer-Verlag (Wien-NY), 1965 에 개시되어 있다. 이 발명에 사용하기에 적합한 이들 합금의 예는 WC-TiC-TaC-Co 합금, WC-Co 합금, WC-TiC-Co 합금, WC-TiC-TaC-NbC-Co 합금, WC-TiC-Mo2C-Ni-Co 합금 및 TiC-Mo-Ni 합금이다. 이들 초경질 합금은 예컨대, 시작 재료를 분말 혼합하는 단계, 혼합물을 예비 성형체로 가압하는 단계 및 예비 성형체를 소결하는 단계를 포함한다.

본 발명의 목적은 예컨대, US 4,341,834 에 기재된 절삭 공구를 위한 경질 코팅과 달리 내부식성 및 연성이 있는 코팅을 갖는 물체를 형성하는 데에 있다.

이 물체는 소성 또는 탄성 변형을 포함할 수도 있는 처리를 받는 경우라도 내부식성을 가져야 한다. 또한, 본 발명의 목적은, 물체의 표면이 일부의 기계적 변형을 받거나, 임팩트, 블로우, 스트로크, 그라인딩, 소성 또는 탄성 변형에 기계적으로 놓이는 내부식성 표면을 갖는 물체를 형성하는 데에 있다. 예컨대, 이 물체는 가능하게는 표면을 거칠게 하여, 이에 의해 표면적 그리고 이에 의해 분무 도포되는 세라믹층과 같은 연속의 코팅 층의 부착을 증가시키 위해서, 표면 구조를 형성하는 롤링 또는 임프린팅 공정을 거칠 수도 있다.

이러한 목적은 연성의 표면을 갖는 내부식성 물체를 형성함으로 달성되는데, 이 물체는,

- 제 1 베이스 재료로 만들어지며 외부 표면을 갖는 코어 부재, 및

- 코어 부재의 외부 표면의 적어도 일부를 덮는 적어도 70 % 농도의 내부식성 재료를 가지는 코팅 층을 포함하며,

코어 부재와 코팅 층 사이에 합금 영역이 존재하고, 상기 합금 영역은 상기 내부식성 재료의 농도가 코팅 층에서의 농도의 90 % 인 곳으로부터 상기 내부식성 재료의 농도가 코팅 층에서의 농도의 10 % 인 곳까지, 0.1 ~ 10 ㎛ 의 두께를 갖는다.

본 발명은 또한, 양호한 내부식성을 갖는 실질적으로 핀홀이 없는 표면 코팅 층을 갖춘 코어 부재를 함유하는 철을 포함하는 물체에 관한 것으로, 표면 층은 탄탈륨, 또는 반응성 또는 내화 금속 또는 예컨대, W, Nb, Mo, Ti, Hf, Zr 을 포함하는 금속과 같이 탄탈륨과 아주 동일한 족의 금속 같이 강보다 상당히 큰 부식성을 갖는 금속이다. 코어 부재 자체에는 실질적으로 탄탈륨 또는 다르게는, 표면 코팅을 이루는 금속 (들) 이 없다. 코어 부재는 50 중량 % 이하의 농도로 바람직하게는 Ni 를 추가로 포함한다.

특히, 본 발명의 물체는 코어 부재를 포함하는 철이 강이며, 바람직하게는 스테인리스 또는 탄소강이다.

표면의 양호한 내부식성을 보장하기 위해서, 금속화된 성분은 80 % 이상의 탄탈륨 함량을 갖는 조성 (예컨대, 비금속, 산소, 질소, 탄소 등의 함량이 무시됨을 의미하는 금속 순도) 을 가져야 한다. 80 % 이상의 탄탈륨 함량에 의해, 표면의 성능이 순수 탄탈륨의 성능과 실질적으로 동일하다.

본 발명의 목적은 또한, 연성이 있으며 양호한 부착성을 갖는 표면 코팅을 포함하는 물체를 제조하는 것이다. 코어 부재를 포함하는 철에 대한 부착성은 코어 부재와 탄탈륨 표면 사이의 계면의 구조에 의해 크게 영향을 받는 것을 경험하였다.

이 목적은, 코어 부재와 내부식성 표면층 사이에 합금 영역이 있는 물체를 제공하는, 본 발명의 핵심적 특성에 의해 달성된다. 예컨대, 코어 부재가 오스테나이트계 스테인리스강 (AIS 316L 과 같음) 이라면, 특히 합금 원소 (Ni, Cr 및 Fe) 의 농도 분포가 부착에 중요하다.

계면에서의 탄탈륨의 농도는 코어 부재로부터 표면 층까지 증가한다. 탄탈륨 표면과 계면 또는 합금 영역 간의 천이는, 탄탈륨의 함량이 표면 농도의 90 % 인 곳에서의 깊이에 의해 규정된다. 합금 영역으로부터 코어 부재로의 천이는 탄탈륨의 함량이 표면 농도의 10 % 인 곳에서의 깊이에 의해 규정된다. 합금 영역은 일반적으로, 물체 내에서 0.1 ㎛ ~ 10 ㎛ 이며, 또는 0.3 ㎛ ~ 2.0 ㎛ 이 더 바람직하다.

적절한 농도를 갖는 합금 영역을 보장하기 위해서, CVD 공정을 사용할 때 공정 온도가 중요한 인자이다. 온도가 500 ℃ 미만이면, 일반적으로 물체에서의 합금 물질의 확산 속도가 너무 낮아 의미가 없다. 스테인리스강의 코어에 대해 1200 ℃ 이상의 온도가 사용된다면, Ni 의 확산 속도가 합금 물질의 적절한 구조를 얻기에는 너무 높다는 것을 경험하였다. 계면에 높은 Ni 의 함량을 갖는 합금 층이 형성된다. 이러한 높은 Ni 함량을 갖는 합금은 양호한 접착 또는 부착성을 부여하기에는 너무 부서지기 쉽다는 것이 증명되고 있다. 경험으로 미루어 (as a rule of thumb), 양호한 부착성을 보장하기 위해서는, 20 % 초과의 Ni 를 함유하는 상을 갖는 탄탈륨은 존재하지 않을 것이며, 합금에서의 니켈 함량은 철의 함량보다는 낮아야 한다. 합금 영역에 있어서 일부 스팟에서의 Ni 의 함량이 철의 함량보다 10 배를 초과하면, 탄탈륨/니켈 합금의 형성 때문에 부착성이 열화될 우려가 있다. 동일한 방법으로, Ni 함량은 어느 곳에서도 탄탈륨 함량을 초과할 수 없다. 1 % 미만의 니켈 함량을 갖는 철계 기재 (예컨대, 탄소강) 에 대해서, 1200 ℃ 의 온도 까지는 양호한 결과가 얻어진다.

따라서, 본 발명의 추가의 목적은, 코어 부재와 코팅 층 사이에 합금 영역을 형성하는 것인데, 합금 영역이 합금 원소 Ni, Fe 및 Ta 를 포함하지만, Ni 의 농도가 어느 곳에서도 20 중량 % 를 초과하지 않고, 바람직하게는 15 중량 % 미만, 더 바람직하게는 10 중량 % 미만인 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 이러한 물체를 제조하는 방법을 도입하는 것으로, 이 방법은,

ㆍ 제 1 베이스 재료로 만들어지며 외부 표면을 갖는 코어 부재 (2) 를 제공하는 단계,

ㆍ 700 ~ 1200 ℃ 의 온도에서 CVD 공정에 의해 코어 부재의 외부 표면 중 적어도 일부에 내부식성 재료의 코팅 층 (4) 을 도포하는 단계,

ㆍ 코어 부재 (2) 와 코팅 층 (4) 사이에서, 상기 내부식성 재료의 농도가 코팅 층에서의 농도의 90 % 인 곳으로부터 상기 내부식성 재료의 농도가 코팅 층에서의 농도의 10 % 인 곳까지 적어도 0.1 ㎛ 의 두께를 갖는 합금 영역 (3) 의 형성을 보장하는 속도로 상기 코팅 층을 도포하는 단계를 포함한다.

본 발명의 추가의 목적은 소성 또는 탄성 변형, 기계적 변형, 롤링, 임프린팅, 드로잉 등과 같은 기계적 처리 공정를 거치기에 충분히 연성이 있는 표면을 갖는 내부식성 물체를 제조하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 스트로크 또는 임팩트에 의한 롤링, 임프린팅과 같은 기계적 변형을 받는 내부식성 표면을 갖는 물체를 만드는 방법을 제공하는 것이다. 이 목적은 이하와 같은 단계를 포함하는 방법을 제공함으로써 달성된다:

- 제 1 베이스 재료로 만들어지며 외부 표면을 갖는 코어 부재 (2) 를 제공하는 단계,

- 700 ~ 1200 ℃ 의 온도에서 CVD 공정에 의해 코어 부재의 외부 표면 중 적어도 일부에 내부식성 재료의 코팅 층 (4) 을 도포하는 단계,

- 코어 부재 (2) 와 코팅 층 (4) 사이에서, 상기 내부식성 재료의 농도가 코팅 층에서의 농도의 90 % 인 곳으로부터 상기 내부식성 재료의 농도가 코팅 층에서의 농도의 10 % 인 곳까지 적어도 0.1 ㎛ 의 두께를 갖는 합금 영역 (3) 의 형성을 보장하는 속도로 상기 코팅 층을 도포하는 단계, 및

- 상기 코어 부재의 표면, 합금 영역 및 코팅 층이 변형에 의해 영향을 받게 되도록 물체의 표면을 기계적으로 변형시키는 단계.

본 발명의 추가의 목적은 스트로크 또는 임팩트에 의한 롤링, 임프린팅과 같은 기계적 변형을 받는 내부식성 표면을 갖는 물체를 제공하는 것이다. 이 목적은 이하와 같은 것을 제공함으로써 달성된다:

ㆍ 제 1 베이스 재료로 만들어지며 외부 표면을 갖는 코어 부재, 및

ㆍ 코어 부재의 외부 표면의 적어도 일부를 덮는 적어도 70 % 농도의 내부식성 재료를 가지는 코팅 층을 포함하며,

상기 코어 부재와 상기 코팅 층 사이에 합금 영역이 존재하고, 상기 합금 영역은, 상기 내부식성 재료의 농도가 코팅 층에서의 농도의 90 % 인 곳으로부터 상기 내부식성 재료의 농도가 코팅 층에서의 농도의 10 % 인 곳까지, 0.1 ~ 10 ㎛ 의 두께를 가지며, 물체의 표면은 상기 코어 부재의 표면, 상기 합금 영역 및 상기 코팅 층이 변형에 의한 영향을 받도록 기계적으로 변형됨.

도 1 은 코어 부재와 코팅 사이에 합금 영역이 존재하는 본 발명의 개략도이다.
도 2 는 합금 영역에서의 다공부의 개략도이다.
도 3 의 (a) 및 (b) 는 본 발명의 물체의 표면 변형의 제 1 실시 형태의 개략도이다.
도 4 의 (a) 및 (b) 는 본 발명의 물체의 표면 변형의 제 2 실시 형태의 개략도이다.

도 1 은 본 발명의 물체 (1) 의 개략도를 도시하는데, 이 물체는 표면을 갖는 코어 부재 (2), 코어 부재 (2) 의 표면의 적어도 일부를 덮는 내부식성 코팅 (4) 을 포함하며, 내부식성 코팅은 적어도 80 중량 % 의 탄탈륨 또는 바람직하게는 W, Nb, Mo, Ti, Hf 등과 같은 탄탈륨과 동일한 금속 족의 금속으로 이루어진다. 코어 부재 (2) 와 내부식성 코팅 (4) 사이에는 내부식성 코팅 (4) 의 양호한 부착을 보장하는 계면, 또는 합금 영역 (3) 이 있다.

확산은 온도에 의해 제어되는데, 그렇지 않다면, 바람직하지 않은 확산 파라미터가 코팅 베이스 재료 계면에서 컬켄달 다공부 (Kirkendall porosity) 를 유발할 수도 있는데, 이는 코어 부재 (2) 로부터의 합금 원소의 확산 용제가 내부식성 코팅 (4) 으로부터의 합금 원소의 확산 용제와 상이하다면, 물질 (matter) 의 순 흐름 (net flow) 이 존재할 것임을 의미한다. 물질의 순 흐름이 존재한다면, 결정 구조에서 원자를 잃어버려 기공 또는 다공부를 형성하는 공공 (vacancy) 의 순흐름과는 동일하며 대향될 것이다.

도 2 는 특히, 코어 부재 (2) 가 강 또는 Ni 만을 함유하는 부재인 경우의 빈 포켓 또는 비어 있는 다공부 (5) 가 합금 층 (3) 에 존재하는 일반적인 문제를 도시한다. 이들 다공부 (5) 는 내부식성 코팅 층 (4) 이 코어 부재 (2) 로 부착될 때 취약점이 되는데, 이는 이들 다공부가 취약 지점이며, 코팅된 물체 (1) 가 물체의 성형/제조의 일부로서 또는 물체의 이용의 일부로서 가능한 기계적 변형을 받을 때, 코팅 층의 이들 취약점에서 크랙이 발생하고 이에 의해 다공부에 핀구멍을 형성하기 때문이다.

기계적 변형을 견디기에 충분한 연성을 갖는 내부식성 코팅 층 (4) 을 갖는 이러한 물체 (1) 는 코어 부재 (2) 와 내부식성 코팅 (4) 사이에, 특히 Ni, Fe 및 Ta 인 합금원소를 포함하지만 Ni 의 농도는 어느 곳에서도 20 중량 % 를 초과하지 않는, 더 바람직하게는 15 중량 % 미만, 더욱 더 바람직하게는 10 중량 % 미만인, 합금 영역 (3) 을 형성함으로써 보장된다.

이 계면 또는 합금 영역 (3) 은 코어 부재로부터 표면 층까지 농도가 증가하는 탄탈륨을 함유한다. 탄탈륨 표면 또는 내부식성 코팅 (4) 과 계면 또는 합금 영역 (3) 사이의 천이는, 탄탈륨의 함량이 내부식성 코팅 (4) 에서 탄탈륨 함량의 90 중량 % 인 깊이로 규정된다. 합금 영역 (3) 에서 코어 부재 (2) 로의 천이는, 탄탈륨 농도가 내부식성 코팅 (4) 에서 함량의 10 중량 % 인 깊이로서 규정된다. 합금 영역 (3) 은 일반적으로 물체 내로 0.1 ㎛ ~ 10 ㎛ 이며, 더 바람직하게는 0.3 ㎛ ~ 2.0 ㎛ 이다.

공정 온도가 700 ~ 1200 ℃ 인 온도가 합금 영역에서의 부재의 확산을 제어하기 위해 사용되는 우세한 파라미터이기 때문에, 스퍼터링과 같은 '냉간 공정' 은 소망하는 합금 영역 (3) 을 형성하기에는 적합하지 않다.

따라서, 코어 부재의 외부 표면의 적어도 일부에 내부식성 재료의 코팅 층 (4) 을 도포하기 위해서는, 700 ~ 1200 ℃ 온도에서의 CVD 공정이 바람직하다.

코팅 층은, 코어 부재 (2) 와 코팅 층 (4) 사이에서, 상기 내부식성 재료의 농도가 코팅 층에서의 농도의 90 % 인 곳으로부터 상기 내부식성 재료의 농도가 코팅 층에서의 농도의 10 % 인 곳까지, 적어도 0.1 ㎛ 의 두께를 갖는 합금 영역 (3) 의 형성을 보장하는 속도로 도포된다.

공정 시간은 통상 1 ~ 20 시간이며, 더 바람직하게는 5 ~ 10 시간이다.

공정 온도를 부여하는 하나의 중요한 인자는 코어 부재 (2) 에서의 Ni 의 농도인데, Ni 가 많을수록, 낮은 온도가 요구되며, Ni 가 적을수록, 더 높은 온도를 견딜 수 있다.

실시예 1

코어 부재 (1) 가 오스테나이트계 스테인리스강 (AISI 304 또는 316) 으로 구성되고 코팅이 950℃ 에서 적층되면, 구멍이 없고 (non-porous) 부착이 양호한 코팅이 얻어지고, 탄탈륨과 스테인리스강 부재, 합금 영역의 상호 확산은 현미경 사진 상에서 시각적으로 관찰하면 대략 1.5 ㎛ 이다.

실시예 2

탄소강 기재에 탄소를 625 ~ 900℃ 의 온도에서 0.5 % 까지 코팅하면, 스테인리스강에서의 코팅과 유사하지만, 양호한 부착이 더 용이하게 얻어지는 코팅이 얻어진다. 875 ℃ 에서 195 분동안 적층된 코팅의 확산 영역 또는 합금 영역은 현미경 사진 상에서 시각적으로 봤을 때 1 ~ 1.5 ㎛ 이다.

도 3 및 도 4 는 코팅 (4) 이 코어 부재 (2) 에 도포된 후에 물체 (1) 가 기계적 처리를 받은 본 발명의 물체 (1) 의 추가의 양태를 설명한다.

도 3 의 (a) 는 표면에 임의의 종류의 돌기 (6A) 를 갖는 코어 부재 (2) 를 도시하는데, 내부식성 표면 코팅 (4) 이 코어 부재 (2) 의 표면의 적어도 일부에 적층되며, 합금 영역 (3) 이 코어 부재 (2) 와 코팅 (4) 사이에 형성된다. 도 3 의 (b) 는, 이들 돌기 (6A) 가 추가의 특정한 기계적 공정없이 재성형되는 것을 도시한다.

실시예는, 탄탈륨/내화물 층이 적층된 후 물체 (1) 의 표면에 구조가 형성된 것이다. 이는 예컨대, 연료 셀을 위해 표면에 흐름 채널을 형성할 수 있다. 따라서, 본질적으로는, 물체는 조밀하고 연성이 있는 표면을 가지며, 이는 적어도 표면 층 (4) 과 합금 층 (3) 이 연성이 있음을 의미한다. 도 4 의 (a) 는 물체 (1) 가 실질적으로 평탄한 면으로 형성된 것으로 도시된 실시예를 설명한다. 공지된 수단에 의해, 물체 (1) 의 표면에 채널 (7), 또는 다른 표면 구조가 도 4 의 (b) 에 도시된 바와 같이 형성된다.

도 3 및 도 4 에 도시된 모든 물체에 대해서, 본질적으로는, 표면 층 (4) 과 합금 영역 (3) 은 크랙킹 또는 내부식성을 잃지 않고 기계적 처리로부터의 힘을 흡수하고 견디기에 충분한 연성을 갖는다.

1 : 물체
2 : 코어 부재
3 : 합금 영역
4 : 내부식성 코팅 층 (표면 층)
5 : 다공성
6A, 6B : 돌기
7 : 채널

Claims (14)

1. 내부식성 물체로서,
   - 제 1 베이스 재료로 만들어지며 외부 표면을 갖는 코어 부재, 및
   - 코어 부재의 외부 표면의 적어도 일부를 덮는 적어도 70 % 농도의 내부식성 재료를 가지는 코팅 층을 포함하며,
   상기 코어 부재와 상기 코팅 층 사이에 합금 영역이 존재하고, 상기 합금 영역은, 상기 내부식성 재료의 농도가 코팅 층에서의 농도의 90 % 인 곳으로부터 상기 내부식성 재료의 농도가 코팅 층에서의 농도의 10 % 인 곳까지, 0.1 ~ 10 ㎛ 의 두께를 가지며, 물체의 표면은 상기 코어 부재의 표면, 상기 합금 영역 및 상기 코팅 층이 변형에 의한 영향을 받도록 기계적으로 변형되고,
   상기 합금 영역에서의 Ni 의 농도는 어느 곳에서도 20 % 를 초과하지 않는, 내부식성 물체.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 합금 영역의 두께는 0.3 ~ 2.0 ㎛ 인, 내부식성 물체.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 합금 영역의 두께는 1.0 ㎛ 미만인, 내부식성 물체.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 내부식성 재료는 탄탈륨 또는 W, Nb, Mo, Ti, Hf 와 같은 동일 족 금속인, 내부식성 물체.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 코어 부재 (2) 는 Ni 함유 금속인, 내부식성 물체.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 코어 부재 (2) 는 강인, 내부식성 물체.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 코어 부재 (2) 는 스테인리스강, 탄소강 또는 이들의 혼합물인, 내부식성 물체.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 코팅 층 (4) 은 5 ~ 200 ㎛ 범위 내의 두께를 갖는, 내부식성 물체.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 코팅 층 (4) 은 700 ~ 1200 ℃ 의 온도에서 CVD 공정에 의해 적층되는, 내부식성 물체.
11. 제 10 항에 있어서,
    적층 온도는 코어 부재 (2) 에서의 Ni 의 농도에 따르는, 내부식성 물체.
12. 내부식성 물체 (1) 의 형성 방법으로서, 이 방법은,
    - 제 1 베이스 재료로 만들어지며 외부 표면을 갖는 코어 부재 (2) 를 제공하는 단계,
    - 700 ~ 1200 ℃ 의 온도에서 CVD 공정에 의해 코어 부재의 외부 표면 중 적어도 일부에 내부식성 재료의 코팅 층 (4) 을 도포하는 단계,
    - 코어 부재 (2) 와 코팅 층 (4) 사이에서, 상기 내부식성 재료의 농도가 코팅 층에서의 농도의 90 % 인 곳으로부터 상기 내부식성 재료의 농도가 코팅 층에서의 농도의 10 % 인 곳까지 적어도 0.1 ㎛ 의 두께를 갖는 합금 영역 (3) 의 형성을 보장하는 속도로 상기 코팅 층을 도포하는 단계, 및
    - 상기 코어 부재의 표면, 합금 영역 및 코팅 층이 변형에 의해 영향을 받게 되도록 물체의 표면을 기계적으로 변형시키는 단계를 포함하고,
    상기 합금 영역에서의 Ni 의 농도는 어느 곳에서도 20 % 를 초과하지 않는, 내부식성 물체의 형성방법.
13. 제 1 항에 있어서,
    기계적 변형은 임팩트, 블로우, 스트라이크, 그라인딩, 롤링 또는 드로잉 중의 하나 이상에 의해 이루어지는, 내부식성 물체.
14. 제 12 항에 있어서,
    기계적 변형은 임팩트, 블로우, 스트라이크, 그라인딩, 롤링 또는 드로잉 중의 하나 이상에 의해 이루어지는, 내부식성 물체의 형성방법.

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