KR101414185B1

KR101414185B1 - 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물 및 그 코팅 방법

Info

Publication number: KR101414185B1
Application number: KR1020140020199A
Authority: KR
Inventors: 최재용; 최진열; 도건호
Original assignee: (주)에이에스티아이엔씨
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2014-07-01

Abstract

본 발명은 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물 및 그 코팅 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철, 니켈, 몰리브덴, 크롬, 인 및 붕소를 용해로에 투입하여 용강으로 용융시키는 단계와, 상기 용강을 하부에 오리피스가 창작된 턴디쉬로 출탕하는 단계와, 상기 턴디쉬 내의 용강을 오리피스로 유출시키면서 고속가스를 충돌시켜 합금 분말을 제조하는 단계와, 상기 제조된 합금 분말을 모재의 표면에 코팅시키는 단계를 포함하되, 상기 제조된 합금 분말은 입자 평균 직경이 2~200㎛이며, 입자의 종횡비가 1~1.5이고, 상기 투입되는 니켈, 몰리브덴, 크롬, 인 및 붕소의 총합 중량이 10~50%이며, 그 잔부는 철로 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 철을 기반으로 하는 코팅 조성물의 성분을 엄격히 제어함에 따라 코팅 조성물의 내식성을 우수하게 하며, 이러한 코팅 조성물을 이용하여 해수에 노출되는 구조물, 선체, 부품 또는 자재들의 표면을 코팅함으로써, 우수한 내식성을 갖는 것은 물론, 코팅층의 지속성이 길어 유지보수의 비용을 현저히 낮출 수 있는 장점이 있다.

Description

우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물 및 그 코팅 방법{COATING COMPOSITIONS EXHIBITING CORROSION RESISTANCE PROPERTIES AND COATING METHOD}

본 발명은 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물 및 그 코팅 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철(Fe)을 기반으로 인(P), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 붕소(B), 니켈(Ni) 등을 엄격한 조성에 의하여 내식성이 강한 분말로 성형하고, 이를 모재의 표면에 코팅하는 방법에 관한 것이다.

해수에 노출되는 구조물, 각종 자재, 선체 및 각종 부품들은 가혹한 부식 환경하에 노출되어 있다고 해도 과언이 아니다. 이처럼 가혹한 부식 환경하에 있는 구조물, 각종 자재, 선체 및 각종 부품에는 여러 가지 방법을 이용하여 부식을 방지하고 있다.

상기 부식을 방지하기 위한 방법으로는, 용사법을 이용하여 구조물, 각종 자재, 선체 및 각종 부품의 표면에 내식성 코팅층을 형성시키는 방법, 내식 및 방청 페인트를 이용하는 방법 등이 있다.

용사법을 이용하여 내식성 코팅층을 형성시키는 방법으로는 아연 분말을 사용하여 코팅층을 형성시킴으로써, 해수로부터 각종 구조물, 자재, 선체 및 부품을 보호하도록 하였으나, 가혹한 부식 환경의 경우에는 이들 코팅층의 내식성이 문제가 되고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 국내공개특허 제10-2013-0039995호의 '내식성이 우수한 코팅용 아연분말, 아연분말의 제조방법 및 아연분말 코팅강판'에서는 인산계 화합물, 포스폰산계 화합물, 카르복실기 함유 화합물, 아졸계 화합물, 실란계 화합물 및 유기아민계 화합물 중 1종 이상의 화합물에 의해 표면 개질된 아연 분말을 이용하도록 하였으나, 지속성이 길지 않아 일정기간이 지나면 재용사하여야 하는 단점이 있다.

또한, 내식 및 방청 페인트를 이용하는 방법은 도장 후 내식 및 방청기간이 대략 6개월 정도로 짧아 지속적으로 재도장을 해야하며, 각종 화학 용제와 첨가제, 각 수지류를 첨가하여 제조하므로 화학 용제나 수지 및 첨가제에 의한 환경오염이 발생할 우려가 있다.

이를 방지하기 위해 국내공개특허 제10-2003-0026784호의 '세라믹 방청 페인트 제조방법'에서는 아크릴 수지류, 비닐 수지류 단독 혹은 혼합수지와 정제수, 폐도자기 분말, 세라믹 분말, 무기재료 분말, 무기안료, 음이온 계면활성제 등을 이용하여 도막 페인트 조성물을 제공함으로써, 환경오염이 야기되는 것을 방지하였으나, 이 또한 지속성이 짧아 계속적인 보수가 요구되는 단점이 있다.

그리고 조선기자재산업 등에서는 일부 부품에 고가의 에폭시 코팅을 통해 해수에 의한 부식을 방지하였으나, 비용이 너무 고가이므로 다양한 분야에 에폭시 코팅을 적용시키기에는 어려움이 있다.

KR 10-2013-0039995 A KR 10-2003-0026784 A

본 발명은 상기한 종래의 내식성 향상 방법이 갖는 제반 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 철(Fe)을 기반으로 인(P), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 붕소(B), 니켈(Ni) 등을 엄격한 조성에 의하여 내식성이 강한 분말로 성형함으로써, 코팅 조성물의 내식성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 이러한 코팅 조성물을 이용하여 해수에 노출되는 구조물, 선체, 부품 또는 자재들의 표면을 코팅함으로써, 우수한 내식성을 갖는 것은 물론, 코팅층의 지속성이 길어 재용사 및 유지보수의 비용을 현저히 낮출 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물은, 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 인(P) 및 붕소(B)의 중량 총합이 10~50%이며, 그 잔부는 철(Fe)로 이루어지는 합금 분말로서, 상기 합금 분말의 입자 평균 직경이 2~200㎛이며, 입자의 종횡비가 1~1.5인 것을 특징으로 한다.

상기 합금 분말의 구성 원소의 중량비는 니켈 5~7 wt%, 몰리브덴 8~10 wt%, 크롬 1.5~3 wt%, 인 7~9 wt%, 붕소 0.5~1.5 wt% 및 잔부는 철로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 합금 분말은 탄소(C) 1~3 wt%, 규소(Si) 1~3 wt% 또는 이들 2종 모두를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 합금 분말은 가스식 화염 용사(Flame Spraying, FS), 가스식 폭발 용사(Detonation-Gun Spraying), 고속 화염 용사(High-Velocity Oxygen Fuel Spraying, HVOF), 전기식 아크 용사(Arc Spraying) 및 플라즈마 용사 중 어느 하나의 코팅공정용 원료 분말로 적용되는 것을 특징으로 한다.

상기 합금 분말은 용제와 상기 합금 분말을 혼합하여 도장하는 공정의 원료 분말로 적용되는 것을 특징으로 한다.

상기 합금 분말은 코팅 공정 후의 코팅층이 비정질 또는 결정질 상태인 것을 특징으로 한다.

그리고 그 제조방법은 철, 니켈, 몰리브덴, 크롬, 인 및 붕소를 용해로에 투입하여 용강으로 용융시키는 단계와, 상기 용강을 하부에 오리피스가 창작된 턴디쉬로 출탕하는 단계와, 상기 턴디쉬 내의 용강을 오리피스로 유출시키면서 고속가스를 충돌시켜 합금 분말을 제조하는 단계와, 상기 제조된 합금 분말을 모재의 표면에 코팅시키는 단계를 포함하되, 상기 제조된 합금 분말은 입자 평균 직경이 2~200㎛이며, 입자의 종횡비가 1~1.5이고, 상기 투입되는 니켈, 몰리브덴, 크롬, 인 및 붕소의 총합 중량이 10~50%이며, 그 잔부는 철로 되는 것을 특징으로 한다.

상기 용강으로 용융시키는 단계 시, 탄소 1~3 wt%, 규소 1~3 wt% 또는 이들 2종 모두를 추가로 더 투입하여 용융하는 것을 특징으로 한다.

상기 용강으로 용융시키는 단계 시, 상기 용강의 상부 표면을 산화붕소로 덮어서 용강의 산화를 방지하는 것을 특징으로 한다.

상기 제조된 합금 분말을 모재의 표면에 코팅시키는 단계 시, 상기 코팅 방법은 가스식 화염 용사(Flame Spraying, FS), 가스식 폭발 용사(Detonation-Gun Spraying), 고속 화염 용사(High-Velocity Oxygen Fuel Spraying, HVOF), 전기식 아크 용사(Arc Spraying) 및 플라즈마 용사 중 어느 하나의 방법인 것을 특징으로 한다.

상기 제조된 합금 분말을 모재의 표면에 코팅시키는 단계 시, 상기 코팅 방법은 용제와 상기 합금 분말을 혼합하여 도장시키는 것을 특징으로 한다.

코팅된 모재의 코팅층은 비정질 또는 결정질 상태인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 철을 기반으로 하는 코팅 조성물의 성분을 엄격히 제어함에 따라 코팅 조성물의 내식성을 우수하게 하며, 이러한 코팅 조성물을 이용하여 해수에 노출되는 구조물, 선체, 부품 또는 자재들의 표면을 코팅함으로써, 우수한 내식성을 갖는 것은 물론, 코팅층의 지속성이 길어 유지보수의 비용을 현저히 낮출 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물의 코팅 방법을 나타낸 공정도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물의 코팅 방법을 나타낸 공정도.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1의 Xrd 분석 결과.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 2의 Xrd 분석 결과.
도 5는 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 내산성 테스트 결과.
도 6은 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 염수 테스트 결과.
도 7은 본 발명의 시험예에서 사용된 비커스 경도기
도 8은 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 비커스 경도 테스트 결과.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

해수에 쉽게 노출되는 구조물이나, 선박 그리고 그에 따른 부품 및 재료들은 쉽게 부식되는 특징이 있는바, 종래 내식성을 부여하기 위해서는 아연 분말을 이용하여 용사 코팅하거나, 방청 페인트 등을 활용하는 방법을 사용하였다.

그러나 종래 이러한 방식은 재료의 특성상 모재를 부식, 산 그리고 마모로부터 완전히 보호할 수 없고, 일정 기간이 지나면 지속적으로 재용사하거나 페인트칠해야 하여 빈번한 유지보수가 요구되고, 그 수리비용 역시 고가인 단점이 있다.

본 발명은 이러한 문제를 해소하기 위한 것으로, 내식성이 우수함은 물론, 내구성이 우수하여 유지보수 작업이 거의 요구되지 않음으로써, 그 작업시간 및 비용을 절감할 수 있도록 한 것이다.

이를 위하여 본 발명의 내식성이 우수한 코팅 조성물은, 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 인(P) 및 붕소(B)의 중량 총합이 10~50%이며, 그 잔부는 철(Fe)로 이루어지는 합금 분말로서, 상기 합금 분말의 입자 평균 직경이 2~200㎛이며, 입자의 종횡비가 1~1.5인 것을 특징으로 한다. 그리고 더욱 바람직하게는 상기 코팅 조성물의 중량비가 니켈 5~7 wt%, 몰리브덴 8~10 wt%, 크롬 1.5~3 wt%, 인 7~9 wt%, 붕소 0.5~1.5 wt% 및 잔부는 철로 되는 것이다.

즉, 본 발명은 철을 주재로 해수에 노출되는 환경에서 부식을 억제하도록 한 것이며, 철에 니켈, 몰리브덴, 크롬, 인, 붕소 등을 첨가하여 내식성 향상, 및 내구성 향상을 도모한 것이다.

먼저, 본 발명에 따른 합금 분말을 구성하는 각 성분 원소들을 구체적으로 살펴본다.

상기 철(Fe)은 합금 분말에서 다른 합금 첨가물과의 상호작용을 용이하게 하는 것으로, 본 발명에서는 상기 철을 주재로 이용하였다.

상기 니켈(Ni)은 합금 중에 포함되어 강도를 향상시키는 유효한 원소이다. 상기 니켈의 함량이 5 wt% 미만인 경우 이러한 효과가 미약하고, 7 wt%를 초과할 경우 고가의 원소이므로 경제성 면에서 불리하므로, 5~7 wt%만큼 사용한다.

상기 몰리브덴(Mo)은 부식저항성 및 강도 향상에 기여하는 원소로서, 몰리브덴은 염소(Cl) 이온의 침투를 방해한다. 몰리브덴이 8 wt% 미만으로 포함되는 경우 그 효과를 나타내기 어렵고, 10 wt% 초과하는 경우에는 과량의 몰리브덴이 석출물을 형성하여 오히려 부식속도를 증가시킬 수 있으므로, 8~10 wt%만큼 사용한다.

상기 크롬(Cr)은 합금 분말의 내식성을 증가시키는 주요원소로, 안정적으로 코팅층을 형성하도록 하는 것은 물론, 반짝거림이 있어 코팅시 외관을 미려하게 한다. 이를 위하여 상기 크롬은 1.5 wt%를 초과하여 함유하는 것이 바람직하나, 고가이므로 3 wt%를 초과하는 경우 경제성이 좋지 못하다. 따라서, 상기 크롬은 1.5~3 wt%의 범위에서 사용함이 바람직하다. 다만, 크롬은 가격적 부담이 있을 뿐 전체적인 내식성, 물성 등을 좋게 하므로 3 wt%를 초과하여 25 wt%까지도 사용이 가능하다.

상기 인(P)은 코팅 조성물의 물성을 증가시키는 원소로서, 즉 용사 코팅시 코팅 대상물의 표면에서 본 분말간의 접착성을 증가시키는 주요원소이다. 상기 인이 소량 투입될 경우 이러한 역할을 하지 못하고, 과량 투입될 경우 코팅층의 물성을 저하시키므로, 7~9wt%의 범위에서 사용한다.

상기 붕소(B)는 용강의 조성 보존성을 좋게 하기 위한 원소로서, 0.5 wt% 미만으로 투입될 경우 강도확보가 어렵고, 1.5 wt%를 초과할 경우는 과량이 되어 오히려 물성저하를 가져올 수 있으므로, 0.5~1.5 wt%의 범위에서 사용한다.

또한, 본 발명의 합금 분말은 탄소(C) 1~3 wt%, 규소(Si) 1~3 wt% 또는 이들 2종 모두를 추가로 더 포함할 수 있는데, 상기 탄소(C)는 강도를 향상시키기 위해 첨가되는 원소이다. 상기 탄소 함량이 1 wt% 미만인 경우에는 강도를 확보하기 어렵고, 3 wt%를 초과하는 경우에는 오히려 내식성을 저하시킬 수 있으므로, 1~3wt%의 범위로 사용한다.

그리고 상기 규소(Si)는 물성(유동성)을 향상시키기 위해 첨가되는 원소이며, 코팅층의 물성을 현저히 좋게 하고, 부식 저항성의 향상에도 기여한다. 상기 규소의 함량이 1 wt% 미만일 경우 그 역할이 미미하게 되고, 3 wt%를 초과할 경우 과량이 되어 오히려 물성이 저하될 수 있으므로, 1~3 wt%의 범위로 사용한다.

상기와 같은 조성으로 되는 본 발명의 합금 분말은 엄격한 조성으로 인해 내식성의 향상에 효과적인 것은 물론, 강도 및 내구성 향상을 도모하여 구조물, 선박 또는 이들의 부품 및 자재의 유지보수비용을 절감하고, 사용연한을 연장시킬 수 있는 것이다.

아울러, 니켈, 몰리브덴, 크롬, 인 및 붕소의 중량 총합이 10~50%가 되는 범위 내에서, 상기 각 원료들을 가감하여 사용하더라도, 내식성 향상에 효과적인 것은 당연하다.

또한, 본 발명에 따른 합금 분말은, 분말의 입자 평균 직경이 2~200㎛이며, 입자의 종횡비가 1~1.5인 것이 바람직한데, 이는 입자 평균 직경이 2㎛보다 작으면 합금 분말의 제조가 어려워지며, 200㎛보다 클 경우 코팅층에 기공이 형성되는 등 용사 코팅에 좋지 않은 영향을 미치므로, 2~200㎛의 직경을 갖는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 10~60㎛의 직경을 갖는 것이다.

그리고 상기 합금 분말의 입자는 구형에 가까울수록 고른 코팅층 형성에 유리하므로 종횡비를 1~1.5 정도로 함이 바람직하나, 이를 반드시 제한하는 것은 아니며, 가장 바람직한 종횡비는 1~1.3 정도이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 합금 분말은 가스식 화염 용사(Flame Spraying, FS), 가스식 폭발 용사(Detonation-Gun Spraying), 고속 화염 용사(High-Velocity Oxygen Fuel Spraying, HVOF), 전기식 아크 용사(Arc Spraying) 및 플라즈마 용사 중 어느 하나의 코팅공정용 원료 분말로 적용되어, 모재의 표면에 코팅된다.

또한, 본 발명의 합금 분말은 용제와 상기 합금 분말을 혼합하여 도장하는 공정의 원료 분말로 적용되어, 모재의 표면에 코팅층을 형성할 수도 있다.

아울러, 상기 합금 분말은 상기와 같은 용사 및 도장을 통한 코팅 공정 후, 코팅된 코팅층이 비정질 또는 결정질 상태일 수 있는데, 코팅층을 형성시키는 방법 및 형성된 코팅층에 대한 것은 이하의 코팅 방법을 통해 더욱 상세히 설명한다.

이하, 상기와 같은 코팅 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 모재에 코팅층을 형성시키는 방법에 대해 도 1 및 도 2를 참고하여 상세히 설명한다.

철, 니켈, 몰리브덴, 크롬, 인 및 붕소를 용해로에 투입하여 용강으로 용융시키는 단계.

먼저, 본 발명에 따른 합금 분말의 주 구성원소인 철, 니켈, 몰리브덴, 크롬, 인 및 붕소를 각 성분비에 맞도록 준비한 후, 이를 용해로 내로 투입한다. 여기서, 상기 각 원소 간의 성분비는 앞서, 코팅 조성물을 설명함에 있어서 충분히 기술되었으므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 용해로에 투입된 철, 니켈, 몰리브덴, 크롬 및 인을 가열하여 용융시킨다. 이때 그 가열온도는 1000~1400℃가 되도록 함이 바람직한데, 온도가 1000℃보다 낮을 경우 용융이 어렵고, 1400℃보다 높을 경우 산화가 일어나므로 1000~1400℃로 가열한다.

이때, 도 2와 같이 선택적으로 산화붕소(Boron Oxide)를 더 투입하여 철, 니켈, 몰리브덴, 크롬, 인 및 붕소의 표면을 산화붕소로 덮은 후, 이를 가열할 수 있는데, 상기 산화붕소는 용강의 산화를 막는 역할을 한다.

본 발명에서 상기 산화붕소의 투입량은 상기 가열된 철, 니켈, 몰리브덴, 크롬, 인 및 붕소가 덮일 정도로 투입하면 족하며, 그 투입량은 제한하지 않는다. 따라서, 한 예로서 부피비로 1:1~2(철, 니켈, 몰리브덴, 크롬, 인 및 붕소: 산화붕소) 정도 투입할 수 있다.

또한, 상기 산화붕소는 산화방지를 위한 것이므로, 철, 니켈, 몰리브덴, 크롬, 인 및 붕소를 가열한 후에 투입한다.

상기 용강을 하부에 오리피스가 창작된 턴디쉬로 출탕하는 단계.

그리고, 상기 용융된 용강을 하부에 오리피스(orifice)가 장착된 턴디쉬(turndish)로 출탕한다. 상기 오리피스와 턴디쉬는 이미 이 기술이 속하는 분야에서 공지된 사항이므로, 오리피스와 턴디쉬의 형태, 구조에 대한 설명은 생략한다.

상기 턴디쉬 내의 용강을 오리피스로 유출시키면서 고속가스를 충돌시켜 합금 분말을 제조하는 단계.

다음으로, 상기 턴디쉬 내의 용강을 오리피스로 유출시키면서 고속가스를 충돌시켜 분무 건조하여 합금 분말을 제조한다. 이때 분무 건조된 입자의 평균 직경은 2~200㎛이고, 입자의 종횡비는 1~1.5가 되도록 한다.

이때, 상기 합금 분말의 제조조건은 질소압 10~20Bar, 용강의 유출속도 10~20kg/min, 오리피스의 직경 Ø4~10mm 정도가 되는 것이 바람직한데, 결정질의 합금 분말을 제조하기 위해서는 질소압 10~15Bar, 용강의 유출속도 10~15kg/min, 오리피스의 직경 Ø6~10mm로 함이 바람직하고, 비정질의 합금 분말을 제조하기 위해서는 질소압 15~20Bar, 용강의 유출속도 15~20kg/min, 오리피스의 직경 Ø4~6mm로 함이 바람직하다. 따라서, 요구되는 합금 분말의 결정 상태에 따라 상기 제조조건을 적절히 조절하도록 한다.

상기와 같이 제조된 합금 분말은 우수한 내식성을 갖는 것은 물론, 강도, 모재와의 접착성능 등의 물성이 우수하다.

상기 제조된 합금 분말을 모재의 표면에 코팅시키는 단계.

다음으로, 상기와 같이 제조된 합금 분말을 해수와 접촉되어 부식될 우려가 있는 구조물 또는 기타의 자재, 선박, 부품 등의 표면에 코팅시킨다. 이때 그 코팅방법은 용사 코팅 방법이 이용될 수 있는데, 가스식 화염 용사(Flame Spraying, FS), 가스식 폭발 용사(Detonation-Gun Spraying), 고속 화염 용사(High-Velocity Oxygen Fuel Spraying, HVOF), 전기식 아크 용사(Arc Spraying) 및 플라즈마 용사 중 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.

이때, 상기 용사 코팅시 사용되는 가스로는 산소와 질소를 1:1 중량비 정도로 혼합한 혼합가스를 사용하며, 분사 속도는 35~80 m/sec의 속도로 950~1020℃의 온도로 피막을 형성시키는 것이 바람직하다. 이때 상기 속도가 너무 낮거나 높으면 균일한 피막의 형성이 어렵고, 용사 온도가 950℃ 미만일 경우 불균일한 코팅층이 형성되며, 1020℃보다 높으면 과량의 에너지가 소요되기 때문이다.

그리고 상기 코팅층의 두께는 제한하지 않으며, 필요에 따라 조절하여 사용할 수 있다. 상기 코팅층의 두께는 예를 들면 20~500㎛로 할 수 있는 것이다.

또한, 상기 코팅 방법으로 용사 코팅이 아닌, 용제와 상기 합금 분말을 혼합하고, 이를 도장하는 방법을 이용하여 코팅층을 형성시킬 수도 있다. 이때 상기 용제의 종류는 제한하지 않으며, 도장 횟수 역시 제한하지 않는다.

한편, 상기 철과 기타의 원소들을 용융시킬 때, 탄소와 규소 중 선택된 1종 또는 2종 모두를 추가 투입하여 함께 용융시킴으로써, 코팅층의 강도를 우수하게 할 수도 있다.

그리고 상기 제조된 합금 분말을 모재의 표면에 코팅시키는 단계 후, 코팅된 모재의 코팅층은 상기 합금 분말의 제조조건에 따라 비정질 상태이거나 결정질 상태일 수 있는데, 비정질 상태일 경우 내식성이 우수함은 물론, 강도가 우수하여 내구성 역시 우수하며, 결정질 상태일 경우 산에는 강하나 내구성이 비정질에 비해 떨어진다. 따라서, 본 발명에서는 요구되는 성질에 따라, 상기 코팅층의 상태를 비정질 또는 결정질 상태로 형성될 수 있도록 하는 것인바, 앞서 설명된 턴디쉬에서의 가스 압력과 속도, 오리피스의 직경에 따라 비정질과 결정질의 두 가지 상태가 결정된다.

상기에서 설명된 본 발명의 코팅 조성물 및 그 코팅방법에 따르면, 모재를 부식이나 산, 그리고 마모로부터 보호하며, 코팅의 지속성이 길어 재용사시 필요한 추가비용이 현저히 감소하게 된다.

본 발명은 조선산업에서의 선체(Hull,Desk) 및 밸러스트 탱크 등에 적용하여, 선박의 사용 연한을 연장하고, 정기적인 수리(Dry docking)시 불필요한 시간을 줄여줌으로써, 선박의 효율적 운용을 돕는 것은 물론, 조선기자재산업에서 쓰이는 많은 부품 또는 자재에도 적용하여, 선박의 안전 부품, 자재의 사용연한을 확대시켜 준다. 또한, 이외에도 담수화플랜트(Seawater Engineering Plant)에서 해수 접촉 부분인 탱크 및 레저보아, 파이프 등에 적용할 수도 있으며, 제강 및 강관, 철구조물 제작산업, 발전소(화력 및 원자력)의 열교환기 및 연료 급지관, 보일러 수관 등에도 적용이 가능하다. 이외에도 풍력발전 설비산업, 화학물질을 많이 사용하는 플랜트 및 공장, 정유산업에서 원유를 채굴하는 장비 및 파이프, 분말야금산업 등에 적용할 수 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예 1)

니켈 5~7 wt%, 몰리브덴 8~10 wt%, 크롬 1.5~3 wt%, 인 7~9 wt%, 붕소 0.5~1.5 wt% 및 잔부는 철이 되도록 재료를 준비한다. 재료가 준비되면, 준비된 철, 니켈, 몰리브덴, 크롬, 인 및 붕소를 용해로 내로 투입하고, 이를 1200℃로 가열하여 용융한다. 그리고 상기 용융된 용강을 오리피스가 장착된 턴디쉬로 출탕하고, 이를 가스노즐의 질소압이 20Bar, 용강의 유출속도 15kg/min, 오리피스의 직경 Ø5mm로, 냉각 속도가 급격히 낮아지도록 가스분무하여, 입자의 평균 직경이 50~60㎛ 이고, 입자의 종횡비가 1~1.3이 되도록 제조하였다.

그리고 상기와 같이 제조한 합금 분말을 모재의 표면에 열용사 코팅하였다.

이때 용사법으로는 HOVF 용사법을 사용하였으며, 산소와 질소를 1:1 중량비로 혼합한 혼합가스를 사용하여 60m/sec의 분사속도로 950℃로 스프레이하여 표면에 피막을 형성시켰다. 상기 피막의 두께는 100㎛로 하였다. 여기서 상기 모재로는 2T의 두께를 스테인레스 304 강판과, KS D 3504에서 규정된 철근인 D22를 각각 사용하였다.

(실시예 2)

실시예 1과 동일하게 실시하되, 가스분무의 조건을 가스노즐의 질소압 10Bar, 용강의 유출속도 10kg/min, 오리피스의 직경 Ø6mm로 냉각속도가 실시 예 1보다 서서히 냉각되도록 가스분무하여, 입자의 평균 직경이 100~120㎛ 이고, 입자의 종횡비가 1~1.3이 되도록 제조하였다.

Xrd 분석

상기 실시예 1과 실시예 2를 xrd 분석하여 그 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다.

도 3 및 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 실시예 1은 비정질의 결정상태를 나타내므로, 우수한 내식성 및 내구성을 가짐을 확인할 수 있었으며, 실시예 2의 경우 결정질 상태를 나타내어 내산성 및 내마모성이 우수함을 알 수 있었다.

내산성 테스트

68% 질산(HNO₃), 98% 황산(H₂SO₄), 35% 염산(HCl), 55% 불산(HF)을 이용하여 실시예 1 및 실시예 2의 내산성을 테스트하였다.

내산성 테스트를 위하여 상기 실시예 1 및 실시예 2의 코팅층이 형성된 철근을 길이가 3cm가 되도록 시편을 준비하였다.

테스트 방법은 종이컵 8개에 질산 150㎖, 황산 150㎖, 염산 150㎖ 및 불산 150㎖를 각각 2개씩 담아 A set(질산, 황산, 염산 및 불산 각 1개씩)과 B set(질산, 황산, 염산 및 불산 각 1개씩)으로 나누어 둔 후, A set의 종이컵에 실시예 1의 시편을, B set의 종이컵에는 실시예 2의 시편을 각각 투입하여 24시간 방치한 후, 시편을 꺼내 시편의 적청발생 정도를 디지털면적계를 이용하여 측정하고, 부식면적율을 계산하였다. 이때 부식면적율의 계산은 부식면적/측정면적 ×100으로 하였다. 이때 각 산의 온도는 20℃로 유지하였다.

그리고 비교예 1로서는 코팅층이 형성되지 않은 철근을 동일한 크기로 준비하여 사용하였다.

그 결과는 하기 표 1 및 도 5와 같았다.

실시예 1 및 실시예 2의 내산성 테스트 결과.

구분	질산	황산	염산	불산
실시예 1	2	0	0	57
실시예 2	0	0	0	0
비교예 1	94	92	93	98

상기 표 1 및 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 경우 황산, 염산에 반응 없음을 확인하였으며, 실시예 2의 경우 질산, 황산, 염산 및 불산 모두에 반응이 없어, 내산성이 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다. 반면, 비교예 1인 코팅층이 형성되지 않은 스테인레스강편의 경우 질산, 황산, 염산, 불산 모두에서 부식이 진행됨을 확인할 수 있었다.

염수 테스트

상기 실시예1과 실시예 2의 염수 테스트를 실시하였다. 상기 염수 테스트는 7%의 염화나트륨 수용액과 15%의 염화나트륨 수용액에 상기 실시예 1 및 실시예 2의 철근을 30일간 침지(염화나트륨 수용액의 온도 30℃) 시킨 후, 적청발생 정도를 디지털면적계를 이용하여 측정하고, 부식면적율을 계산하였다. 이때 부식면적율의 계산은 부식면적/측정면적 ×100로 하였다.

그 결과는 하기 표 2 및 도 6과 같았다.

실시예 1 및 실시예 2의 염수 테스트 결과.

구분	7%	15%
실시예 1	0	0
실시예 2	0	0
비교예 1	96	98

상기 표 2 및 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2는 염수 테스트 결과, 부식이 전혀 일어나지 않았음을 확인하였다.

경도 테스트

상기 실시예 1과 실시예 2의 경도를 측정하였다. 시편은 2×3cm, 2T로 되는 스테인레스 304 강판을 이용하였으며, 비교예 2로서 코팅층이 형성되지 않은 스테인레스 304 강판(2×3cm, 2T)을 이용하였다.

상기 경도의 테스트는 도 7의 비커스 경도기를 이용하였다. 상기 비커스 경도 측정 결과는 하기 표 3 및 도 8에 나타내었다.

실시예 1 및 실시예 2의 비커스 경도 측정 결과.

구분	비커스 경도(Hv)
실시예 1	540
실시예 2	650
비교예 2	310

상기 표 3 및 도 8에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2는 비교예 1과 대비할 때, 코팅층의 형성만으로 우수한 경도가 확보되는 것을 확인할 수 있었다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims

삭제
니켈 5~7 wt%, 몰리브덴 8~10 wt%, 크롬 1.5~3 wt%, 인 7~9 wt%, 붕소 0.5~1.5 wt% 및 잔부는 철로 이루어지는 합금 분말로서,
상기 합금 분말의 입자 평균 직경이 2~200㎛이며, 입자의 종횡비가 1~1.5인 것을 특징으로 하는 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물.
제 2항에 있어서,
상기 합금 분말은 탄소(C) 1~3 wt%, 규소(Si) 1~3 wt% 또는 이들 2종 모두를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 합금 분말은
가스식 화염 용사(Flame Spraying, FS), 가스식 폭발 용사(Detonation-Gun Spraying), 고속 화염 용사(High-Velocity Oxygen Fuel Spraying, HVOF), 전기식 아크 용사(Arc Spraying) 및 플라즈마 용사 중 어느 하나의 코팅공정용 원료 분말로 적용되는 것을 특징으로 하는 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 합금 분말은
용제와 상기 합금 분말을 혼합하여 도장하는 공정의 원료 분말로 적용되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 합금 분말은 코팅 공정 후의 코팅층이 비정질 또는 결정질 상태인 것을 특징으로 하는 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물.
삭제
철, 니켈, 몰리브덴, 크롬, 인 및 붕소를 용해로에 투입하여 용강으로 용융시키는 단계와,
상기 용강을 하부에 오리피스가 창작된 턴디쉬로 출탕하는 단계와,
상기 턴디쉬 내의 용강을 오리피스로 유출시키면서 고속가스를 충돌시켜 합금 분말을 제조하는 단계와,
상기 제조된 합금 분말을 모재의 표면에 코팅시키는 단계를 포함하되,
상기 제조된 합금 분말은 입자 평균 직경이 2~200㎛이며, 입자의 종횡비가 1~1.5이고,
상기 투입되는 합금 분말의 구성 원소의 중량비는 니켈 5~7 wt%, 몰리브덴 8~10 wt%, 크롬 1.5~3 wt%, 인 7~9 wt%, 붕소 0.5~1.5 wt% 및 잔부는 철로 이루어지는 것을 특징으로 하는 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물을 모재의 표면에 코팅하는 방법.
제 8항에 있어서,
상기 용강으로 용융시키는 단계 시,
탄소 1~3 wt%, 규소 1~3 wt% 또는 이들 2종 모두를 추가로 더 투입하여 용융하는 것을 특징으로 하는 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물을 모재의 표면에 코팅하는 방법.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,
상기 용강으로 용융시키는 단계 시,
상기 용강의 상부 표면을 산화붕소로 덮어서 용강의 산화를 방지하는 것을 특징으로 하는 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물을 모재의 표면에 코팅하는 방법.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,
상기 제조된 합금 분말을 모재의 표면에 코팅시키는 단계 시,
상기 코팅 방법은 가스식 화염 용사(Flame Spraying, FS), 가스식 폭발 용사(Detonation-Gun Spraying), 고속 화염 용사(High-Velocity Oxygen Fuel Spraying, HVOF), 전기식 아크 용사(Arc Spraying) 및 플라즈마 용사 중 어느 하나의 방법인 것을 특징으로 하는 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물을 모재의 표면에 코팅하는 방법.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,
상기 제조된 합금 분말을 모재의 표면에 코팅시키는 단계 시,
상기 코팅 방법은 용제와 상기 합금 분말을 혼합하여 도장시키는 것을 특징으로 하는 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물을 모재의 표면에 코팅하는 방법.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,
코팅된 모재의 코팅층은 비정질 또는 결정질 상태인 것을 특징으로 하는 우수한 내식성을 갖는 코팅 조성물을 모재의 표면에 코팅하는 방법.