KR101458815B1 - 서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법 - Google Patents

서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는, (a) 열차폐 코팅용 산화물 나노 입자가 분산된 나노 서스펜션을 준비하는 단계; 및 (b) 상기 나노 서스펜션을 이용해 서스펜션 플라즈마 용사로 모재 위에 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는, 서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법에 의하면, 고에너지 밀링을 통해 나노 크기로 분쇄된 산화물 입자 또는 합금화된 복합 산화물 입자를 포함하는 나노 서스펜션을 이용해 서스펜션 플라즈마 용사로 열차폐 코팅층을 형성함으로써, 해당 코팅층에 다수의 미세 기공 외에 수직 균열(vertical crack)을 생성시켜 코팅층의 열전도도 특성의 개선은 물론 수평방향의 열변형적응성 향상까지도 함께 달성할 수 있고, 나아가, 원료 분말로서 희토류 산화물 및 지르코니아로서 사용할 경우에는 고온가압소결 등의 고비용 공정을 사용하지 않고서도 저열전도성 및 고온 안정성을 가지는 파이로클로어(pyrochlore) 결정 구조의 희토류 산화물계 지르코네이트로 이루어진 코팅층을 형성할 수 있다.

Description

서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법{Method for manufacturing thermal barrier coating using suspension plasma spraying}
본 발명은 서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법에 대한 것이다.
발전용 혹은 항공용 가스터빈 엔진의 고온부에 적용되는 초합금계 금속부품을 고온가스로부터 보호하는 열차폐코팅(Thermal barrier coatings)은 엔진의 효율을 높이기 위해 가스터빈 작동온도를 높이는 방향으로 발전해 왔다[비특허문헌 0001 내지 0005].
이러한 열차폐 코팅용 소재로서 현재 산업적으로 가장 널리 이용되고 있는 6∼8wt.% Y2O3(3.4∼4.5 mol% Y2O3)로 안정화된 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ)로서 이를 이용한 용사 코팅(theraml spray coating)은 1200℃ 이상의 고온 적용시에 상전이나 고온내구성 저하 등의 제한이 있어 이를 소재와 공정의 관점에서 개선하고자 하는 노력이 있어 왔다[비특허문헌 0006 및 0007].
특히, 열차폐 코팅층 형성을 위한 공정과 관련해, 대기 플라즈마 용사(atmospheric plasma spray, APS) 등과 같은 기존의 용사법으로 증착된 코팅은 기본적으로 분말의 액적(splat)이 쌓인 형태를 지니므로 10-30% 정도의 기공과 상당한 양의 계면이 존재하게 되며 소결체에 비해 약 20% 정도 감소된 열전도도를 나타내는 반면, 열차폐 코팅의 주요 요건인 열싸이클 중의 변형적응성(strain compliance), 특히 코팅면에 수평인 방향으로의 적응성은 떨어진다는 문제점을 가진다.
따라서, 열차폐 코팅층의 열전도도 특성의 개선은 물론 수평방향의 열변형적응성의 증진을 통해 열싸이클 중의 고온 내구성까지도 동시에 향상시킬 수 있는 변형된 용사법에 대한 요구가 커지고 있는 실정이다.
D. R. Clarke, M. Oechsner and N. P. Padture, G. Editors. Mater. Res. Soc. Bull. 37 (2012) 891. D. R. Clarke, C. G. Levi, Annu. Rev. Mater. Res., 33 (2003) 383. G. Carlos and C. G. Levi: Curr. Opin. Solid. State. Mater. Sci., 8 (2004) 77. U. Schulz, B. Saruhan, K. Frischer, C. Leyens. J. Appl. Ceram. Techol., 1 (2004) 302-315 R. Rajendran. Cont. Eng. Fail. Anal., 26 (2012) 355-369. W. Pan, S. R.Phillpot, C. Wan, A. Chernatynskiy and Z. Qu: Mater. Res. Soc. Bull., 37 (2012) 917. S. Sampath, U. Schulz, M.O. Jarligo and S. Kuroda. Mater. Res. Soc. Bull., 37 (2012) 903
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전처리를 거친 산화물 입자가 분산된 서스펜션을 이용해 서스펜션 플라즈마 용사로 열차폐 코팅층을 형성하여 그 미세 구조에 미세 기공 외에 수직 균열(vertical crack)을 도입함으로써 열차폐 코팅층의 열전도도 특성의 개선은 물론 수평방향의 열변형적응성의 증진이 가능한 열차폐 코팅층의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 (a) 열차폐 코팅용 산화물 나노 입자가 분산된 나노 서스펜션을 준비하는 단계; 및 (b) 상기 나노 서스펜션을 이용해 서스펜션 플라즈마 용사로 모재 위에 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는, 서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법을 제안한다.
또한, 상기 단계 (a)는 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법을 제안한다:
(a-1) 열차폐 코팅용 산화물 분말을 기계적으로 분쇄하는 단계; 및
(a-2) 상기 분쇄된 산화물 분말을 포함하는 슬러리를 형성하는 단계.
또한, 상기 열차폐 코팅용 산화물은 YSZ(Yttria-stabilized zirconia)인 것을 특징으로 하는 서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법을 제안한다.
또한, 상기 단계 (a)는 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법을 제안한다.:
(a-1) 2종 이상의 열차폐 코팅용 산화물 분말을 혼합하여 기계적 합금화(mechanical alloying)를 수행하는 단계; 및 (a-2) 상기 단계 (a-1)에서 얻어진 산화물 분말을 포함하는 슬러리를 형성하는 단계.
또한, 상기 2종 이상의 열차폐 코팅용 산화물 분말은 (i) Y2O3, Gd2O3 및 La2O3으로부터 선택되는 1종 이상 및 (ii) ZrO2 및 CeO2로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법을 제안한다.
또한, 상기 단계 (a-1)에서 산화물 분말의 기계적 분쇄 또는 기계적 합금화는 유성형 볼밀링(planetary ball milling), 어트리션 밀링(attrition milling) 또는 쉐이커 밀링(shaker milling)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법을 제안한다.
또한, 상기 단계 (a-2)에 앞서 상기 단계 (a-1)에서 얻어진 산화물 분말을 하소(calcination)하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법을 제안한다.
본 발명에 따른 고서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법에 의하면, 고에너지 밀링을 통해 나노 크기로 분쇄된 산화물 입자 또는 합금화된 복합 산화물 입자를 포함하는 나노 서스펜션을 이용해 서스펜션 플라즈마 용사로 열차폐 코팅층을 형성함으로써, 해당 코팅층에 다수의 미세 기공 외에 수직 균열(vertical crack)을 생성시켜 코팅층의 열전도도 특성의 개선은 물론 수평방향의 열변형적응성 향상까지도 함께 달성할 수 있고, 나아가, 원료 분말로서 희토류 산화물 및 지르코니아로서 사용할 경우에는 고온가압소결 등의 고비용 공정을 사용하지 않고서도 저열전도성 및 고온 안정성을 가지는 파이로클로어(pyrochlore) 결정 구조의 희토류 산화물계 지르코네이트로 이루어진 코팅층을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법의 흐름도이다.
도 2는 본원 실시예에서 사용된 서스펜션 플라즈마 스프레이 장치의 모식도이다.
도 3은 본원 실시예 1에서 제조된 열차폐 코팅 시편의 단면 미세구조를 배율을 달리하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 본원 실시예 1에서 제조된 열차폐 코팅 시편의 X-선 회절(XRD) 패턴 분석 결과이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 각각 본원 실시예 2-1에서 제조된 열차폐 코팅 시편의X-선 회절(XRD) 그래프 및 해당 시편의 단면 미세구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 각각 본원 실시예 2-2에서 제조된 열차폐 코팅 시편의X-선 회절(XRD) 그래프 및 해당 시편의 단면 미세구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 각각 본원 실시예 2-3에서 제조된 열차폐 코팅 시편의X-선 회절(XRD) 그래프 및 해당 시편의 단면 미세구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법을 나타내는 흐름도로서, 도 1에 도시하는 바와 같이 본 발명에 따른 제조방법은, (a) 열차폐 코팅용 산화물 나노 입자가 분산된 나노 서스펜션을 준비하는 단계; 및 (b) 상기 나노 서스펜션을 이용해 서스펜션 플라즈마 용사로 모재 위에 코팅층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 이하에서 상기 각 단계에 대해 상세히 설명한다.
상기 단계 (a)에서는 서스펜션 플라즈마 용사에 이용되는 피드 스탁(feed stock)으로서 나노 크기(nano-sized)의 산화물 입자가 분산된 나노 서스펜션을 형성하는 단계로서, 본 단계에서는 열차폐 코팅층 형성을 위한 원료 물질인 1종 또는 2종 이상의 산화물 분말로부터 고에너지 밀링을 통해 나노 크기의 미분체를 얻은 후, 이를 용매에 분산시켜 나노 서스펜션을 제조하게 된다.
예를 들어, 원료 물질로서 상용 YSZ(Yttria-stabilized zirconia) 등과 같은 1종의 산화물 분말을 사용할 경우에는 (a-1) 열차폐 코팅용 산화물 분말을 기계적으로 분쇄하는 단계; 및 (a-2) 상기 분쇄된 산화물 분말을 포함하는 슬러리를 형성하는 단계를 거쳐 나노 서스펜션이 형성된다.
이때, 상기 단계 (a-1)에서는 고에너지를 가할 수 있는 기계적 밀링 방법이 사용되는 것이 바람직하며, 이를 위한 구체적인 수단으로서 유성형 볼밀링(planetary ball milling), 어트리션 밀링(attrition milling) 또는 쉐이커 밀링(shaker milling) 등을 들 수 있다.
그리고, 상기 단계 (a-2)에서는 전 단계를 통해 분쇄된 나노 크기의 산화물 분말을 볼 밀링(ball milling) 등의 수단을 통해 에탄올 등의 용매에 균질하게 분산시키게 된다.
또한, 본 단계 (a)를 실시함에 있어서 원료 물질로서 2종 이상의 산화물 분말을 사용할 경우에는 (a-1) 2종 이상의 열차폐 코팅용 산화물 분말을 혼합하여 기계적 합금화(mechanical alloying)를 수행하는 단계; 및 (a-2) 상기 단계 (a-1)에서 얻어진 산화물 분말을 포함하는 슬러리를 형성하는 단계를 거쳐 나노 서스펜션이 형성된다.
이때, 상기 단계 (a-1)에서는 상기 2종 이상의 산화물로는, (i) Y2O3, Gd2O3 및 La2O3으로부터 선택되는 1종 이상 및 (ii) ZrO2 및 CeO2로부터 선택되는 1종 이상을 함께 포함하는 것이 바람직하며, 상기와 같은 2종 이상의 산화물 분말을 혼합한 후 유성형 볼밀링(planetary ball milling), 어트리션 밀링(attrition milling) 또는 쉐이커 밀링(shaker milling) 등의 고에너지 밀링을 통해 기계적 합금화를 수행하게 된다.
여기서, 기계적 합금화(mechanical alloying)란, 고회전력을 통한 높은 에너지를 혼합 분말에 가함으로써, 분말을 미립화시키는 것은 물론 분말 간의 극대화된 확산력을 통해 분말을 합금화시키는 방법을 지칭한다. 보다 구체적으로, 밀링 용기(milling vial)에 원료 분말과 함께 밀링 볼(milling ball)을 장입하여 용기를 회전 또는 진동시키게 되면, 혼합 분말이 밀링 볼 사이 또는 밀링 볼과 밀링 용기 사이에서 반복적인 충돌에 의해 변형되고(deformed) 파괴된(fractured) 후 냉간압접(cold pressure welding)이 일어나는 과정을 거쳐 합금화가 이루어진다.
그리고, 상기 단계 (a-2)에서는 전 단계를 통해 복합 산화물 분말을 볼 밀링(ball milling) 등의 수단을 통해 에탄올 등의 용매에 균질하게 분산시키게 된다.
한편, 본 단계 (a)를 수행함에 있어서, 상기 단계 (a-1)에서 산화물 입자의 분쇄 또는 기계적 합금화를 수행한 후 (a-2)를 실시하기 전에 유기물 등의 불순물을 탈지시키기 위해 진공 또는 환원가스 분위기에서 하소(calcination)하는 단계를 필요 에 따라 추가적으로 수행할 수 있다. 이때, 상기 하소는 불순물이 완전히 제거될 수 있을 정도의 온도 및 시간으로 수행되면 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법에 있어서, 단계 (b)에서는 상기 단계 (a)에서 얻어진 나노 서스펜션을 피드 스탁(feed stock)으로 서스펜션 플라즈마 용사를 통해 모재 상에 열차폐 코팅층을 형성하는 단계이다.
참고로, 서스펜션 플라즈마 용사는 분말 재료를 대신해 액체 상태의 서스펜션을 플라즈마 제트에 직접 공급하는 용사법으로서, 플라즈마 제트에 투입된 서스펜션은 플라즈마 제트 내에서 미립화되어 가열에 의한 용매의 증발, 재료의 용해, 모재에서의 충돌이라는 일련의 과정을 거쳐 코팅층이 형성된다.
서스펜션 플라즈마 용사는 미세 분말을 용사 재료에 이용할 경우에도 용사 재료에 의한 송급 호스의 막힘 현상이 발생되지 않고, 용사 재료의 연속적이고 안정적인 제공이 가능하기 때문에, 투입 전력, 플라즈마 가스 유량, 서스펜션의 농도, 용사 거리 등의 변수를 함께 조절함으로써, 형성되는 코팅층의 미세 구조를 다양하게 제어하는 것이 가능하다는 장점을 가진다.
본 발명에서는 이와 같은 서스펜션 플라즈마 용사법에 나노 서스펜션을 피드 스탁으로 사용함으로써, 1종의 산화물 분말을 출발 원료로 사용할 경우에는 최종적으로 얻어지는 코팅층에 다수의 미세 기공 외에 수직 균열(vertical crack)을 생성시켜 코팅층의 열전도도 특성의 개선은 물론 수평방향의 열변형적응성 향상까지도 함께 달성할 수 있고, 2종 이상의 산화물 분말을 출발 원료로 사용할 경우에는 전술한 미세 구조를 가지는 코팅층을 얻을 수 있음과 동시에, 고온가압소결 등의 고비용 공정을 사용하지 않고서도 파이로클로어(pyrochlore) 등과 같이 저열전도성 및 고온 안정성을 가지는 결정상을 가지는 코팅층을 형성할 수 있다.
아래에서 본 발명은 실시예를 기초로 하여 상세하게 설명한다. 제시된 실시예는 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
<실시예 1>
서스펜션 플라즈마 용사를 위한 나노 서스펜션 제조
상용 YSZ 분말(7.5 wt% Y2O3-ZrO2, PRAXAIR, ZRO271-5, USA, <125μm)를 YSZ ball(Φ 1mm)과 에탄올을 혼합매질로 사용하여 6시간 동안 300rpm의 속도로 유성구 볼 밀링을 통해 입자 사이즈를 작게 만든 후, YSZ ball과 에탄올을 혼합매질로 사용하여 24시간 동안 볼밀링을 통해 나노 서스펜션으로 제작하였다.
서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층 형성
코팅용 금속기재로 직경 25mm, 두께 3mm의 디스크형태 NIMONIC263(Crucible service centers, USA)을 사용하고, 본드 코트(Bond coat)는Ni-22Cr-10Al-1.0Y(in wt.%)계 분말(AMDRY:962, USA)을 사용하여 NIMONIC263 금속기재 위에 대기플라즈마용사(atmospheric plasma spray, APS)법으로 코팅두께 100μm 정도로 코팅을 실시하였으며, 이후 사포(#1200)로 표면연마 하였다. 이후 탑 (Top) 코팅에 앞서 플라즈마 화염을 통해 350℃까지 금속기재를 예열한 뒤, 위에서 제작한 나노 서스펜션을 사용하여 서스펜션 용사법으로 탑코팅을 실시하였으며, 서스펜션 플라즈마 용사의 모식도는 도 2에 나타내었다. 코팅조건으로는 Ar과 He 혼합가스를 15L/min의 속도로 제어하였으며, 코팅기재와 플라즈마 토치 사이의 거리는 75mm, 코팅기판의 회전속도 1500rpm, 서스펜션 공급속도 45mL/min, 코팅 가압전류는 220A으로 코팅을 실시하였다.
도 3은 본 실시예 1에서 제조된 코팅 시편의 다양한 배율에서의 단면 미세구조 사진으으로, 도 3(a)는 코팅층의 전체적인 미세구조로, 최하단부(∼200μm)는 NIMONIC263 금속기판, 중단부(∼100μm)는 대기플라즈마 용사법(APS)으로 코팅한 Ni-22Cr-10Al-1.0Y(in wt%) 본드 코트, 그리고, 최상단부(∼1000μm)는 서스펜션 용사법으로 코팅한 YSZ층이다. 서스펜션 플라즈마 용사로 코팅한 YSZ층은 일반 용사법으로 코팅한 YSZ층과는 차별화된 미세구조를 나타냄을 알 수 있는데, 기존의 일반 용사법으로 제작된 코팅의 미세구조는 YSZ 입자가 분사되면서 플라즈마에 의해 용융되어, 넓게 퍼진 형태로 코팅 기판에 달라붙은 액적을 따라 수평방향으로 형성된 다양한 크기의 입계(grain boundary)와 균열, 그리고 그 사이에 존재하는 기공이관찰되는 반면, 본 실시예에서 서스펜션 용사법으로 제작된 코팅은 다수의 수직 균열(vertical crack)과 수십nm 내지 수 μm 크기의 다수의 미세 기공이 관찰되었으며(도 3(b) 참조), 또한, 수직 균열의 폭은 약 2μm, 밀도는 대략 8.4개/mm으로서 상대적으로 균일한 분포를 하고 있는 것이 관찰되었는데(수직 균열 밀도는 코팅층의 측면 5mm을 관찰하여 mm당 수직 균열수를 계산함), 이러한 수직 균열은 코팅 공정 중 기판과 YSZ간의 열팽창 계수 차이에 의한 응력(thermal-expansion-mismatch stresses) 그리고 코팅 공정 중 코팅 내부에 잔류된 서스펜션이 열분해(Pyrolysis)되면서 발생하는 응력이 서로 복합되어 나타나는 것으로 보인다. 도 3(c) 내지 도 3(e)는 각각 YSZ 코팅층의 상단, 중단, 하단부를 보다 높은 배율로 관찰한 사진이다. 코팅층의 중단부에서는 수평균열(perpendicular crack)이 다른 영역에 비해 많은 것이 관찰되었다.
도 4는 본 실시예 1에서 제조된 코팅 시편의 X-선 회절 패턴 분석결과이로서, 이로부터 7.5wt% Y2O3-ZrO2(대략 4 mol% Y2O3-ZrO2)을 이용해 기존 용사법으로 증착했을 때의 특징인 준안정 정방정(t'-ZrO2) 단일상으로 존재하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 즉, ZrO2는 입방정상의 경우는 73.5° 부근에서 (400) 피크만이 나타나는 반면, 준안정 정방정상의 경우는 73°에서 (004) 피크와 74°에서 (400) 피크가 관찰되는 것으로 알려져 있는데, 본 시편의 경우에서도 73°와 74°에서 준안정 정방정상 피크를 확인할 수 있었다.
<실시예 2-1 내지 실시예 2-3>
La2O3(Kojundo Chemical Lab. Co., LTD, 99.9%, 11㎛), Gd2O3(Kojundo Chemical Lab. Co., LTD, 99.9%,, 2∼3㎛), ZrO2(Kojundo Chemical Lab. Co., LTD, 98%, 40nm)의 산화물 분말을 사용하여 (La1-xGdx)2ZrO7 (x=0.0, 0.5, 1.0) 복합 산화물을 합성시켰다.
구체적으로, 상기 각 분말을 아래 표 1 나타낸 조성이 되도록 칭량하고 1mm 지르코니아 볼과 IPA(Isopropyl alcohol)를 혼합매질로 사용하고 분말 함량 대비 0.5 Wt.%의 분산제를 첨가하여 유성구 볼밀을 이용해 6시간 습식혼합 후 혼합이 완료된 슬러리가 침전되지 않도록 마그네틱 바를 이용하여 교반시키며 건조하였고 이후 80℃ 오븐에서 24시간 동안 항량 건조시킨 후 알루미나 유발을 이용하여 분쇄하여 혼합분말을 제조하였다. 제조된 분말을 에탄올 대비 1:9 비율로 희석하고 24 시간 볼밀하여 액상의 혼합 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리를 10 ㎛체를 사용해 체거름하여 조립화된 슬러리를 제조하였다.
참고로, (La1-xGdx)2ZrO7에서 생성되는 파이로클로어(pyrochlore) 결정구조를 La2ZrO7를 예로 들어 설명하면, La3+ 양이온은 결정학적 특정위치, 16d 자리 (1/2, 1/2, 1/2) (A 자리)를, Zr4+ 양이온은 16c 자리 (0, 0, 0) (B 자리)를 차지하며, (001) 면에서 [110] 방향과 [-110] 방향으로 번갈아 가면서 A, B 의 양이온이 일렬로 배열되어 있는 규칙 격자(ordered structure) 갖는다. 산소이온의 경우에는 두 개의 48f 자리 (x, 1/8, 1/8)와 8b 자리 (3/8, 3/8, 3/8)에 존재하며, 48f 자리의 산소 음이온의 위치는 원래 위치 x=0.375 에서 B 자리 양이온이 완벽한 팔면체를 이루는 경우에 x=0.3125 로 이동하게 된다. 이러한 산소 음이온 위치와 격자상수는 A, B 양이온의 상대적인 크기로 결정되며 특히 비어있는 산소 음이온 자리인 8a 자리에 의하여 결정내부에 본래적인 점결함 (point defect)이 존재한다. 양이온의 규칙적 배열과 특정위치의 산소 공극에 의해서 단위포 내에 초격자(superlattice)가 존재하고 이는 X-선 회절에서 부가적인 피크를 나타내게 된다.
Figure 112013121173799-pat00001
다음으로, 상기 조립화된 슬러리는 공급관을 통해 플라즈마 토치까지 공급되고 내열금속기판을 장착한 지그를 1200 rpm의 속도로 회전시키면서 기판과 토치와의 간격을 75 mm 이격시킨 상태에서 로봇팔의 상하반복을 통해 220A, 111.65 kW의 코팅 조건에서 150 pass 예열공정을 거친 후 동일한 방법으로 슬러리를 공급하면서 1000 pass 코팅하였다.
도 5 내지 도 7은 각각 상기 실시예 2-1 내지 2-3에서 제조된 시편의 코팅층 단면 미세구조 및 X-선 회절 패턴을 결과를 도시한 것으로서, 도 7 내지 도 9에 의하면 모든 조성에서 파이로클로어 결정상이 나타났으며 나노크기의 결정상을 갖는 코팅이 형성되었음을 확인할 수 있다. 또한, 미세구조 관찰 결과 코팅 자체는 상당히 치밀한 구조를 가지며, 특히, 실시예 2-1에서 제조된 Lanthanum zirconate 조성의 경우 일부 수직균열(vertical crack)이 관찰되었다.

Claims (7)

  1. (a) 열차폐 코팅용 산화물 나노 입자가 분산된 나노 서스펜션을 준비하는 단계; 및
    (b) 상기 나노 서스펜션을 피드 스탁(feed stock)으로 이용해 서스펜션 플라즈마 용사로 모재 위에 코팅층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 단계 (a)는, (a-1) La2O3, Gd2O3 및 ZrO2 분말을 혼합하여 유성형 볼밀링(planetary ball milling), 어트리션 밀링(attrition milling) 또는 쉐이커 밀링(shaker milling)에 의해 기계적 합금화(mechanical alloying)를 수행하는 단계; 및 (a-2) 상기 단계 (a-1)에서 얻어진 산화물 분말을 포함하는 슬러리를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a-2)에 앞서 상기 단계 (a-1)에서 얻어진 산화물 분말을 하소(calcination)하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법.
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