KR101503385B1 - Apparatus of coating conducting powder using electrostatic powder and method of coating by the apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 정전분체를 이용한 분말 코팅 장치 및 그 코팅 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 습식 코팅이 아닌 도전성 분말 자체를 건식으로 정전분체 방식에 의해 금속 기지의 다공체 담체에 코팅하는 장치 및 그 코팅 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a powder coating apparatus using electrostatic powder and a coating method thereof, and more particularly, to an apparatus for coating a porous substrate of a metal matrix with a conductive powder by dry electrostatic spraying, .
다공성 담체로 주로 사용되는 세라믹 다공체는 세라믹 재료가 가지는 고온안정성에도 불구하고 내열충격성이 낮고, 이를 제조하는 공정이 복잡하다. 또한, 고온 소결이 필요하고, 가격이 고가인 점이 문제점으로 대두되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 최근에는 세라믹 다공체 대신에 금속 기지의 다공체 담체(이하, 금속 다공체)로 대체되고 있으며, 또한 금속 특성을 활용한 새로운 영역으로서 그 응용분야가 확대될 것으로 기대된다. 금속 다공체는 3차원 망상구조를 가지며, 태양전지 및 연료전지의 전극, 환경오염 정화용 필터, 촉매담체, 고효율 열교환 매체 등과 같이 환경 및 에너지 산업의 핵심소재로 사용될 수 있다. 또한, 그린 카(green car), 초청정 선박, 온실가스 대응산업, 대형 수소발전, 분산전원발전, 고효율 석유대체 연료 생산 등의 환경 및 에너지 기술의 핵심부품으로 급격하게 사용이 증가될 것으로 예상된다.The ceramic porous body, which is mainly used as a porous carrier, has a low thermal shock resistance in spite of the high temperature stability of the ceramic material, and the manufacturing process thereof is complicated. In addition, high-temperature sintering is required, and the cost is high. In order to solve such a problem, recently, a porous base of a metal base (hereinafter referred to as a porous metal body) has been substituted for a ceramic porous body, and it is expected that the application field will be expanded as a new area utilizing the metal characteristics. The metal porous body has a three-dimensional network structure and can be used as a core material for the environment and the energy industry such as electrodes for solar cells and fuel cells, filters for environmental pollution and purification, catalyst carriers, and highly efficient heat exchange media. It is expected to increase rapidly as a core component of environmental and energy technologies such as green car, super clean ship, greenhouse gas supporting industry, large-scale hydrogen generation, distributed power generation, and production of high efficiency alternative fuel .
한편, 금속 다공체에 금속 또는 반도체와 같은 도전성 분말을 코팅하여 도전성 코팅층을 형성하면, 도전성 분말의 특성, 예컨대 촉매 특성을 발현하는 금속 다공체를 구현할 수 있다. 종래에는 도전성 코팅층은 워시 코팅(wash coating), 정전분무(electrostatic spray), 슬러리 코팅(slurry coating) 등과 같은 습식 코팅법을 이용하여 형성하였다. 예를 들어, 슬러리 코팅은 도전성 분말을 수계 또는 비수계 용매(solvent)와 결합제(binder), 가소제(plasticizer), 분산제(dispersant), 계면활성제 등을 적정비로 혼합한 슬러리를 금속 다공체에 코팅하는 것이다. 또한, 정전분무는 도전성 분말에 수계 또는 비수계 용매에 결합제, 계면활성제 등이 혼합된 콜로이드를 모세관 노즐 속에 주입하고 노즐과 기판사이에 수~수십 kV의 고전압에 의한 정전기력으로 액적(droplet)을 금속 다공체에 분무하여 코팅하는 기술이다. 그런데, 습식 코팅법은 대면적의 코팅이 어렵고, 코팅 속도가 느리며, 환경오염을 유발하는 등의 여러 가지의 문제점을 내포하고 있다. On the other hand, when a metal porous body is coated with a conductive powder such as a metal or a semiconductor to form a conductive coating layer, a metal porous body that exhibits properties of the conductive powder, such as catalyst characteristics, can be realized. Conventionally, the conductive coating layer is formed using a wet coating method such as wash coating, electrostatic spray, slurry coating and the like. For example, slurry coating is a method of coating a conductive porous body with a slurry in which an aqueous or non-aqueous solvent, a binder, a plasticizer, a dispersant, a surfactant, etc. are mixed at an appropriate ratio . Electrostatic spraying is performed by injecting a colloid mixed with an electrically conductive powder in an aqueous or non-aqueous solvent into a capillary nozzle with a colloid mixed with a binder, a surfactant, and the like, and applying a droplet to the metal by electrostatic force at a high voltage of several to several tens kV Is a technique of spraying onto a porous body to coat it. However, the wet coating method has various problems such as difficult coating of a large area, slow coating speed, and environmental pollution.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 습식 코팅을 배제하여 대면적의 코팅이 쉽고, 코팅 속도가 빠르며, 환경오염을 유발하는 등의 여러 가지의 문제점을 해소하고, 금속 다공체의 특성을 활용하는 정전분체를 이용한 도전성 분말 코팅 장치 및 그에 의한 코팅 방법을 제공하는 데 있다.A problem to be solved by the present invention is to solve various problems such as easy coating of a large area by eliminating a wet coating, a coating rate is fast, causing environmental pollution, and an electrostatic powder utilizing the characteristics of a porous metal body And a coating method using the conductive powder coating apparatus.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 정전분체를 이용한 도전성 분말 코팅 장치는 금속 다공체가 고착되고, 제1 형태의 전하로 대전된 지지대와 상기 금속 다공체에 코팅되는 도전성 분말을 상기 제1 형태의 전하와 극성이 반대인 제2 형태의 전하로 하전시키는 하전부를 포함한다. 상기 하전부에 제2 형태의 전하를 공급하는 전력공급원 및 상기 하전부로 보내기 위한 상기 도전성 분말을 저장하는 분말 저장조를 포함한다. 이때, 상기 제2 형태의 전하는 음(-) 전하 또는 양(+) 전하일 수 있다.A conductive powder coating apparatus using an electrostatic powder is characterized in that a metal porous body is fixed, a support member that is charged with a first type of charge, and a conductive powder coated on the metal porous body, Lt; RTI ID = 0.0 > second < / RTI > form of charge. A power supply for supplying the charge of the second type to the charge portion, and a powder reservoir for storing the conductive powder to be sent to the charge portion. At this time, the charge of the second type may be a negative charge or a positive charge.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 도전성 분말을 하전은 코로나 방식, 이온 주입기(ion implanter) 및 플라즈마 이온화기 중의 어느 하나 또는 그들의 조합으로 이용할 수 있다. 상기 지지대는 상하, 좌우, 전후 중 적어도 어느 하나로 움직이거나 원통 형태이어서 회전할 수 있다. 상기 하전부에 인가되는 전압은 100V 내지 10,000KV인 것이 바람직하다. In the apparatus of the present invention, the conductive powder may be used as any one of, or a combination of, a corona method, an ion implanter, and a plasma ionizer. The support may be moved in at least one of up and down, left and right, and back and forth, or it may be cylindrical and rotatable. The voltage applied to the charge portion is preferably 100 V to 10,000 KV.
본 발명의 바람직한 장치에 있어서, 상기 도전성 분말의 평균입경은 상기 하전부에서 분사되는 분사시간(T)이 일정할 때, 상기 금속 다공체의 표면 상태, 상기 도전성 분말의 평균중량(W), 상기 하전부에서 상기 도전성 분말을 분사하는 분사속도(V), 상기 하전부와 상기 금속 다공체 사이의 거리(D) 및 상기 도전성 분말의 분사유량(F)에 의해 결정될 수 있다. 이때, 상기 도전성 분말의 평균입경은 100nm~1mm인 것이 바람직하다.In the preferred apparatus of the present invention, the average particle diameter of the conductive powder is determined by the surface state of the porous metal body, the average weight (W) of the conductive powder, (V) for spraying the conductive powder at all, a distance (D) between the charging part and the porous metal body, and an injection flow rate (F) of the conductive powder. At this time, the average particle diameter of the conductive powder is preferably 100 nm to 1 mm.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 도전성 분말은 도전성을 띠는 금속 또는 반도체 중에 선택된 어느 하나의 단일 원소이거나 또는 그들의 합금(고용체 포함) 중에 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 상기 도전성 분말은 탄소(C), 실리콘(Si), 전도성 고분자, 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 코발트(Co), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au), 은(Ag), 바륨(Ba) 중에 선택된 어느 하나의 단일 원소이거나 또는 그들의 합금(고용체 포함) 중에 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 금속 다공체는 단일 원소로 이루어진 단일금속 또는 그들의 합금(고용체 포함) 중에 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 나아가, 상기 금속 다공체는 Fe계, Ni계, Al계, Ti계, Cu계, 귀금속(Ag, Au, Pt, Pd)족 중의 어느 하나의 단일금속 또는 그들의 합금(고용체 포함) 중에 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.In the apparatus of the present invention, the conductive powder may be at least one selected from among a single element selected from a conductive metal or a semiconductor, or an alloy thereof (including solid solution). The conductive powder may be at least one selected from the group consisting of carbon (C), silicon (Si), a conductive polymer, iron (Fe), chromium (Cr), nickel (Ni), cobalt (Co), platinum (Pt), palladium ), Silver (Ag), and barium (Ba), or an alloy thereof (including solid solution). In addition, the porous metal body may be at least one selected from a single metal consisting of a single element or an alloy thereof (including solid solution). The metal porous body may be at least one selected from the group consisting of Fe, Ni, Al, Ti, Cu, noble metal (Ag, Au, Pt, Pd) Lt; / RTI >
본 발명의 과제를 해결하기 위한 정전분체를 이용한 도전성 분말 코팅 방법은 먼저, 분말 저장조에 도전성 분말을 투입하고 금속 다공체를 제1 형태의 전하로 대전되는 지지대에 고착시킨다. 그후, 전력공급원으로부터 상기 제1 형태의 전하와 극성이 반대인 제2 형태의 전하를 하전부에 공급한다. 상기 분말 저장조에 저장된 상기 도전성 분말을 상기 하전부로 보낸다. 상기 하전부에서 상기 제2 형태의 전하로 하전된 상기 도전성 분말을 상기 금속 다공체로 분사한다. 이때, 상기 제2 형태의 전하는 음(-) 전하 또는 양(+) 전하일 수 있다.In order to solve the problems of the present invention, a conductive powder coating method using an electrostatic powder is a method in which a conductive powder is charged into a powder reservoir and the porous metal body is fixed to a supporting table charged with a first type of charge. Then, a charge of a second type opposite in polarity to the charge of the first type is supplied to the charge portion from the power source. And the conductive powder stored in the powder reservoir is sent to the lower part. And the conductive powder charged with the charge of the second form is injected into the porous metal body from the charge part. At this time, the charge of the second type may be a negative charge or a positive charge.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 도전성 분말을 하전은 코로나 방식, 이온 주입기(ion implanter) 및 플라즈마 이온화기 중의 어느 하나 또는 그들의 조합으로이용할 수 있다. 또한, 상기 제2 형태의 전하를 상기 하전부에 공급하는 단계, 상기 도전성 분말을 상기 하전부로 보내는 단계 및 상기 도전성 분말을 상기 금속 다공체로 분사하는 단계를 반복적으로 수행할 수 있다. 나아가, 상기 금속 다공체에 부착되지 않은 탈락된 도전성 분말을 분말 포집조로 포집하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the method of the present invention, the conductive powder may be used in any one of, or a combination of, a corona method, an ion implanter, and a plasma ionizer. It is also possible to repeatedly perform the step of supplying the charge of the second form to the charge portion, sending the conductive powder to the charge portion, and injecting the conductive powder into the porous metal body. Further, the method may further include the step of collecting the removed conductive powder not attached to the porous metal body with the powder collecting tank.
본 발명의 정전분체를 이용한 도전성 분말 코팅 장치 및 그에 의한 코팅 방법에 의하면, 도전성 분말 자체를 정전분체 방식으로 금속 다공체에 코팅함으로써, 대면적의 코팅이 쉽고, 코팅 속도가 빠르며, 환경오염을 유발하는 등의 여러 가지의 문제점을 해소할 수 있다. According to the electroconductive powder coating apparatus using the electrostatic powder of the present invention and the coating method therefor, the electroconductive powder itself is coated on the porous metal body by the electrostatic powder coating method, so that it is easy to coat a large area, has a high coating speed, And the like can be solved.
도 1은 본 발명에 의한 정전분체를 이용한 도전성 분말 코팅 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 정전분체를 이용한 도전성 분말 코팅 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 Fe-Ni 다공체의 사진이다.
도 4a는 본 발명의 실시예 1에 의해 제작된 Fe-Ni 다공체를 주사현미경으로 60배 확대한 사진이고, 도 4b는 도 4a의 조성을 X-선 분광분석인 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)로 분석한 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 실시예 2에 의해 제작된 FeCrAl-Ni 다공체를 주사현미경으로 100배 확대한 사진이고, 도 5b는 도 5a의 조성을 X-선 분광분석인 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)로 분석한 그래프이다.1 is a schematic view for explaining a conductive powder coating apparatus using electrostatic powder according to the present invention.
2 is a flowchart showing a conductive powder coating method using the electrostatic powder according to the present invention.
3 is a photograph of a Fe-Ni porous body according to Example 1 of the present invention.
FIG. 4A is a photograph of the Fe-Ni porous body manufactured according to the embodiment 1 of the present invention by a
Fig. 5A is a photograph of a FeCrAl-Ni porous body manufactured by the second embodiment of the present invention, which is magnified 100 times by a scanning microscope, Fig. 5B is a graph showing the composition of Fig. 5A by EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) Graph.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.
본 발명의 실시예는 도전성 분말 자체를 정전분체 방식으로 금속 다공체에 코팅함으로써, 대면적의 코팅이 쉽고, 코팅 속도가 빠르며, 환경오염을 유발하는 등의 여러 가지의 문제점을 해소하는 정전분체를 이용한 도전성 분말 코팅 장치 및 그에 의한 코팅 방법을 제시한다. 이를 위해, 정전분체를 금속 다공체에 코팅하는 장치에 대하여 구체적으로 알아보고, 상기 장치를 활용하여 도전성 분말이 코팅된 금속 다공체를 제조하는 방법을 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예와 같이 도전성 분말 자체를 정전분체 방식으로 다공체 코팅하는 것은 건식 코팅 방식으로 하나로서, 이는 습식 코팅과 비교된다. 여기서, 정전분체는 도전성 분말이 양(+) 전하 또는 음(-) 전하로 하전된 상태를 말한다. In the embodiment of the present invention, the electroconductive powder itself is coated on the porous metal body in the electrostatic powder coating method, so that the electrostatic powder that easily solves the various problems such as large-area coating is easy, coating speed is high, A conductive powder coating apparatus and a coating method therefor are proposed. To this end, a method for coating the electrostatic powder on the porous metal body will be described in detail, and a method for manufacturing the porous metal body coated with the conductive powder using the above apparatus will be described in detail. As in the embodiment of the present invention, the conductive powder itself is porous-coated by the electrostatic powder method as one of the dry coating methods, which is compared with the wet coating. Here, the electrostatic powder refers to a state in which the conductive powder is charged with positive (+) charge or negative (-) charge.
정전분체를 양(+) 전하 또는 음(-) 전하로 하전하여 이온화하는 방식을 다양하다. 예를 들어, 코로나 방식, 이온 주입기(ion implanter), 플라즈마 이온화기 등이 모두 적용될 수 있다. 이중에서 코로나 방식이 적용된 전기집진장치를 살펴보면, 직류 고전압을 사용하며, 집진극을 양극, 방전극을 음극으로 적당한 불평등 전계를 형성하고 이 전계에 있어서의 코로나 방전을 이용하여 가스중의 dust에 전하를 주어 이 대전입자를 쿨롱의 힘에 의하여 집진극에 분리 포집하는 장치이다. There are various ways to charge the electrostatic powder by positive (+) or negative (-) charge and ionize. For example, a corona system, an ion implanter, a plasma ionizer, and the like can all be applied. In the electrostatic precipitator using the corona method, a DC high voltage is used, a suitable inequality electric field is formed from the collector electrode to the anode electrode and the discharge electrode to the cathode electrode, and the corona discharge in the electric field is used to charge the dust in the gas. This is a device for separating and collecting the charged particles by a Coulomb force on the dust collecting pole.
코로나 방전에는 정(+)코로나 방전과 부(-)코로나 방전이 있으며 부코로나 방전은 정코로나 방전에 비해 코로나 방전개시 전압이 낮고 불꽃 방전개시 전압이 높으며 안정성이 있으므로 보다 많은 코로나 전류를 흘릴 수 있고 보다 큰 전계 강도를 얻을 수 있다. 따라서 일반적인 공업용 전기집진기에서는 부코로나 방전을 이용한다. Corona discharge has a positive (+) corona discharge and a negative (-) corona discharge. The secondary corona discharge has lower corona discharge initiation voltage, higher spark discharge initiation voltage, and stability than the corona discharge. A larger electric field intensity can be obtained. Therefore, a general industrial electrostatic precipitator uses a secondary corona discharge.
부코로나 방전에 의해 생긴 양이온과 음이온은 서로 이극성의 전극을 향해 이동하게 된다. 이때 전리 영역이 방전극 즉, 음극 근방에 국한되어 있는 까닭에 양이온은 단거리 행정을, 음이온은 장거리 행정을 갖게 되므로 분진입자의 거의 대부분은 음이온으로 대전되어 양극으로 이동되며, 따라서 양극인 평판 전극 또는 원통 전극 집진극이라 한다. 또한 음극인 방전극은 지속방전을 위한 전자를 방출한다는 의미이다. 그리고 분진 입자의 대전 방법으로는 이온이 전계에 의해 에너지를 얻어 분진 입자와 충돌하여 대전시키는 충돌대전과 기체중의 이온이 기체분자운동론의 법칙에 의해 불규칙한 열운동을 하게 되어 확산하게 되어 이러한 확산에 의해 분진 입자에 부착하여 대전시키는 확산 대전이 있다. 전극으로 이동된 분진 입자는 전극 표면에 부착 포집되고, 이는 다시 탈진 또는 세정되어 낙하 집진된다.The positive ions and the negative ions generated by the secondary corona discharge move toward the opposite polarity electrodes. At this time, since the ionization region is limited to the discharge electrode, that is, in the vicinity of the cathode, the cation has a short-distance stroke and the anion has a long-distance stroke. Therefore, most of the dust particles are charged with anions and moved to the anode, It is called an electrode collecting electrode. In addition, the cathode, which is a cathode, emits electrons for sustained discharge. In the charging method of dust particles, ions are energized by an electric field to collide with dust particles, and ions in the gas are charged and diffused by irregular thermal motion due to the law of gas molecular motion. There is diffusion charging in which dust is adhered to dust particles. The dust particles transferred to the electrode adhere to the surface of the electrode, which is again drained or washed, and dropped and collected.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 정전분체를 이용한 도전성 분말 코팅 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 물론, 본 발명의 범주 내에서 본 발명의 구성요소를 다른 형태로 적절하게 배치할 수 있다. 정전분체를 양(+) 전하 또는 음(-) 전하로 하전하여 이온화하는 하전부(50)로, 여기서는 음(-) 전하로 하전하는 부코로나 방식을 예로 들었다. 경우에 따라, 앞에서 제시한 정코로나, 이온 주입기, 플라즈마 이온화기도 모두 적용될 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에 적용되는 도전성 분말은 세 가지 형태로 구분될 수 있다. 즉, 상기 도전성 분말은 하전되지 않은 도전성 분말, 하전된 도전성 분말 및 중화된 도전성 분말로서, 실질적으로 같은 물질이며, 이에 대한 참조부호는 각각 32, 52 및 76로 표시하였다. 1 is a schematic view for explaining a conductive powder coating apparatus using electrostatic powder according to an embodiment of the present invention. Of course, the components of the present invention may be suitably arranged in other forms within the scope of the present invention. An example of a sub-corona method is shown in which a
도 1에 의하면, 본 발명의 코팅 장치는 챔버(10) 내에는 분말 저장조(30), 하전부(50), 지지대(60)를 포함하고, 챔버(10) 밖에는 분말 포집조(70)를 포함하여 이루어진다. 경우에 따라, 분말 포집조(70)는 챔버(10) 내부에 있을 수 있다. 분말 저장조(30)에 저장된 도전성 분말(32)은 가스 블로워(gas blower)와 같은 송풍기(20)에 의해 이송관(34)을 따라 하전부(50)로 이송된다. 하전부(50)는 전원공급원(power supply; 40)에서 음(-) 전하를 공급받아, 이송된 도전성 분말(32)에 음(-) 전하가 수용되도록 한다. 음(-)으로 하전된 도전성 분말(52)은, 접지되어 양(+)으로 하전된 금속 다공체(62)의 표면을 향하여 정전기력의 작용으로 분사된다. 1, the coating apparatus of the present invention includes a
만일, 하전부(50)가 정코로나인 경우에는 정전분체는 양(+) 전하로 하전된다. 하전된 양(+) 전하 및 음(-) 전하는 1가, 2가, 3가 등으로 다중이온으로 하전될 수 있다. 이때, 지지대(60)는 챔버(10) 바닥면의 중심을 기준으로 좌우, 전후, 상하로 움직일 수 있으며, 경우에 따라 지면 방향으로 회전할 수 있는 원통 형태도 가능하다. If the
금속 다공체(62)에 도달한 하전된 도전성 분말(52)의 일부는 지지대(60)에 배치된 금속 다공체(62)에 코팅되고, 나머지 코팅되지 않은 도전성 분말(76)은 챔버(10) 밖에 있는 분말 포집조(70)에 포집된다. 포집된 도전성 분말(76)은 다시 분말 저장조(30)로 이송되어 재활용될 수 있다. 이때, 코팅되지 않은 도전성 분말(76)은 바닥으로 탈락하게 된다. 탈락된 도전성 분말(76)은 분말 포집조(70)로 이송하기 위한 흡입 모터(72)를 이용하여 흡입구(74)를 통하여 흡입되어 분말 포집조(70)에 저장된다. A part of the charged
본 발명의 실시예에 적용되는 도전성 분말(32)은 분말 형태로 도전성을 띠는 모든 형태의 금속 또는 반도체 중에 선택된 어느 하나의 단일 원소이거나 그들의 합금(고용체 포함)일 수 있다. 예를 들어, 도전성 분말(32)은 탄소(C), 실리콘(Si), 전도성 고분자, 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 코발트(Co), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au), 은(Ag), 바륨(Ba)과 같은 단일 원소이거나 FeAl, FeNi, FeCr, FeCrAl 등의 합금일 수 있다. 보다 바람직하게는, 금속 및 그들의 합금이 더욱 좋다. 도전성 분말(32)은 통상적으로 알려져 있는 모든 방법으로 제조할 수 있으며, 반드시 그 방법을 제한하는 것이 아니다. The
하전된 도전성 분말(52)의 평균입경은 하전부(50)에서 금속 다공체(62)로 분사되는 소정의 분사시간(T)의 기준으로, 금속 다공체(62)의 표면 상태, 하전된 도전성 분말(52)의 평균 중량(W), 하전된 도전성 분말(52)을 분사하는 분사속도(V), 하전부(50)와 금속 다공체(62) 사이의 거리(D), 분사유량(F)에 의해 결정된다. 하전된 도전성 분말(52)은 하전되지 않은 도전성 분말(32)과 하전된 것의 차이를 제외하고 실질적으로 같다. 이때, 거리(D)는 챔버(10)의 바닥면과 평행한 수평거리를 말한다. 구체적으로, 동일한 금속 다공체(62)에서 분사시간(T), 도전성 분말의 평균 중량(W)이 일정하다고 가정하면, 원하는 코팅층을 얻기 위해서는, 분사속도(V)가 커지거나 거리(D)가 작을수록 도전성 분말(52)의 크기는 상대적으로 작을 수 있다. The average particle diameter of the charged
분사속도(V)는 하전부(50)와 금속 다공체(62) 사이에 인가된 인가전압(KV) 및 송풍기(20)의 풍속이 하전부(50)에 영향을 주는 2차 속도에 의해 결정될 수 있다. 또한, 분사유량(F)은 평균중량(W) 및 분사속도(V)를 이용하여 조절할 수 있다. 이때, 분사시간(T), 도전성 분말의 평균 중량(W)은 사전에 결정될 수 있다. 예를 들어, 1,200㎛ 기공을 가진 Ni 금속 다공체(62)에서, 분사시간(T)이 15초, 도전성 분말의 평균중량(W)은 0.1g/㎠이고, 분사속도(V)는 50㎡/시간~100㎡/시간, 거리(D)가 10㎝~50㎝이라고 할 때, 도전성 분말(52)의 평균입경은 100nm~1mm가 바람직하다. The jetting speed V can be determined by the applied voltage KV applied between the charging
도전성 분말(52)의 평균 입경이 100nm보다 작으면, 하전부(50)에서 도전성 분말(52)에 하전되는 하전량이 적어서 금속 다공체(62)에 부착되지 않고 흘러내리기 때문에 부착 수율이 떨어진다. 또한, 도전성 분말(52)의 평균 입경이 1mm보다 크면, 금속 다공체(62)에 다다르지 않고 중력에 의해 챔버(10)의 바닥으로 떨어지는 경향이 커져 부착 수율이 저하된다. 이에 따른 인가전압(KV)은 100V~10,000KV를 가할 수 있다. 인가전압(KV)이 100V보다 작으면, 하전부(50)에서 도전성 분말(52)에 하전되는 하전량이 적어서 금속 다공체(62)에 부착되지 않고 중력에 의해 챔버(10)의 바닥으로 떨어져 부착 수율이 떨어진다. 또한, 10,000KV보다 커지면, 전압이 지나치게 높아 작업 안전상 위험한 상황을 초래할 수 있다. 이에 따라, 작업의 안정성이 확보되면, 보다 더 높은 전압을 가할 수도 있다.When the average particle diameter of the
본 발명의 실시예에 적용되는 하전된 도전성 분말(52)은 하전부(50)에서 가해지는 음(-) 전하를 함유한다. 여기서, 음(-) 전하를 함유하는 양을 하전량이라고 한다. 만일, 하전된 도전성 분말(52)이 양(+) 전하라면, 양(+) 전하를 함유하는 하전량이다. 한편, 동일한 크기의 도전성 분말(52)의 상기 하전량은 도전성 분말(52)의 종류에 따라 달라지며, 특히 상기 하전량은 절연성 분말에 비해 크다. The charged
고전압에 의해 생성된 자유 양(+)이온 또는 자유 전자(-)가 분사된 분말에 하전될 때 분말의 크기 및 종류에 따라 하전량이 달라지게 되며, 하전량이 분말의 운동에너지 크기를 결정하므로 분말이 금속 다공체 표면에 부착될 수 있을 만큼의 에너지가 필요하다. 하전된 분말이 금속 다공체 표면에 가면 금속 다공체의 표면에 반대되는 전하가 발생하며 이를 "Mirror charge effect"라 한다. 이 효과에 의해 도전성 분말이 표면에 부착되게 된다. 절연성 분말은 전기저항이 높기 때문에 하전되기가 어렵다. 이와 같이, 도전성 분말(52)의 상기 하전량이 절연성 분말에 비해 크므로, 양(+)으로 하전된 금속 다공체(62)에 부착되는 부착력은 도전성 분말(52)이 절연성 분말에 비해 크다. When charge is applied to powder sprayed with free positive (+) ions or free electrons (-) generated by high voltage, the charge amount varies depending on the size and type of powder, and the charge amount determines the kinetic energy amount of powder Energy is required so that the powder can be attached to the surface of the porous metal body. When the charged powder adheres to the surface of the porous metal body, the opposite charge is generated on the surface of the porous metal body, and this is called a "mirror charge effect". By this effect, the conductive powder adheres to the surface. Insulation powder is difficult to charge because of its high electrical resistance. Since the charge amount of the
한편, 본 발명의 도전성 분말(32)은 금속 다공체(62)에 분말 자체가 하전되어 공급되어 코팅되는 건식 코팅 방식이다. 그런데, 종래에 주로 사용되는 슬러리 코팅은 분말에 수계 또는 비수계 용매(solvent)와 결합제(binder), 가소제(plasticizer), 분산제(dispersant), 계면활성제 등의 첨가물을 포함한다. 상기 첨가물로 인하여, 종래의 습식 코팅은 대면적의 코팅이 어렵고, 코팅 속도가 느리며, 환경오염을 유발하는 등의 여러 가지의 문제점을 가지고 있다. 하지만, 본 발명의 정전분체에 의한 코팅 방식은 건식 코팅 방식 중의 하나이므로, 상기 첨가물이 없기 때문에, 종래의 첨가물 때문에 발생하는 모든 문제점을 해소할 수 있다.Meanwhile, the conductive powder (32) of the present invention is a dry coating method in which the powder itself is charged and supplied to the porous metal body (62). However, conventionally used slurry coatings include additives such as an aqueous or non-aqueous solvent, a binder, a plasticizer, a dispersant, and a surfactant in the powder. Due to the above additives, the conventional wet coating has various problems such as difficult coating of a large area, slow coating speed, and environmental pollution. However, since the electrostatic powder coating method of the present invention is one of the dry coating methods, it is possible to solve all the problems caused by the conventional additives because there is no such additive.
금속 다공체(62)는 본 발명의 범주 내에서 다양한 형태가 가능하며, 3차원 망상 형태, 금속 파이버 매트 또는 허니콤 형태가 바람직하다. 금속 다공체(62)는 금속성을 띠는 모든 형태의 금속이 바람직하며, 단일 원소로 이루어진 단일금속 또는 상기 단일원소로 이루어진 합금(고용체 포함)일 수 있다. 구체적으로, 금속 다공체(62)는 철(Fe)계, 니켈(Ni)계, 알루미늄(Al)계, 티타늄(Ti)계, 구리(Cu)계, 귀금속(Ag, Au, Pt, Pd)족 단일금속 또는 상기 단일금속을 포함하는 합금 중에 선택된 적어도 어느 하나가 바람직하며, 상기 철계 또는 니켈계 금속의 조성은 순철, 철-크롬계, 철-니켈계, 순니켈, 니켈-크롬계 중에 선택된 어느 하나를 주성분으로 할 수 있다.The
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 정전분체를 이용한 도전성 분말 코팅 방법을 나타낸 흐름도이다. 이때, 본 발명의 코팅 장치에 대해서는 도 1을 참조하기로 한다. 2 is a flowchart illustrating a conductive powder coating method using an electrostatic powder according to an embodiment of the present invention. Here, the coating apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
도 2에 따르면, 먼저 분말 저장조(30)에 도전성 분말(32)을 투입하고 금속 다공체(62)를 지지대(60)에 고착시킨다(S10). 그후, 전력공급원(40)으로부터 음(-) 전하를 하전부(50)에 공급한다(S20). 송풍기(20)를 가동하여 도전성 분말(32)을 이송관(34)을 통하여 하전부(50)로 보낸다(S30). 이때, 하전부(50)로 이송된 도전성 분말(32)은 음(-) 전하로 하전된다. 하전부(50)에서 음(-) 전하로 하전된 도전성 분말(52)을 금속 다공체(62)로 분사한다(S40). 필요에 따라, 지지대(60)에 고착된 금속 다공체(62)를 좌우, 전후 및 상하로 이동하거나 지면 방향으로 회전시킬 수 있다. 이와 같이, 금속 다공체(62)를 이동하거나 회전함으로써, 대면적의 금속 다공체(62)를 도전성 분말(52)로 코팅할 수 있다. 2, the
한편, 금속 다공체(62) 상의 도전성 분말(52)로 코팅된 도전성 코팅층의 두께는 S20단계~S40단계를 반복하여 조절할 수 있다. 상기 음(-) 전하를 상기 하전부에 공급하는 단계(S20), 상기 도전성 분말을 상기 하전부로 보내는 단계(S30) 및 상기 도전성 분말을 상기 금속 다공체로 분사하는 단계(S40)를 반복적으로 수행할 수 있다. 이와 같이, 상기 S20단계~S40단계를 반복함으로써, 금속 다공체(62)에 코팅되는 상기 도전성 코팅층의 두께를 자유롭게 조절할 수 있다. Meanwhile, the thickness of the conductive coating layer coated with the
이어서, 금속 다공체(62)에 부착되지 않은 탈락된 도전성 분말(76)을 흡입모터(72)를 이용하여 흡입구(74)를 통해 분말 포집조(70)에 포집하여 저장한다(S50). 이때, 흡입구(74)에는 헤파 필터와 같은 필터를 장착하여 적정 크기의 탈락된 도전성 분말(76)을 거를 수 있다. 계속하여, 하전된 도전성 분말(52)이 코팅된 금속 다공체(62)를 진공로, 환원로, 분위기로 등 다양한 열처리로에 의해 탈지 및 소결하여 안정화시킨다(S60). 필요한 경우, 탈지 과정을 거칠 수도 있다. 탈락된 도전성 분말(76)을 포집하는 단계(S50)는, S20단계~S40단계를 반복할 때마다, S40단계를 거친 후에 적용할 수도 있다. Subsequently, the removed
이하 본 발명은 아래와 같은 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 단 아래의 예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 이에 한정하지 않는다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following embodiments. The following examples are intended to illustrate but not limit the invention.
(실시예 1)(Example 1)
본 발명의 실시예 1은 평균입경이 45㎛인 Fe 분말(스웨덴 회가네스사 제품)을 가로*세로 200*300mm이고 평균기공 크기가 1,200㎛인 Ni 다공체에 0.1㎜의 두께로 코팅하였다. 구체적으로, 인가전압 60KV, 송풍가스 기압 4㎡/시간에서 하전된 Fe 분말을 분사속도 60㎡/시간으로 30㎝ 떨어진 거리에서 Ni 다공체에 분사하였다. 이때, Ni 다공체는 5㎝/초의 속도로 상하 및 좌우로 이동하였고, 분사시간은 15초이었다. 이와 같은 과정을 5회 반복하였다. In Example 1 of the present invention, an Fe powder having an average particle size of 45 占 퐉 (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) was coated on a Ni porous body having a width of 200 mm × 300 mm and an average pore size of 1,200 μm to a thickness of 0.1 mm. Specifically, the charged Fe powder was injected at a spraying rate of 60 m < 2 > / hour to a Ni porous body at a distance of 30 cm at an applied voltage of 60 KV and a blowing gas pressure of 4 m & At this time, the Ni porous bodies were moved up and down and left and right at a speed of 5 cm / sec, and the injection time was 15 seconds. This process was repeated 5 times.
부착되지 않은 Fe 분말은 재사용을 위하여 분말 포집조에 포집하여 저장하였다. 그후, Fe 분말이 코팅된 Ni 다공체를 수소 분위기에 1,250℃로 10℃/분으로 승온한 다음, 1시간 동안 유지하여 소결하였다. 소결된 다공체를 냉각시켜 최종적으로 Fe-Ni 다공체(도 3)를 얻었다. 이때, 도 3은 측정을 위하여 대략 가로*세로 150*70mm로 자른 사진이다. The unattached Fe powder was collected and stored in a powder collecting tank for reuse. Thereafter, the Ni porous body coated with the Fe powder was heated to 1,250 ° C at a rate of 10 ° C / min in a hydrogen atmosphere, and then sintered for 1 hour. The sintered porous body was cooled to finally obtain an Fe-Ni porous body (Fig. 3). At this time, FIG. 3 is a photograph cut by approximately 150 * 70 mm in width * for measurement.
도 4a는 본 발명의 실시예 1에 의해 제작된 Fe-Ni 다공체를 주사현미경으로 60배 확대한 사진이고, 도 4b는 도 4a의 조성을 X-선 분광분석인 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)으로 분석한 그래프이다. FIG. 4A is a photograph of a Fe-Ni porous body produced by Embodiment 1 of the present invention magnified 60 times by a scanning microscope, FIG. 4B is a graph showing the composition of FIG. 4A by EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) Graph.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 평균입경이 45㎛인 Fe 분말이 균일한 크기와 모양으로 코팅된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 사용된 Ni 다공체에 상기 Fe 분말이 일정한 두께로 코팅되었다. 4A and 4B, it was confirmed that the Fe powder having an average particle size of 45 μm was coated in a uniform size and shape. Further, the above-mentioned Ni porous body was coated with the Fe powder to a predetermined thickness.
(실시예 2)(Example 2)
본 발명의 실시예 2는 평균입경이 45㎛인 FeCrAl 분말(영국, 샌드빅 오스프레이사 제품)을 가로*세로 200*300mm이고 평균기공 크기가 1,200㎛인 Ni 다공체에 0.1㎜의 두께로 코팅하였다. 구체적으로, 인가전압 60KV, 송풍가스 기압 4㎡/시간에서 하전된 FeCrAl 분말을 분사속도 60㎡/시간으로 30㎝ 떨어진 거리에서 Ni 다공체에 분사하였다. 이때, Ni 다공체는 5㎝/초의 속도로 상하 및 좌우로 이동하였고, 분사시간은 15초이었다. 이와 같은 과정을 5회 반복하였다. In Example 2 of the present invention, FeCrAl powder (manufactured by Sandvik Osprey Co., Ltd., England) having an average particle diameter of 45 탆 was coated on a Ni porous body having a size of 200 * 300 mm in length × 200 mm and an average pore size of 1,200 탆 in a thickness of 0.1 mm . Specifically, the charged FeCrAl powder was sprayed onto the Ni porous body at a distance of 30 cm at an injection rate of 60 m 2 / hour at an applied voltage of 60 KV and a blowing gas pressure of 4 m 2 / hour. At this time, the Ni porous bodies were moved up and down and left and right at a speed of 5 cm / sec, and the injection time was 15 seconds. This process was repeated 5 times.
부착되지 않은 FeCrAl 분말은 재사용을 위하여 분말 포집조에 포집하여 저장하였다. 그후, FeCrAl 분말이 코팅된 Ni 다공체를 수소 분위기에 1,250℃로 10℃/분으로 승온한 다음, 1시간 동안 유지하여 소결하였다. 소결된 다공체를 냉각시켜 최종적으로 도 3과 유사한 FeCrAl-Ni 다공체를 얻었다.The unattached FeCrAl powder was collected and stored in a powder collector for reuse. Thereafter, the Ni porous body coated with the FeCrAl powder was heated to 1,250 ° C at a rate of 10 ° C / min in a hydrogen atmosphere, and then sintered for 1 hour. The sintered porous body was cooled to finally obtain a FeCrAl-Ni porous body similar to Fig.
도 5a는 본 발명의 실시예 2에 의해 제작된 FeCrAl-Ni 다공체를 주사현미경으로 100배 확대한 사진이고, 도 5b는 도 5a의 조성을 X-선 분광분석인 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)으로 분석한 그래프이다.FIG. 5A is a photograph of a FeCrAl-Ni porous body produced according to Example 2 of the present invention by a
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 평균입경이 45㎛인 FeCrAl 분말이 균일한 크기와 모양으로 코팅된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 사용된 Ni 다공체에 상기 FeCrAl 분말이 일정한 두께로 코팅되었다. 5A and 5B, it was confirmed that the FeCrAl powder having an average particle size of 45 μm was coated in a uniform size and shape. Further, the FeCrAl powder was coated to a predetermined thickness on the used Ni porous body.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is possible.
10; 챔버 20; 송풍기
30; 분말 저장조 32; 도전성 분말
40; 전력공급원 50; 하전부
52; 하전된 도전성 분말 60; 지지대
62; 금속 다공체 70; 분말 포집조
72; 흡입모터 74; 흡입구
76; 탈락된 도전성 분말10;
30;
40; A
52; A charged
62; A metal
72;
76; The dropped conductive powder
Claims (16)
상기 금속 다공체에 코팅되는 도전성 분말을 상기 제1 형태의 전하와 극성이 반대인 제2 형태의 전하로 하전시키는 하전부;
상기 하전부에 제2 형태의 전하를 공급하는 전력공급원; 및
상기 하전부로 보내기 위한 상기 도전성 분말을 저장하는 분말 저장조를 포함하고,
상기 하전부에서 하전되는 상기 도전성 분말은 전기전도성을 가지고, 상기 금속 다공체와 만나면 전기적으로 중화되며, 상기 도전성 분말은 자체의 전하에 의해 상기 금속 다공체에 부착되고, 평균입경은 1㎛ 내지 1,000㎛이고, 또한 상기 금속 다공체 상에 형성되는 상기 도전성 분말로 이루어진 코팅층이 반복하여 코팅되어 상기 코팅층의 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 정전분체를 이용한 도전성 분말 코팅 장치.A supporting base to which the porous metal body is fixed and charged with the first type of charge;
A charge portion for charging the conductive powder coated on the porous metal body with a charge of a second type opposite in polarity to the charge of the first type;
A power supply for supplying the charge of the second type to the charge portion; And
And a powder reservoir for storing said conductive powder for sending to said load,
The conductive powder charged in the charging part has electrical conductivity and is electrically neutralized when it comes in contact with the porous metal body. The conductive powder is attached to the porous metal body by its own charge, and has an average particle diameter of 1 탆 to 1,000 탆 , And a coating layer composed of the conductive powder formed on the porous metal body is repeatedly coated to adjust the thickness of the coating layer.
전력공급원으로부터 상기 제1 형태의 전하와 극성이 반대인 제2 형태의 전하를 하전부에 공급하는 단계;
상기 분말 저장조에 저장된 상기 도전성 분말을 상기 하전부로 보내는 단계; 및
상기 하전부에서 상기 제2 형태의 전하로 하전된 상기 도전성 분말을 상기 금속 다공체로 분사하는 단계를 포함하고,
상기 하전부에서 하전되는 상기 도전성 분말은 전기전도성을 가지고, 상기 금속 다공체와 만나면 전기적으로 중화되며, 상기 도전성 분말은 자체의 전하에 의해 상기 금속 다공체에 부착되고, 평균입경은 1㎛ 내지 1,000㎛이고, 또한 상기 금속 다공체 상에 형성된 상기 도전성 분말로 이루어진 코팅층의 두께를 조절하도록 상기 도전성 분말을 상기 금속 다공체를 분사하는 단계가 적어도 2회 이상 반복되는 것을 특징으로 하는 정전분체를 이용한 도전성 분말 코팅 방법.Introducing the conductive powder into the powder reservoir and fixing the porous metal body to the supporting table charged with the first type of charge;
Supplying a charge of a second type opposite in polarity from the charge of the first type to the charge portion from a power source;
Sending the conductive powder stored in the powder reservoir to the lower portion; And
And injecting the conductive powder charged with the charge of the second form into the porous metal body at the charge portion,
The conductive powder charged in the charging part has electrical conductivity and is electrically neutralized when it comes in contact with the porous metal body. The conductive powder is attached to the porous metal body by its own charge, and has an average particle diameter of 1 탆 to 1,000 탆 And spraying the conductive porous powder on the porous metal body to control the thickness of the coating layer formed of the conductive powder formed on the porous metal body is repeated at least twice or more.
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