KR101615911B1 - 회전체가 구비된 진공로를 이용하여 모재를 브레이징 코팅하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공로의 일면을 관통하여 상기 진공로 내부에 투입되는 모재를 고정시키는 샤프트와, 상기 샤프트의 외주면에 구비되어 상기 샤프트와 진공로 사이를 씰링하는 씰링부와, 상기 진공로의 외측에서 구비되어 상기 샤프트에 회전력을 제공하는 구동부와, 상기 모재 회전시의 원심력 및 브레이징 코팅소재의 점도 그리고 중력에 따라 상기 구동부의 회전속도(RPM)를 조절하는 제어부로 구성되어 모재를 회전시키는 회전체를 포함하는 진공로를 이용하여 모재를 브레이징 코팅하는 방법으로써,
상기 모재의 표면에 브레이징 코팅소재를 피복하는 S10단계; 상기 브레이징 코팅소재가 피복된 모재를 상기 진공로 내부의 샤트프에 고정시키는 S20단계; 상기 구동부에 전원을 인가하여 상기 샤프트에 고정된 모재를 회전시키되, 상기 모재의 회전에 따른 원심력과 중력 그리고 용융된 브레이징 코팅소재의 점도 사이의 상관 관계를 고려하여 상기 구동부의 회전속도를 0.1∼100RPM으로 제어하여 회전시키는 S30단계; 상기 진공로의 940℃∼ 1100℃ 범위의 불활성 환경에서 상기 구동부의 회전속도로 모재가 회전되면서 소결 브레이징이 이루어지는 S40단계;를 포함하는 회전체가 구비된 진공로를 이용하여 모재를 브레이징 코팅하는 방법을 제공한다.

Description

회전체가 구비된 진공로를 이용하여 모재를 브레이징 코팅하는 방법{The Method For Brazing Coating of Mother Metal Using Rotary Vacuum Furnace}

본 발명은 회전체가 구비된 진공로를 이용하여 모재를 브레이징 코팅하는 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 브레이징 코팅시 모재를 회전시켜 모재의 균질한 코팅이 이루어지도록 하는 회전체가 구비된 진공로를 이용하여 모재를 브레이징 코팅하는 방법에 관한 것이다.

현재 국내 석탄화력발전소 배연가스의 환경 오염물질인 황산화물을 제거하기 위하여 탈황설비(FGD System : Flue Gas Desulfurization System)를 설치하고 있다.

이러한 탈황설비는 보일러 1기당 교반기 프로펠러 4개를 포함하고 있다. 여기서 프로펠러는 슬러리를 교반하여 고형물이 분리 및 침전되는 것을 방지한다. 그러나, 날개주위의 팁보오텍스 공동화(Tip Vortex Cavitation)현상에 의하여 기포가 발생되고 이는 빠른 유속과 황산화물의 부식성과 복합적으로 작용하여 마모가 빠르게 진행된다.

프로펠러의 마모는 교반성능 및 탈황효율을 저하시키고, 프로펠러의 밸런스 불균형에 따른 이상소음 및 진동을 유발시키며, 수명을 단축시킨다. 또한, 마모된 프로펠러를 양생 및 유지보수에 따른 경제적 손실 및 효율저하에 따른 손해를 발생시킨다.

따라서, 프로펠러의 내마모성 및 내구성을 확보하여 장시간 화학 반응조 내에서 고속회전하여도 마모되거나 부식 또는 분리가 일어나지 않도록 하는 기술이 절실히 요구되고 있다.

종래 선 출원된 한국등록특허 10-0772726호에서는 프로펠러 블레이드(윙 부분)에 부분 탄성 고무층을 적층하여 내부식성을 대비하고, 고무재질과 금속 프로펠러를 140∼150℃의 고압에서 접착함으로서 금속과 고무의 접착력을 높이는 기술이 제시되어 있으나 내마모성 및 내구성을 확보하는 기술에 대해서는 제시되지 않았고, 한국등록특허 10-0878431호에서는 다양한 기계에 쓰이는 프로펠러, 스크류, 팬의 끝단 부분에 발생하는 박리현상에 의해 일어나는 진동과 소음을 줄이기 위해 날개 끝단을 날개의 재질과 다른 이종재질을 부착하는 끝단 처리방법에 대한 기술이 제시되어 있으며, 한국등록특허 10-0816552호에서는 탈황설비 등의 고온, 고농도 산의 극한 부식환경에서도 설비를 보호하는 코팅제로서 유용한 유·무기 복합제 도료조성물이 제시되어 있다.

이처럼, 발전소 설비의 내마모성, 내구성 및 내부식성 증진을 위하여 다양한 연구가 진행되어 왔으나, 내마모성, 내구성, 내부식성을 동시에 효과적으로 만족하는 기술은 찾아보기가 힘들며, 또한, 내마모성 증진을 위해 접착과 용사 등으로 코팅을 하는 기술은 대부분 10,000psi의 낮은 결합력을 가지고 있어 피로 파괴에 따른 박리 현상이 발생되는 문제점이 있었다.

한편, 브레이징(Brazing) 코팅은 브레이징(Brazing) 공정을 통해 모재 위에 코팅하고자 하는 시트(Sheet)를 접합시켜 코팅하는 기술로서, 모재보다 융점이 낮은 재료를 선택하여 만든 시트를 용융하여 접합부의 틈 사이로 침투해 들어가는 젖음성과 모재와의 상호 확산작용으로 강한 결합력을 형성하는 접합기술이다.

이러한 브레이징 코팅은 사용환경 및 브레이징 피막에 따라 약 450℃∼1,200℃ 이하의 불활성 환경의 진공로에서 이루어진다. 이때, 브레이징 피막이 모재 사이에 침투해 들어가며 모재에 확산이 일어나 주재료 간의 강한 결합을 형성하고, 모재의 표면에 균일한 미세 초경 입자막을 형성하여 내마모, 내침식성을 향상시킨다. 또한, 용사와 같은 코팅법에 비하여 결합력이 강하고, 복잡한 형상에도 적용이 가능하며, 대량으로 코팅할 수 있는 장점을 가진다.

그러나, 진공로에 투입된 모재는 고정된 상태에서 브레이징이 이루어지기 때문에 형상에 따라 또는 복잡한 형상일수록 코팅성분의 균질한 코팅이 이루어지지 않을 수 있으며, 균질한 코팅이 이루어지지 않은 경우, 코팅이 약한 부분에서 쉽게 마모가 발생되거나 부식이 발생될 수 있는 문제점이 있다.

한국등록특허: 10 - 1283095 (공고일 2013. 07. 05)

한국등록특허: 10 - 0772726 (공고일 2007. 11. 02)

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서,

본 발명의 목적은 진공로에 모재를 회전시키는 회전체를 구비하여 브레이징 코팅시 모재의 회전으로 균질한 코팅이 이루어지게 함으로써 모재의 내구성 및 내마모성 및 내부식성을 향상시키고, 모재의 균형(balancing)을 유지시킬 수 있도록 하는 회전체가 구비된 진공로를 이용하여 모재를 브레이징 코팅하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 회전체가 구비된 진공로를 이용하여 모재를 브레이징 코팅하는 방법은
진공로의 일면을 관통하여 상기 진공로 내부에 투입되는 모재를 고정시키는 샤프트와, 상기 샤프트의 외주면에 구비되어 상기 샤프트와 진공로 사이를 씰링하는 씰링부와, 상기 진공로의 외측에서 구비되어 상기 샤프트에 회전력을 제공하는 구동부와, 상기 모재 회전시의 원심력 및 브레이징 코팅소재의 점도 그리고 중력에 따라 상기 구동부의 회전속도(RPM)를 조절하는 제어부로 구성되어 모재를 회전시키는 회전체를 포함하는 진공로를 이용하여 모재를 브레이징 코팅하는 방법으로써,
모재의 표면에 브레이징 코팅소재를 피복하는 S10단계; 상기 브레이징 코팅소재가 피복된 모재를 상기 진공로 내부의 샤트프에 고정시키는 S20단계; 상기 구동부에 전원을 인가하여 상기 샤프트에 고정된 모재를 회전시키되, 상기 모재의 회전에 따른 원심력과 중력 그리고 용융된 브레이징 코팅소재의 점도 사이의 상관 관계를 고려하여 상기 구동부의 회전속도를 0.1∼100RPM으로 제어하여 회전시키는 S30단계; 상기 진공로의 940℃∼ 1100℃ 범위의 불활성 환경에서 상기 구동부의 회전속도로 모재가 회전되면서 소결 브레이징이 이루어지는 S40단계;를 포함하는 회전체가 구비된 진공로를 이용하여 모재를 브레이징 코팅하는 방법을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 S30단계는 브레이징 코팅소재의 점도가 5,600∼5,800g/cm/s일 때 상기 구동부의 회전속도를 0.5∼50RPM으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 S10단계에서 상기 모재는 임펠러 또는 프로펠러를 포함하는 팬(fan)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 S10단계에서 브레이징 코팅소재는 텅스턴카바이드와 용매제를 일정비율로 혼합하여 일정 두께와 밀도로 압연한 WC피막재와, 상기 WC피막재 위에 니켈 합금재를 일정 두께와 밀도로 압연한 브레이징 피막재가 결합되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 실시 예에 따르면, 내구성, 내마모성, 내부식성이 우수한 코팅소재를 이용하여 브레이징 코팅을 하고, 브레이징 코팅시 모재를 회전시켜 모재의 표면에 코팅소재의 균질한 코팅이 이루어지게 함으로써, 모재의 내구성 및 내마모성 및 내부식성을 향상시키며, 모재의 균형(balancing)을 향상시키는 효과가 있다.

특히, 임펠러, 프로펠러 등 3차원의 복잡한 형상을 가진 모재에도 코팅성분의 균질한 코팅과 코팅 두께의 균일성을 향상시킴으로써 부분적인 마모가 발생되는 것을 방지할 수 있고, 임펠러, 프로펠러의 밸런스를 유지할 수 있어 불균형에 따른 이상소음 및 진동을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 모재의 수명연장에 따른 유지비용을 절감시킬 수 있고, 제품의 품질을 확보하여 신뢰성 및 상품성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전체가 구비된 진공로를 도시한 평면도 및 정면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전체가 구비된 진공로에서 진공로와 회전체 사이를 씰링하는 씰링부를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전체기 구비된 진공로에서 브레이징 코팅 공정을 도시한 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전체가 구비된 진공로에서 모재의 회전에 따른 원심력과 중력이 코팅에 미치는 영향을 설명하기 위한 개념도.
도 5 내지 도 13은 모재의 회전에 따른 원심력과 중력 그리고 용융된 코팅소재의 점도 사이의 상관관계를 고려한 최적의 회전속도를 도출하기 위해 실험한 시뮬레이션들을 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전체가 구비된 진공로에서 브레이징 코팅된 프로펠러의 코팅층 균질도 테스트 결과를 도시한 도면.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 회전체가 구비된 진공로를 이용하여 모재를 브레이징 코팅하는 방법을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성 부분을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전체가 구비된 진공로를 도시한 평면도 및 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전체가 구비된 진공로에서 진공로와 회전체 사이를 씰링하는 씰링부를 도시한 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전체가 구비된 진공로에서 브레이징 코팅 공정을 도시한 순서도. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전체가 구비된 진공로에서 모재의 회전에 따른 원심력과 중력이 코팅에 미치는 영향을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 진공로는 모재(300)의 표면에 도포되는 코팅소재(310)의 균질한 코팅이 이루어지도록 진공로(100)에 투입되는 모재(300)를 회전시키는 회전체(200)를 포함하여 구성된다.

도 1의 (a),(b)에 도시된 바와 같이 진공로(100)는 내부에 길이방향으로 복수 개의 발열체(110)가 구비되고, 내부온도 상태에 따라 냉각 기능을 하기 위한 열교환기(120)가 연결되며, 내부의 진공 상태를 만들어 주기 위한 진공펌프(130) 및 진공로(100)의 개폐를 위한 진공도어(140)를 포함한다.

그리고, 회전체(200)는 진공로(100)의 일면을 관통하여 진공로(100) 내부에 투입되는 모재(300)를 고정시키는 샤프트(210)와, 진공로(100)를 관통하는 샤프트(210)의 외주면에 구비되어 샤프트(210)와 진공로(100) 사이를 씰링하는 씰링부(220)와, 진공로(100)의 외측에 구비되어 샤프트(210)에 회전력을 제공하는 구동부(230)를 포함한다.

여기서, 샤프트는 진공로의 일면, 보다 상세하게는 진공챔버의 일면을 관통하여 진공로 내부에 투입되는 모재를 고정시킨다. 이때, 샤프트는 모재의 형상이나 사이즈에 따라 진공도어를 포함하는 모든 면에 설치될 수 있으나, 바람직하게는 모재의 고정 및 회전이 용이하도록 진공로(100)의 후방 측벽 또는 진공로(100)의 바닥면에 형성되는 것이 좋다.

그리고, 모재를 고정시키는 샤프트에는 샤프트에 회전력을 제공하는 구동부가 연결된다.

구동부(230)는 감속기를 포함할 수 있으며, 구동부의 회전속도(RPM)를 제어하는 제어부(240)가 연결된다. 제어부(240)는 모재의 회전시 모재의 회전원심력 및 모재에 도포되는 코팅소재의 점도 그리고 모재에 작용하는 중력에 따라 구동부의 회전속도(RPM)를 제어하여 모재의 회전속도를 조절한다.

도 2에 도시된 바와 같이 샤프트와 진공로 사이에는 진공로의 진공을 유지시키면서 샤프트의 회전이 가능하게 하는 씰링부가 구비된다.

씰링부는 샤프트와의 회전마찰이 거의 없고, 샤프트와 진공로 사이의 공간을 완전히 메워 진공로의 진공을 유지시킬 수 있는 것이면 무방하다.

일 예로 씰링부는 자성유체 및 자석으로 자력을 유도하여 오링막을 형성하는 마그네틱 씰로 이루어질 수 있다.

마그네틱 씰(220)의 자성유체는 철을 함유한 유체의 합성어이다. 액체 속에 자성분말을 콜로이드(Colloid) 모양으로 분산시킨 다음 침전이나 응집이 생기지 않도록 계면활성제를 첨가한 유체이다. 자성분말은 0.02㎛의 초미립자 분말로 브라운 운동을 하며 자기장, 중력, 원심력이 가해져도 유체 속의 자성 입자의 농도는 일정하게 유지된다. 이러한 자성유체는 정지되어 있는 자석(Magnetic)과 샤프트(210) 사이에 자력형성을 유도하여 오링(O-ring)과 같은 막을 형성하여 기체의 누설이나 먼지의 침입을 방지한다.

한편, 샤프트(210)에 고정되는 모재(300)에는 코팅소재(310)가 도포된다.

여기서, 코팅소재(310)는 코팅이 이루어지는 소재면 어떠한 것도 무방하며, 좀더 자세하게는 메탈 또는 유·무기물소재로 이루어지거나 브레이징 피막재로 이루어질 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 브레이징 피막재로 이루어진 코팅소재(310)는 내마모성, 내침식성이 우수한 텅스턴카바이드(WC), 니켈(Ni), 크로뮴(Cr) 분말과 성형을 돕기 위한 용매제, 결합재, 바인더, 첨가제 등을 목적에 맞게 선택하고 사용처의 환경에 따라 배합비를 달리하여 혼합(1)한 후 볼밀러 작업을 거쳐 플렉시블(Flexible)한 시트(sheet)의 피막재로 성형(2)된다.

이러한, 피막재의 코팅소재는 모재 위에 저온 접착(3)되고, 코팅소재가 접착된 모재는 진공로에 투입되어 소결브레이징(4)이 이루어진다.

브레이징 피막재를 이용한 코팅은 텅스턴카바이드와 용매제를 일정비율로 혼합하여 일정 두께와 밀도로 압연한 WC 피막재와, WC 피막재 위에 니켈 합금재를 일정 두께와 밀도로 압연한 브레이징 피막재가 결합되어 이루어지는 WC 브레이징 코팅이 가장 적합할 수 있다.

WC 브레이징 코팅은 텅스턴카바이드(WC)와 용매제를 일정비율로 혼합하거나 여기에 테프론 및 분산재를 더 혼합한 후 볼밀러 작업을 거쳐 플렉시블한 WC 피막재를 성형하고, WC 피막재와 별도로 니켈합금재를 롤러에 통과시켜 플렉시블한 브레이징 피막재를 성형한 다음, 모재 위에 WC 피막재를 접착하고 그 위에 브레이징 피막재를 접착하여 소결브레이징 하는 것이다.

여기서, 소결브레이징 하는 진공로는 모재의 재질, 사이즈, 형상, 사용환경 및 코팅소재의 종류에 따라 진공환경이 달라질 수 있으나, 대략 940℃∼1100℃ 범위의 불활성 환경을 제공한다. 즉, 브레이징 피막이 불활성 환경의 진공로에서 용융되어 모재에 침투하는 젖음성과 모세관 현상에 의해 상호 확산작용이 일어나 주 재료간의 강한 결합력을 형성하여 코팅이 이루어지는 것이다.

상기와 같이 회전체를 구비한 진공로를 이용하여 모재의 브레이징 코팅과정을 설명하면 다음과 같다.

여기서, 모재(300)는 코팅을 하고자 하는 제품이면 모두 무방하며, 본 발명에서는 프로펠러를 모재(300)로 하여 브레이징 코팅하는 것을 설명한다.

먼저, 프로펠러(300)의 표면에 상기와 같이 제조된 코팅소재(310)를 피복한 다음, 진공로(100) 내부의 측벽을 관통하는 샤프트(210)에 고정시킨다.

이어, 구동부(230)에 전원을 인가하여 샤프트(210)를 회전시키고, 샤프트(210)의 회전은 샤프트(210)에 고정된 프로펠러(300)를 일정한 속도로 회전시킨다.

이어, 프로펠러(300)는 940℃∼1100℃ 범위의 불활성 환경의 진공로에서 일정한 속도로 회전되면서 소결 브레이징이 이루어진다. 이때, 코팅소재의 브레이징 피막재(312)가 WC 피막재(311)와 모재인 프로펠러(300)에 확산작용으로 침투해 들어가 두 재료 간의 강한 결합력을 만들며, 아울러 브레이징 피막재(312)가 WC 피막재(311)로 스며들어가 강화된 표면을 형성하게 된다.

한편, 종래 3차원의 복잡한 형상을 가진 프로펠러의 브레이징 공정은 프로펠러가 회전되지 않고 고정된 상태에서 이루어졌기 때문에 모재에 접착된 코팅소재가 브레이징 공정 중 용융되면 중력의 영향을 받아 아래로 흘러 내려 모재에서 이탈되거나 코팅소재가 프로펠러의 아래 부분으로 쏠리게 되어 코팅성분의 불균질한 코팅이 이루어질 수 있었으며, 이러한 프로펠러의 사용시 코팅이 약한 부분에서 쉽게 마모가 발생되거나 부식이 발생되고, 밸런스(balance) 불균형에 따른 이상소음 및 진동을 유발시킬 수 있었다.

그러나, 본 발명은 도 4의 (a),(b)에 도시된 바와 같이 프로펠러(300)의 브레이징 공정 시 프로펠러(300)가 회전을 하게 되므로, 회전에 따른 원심력이 중력을 상세시켜 용융된 코팅소재(310)가 프로펠러(300)의 표면에서 이탈되거나 아래로 쏠리지 않게 되고 코팅성분의 균질한 브레이징이 이루어지며 균일한 코팅두께를 갖게 된다.

이때, 프로펠러(300)의 회전 속도는 중력과 원심력 그리고 용융된 코팅소재의 점도 사이의 상관관계를 고려해야 한다.

도 5 내지 도 13에서는 프로펠러의 회전에 따른 원심력과 중력 그리고 용융된 코팅소재의 점도 사이의 상관관계를 고려한 최적의 프로펠러의 회전속도를 알아내기 위해 다음과 같은 시뮬레이션을 적용하여 실험하였다.

1) 임펠러 모델링

도 5에 도시된 바와 같이 전산모사를 통해 해석을 하고자 하는 대상인 WC brazing 코팅 적용 임펠러의 형상을 3차원으로 모델링하였다.

그리고, 도 6에 도시된 바와 같이 임펠러 시험편(a)과 표면에 접착한 코팅층(brazing filler)(b)을 모델링하였다. 여기서, 임펠러는 도면과 실측을 바탕으로 모델링하였고, brazing filler(코팅)층은 1mm로 설정하여 모델링하였다.

그리고, 도 7(a)에 도시된 바와 같이 모델링한 파트들을 실제 임펠러 날개에 코팅층(brazing filler)을 접착시키는 것과 같은 형태로 어셈블리하였으며, 도 7(b)에 도시된 바와 같이 격자작업을 수행하였다. 여기서, 격자는 육면체 요소(hexahedral element)를 사용하였으며 해석의 주요 관심대상인 코팅층의 격자는 임펠러에 비하여 조밀(fine)하게 하였다. 총 임펠러의 element수는 3,145개이며, 코팅층은 3면 각각 28,020 개로 총 87,205 개임을 확인하였다.

2) 물성 및 경계조건 부여

임펠러의 물성은 실제 재료 SUS304를 기준으로 탄성계수 193 GPa, 프와송비 0.29, 밀도 8,000kg/m³로 설정하였다. 코팅층의 경우는 특별히 점도가 중요한 물성인데 코팅층(brazing filler)은 실제적으로는 Ni base의 brazing filler와 WC층의 합재로 구성되어 있으나, WC는 써밋 재료로서 그 자체적으로 결합을 할 수 있는 능력이 없을뿐더러 브레이징 공정 온도보다 용융점이 훨씬 높아 WC가 실제 점도에 끼치는 영향이 거의 없는 것으로 간주하였고, 그에 따라 합재에서 점도에 가장 크게 기여하는 재료는 Ni이 될 것으로 고려하여 Ni의 용융될 시 최초 점도인 5,700g/cm/s를 설정하였고, 밀도는 7,950kg/m³으로 설정하여 실험을 진행하였다. 그러나 WC의 함량이 1:1 수준을 넘어 더욱 늘어나게 합재를 구성한다면 그와 비례하여 밀도는 더욱 높게 설정해야한다.

도 8은 경계조건을 설정하는 것으로서, 구속조건은 회전축의 기준점에 대하여 x, y, z 변위와 x, y 회전을 고정하였고, 회전축은 반시계 방향으로 회전하도록 하였다. 그리고, 코팅층(Brazing filler)의 녹는점이 940℃∼1,100℃이기 때문에 사실상 그 온도에 도달하기 전까지는 고체상태 이여서 중력 및 원심력의 영향을 거의 받지 않을 것으로 사료된다. 따라서, 분위기 온도는 1,050℃라 가정 하에 회전속도를 조절하면서 용융된 코팅층(brazing filler)의 변화를 관찰하였다.

3) 전산모사 수행 및 결과 분석

제어변수인 회전속도 0.1∼100RPM으로 변화를 주었으며 브레이징(brazing) 시간인 20분에 맞추어 전산모사를 수행하였다.

도 9는 회전속도가 1RPM인 경우에 대한 전산모사가 끝난 임펠러의 코팅층 변위량을 보여주고 있다. 즉, 중력과 원심력에 의해 코팅층이 이동해 있는 것을 볼 수 있다.

그리고, 도 10에서는 코팅층 두께에 따라 변형된 정도를 살펴보기 위하여 변형률을 기준으로 비교하였다. 여기서, 회전속도의 변화에 따라 코팅층의 형상을 크게 3가지 형태로 구분하였다.

도 10(a)은 저 RPM에서 중력의 영향을 주로 받아 임펠러 표면에서 용융된 코팅층이 많이 이동한 모습을 보이고 있고, 도 10(b)는 RPM이 증가하면서 중력과 원심력의 균형이 맞는 경우 코팅층의 이동량이 많이 줄어드는데 그러한 형태의 모습을 보이고 있으며, 도 10(c)는 RPM이 더욱 증가하여 원심력이 증가한 경우로서 코팅층이 날개 바깥쪽으로 많이 이동한 모습을 보이고 있다.

용융된 코팅층(brazing filler) 얼마만큼 이동했는지 정량적으로 알아보기 위하여 임펠러 RPM의 변화에 따라 용융된 코팅층(brazing filler)의 이동량을 계산하였다.

도 11에 도시된 바와 같이 임펠러 날개의 기준점을 설정하고 이 기준점이 해석수행 전과 후에 얼마만큼 이동했는가로 정의하였고, 이를 계산하여 각 RPM별 해석결과를 토대로 도 12와 같이 그래프로 표시하였다.(단, 이동의 방향은 고려하지 않았음)

도 12에 도시된 바와 같이 전체적인 코팅층의 이동은 1∼5RPM 범위에서 적게 이동되는 것을 알 수 있었고, 그 중 3RPM에서 가장 적게 이동되는 것을 확인할 수 있었다.

그러나, 도 13의 (좌)에 도시된 3RPM 결과의 코팅층 표면 상태를 보면 물결무늬와 같이 울퉁불퉁한 것을 볼 수 있는데, 이는 중력과 원심력에 의해 코팅층이 날개 바깥쪽으로 쏠려가서 표면이 고르지 못하고, 고,저 차가 발생한 것으로 판단되며, 또한, 고유진동수 문제의 영향도 존재할 것으로 보인다.

그리고, 도 13의 (우)에 도시된 2RM 결과의 코팅층 표면 상태를 보면 기준점의 이동거리는 3RPM보다 조금 많지만 표면 상태가 훨씬 양호한 것을 볼 수 있다. 따라서 표면상태의 균일도 문제를 고려할 때 이 영역의 RPM이 가장 브레이징에 적합한 RPM인 것으로 판단되었다.

즉, 임펠러 브레이징 시 용융된 표면 코팅의 이동량에 대한 전사모사 해석을 수행한 결과, 1.5∼2RPM 조건이 가장 적합한 것을 알 수 있었다.

4) 프로펠러의 코팅층의 균질도 테스트

도 14는 1.5∼2RPM으로 브레이징 코팅된 프로펠러의 코팅층의 균질도 테스트 결과를 도시하였다.

도 14에 도시된 바와 같이 브레이징 코팅된 프로펠러(300)의 날개를 바깥에서 안측으로 순차적으로 절단하여 주사전자현미경(SME)으로 코팅층의 확산층 및 균질도를 확인한 결과, 균일한 코팅두께를 확인할 수 있었으며, 코팅성분의 균일한 확산으로 균질한 코팅을 확인할 수 있었다.

이와 같이 본 발명은 내구성, 내마모성, 내부식성이 우수한 코팅소재를 이용하여 브레이징 코팅을 하고, 브레이징 코팅시 모재를 회전시켜 모재의 표면에 코팅소재의 균질한 코팅이 이루어지게 함으로써, 모재의 내구성 및 내마모성 및 내부식성을 향상시키며, 모재의 균형(balancing)을 향상시키게 된다.

특히, 임펠러, 프로펠러 등 3차원의 복잡한 형상을 가진 모재에도 코팅성분의 균질한 코팅과 코팅 두께의 균일성을 향상시킴으로써 부분적인 마모가 발생되는 것을 방지할 수 있고, 임펠러, 프로펠러의 밸런스를 유지할 수 있어 불균형에 따른 이상소음 및 진동을 미연에 방지할 수 있게 된다.

또한, 모재의 수명연장에 따른 유지비용을 절감시킬 수 있고, 제품의 품질을 확보하여 제품의 신뢰성 및 상품성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의해 브레이징 코팅된 프로펠러를 설비에 적용하는 경우, 설비의 신뢰성과 운영 품질을 확보할 수 있고, 설비의 안정운영과 전력수급 안정에 기여함과 동시에 수명 연장에 따른 정비비용 절감과 가동효율의 증대로 경쟁력을 강화시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들로 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.

100: 진공로 110: 발열체
120: 열교환기 130: 진공펌프
140: 진공도어 200: 회전체
210: 샤프트 220: 씰링부, 마그네틱 씰
230: 구동부 240: 제어부
300: 모재, 프로펠러 310: 코팅소재
311: WC 피막재 312: 브레이징 피막재

Claims (9)

1. 진공로의 일면을 관통하여 상기 진공로 내부에 투입되는 모재를 고정시키는 샤프트와, 상기 샤프트의 외주면에 구비되어 상기 샤프트와 진공로 사이를 씰링하는 씰링부와, 상기 진공로의 외측에서 구비되어 상기 샤프트에 회전력을 제공하는 구동부와, 상기 모재 회전시의 원심력 및 브레이징 코팅소재의 점도 그리고 중력에 따라 상기 구동부의 회전속도(RPM)를 조절하는 제어부로 구성되어 모재를 회전시키는 회전체를 포함하는 진공로를 이용하여 모재를 브레이징 코팅하는 방법으로써,
   상기 모재의 표면에 브레이징 코팅소재를 피복하는 S10단계;
   상기 브레이징 코팅소재가 피복된 모재를 상기 진공로 내부의 샤트프에 고정시키는 S20단계;
   상기 구동부에 전원을 인가하여 상기 샤프트에 고정된 모재를 회전시키되, 상기 모재의 회전에 따른 원심력과 중력 그리고 용융된 브레이징 코팅소재의 점도 사이의 상관 관계를 고려하여 상기 구동부의 회전속도를 0.1∼100RPM으로 제어하여 회전시키는 S30단계;
   상기 진공로의 940℃∼ 1100℃ 범위의 불활성 환경에서 상기 구동부의 회전속도로 모재가 회전되면서 소결 브레이징이 이루어지는 S40단계;
   를 포함하는 회전체가 구비된 진공로를 이용하여 모재를 브레이징 코팅하는 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 S10단계에서 브레이징 코팅소재는 텅스턴카바이드(WC)와 용매제를 일정비율로 혼합하여 일정 두께와 밀도로 압연한 WC피막재와, 상기 WC피막재 위에 니켈 합금재를 일정 두께와 밀도로 압연한 브레이징 피막재가 결합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 회전체가 구비된 진공로를 이용하여 모재를 브레이징 코팅하는 방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서
   상기 S30단계는 브레이징 코팅소재의 점도가 5,600∼5,800g/cm/s일 때 상기 구동부의 회전속도를 0.5∼50RPM으로 제어하는 것을 특징으로 하는 회전체가 구비된 진공로를 이용하여 모재를 브레이징 코팅하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 S10단계에서 상기 모재는 임펠러 또는 프로펠러를 포함하는 팬(fan)인 것을 특징으로 하는 회전체가 구비된 진공로를 이용하여 모재를 브레이징 코팅하는 방법.
8. 삭제
9. 삭제

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