KR101625004B1 - Post-treatment method for the member including the film - Google Patents

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한흥남
이유정
성현민
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서울대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a method for post-treating a member with a film and, more specifically, relates to the method for post-treating the member with a film for fusion reactor facing material. The present invention provides the method for post-treating the member with the film comprising a step of heating a film by applying a high frequency direct current pulse to the film while applying a pressure to a member coated with an electrical conductor film on at least one surface of a substrate, and a direction of applying a pressure having a component in a direction of a normal vector direction of a layer formed with the film.

Description

피막이 형성된 부재의 후처리 방법{Post-treatment method for the member including the film}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a post-

본 발명은 피막이 형성된 부재의 후처리 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 핵융합로 대면재용 피막이 형성된 부재의 후처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for post-treatment of a member having a film formed thereon, and more particularly to a method for post-treatment of a member formed with a coating film for nuclear fusion.

현재 세계 에너지 소비의 약 80% 이상은 화석연료에 의존하고 있고 이 추세는 향후 수십년동안 큰 변화가 없을 것으로 보인다. BP(British Petroleum)의 보고서에 따르면 2009년 기준, 석유 약 1조 3,331억 배럴(45.7년), 천연가스 187.5조㎥(62.8년), 석탄 8,260억톤(119년) 정도가 채굴 가능한 자원량의 전부이다. 게다가 현재 원자력 발전의 대부분을 차지하고 있는 우라늄도 약 70여년 후에 고갈된다. 고갈을 앞둔 자원량에 비해 세계 에너지 수요는 지속적으로 증가할 전망으로, 특히, 중국, 인도, 브라질 등 거대 국가의 경제 성장에 따른 에너지 수요의 급증이 예상된다.More than 80% of the world's energy consumption now depends on fossil fuels, and this trend is unlikely to change significantly over the next few decades. According to a report by BP (British Petroleum), as of 2009, the total amount of resources that can be mined is about 1.3333 trillion barrels of oil (45.7 years), natural gas 187.5 trillion cubic meters (62.8 years) and coal 822 billion tons (119 years) . In addition, uranium, which accounts for most of the current nuclear power generation, is depleted in about 70 years. Global demand for energy will continue to increase compared to the amount of resources depleted. Especially, demand for energy is expected to surge due to the economic growth of major economies such as China, India and Brazil.

한편, 우리나라는 전력 생산을 위한 화석연료에 대해 의존도가 높고 원유의 대부분을 중동지역에서 수입하므로 국제정세에 따라 원유 수급이 불안정하고 가격변동폭이 크므로 안정적인 에너지 확보가 절실하다. 게다가 이산화탄소 배출 관점에서도 화석연료는 환경 재앙의 원인으로 꼽히고 있다. 화석연료를 대체하기 위해 새로운 청정 에너지원이 개발에 대한 필요성이 강조되고 있어, 태양열/태양광에너지, 바이오매스, 풍력에너지 등 신재생에너지가 활발히 개발되고 있다.On the other hand, Korea is highly dependent on fossil fuels for power generation and most of the crude oil is imported from the Middle East region. Therefore, it is urgent to secure stable energy supply because crude oil supply is unstable and price fluctuation is widespread due to international situation. In addition, fossil fuels are considered to be the cause of environmental disasters in terms of carbon dioxide emissions. New and renewable energy such as solar / photovoltaic energy, biomass, and wind energy is being actively developed as the need to develop new clean energy sources to replace fossil fuels is being emphasized.

그러나 신재생에너지는 에너지 변환 효율이 낮고 자연조건에 따른 불안정성이 높아 수요를 만족시키기엔 부족하다. 이러한 대안으로 핵융합에너지가 주목을 받는다. 핵융합에너지는 바닷물을 원료로 사용하므로 자원이 고갈될 염려가 없으며, 핵분열 발전보다 안전하다는 장점이 있으나 핵융합시 반응물을 플라즈마 상태로 만들어야 하고, 고성능의 플라즈마의 생성과 출력 에너지양의 효과적인 산출을 위해서는 약 1억℃ 이상의 초고온으로 승온이 필요하다.However, new and renewable energy is not enough to meet demand because of low efficiency of energy conversion and instability due to natural conditions. As an alternative to this, fusion energy is attracting attention. Fusion energy uses sea water as a raw material, so there is no fear of depletion of resources and is safer than fission power generation. However, in order to produce high-performance plasma and to produce an output energy amount efficiently, It is necessary to raise the temperature to an ultra-high temperature of 100 million degrees Celsius or more.

또한, 초고온도와 고진공에 버틸 수 있는 극한재료의 기술이 선행되어야 하는데, 그 중에서 토카막이라고 불리는 플라즈마 밀폐 장치 내에 플라즈마를 대면하는 재료로 텅스텐이 주목받고 있다. 그러나 텅스텐은 저온에서 취성을 지니고 있으며, 구조적 하중 측면에서 텅스텐 소재가 높은 밀도를 가지기 때문에 다른 구조재료와 사용해야 한다는 단점을 가지고 있다.In addition, the technology of ultrahigh temperature and ultrahigh material that can withstand high vacuum should be preceded. Among them, tungsten is attracting attention as a material which confronts the plasma in a plasma sealing device called a tokamak. However, tungsten has brittleness at low temperatures, and tungsten has a high density in terms of structural load, so it has a drawback that it must be used with other structural materials.

한국등록특허 제 10-1459051호 (2014.10.31.)Korean Patent No. 10-1459051 (October 31, 2014)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 피막이 형성된 부재의 후처리 방법에 관한 것이다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a method for post-treatment of a member having a coated film capable of improving mechanical properties. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.

본 발명의 일 관점에 따르면, 피막이 형성된 부재의 후처리 방법을 제공된다. 상기 피막이 형성된 부재의 후처리 방법은 기판의 적어도 일면 상에 전기전도체 피막이 형성된 부재에 압력을 가하면서 상기 피막으로 고주파 직류펄스를 인가하여 상기 피막을 가열하는 단계;를 포함하고, 상기 압력을 가하는 방향은 상기 피막이 형성된 층의 법선벡터 방향의 성분을 가질 수 있다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method for post-treatment of a film-formed member. The method comprising the steps of: applying a high frequency direct current pulse to the film while applying pressure to a member having an electrical conductor coating formed on at least one side of the substrate to heat the coating film; May have a component in the normal vector direction of the coated layer.

상기 피막은 용사법에 의해 형성된 것일 수 있다.The coating may be formed by spraying.

상기 용사법은 가스식 용사법(Gas Flame Thermal Spray), 전기식 용사법(Arc Thermal Spray), 상압 플라즈마 용사법(Plasma Thermal Spray), 폭발 용사법(Detonation Thermal Spray), 진공 플라즈마 용사법(Vacuum Plasma Spraying) 및 고속화염 용사법(High Velocity Oxy-Fuel Spraying) 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.The spraying method may be selected from a gas flame thermal spray method, an arc thermal spray method, a plasma spray method, a detonation thermal spray method, a vacuum plasma spraying method and a high-speed flame spraying method High Velocity Oxy-Fuel Spraying) may be used.

상기 피막은 텅스텐을 포함할 수 있다.The coating may comprise tungsten.

상기 가열하는 단계는 900℃ 내지 1100℃의 온도로 승온하는 단계를 포함할 수 있다.The heating may include raising the temperature to a temperature of 900 ° C to 1100 ° C.

상기 가열하는 단계는 최대 4000A, 20㎑의 펄스전류를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.The heating may include applying a pulse current of up to 4000 A, 20 kHz.

상기 기판은 전기전도체이며, 상기 고주파 직류펄스를 인가하기 위한 전극 중 어느 하나는 기판과 접촉되고 나머지 하나는 상기 피막에 인가되도록 배치될 수 있다.The substrate may be an electrical conductor, and one of the electrodes for applying the high-frequency DC pulse may be arranged to be in contact with the substrate and the other to be applied to the coating.

상기 가열하는 단계는 최소 50A/㎟ 내지 최대 250A/㎟ 전류밀도의 펄스전류를 상기 피막에 인가하는 단계를 포함할 수 있다.The heating may include applying a pulse current of at least 50 A / mm 2 to a maximum current density of 250 A / mm 2 to the coating.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세조직이 치밀해져, 핵융합로 대면재의 기계적 물성을 개선할 수 있는 피막이 형성된 부재의 후처리 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention as described above, a post-processing method of a member having a film formed to dense the microstructure and capable of improving the mechanical properties of the fusion-bonded face material can be realized. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피막이 형성된 부재의 후처리 방법에 사용되는 후처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피막이 형성된 부재의 후처리 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일부 실험예와 비교예에 따른 피막이 형성된 부재의 후처리 방법으로 구현한 샘플들의 분석결과를 도시한 도면이다.
1 is a schematic view of a post-treatment apparatus used in a post-treatment method of a coated member according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart schematically showing a post-treatment method of a coated member according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3 to 5 are graphs showing the results of analysis of samples implemented by a method of post-processing a coated member according to some experimental examples and comparative examples of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user. Also, for convenience of explanation, the components may be exaggerated or reduced in size.

명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접합하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.It is to be understood that throughout the specification, when an element such as a film, region or substrate is referred to as being "on", "connected to", "laminated" or "coupled to" another element, It is to be understood that elements may be directly "on", "connected", "laminated" or "coupled" to another element, or there may be other elements intervening therebetween. On the other hand, when one element is referred to as being "directly on", "directly connected", or "directly coupled" to another element, it is interpreted that there are no other components intervening therebetween do. Like numbers refer to like elements. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various elements, components, regions, layers and / or portions, these members, components, regions, layers and / It is obvious that no. These terms are only used to distinguish one member, component, region, layer or section from another region, layer or section. Thus, a first member, component, region, layer or section described below may refer to a second member, component, region, layer or section without departing from the teachings of the present invention.

또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.Also, relative terms such as "top" or "above" and "under" or "below" can be used herein to describe the relationship of certain elements to other elements as illustrated in the Figures. Relative terms are intended to include different orientations of the device in addition to those depicted in the Figures. For example, in the figures the elements are turned over so that the elements depicted as being on the top surface of the other elements are oriented on the bottom surface of the other elements. Thus, the example "top" may include both "under" and "top" directions depending on the particular orientation of the figure. If the elements are oriented in different directions (rotated 90 degrees with respect to the other direction), the relative descriptions used herein can be interpreted accordingly.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" include singular forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically showing ideal embodiments of the present invention. In the figures, for example, variations in the shape shown may be expected, depending on manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention should not be construed as limited to the particular shapes of the regions illustrated herein, but should include, for example, changes in shape resulting from manufacturing.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피막이 형성된 부재의 후처리 방법에 사용되는 후처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a schematic view of a post-treatment apparatus used in a post-treatment method of a coated member according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 피막이 형성된 부재의 후처리 방법에 사용되는 후처리 장치(1000)는 몰드(110) 안에 용사된 원형 시편(100)을 넣은 후 두 개의 전극(210)을 시편(100)의 윗면과 아랫면에 각각 접촉시킬 수 있다. 몰드(110)는, 예를 들어, 그라파이트 카본 소재로 원기둥 모양에 시편(100)을 넣을 구멍이 뚫려있으며, 시편(100)은 모재(10) 상에 피막(20)이 형성될 수 있다. 전극(210)은, 예를 들어, 몰드(110)와 같은 소재 즉, 그라파이트 소재로 몰드(110)의 구멍 안에 들어갈 수 있는 크기로 형성할 수 있다. 몰드(110) 및 전극(210)은 원기둥 모양으로 도시되어있으나 시편(100)의 형상에 따라 다른 형상으로 제작될 수도 있다.Referring to FIG. 1, a post-treatment apparatus 1000 used in a post-treatment method of a coated member according to an embodiment of the present invention includes a circular specimen 100 sprayed in a mold 110, 210 may be brought into contact with the upper surface and the lower surface of the test piece 100, respectively. The mold 110 has a hole for inserting the test piece 100 into a cylindrical shape with a graphite carbon material and the test piece 100 may have a coating 20 formed on the base material 10. The electrode 210 can be formed to have a size that can be inserted into a hole of the mold 110, for example, a material such as the mold 110, that is, a graphite material. Although the mold 110 and the electrode 210 are shown in a cylindrical shape, they may be formed in different shapes depending on the shape of the test piece 100.

또한, 시편(100)을 몰드(110) 안에 투입한 후 전극(210) 중 어느 하나는 모재(10) 기판과 접촉되고, 나머지 전극(210)은 다른 피막(20)과 접촉되며, 방전 플라즈마 소결 장치(900)의 전극가압부(200)에 의해 각 조건에 따라 가압하면서 파워서플라이(300, power supply)에 의해 고주파 직류펄스를 시편(100)에 인가하여 시편(100)의 피막(20)을 가열할 수 있다. 예를 들면, 피막(20)에 최소 50A/㎟ 내지 최대 250A/㎟ 전류밀도의 펄스전류를 인가하여 피막(20)을 가열할 수 있다.One of the electrodes 210 is brought into contact with the substrate of the base material 10 after the test piece 100 is placed in the mold 110 and the remaining electrode 210 is in contact with the other film 20, A high frequency direct current pulse is applied to the test piece 100 by the power supply 300 under the pressure of the electrode pressing part 200 of the device 900 while applying pressure to the test piece 100 to apply the coating 20 of the test piece 100 It can be heated. For example, the coating film 20 can be heated by applying a pulse current of at least 50 A / mm 2 to a maximum current density of 250 A / mm 2 to the coating film 20.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피막이 형성된 부재의 후처리 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.2 is a flowchart schematically showing a post-treatment method of a coated member according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 피막이 형성된 부재의 후처리 방법은 상압 플라즈마 용사법을 이용하여 기판 상에 피막을 형성하는 단계(S100) 및 피막이 형성된 부재에 압력을 가하면서 고주파 직류펄스를 인가하여 피막을 가열하는 단계(S200)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, a method of post-treating a coated member according to an embodiment of the present invention includes forming a coating on a substrate using an atmospheric pressure plasma spraying method (S100), applying a high- And applying a pulse to heat the coating (S200).

피막이 형성된 부재의 후처리 방법을 좀 더 상세하게 살펴보면, 전기전도체 기판 상에 용사법을 이용하여 전기전도체 피막이 형성된 부재를 제작할 수 있다. 상기 용사법은, 예를 들어, 가스식 용사법(Gas Flame Thermal Spray), 전기식 용사법(Arc Thermal Spray), 상압 플라즈마 용사법(Plasma Thermal Spray), 폭발 용사법(Detonation Thermal Spray), 진공 플라즈마 용사법(Vacuum Plasma Spraying) 및 고속화염 용사법(High Velocity Oxy-Fuel Spraying) 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.A more detailed description of the method of post-treatment of the coated member is to use a spraying method on the electrical conductor substrate to produce a member having an electrical conductor coating. The thermal spraying may be performed by, for example, a gas flame thermal spray method, an arc thermal spray method, a plasma thermal spray method, a detonation thermal spray method, a vacuum plasma spraying method, And High Velocity Oxy-Fuel Spraying may be used.

상술한 방법으로 전기전도체 피막이 형성된 부재에 압력을 가하면서 상기 피막으로 고주파 직류펄스를 인가하여 상기 피막을 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 압력을 가하는 방향은 상기 피막이 형성된 층의 법선벡터 방향의 성분을 가질 수 있다. 여기서, 상기 법선벡터 방향의 성분은 0이 아닌 성분을 의미하고, 수평한 피막층이라고 가정하면, 상기 압력을 가하는 방향은 상기 피막층과 수직한 방향일 수 있다.And applying a high frequency direct current pulse to the film while applying pressure to the member having the electric conductor film formed by the above method to heat the film. At this time, the direction in which the pressure is applied may have a component in the normal vector direction of the coated layer. Here, the component in the normal vector direction means a component other than 0, and assuming a horizontal coating layer, the direction of applying the pressure may be a direction perpendicular to the coating layer.

즉, 예를 들어, 헬륨과 수소를 플라즈마 유도 가스로 하여 그라파이트 기판 상에 텅스텐 분말을 상압 플라즈마 용사하여 시편을 형성할 수 있다. 상기 기판은 그라파이트 모재를 사용할 수 있다. 상기 시편을 몰드 안에 투입한 후 전극 소재를 맞물리고 이를 방전 플라즈마 소결 장치 안에 장착시킨 후 약 2kN 내지 3kN의 압력으로 가압할 수 있다.That is, for example, a specimen can be formed by using atmospheric plasma plasma of tungsten powder on a graphite substrate using helium and hydrogen as a plasma induction gas. The substrate may be a graphite base material. After putting the specimen into a mold, the electrode material is engaged, and the electrode material is mounted in the discharge plasma sintering apparatus, and then the pressure can be increased to about 2 kN to 3 kN.

이 때, 고주파 직류펄스를 인가하기 위한 전극 중 어느 하나는 그라파이트 기판과 접촉되고 나머지 하나는 텅스텐 피막에 접촉되어 상기 텅스텐 피막에 최대 4000A, 20㎑의 펄스전류를 인가하여 약 900℃ 내지 1100℃의 온도로 승온할 수 있다. 설정된 온도에 도달한 후 소정의 시간동안 설정온도에서 유지한 후 노냉할 수 있다.At this time, any one of the electrodes for applying the high-frequency DC pulse is contacted with the graphite substrate and the other is brought into contact with the tungsten film so that a pulse current of 4000 A and 20 kHz at maximum is applied to the tungsten film, Temperature can be raised. After reaching the set temperature, the furnace can be cooled after maintaining the set temperature for a predetermined time.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 상술한 기술적 사상을 적용한 실험예를 설명한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예에 의해서 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, an experimental example to which the technical idea described above is applied will be described in order to facilitate understanding of the present invention. It should be understood, however, that the following examples are for the purpose of promoting understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일부 실험예와 비교예에 따른 피막이 형성된 부재의 후처리 방법으로 구현한 샘플들의 표면미세구조 및 경도 분석결과를 도시한 도면이다.FIGS. 3 to 5 are graphs showing surface microstructure and hardness analysis results of samples implemented by a method of post-treatment of a coated member according to some experimental examples and comparative examples of the present invention.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 샘플 1 내지 샘플 8은 본 발명의 비교예이며, 샘플 9 내지 샘플 14는 본 발명의 실험예이다. 모든 케이스들에서 그라파이트 모재 상에 상압 플라즈마 용사법으로 텅스텐 피막을 약 200㎛ 두께로 형성한 시편을 사용하였다.3 to 5, Samples 1 to 8 are comparative examples of the present invention, and Samples 9 to 14 are experimental examples of the present invention. In all cases, a specimen with a thickness of about 200 μm was formed on a graphite base material by an atmospheric pressure plasma spraying method.

구체적으로, 샘플 1은 그라파이트 모재 상에 텅스텐 분말을 상압 플라즈마 용사한 후 후처리를 하지 않은 기준 시편에 대한 기본적인 정보를 파악하기 위해 광학현미경, 주사전자현미경 및 경도 실험을 진행하였다. 샘플 2는 약 900℃, 약 1시간동안 10-4torr의 진공도를 유지하며 진공 열처리를 수행한 시편이다. 샘플 3 내지 샘플 8은 약 900℃, 1000℃, 1100℃에서 각각 2kN, 3kN의 압력을 증착방향으로 시편에 가하여 각 온도를 약 10분간 유지한 후 노냉하였다. 아르곤(Ar) 가스 약 1기압 분위기에서 약 100℃/min의 승온 속도로 설정하여 가압 열처리를 수행한 시편이다.Specifically, Sample 1 was subjected to an optical microscope, a scanning electron microscope and a hardness test in order to obtain basic information on a reference specimen after the atmospheric plasma spraying of the tungsten powder on the graphite base material and without post-treatment. Sample 2 was a vacuum heat treated sample maintained at a vacuum degree of 10 -4 torr at about 900 ° C for about 1 hour. Samples 3 to 8 were prepared by applying a pressure of 2 kN and 3 kN at 900 ° C., 1000 ° C. and 1100 ° C., respectively, to the specimens in the vapor deposition direction, and each temperature was maintained for about 10 minutes. The specimen was subjected to a pressurized heat treatment at an elevation rate of about 100 ° C / min in an argon (Ar) gas atmosphere of about 1 atm.

한편, 샘플 9 내지 샘플 14는 고주파 펄스 직류를 샘플에 인가하여 시편 내부에서 저항열이 발생하여 승온시켜 열처리를 진행하였다. 방전 플라즈마 소결 장치를 이용하여 시편에 펄스 전류가 흐를 수 있게 환경을 조성하고 전류를 흘릴 전극이 시편에 맞닿는 압력의 조건으로 각각 약 2kN, 약 3kN의 압력을 가했다. 이 때, 상기 시편의 최종온도는 각각 약 900℃, 약 1000℃, 약 1100℃ 이고, 최종온도에서 약 10분간 유지한 후 노냉하였다.On the other hand, in Samples 9 to 14, a high frequency pulse direct current was applied to the sample to generate resistance heat in the specimen, and the temperature was raised to heat treatment. A discharge plasma sintering apparatus was used to create an environment in which a pulse current could flow through the specimen, and a pressure of about 2 kN and a pressure of about 3 kN was applied to the specimen at a pressure of about 2 kN, respectively. At this time, the final temperatures of the specimens were about 900 ° C., about 1000 ° C., and about 1100 ° C., respectively, and they were kept at the final temperature for about 10 minutes, followed by cooling.

도 3은 각 샘플들의 표면을 광학 현미경으로 분석한 미세구조 분석 결과이며, 도 4는 각 샘플들의 표면을 주사전자 현미경으로 분석한 미세구조 분석 결과이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 용사 코팅의 특성 상 용사 기체에 의해 모재에 분말 용융 덩어리들의 순차적인 축적으로 인한 각 덩어리들 사이들이 확인 되는데, 이를 스플랫 바운더리(Splat Boundary)라고 부른다.FIG. 3 is a microstructure analysis result obtained by analyzing the surface of each sample by an optical microscope, and FIG. 4 is a microstructure analysis result obtained by analyzing the surface of each sample by a scanning electron microscope. Referring to FIGS. 3 and 4, among the characteristics of the thermal spray coating, the spaces between the lumps due to the sequential accumulation of the powdery molten masses in the base material are confirmed by the sprayed gas, which is called a splat boundary.

상기 스플랫 바운더리가 텅스텐 피막의 전반적인 물성을 저해하기 때문에, 열처리를 통해 없애려고 노력하고 있다. 스플랫 바운더리는 광학 현미경을 통해 관찰할 수 있으나 주사전자 현미경으로도 명확하게 확인이 가능하다. 스플랫 바운더리는 모재에 텅스텐 스플랫이 축적되는 과정을 살펴보면, 모재와 용융 텅스텐 스플랫 사이의 급격한 온도 차이에 의해 용융점이 내부로 전달되는 속도가 결정입자의 성장 속도보다 작다. 따라서 결정 성장 방향이 정해져 한 개의 스플랫 내부의 결정구조가 마치 주상 구조를 이루고 있음을 확인할 수 있다. 기판과의 접촉으로 인해 순간적이고 빠른 속도로 응고가 진행되어 우선방위를 띄는 결정이 성장할 만한 충분한 시간을 확보하지 못하는 것으로 보인다.Since the flat boundaries deteriorate the overall physical properties of the tungsten coating, efforts are made to eliminate the flatness through heat treatment. The splat boundary can be observed through an optical microscope, but can also be confirmed clearly by a scanning electron microscope. In the sputter boundary, the rate at which the melting point is transferred to the inside due to the rapid temperature difference between the base material and the molten tungsten splat is smaller than the growth rate of the crystal grains. Therefore, it can be confirmed that the crystal growth direction is determined and the crystal structure inside one splat forms a columnar structure. The solidification proceeds at a rapid and rapid rate due to the contact with the substrate, so that the crystals having the first orientation do not have enough time to grow.

또한, 스플랫 바운더리의 측면에서 샘플 1의 미세조직과 비교해보았다. 스플랫 사이의 빈 공간이라고 할 수 있는 스플랫 바운더리의 비율을 정성적으로 비교해 보았을 때 약 900℃에서 1시간 진공 열처리한 샘플 2는 샘플 1과 비슷한 미세조직을 보였다. 다른 후처리 방안으로 시행한 가압 열처리에 의한 샘플 3 내지 샘플 8과 펄스 직류를 인가한 후처리에 의한 샘플 9 내지 14의 경우 우선 광학 사진으로 확인한 결과 스플랫 바운더리로 관찰되는 영역이 상당히 줄어든 것을 볼 수 있다.In addition, we compared the microstructure of sample 1 on the side of the flat boundaries. Qualitatively comparing the ratio of the sputter boundary, which is an empty space between spatters, sample 2, which was vacuum heat-treated at about 900 ° C for 1 hour, showed a microstructure similar to that of sample 1. In the case of Samples 3 to 8 and other Samples 9 to 14 after the application of the pulse DC by the pressurization heat treatment performed in another post-treatment method, first, the optical observations revealed that the area observed with the flat boundary was considerably reduced .

한편, 도 3에 도시된 샘플 3 내지 샘플 8 및 샘플 9 내지 샘플 14를 참조하면, 동일하게 가압 열처리 후처리를 한 경우에 온도가 높을수록, 같은 온도 조건일 경우 압력을 세게 줄수록 스플랫 바운더리의 영역이 줄어들어 각 스플랫끼리의 간격이 줄어드는 양상을 보인다. 또한, 온도 및 압력이 동일한 조건에서 단순 가압열처리와 펄스 직류를 인가하여 승온시키는 후처리 방법의 미세조직을 비교하였을 때, 펄스 직류를 인가한 후처리 후의 미세조직에서 스플랫 바운더리가 많이 제거되었다는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, referring to Samples 3 to 8 and Samples 9 to 14 shown in FIG. 3, when the same treatment is performed after the pressurizing heat treatment, the higher the temperature, the harder the pressure in the same temperature condition, The spacing between the splats decreases. In addition, when the microstructures of the post-treatment method in which the temperature and the pressure are the same are increased by the simple pressurization heat treatment and the pulse direct current, the flat boundary is removed from the microstructure after the pulse direct current application Can be confirmed.

위와 같이 광학 현미경으로 관찰한 이미지 분석 결과를 도 4에 도시된 주사전자 현미경 분석 결과를 통해 시편에 직접적인 고주파 펄스 직류인가를 통한 승온 열처리가 스플랫 바운더리의 공간 감소에 효과적이라는 것을 재확인할 수 있었다.The results of the image analysis by the optical microscope as described above can be confirmed by the scanning electron microscope analysis results shown in FIG. 4, and it can be confirmed that the heating process by directly applying high frequency pulse DC to the specimen is effective for reducing the space of the flat boundary.

한편, 후처리를 거친 대부분의 시편에서 샘플 1 대비 텅스텐 피막에서 우선 방위가 생성되거나 결정 분포가 변하는 양상을 보이지는 않는다. 약 900℃ 내지 1100℃ 사이의 온도범위가 텅스텐 소재의 재결정이나 회복을 야기할 만큼 높지 않기 때문으로 보인다. 일반적으로 금속재료의 재결정이 용융점 온도의 1/3에서 1/2 사이에 위치해 있고 텅스텐의 재결정 온도는 약 1300 내지 1500℃ 온도 범위에 위치해 있다고 알려져 있어 본 실험예 및 비교예들의 온도 조건 범위가 재결정 온도에 못 미치기 때문에 전자후방산란회절 분석에서 주목할 만한 결정 분포의 변화가 관찰되지 않았다고 볼 수 있다.On the other hand, in most of the specimens subjected to the post-treatment, preferential orientation is not generated in the tungsten film compared to the sample 1, or the crystal distribution does not change. It seems that the temperature range between about 900 ° C and 1100 ° C is not high enough to cause recrystallization or recovery of the tungsten material. It is generally known that the recrystallization of the metal material is located between 1/3 and 1/2 of the melting point temperature and the recrystallization temperature of tungsten is located within the temperature range of about 1300 to 1500 ° C. Thus, It can be seen that no remarkable change in crystal distribution was observed in the electron backscattering diffraction analysis.

또한, 분말시료를 소결 시킬 때 방전 플라즈마 소결법을 이용했을 경우, 일반적인 소결법 또는 열간 성형(hot pressing)보다 효과적인 이유는 분말 알갱이 사이의 미세한 접촉면에 줄열 가열로 인한 국부적 네킹(localized necking)이 발생하여 적은 시간으로 재료의 치밀화가 야기된다고 보고되고 있다.In addition, when using the discharge plasma sintering method for sintering a powder sample, it is more effective than the general sintering method or hot pressing because localized necking due to the heating of the jets is caused on the fine contact surfaces between the powder grains, It has been reported that densification of the material occurs with time.

본 실험예들에서는 시편의 텅스텐 피막이 스플랫의 축적 형태로 이루어져 있어 스플랫들이 일종의 분말 알갱이 개체라고 볼 수 있다. 이 때, 고주파 펄스 전류를 흘려주는 과정에서 압력과 직류전기를 가하게 되고 스플랫과 스플랫 사이의 적은 접촉면적에 줄열 가열(Joule heating)로 인한 국부적 온도 집중구간이 발생하게 되어 스플랫 바운더리의 면적이 줄어들어 피막의 미세구조가 더욱 치밀성을 가지는 것으로 추정할 수 있다.In this experiment, the tungsten film of the specimen consists of the accumulation form of splat, so that the splat can be regarded as a kind of powder grains. In this case, in the process of flowing the high-frequency pulse current, the pressure and the direct current are applied, and a local temperature concentration region occurs due to the joule heating at a small contact area between the sputter and the spatter, It can be deduced that the microstructure of the film is more dense.

도 5는 각 샘플들의 경도 측정결과를 정리한 그래프이다. 도 5를 참조하면, 플라즈마 대면재는 지속적인 플라즈마 입자 및 열 조사를 받게 되어 부식확률이 높고 따라서 재료수명이 단축된다. 인성, 연성, 경도 등 플라즈마 입자 조사에 저항하고 수명을 오래 지속 할 수 있다고 평가할 수 있는 기계적 물성은 다양하다.5 is a graph summarizing the hardness measurement results of the respective samples. Referring to FIG. 5, the plasma facing material is subjected to continuous plasma particles and heat irradiation, which increases the probability of corrosion and shortens material life. There are various mechanical properties that can be evaluated as resistance to plasma particle irradiation, such as toughness, ductility, hardness, and long life.

그러나 본 실험에서는 ITER와 DEMO 권고 사항의 경도 기준 치를 목표로 실험을 수행하였다. 권고 사항의 경도 하중은 HV30으로 약 300N의 하중으로 압입해야 하나 현재 최적화된 상압 플라즈마 용사법으로 텅스텐 피막을 내구성 있게 쌓을 수 있는 높이는 약 200um으로, 약 300N의 하중으로 압입을 할 경우 이 두께를 훨씬 초과하기 때문에 텅스텐 피막만의 물성을 평가하기에 적합하지 않으므로 본 실험에서는 압흔의 크기를 고려하여 약 0.5N의 최대 하중으로 모든 종류의 샘플을 비교하려고 한다.However, in this experiment, the experiment was conducted with the goal of hardness standard of ITER and DEMO recommendations. The hardness load of the recommendation should be about 300N under HV30, but it is about 200um high enough to durably deposit the tungsten film by the currently optimized atmospheric plasma spraying method. Therefore, in this experiment, we try to compare all types of samples with a maximum load of about 0.5 N in consideration of the indentation size.

측정한 경도는 122HV(표준편차 27)이다. 용사된 텅스텐 피막이 아닌 텅스텐 블록의 경도는 블록의 제작 방식이나 원료가 되는 텅스텐 분말에 따라서 달라질 수 있지만 기준 시편 텅스텐 피막의 원료 분말로 제작된 블록의 경도는 약 502HV으로, 대면재 기준 시편의 텅스텐 피막의 경도는 벌크 블록 대비 약 4분의 1 수준이라고 할 수 있다.The measured hardness is 122 HV (standard deviation 27). The hardness of the tungsten block, which is not a sprayed tungsten film, can be changed depending on the block manufacturing method and the tungsten powder used as the raw material. However, the hardness of the block made of the raw powder of the reference tungsten film is about 502HV and the tungsten film The hardness is about one fourth of the bulk block.

텅스텐 벌크재에 비해 상압 플라즈마 용사된 텅스텐 피막이 낮은 경도를 보이는 이유에는 스플랫 바운더리의 영향이 있다고 할 수 있다. 미세조직의 측면에서 스플랫 바운더리의 산재가 피막 전체적 기계적 물성에 악영향을 끼칠 수 있을 만큼 기포와 균열이 상당량 관찰되어 치밀성을 떨어뜨리는 것으로 보였다.The reason why the atmospheric plasma sprayed tungsten film has lower hardness than the tungsten bulk material is the influence of the splat boundary. From the viewpoint of microstructure, it was shown that the scattering of the scattering boundary decreased the compactibility due to a considerable amount of bubbles and cracks so that the overall mechanical properties of the coating could be adversely affected.

샘플 1의 경도 값으로부터 여러 후처리 조건 별 경도 향상 폭을 비교해보았다. 시편 단면에 연마 작업 후 미소압입시험을 각 시편에 대해 약 100um 이상의 간격을 두고 진행하였고 그 결과는 다음과 같다. 샘플 1과 샘플 2의 텅스텐 피막 평균 경도는 각각 134.66HV, 134.97HV 이고 각 표준편차는 13.68HV, 9.95HV이다. Hardness values of Sample 1 were compared with those of various post-treatment conditions. Microindentation test was performed on the cross section of the specimen after grinding with a gap of about 100 μm or more for each specimen. The results are as follows. The average hardnesses of the tungsten coatings of Sample 1 and Sample 2 were 134.66 HV and 134.97 HV, respectively, and the standard deviations thereof were 13.68 HV and 9.95 HV.

후처리를 수행하지 않은 샘플 1, 약 900℃에서 1시간 진공 열처리한 샘플 2및 약 900℃, 1000℃, 1100℃의 온도 조건에서 각각 시편의 증착 방향으로 약 2kN, 3kN 압력을 가한 샘플 1 내지 샘플 8에 대한 텅스텐 피막의 경도를 도 5의 (a)에 도시하였다.Sample 1 subjected to post-treatment, Sample 2 subjected to vacuum heat treatment at about 900 ° C for 1 hour, and Sample 1 to 2 having a pressure of about 2 kN and 3 kN in the direction of vapor deposition of the specimen at temperature conditions of about 900 ° C, 1000 ° C, and 1100 ° C, The hardness of the tungsten film for Sample 8 is shown in Fig. 5 (a).

각 샘플들의 치수를 고려하였을 때 2kN, 3kN의 힘은 압력으로 환산하면 각각 25.47MPa과 38.21MPa이다. 열처리 온도가 높을수록, 그리고 가한 압력이 클수록 경도가 높아지는 것을 볼 수 있다. 열처리 유지 온도가 900℃일 때 가한 압력 25.47MPa, 38.21MPa 각각에 해당하는 경도는 167.83, 167.87이며 표준 편차는 30.74HV, 22.02HV이다. 1000℃의 유지 온도에서는 각 압력 당 경도가 259.26HV, 276.15HV이고 표준 편차는 46.25HV, 54.32HV이다. 1100℃에서 각 압력 당 경도는 각 압력 당 282.02HV, 286.95HV이고 표준 편차는 각 각 59.32HV, 66.22HV이다. 표준 편차의 범위가 각 처리 조건 마다 겹치기는 하나 평균값의 경향성으로 보아 온도와 압력의 증가가 경도의 증가와 관련이 있는 것으로 볼 수 있다.Considering the dimensions of each sample, the forces of 2 kN and 3 kN are 25.47 MPa and 38.21 MPa, respectively, when converted to pressure. It can be seen that the higher the heat treatment temperature and the higher the applied pressure, the higher the hardness. Hardness corresponding to the pressures 25.47 MPa and 38.21 MPa when the heat treatment holding temperature is 900 ° C is 167.83 and 167.87, respectively, and standard deviations are 30.74 HV and 22.02 HV. At a holding temperature of 1000 占 폚, hardness per pressure is 259.26HV, 276.15HV, standard deviation is 46.25HV, 54.32HV. At 1100 ° C, the hardness per pressure is 282.02HV and 286.95HV per pressure, and the standard deviations are 59.32HV and 66.22HV, respectively. Although the range of standard deviation overlaps for each treatment condition, it can be seen that the increase of temperature and pressure is related to the increase of hardness from the tendency of average value.

또한, 후처리를 수행하지 않은 샘플 1, 약 900℃에서 1시간 진공 열처리한 샘플 2및 약 900℃, 1000℃, 1100℃의 온도 조건에서 각각 시편의 증착 방향으로 약 2kN, 3kN 압력을 가하면서 고주파 직류펄스를 인가한 샘플 9 내지 샘플 14에 대한 텅스텐 피막의 경도를 도 5의 (b)에 도시하였다.In addition, the sample 1 subjected to the post-treatment, the sample 2 subjected to the vacuum heat treatment at about 900 ° C for 1 hour, and the sample 2 at about 900 ° C, 1000 ° C and 1100 ° C were subjected to a pressure of about 2 kN and 3 kN 5 (b) shows the hardness of the tungsten film for the samples 9 to 14 to which the high-frequency DC pulse was applied.

상기 가압 열처리의 경우와 마찬가지로 열처리 온도가 높을수록, 가한 압력이 클수록 경도가 높아지는 양상은 비슷하다. 유지 온도가 약 900℃, 압력 25.47MPa, 38.21MPa일 때 측정된 경도 값은 각각 평균 212.12HV, 247.35HV이고, 표준 편차는 56.75HV, 32.02HV이다. 유지 온도 1000℃일 때 각각 평균 경도 340.25HV, 358.52HV이고, 표준 편차 41.80HV, 56.52HV이다. 마지막으로 1100℃일 때 각각의 평균 경도는 363.16HV, 363.11HV이고, 각 표준 편차는 46.90HV, 23.87HV이다.As in the case of the above pressurized heat treatment, the higher the heat treatment temperature and the higher the applied pressure, the higher the hardness becomes. The hardness values measured at the holding temperature of about 900 ° C, 25.47 MPa and 38.21 MPa are 212.12 HV and 247.35 HV, respectively, with standard deviations of 56.75 HV and 32.02 HV. When the holding temperature is 1000 ° C, the average hardness is 340.25 HV and 358.52 HV, respectively, and the standard deviation is 41.80 HV and 56.52 HV. Finally, at 1100 ℃, the mean hardness of each is 363.16HV, 363.11HV, and each standard deviation is 46.90HV and 23.87HV.

가압 열처리 후처리 및 방전 플라즈마 소결 장치를 이용한 고주파 펄스 직류 인가 후처리 방법에서 동일한 온도, 동일한 압력 및 동일한 유지시간 조건일 경우, 고주파 펄스 직류를 흘려 승온한 경우가 외부가열을 통해 가압열처리를 한 후처리에 비해 텅스텐 피막의 경도 향상이 큰 것을 알 수 있다. 이 때 텅스텐 벌크재의 경도는 앞서 텅스텐 피막 시험과 동일한 최대 하중 0.5N으로 압입 했을 때 평균 경도값이 약 501HV로 측정되었다. 펄스 직류를 시편에 직접 흘려주는 후처리를 통해 벌크재 경도의 70퍼센트를 넘는 텅스텐 피막 경도를 얻을 수 있게 된다. In the case of the same temperature, the same pressure and the same holding time condition in the high-frequency pulse direct current applying method using the post-pressurizing heat treatment and the discharge plasma sintering apparatus, when the high frequency pulse direct current is flowed, It can be seen that the hardness of the tungsten film is greatly improved as compared with the treatment. In this case, the hardness of the tungsten bulk material was measured at about 501 HV when the hardness was 0.5 N, which is the same as the tungsten film test. Post-treatment of direct pulsed direct current to the specimen will result in a tungsten film hardness greater than 70 percent of the bulk hardness.

각종 플라즈마 입자 조사를 받게 되는 핵융합로 대면재가 침식이 되는 속도를 늦춤으로써 반복적으로 보강해야 하는 텅스텐 피막의 보강 주기를 늘리고 반응 플라즈마에 불순물로 작용할 수 있는 침식으로 발생한 텅스텐 부산물의 시간 당 생성률을 줄일 수 있을 것으로 기대할 수 있다.By slowing down the rate of surface erosion due to fusion of various plasma particles, it is possible to increase the number of reinforcement cycles of tungsten film which should be repetitively reinforced, and to reduce the generation rate per hour of tungsten byproducts which can act as impurities in reaction plasma You can expect to be there.

물론, 상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 피막이 형성된 부재의 후처리방법으로 구현한 피막부재가 핵융합로 대면재에 응용된 것은 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상이 이러한 예시적인 물질의 종류에 한정되는 것은 아니다. 따라서 상기 피막부재는 핵융합로 대면재용 이외에도 내부식성 및 경도가 뛰어나기 때문에 고부식 환경에 사용되는 피막부재에 모두 적용 가능하다.Of course, it is an example that the coating member implemented by the post-treatment method of the film-formed member according to the embodiment of the present invention is applied to the fusion-bonded face material, and the technical idea of the present invention is not limited to the kind of the example material But is not limited thereto. Therefore, the above-mentioned film member is applicable to all of the film members used in a high corrosive environment because the film member is excellent in corrosion resistance and hardness besides the use of the fusion member as a fusion member.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10 : 모재
20 : 피막
100 : 시편
110 : 몰드
200 : 전극가압부
210 : 전극
900 : 방전 플라즈마 소결 장치
1000 : 후처리 장치
10: base metal
20: Coating
100: The Psalms
110: mold
200: electrode pressing portion
210: electrode
900: Discharge plasma sintering apparatus
1000: Post-processing device

Claims (8)

기판의 적어도 일면 상에 전기전도체 피막이 형성된 부재에 압력을 가하면서 상기 피막으로 고주파 직류펄스를 인가하여 상기 피막을 가열하는 단계;
를 포함하고,
상기 압력을 가하는 방향은 상기 피막이 형성된 층의 법선벡터 방향의 성분을 가지고,
상기 기판은 그라파이트를 포함하고,
상기 피막은 텅스텐을 포함하고,
상기 가열하는 단계에서, 상기 고주파 펄스 전류는 최대 4000A, 20㎑이고, 50A/㎟ 내지 최대 250A/㎟ 전류밀도를 가지고,
상기 가열하는 단계에서, 상기 압력은 20 MPa 내지 40 MPa의 범위이고,
상기 가열하는 단계는 900℃ 내지 1100℃ 의 온도로 승온되는, 피막이 형성된 부재의 후처리 방법.
Applying a high frequency direct current pulse to the coating while applying pressure to a member having an electrical conductor coating formed on at least one side of the substrate to heat the coating;
Lt; / RTI >
The direction of applying the pressure has a component in the normal vector direction of the layer on which the film is formed,
Wherein the substrate comprises graphite,
Wherein the coating comprises tungsten,
In the heating step, the high frequency pulse current has a maximum of 4000 A, 20 kHz, a current density of 50 A / mm 2 to a maximum of 250 A /
In the heating step, the pressure is in the range of 20 MPa to 40 MPa,
Wherein the heating step raises the temperature to a temperature of 900 占 폚 to 1100 占 폚.
제 1 항에 있어서,
상기 피막은 용사법에 의해 형성된 것인,
피막이 형성된 부재의 후처리 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the coating is formed by spraying.
A method of post-treatment of a film-formed member.
제 2 항에 있어서,
상기 용사법은 가스식 용사법(Gas Flame Thermal Spray), 전기식 용사법(Arc Thermal Spray), 상압 플라즈마 용사법(Plasma Thermal Spray), 폭발 용사법(Detonation Thermal Spray), 진공 플라즈마 용사법(Vacuum Plasma Spraying) 및 고속화염 용사법(High Velocity Oxy-Fuel Spraying) 중 적어도 어느 하나를 이용하는,
피막이 형성된 부재의 후처리 방법.
3. The method of claim 2,
The spraying method may be selected from a gas flame thermal spray method, an arc thermal spray method, a plasma spray method, a detonation thermal spray method, a vacuum plasma spraying method and a high-speed flame spraying method High Velocity Oxy-Fuel Spraying)
A method of post-treatment of a film-formed member.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 고주파 직류펄스를 인가하기 위한 전극 중 어느 하나는 기판과 접촉되고 나머지 하나는 상기 피막에 인가되도록 배치된,
피막이 형성된 부재의 후처리 방법.
The method according to claim 1,
Wherein one of the electrodes for applying the high-frequency DC pulse is in contact with the substrate and the other is applied to the coating,
A method of post-treatment of a film-formed member.
삭제delete
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US20050202945A1 (en) * 2004-03-11 2005-09-15 Leung Chi K. Thermal spray grit roller
US7601399B2 (en) * 2007-01-31 2009-10-13 Surface Modification Systems, Inc. High density low pressure plasma sprayed focal tracks for X-ray anodes
US20100155993A1 (en) * 2008-12-23 2010-06-24 Thermal Technology Llc High Throughput System and Methods of Spark Plasma Sintering

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