KR101690897B1 - 열방사 부재 및 열방사 부재의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

열방사 부재는 제 1 금속 재료로 이루어진 금속 기재; 및 복수의 열방사부들로서, 상기 복수의 열방사부들은 금속 기재의 표면에 분산하도록 분리되어 부착되고, 제 1 금속 재료와는 상이한 제 2 금속 재료 및 각각의 열방사부들의 각각의 표면에 노출된 제 2 금속 재료의 산화물을 가지는, 상기 복수의 열방사부들을 포함한다.

Description

열방사 부재 및 열방사 부재의 제조 방법{HEAT RADIATION MEMBER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 열방사 부재 및 열방사 부재의 제조 방법에 관한 것이다.

기재에 전해진 열을 외부에 효율적으로 방사하기 위하여, 기재의 표면의 형상에 요철들이 형성되거나 고 반사율 무기 입자들이 배치되는 기술이 공지되어 있다. 예를 들어, 무기 입자들이 배치되는 때에, 기재의 표면에 피막이 형성되고, 상기 피막에서 무기 입자들이 분산된다.

이와 같은 기술로서, 이하에 나타낸 것과 같은 열방사 부재들이 제안되었다. 예를 들어, 일본 특허 출원 공보 제 2010-168998 호 (JP 2010-168998 A) 에는, 스테인리스, 니켈 합금 등으로 이루어진 기재 및 상기 기재의 표면에 피복된 열방사피막을 구비하는 열방사 부재가 제안된다. 열방사 부재를 구성하는 열방사피막에는, 바인더로서 유리 바인더 등과 같은 무기 바인더로, 망간, 철, 동, 코발트 및 크롬 중 적어도 일종으로 이루어진 산화물로 구성된 무기 입자들이 분산된다.

또한, 다른 기술로서, 일본 특허 출원 공보 제 2004-43612 호 (JP 2004-43612 A) 에는, 알루미늄 등과 같은 기재의 표면에 열방사피막이 형성되는 열방사 부재가 제안된다. 열방사 부재를 구성하는 열방사피막에는, 바인더로서 고분자 수지로, 주석 및 안티몬의 산화물의 무기 입자들이 분산된다.

이러한 기술들에 따라, 기재의 재료보다 높은 반사율을 가지는 재료 (산화물) 로 이루어진 무기 입자들은 기재의 표면에 피복된 열방사피막에서 분산되고; 따라서, 기재에 전해진 열이 효율적으로 외부에 방사될 수 있다.

그러나, JP 2010-168998 A 에 기재된 열방사 부재는 무기 바인더로서 유리 바인더를 이용한다. 따라서, 성막 동안, 유리 연화점 이상의 온도가 열방사피막을 성막하도록 사용되어야 한다. 결과적으로, 기재에 유리 연화점보다 낮은 융점을 갖는 알루미늄 등과 같은 금속 재료가 사용되는 때에, 기재는 용융될 수도 있다. 게다가, 유리 연화점 이상의 온도의 온도역에서 열방사 부재가 사용되는 때에, 열방사피막 자체가 유리 바인더의 연화에 의해 변형될 수도 있다.

다른 한편으로는, JP 2004-43612 A 에 기재된 열방사 부재는 바인더로서 고분자 수지를 이용한다. 하지만, 열방사 부재의 사용 동안, 고분자 수지가 열화할 수도 있다. 또한, 바인더로서 고분자 수지와 기재를 구성하는 알루미늄 등과 같은 금속 사이의 열팽창 차이에 의해, 기재와 열방사피막의 계면에 열응력이 발생되어, 열방사피막이 박리될 수도 있다.

본 발명은, 폭넓은 금속제의 기재들에 대해 제조될 수 있고 또한 넓은 온도역에서 신뢰성 및 내구성을 확보할 수 있는 열방사 부재, 및 상기 열방사 부재의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 제 1 양태에 따른 열방사 부재는: 제 1 금속 재료로 이루어진 금속 기재; 및 복수의 열방사부들로서, 상기 복수의 열방사부들은 상기 금속 기재의 표면에 분산하도록 분리되어 부착되고, 제 1 금속 재료와는 상이한 제 2 금속 재료 및 각각의 열방사부들의 각각의 표면에 노출된 제 2 금속 재료의 산화물을 가지는, 상기 복수의 열방사부들을 포함한다.

전술한 양태에 따라, 열방사에 기여하는 열방사부들이 제 1 금속 재료로 이루어지는 금속 기재의 표면에 분산하도록 분리되어 부착되기 때문에, 금속 기재를 구성하는 금속과 열방사부를 구성하는 금속의 선팽창계수의 차이에 기인한 열응력이 저감될 수 있다.

즉, 금속 기재의 표면에 연속한 피막이 형성되는 경우에는, 금속 기재와 피막 전체 사이의 열팽창 차이가 그들의 계면에 열응력으로서 작용한다. 하지만, 전술한 양태에 따라, 피막과는 상이하게, 금속 기재의 표면에 분산하도록 분리되어 부착된 복수의 열방사부들이 배치되기 때문에, 열방사부는 피막이 평면에서 복수로 분리되는 구성을 가진다. 결과적으로, 금속 기재와 각각의 열방사부들 사이의 열팽창 차이는 피막이 형성되는 경우와 비교하여 더 작아진다. 금속 기재와 각각의 열방사부들 사이의 계면에서 발생되는 열응력은 저감될 수 있다. 따라서, 넓은 온도역에서, 열방사 부재의 신뢰성 및 내구성이 확보될 수 있다.

게다가, 금속 산화물은 금속 비산화물보다 높은 방사율을 가진다. 그러므로, 열방사부들의 각각의 표면에 노출된 제 2 금속 재료의 산화물에 의해 열방사부의 표면으로부터 금속 기재에 입력된 열이 외부에 효율적으로 방사 (열방사) 될 수 있다.

상기 양태에서, 열방사부들의 각각의 제 2 금속 재료는 복수 종들의 금속들로 이루어질 수도 있다. 1 개의 열방사부는 복수 종들의 금속들을 포함하고, 상기 복수 종들의 금속들을 산화시킴으로써 얻어진 산화물들은 열방사부로부터 노출된다. 결과적으로, 열방사부는 1 종의 금속 재료가 사용되는 경우와 비교하여 넓은 파장역에 걸쳐 높은 방사율을 갖는다.

상기 양태에서, 각각의 열방사부의 각각의 제 2 금속 재료는 단일 금속 재료로 주로 이루어진 금속으로 형성될 수도 있고, 복수의 열방사부들은 복수 종들의 단일 금속 재료를 포함할 수도 있다. 양태에 따라, 1 종의 금속 재료이 사용되 경우와 비교하여, 넓은 파장역에서 높은 방사율이 얻어질 수 있다.

상기 양태에서, 제 1 금속 재료는 알루미늄계 재료 또는 스테인리스강이고, 제 2 금속 재료는 망간으로 주로 이루어진 금속 재료일 수도 있다.

양태에 따라, 망간은 기본적으로 방사율이 높고, 알루미늄계 재료가 주로 사용되는 온도역 (200℃ ~ 300℃) 에서도 좋은 방사율을 갖는다. 알루미늄계 재료 또는 스테인리스강이 제 1 금속 재료로서 사용되는 경우, 본 발명에서 사용된 재료들은 차량의 엔진, 모터 케이싱 등과 같이 방열성이 요구되는 부위들에 적용될 수 있다.

본 발명의 제 2 양태에 따른 열방사 부재의 제조 방법은 제 1 금속 재료로 이루어진 금속 기재에 메시를 배치하는 단계; 및 상기 매시가 제공된 금속 기재의 표면에 제 1 금속 재료와는 상이한 제 2 금속 재료로 이루어진 입자들 및 그 산화물로 이루어지는 입자들로부터 조립된 조립 입자들을 용사 (spraying) 함으로써, 금속 기재의 표면에 조립 입자들로 이루어진 열방사부를 형성하는 단계를 포함한다.

상기 양태에 따라, 제 2 금속 재료 및 그 산화물로 이루어진 조립 입자들이 메시를 통해 금속 기재의 표면에 용사되므로, 금속 기재의 표면에 분산하도록 분리되는 복수의 열방사부들은 금속 기재의 표면에 부착될 수 있다. 게다가, 각각의 부착된 열방사부들은 제 2 금속 재료를 산화시킴으로써 얻어진 산화물을 포함하고, 열방사부들의 각각의 표면에, 제 2 금속 재료를 산화시킴으로써 얻어진 산화물이 열복사재료로서 노출될 수 있다.

본 발명의 제 3 양태에 따른 열방사 부재의 제조 방법은, 제 1 금속 재료로 이루어진 금속 기재에 메시를 배치하는 단계; 상기 메시가 제공된 금속 기재의 표면에 제 1 금속 재료와는 상이한 제 2 금속 재료로 이루어진 금속 입자들을 용사하는 단계; 및 용사된 금속 입자들을 산화시킴으로써, 용사된 금속 입자들의 표면이 산화된 열방사부를 금속 기재의 표면에 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따라, 제 2 금속 재료로 이루어진 금속 입자들이 메시를 통해 금속 기재의 표면에 용사되므로, 금속 기재의 표면에 분산하도록 분리되는 복수의 금속 입자군들은 금속 기재의 표면에 부착될 수 있다. 게다가, 각각의 부착된 입자군들은 산화되므로, 표층에서 제 2 금속 재료가 산화되는 산화층이 열방사 재료로서 열방사부의 표층에 형성될 수 있다.

본 발명의 제 4 양태에 따른 열방사 부재의 제조 방법은, 제 1 금속 재료로 이루어진 금속 기재에 바이어스 전압을 인가함으로써, 제 1 금속 재료와는 상이한 제 2 금속 재료로 이루어진 타겟으로부터 방출된 금속 입자들을 금속 기재의 표면에 분산하도록 금속 기재의 표면에 부착시키는 단계; 및 부착된 금속 입자들을 산화시킴으로써, 부착된 금속 입자들의 표면이 산화되는 열방사부를 금속 기재의 표면에 형성하는 단계를 포함한다.

상기 양태에 따라, 제 2 금속 재료로 이루어진 금속 입자들은 금속 기재의 표면에 부착된다. 따라서, 금속 기재의 표면에 분산하도록 분리되는 복수의 금속 입자군들은 금속 기재의 표면에 용이하게 부착될 수 있다. 게다가, 각각의 부착된 금속 입자군들은 산화된다. 따라서, 표층에서 제 2 금속 재료가 산화되는 산화층은 열방사 재료로서 열방사부의 표층에 형성될 수 있다.

상기 양태에 따라, 열방사 부재는 폭넓은 금속 기재들에 대해 제조될 수 있고, 또한 넓은 온도역에서 신뢰성 및 내구성을 확보 할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 이점들, 및 기계적 그리고 산업적 중요성은, 동일한 번호들이 동일한 요소들을 나타내는 첨부 도면들을 참조하여 후술될 것이다.

도 1a 는 본 발명의 실시형태에 따른 열방사 부재의 개략적인 개념도를 나타내는 상면도이다.
도 1b 는 도 1a 의 A-A 라인 화살 표시를 따르는 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태에 따른 열방사 부재의 분석 모델을 나타내는 도면이다.
도 3 은 도 2 의 분석 모델을 이용함으로써 얻어진 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 실시예 1 에 따른 조립 분말의 제조 방법을 나타내는 개략도이다.
도 5 는 본 발명의 제 1 제조 방법 및 제 2 제조 방법에 따른 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도 6a 는 본 발명의 제 3 제조 방법에 따른 제조 장치를 나타내기 위해 개략도에 의해 도시된 전체 장치의 도면이다.
도 6b 는 도 6a 에 도시된 아크 스폿의 근방을 나타내는 도면이다.
도 7a 는 본 발명의 실시예 1 에 따른 열방사 부재의 제조 방법에 따라 제조된 조립 분말의 사진이다.
도 7b 는 본 발명의 실시예 1 에 따른 열방사 부재의 표면을 나타내는 사진이다.
도 7c 는 본 발명의 실시예 1 에 따른 열방사 부재의 단면의 사진이다.
도 8a 는 방사율의 측정 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8b 는 실시예 1 및 비교예의 방사율의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 9a 는 본 발명의 실시예 2 에 따른 열방사 부재의 단면 사진 및 산화 처리 이전의 열방사 부재의 단면 사진을 나타내는 도면이다.
도 9b 는 본 발명의 실시예 2 에 따른 열방사 부재의 단면 사진 및 산화 처리 이후의 열방사 부재의 단면 사진을 나타내는 도면이다.
도 10 은 본 발명의 실시예 3 에 따른 열방사부의 표면의 사진이다.

이하에서, 본 발명의 실시형태에 따른 열방사 부재 및 상기 열방사 부재의 제조 방법이 설명될 것이다.

<열방사 부재>

도 1a 및 도 1b 는 본 발명의 실시형태에 따른 열방사 부재를 나타내는 개략적인 개념도들이고, 도 1a 는 상면도이고, 도 1b 는 도 1a 의 A-A 라인 화살 표시를 따르는 단면도이다.

도 1a 및 도 1b 에 도시된 바와 같이, 실시형태에 따른 열방사 부재 (적외복사 부재; 1) 는 금속 기재 (2) 에 입력된 열을 표면으로부터 외측으로 효율적으로 복사하기 위한 부재이다. 실시형태에 따른 열방사 부재 (1) 는 제 1 금속 재료로 이루어진 금속 기재 (2), 및 상기 금속 기재 (2) 의 표면에 분산하도록 분리되어 부착되고 제 1 금속 재료와는 상이한 제 2 금속 재료를 포함하는 복수의 열방사부들 (3) 을 포함한다. 여기에서, 열방사부들 (3) 의 각각의 표면에는, 제 2 금속 재료를 산화시킴으로써 얻어진 산화물이 노출된다. 실시형태에 따라, 제 2 금속 재료를 산화시킴으로써 형성된 산화층 (31) 이 형성되고, 상기 산화층 (31) 에 따라, 열방사성들이 개선될 수 있다.

제 2 금속 재료를 산화시킴으로써 얻어진 산화물은 제 1 금속 재료, 그의 산화물 및 제 2 금속 재료의 반사율보다 높은 반사율, 즉 70% 이상의 반사율을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 열방사부의 두께는 1㎛ 이상인 것이 바람직하다. 그러므로, 금속 기재 (2) 에 입력된 열은 제 2 금속 재료를 산화시킴으로써 얻어진 산화물로부터 더 바람직하게는 방사될 수 있다. 실시형태에 따라, 열방사부 (3) 의 전체 표면에 걸쳐, 제 2 금속 재료를 산화시킴으로써 얻어진 산화물이 노출된다. 하지만, 열방사 (자외방사) 를 개선하기 위해 산화층 (31) 을 반드시 형성할 필요는 없다. 즉, 산화물은 열방사부 (3) 의 표면에 대해 부분적으로 노출될 수도 있고, 열방사부 (3) 의 표면적에 대해 50% 이상의 산화층이 노출되는 것이 바람직하다.

게다가, 열방사부 (3) 가 금속 기재 (2) 에 접촉하는 접촉 면적은 1 ㎟ 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 후술되는 바와 같이, 금속 기재 (2) 에 대한 열방사부 (3) 의 밀착성이 확보될 수 있다. 이러한 점은 도 2 및 도 3 과 함께 이하에서 후술될 것이다.

여기에서, 금속 기재 (2) 를 구성하는 제 1 금속 재료 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 알루미늄계 재료 또는 스테인리스 강과 같은 금속 재료로 이루어지고 열방사부을 구성하는 제 2 금속 재료는 망간, 철, 크롬, 동, 티타늄, 알루미늄, 실리콘, 칼슘 및 마그네슘으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1 종을 주성분으로서 포함한다. 여기에서, 제 2 금속 재료는 단일의 그리고 동일한 금속 재료로 만들어질 수도 있다.

그러나, 보다 바람직한 모드로서, 본 실시형태에 따른 열방사부 (3) 의 제 2 금속 재료는 단일 금속 재료로 주로 이루어진 금속으로 형성되고, 복수의 열방사부들 (3) 은 2 종 이상의 단일 금속 재료들을 가진다. 구체적으로는, 도 1 에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 경우는, 예를 들어, 열방사부들 (3) 중에서 2 종의 단일 금속 재료들을 가지고, 제 1 열방사부 (3A) 에 따른 제 2 금속 재료는 망간으로 주로 이루어진 금속 재료이고, 제 2 열방사부 (3B) 에 따른 제 2 금속 재료는 망간과는 상이한 금속으로 주로 이루어진 금속이다.

이러한 구성의 열방사 부재 (1) 에 따라, 열방사에 기여하는 열방사부들 (3) 이 제 1 금속 재료로 이루어진 금속 기재 (2) 의 표면에 분산하도록 분리되어 부착되기 때문에, 금속 기재 (2) 를 구성하는 금속과 열방사부 (3) 를 구성하는 금속 사이의 선팽창계수의 차이로 인한 열응력을 저감될 수 있다.

즉, 금속 기재의 표면에 연속한 피막이 형성되는 경우에 금속 기재와 피막 전체 사이의 열팽창 차이가 이들의 계면에 열응력으로서 작용하는 반면, 본 실시형태에서는, 피막과는 상이하게, 금속 기재의 표면에 분산하도록 분리되어 부착되는 복수의 열방사부들 (3) 이 배치되고, 상기 열방사부들 (3) 은 피막이 평면에서 복수로 분리되는 섬 형상의 구성이 된다. 이와 같은 결과로서, 각각의 열방사부들 (3) 은 독립적으로 열팽창 및 열수축한다. 그러므로, 금속 기재 (2) 와 각각의 열방사부들 (3) 사이의 열팽창 차이는 피막이 형성되는 경우보다 더 작아지고, 금속 기재 (2) 와 각각의 열방사부들 (3) 사이의 계면에 생기는 열응력은 저감될 수 있다. 따라서, 넓은 온도역에서 열방사 부재 (1) 의 신뢰성 및 내구성이 확보될 수 있다.

게다가 금속 산화물은 비산화물인 금속에 비해 방사율 (열전도율) 이 높기 때문에, 열방사부의 표면으로부터, 열방사부들의 각각의 표면에 노출된 제 2 금속 재료의 산화물에 의해, 금속 기재에 입력된 열은 열방사부를 통해 외부에 효율적으로 방사 (열방사) 될 수 있다.

특히, 본 실시형태에 따른 복수의 열방사부들 (3) 은 2 종 이상의 단일 금속 재료를 가지므로, 열방사부 (3) 는 1 종의 금속 재료가 사용되는 경우와 비교하여 더 넓은 파장역 (적외선 파장역) 에서 높은 방사율을 가진다. 또한, 다른 양태로서, 열방사부들의 각각의 제 2 금속 재료는 복수 종들의 제 2 금속 재료들 (예를 들어, 망간 및 다른 금속) 을 포함할 수도 있다. 또한 이러한 경우에, 동일하게, 열방사부는 1 종의 금속 재료가 사용되는 경우와 비교하여 넓은 파장역에서 더 높은 방사율을 갖는다.

발명자들은, 전제로서 이하의 표 1 에 나타낸 물성 값들로 도 2 에 도시된 분석 모델을 이용하여 응력 분석을 실시했다. 도 2 는 본 발명의 실시형태에 따라 열방사 부재의 분석 모델을 나타내는 도면이고, 도 3 은 도 2 의 분석 모델을 이용하여 얻어진 분석 결과들을 나타내는 도면이다.

도 2 에 나타낸 분석 모델은 금속 기재에 실질적으로 디스크 형상의 열방사부가 부착되는 상태가 상정되는 모델이고, 분석 조건 1 은 제 1 금속 재료로서 스테인리스강 (JIS 규격: SUS 425) 으로 이루어진 금속 기재를 상정했고, 제 1 금속 재료로서 분석 조건 2 는 제 1 금속 재료로서 알루미늄 합금 (JIS 규격: AC2C) 으로 이루어진 금속 기재를 상정했다. 또한, 열방사부로서 망간이 상정됐다.

열방사부가 금속 기재와 접촉하는 부분의 열방사부의 반경을 변화시킴으로써 금속 기재에 작용하는 주응력이 분석됐다. 결과들은 도 3 에 나타내었다. 부수적으로, 일반적인 용사의 경우에, 앵커 효과 (anchor effect) 에 의한 계면밀착 강도 (기재 주응력) 는 30 MPa 이하이다. 본 실시형태의 열방사부의 구성이 채택되는 경우에, 열방사부의 반경은 600 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 열방사부 (3) 가 금속 기재 (2) 와 접촉하는 접촉 면적은 1 ㎟ 이하인 것이 바람직하다.

이와 같은 관점에서, 열방사부의 바람직한 제조 방법이 후술될 것이다.

＜제 1 제조 방법＞

제 1 제조 방법에따라, 먼저, 제 2 금속 재료로 이루어진 입자들 및 그 산화물로 이루어진 입자들을 조립함으로써 얻어진 조립 입자들이 제조된다. 구체적으로는, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 금속 입자들 (M) 및 그 산화물 (M 산화물) 로 이루어진 입자들은 유기 바인더를 이용하여 니딩 (kneading) 조립법에 의해 조립된다.

그 다음, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 금속 기재 위에, 접촉 또는 비접촉 상태로 메시가 배치된다. 메시가 배치되는 금속 기재의 표면에, 조립 입자들을 용사함으로써, 조립 입자들로 이루어진 열방사부는 금속 기재의 표면에 형성된다.

전술한 바와 같이 얻어진 열방사부는 메시를 통해 금속 기재의 표면에 조립 입자들을 용사함으로써 얻어진다. 그러므로, 금속 기재의 표면에 분산하도록 분리되는 복수의 열방사부들은 금속 기재의 표면에 부착될 수 있다. 게다가, 각각의 부착된 열방사부들은 제 2 금속 재료를 산화시킴으로써 얻어진 산화물을 포함하고, 열방사부들의 각각의 표면에 제 2 금속 재료를 산화시킴으로써 얻어진 산화물이 노출될 수 있다.

＜제 2 제조 방법＞

제 2 제조 방법에 따라, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 금속 기재 위에 접촉 또는 비접촉 상태로 메시가 배치된다. 그 다음, 메시가 배치되는 금속 기재의 표면에, 제 1 금속 재료와는 상이한 제 2 금속 재료로 이루어진 금속 입자들이 용사된다. 따라서, 금속 기재의 표면에 분산하도록 분리되는 복수의 금속 입자군들은 금속 기재의 표면에 부착될 수 있다.

게다가, 용사된 금속 입자들 (금속 입자군들) 을 산화시킴으로써, 용사된 금속 입자들 (금속 입자군들) 의 표면이 산화되는 열방사부는 금속 기재의 표면에 형성된다. 이와 같은 결과로서, 각각의 부착된 금속 입자군들이 산화되므로, 표층에서 제 2 금속 재료가 산화되는 산화층이 복사 재료로서 열방사부의 표층에 형성될 수 있다.

＜제 3 제조 방법＞

제 3 제조 방법에 따라, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 아크 이온 도금 (AIP) 에 의한 성막 장치를 이용함으로써 열방사 부재가 제조된다. 구체적으로는, 먼저, 제 1 금속 재료로 이루어진 금속 기재와 제 2 금속으로 이루어진 타겟 (캐소드) 가 성막 장치 내에 배치된다. 이 경우에, 상이한 금속들로 이루어진 복수의 타겟들이 배치될 수도 있다.

그 후, 성막 장치 내에, 질소 등과 같은 캐리어 가스가 도입되고, 금속 기재에 바이어스 전압이 인가되는 때에, 아크를 방전시키기 위해 애노드와 캐소드 사이에 전압이 인가된다. 아크는 타겟에서 조사되고, 타겟은 금속 입자들을 방출하며, 방출된 금속 입자들은 금속 기재의 표면에 분산하도록 부착된다.

따라서, 제 2 금속 재료로 이루어진 금속 입자들은 금속 기재의 표면에 부착되므로, 금속 기재의 표면에 분산하도록 분리되는 복수의 금속 입자군들은 금속 기재의 표면에 용이하게 부착될 수 있다.

게다가, 부착된 금속 입자들 (금속 입자군들) 을 산화시킴으로써, 부착된 금속 입자들 (금속 입자군들) 의 표면이 산화되는 열방사부가 금속 기재의 표면에 형성된다. 이와 같은 결과로서, 각각의 부착된 금속 입자군들이 산화되므로, 표층에서 제 2 금속 재료가 산화되는 산화층이 복사 재료로서 열방사부의 표층에 형성될 수 있다. 부수적으로, 제 3 제조 방법에 따라, 아크 이온 도금을 이용하여 열방사 부재가 제조된다. 하지만, 스퍼터링법을 이용함으로써, 열방사 부재가 제조될 수도 있다.

이하에, 본 실시형태가 실시예들을 참조하여 설명될 것이다.

(실시예 1)

전술한 제 1 제조 방법에 따라, 열방사 부재가 제작됐다. 구체적으로는, 이하의 표 2 에 나타내었고 또한 27.2㎛ 의 평균 입경을 갖는 페로망간 (금속 M) 에 대해, 이하의 표 3 에 나타내었고 또한 27.3㎛ 의 평균 입경을 갖는 페로망간이 제조되는 때에 발생되는 25질량%의 산화물 (M 산화물) 및 유기 바인더로서 물에 용해함으로써 얻어진 2질량%의 패스티 (pasty) 폴리비닐알코올이 혼합되어, 니딩 조립법에 의해, 76.9㎛ 의 평균 입경을 갖는 조립 입자들이 제작됐다. 조립 입자들의 현미경 사진은 도 7a 에 나타냈다.

다음으로, 숏 블라스팅 (shot blasting) 에 의해 표면이 거칠어진 금속 기재 (JIS 규격: SUS 444: 40 ㎜ × 40 ㎜, 두께: 2 ㎜) 위에, 메시 (JIS 규격: SUS 304: φ 0.25 × 100 × 100 mm, 30 메시/인치) 가 고정됐다. 그 위에, 조립 분말이 플라즈마 용사 (조건: 전류값 450 A, 아르곤 가스 유량 30 L/분, 수소 유량 5 L/분, 용사 거리 150 ㎜) 에 의해 막두께가 100㎛ 가 되도록 부착됐다. 그 후, 메시는 금속 기재로부터 제거됐고, 열방사 부재는 제작됐다.

(비교예)

실시예 1 과 동일한 방식으로, 열방사 부재가 제작됐다. 실시예 1 과 상이한 점은, 금속 기재 위에 메시를 배치하지 않으면서, 플라즈마 용사에 의해 막두께가 100㎛ 이하가 되도록 조립 분말이 부착된다는 점이였다.

<현미경 관찰>

실시예 1 에 따른 열방사 부재의 표면 및 단면이 현미경으로 관찰됐다. 그 결과들은 도 7b 및 도 7c 에 나타냈다. 도 7b 는 실시예 1 에 따른 열방사 부재의 표면의 사진이고, 도 7c 는 실시예 1에 따른 열방사 부재의 단면 사진이다.

<적외선 방사율의 측정>

실시예 1 및 비교예에 따른 열방사 부재들의 각각의 적외선 방사율은 JIS R 1801 에 따른 "FT－IR 에 의한 적분구를 사용한 간접 측정법" 에 따라 측정되었다. 구체적으로는, 도 6a 에 나타낸 바와 같이, 76 ㎜ 의 반경을 갖는 적분구의 24 ㎜ 의 직경을 갖는 개구부에서, 시료로서 열방사 부재가 배치됐다. 그 후, 10 ㎜ 의 직경을 갖는 디스크 형상의 변환 거울이 회전됐고, 16 ㎜ 의 직경을 갖는 슬릿으로부터 적외선이 조사됐으며, 검출기에 의해 검출된 적외선으로부터 열방사 부재의 적외선 방사율이 측정됐다. 그 결과들은 도 6b 에 나타냈다.

<결과>

도 7b 및 도 7c 에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 에 따른 열방사 부재에서, 페로망간 및 그 산화물로 이루어진 복수의 열방사부들은 금속 기재의 표면에 분산하면서 금속 기재의 표면에 분리되어 부착되었다. 게다가, 도 8b 에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 에 따른 열방사 부재는 금속 기재의 표면에 대해 페로망간 및 그 산화물의 비율이 낮음에도 불구하고 비교예와 동등한 방사율을 가진다.

(실시예 2)

전술한 제 2 제조 방법에 따라, 열방사 부재가 제작됐다. 구체적으로는, 숏 블라스팅에 의해 표면이 거칠어진 금속 기재 (JIS 규격: SUS 444: 40㎜ × 40㎜, 두께: 2 ㎜) 위에, 메시 (JIS 규격: SUS 304: φ 0.25 × 100 × 100㎜, 30 메시/인치) 가 고정됐다. 그 위에, 표 2 에 나타낸 실시예 1 에 사용된 페로망간 입자들이 플라즈마 용사에 의해 막두께 100㎛ 가 되도록 부착됐다. 그 후, 메시가 금속 기재로부터 제거됐다. 다음으로, 플라즈마 용사된 금속 기재가 대기의 조건 하에서 그리고 800℃ 의 조건 하에서 산화되도록 1 시간동안 가열됐고, 이로 인해 부착된 페로망간 입자군들의 표면에 산화층이 형성됐다. 도 9a 및 도 9b 는 실시예 2 에 따른 열방사 부재들의 단면 사진들을 나타내는 도면들이고, 도 9a 는 산화 처리 전의 열방사 부재의 단면 사진이고, 도 9b 는 산화 처리 후의 열방사사부재의 단면 사진이다.

실시예 1 과 동일한 방식으로, 실시예 2 에 따른 열방사 부재에서, 페로망간 및 그 산화물로 이루어진 복수의 열방사부들이 금속 기재의 표면에 분산하면서 금속 기재의 표면에 분리되어 부착됐다. 게다가, 열방사부의 표면에, 도 9b 에 나타낸 바와 같이 산화층이 형성되었다.

(실시예 3)

전술한 제 3 제조 방법에 따라, 열방사 부재가 제작됐다. 구체적으로는, 숏 블라스팅에 의해 표면이 거칠어진 금속 기재 (JIS 규격: SUS 444: 40㎜ × 40㎜, 두께: 2 ㎜) 가 아크 이온 도금 장치 내에 배치됐고, 실시예 1 과 동일한 성분을 갖는 페로망간이 배치됐다. 그 후, 2 × 10^-3 Pa 의 챔버 내의 진공, 200℃ 의 기재 온도 (히터 온도), 150A 의 아크 전원의 전류값, 및 500V 의 바이어스 전압의 조건하에서, 금속 기재의 페로망간 입자들 (액적들) 이 분산되도록, 페로망간 입자들이 부착됐다.

실시예 2 와 동일한 방식으로, 금속 기재는 대기의 조건 및 800℃ 의 조건 하에서 산화되도록 1 시간 동안 가열됐고, 부착된 페로망간 입자군들의 표면에 산화층이 형성됐다. 도 10 은 실시예 3 에 따른 열방사 부재의 표면의 사진이다. 도 10 에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 과 동일한 방식으로, 실시예 3 에 따른 열방사 부재에, 페로망간 및 그 산화물로 이루어진 복수의 열방사부들이 금속 기재의 표면에 분산하면서 금속 기재의 표면에 분리되어 부착됐다. 게다가, 열방사부의 표층에는, 산화층이 형성됐다.

위에서는, 본 발명의 실시형태들이 상세하게 설명됐지만, 본 발명은 실시형태들에 한정되지 않고, 청구 범위에 기재된 본 발명의 요지에서 벗어나지 않으면서, 다양한 설계 수정들이 적용될 수 있다.

예를 들어, 실시형태에서는, 디스크 형태의 열방사부들이 균일하게 분산된다. 하지만, 열방사부들이 열방사 (적외방사) 를 실시할 수 있는 한, 그 형상은 특정하게 한정되지 않고, 또한 균일하게 분산되지 않을 수도 있다.

Claims (7)

1. 제 1 금속 재료로 이루어진 금속 기재 (2) 에 메시를 배치하는 단계; 및
   상기 메시가 배치되는 상기 금속 기재의 표면에 상기 제 1 금속 재료와는 상이한 복수 종들의 금속들을 포함하는 제 2 금속 재료로 이루어진 입자들 및 상기 제 2 금속 재료의 산화물로 이루어진 입자들로부터 조립된 조립 입자들을 용사 (spraying) 함으로써, 상기 금속 기재의 표면에 조립 입자들로 이루어진 열방사부 (3) 를 형성하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열방사 부재의 제조 방법.
2. 제 1 금속 재료로 이루어진 금속 기재 (2) 에 메시를 배치하는 단계;
   상기 메시가 배치되는 상기 금속 기재의 표면에 상기 제 1 금속 재료와는 상이한 복수 종들의 금속들을 포함하는 제 2 금속 재료로 이루어진 금속 입자들을 용사하는 단계; 및
   용사된 상기 금속 입자들을 산화시킴으로써, 용사된 상기 금속 입자들의 표면이 산화된 열방사부 (3) 를 상기 금속 기재의 표면에 형성하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열방사 부재의 제조 방법.
3. 제 1 금속 재료로 이루어진 금속 기재에 바이어스 전압을 인가함으로써, 상기 제 1 금속 재료와는 상이한 복수 종들의 금속들을 포함하는 제 2 금속 재료로 이루어진 타겟으로부터 방출된 금속 입자들을 상기 금속 기재 (2) 의 표면에 분산하도록 부착시키는 단계; 및
   부착된 상기 금속 입자들을 산화시킴으로써, 부착된 상기 금속 입자들이 산화되는 열방사부 (3) 를 상기 금속 기재의 표면에 형성하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열방사 부재의 제조 방법.
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