KR101821760B1

KR101821760B1 - 초고경도 특성이 있는 Fe-Cr-Ni-B계 아크용사용 조성물 및 이를 이용한 아크용사용 와이어

Info

Publication number: KR101821760B1
Application number: KR1020170148795A
Authority: KR
Inventors: 김병두
Original assignee: (주)한국코팅
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2018-01-29

Abstract

본 발명은 Fe-Cr-Ni-B를 이용하면서도 약 1,300 이상을 갖는 초고경도의 용사코팅 피막층 형성이 가능한 아크용사용 조성물 및 이를 이용한 아크용사용 와이어에 관한 것이다.
본 발명은 Cr 7~13 중량%, Ni 5~10 중량%, B 5~9 중량%, 불가피하게 첨가되는 원소들을 제외한 나머지 성분이 Fe인 것을 특징으로 한다.

Description

초고경도 특성이 있는 Fe-Cr-Ni-B계 아크용사용 조성물 및 이를 이용한 아크용사용 와이어{Fe-Cr-Ni-B Based on the Wire for the Arc Thermal Spray with Ultra High Hardness Property}

본 발명은 Fe-Cr-Ni-B를 이용하면서도 약 1,300 이상을 갖는 초고경도의 용사코팅 피막층 형성이 가능한 아크용사용 조성물 및 이를 이용한 아크용사용 와이어에 관한 것이다.

종래에는 발전설비, 자동차, 선박, 플랜트, 건설기계 등에서 뛰어난 내마모성을 요구되는 부품의 표면에 열처리, 질화, 크롬도금, 용사코팅 기술이 적용되었다. 이 중에 용사 코팅기술은 기존 기술에 비교하여 매우 높은 경도 특성을 나타내기 때문에 중요 부품에 많이 사용하고 있었다. 종래의 고경도 특성을 갖는 Fe계 아크용사 와이어는 US4255189, US5030519, KR1020020075179 등과 같이 Fe계 합금을 비정질화함으로써 경도를 향상시키는 기술이었다. 이러한 종래의 Fe계 비정질 합금의 용사코팅 와이어는 미세경도(Hv)가 약 1,000 정도로 한계를 나타내고 있었다. 특히, 선행특허 KR100682234 Fe-B-Cr-Ni-Mn-Si-Mo계 변성합금 용사피막 처리된 미분탄발전소 보일러 수관의 경우에서도 용사코팅 피막층의 미세경도(Hv)는 900~1,100이다.

종래의 비정질합금 및 변성합금의 경우 높은 미세경도를 나타내고 있지만, 내마모용도로 주로 사용되고 있는 초경합금의 미세경도(Hv) 1,300와 비교하면 경도특성이 떨어지는 단점을 갖고 있다. 미세경도가 초경합금과 동등한 성능을 갖는 Fe-Cr-Ni-B계 합금이 개발된 바가 없었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 Fe-Cr-Ni-B를 이용하면서도 약 1,300 이상의 초고경도의 용사코팅 피막층 형성이 가능한 아크용사용 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 해결과제는 연질의 외피에 감싸여 있으면서 아크용사 중에 아크열에 의하여 용융되면서 내마모를 요하는 부품 표면에 용사, 부착되어 약 1,300 이상의 초고경도 피막을 형성할 수 있는 아크용사용 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 초고경도 특성이 있는 Fe-Cr-Ni-B계 아크용사용 조성물은 Cr 7~13 중량%, Ni 5~10 중량%, B 5~9 중량%, 불가피하게 첨가되는 원소들을 제외한 나머지 성분이 Fe인 것을 특징으로 한다.

또한, 발명의 아크용사용 와이어는 Fe-Cr-Ni-B계 조성물을 냉간 압연 스테인리스 강판(STS316) 외피로 감싸서 제조된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 초고경도 특성이 있는 Fe-Cr-Ni-B계 아크용사용 와이어로 피막처리하면 미세경도(Hv)가 1,300 이상이므로 발전설비, 자동차, 선박, 플랜트, 건설기계 부품의 내마모성을 향상시킬 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기존의 고경도의 Fe계 비정질합금의 미세경도(Hv) 약 1,000을 초과하는 약 1,300 이상을 갖는 초고경도의 용사코팅 피막층 형성이 가능한 Fe-Cr-Ni-B계 아크용사용 와이어를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 초고경도 특성이 있는 Fe-Cr-Ni-B계 아크용사용 와이어 단면 사진
도 2는 본 발명에 따른 초고경도 특성이 있는 Fe-Cr-Ni-B계 아크용사용 와이어로 피막처리된 코팅층의 단면 사진

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.

본 발명에 따른 초고경도 특성이 있는 Fe-Cr-Ni-B계 아크용사용 와이어는 Cr 7~13 중량%, Ni 5~10 중량%, B 5~9 중량%, 나머지 잔량으로 Fe를 포함한다.

Fe(철)은 기재(matrix)를 이루는 성분으로서, 다른 성분들의 함량에 따라 잔량으로 혼합된다.

Cr(크롬)은 Cr-Fe-B 화합물의 비정질형 성능을 향상시키면서 합금 표면에 Cr₂O₃와 FeOCr₂O₃ 등과 같은 내산화성인 크롬 화합물을 형성하여 Fe의 산화물 생성을 억제하여 변성합금의 내산화성을 확보하는 역할을 한다. 이러한 크롬은 전체중량에 대하여 7~13중량%로 혼합된다. 크롬 함량이 7중량% 미만이면 초고경도 성능을 기대 13중량% 초과이면 금속간 화합물이 생성되어 경도증가의 한계가 발생되는 문제가 있다.

Ni(니켈)은 철이 α-Fe 형성하는 것을 방해하여 비정질상 형성을 도와주는 역할을 한다. 니켈은 합금용 조성물 전체 중량의 5~10중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. Ni 함량이 5중량% 미만이면 용사 피막층의 접착성이 떨어지게 되고, 10중량% 초과이면 Fe, Cr과 반응하여 Fe-Cr-Ni 금속간 화합물을 만들어 피막층의 기계적 특성을 저하되는 문제가 있어 Ni 의 상한 함량을 10 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

B(붕소)는 침입형 원소로서 Fe-Cr-Ni 금속간 화합물에 침입하여 새로운 화합물을 형성하고, 초고경도 특성에 가장 크게 기여한다. 붕소는 전체중량을 기준으로 5~9중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. B가 5중량% 미만으로 함유되면 Fe-Cr-Ni 금속간 화합물 생성을 억제하는 효과가 떨어지고, 9중량%를 초과하게 되면 합금의 취성이 급격히 증가하여 용사 피막층의 접착 및 기계적 특성이 저하될 수 있다. 이때, B는 페로붕소(KS D 3726, FBH1)를 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 본원발명의 Fe-Cr-Ni-B계 아크용사용 조성물(2)은 도 1과 같이 외피(1)에 감싸서 아크용사용 와이어로 사용된다. 이때, 외피(1)는 연신율이 높은 냉간 압연 스테인리스 강판(KS D 3698, STS 316L)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 아크용사용 와이어에 충진되는 조성물은 약 20~40중량%로 충진시키는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명의 Fe-Cr-Ni-B계 아크용사용 조성물은 부착피막층의 비커스 경도가 약 1,300Hv 이상인 초고경도 피막을 얻을 수 있다.

<실시예>

이하에서는, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 설명한다.

1. 시료의 제작

본 발명의 특징을 설명하기 위하여, 아래 표 1에 기재한 바와 같이, Fe, Cr, Ni, B 성분의 아크용사용 조성물을 제작하였다. 이때, 비교예로 한국 등록특허 제10-0682234호에 사용된 성분으로 조성물을 제작하였다. 아래 표 1에서 숫자는 각 성분의 함량비(중량%)를 나타낸다.

시료 성분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예1
Fe	Balance	Balance	Balance	Balance	Balance	Balance
Cr	10.24	10.54	12.52	10.95	13.00	22.01
Ni	7.65	7.62	6.88	7.25	6.11	2.25
B	5.84	6.68	5.84	4.25	8.44	2.03
Mn	-	-	-	-	-	1.05
Si	-	-	-	-	-	1.12
Mo	-	-	-	-	-	0.45

2. 경도측정

표 1의 실시예 및 비교예의 조성물을 이용하여 보일러 수관의 표면에 용사코팅처리를 하여 보호 코팅층을 형성하였다. 이 보호 코팅층의 미세조직 영상을 도 2에 나타내었으며, 보호 코팅층에 대하여 비커스 경도를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

시료 횟수	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예1
1	1,395	1,339	1,283	1,268	1,448	945
2	1,284	1,413	1,413	1,448	1,298	1064
3	1,310	1,345	1,466	1,378	1,466	1048
4	1,448	1,313	1,362	1,298	1,504	1080
5	1,310	1,362	1,329	1,485	1,298	1032
평균	1,349.40	1,304.40	1,370.60	1,375.40	1,402.80	1,033.80

도 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 보호 코팅층은 보호 코팅층 전체에 비정질 조직의 형태로 잘 코팅되어 있는 것을 확인할 수 있다.

또한 표 2에 나타난 바와 같이, 비교예의 경우 평균 1,033Hv의 경도를 갖지만, 본 발명은 실시예 1~5는 평균 1,349.40~1,402.80Hv의 초고경도의 특성을 갖는 획기적인 결과를 갖는 것을 확인할 수 있었다.

Claims

Cr 7~13 중량%, Ni 5~10 중량%, B 5~9 중량%, 불가피하게 첨가되는 원소들을 제외한 나머지 성분이 Fe인 것을 특징으로 하는 Fe-Cr-Ni-B계 아크용사용 조성물.
청구항 1에 있어서, Fe-Cr-Ni-B계 아크용사용 조성물로 용사코팅된 피막의 미세경도는 1,300~1,500Hv인 것을 특징으로 하는 Fe-Cr-Ni-B계 아크용사용 조성물.
청구항 1의 Fe-Cr-Ni-B계 아크용사용 조성물을 냉간 압연 스테인리스 강판(STS316) 외피로 감싸서 제조된 아크용사용 와이어.
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