KR101853110B1 - 고융점 금속 코팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Mo, Ta 등의 고융점 금속의 코팅 방법으로서, 고융점 금속 분말을 상기 고융점 금속의 취성 천이 온도인 600℃ 이상으로 예열하여 저온 스프레이 코팅하는 단계를 포함하는 고융점 금속의 코팅 방법을 제공한다.

Description

고융점 금속 코팅 방법 {METHOD FOR COATING WITH METALS HAVING HIGH MELTING TEMPERATURE}

본 발명은 고융점 금속의 코팅 방법에 관한 것으로서, 특히 타겟의 전극 등으로 널리 사용되는 Mo의 코팅 방법에 관한 것이다.

고융점 금속인 Mo, Ta, W, Nb은 융점이 2500℃ 이상인 금속으로서 고온 강도가 높은 것이 특징이며, 고온 부품에 주로 사용된다.

이러한 고융점 금속의 코팅 방법으로는 진공 증착이 주로 사용된다. 그러나, 진공 증착은 진공 챔버를 요구하므로 피사체의 크기가 제약될 뿐만 아니라, 코팅 두께도 수 마이크로미터 이하로 제한되는 문제점이 있다.

플라즈마 용사 방법으로는 고융점 금속을 용해하여 수십 내지 수백 마이크로미터 코팅이 용이하게 가능하나, 대기 중에서 코팅 시 고융점 금속은 모두 산화가 급속히 발생하여 코팅 층은 무수한 산화물을 보유하여, 고융점 금속의 특유 물성을 상실하게 된다. 따라서 고융점 금속을 코팅 시는 진공 플라즈마 공법을 사용한다. 그러나 이러한 진공 플라즈마 공법은 진공 증착과 마찬가지로 피사체 크기가 제한될 뿐만 아니라, 진공 장비 등으로 코팅 공정 비용은 매우 상승하게 되어 부품 적용은 고가 코팅이 가능한 부품으로 한정되게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고융점 금속을 대기 중에서 저온 스프레이 코팅 기술을 사용하여 수십 마이크로미터에서 수 밀리미터까지 용이하게 코팅하는 방법을 제공한다.

위 목적을 달성하기 위하여 본원 발명에서는, 고융점 금속 분말을 상기 고융점 금속의 취성 천이 온도인 600℃ 이상으로 예열하여 저온 스프레이 코팅하는 단계를 포함하는 고융점 금속의 코팅 방법을 제공한다.

본원 발명의 일 실시예에 따르면, 고융점 금속은 Ta, Mo, Nb 및 W 중에서 선택되며, 고융점 금속 분말의 입도는 바람직하게는 5~45 마이크로미터, 더욱 바람직하게는 5~25 마이크로미터 이다.

본원 발명의 일 실시예에 따르면, 저온 스프레이 코팅 시 헬륨 또는 질소 가스가 사용된다.

저온 스프레이 코팅 (low temperature spray coating)은 코팅 소재를 용융시키지 않고 순수한 고상 상태의 공정을 통하여 실시되는 코팅 기술로서, 압축·팽창으로 생기는 초음속 기체 기류를 이용하여 분말이 코팅 대상물에 충돌할 때 발생하는 에너지에 의해 점착되면서 코팅되는 기술이다. 저온 스프레이 코팅은 코팅용 분말을 가열해 코팅하는 기존 방식과 달리 상온에서 코팅이 가능해져 소재의 변형·변질등을 크게 향상시켜 자동차·항공·선박·반도체 부품의 수명과 성능을 획기적으로 개선할 수 있다. 특히 플라스틱처럼 열에 약한 소재나 산화하기 쉬운 알루미늄·구리 복합재 등 기존 고온 방식의 코팅을 적용하기 어려운 소재에도 사용할 수 있는 기술이다. 본원 발명에서 코팅 방법으로는 바람직하게는 대한민국 특허 등록 제 10-515608호에 기재된 저온 스프레이 장치 및 코팅 공정이 이용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

저온 스프레이 코팅 공정 사용 시 Mo와 같은 고융점 금속은 상온에서 연성이 거의 없으므로 저온 스프레이 코팅이 거의 불가능하다. 그러나 본원 발명에서는 저온 스프레이 코팅 시, 고융점 금속 분말의 예열을 취성 천이 온도 (Nil Ductility Transition Temperature, NDT Temperature) 이상으로 하여 고융점 금속의 연성을 상승시킴으로써 고융점 금속의 코팅이 가능하도록 하였다.

통상적인 스틸의 취성천이 온도는 영하이나, 고융점 금속의 취성천이 온도가 수백도, 통상적으로는 600℃ 이상에 이르게 된다. 따라서 저온 스프레이 코팅 시 구리나 니켈 등의 코팅 시에 사용하는 200~500℃의 분말 예열 온도는 고융점 금속의 코팅에는 불충분하다. 따라서 본원 발명에서는 저온 스프레이 코팅 시 고융점 금속을 취성천이 온도인 600℃ 이상으로 분말을 예열하여 코팅한다. 또한, 사용하는 분말 크기도 통상적인 5~100 마이크로미터의 입도를 가진 분말을 사용하는 것이 아니라, 5~45 마이크로미터의 입도, 가장 바람직하게는 5~25 마이크로미터의 분말 입도를 사용한다.

본원 발명에 따르면 Mo, Ta, W, Nb과 같은 고융점 금속의 코팅이 가능하다.

도 1은 본원 발명의 일 실시예에서 사용된 저온 스프레이 코팅 장치 모식도이며,
도 2는 본원 발명의 일 실시예에 따른 Ta 코팅 단면 조직 사진이며, 그리고
도 3은 본원 발명의 일 실시예에 따른 Mo 코팅 단면 조직 사진이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 고융점 금속의 코팅 방법에 대하여 설명하기로 한다.

<실시예 및 비교예>

이하의 본원 발명에 따른 실시예 및 종래 기술에 따른 비교예에서는 대한민국 특허 등록 제 10-515608호에 기재된 저온 스프레이 장치 및 코팅 공정이 이용되었다. (도 1 참조)

사용된 피사체 모재는 SS41 (일반 저탄소강)를 사용하였고, 두께 5 밀리미터를 브레스팅 처리 후 용사코팅을 실시하였다. 사용된 코팅 소재는 표 1에서 보이는 바와 같은 판매되어 사용되는 고융점 분말로서 사용된 두 종류 모두 입도는 45 마이크로미터 이하이다. 저온 스프레이 공정은 통상적인 분말 예열 조건에 취성 천이 온도 이상으로 판단되는 온도 이상에서 실시하였다.

표 3과 도 2~3도에서 보이는 바와 같이 저온 스프레이 공정 시 Ta, Mo과 같은 고융점 금속은 각 금속의 취성 천이 온도 이상인 600℃이상으로 분말 예열을 해야 코팅이 가능함을 알 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 고융점 금속 분말을 상기 고융점 금속의 취성 천이 온도인 600℃ 이상으로 예열하여 저온 스프레이 코팅하는 단계를 포함하고,
   상기 고융점 금속 분말은 Ta, Mo, Nb 및 W 성분 중 1종을 포함하며,
   상기 고융점 금속 분말 100중량%에 대한 상기 성분의 중량은 99중량% 이상인 고융점 금속의 코팅 방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 고융점 금속 분말의 입도는 5~45 마이크로미터 임을 특징으로 하는 고융점 금속의 코팅 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 고융점 금속 분말의 입도는 5~25 마이크로미터 임을 특징으로 하는 고융점 금속의 코팅 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 저온 스프레이 코팅 시 헬륨 또는 질소 가스가 사용됨을 특징으로 하는 고융점 금속의 코팅 방법.

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