KR101909841B1 - 용사용 분말의 제조 방법, 용사용 분말의 제조 장치, 및 해당 제조 방법에 의해 제조된 용사용 분말 - Google Patents

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다이지 도리고에
이치로 나가노
요시후미 오카지마
이쿠오 오카다
마사히코 메가
요시타카 우에무라
나오토시 오카야
슈스케 사쿠마
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미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

용사용 분말의 제조 방법은, 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 제 1 입자, 및 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 제 2 입자를 포함하며, 0㎛ 초과 10㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는 혼합 분말을 준비하는 준비 공정(S1)과, 서로 소결된 상기 제 1 입자 및 상기 제 2 입자를 각각 포함하는 복수의 2차 입자를 제작하는 2차 입자 제작 공정(S2)을 구비한다.

Description

용사용 분말의 제조 방법, 용사용 분말의 제조 장치, 및 해당 제조 방법에 의해 제조된 용사용 분말{METHOD FOR PRODUCING POWDER FOR THERMAL SPRAY, APPARATUS FOR PRODUCING POWDER FOR THERMAL SPRAY, AND POWDER FOR THERMAL SPRAY PRODUCED BY SAID PRODUCTION METHOD}
본 개시는 용사용 분말의 제조 방법, 용사용 분말의 제조 장치, 해당 제조 방법에 의해 제조된 용사용 분말, 차열 코팅으로 피복된 고온 부품, 및 해당 고온 부품을 구비하는 가스 터빈에 관한 것이다.
종래부터, 에너지 절약 대책 중 하나로서, 화력 발전의 열효율을 높이기 위한 기술 개발이 실행되고 있다. 발전용 가스 터빈의 열효율을 향상시키기 위해서는, 가스 입구 온도를 상승시키는 것이 유효하다.
가스 입구 온도의 고온화를 실현하기 위해서는, 가스 터빈을 구성하는 정익이나 동익, 혹은 연소기의 벽재 등을 내열 부재로 구성할 필요가 있다. 정익이나 동익의 재료는 내열 금속이지만, 그런데도 이러한 고온에는 견딜 수 없기 때문에, 내열 금속에 의해 구성되는 기재 상에, 차열 코팅(TBC: Thermal Barrier Coating)이 형성된다.
차열 코팅은 기재 상에 순차 적층되는 금속 결합층과 세라믹스층에 의해 구성된다. 세라믹스층은 용사 등에 의해 금속 결합층 상에 형성되며, 그 재료로서는, ZrO2계의 재료, 특히 Y2O3에서 부분 안정화 또는 완전 안정화된 ZrO2인 YSZ(산화이트륨 안정화 산화지르코늄)가 세라믹스 재료 중에서는 비교적 낮은 열전도율과 비교적 높은 열팽창율을 갖고 있기 때문에 자주 이용되고 있다.
최근, 가스 입구 온도가 1600℃를 초과하는 가스 터빈이 개발되고 있다. YSZ에 의해 구성되는 세라믹스층을 포함하는 차열 코팅에 의해 동익이나 정익 등을 피복한 경우, 1600℃을 초과하는 가혹한 운전 조건 하에서는, 가스 터빈의 운전 중에 세라믹스층의 일부가 박리되어, 내열성이 손상될 우려가 있었다.
또한, 최근, 보다 열효율이 높은 가스 터빈의 개발이 진행되고 있으며, 가스 입구 온도가 1700℃에 달하는 가스 터빈의 개발도 진행되고 있다. 이 경우, 정익이나 동익의 표면 온도는 1300℃의 고온이 되는 것이 예상된다. 따라서, 차열 코팅에는 더욱 높은 내열성 및 차열성이 요구되는 상황이다.
YSZ에 의해 구성되는 세라믹스층의 박리의 문제는, 고온 환경 하에서의 YSZ의 결정 안정성이 충분하지 않고, 또한 YSZ가 큰 열응력에 대해 충분한 내구성을 갖고 있지 않은 것에 의한 것이다. 그 때문에, 고온 환경 하에서의 결정 안정성이 뛰어나고, 높은 열내구성을 갖는 세라믹스층으로서, 예컨대, Yb2O3 첨가 ZrO2(특허문헌 1), Dy2O3 첨가 ZrO2(특허문헌 2), Er2O3 첨가 ZrO2(특허문헌 3), 및 SmYbZr2O7(특허문헌 4) 등이 개발되고 있다.
한편, 세라믹스층의 원재료가 되는 세라믹스 분말은 고가이며, 세라믹스층의 형성에 따른 제조 비용 저감이 요구된다.
그래서, 특허문헌 5는, 대상물을 향해 용사된 세라믹스 용사분 중 대상물에 부착되지 않은 세라믹스 용사분의 재이용 방법을 개시하고 있다. 해당 재이용 방법은 대상물에 부착되지 않은 세라믹스 용사분을 포함하는 분(紛)을 회수분으로서 회수하는 비부착 입자 회수 공정과, 회수분을, 예컨대 분급에 의해, 금속 용사분을 포함하는 금속 회수분과 세라믹스 용사분을 포함하는 세라믹스 회수분으로 분리하는 분리 공정과, 분리 공정으로 얻어진 세라믹스 회수분을 용사분으로 하여, 새로운 대상물에 용사하는 용사분 재이용 공정을 갖는다.
종래, 대상물에 부착되지 않은 세라믹스 용사분은 폐기 처분되고 있었지만, 특허문헌 5가 개시하는 재이용 방법에 의하면, 대상물에 부착되지 않은 세라믹스 용사분을 재이용함으로써, 폐기 처분되는 세라믹스 용사분이 감소된다. 그 결과, 신규로 구입하는 신품의 세라믹스 용사분을 줄일 수 있으므로, 세라믹스 용사분의 재이용에 드는 비용을 고려해도, 세라믹스층의 형성에 드는 제조 비용이 저감된다.
일본 특허 공개 제 2003-160852 호 공보 일본 특허 공개 제 2001-348655 호 공보 일본 특허 공개 제 2003-129210 호 공보 일본 특허 공개 제 2007-270245 호 공보 일본 특허 공개 제 2012-17486 호 공보
상술한 바와 같이, ZrO2에 안정화제로서 첨가되는 희토류 산화물에는 몇 가지 종류가 있다. 이 때문에, 용사 설비에서 회수된 회수분에도, 복수 종류의 세라믹스분이 섞이는 경우가 있다.
이러한 케이스로서, 예컨대, YSZ와 Yb2O3 첨가 ZrO2(이하, YbSZ라고도 칭함)가 회수분 내에 혼재되는 경우가 있다. YSZ와 YbSZ의 분리는 이들의 밀도가 가깝기 때문에 곤란하며, 특허문헌 5가 개시하는 재이용법을 적용했다고 해도, 재이용되는 세라믹스 용사분에서, YSZ와 YbSZ가 혼재되게 된다.
특허문헌 1에 의하면, YbSZ에 의해 구성되는 세라믹스층은 높은 내열성과 차열성을 갖는다. 이 때문에, 본 발명자 등은 YSZ와 YbSZ가 혼재되는 세라믹스 용사분을 이용했다고 해도, 얻어지는 세라믹스층이 높은 내열성과 차열성을 갖는 것을 기대하고 있었다.
그렇지만, 본 발명자 등이, 특허문헌 5가 개시하는 재이용법에 의해 얻어진 YSZ와 YbSZ가 혼재되는 세라믹스 용사분을 이용하여 실제로 세라믹스층을 형성하고, 평가한 바, 세라믹스층의 열사이클 특성이 종래의 YSZ에 의해 구성되는 세라믹스층보다 저하되는 것이 명확해졌다. 이 때문에, 회수분에서 첨가제로서 복수 종류의 희토류 산화물이 혼재되는 경우에는, 특허문헌 5의 재이용법에 대해 개량을 실행할 필요가 있는 것이 명확해졌다.
상기 사정을 감안하여, 본 발명의 적어도 일 실시형태는, 첨가제로서 복수 종류의 희토류 산화물이 혼재되면서, 얻어지는 세라믹스층이 양호한 열사이클 특성을 갖는 용사용 분말의 제조 방법, 용사용 분말의 제조 장치, 용사용 분말, 차열 코팅으로 피복된 고온 부품, 및 해당 고온 부품을 구비하는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자 등은, 상기 목적을 달성하기 위해 여러 가지 검토를 거듭한 결과, 첨가제로서 복수 종류의 희토류 산화물이 혼재되어 있는 회수분을 이용하여 세라믹스층을 작성한 경우, 서로 다른 희토류 산화물을 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스 입자가 충분히 혼합되지 않아, 특정 희토류 산화물을 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 비교적 큰 덩어리가 발생하여, 해당 덩어리의 경계에서 균열이 발생 또는 진전하기 쉽다는 지견을 얻었다. 그리고, 본 발명자들은, 첨가제로서 복수 종류의 희토류 산화물이 혼재되어 있어도, 용사의 단계에서 산화지르코늄계 세라믹스의 입자가 미세하며 또한 분산되어 있으면, 얻어지는 세라믹스층에서 특정의 희토류 산화물을 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 큰 덩어리가 발생하는 것이 억제되어, 결과적으로, 덩어리의 경계에서의 균열의 발생이나 진전이 억제되는 것을 발견하고, 본 발명을 고안했다.
(1) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 용사용 분말의 제조 방법은, 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 제 1 입자, 및 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 제 2 입자를 포함하며, 0㎛ 초과 10㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는 혼합 분말을 준비하는 준비 공정과,
서로 소결된 상기 제 1 입자 및 상기 제 2 입자를 각각 포함하는 복수의 2차 입자를 제작하는 2차 입자 제작 공정을 구비한다.
상기 구성 (1)에 의하면, 혼합 분말에 포함되는 제 1 입자 및 제 2 입자의 각각이 0㎛ 초과 10㎛ 이하의 10% 적산 입경을 가지므로, 각 2차 입자에서, 제 1 입자와 제 2 입자가 미세하게 분산된 상태로 혼재된다. 이 때문에, 2차 입자를 용사하여 얻어지는 세라믹스층에서, 제 1 첨가제 및 제 2 첨가제 중 한쪽만을 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 큰 덩어리가 발생하는 것이 억제된다. 그 결과, 덩어리의 경계에서의 균열의 발생이나 진전이 억제되므로, 얻어지는 세라믹스층은 양호한 열사이클 특성을 갖는다.
(2) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (1)에 있어서,
상기 제 1 첨가제는 이트륨 산화물이며,
상기 제 2 첨가제는 이테르븀 산화물이다.
이테르븀 산화물을 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스, 즉 YbSZ에 의해 구성되는 세라믹스층은, YSZ에 의해 구성되는 세라믹스층에 비해 뛰어난 내열성을 갖는다. 한편, YbSZ의 입자 및 YSZ의 입자를 포함하는 혼합 분말을 용사하여 얻어지는 세라믹스층에서는, YbSZ의 비교적 큰 덩어리가 발생하고, 해당 덩어리의 경계에서 균열이 발생 또는 진전할 우려가 있었다.
이 점, 상기 구성 (2)에 의하면, 각 2차 입자에서, YbSZ의 입자 및 YSZ의 입자가 미세하게 분산된 상태로 혼재된다. 이 때문에, 2차 입자를 용사하여 얻어지는 세라믹스층에서, YbSZ의 큰 덩어리가 발생하는 것이 억제된다. 그 결과, 덩어리의 경계에서의 균열의 발생이나 진전이 억제되므로, 얻어지는 세라믹스층은 양호한 열사이클 특성을 갖는다.
(3) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (1) 또는 구성 (2)에 있어서,
상기 혼합 분말은 5㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는다.
상기 구성 (3)에 의하면, 제 1 입자 및 제 2 입자의 각각이 5㎛ 이하의 10% 적산 입경을 가지므로, 각 2차 입자에서, 제 1 입자 및 제 2 입자가 보다 미세하게 분산된 상태로 혼재된다.
(4) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (1) 내지 구성 (3) 중 어느 하나에 있어서,
상기 2차 입자 제작 공정은,
상기 제 1 입자 및 상기 제 2 입자를 각각 포함하는 복수의 중간 입자를 스프레이 드라이법에 의해 제작하는 조립(造粒) 공정과,
상기 중간 입자에 열처리를 실시하여, 상기 2차 입자를 얻는 열처리 공정을 포함한다.
상기 구성 (4)에 의하면, 스프레이 드라이법에 의해, 구형의 중간 입자를 용 이하게 제작할 수 있어서, 결과적으로 구형의 2차 입자를 용이하게 얻을 수 있다. 구형의 2차 입자는 양호한 송급성을 갖고 있으며, 용사에 적절하다.
(5) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (1) 내지 구성 (4) 중 어느 하나에 있어서, 용사용 분말의 제조 방법은, 상기 2차 입자 제작 공정으로 얻어진 상기 2차 입자로부터, 20㎛ 이상 150㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는 분말을 얻는 2차 입자 분급 공정을 추가로 구비한다.
상기 구성 (5)에 의하면, 20㎛ 이상의 10% 적산 입경을 갖는 2차 입자의 분말을 용사하는 것에 의해, 얻어지는 세라믹스층이 적당한 기공율을 갖고, 양호한 차열성을 갖는다. 한편, 150㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는 2차 입자의 분말을 용사하는 것에 의해, 적절한 성막 효율이 얻어지므로, 세라믹스층을 비교적 단시간에 형성할 수 있다.
(6) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (1) 내지 구성 (5) 중 어느 하나에 있어서,
상기 준비 공정은,
상기 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 복수의 입자를 용사했을 때에 용사 대상에 부착되지 않은 복수의 제 1 비부착 입자, 및 상기 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 복수의 입자를 용사했을 때에 용사 대상에 부착되지 않은 복수의 제 2 비부착 입자를 회수하는 비부착 입자 회수 공정과,
상기 복수의 제 1 비부착 입자 및 상기 복수의 제 2 비부착 입자를 일괄하여 분쇄하는 분쇄 공정을 포함한다.
상기 구성 (6)에서는, 회수된 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자로 제작된 각 2차 입자에서, 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 입자 및 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 입자가 미세하게 분산된 상태로 혼재된다. 이 때문에, 2차 입자에 의해 구성되는 분말을 용사하여 얻어지는 세라믹스층에서, 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스 또는 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 큰 덩어리가 발생하는 것이 억제된다. 그 결과, 덩어리의 경계에서의 균열의 발생이나 진전이 억제되므로, 얻어지는 세라믹스층은 양호한 열사이클 특성을 갖는다.
한편, 회수된 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자로 2차 입자를 제작하고 있으므로, 상기 구성 (6)의 용사용 분말의 제조 방법은 용사용 분말의 재생 방법이라고 말할 수 있다. 따라서, 상기 구성 (6)에 의하면, 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자의 폐기량이 줄어들어, 단위 체적의 세라믹스층의 제조에 필요한 원료 분말의 사용량을 줄일 수 있어서, 세라믹스층에 드는 제조 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 상기 구성 (6)에서는, 회수된 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자를 일괄하여 분쇄하므로, 제 1 비부착 입자와 제 2 비부착 입자를 별개로 회수할 필요가 없다. 이 때문에, 제 1 비부착 입자와 제 2 비부착 입자를 효율적으로 회수할 수 있어서, 이에 의해, 세라믹스층에 드는 제조 비용을 삭감할 수 있다.
(7) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (6)에 있어서,
상기 비부착 입자 회수 공정에서, 금속에 의해 구성되는 복수의 입자를 용사했을 때에 용사 대상에 부착되지 않은 복수의 제 3 비부착 입자가 상기 복수의 제 1 비부착 입자 및 상기 복수의 제 2 비부착 입자와 함께 회수되며,
상기 복수의 제 1 비부착 입자 및 상기 복수의 제 2 비부착 입자와 상기 복수의 제 3 비부착 입자를 분리하는 선별 공정을 추가로 구비한다.
상기 구성 (7)에 의하면, 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자와 함께, 금속에 의해 구성되는 제 3 비부착 입자를 회수했다고 해도, 선별 공정에서, 복수의 제 1 비부착 입자 및 상기 복수의 제 2 비부착 입자와 제 3 비부착 입자가 분리된다. 이 때문에, 얻어지는 용사용 분말에 금속이 포함되는 것을 방지할 수 있다.
(8) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (6) 또는 구성 (7)에 있어서,
상기 2차 입자 제작 공정으로 얻어진 상기 2차 입자로부터, 20㎛ 이상 150㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는 분말을 얻는 2차 입자 분급 공정을 구비하고,
상기 준비 공정은 상기 2차 입자 분급 공정에서 제외된 규격 외의 입자를 회수하는 규격 외 입자 회수 공정을 추가로 포함하고,
상기 분쇄 공정에서, 상기 복수의 제 1 비부착 입자, 상기 복수의 제 2 비부착 입자 및 상기 규격 외의 입자를 일괄하여 분쇄한다.
상기 구성 (8)에 의하면, 규격 외의 입자를, 복수의 제 1 비부착 입자 및 복수의 제 2 비부착 입자와 함께 일괄하여 분쇄함으로써, 규격 외의 입자를 유효 활용할 수 있어서, 용사용 분말의 재생량을 증대할 수 있다. 그 결과, 단위 체적의 세라믹스층의 제조에 필요한 산화지르코늄계 세라믹스의 원료 분말의 사용량을 더욱 줄일 수 있어서, 세라믹스층에 드는 제조 비용을 한층 삭감할 수 있다.
(9) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (6) 내지 구성 (8)의 어느 하나에 있어서,
상기 비부착 입자 회수 공정에서, 상기 복수의 제 1 비부착 입자 및 상기 복수의 제 2 비부착 입자를 집진기에 의해 회수한다.
상기 구성(9)에 의하면, 집진기를 이용함으로써, 복수의 제 1 비부착 입자 및 복수의 제 2 비부착 입자를 효율적으로 회수할 수 있다.
(10) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 용사용 분말의 제조 장치는, 용사 장치로부터 용사된 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 복수의 입자 중 용사 대상에 부착되지 않은 비부착 입자를 회수 가능한 집진기와,
상기 집진기에 의해 회수된 비부착 입자를 분쇄 가능한 분쇄 장치와,
상기 분쇄 장치에 의해 얻어진 비부착 입자의 분말로부터 2차 입자를 제작 가능한 2차 입자 제작 장치를 구비한다.
상기 구성 (10)에 의하면, 분쇄 장치로 비부착 입자를 분쇄함으로써, 상이한 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 입자로 2차 입자를 제작했을 때에, 2차 입자에서, 상이한 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 입자가 미세하게 또한 분산된 상태로 혼재된다. 이 때문에, 2차 입자에 의해 구성되는 분말을 용사하여 얻어지는 세라믹스층에서, 특정 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스 입자의 큰 덩어리가 발생하는 것이 억제된다. 그 결과, 덩어리의 경계에서의 균열의 발생이나 진전이 억제되므로, 얻어지는 세라믹스층은 양호한 열사이클 특성을 갖는다.
(11) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 용사용 분말은,
서로 소결된 제 1 입자 및 제 2 입자를 각각 포함하는 복수의 2차 입자에 의해 구성되고,
상기 제 1 입자는 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되며,
상기 제 2 입자는 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되고,
상기 제 1 입자 및 상기 제 2 입자의 각각은 0㎛ 초과 10㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는다.
상기 구성 (11)에서는, 용사용 분말의 2차 입자를 구성하는 산화지르코늄계 세라믹스는 상이한 첨가제를 포함하고 있지만, 제 1 입자 및 제 2 입자의 각각이 0㎛ 초과 10㎛ 이하의 10% 적산 입경을 가지므로, 2차 입자에서, 상이한 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 입자가 미세하게 또한 분산된 상태로 혼재된다. 이 때문에, 2차 입자에 의해 구성되는 분말을 용사하여 얻어지는 세라믹스층에서, 특정 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 큰 덩어리가 발생하는 것이 억제된다. 그 결과, 덩어리의 경계에서의 균열의 발생이나 진전이 억제되므로, 얻어지는 세라믹스층은 양호한 열사이클 특성을 갖는다.
(12) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 고온 부품은,
기재와,
상기 기재 상에 형성된 차열 코팅을 구비하고,
상기 차열 코팅은 용사에 의해 형성된 세라믹스층을 포함하고,
상기 세라믹스층은 용사용 분말을 용사하는 것에 의해 형성되고,
상기 용사용 분말은 서로 소결된 제 1 입자 및 제 2 입자를 각각 포함하는 복수의 2차 입자에 의해 구성되고,
상기 제 1 입자는 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되고,
상기 제 2 입자는 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되고,
상기 제 1 입자 및 상기 제 2 입자의 각각은 0㎛ 초과 10㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는다.
상기 구성 (12)에서는, 용사용 분말의 2차 입자를 구성하는 산화지르코늄계 세라믹스는 상이한 첨가제를 포함하고 있지만, 제 1 입자 및 제 2 입자의 각각이 0㎛ 초과 10㎛ 이하의 10% 적산 입경을 가지므로, 2차 입자에서, 상이한 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 입자가 미세하게 또한 분산된 상태로 혼재된다. 이 때문에, 2차 입자를 용사하여 얻어지는 세라믹스층에서, 특정 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 큰 덩어리가 발생하는 것이 억제된다. 그 결과, 덩어리의 경계에서의 균열의 발생이나 진전이 억제되므로, 얻어지는 세라믹스층은 양호한 열사이클 특성을 갖고, 나아가서는, 세라믹스층을 포함하는 차열 코팅으로 덮인 고온 부품의 장기 수명화가 도모된다.
(13) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (12)에 있어서,
상기 용사용 분말은 상기 구성 (1) 내지 구성 (9) 중 어느 하나에 기재된 용사용 분말의 제조 방법에 의해 제조된 용사용 분말이다.
상기 구성 (13)에서는, 용사용 분말이 상기 구성 (1) 내지 구성 (9) 중 어느 하나에 기재된 용사용 분말의 제조 방법에 의해 제조되어 있으므로, 세라믹스층이 양호한 열사이클 특성을 확실히 갖는다.
한편, 용사용 분말이 상기 구성 (6) 내지 구성 (9) 중 어느 하나에 기재된 용사용 분말의 제조 방법에 의해 제조되고 있는 경우, 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자를 재이용함으로써, 또는 이들에 추가하여 규격 외 입자를 재이용함으로써, 신품의 원료 분말의 사용량 또는 구입량을 줄일 수 있다. 그 결과, 고온 부품의 제조 비용을 저감할 수 있다.
(14) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (12) 또는 구성 (13)에 있어서,
상기 기재는 가스 터빈용 연소기의 부품, 가스 터빈의 동익, 또는 가스 터빈의 정익이다.
가스 터빈용 연소기의 부품, 가스 터빈의 동익 및 가스 터빈의 정익은, 고온의 연소 가스가 근방을 흐르기 때문에, 뛰어난 열사이클 특성을 갖지 않으면 안 된다.
이 점에서, 상기 구성 (14)에서는, 차열 코팅에 포함되는 세라믹스층이 양호한 열사이클 특성을 갖고 있으므로, 가스 터빈용 연소기의 부품, 가스 터빈의 동익 또는 가스 터빈의 정익이 양호한 열사이클 특성을 갖고, 높은 신뢰성을 갖는 동시에 긴 수명을 갖는다.
한편, 용사용 분말이 상기 구성 (6) 내지 구성 (9) 중 어느 하나에 기재된 용사용 분말의 제조 방법에 의해 제조되고 있는 경우, 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자를 재이용함으로써, 또는 이들에 추가하여 규격 외 입자를 재이용함으로써, 신품의 원료 분말의 사용량 또는 구입량을 줄일 수 있다. 그 결과, 가스 터빈용 연소기의 부품, 가스 터빈의 동익 또는 가스 터빈의 정익의 제조 비용을 저감할 수 있다.
(15) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 가스 터빈은 상기 구성 (12) 내지 구성 (14)의 어느 하나에 기재된 고온 부품을 구비한다.
상기 구성 (15)의 가스 터빈은, 고온 부품이 양호한 열사이클 특성을 가지므로, 높은 신뢰성을 갖는 동시에 긴 수명을 갖는다.
한편, 가스 터빈이 상기 구성 (13)의 고온 부품이며, 용사용 분말이 상기 구성 (6) 내지 구성 (9) 중 어느 하나에 기재된 용사용 분말의 제조 방법에 의해 제조된 고온 부품을 구비하고 있는 경우, 고온 부품의 제조 비용이 저감되어 있으므로, 가스 터빈의 제조 비용도 저감된다. 그 결과, 높은 신뢰성을 갖는 동시에 장수명의 가스 터빈을 염가로 제공할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 첨가제로서 복수 종류의 희토류 산화물이 혼재되면서, 얻어지는 세라믹스층이 양호한 열사이클 특성을 갖는 용사용 분말의 제조 방법, 용사용 분말의 제조 장치, 용사용 분말, 차열 코팅으로 피복된 고온 부품, 및 해당 고온 부품을 구비하는 가스 터빈이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 용사용 분말의 제조 방법의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도,
도 2는 세라믹스층에서 균열이 발생한 부분의 SEM상,
도 3은 일 실시형태의 용사용 분말의 제조 방법에 의해 제조된 복수의 2차 입자의 SEM상,
도 4는 몇 가지 실시형태에 따른 2차 입자 제작 공정의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도,
도 5는 몇 가지 실시형태에 따른 용사용 분말의 제조 방법의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도,
도 6은 몇 가지 실시형태에 따른 준비 공정의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도,
도 7은 몇 가지 실시형태에 따른 준비 공정의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도,
도 8은 몇 가지 실시형태에 따른 선별 공정의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도,
도 9는 몇 가지 실시형태에 따른 준비 공정의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도,
도 10은 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 용사용 분말의 제조 장치가 적용된 용사 설비의 개략적인 구성도,
도 11은 도 10 중의 용사 장치의 개략적인 구성도,
도 12는 몇 가지 실시형태에 따른 용사용 분말의 제조 장치가 적용된 용사 설비의 개략적인 구성도,
도 13은 기재와 기재의 표면에 형성된 차열 코팅을 갖는 부품의 개략적인 부분 단면도,
도 14는 도 13에 도시된 부품을 구비하는 가스 터빈의 개략적인 부분 단면도,
도 15는 터빈에 적용되는 동익을 개략적으로 도시하는 사시도,
도 16은 터빈에 적용되는 정익을 개략적으로 도시하는 사시도,
도 17은 차열 코팅의 열사이클 특성을 평가하기 위한 레이저식 열사이클 시험 장치의 도시하는 구성도,
도 18은 본 발명의 일 실시형태의 용사용 분말의 제조 방법에 의해 얻어지는 YSZ 및 YbSZ에 의해 구성되는 용사용 분말을 용사하여 제작된 세라믹스층을 포함하는 시료(Se)와, 특허문헌 5의 용사용 분말의 재이용 방법에 의해 얻어진 YSZ 및 YbSZ에 의해 구성되는 용사용 분말을 용사하여 제작된 세라믹스층을 포함하는 시료(Sc)의 열사이클 시험 결과를 나타내는 그래프.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇 가지 실시형태에 대해 설명한다. 다만, 실시형태로서 기재되어 있는 또는 도면에 도시되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 본 발명의 범위를 이에 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
예컨대, 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라서」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」 또는 「동축」 등의 상대적 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은 동일한 기능이 얻어지는 정도의 각도나 거리를 가지고 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예컨대, 「동일」, 「동등」 및 「균질」 등의 사물이 같은 상태인 것을 나타내는 표현은 엄밀하게 동일한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일한 기능이 얻어지는 정도의 차이가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예컨대, 사각형 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타내는 표현은 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각형 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일한 효과가 얻어지는 범위에서, 요철부나 면취부 등을 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.
한편, 하나의 구성요소를 「마련하다」, 「갖추다」, 「구비하다」, 「포함하다」 또는 「가지다」라고 하는 표현은 다른 구성요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 용사용 분말의 제조 방법의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 용사용 분말의 제조 방법은 준비 공정(S1) 및 2차 입자 제작 공정(S2)을 구비한다.
준비 공정(S1)에서는, 제 1 입자 및 제 2 입자를 포함하는 혼합 분말이 준비된다. 혼합 분말은 0㎛ 초과 10㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는다.
제 1 입자는 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되며, 제 2 입자는 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성된다.
제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스는 완전 또는 부분적으로 안정화된 산화지르코늄이며, 주성분으로서의 산화지르코늄(ZrO2)과, 안정화제로서의 제 1 첨가제를 포함한다. 제 1 첨가제는 희토류 산화물로 이루어지며, 예컨대, 산화이트륨(Y2O3), 산화디스프로슘(Dy2O3), 산화이테르븀(Yb2O3), 산화네오디뮴(Nd2O3), 산화사마륨(Sm2O3), 산화유로퓸(Eu2O3), 산화가돌리늄(Gd2O3), 산화에르븀(Er2O3), 및 산화루테튬(Lu2O3)에 의해 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함한다.
제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스는 완전 또는 부분적으로 안정화된 산화지르코늄이며, 주성분으로서의 산화지르코늄(ZrO2)과, 안정화제로서의 제 2 첨가제를 포함한다. 제 2 첨가제는 희토류 산화물로 이루어지며, 예컨대, 산화이트륨(Y2O3), 산화디스프로슘(Dy2O3), 산화이테르븀(Yb2O3), 산화네오디뮴(Nd2O3), 산화사마륨(Sm2O3), 산화유로퓸(Eu2O3), 산화가돌리늄(Gd2O3), 산화에르븀(Er2O3), 및 산화루테튬(Lu2O3)에 의해 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함한다.
다만, 제 1 첨가제와 제 2 첨가제는 서로 상이하다.
10% 적산 입경은, 레이저 회절·산란법에 의해 구해진 분말의 입도 분포에 있어서, 입자 직경이 작은 쪽으로부터 입자의 체적을 누적했을 때에, 누적이 10%가 되는 입자 직경을 가리키고 있다. 레이저 회절·산란법은 레이저 회절·산란식 입자 직경 분포 측정 장치(닛키소 가부시키가이샤제: 마이크로트랙 MT3000Ⅱ)를 이용하여 실행할 수 있다.
또한, 레이저 회절·산란법에 의해 구해진 입경은 측정 대상의 분말의 입자가 구형이라고 가정했을 때의 입자의 직경이다.
2차 입자 제작 공정(S2)에서는, 서로 소결된 제 1 입자 및 제 2 입자를 각각 포함하는 복수의 2차 입자가 제작된다.
2차 입자 제작 공정(S2)에서 얻어진 복수의 2차 입자에 의해 구성되는 분말을 용사용 분말로서 이용할 수 있다.
상기한 일 실시형태의 용사용 분말의 제조 방법에 의하면, 준비된 제 1 입자 및 제 2 입자의 각각이 0㎛ 초과 10㎛ 이하의 10% 적산 입경을 가지므로, 각 2차 입자에서, 제 1 입자와 제 2 입자가 미세하게 분산된 상태로 혼재된다. 이 때문에, 2차 입자에 의해 구성되는 분말을 용사하여 얻어지는 세라믹스층에서, 제 1 첨가제 및 제 2 첨가제 중 한쪽만을 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 큰 덩어리가 발생하는 것이 억제된다. 그 결과, 덩어리의 경계에서의 균열의 발생이나 진전이 억제되므로, 얻어지는 세라믹스층은 양호한 열사이클 특성을 갖는다.
또한, 산화지르코늄계 세라믹스의 큰 덩어리란, 해당 덩어리의 경계에서 균열의 발생이나 진전이 생기기 쉬워지는 크기의 덩어리를 의미하며, 상기한 일 실시형태의 구성에 의하면, 얻어지는 세라믹스층은 제 1 첨가제 및 제 2 첨가제 중 한쪽만을 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 덩어리로서, 균열의 발생이나 진전에 기여하는 크기의 것을 완전하게 또는 실질적으로 포함하지 않는다.
몇 가지 실시형태에서는, 제 1 첨가제는 산화이트륨(이트륨 산화물)이며, 제 2 첨가제는 산화이테르븀(이테르븀 산화물)이다.
이테르븀 산화물을 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스, 즉 YbSZ에 의해 구성되는 세라믹스층은 YSZ에 의해 구성되는 세라믹스층에 비해 뛰어난 내열성을 갖는다. 한편, YbSZ의 입자 및 YSZ의 입자를 포함하는 혼합 분말을 용사하여 얻어지는 세라믹스층에서는, YbSZ의 비교적 큰 덩어리가 발생하고, 해당 덩어리의 경계에서 균열이 발생 또는 진전할 우려가 있었다.
여기서, 도 2는 세라믹스층에서 균열이 발생한 부분의 SEM상(2차 전자 반사상)이다. 이 세라믹스층은 특허문헌 5의 재이용법으로 회수된 YbSZ의 분말 및 YSZ의 분말을 포함하는 혼합 분말을 용사하여 얻어진 것이다. 도 2에서는, 화살표로 나타낸 바와 같이, 균열을 따라서 밝은 부분이 존재하고 있다. 밝은 부분은 이트륨보다 무거운 이테르븀의 농도가 높은 부분을 나타내고 있으며, 균열이 YbSZ의 덩어리의 경계에서 발생 또는 진전되기 쉬운 것을 알 수 있다.
이에 대하여, 도 3은 일 실시형태의 용사용 분말의 제조 방법에 의해 제조된 복수의 2차 입자의 SEM상이다. 이들 2차 입자는 YbSZ의 입자 및 YSZ의 입자를 각각 포함하고 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 일 실시형태의 용사용 분말의 제조 방법에 의하면, 각 2차 입자에서, YbSZ의 입자 및 YSZ의 입자가 미세하게 분산된 상태로 혼재된다. 이 때문에, 2차 입자를 용사하여 얻어지는 세라믹스층에서, YbSZ의 큰 덩어리가 발생하는 것이 억제된다. 그 결과, 덩어리의 경계에서의 균열의 발생이나 진전이 억제되므로, 얻어지는 세라믹스층은 양호한 열사이클 특성을 갖는다.
몇 가지 실시형태에서는, 준비 공정(S1)에서 준비되는 혼합 분말은 5㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는다.
이 구성에 의하면, 제 1 입자 및 제 2 입자의 각각이 5㎛ 이하의 10% 적산 입경을 가지므로, 각 2차 입자에서, 제 1 입자 및 제 2 입자가 보다 미세하게 분산된 상태로 혼재된다. 그 결과, 덩어리의 경계에서의 균열의 발생이나 진전이 억제되므로, 얻어지는 세라믹스층은 양호한 열사이클 특성을 갖는다.
도 4는 몇 가지 실시형태에 따른 2차 입자 제작 공정(S2)의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 몇 가지 실시형태에서는, 2차 입자 제작 공정(S2)은 조립 공정(S21) 및 열처리 공정(S22)을 포함한다.
조립 공정(S21)에서는, 준비 공정(S1)에서 준비된 혼합 분말을 이용하여, 제 1 입자 및 제 2 입자를 각각 포함하는 복수의 중간 입자가 스프레이 드라이법에 의해 제작된다.
스프레이 드라이법에서는, 우선, 물 등의 용매, 혼합 분말, 바인더, 및 필요에 따라서 분산제를 포함하는 슬러리가 제작된다. 슬러리는, 혼합 분말에, 용매, 바인더 및 필요에 따라서 분산제를 첨가하고 혼합하는 것에 의해 얻어진다. 그리고, 얻어진 슬러리를 스프레이 드라이법에 의해 입자 형태로 하여 건조시킴으로써, 복수의 중간 입자가 얻어진다.
예컨대, 슬러리는 70~90 질량부의 혼합 분말과, 10~30 질량부의 용매와, 0.001~1.0 질량부의 바인더와, 필요에 따라서 0.001~0.3 질량부의 분산제를 포함한다.
바인더로서는, 특별히 한정되지 않지만, 수계나 수지계 바인더를 이용할 수 있다. 예컨대, 바인더로서, PVA(폴리비닐알코올) 등을 이용할 수 있다.
분산제는 제 1 입자 및 제 2 입자를 분산할 수 있는 것이면 좋다. 분산제로서는, 예컨대, 폴리카르복시산 암모늄염, 폴리카르복시산 나트륨염, 또는 폴리인산 아미노알코올류 등을 이용할 수 있다.
열처리 공정(S22)에서는, 중간 입자가 열처리되고, 중간 입자에서 제 1 입자와 제 2 입자가 소결된다. 예컨대, 열처리 공정(S22)에서, 중간 입자는 1300℃ 이상 1700℃ 이하의 온도로 1시간 이상 10시간 이하 동안 가열된다.
이 구성에 의하면, 스프레이 드라이법에 의해, 구형의 중간 입자를 용이하게 제작할 수 있어서, 결과적으로, 도 3에 나타낸 바와 같이 구형의 2차 입자를 용이하게 얻을 수 있다. 구형의 2차 입자는 양호한 송급성을 갖고 있으며, 용사에 적절하다.
또한, 혼합 분말이 5㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖고 있는 경우, 중간 입자를 구형으로 성형하기 쉬워진다.
도 5는 몇 가지 실시형태에 따른 용사용 분말의 제조 방법의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 몇 가지 실시형태에서는, 용사용 분말의 제조 방법은 2차 입자 분급 공정(S3)를 추가로 구비한다.
2차 입자 분급 공정(S3)에서는, 2차 입자 제작 공정(S2)에서 얻어진 2차 입자로부터 20㎛ 이상 150㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는 분말을 얻는다.
이 구성에 의하면, 20㎛ 이상의 10% 적산 입경을 갖는 2차 입자의 분말을 용사하는 것에 의해, 얻어지는 세라믹스층이 적당한 기공율을 갖고, 양호한 차열성을 갖는다. 한편, 150㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는 분말을 용사하는 것에 의해, 적절한 성막 효율이 얻어지므로, 세라믹스층을 비교적 단시간에 형성할 수 있다.
또한, 2차 입자의 분말이 30㎛ 이상의 10% 적산 입경을 갖는 경우, 얻어지는 세라믹스층은 더욱 양호한 차열성을 갖는다.
도 6은 몇 가지 실시형태에 따른 준비 공정(S1)의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 몇 가지 실시형태에서는, 준비 공정(S1)은 비부착 입자 회수 공정(S11) 및 분쇄 공정(S12)을 포함한다.
비부착 입자 회수 공정(S11)에서는, 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 복수의 입자를 용사했을 때에 용사 대상에 부착되지 않은 복수의 제 1 비부착 입자, 및 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 복수의 입자를 용사했을 때에 용사 대상에 부착되지 않은 복수의 제 2 비부착 입자가 회수된다.
분쇄 공정(S12)에서는, 회수된 복수의 제 1 비부착 입자 및 복수의 제 2 비부착 입자가 일괄하여 분쇄된다. 분쇄에 의해 얻어진 분말이 준비 공정(S1)에서 준비되는 제 1 입자 및 제 2 입자의 혼합 분말이다.
이 구성에서는, 회수된 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자로 제작된 각 2차 입자에서, 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 입자 및 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 입자가 미세하게 분산된 상태로 혼재된다. 이 때문에, 2차 입자에 의해 구성되는 분말을 용사하여 얻어지는 세라믹스층에서, 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스 또는 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 큰 덩어리가 발생하는 것이 억제된다. 그 결과, 덩어리의 경계에서의 균열의 발생이나 진전이 억제되므로, 얻어지는 세라믹스층은 양호한 열사이클 특성을 갖는다.
한편, 회수된 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자로 2차 입자를 제작하고 있으므로, 이 구성의 용사용 분말의 제조 방법은 용사용 분말의 재생 방법이라고 말할 수 있다. 따라서, 이 구성에 의하면, 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자의 폐기량이 줄어들어, 단위 체적의 세라믹스층의 제조에 필요한 산화지르코늄계 세라믹스의 원료 분말의 사용량을 줄일 수 있어서, 세라믹스층에 드는 제조 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 이 구성에서는, 회수된 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자를 일괄하여 분쇄하므로, 제 1 비부착 입자와 제 2 비부착 입자를 별개로 회수할 필요가 없다. 이 때문에, 제 1 비부착 입자와 제 2 비부착 입자를 효율적으로 회수할 수 있어서, 이에 의해서도, 세라믹스층에 드는 제조 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 비부착 입자 회수 공정(S11)에서 회수된 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자에 먼지가 섞여 있는 경우, 분쇄 공정(S12) 전에, 체 등으로 먼지를 제거해도 좋다.
도 7은 몇 가지 실시형태에 따른 준비 공정(S1)의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 몇 가지 실시형태에서는, 준비 공정(S1)은 비부착 입자 회수 공정(S11), 선별 공정(S14) 및 분쇄 공정(S12)을 포함한다.
도 7의 비부착 입자 회수 공정(S11)에서는, 금속에 의해 구성되는 복수의 입자를 용사했을 때에 용사 대상에 부착되지 않은 복수의 제 3 비부착 입자가 복수의 제 1 비부착 입자 및 복수의 제 2 비부착 입자와 함께 회수된다.
선별 공정(S14)에서는, 비부착 입자 회수 공정(S11)에서 회수된 복수의 제 1 비부착 입자 및 복수의 제 2 비부착 입자와 복수의 제 3 비부착 입자가 분리된다.
이 구성에 의하면, 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자와 함께, 금속에 의해 구성되는 제 3 비부착 입자를 회수했다고 해도, 선별 공정(S14)에서, 복수의 제 1 비부착 입자 및 복수의 제 2 비부착 입자와 제 3 비부착 입자가 분리된다. 이 때문에, 얻어지는 용사용 분말에 금속이 포함되는 것을 방지할 수 있다.
도 8은 몇 가지 실시형태에 따른 선별 공정(S14)의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 몇 가지 실시형태에서는, 선별 공정(S14)은 회수 입자 분급 공정(S141), 전자기 분리 공정(S142) 및 용해 분리 공정(S143)을 포함한다.
회수 입자 분급 공정(S141)에서는, 예컨대, 회수된 입자 중에서 150㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는 입자가 분급에 의해 선별된다. 150㎛ 이상의 입자는 모래 입자 등일 가능성이 높기 때문이다.
전자기 분리 공정(S142)에서는, 회수 입자 분급 공정(S141)에서 선별된 입자가 복수의 제 1 비부착 입자 및 복수의 제 2 비부착 입자와 제 3 비부착 입자로 전자기적으로 분리된다.
예컨대, 선별된 입자를 마찰에 의해 대전시키고, 대전된 입자를 극성에 따라서 정전적으로 분리하는 것에 의해, 복수의 제 1 비부착 입자 및 복수의 제 2 비부착 입자와 제 3 비부착 입자로 전자기적으로 분리할 수 있다. 이것은, 마찰에 의해, 세라믹스로 이루어지는 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자가 음으로 대전되며 금속으로 이루어지는 제 3 비부착 입자는 양으로 대전되기 쉬운 점을 이용하고 있다.
이 전자기 분리 공정(S142)에 의해, 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자와 제 3 비부착 입자가 비교적 거친 정밀도로 분리된다. 이 때문에, 전자기 분리 공정(S142)에서 나누어진 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자 중에 제 3 비부착 입자가 혼재되어 있을 가능성이 있다.
용해 분리 공정(S143)에서는, 예컨대 염산, 초산 또는 왕수 등의 산성 수용액에 의해 금속으로 이루어지는 제 3 비부착 입자를 용해 제거한다. 이에 의해, 회수된 입자로부터, 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자를 취출할 수 있다.
또한, 회수된 분말에 알루미나 등의 양성 수산화물이 포함되는 경우에는, 예컨대 수산화나트륨 수용액 등의 알칼리성 수용액에 의해, 양성 수산화물을 용해 제거할 수 있다.
도 9는 몇 가지 실시형태에 따른 준비 공정(S1)의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 몇 가지 실시형태에서는, 준비 공정(S1)은 비부착 입자 회수 공정(S11), 규격 외 입자 회수 공정(S15) 및 분쇄 공정(S12)을 포함한다.
규격 외 입자 회수 공정(S15)에서는, 2차 입자 분급 공정(S3)에서의 선별에 의해 제외된, 입경에 관하여 규격 외의 입자를 회수한다.
그리고, 분쇄 공정(S12)에서, 복수의 제 1 비부착 입자, 복수의 제 2 비부착 입자 및 규격 외의 입자를 일괄하여 분쇄한다.
이 구성에 의하면, 규격 외의 입자를, 복수의 제 1 비부착 입자 및 복수의 제 2 비부착 입자와 함께 일괄하여 분쇄함으로써, 규격 외의 입자를 유효 활용할 수 있어서, 용사용 분말의 재생량을 증대할 수 있다. 그 결과, 단위 체적의 세라믹스층의 제조에 필요한 산화지르코늄계 세라믹스의 원료 분말의 사용량을 더욱 줄일 수 있어서, 세라믹스층에 드는 제조 비용을 한층 삭감할 수 있다.
도 10은 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 용사용 분말의 제조 장치(1a)(이하, 단순히 분말 제조 장치라고도 칭함)가 적용된 용사 설비(2a)의 개략적인 구성을 나타내고 있다. 분말 제조 장치(1a)는 상술한 용사용 분말의 제조 방법에 이용할 수 있다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 분말 제조 장치(1a)는 집진기(3), 분쇄 장치(4), 2차 입자 제작 장치(5) 및 2차 입자 분급 장치(6)를 구비한다.
집진기(3)는 용사 설비(2a)의 용사 장치(7)로부터 용사된 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 복수의 입자 중 용사 대상(8)에 부착되지 않은 비부착 입자, 즉 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자를 회수 가능하다.
예컨대, 집진기(3)는 회수 덕트(10) 및 흡인 팬(11)에 의해 구성된다. 회수 덕트(10)는 용사 장치(7)의 용사 건(12)이 내부에 설치된 용사 부스(13)의 벽을 관통하고 있으며, 회수 덕트(10)의 일단은 용사 대상(8)을 거쳐서 용사 건(12)을 향해 개구되어 있다. 회수 덕트(10)와 반대측의 용사 부스(13)의 벽에는 통기 구멍(14)이 마련되어 있다. 회수 덕트(10)의 타단측에는 흡인 팬(11)이 접속되며, 흡인 팬(11)의 작동에 의해, 회수 덕트(10)를 통하여, 비부착 입자를 회수 가능하다.
분쇄 장치(4)는 집진기(3)에 의해 회수된 비부착 입자를 분쇄 가능하다. 분쇄 장치(4)로서는, 예컨대, 볼 밀이나 어트라이터 밀(attritor mill)을 이용할 수 있다.
2차 입자 제작 장치(5)는 분쇄 장치(4)에 의해 얻어진 비부착 입자의 분말로 2차 입자를 제작 가능하다. 예컨대, 2차 입자 제작 장치(5)는 조립 장치(16) 및 열처리 장치(17)에 의해 구성된다.
조립 장치(16)로서는, 예컨대 스프레이 드라이 장치를 이용할 수 있다. 스프레이 드라이 장치에서는, 분쇄된 복수의 입자를 포함하는 슬러리의 액적이 열풍 중에 적하되고, 이에 의해 액적이 고체화되어, 복수의 입자를 포함하는 중간 입자가 조립된다.
열처리 장치(17)로서는, 예컨대 전기로를 이용할 수 있다. 열처리 장치(17)에 의해, 중간 입자는 1300℃ 이상 1700℃ 이하의 온도로 1시간 이상 10시간 이하의 동안 가열된다. 이에 의해, 중간 입자가 소결되고, 2차 입자가 얻어진다.
이 구성에 의하면, 분쇄 장치(4)로 비부착 입자를 분쇄함으로써, 상이한 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 입자로 2차 입자를 제작했을 때에, 2차 입자에서, 상이한 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 입자가 미세하게 또한 분산된 상태로 혼재된다. 이 때문에, 2차 입자에 의해 구성되는 분말을 용사하여 얻어지는 세라믹스층에서, 특정 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 입자의 큰 덩어리가 발생하는 것이 억제된다. 그 결과, 덩어리의 경계에서의 균열의 발생이나 진전이 억제되므로, 얻어지는 세라믹스층은 양호한 열사이클 특성을 갖는다.
도 11은 도 10 중의 용사 장치(7)의 구성을 개략적으로 나타내고 있다.
용사 장치(7)는 플라즈마 용사 장치이다. 용사 장치(7)는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 용사 건(플라즈마 용사 건)(12)과, 용사 건(12)에 작동 가스를 공급하는 작동 가스 공급 장치(21)와, 용사 건(12)에 분체를 공급하는 분체 공급 장치(22)와, 작동 가스를 플라즈마화하기 위한 전력을 용사 건(12)에 공급하는 전원 장치(23)와, 용사 건(12)에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 장치(24)와, 이들 각 장치(21~24)를 제어하는 용사 제어 장치(25)를 구비하고 있다.
용사 건(12)은 내부에 플라즈마가 형성되는 노즐(26)과, 노즐(26) 내에 마련되어 있는 텅스텐 전극(27)과, 노즐(26)을 둘러싸는 건 하우징(28)을 갖고 있다. 텅스텐 전극(27)은, 노즐(26) 내로서, 그 기부측에 고정되어 있다. 노즐(26)에는, 그 기부측에 작동 가스 수입구(受入口)(29)가 형성되며, 노즐(26)의 분사구(30)측에 분체 수입구(31)가 형성되어 있다. 또한, 건 하우징(28)에는, 이 건 하우징(28)의 내측과 노즐(26)의 외측 사이의 냉각 공간에, 냉각수 공급 장치(24)로부터의 냉각수를 유입시키는 냉각수 입구(32)와, 냉각 공간 내의 냉각수가 배수되는 냉각수 출구(33)가 형성되어 있다.
용사 건(12)의 노즐(26) 내에는, 작동 가스 공급 장치(21)로부터의 아르곤(Ar) 등의 작동 가스가 공급된다. 또한, 전원 장치(23)의 구동에 의해, 텅스텐 전극(27)은 음극성 전극이 되고, 노즐(26)의 분사구(30) 근방은 양극성 전극이 되어, 텅스텐 전극(27)으로부터 노즐 분사구(30) 근방을 향해 전자가 튀어나온다. 그 결과, 작동 가스는 이온화하여, 플라즈마가 된다. 이 플라즈마 중에 분체 공급 장치(22)로부터의 용사용 분말이 공급된다. 용사용 분말은 플라즈마 가열되고, 용사 대상(8)에 용사된다. 용사 대상(8)은, 예컨대, 용사 부스 내에 설치된 회전대(34) 상에 배치되고, 회전대(34)를 회전시키는 것에 의해, 용사 대상(8)에 대한 용사 방향을 변화시킬 수 있다.
분체 공급 장치(22)에는, 분말 제조 장치(1a)에 의해 제조된 용사용 분말을 공급할 수 있다. 용사용 분말이 부족한 경우에는, 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 신품의 원료 분말을 공급해도 좋다.
예컨대, 도 10의 용사 설비(2a)는 복수의 용사 장치(7), 예컨대 2개의 용사 장치(7)를 갖고, 한쪽의 용사 장치(7)에는, 분말 제조 장치(1)에 의해 제조된 용사용 분말과 필요에 따라서 신품의 원료 분말이 공급되며, 다른쪽의 용사 장치(7)에는, 신품의 원료 분말이 공급된다. 한쪽의 용사 장치(7)에 공급되는 원료 분말은 예컨대 YSZ로 이루어지며, 다른쪽의 용사 장치(7)에 공급되는 원료 분말은 YbSZ로 이루어진다.
이 구성에서는, 한쪽의 용사 장치(7)의 용사 대상(8b)에는 YSZ 및 YbSZ가 용사되고, 다른쪽의 용사 장치(7)의 용사 대상(8a)에는 YbSZ가 용사된다.
도 12는 몇 가지 실시형태에 따른 용사용 분말의 제조 장치(1b)가 적용된 용사 설비(2b)의 개략적인 구성을 나타내고 있다.
도 12의 용사 설비(2b)는 용사 장치(7)와는 별도의 용사 장치를 구성하는 고속 플레임 용사 건(35)를 추가로 구비하고 있다. 고속 플레임 용사 건(35)은 용사 대상(8c)에 금속을 용사하기 위해서 이용된다.
도 12의 용사 설비(2b)의 경우, 용사 대상(8c)에 부착되지 않은 금속에 의해 구성되는 비부착 입자(제 3 비부착 입자)가 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자와 함께 집진기(3)에 의해 회수된다. 이 때문에, 분말 제조 장치(1b)는 회수 입자 분급 장치(40), 전자기 분리 장치(41) 및 용해 분리 장치(42)를 추가로 구비하고 있다.
회수 입자 분급 장치(40)에서는, 예컨대, 회수된 입자 중에서 150㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는 입자가 분급에 의해 선별된다. 150㎛ 이상의 입자는 모래 입자 등일 가능성이 높기 때문이다.
전자기 분리 장치(41)에서는, 회수 입자 분급 장치(40)에서 선별된 입자가 복수의 제 1 비부착 입자 및 복수의 제 2 비부착 입자와 제 3 비부착 입자로 전자기적으로 분리된다.
예컨대, 전자기 분리 장치(41)는 마찰 대전 장치 및 정전 분리 장치에 의해 구성된다. 마찰 대전 장치는 선별된 입자를 마찰에 의해 대전시킬 수 있다. 정전 분리 장치는 대전된 입자를 극성에 따라서 정전적으로 분리하는 것에 의해, 복수의 제 1 비부착 입자 및 복수의 제 2 비부착 입자와 제 3 비부착 입자로 전자기적으로 분리할 수 있다. 이것은, 마찰에 의해, 세라믹스로 이루어지는 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자가 음으로 대전되며 금속으로 이루어지는 제 3 비부착 입자는 양으로 대전되기 쉬운 점을 이용하고 있다.
전자기 분리 장치(41)에 의해, 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자와 제 3 비부착 입자가 비교적 거친 정밀도로 분리된다. 이 때문에, 전자기 분리 장치(41)에 의해 나누어진 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자 중에 제 3 비부착 입자가 혼재되어 있을 가능성이 있다.
용해 분리 장치(42)에서는, 예컨대 염산, 초산 또는 왕수 등의 산성 수용액에 의해 금속으로 이루어지는 제 3 비부착 입자가 용해 제거된다. 이에 의해, 회수된 입자로부터 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자를 취출할 수 있다.
또한, 회수된 분말에 알루미나 등의 양성 수산화물이 포함되는 경우에는, 예컨대 수산화나트륨 수용액 등의 알칼리성 수용액에 의해 양성 수산화물을 용해 제거할 수 있다.
용해 분리 장치(42)에서 얻어진 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자는, 세정 및 건조 후, 분쇄 장치(4)에 공급된다.
상술한 용사용 분말의 제조 장치(1b)에 의하면, 제 1 비부착 입자 및 제 2 비부착 입자와 함께, 금속에 의해 구성되는 제 3 비부착 입자를 회수했다고 해도, 선별 장치로서의 회수 입자 분급 장치(40), 전자기 분리 장치(41) 및 용해 분리 장치(42)에 의해, 복수의 제 1 비부착 입자 및 복수의 제 2 비부착 입자와 제 3 비부착 입자가 분리된다. 이 때문에, 얻어지는 용사용 분말에 금속이 포함되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 용사용 분말의 제조 방법 또는 제조 장치(1a, 1b)에 의해 제조되는 용사용 분말은 서로 소결된 제 1 입자 및 제 2 입자를 각각 포함하는 복수의 2차 입자에 의해 구성되어 있다. 그리고, 제 1 입자는 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되며, 제 2 입자는 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되고, 제 1 입자 및 제 2 입자의 각각은 0㎛ 초과 10㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는다.
이 용사용 분말에서는, 용사용 분말의 2차 입자를 구성하는 산화지르코늄계 세라믹스는 상이한 첨가제를 포함하고 있지만, 제 1 입자 및 제 2 입자의 각각이 0㎛ 초과 10㎛ 이하의 10% 적산 입경을 가지므로, 2차 입자에서, 상이한 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 입자가 미세하게 또한 분산된 상태로 혼재된다. 이 때문에, 2차 입자에 의해 구성되는 분말을 용사하여 얻어지는 세라믹스층에서, 특정 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 큰 덩어리가 발생하는 것이 억제된다. 그 결과, 덩어리의 경계에서의 균열의 발생이나 진전이 억제되므로, 얻어지는 세라믹스층은 양호한 열사이클 특성을 갖는다.
도 13은 기재(50)와 기재(50)의 표면에 형성된 차열 코팅(51)을 갖는 부품의 개략적인 부분 단면도이다.
기재(50)는, 예컨대 Ni기 합금 등의 내열합금으로 이루어진다. Ni기 합금은, 일 예로서, Ni-16Cr-8.5Co-1.75Mo-2.6W-1.75Ta-0.9Nb-3.4Ti-3.4Al(질량%)로 나타나는 조성을 갖는다.
차열 코팅(51)은 기재(50)의 표면에 형성된 금속 결합층(52)과, 본 발명의 일 실시형태에 따른 용사용 분말을 이용하여 형성된 세라믹스층(53)을 포함하고 있다.
금속 결합층(52)은, 예컨대, MCrAlY 합금으로 이루어지며, M은 Ni, Co 및 Fe로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 나타낸다. MCrAlY 합금은, 일 예로서, Co-32Ni-21Cr-8Al-0.5Y로 나타나는 조성을 갖는다. 금속 결합층(52)의 두께는, 예컨대 10㎛ 이상 500㎛ 이하이다.
세라믹스층(53)은 금속 결합층(52)의 표면에 형성되어 있다. 세라믹스층(53)은 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스로 이루어진다. 세라믹스층(53)의 두께는, 예컨대 0.1㎜ 이상 1㎜ 이하이다.
상술한 차열 코팅(51)은, 예컨대, 도 12의 용사 설비(2b)에 의해 형성 가능하다. 즉, 고속 플레임 용사 건(35)에 의해 기재(50) 상에 금속 결합층(52)을 형성한 후, 플라즈마 용사 건(12)에 의해 금속 결합층(52) 상에 세라믹스층(53)을 형성할 수 있다.
도 14는 도 13에 도시한 부품을 구비하는 가스 터빈(60)의 개략적인 부분 단면도이다.
가스 터빈(60)은 압축기(61), 연소기(62) 및 터빈(63)을 구비하고 있다. 압축기(61)에서 압축된 공기를 이용하여, 연소기(62)에서 연료가 연소된다. 그리고, 연소기(62)에서 발생한 연소 가스에 의해, 터빈(63)이 구동되고, 터빈(63)의 출력에 의해, 미도시의 발전기가 구동되는 동시에, 압축기(61)가 구동된다.
또한, 도 14의 가스 터빈(60)은 발전용의 가스 터빈이지만, 도 13에 도시한 부품은 항공 엔진이나 선박용 엔진의 가스 터빈에도 적용 가능하다. 차열 코팅(51)은, 가스 터빈 이외에도, 차량의 엔진 등의 여러 가지의 고온 부품에 이용할 수 있다. 또한, 고온 부품이란, 고온에 노출되는 물품 전반을 의미하며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 여기에서의 고온이란, 예컨대, 500℃ 이상 2000℃ 이하를 의미한다.
도 15는 터빈(63)에 적용되는 동익(70)을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 동익(70)은 디스크측에 고정되는 도브테일(71), 플랫폼(72) 및 날개부(73)를 구비하고 있다. 동익(70)에는, 예컨대 날개부(73)의 표면에 차열 코팅(51)이 형성되어 있다.
도 16은 터빈(63)에 적용되는 정익(80)을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 정익(80)은 내측 슈라우드(81), 외측 슈라우드(82) 및 날개부(83)를 구비하고 있으며, 날개부(83)에는, 시일 핀 냉각 구멍(84) 및 슬릿(85) 등이 형성되어 있다. 정익(80)에는, 예컨대 날개부(83)의 표면에 차열 코팅(51)이 형성되어 있다.
또한, 가스 터빈(60)의 경우, 차열 코팅(51)은, 예컨대, 연소기(62)의 내통이나 미통의 표면에 형성된다.
이 가스 터빈(60)의 구성 부품에 적용된 차열 코팅(51)의 세라믹스층(53)에서는, 세라믹스층(53)이 본 발명의 실시형태에 따른 용사용 분말의 제조 방법 또는 제조 장치(1a, 1b)에 의해 제조되는 용사용 분말을 이용하여 제작된 것에 의해, 특정 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스의 큰 덩어리가 발생하는 것이 억제된다. 그 결과, 덩어리의 경계에서의 균열의 발생이나 진전이 억제되므로, 얻어지는 세라믹스층(53)은 양호한 열사이클 특성을 갖고, 나아가서는, 세라믹스층(53)을 포함하는 차열 코팅(51)으로 덮인 부품, 및 해당 부품을 구비하는 가스 터빈(60)의 장기 수명화를 도모할 수 있다.
도 17은 차열 코팅(51)의 열사이클 특성을 평가하기 위한 레이저식 열사이클 시험 장치(90)의 구성을 개략적으로 나타내고 있다.
레이저식 열사이클 시험 장치(90)는 본체부(91), 및 본체부(91) 상에 배설된 시료 홀더(92)를 갖는다. 시료 홀더(92)에는, 기재(50) 상에 차열 코팅(51)이 형성된 시료(S)가, 차열 코팅(51)이 외측이 되도록 배치된다.
또한, 레이저식 열사이클 시험 장치(90)는 CO2 레이저 장치(93)를 갖고, 시료(S)에 대해 레이저 장치(93)로부터 레이저 광(L)을 조사함으로써, 시료(S)가 차열 코팅(51)측으로부터 가열된다. 레이저 장치(93)는, 예컨대 CO2 레이저 장치이다.
나아가, 레이저식 열사이클 시험 장치(90)는 시료(S)의 배면에 냉각 가스를 공급하기 위한 냉각 가스 노즐(94)을 갖는다. 냉각 가스 노즐(94)로부터 토출되는 냉각 가스에 의해, 시료(S)의 배면을 냉각할 수 있다.
레이저식 열사이클 시험 장치(90)에 의하면, 레이저 장치(93)에 의해 시료(S)의 차열 코팅(51)측을 가열하면서, 냉각 가스에 의해 시료(S)의 배면측을 냉각함으로써, 시료(S)의 내부에 온도 구배를 용이하게 발생시킬 수 있다. 또한, CO2 레이저 장치(93)에 의한 가열을 주기적으로 반복하는 것에 의해, 시료(S)의 내부에 온도 구배를 반복하여 발생시킬 수 있다.
이 열사이클 시험 장치(90)를 이용하여, 최고 표면 온도(차열 코팅(51) 표면의 최고 온도)가 1300℃가 되고, 최고 계면 온도(차열 코팅(51)과 기재(50)와의 계면의 최고 온도)가 950℃가 되도록, 2종류의 시료(Se, Sc)에 대하여 각각 5개씩 반복 가열을 실행했다. 그때, 1 사이클에 있어서의 가열 시간을 3분으로 하고, 냉각 시간을 3분으로 했다. 이 열사이클 시험에서 차열 코팅(51)에 박리가 생긴 시점에서의 사이클 수를 규격화한 것을 열사이클 수명으로 하여 도 18에 도시한다.
또한, 시료(Se)는 본 발명의 일 실시형태의 용사용 분말의 제조 방법에 의해 얻어진 YSZ 및 YbSZ에 의해 구성되는 용사용 분말을 용사하여 제작된 세라믹스층(53)을 포함하며, 시료(Sc)는 특허문헌 5의 용사용 분말의 재이용 방법에 의해 얻어진 YSZ 및 YbSZ에 의해 구성되는 용사용 분말을 용사하여 제작된 세라믹스층(53)을 포함한다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 시료(Se)의 경우, 모든 시료(Se)에서 열사이클 특성이 허용 하한값을 상회하고 있었다. 이에 반하여, 시료(Sc)의 경우, 몇 개의 시료(Sc)에서는 열사이클 특성이 허용 하한값을 상회하고 있었지만, 나머지의 몇 개의 시료(Sc)에서는, 열사이클 특성이 허용 하한값을 밑돌고 있었다.
이에 의해, 본 발명의 일 실시형태의 용사용 분말의 제조 방법에 의해 얻어진 YSZ 및 YbSZ에 의해 구성되는 용사용 분말을 용사하여 제작된 세라믹스층(53)을 포함하는 차열 코팅(51)은, 특허문헌 5의 용사용 분말의 재이용 방법에 의해 얻어진 YSZ 및 YbSZ에 의해 구성되는 용사용 분말을 용사하여 제작된 세라믹스층(53)을 포함하는 차열 코팅(51)보다 뛰어난 열사이클 특성을 갖는 것을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 일은 없으며, 상술한 실시형태에 변경을 가한 형태나, 이러한 형태를 조합한 형태도 포함한다.
1: 용사용 분말의 제조 장치(분말 제조 장치)
2: 용사 설비 3: 집진기
4: 분쇄 장치 5: 2차 입자 제작 장치
6: 2차 입자 분급 장치 7: 용사 장치
8: 용사 대상 10: 회수 덕트
11: 흡인 팬 12: 용사 건
13: 용사 부스 14: 통기 구멍
16: 조립 장치 17: 열처리 장치
21: 작동 가스 공급 장치 22: 분체 공급 장치
23: 전원 장치 24: 냉각수 공급
25: 용사 제어 장치 26: 노즐
27: 텅스텐 전극 28: 건 하우징
29: 작동 가스 수입구 30: 노즐 분사 구멍
31: 분체 수입구 32: 냉각수 입구
33: 냉각수 출구 34: 회전대
40: 회수 입자 분급 장치 41: 전자기 분리 장치
42: 용해 분리 장치 50: 기재
51: 차열 코팅 52: 금속 결합층
53: 세라믹스층 60: 가스 터빈
61: 압축기 62: 연소기
63: 터빈 70: 동익
71: 도브테일 72: 플랫폼
73: 날개부 80: 정익
81: 내측 슈라우드 82: 외측 슈라우드
83: 날개부 84: 시일 핀 냉각 구멍
85: 슬릿 90: 레이저식 열사이클 시험 장치
91: 본체부 92: 시료 홀더
93: 레이저 장치 94: 냉각 가스 노즐
S1: 준비 공정 S2: 2차 입자 제작 공정
S3: 2차 입자 분급 공정 S11: 비부착 입자 회수 공정
S12: 분쇄 공정 S14: 선별 공정
S15: 규격 외 입자 회수 공정 S21: 조립 공정
S22: 열처리 공정 S141: 회수 입자 분급 공정
S142: 전자기 분리 공정 S143: 용해 분리 공정

Claims (15)

  1. 희토류 산화물인 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 제 1 입자, 및 상기 제 1 첨가제와는 상이한 희토류 산화물인 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 제 2 입자를 포함하며, 0㎛ 초과 10㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는 혼합 분말을 준비하는 준비 공정과,
    서로 소결된 상기 제 1 입자 및 상기 제 2 입자를 각각 포함하는 복수의 2차 입자를 제작하는 2차 입자 제작 공정을 구비하고,
    상기 제 1 첨가제는 이트륨 산화물이며,
    상기 제 2 첨가제는 이테르븀 산화물인 것을 특징으로 하는
    용사용 분말의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 분말은 5㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는 것을 특징으로 하는
    용사용 분말의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 입자 제작 공정은,
    상기 제 1 입자 및 상기 제 2 입자를 각각 포함하는 복수의 중간 입자를 스프레이 드라이법에 의해 제작하는 조립 공정과,
    상기 중간 입자에 열처리를 실시하여, 상기 2차 입자를 얻는 열처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    용사용 분말의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 입자 제작 공정으로 얻어진 상기 2차 입자로부터, 20㎛ 이상 150㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는 분말을 얻는 2차 입자 분급 공정을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는
    용사용 분말의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 준비 공정은,
    상기 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 복수의 입자를 용사했을 때에 용사 대상에 부착되지 않은 복수의 제 1 비부착 입자, 및 상기 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 복수의 입자를 용사했을 때에 용사 대상에 부착되지 않은 복수의 제 2 비부착 입자를 회수하는 비부착 입자 회수 공정과,
    상기 복수의 제 1 비부착 입자 및 상기 복수의 제 2 비부착 입자를 일괄하여 분쇄하는 분쇄 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    용사용 분말의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 비부착 입자 회수 공정에서, 금속에 의해 구성되는 복수의 입자를 용사했을 때에 용사 대상에 부착되지 않은 복수의 제 3 비부착 입자가 상기 복수의 제 1 비부착 입자 및 상기 복수의 제 2 비부착 입자와 함께 회수되고,
    상기 복수의 제 1 비부착 입자 및 상기 복수의 제 2 비부착 입자와 상기 복수의 제 3 비부착 입자를 분리하는 선별 공정을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는
    용사용 분말의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 2차 입자 제작 공정으로 얻어진 상기 2차 입자로부터, 20㎛ 이상 150㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는 분말을 얻는 2차 입자 분급 공정을 구비하고,
    상기 준비 공정은, 상기 2차 입자 분급 공정에서 제외된 규격 외의 입자를 회수하는 규격 외 입자 회수 공정을 추가로 포함하고,
    상기 분쇄 공정에서, 상기 복수의 제 1 비부착 입자, 상기 복수의 제 2 비부착 입자 및 상기 규격 외의 입자를 일괄하여 분쇄하는 것을 특징으로 하는
    용사용 분말의 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 비부착 입자 회수 공정에서, 상기 복수의 제 1 비부착 입자 및 상기 복수의 제 2 비부착 입자를 집진기에 의해 회수하는 것을 특징으로 하는
    용사용 분말의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 서로 소결된 제 1 입자 및 제 2 입자를 각각 포함하는 복수의 2차 입자에 의해 구성되고,
    상기 제 1 입자는, 희토류 산화물인 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되며,
    상기 제 2 입자는, 상기 제 1 첨가제와는 상이한 희토류 산화물인 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되고,
    상기 제 1 입자 및 상기 제 2 입자의 각각은 0㎛ 초과 10㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖고,
    상기 제 1 첨가제는 이트륨 산화물이며,
    상기 제 2 첨가제는 이테르븀 산화물인 것을 특징으로 하는
    용사용 분말.
  12. 희토류 산화물인 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 제 1 입자, 및 상기 제 1 첨가제와는 상이한 희토류 산화물인 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 제 2 입자를 포함하며, 0㎛ 초과 10㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는 혼합 분말을 준비하는 준비 공정과,
    서로 소결된 상기 제 1 입자 및 상기 제 2 입자를 각각 포함하는 복수의 2차 입자를 제작하는 2차 입자 제작 공정을 구비하고,
    상기 2차 입자 제작 공정으로 얻어진 상기 2차 입자로부터, 20㎛ 이상 150㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는 분말을 얻는 2차 입자 분급 공정을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는
    용사용 분말의 제조 방법.
  13. 희토류 산화물인 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 제 1 입자, 및 상기 제 1 첨가제와는 상이한 희토류 산화물인 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 제 2 입자를 포함하며, 0㎛ 초과 10㎛ 이하의 10% 적산 입경을 갖는 혼합 분말을 준비하는 준비 공정과,
    서로 소결된 상기 제 1 입자 및 상기 제 2 입자를 각각 포함하는 복수의 2차 입자를 제작하는 2차 입자 제작 공정을 구비하고,
    상기 준비 공정은,
    상기 제 1 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 복수의 입자를 용사했을 때에 용사 대상에 부착되지 않은 복수의 제 1 비부착 입자, 및 상기 제 2 첨가제를 포함하는 산화지르코늄계 세라믹스에 의해 구성되는 복수의 입자를 용사했을 때에 용사 대상에 부착되지 않은 복수의 제 2 비부착 입자를 회수하는 비부착 입자 회수 공정과,
    상기 복수의 제 1 비부착 입자 및 상기 복수의 제 2 비부착 입자를 일괄하여 분쇄하는 분쇄 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    용사용 분말의 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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