KR101986306B1 - Vacuum suspension plasma spray aparattus and vacuum suspension plasma spray method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치 및 진공 서스펜션 플라즈마 용사방법에 관한 것이고, 본 발명의 실시 예를 따르는 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치는 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내부의 압력을 10 내지 500mbar로 유지하도록 하는 압력조절장치; 상기 진공 챔버에 배치되고, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부 및 상기 발생된 플라즈마를 분사하는 분사구를 포함하는 플라즈마 건; 상기 플라즈마 건에서 분사된 플라즈마에 서스펜션을 공급하도록 배치된 드립프리아토마이징 노즐; 및 상기 드립프리아토마이징 노즐에 연통되고, 상기 드립프리아토마이징 노즐에 서스펜션을 공급하는 서스펜션 공급부;를 포함하고, 상기 서스펜션은 분말 및 용매의 혼합체이고, 상기 분말은 금속 분말, 산화물계 세라믹 분말 및 비산화물계 세라믹 분말 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 용매는 물, 알코올, 벤젠, 또는 톨루엔 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a vacuum suspension plasma spraying apparatus and a vacuum suspension plasma spraying method, and a vacuum suspension plasma spraying apparatus according to an embodiment of the present invention includes a vacuum chamber; A pressure regulating device for maintaining the pressure inside the vacuum chamber at 10 to 500 mbar; A plasma gun disposed in the vacuum chamber, the plasma gun including a plasma generating unit generating a plasma and an ejection port ejecting the generated plasma; A drip free atomizing nozzle arranged to supply a suspension to the plasma ejected from the plasma gun; And a suspension supply part communicating with the drip free atomizing nozzle and supplying suspension to the drip free atomizing nozzle, wherein the suspension is a mixture of a powder and a solvent, and the powder is a metal powder, an oxide based ceramic powder, And a non-oxide ceramic powder, wherein the solvent comprises at least one of water, alcohol, benzene, or toluene.
Description
본 발명은 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치 및 진공 서스펜션 플라즈마 용사방법에 관한 것이다. The present invention relates to a vacuum suspension plasma spraying apparatus and a vacuum suspension plasma spraying method.
세라믹은 금속원소가 비금속원소와 결합해 만드는 물질을 의미하며 크게 산화물계 세라믹과 비산화물계 세라믹으로 구분된다. 세라믹은 우수한 기계적 특성(강도, 경도 등), 높은 내열특성(고온 안정성, 단열성 등), 특이한 전자적 특성(유전성, 절연성, 반도성, 압전성 등), 자기적성질(강자성, 상자성 등), 광학적특성(투광성, 흡광성 등), 화학적특성(내식성 등) 등을 가지고 있어 현대문명의 발전에 없어서는 안되는 대표적인 소재이다. 세라믹은 금속이나 고분자재료에 비하여 깨지기 쉬우며 또한 성형이 어렵다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 세라믹 소재를 다양한 수단으로 코팅하는 기술이 활발히 개발되고 있다.Ceramics refers to materials made by combining metallic elements with non-metallic elements and is largely classified into oxide ceramics and non-oxide ceramics. Ceramics is characterized by its excellent mechanical properties (strength, hardness, etc.), high heat resistance properties (high temperature stability and insulation), unique electronic properties (dielectric, insulating, semiconducting and piezoelectric), magnetic properties (ferromagnetic and paramagnetic) (Light transmittance, light absorption, etc.) and chemical properties (corrosion resistance, etc.), which are indispensable materials for the development of modern civilization. Ceramics have a disadvantage that they are more fragile and difficult to mold than metal or polymer materials. In order to overcome these disadvantages, techniques for coating ceramics with various means have been actively developed.
세라믹을 원하는 피코팅물에 직접 코팅하는 방법에는 PVD, CVD, 에어로졸 데포지션, 플라즈마 용사 등 종류가 다양하다. PVD나 CVD법은 주로 DLC, TiN, CrN , ZrO2 등의 세라믹을 절삭공구나 마모가 빈번한 부품에 표면에 코팅하는 방법으로서 코팅의 조성, 결정성 등을 제어할 수 있는 장점이 있다. 내마모 부품 이외에도 응용범위에 따라 반도체, 태양전지 디스플레이용 코팅, 광학용 코팅 등 다양한 코팅에 적용이 가능한 장점이 있다. 통상 코팅두께는 박막이라 불리우는 2-5㎛범위이며 이 보다 두꺼운 코팅도 가능하나, 여기에는 상당히 많은 시간과 특수한 공정이 요구되는 문제가 있다.There are various kinds of coating methods such as PVD, CVD, aerosol deposition, and plasma spraying. PVD or CVD is a method of coating ceramics such as DLC, TiN, CrN, and ZrO2 on a surface of a cutting tool or a part frequently abraded, and has an advantage of controlling the composition and crystallinity of the coating. In addition to abrasion resistant parts, it can be applied to various coatings such as semiconductors, solar cell display coatings and optical coatings depending on the application range. Typically, the coating thickness is in the range of 2-5 mu m called thin film, although a thicker coating is also possible, which requires a considerable amount of time and a special process.
에어로졸 데포지션 방법은 (KR 10-0818188) 미세한 세라믹 분말을 운송가스에 실어 기판에 분사, 코팅을 형성하는 것으로서, 분당 180㎛ 정도의 고속 코팅이 가능하고 치밀하고 균열이 없는 코팅을 형성할 수 있으나 코팅이 가능한 분말의 종류가 한정되어 있고, 전술의 경우와 마찬가지로 코팅두께가 수 ㎛에 국한되는 문제를 가지고 있다. The aerosol deposition method (KR 10-0818188) is a method of spraying a fine ceramic powder onto a substrate to form a coating on the substrate, which can form a dense, crack-free coating capable of high-speed coating of about 180 μm per minute There is a problem that the kind of powder that can be coated is limited and the thickness of the coating is limited to a few micrometers as in the above case.
플라즈마 용사법은 분말상의 재료를 고온 고속의 플라즈마 화염을 이용하여 순간적으로 용융시키고 고속으로 기판에 충돌시켜 급냉 응고된 코팅을 형성하는 기술이다. 이 방법을 이용하면 금속, 세라믹, 금속간 화합물 등의 광범위한 재료를 고속으로 수 mm까지 두껍게 코팅이 가능한 장점이 있다. 용사법은 전술한 바와 같이 고에너지 화염에 분말상의 재료를 외부로부터 투입하여 용융 및 가속을 시켜야 하는 공정의 특성상, 치밀/균일한 코팅 및 빠른 코팅을 위해서는 크기가 작은 용사분말이 요구된다. 하지만 분말의 크기가 작아질수록 분말의 이송과정에서 뭉치거나 엉기는 등 유동성이 낮아져, 균일한 코팅이 이루어지지 않는다는 문제가 있었다.Plasma spraying is a technique for instantly melting a powdery material using a high-temperature and high-speed plasma flame and colliding with the substrate at high speed to form a rapidly solidified coating. With this method, a wide range of materials such as metals, ceramics and intermetallic compounds can be coated at a high speed up to several mm thick. As described above, the spraying method requires spraying powder having a small size for dense / uniform coating and rapid coating due to the characteristic of the process of injecting the powdery material into the high energy flame from the outside and melting and accelerating the powder. However, as the size of the powder becomes smaller, the fluidity is lowered, such as aggregation or aggregation, in the transferring process of the powder, and uniform coating is not achieved.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 용사분말의 크기가 작은 경우 분말이 이송과정에서 뭉치거나 엉기는 등 유동성이 낮아져, 균일한 코팅이 어렵고, 또한 미세분말을 함유한 서스펜션을 대기중에서 용사 코팅할 경우 에너지 저하 및 산화를 유발하는 문제를 해결하여, 치밀하고 두꺼운 코팅을 단시간 내에 형성하는, 진공 서스펜션 플라즈마 용사방법을 제공하는 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of spray coating a suspension containing fine powder, The present invention provides a vacuum suspension plasma spraying method which solves the problem of energy degradation and oxidation and forms a dense and thick coating in a short time.
본 발명의 실시 예를 따르는 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치는 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내부의 압력을 10 내지 500mbar로 유지하도록 하는 압력조절장치; 상기 진공 챔버에 배치되고, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부 및 상기 발생된 플라즈마를 분사하는 분사구를 포함하는 플라즈마 건; 상기 플라즈마 건에서 분사된 플라즈마에 서스펜션을 공급하도록 배치된 드립프리아토마이징 노즐; 및 상기 드립프리아토마이징 노즐에 연통되고, 상기 드립프리아토마이징 노즐에 서스펜션을 공급하는 서스펜션 공급부;를 포함하고, 상기 서스펜션은 분말 및 용매의 혼합체이고, 상기 분말은 금속 분말, 산화물계 세라믹 분말 및 비산화물계 세라믹 분말 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 용매는 물, 알코올, 벤젠, 또는 톨루엔 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다. A vacuum suspension plasma spraying apparatus according to an embodiment of the present invention includes a vacuum chamber; A pressure regulating device for maintaining the pressure inside the vacuum chamber at 10 to 500 mbar; A plasma gun disposed in the vacuum chamber, the plasma gun including a plasma generating unit generating a plasma and an ejection port ejecting the generated plasma; A drip free atomizing nozzle arranged to supply a suspension to the plasma ejected from the plasma gun; And a suspension supply part communicating with the drip free atomizing nozzle and supplying suspension to the drip free atomizing nozzle, wherein the suspension is a mixture of a powder and a solvent, and the powder is a metal powder, an oxide based ceramic powder, And a non-oxide ceramic powder, wherein the solvent comprises at least one of water, alcohol, benzene, or toluene.
또한, 상기 드립프리아토마이징 노즐은, 서스펜션 공급관, 기체 공급관, 상기 서스펜션 공급관에서 서스펜션이 공급되는 것을 차단하는 서스펜션 차단부, 상기 서스펜션 공급관에서 공급되는 서스펜션 및 상기 기체 공급관에서 공급되는 기체가 혼합 분사되는 배출구,를 포함하고, 상기 서스펜션 차단부는 상기 기체 공급관에서 기체가 공급되는 경우 상기 서스펜션 공급관에서 상기 배출구로 서스펜션이 흐르도록 열린 상태(On-state)가 되고, 상기 기체 공급관에서 기체가 공급되지 않는 경우 상기 서스펜션 공급관에서 상기 배출구로 서스펜션이 차단되도록 닫힌 상태(Off-state)가 될 수 있다. The drip free atomizing nozzle may include a suspension supply pipe, a gas supply pipe, a suspension blocking unit for blocking supply of suspension from the suspension supply pipe, a suspension supplied from the suspension supply pipe, and a gas supplied from the gas supply pipe Wherein the suspension blocking portion is in an open state such that a suspension flows from the suspension supply pipe to the discharge port when gas is supplied from the gas supply pipe and when the gas is not supplied from the gas supply pipe And may be in an off-state such that the suspension from the suspension supply pipe to the discharge port is blocked.
또한, 상기 드립플리아토마이징 노즐의 서스펜션 배출구 직경은 100 내지 1000㎛일 수 있다. The diameter of the suspension outlet of the dripping atomizing nozzle may be 100 to 1000 탆.
또한, 상기 서스펜션 공급부의 서스펜션 공급 유량은 1g/min 내지 2000g/min 일 수 있다. Also, the suspension supply flow rate of the suspension supply unit may be 1 g / min to 2000 g / min.
또한, 상기 서스펜션 공급부는 서스펜션 유량을 조절하는 유량조절장치 및 서스펜션 유량을 계측하는 유량계측장치를 더 포함할 수 있다. The suspension supply unit may further include a flow rate adjusting device for adjusting a suspension flow rate and a flow rate measuring device for measuring a suspension flow rate.
또한, 상기 드립프리아토마이징 노즐은 상기 서스펜션 공급부로부터 서스펜션이 공급되지 않는 경우에는 상기 진공 챔버 및 서스펜션 공급부를 차단하는 차단부재를 더 포함할 수 있다. The drip free atomizing nozzle may further include a blocking member for blocking the vacuum chamber and the suspension supply unit when the suspension is not supplied from the suspension supply unit.
본 발명의 실시 예를 따르는 진공 서스펜션 플라즈마 용사방법은 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치를 이용하여 코팅층을 형성하는 방법에 있어서, 서스펜션 및 기판을 준비하는 단계; 및 상기 기판을 진공 챔버에 배치하는 단계; 및 기 서스펜션을 플라즈마에 공급하고, 상기 기판 상에 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 서스펜션은 분말 및 용매의 혼합체이고, 상기 분말은 금속 분말, 산화물계 세라믹 분말 및 비산화물계 세라믹 분말 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 용매는 물, 알코올, 벤젠, 또는 톨루엔 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치는 서스펜션을 공급하도록 배치된 드립프리아토마이징 노즐을 포함한다. A vacuum suspension plasma spraying method according to an embodiment of the present invention is a method of forming a coating layer using a vacuum suspension plasma spraying apparatus, comprising: preparing a suspension and a substrate; And disposing the substrate in a vacuum chamber; And forming a coating layer on the substrate, wherein the suspension is a mixture of a powder and a solvent, and the powder is a mixture of a metal powder, an oxide-based ceramic powder and a non-oxide-based ceramic powder Wherein the solvent comprises at least one of water, alcohol, benzene, or toluene, and wherein the vacuum suspension plasma spray apparatus includes a drip free atomizing nozzle arranged to supply a suspension.
또한, 상기 분말의 직경은 10 내지 1000nm일 수 있다. The diameter of the powder may be 10 to 1000 nm.
본 발명은 나노미터 크기의 금속 또는 산화물계 세라믹 또는 비산화물계 세라믹 분말을 용매에 분산시킨 서스펜션을, 대기압 보다 낮은 압력을 가진 진공플라즈마 용사챔버 내부에, 일정한 양이 되도록 유량을 제어하며 공급하여 플라즈마 화염에 주입시킨 후, 플라즈마 화염에 의해 서스펜션의 분해, 고상입자의 가열 및 용융하여, 공급된 서스펜션의 가속을 통해, 진공 또는 불활성 분위기 하에서 치밀하고 두꺼운 코팅을 단시간 내에 형성할 수 있는 장점이 있다. The present invention provides a suspension in which a suspension of nanometer-sized metal, oxide-based ceramic or non-oxide ceramic powder dispersed in a solvent is supplied into a vacuum plasma spraying chamber having a pressure lower than atmospheric pressure, There is an advantage in that a dense and thick coating can be formed in a short time under a vacuum or an inert atmosphere through decomposition of the suspension, heating and melting of the solid particles by the plasma flame, and acceleration of the supplied suspension.
본 발명에 따른 진공 서스펜션 플라즈마 용사방법은, 기존 수-수백 ㎛ 크기가 아닌 1㎛ 이하의 용사분말 미세입자를 서스펜션으로 이송하므로, 미세분말을 과립화할 필요가 없으며, 과립화된 고융점 분말들의 중심부 미용융에 기인된 불균일 코팅형성이 억제되고, 미세하고 치밀한 코팅 형성이 가능한 장점이 있다. 또한 기존 진공플라즈마 용사장치를 그대로 사용하여 나노미터 크기의 미세분말을 진공 또는 불활성 분위기 하에서 플라즈마 화염에 직접 투입하여, 용융 가속시켜 기판과 충돌, 적층이 이루어지게 되므로 대기중의 산소 등 불순물과의 반응이 억제되어 경제적으로 고품위 치밀 코팅이 가능한 장점이 있다.The vacuum suspension plasma spraying method according to the present invention does not need to granulate the fine powder because the sprayed plasma spraying method transfers the fine particles of sprayed powder having a size of less than 1 탆, There is an advantage that the formation of a nonuniform coating due to unstable melting can be suppressed and a fine and dense coating can be formed. In addition, since the conventional vacuum plasma spraying apparatus is used as it is, the fine powder of nanometer size is directly injected into the plasma flame under a vacuum or an inert atmosphere to melt and accelerate the collision and lamination with the substrate, Which is advantageous in that a high-quality dense coating can be economically achieved.
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치의 구조도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예를 따르는 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치의 드립프리아토마이징 노즐의 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예를 따르는 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치에서 분사되는 플라즈마와 드립프리아토마이징 노즐에 의해 공급되는 서스펜션을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예를 따르는 진공 서스펜션 플라즈마 용사방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 5는 실시 예 1에 의해 형성된 진공 서스펜션 플라즈마 용사 코팅 표면 및 측단면을 촬영한 것이다.
도 6은 실시 예 2에 의해 형성된 진공 서스펜션 플라즈마 용사 코팅 표면 및 측단면을 촬영한 것이다.
도 7은 실시 예 3에 의해 형성된 진공 서스펜션 플라즈마 용사 코팅 표면 및 측단면을 촬영한 것이다.
도 8은 실시 예 4에 의해 형성된 진공 서스펜션 플라즈마 용사 코팅 표면 및 측단면을 촬영한 것이다. 1 is a structural view of a vacuum suspension plasma spraying apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a side cross-sectional view of a drip free atomizing nozzle of a vacuum suspension plasma spraying apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 shows a suspension supplied by a plasma sprayed in a vacuum suspension plasma spraying apparatus and a drip free atomizing nozzle according to an embodiment of the present invention.
4 shows a flow diagram of a vacuum suspension plasma spraying method according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph of a vacuum suspension plasma spray coating surface and side cross-section formed by Example 1. Fig.
6 is a photograph of the surface of the vacuum suspension plasma spray coating formed by Example 2 and the side cross-section thereof.
7 is a photograph of a vacuum suspension plasma spray coating surface and side cross-section formed by Example 3. Fig.
8 is a photograph of a vacuum suspension plasma spray coating surface and side cross-section formed according to Example 4. Fig.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity of description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements. In the drawings, like reference numerals are used throughout the drawings. In addition, "including" an element throughout the specification does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary.
진공 서스펜션 Vacuum Suspension 플라즈마plasma 용사장치 Spraying device
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치의 구조도를 도시한 것이다.1 is a structural view of a vacuum suspension plasma spraying apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치(1000)는 진공 챔버(1100); 상기 진공 챔버(1100) 내부의 압력을 10 내지 500mbar로 유지하도록 하는 압력조절장치(1200); 상기 진공 챔버(1100)에 배치되고, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부 및 상기 발생된 플라즈마를 분사하는 분사구를 포함하는 플라즈마 건(1300); 상기 플라즈마 건(1300)에서 분사된 플라즈마에 서스펜션을 공급하도록 배치된 드립프리아토마이징 노즐(1400); 및 상기 드립프리아토마이징 노즐(1400)에 연통되고, 상기 드립프리아토마이징 노즐(1400)에 서스펜션을 공급하는 서스펜션 공급부(1500);를 포함한다. Referring to FIG. 1, a vacuum suspension
상기 서스펜션은 분말 및 용매의 혼합체이고, 상기 분말은 금속 분말, 산화물계 세라믹 분말 및 비산화물계 세라믹 분말 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 용매는 물, 알코올, 벤젠, 또는 톨루엔 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The suspension is a mixture of powder and solvent, and the powder includes at least one of metal powder, oxide ceramic powder and non-oxide ceramic powder, and the solvent includes at least one of water, alcohol, benzene, or toluene .
상기 진공 챔버는 진공 서스펜션 플라즈마 용사를 수행하기 위한 공간으로써, 내부 대기가 10 내지 500mbar 의 압력으로 제어될 수 있다. 또한, 상기 진공 챔버는 진공 서스펜션 플라즈마 용사가 수행될 때 대기에 의한 영향을 최소화하기 위해 불활성 분위기인 아르곤, 헬륨 또는 질소 중 적어도 하나를 포함하는 분위기로 제어될 수 있다. The vacuum chamber is a space for performing vacuum suspension plasma spraying, and the inner atmosphere can be controlled to a pressure of 10 to 500 mbar. In addition, the vacuum chamber may be controlled to an atmosphere containing at least one of argon, helium or nitrogen, which is an inert atmosphere, in order to minimize the effect of the atmosphere when the vacuum suspension plasma spraying is performed.
상기 진공 챔버 내부의 압력이 10mbar 미만인 경우 플라즈마 챔버 내의 분위기를 유지하는데 많은 에너지가 필요할 수 있고, 상기 진공 챔버 내부의 압력이 500mbar를 초과하는 경우 플라즈마 화염의 작은 크기로 인해 코팅층의 균일도가 저하되는 문제가 있을 수 있다. If the pressure inside the vacuum chamber is less than 10 mbar, a large amount of energy may be required to maintain the atmosphere in the plasma chamber. If the pressure inside the vacuum chamber exceeds 500 mbar, the uniformity of the coating layer may deteriorate due to the small size of the plasma flame. .
상기 분말의 직경은 10 내지 1000nm일 수 있다. The diameter of the powder may be 10 to 1000 nm.
상기 분말의 직경이 10nm이하인 경우, 입자의 운동에너지가 낮고, 10nm 크기의 분말을 제조하는 데 어려움이 있다는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 상기 분말의 직경이 1000nm를 초과하는 경우 분말이 조대하여 치밀한 박막이 형성되지 않을 수 있다. When the diameter of the powder is 10 nm or less, there is a problem that the kinetic energy of the particles is low and it is difficult to produce a powder having a size of 10 nm. Also, when the diameter of the powder is more than 1000 nm, the powder may not form a dense thin film.
상기 플라즈마 건은 상기 진공 챔버에 배치되고, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부 및 상기 발생된 플라즈마를 분사하는 플라즈마 분사구를 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 발생부는 플라즈마를 발생시키기 위한 음극 및 양극을 포함하고, 상기 플라즈마 발생부로 플라즈마를 발생시키는 주류가스가 주입될 수 있다. The plasma gun may be disposed in the vacuum chamber, and may include a plasma generating unit for generating plasma and a plasma ejecting opening for ejecting the generated plasma. The plasma generator includes a cathode and an anode for generating a plasma, and a mainstream gas generating a plasma may be injected into the plasma generator.
도 2는 본 발명의 실시 예를 따르는 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치의 드립프리아토마이징 노즐의 측단면도이다. 2 is a side cross-sectional view of a drip free atomizing nozzle of a vacuum suspension plasma spraying apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 상기 드립프리아토마이징 노즐(1400)은, 서스펜션 공급관(1410), 기체 공급관(1420), 상기 서스펜션 공급관(1410)에서 서스펜션이 공급되는 것을 차단하는 서스펜션 차단부(1430), 상기 서스펜션 공급관(1410)에서 공급되는 서스펜션 및 상기 기체 공급관(1420)에서 공급되는 기체가 혼합 분사되는 배출구(1440),를 포함하고, 상기 서스펜션 차단부는 상기 기체 공급관에서 기체가 공급되는 경우 상기 서스펜션 공급관에서 상기 배출구로 서스펜션이 흐르도록 열린 상태(On-state)가 되고, 상기 기체 공급관에서 기체가 공급되지 않는 경우 상기 서스펜션 공급관에서 상기 배출구로 서스펜션이 차단되도록 닫힌 상태(Off-state)가 될 수 있다. 2, the drip
상기 서스펜션 공급관(1410)은 서스펜션 공급부와 연통되어 서스펜션을 공급할 수 있다. 상기 기체 공급관은 상기 서스펜션에서 공급되는 서스펜션을 제어된 유량 및 속도로 배출하기 위해 기체를 공급할 수 있으며, 상기 기체 공급관은 에어펌프와 같은 장치와 연결될 수 있다. The
상기 드립프리아토마이징 노즐의 서스펜션 배출구 직경은 100 내지 1000㎛일 수 있다. The diameter of the suspension outlet of the drip free atomizing nozzle may be 100 to 1000 mu m.
상기 드립프리아토마이징 노즐의 서스펜션 배출구 직경은 100㎛ 미만인 경우 서스펜션 유량을 높이기 어려운 단점이 있을 수 있고, 상기 드립프리아토마이징 노즐의 서스펜션 배출구 직경이 1000㎛를 초과하는 경우에는 서스펜션 유량조절장치의 제어 용량을 초과하며, 설령 공급되더라도 입자의 양이 많기 때문에 균일하게 코팅하는 것이 어려울 수 있다. If the diameter of the suspension outlet of the drip free atomizing nozzle is less than 100 μm, it may be difficult to increase the suspension flow rate. If the diameter of the suspension outlet of the drip free atomizing nozzle exceeds 1000 μm, control of the suspension flow rate regulator Capacity, and even if supplied, it may be difficult to coat uniformly because of the large amount of particles.
상기 서스펜션 공급부의 서스펜션 공급 유량은 1g/min 내지 2000g/min 일 수 있다. The suspension supply flow rate of the suspension supply part may be 1 g / min to 2000 g / min.
상기 서스펜션 공급부의 서스펜션 공급 유량이 1g/min인 경우 코팅 효율 저하로 생산성이 저하될 수 있고, 상기 서스펜션 공급부의 서스펜션 공급 유량이 2000g/min을 초과하는 경우 서스펜션 유량조절장치의 제어 용량을 초과하며, 설령 공급되더라도 입자의 양이 많기 때문에 균일하게 코팅하는 것이 어려울 수 있다. If the suspension supply flow rate of the suspension supply unit is 1 g / min, the productivity may deteriorate due to a decrease in coating efficiency. If the suspension supply flow rate of the suspension supply unit exceeds 2000 g / min, the control capacity of the suspension flow rate adjustment apparatus is exceeded, Even if supplied, it may be difficult to coat uniformly since the amount of particles is large.
상기 서스펜션 공급부는 서스펜션 유량을 조절하는 유량조절장치(1600) 및 서스펜션 유량을 계측하는 유량계측장치(1700)를 더 포함할 수 있다. The suspension supply unit may further include a flow
상기 드립프리아토마이징 노즐은 상기 서스펜션 공급부로부터 서스펜션이 공급되지 않는 경우에는 상기 진공 챔버 및 서스펜션 공급부를 차단하는 차단부재를 더 포함할 수 있다. The drip free atomizing nozzle may further include a blocking member for blocking the vacuum chamber and the suspension supply unit when the suspension is not supplied from the suspension supply unit.
도 3은 본 발명의 실시 예를 따르는 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치에서 분사되는 플라즈마와 드립프리아토마이징 노즐에 의해 공급되는 서스펜션을 도시한 것이다. 3 shows a suspension supplied by a plasma sprayed in a vacuum suspension plasma spraying apparatus and a drip free atomizing nozzle according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 상기 드립프리아토마이징 노즐은 상기 플라즈마 건에서 분사된 플라즈마(100)에 서스펜션(200)을 공급하도록 배치될 수 있다. Referring to FIG. 3, the drip free atomizing nozzle may be arranged to supply the
상기 드립프리아토마이징 노즐을 통해 서스펜션(200)을 공급하여 플라즈마 화염(100)에 주입시킨 후, 플라즈마 화염(100)에 의해 서스펜션(200)의 분해, 고상입자(210)의 가열 및 용융, 용매(220)의 휘발, 용융액적의 가속이 이루어져, 진공 또는 불활성 분위기 하에서 치밀하고 두꺼운 코팅을 단시간 내에 형성할 수 있다. The
상기 드립프리아토마이징 노즐은 서스펜션 공급부와 연통되고, 상기 서스펜션 공급부로부터 공급된 서스펜션을 플라즈마에 설정된 유량으로 공급하도록 구성될 수 있다. The drip free atomizing nozzle may be configured to communicate with the suspension supply unit and supply the suspension supplied from the suspension supply unit at a predetermined flow rate to the plasma.
상기 드립프리아토마이징 노즐은 서스펜션을 제어된 유량 및 제어된 형상으로 공급할 수 있다. 상기 드립프리아토마이징 노즐은 서스펜션을 연속된 형태로 플라즈마에 공급하는 것이 아니고, 바람직하게 분리된 물방울 또는 액적 형태로 플라즈마에 공급할 수 있다. The drip free atomizing nozzle can supply the suspension in a controlled flow rate and controlled geometry. The drip-free atomizing nozzle may be supplied to the plasma, preferably in the form of separated droplets or droplets, rather than supplying the suspension to the plasma in a continuous form.
진공 서스펜션 Vacuum Suspension 플라즈마plasma 용사방법 How to spray
도 4는 본 발명의 실시 예를 따르는 진공 서스펜션 플라즈마 용사방법의 순서도를 도시한 것이다. 4 shows a flow diagram of a vacuum suspension plasma spraying method according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 진공 서스펜션 플라즈마 용사방법은 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치를 이용하여 코팅층을 형성하는 방법에 있어서, 서스펜션 및 기판을 준비하는 단계; 및 상기 기판을 진공 챔버에 배치하는 단계; 및 기 서스펜션을 플라즈마에 공급하고, 상기 기판 상에 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 서스펜션은 분말 및 용매의 혼합체이고, 상기 분말은 금속 분말, 산화물계 세라믹 분말 및 비산화물계 세라믹 분말 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 용매는 물, 알코올, 벤젠, 또는 톨루엔 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치는 서스펜션을 공급하도록 배치된 드립프리아토마이징 노즐을 포함한다. Referring to FIG. 4, a vacuum suspension plasma spraying method according to an embodiment of the present invention is a method of forming a coating layer using a vacuum suspension plasma spraying apparatus, comprising: preparing a suspension and a substrate; And disposing the substrate in a vacuum chamber; And forming a coating layer on the substrate, wherein the suspension is a mixture of a powder and a solvent, and the powder is a mixture of a metal powder, an oxide-based ceramic powder and a non-oxide-based ceramic powder Wherein the solvent comprises at least one of water, alcohol, benzene, or toluene, and wherein the vacuum suspension plasma spray apparatus includes a drip free atomizing nozzle arranged to supply a suspension.
먼저, 서스펜션 및 기판을 준비하는 단계를 설명한다. First, the steps of preparing the suspension and the substrate will be described.
상기 서스펜션은 분말 및 용매의 혼합체이고, 상기 분말은 금속 분말, 산화물계 세라믹 분말 및 비산화물계 세라믹 분말 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 용매는 물, 알코올, 벤젠, 또는 톨루엔 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The suspension is a mixture of powder and solvent, and the powder includes at least one of metal powder, oxide ceramic powder and non-oxide ceramic powder, and the solvent includes at least one of water, alcohol, benzene, or toluene .
상기 분말의 직경은 10 내지 1000nm일 수 있다. The diameter of the powder may be 10 to 1000 nm.
상기 분말의 직경이 10nm이하인 경우, 입자의 운동에너지가 낮고, 10nm 크기의 분말을 제조하는 데 어려움이 있을 수 있다. 또한, 상기 분말의 직경이 1000nm를 초과하는 경우 분말이 조대하여 치밀한 박막이 형성되지 않을 수 있다. When the diameter of the powder is 10 nm or less, the kinetic energy of the particles is low and it may be difficult to produce a powder having a size of 10 nm. Also, when the diameter of the powder is more than 1000 nm, the powder may not form a dense thin film.
상기 기판은 세라믹 기판, 금속 기판 또는 복합재 기판 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 기판의 형상도 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. The substrate may include at least one of a ceramic substrate, a metal substrate, and a composite substrate, but is not particularly limited thereto. In addition, the shape of the substrate is not particularly limited and can be used.
다음으로, 상기 기판을 진공 챔버에 배치하는 단계를 설명한다. Next, the step of disposing the substrate in the vacuum chamber will be described.
상기 진공 챔버는 진공 서스펜션 플라즈마 용사를 수행하기 위한 공간으로써, 내부 대기가 10 내지 500mbar 의 압력으로 제어될 수 있다. 또한, 상기 진공 챔버는 진공 서스펜션 플라즈마 용사가 수행될 때 대기에 의한 영향을 최소화하기 위해 불활성 분위기인 아르곤, 헬륨 또는 질소 중 적어도 하나를 포함하는 분위기로 제어될 수 있다. The vacuum chamber is a space for performing vacuum suspension plasma spraying, and the inner atmosphere can be controlled to a pressure of 10 to 500 mbar. In addition, the vacuum chamber may be controlled to an atmosphere containing at least one of argon, helium or nitrogen, which is an inert atmosphere, in order to minimize the effect of the atmosphere when the vacuum suspension plasma spraying is performed.
상기 진공 챔버 내부의 압력이 10mbar 미만인 경우 플라즈마 챔버 내의 분위기를 유지하는데 많은 에너지가 필요할 수 있고, 상기 진공 챔버 내부의 압력이 500mbar를 초과하는 경우 플라즈마 화염의 작은 크기로 인해 코팅층의 균일도가 저하되는 문제가 있을 수 있다. If the pressure inside the vacuum chamber is less than 10 mbar, a large amount of energy may be required to maintain the atmosphere in the plasma chamber. If the pressure inside the vacuum chamber exceeds 500 mbar, the uniformity of the coating layer may deteriorate due to the small size of the plasma flame. .
상기 플라즈마 건은 상기 진공 챔버에 배치되고, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부 및 상기 발생된 플라즈마를 분사하는 플라즈마 분사구를 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 발생부는 플라즈마를 발생시키기 위한 음극 및 양극을 포함하고, 상기 플라즈마 발생부로 플라즈마를 발생시키는 주류가스가 주입될 수 있다. The plasma gun may be disposed in the vacuum chamber, and may include a plasma generating unit for generating plasma and a plasma ejecting opening for ejecting the generated plasma. The plasma generator includes a cathode and an anode for generating a plasma, and a mainstream gas generating a plasma may be injected into the plasma generator.
상기 기판은 상기 진공 챔버에서 플라즈마에 대응되도록 배치될 수 있다. 상기 기판은 기판 제어 수단에 의해 일정한 속도로 회전을 할 수 있고, 이를 통해 균일한 코팅층을 형성할 수 있다. The substrate may be arranged to correspond to the plasma in the vacuum chamber. The substrate can be rotated at a constant speed by the substrate control means, thereby forming a uniform coating layer.
다음으로, 상기 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치의 센스펜션 공급부를 이용하여 상기 서스펜션을 진공 플라즈마 용사를 수행하여 상기 기판 상에 코팅층을 형성하는 단계를 설명한다. Next, the step of forming the coating layer on the substrate by performing the vacuum plasma spraying using the suspension supplying part of the vacuum suspension plasma spraying apparatus will be described.
상기 진공 플라즈마 용사장치는 서스펜션을 공급하도록 배치된 드립프리아토마이징 노즐을 포함한다. The vacuum plasma spraying apparatus includes a drip free atomizing nozzle arranged to supply a suspension.
상기 드립프리아토마이징 노즐은 상기 플라즈마 건에서 분사된 플라즈마에 서스펜션을 공급하도록 배치될 수 있다. 상기 드립프리아토마이징 노즐은 서스펜션 공급부와 연통되고, 상기 서스펜션 공급부로부터 공급된 서스펜션을 플라즈마에 설정된 유량으로 공급하도록 구성될 수 있다. The drip free atomization nozzle may be arranged to supply a suspension to the plasma ejected from the plasma gun. The drip free atomizing nozzle may be configured to communicate with the suspension supply unit and supply the suspension supplied from the suspension supply unit at a predetermined flow rate to the plasma.
또한, 상기 드립프리아토마이징 노즐(1400)은, 서스펜션 공급관(1410), 기체 공급관(1420), 상기 서스펜션 공급관(1410)에서 서스펜션이 공급되는 것을 차단하는 서스펜션 차단부(1430), 상기 서스펜션 공급관(1410)에서 공급되는 서스펜션 및 상기 기체 공급관(1420)에서 공급되는 기체가 혼합 분사되는 배출구(1440),를 포함하고, 상기 서스펜션 차단부는 상기 기체 공급관에서 기체가 공급되는 경우 상기 서스펜션 공급관에서 상기 배출구로 서스펜션이 흐르도록 열린 상태(On-state)가 되고, 상기 기체 공급관에서 기체가 공급되지 않는 경우 상기 서스펜션 공급관에서 상기 배출구로 서스펜션이 차단되도록 닫힌 상태(Off-state)가 될 수 있다. The drip
상기 드립프리아토마이징 노즐은 서스펜션을 제어된 유량 및 제어된 형상으로 공급할 수 있다. 상기 드립프리아토마이징 노즐은 서스펜션을 연속된 형태로 플라즈마에 공급하는 것이 아니고, 바람직하게 분리된 물방울 또는 액적 형태로 플라즈마에 공급할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 실시 예를 따르는 진공 서스펜션 플라즈마 용사방법은 별도의 과립화가 필요하지 않고, 서스펜션의 분해, 고상입자의 가열 및 용융, 용융액적의 가속이 이루어져 치밀하고 두꺼운 코팅을 단시간 내에 형성할 수 있다. The drip free atomizing nozzle can supply the suspension in a controlled flow rate and controlled geometry. The drip-free atomizing nozzle may be supplied to the plasma, preferably in the form of separated droplets or droplets, rather than supplying the suspension to the plasma in a continuous form. Accordingly, the vacuum suspension plasma spraying method according to the embodiment of the present invention does not require separate granulation, and can decompose the suspension, heat and melt the solid particles, accelerate the melt, and form a dense and thick coating in a short time have.
실시 예Example
실시 예 1Example 1
서스펜션 준비Preparing Suspension
에탄올 용매에 평균 입도 200nm 크기 분포를 갖는 8wt% YSZ 상용 분말(Northwest Mettech Corp.)을 10wt%의 농도에 맞게 투입하고, 교반기를 사용하여 YSZ 분말이 고르게 분산된 서스펜션을 준비하였다. 8 wt% YSZ commercial powder (Northwest Mettech Corp.) having an average particle size distribution of 200 nm was added to the ethanol solvent at a concentration of 10 wt%, and a suspension in which the YSZ powder was uniformly dispersed was prepared using a stirrer.
기판 준비Substrate preparation
진공 서스펜션 플라즈마 용사가 수행될 기판으로 Ni 계열 초내열합금 기판을 준비하였다. 상기 Ni 계열 초내열합금 기판 상에 결합 코팅층으로 NiCoCrAlY(Oerlikon Metco, 입자 크기 40μm, 조성 Co 18.0 - 26.0, Cr 13.0 - 21.0, Al 10.0 - 15.0, Y 0.1 - 1.0 및 잔여 Ni) 분말을 이용하여 NiCoCrAlY 층을 200 μm의 두께로 증착하였다.A Ni-based super heat resistant alloy substrate was prepared as a substrate to be subjected to vacuum suspension plasma spraying. NiCoCrAlY (Oerlikon Metco, particle size 40 μm, composition Co 18.0 - 26.0, Cr 13.0 - 21.0, Al 10.0 - 15.0, Y 0.1 - 1.0 and residual Ni) powder was used as a bonding coating layer on the Ni series super heat resistant alloy substrate. Layer was deposited to a thickness of 200 [mu] m.
진공 서스펜션 Vacuum Suspension 플라즈마plasma 용사층Spray layer 형성 formation
1000mbar의 압력으로 질소 분위기로 조절된 진공 챔버에 앞서 준비된 기판을 배치하였다. A substrate prepared before a vacuum chamber controlled at a nitrogen pressure of 1000 mbar was placed.
상기 진공 챔버에 플라즈마 건을 배치하고, 상기 플라즈마 건에 아르곤 및 수소를 주류가스로 주입하여 플라즈마를 생성하였다. 상기 챔버의 압력이 400mbar로 유지되도록 분위기가스의 유량을 조절하고, 플라즈마 건과 기판의 거리는 80mm로 조절하였다. A plasma gun was placed in the vacuum chamber, and argon and hydrogen were injected into the plasma gun as a mainstream gas to generate a plasma. The flow rate of the atmosphere gas was adjusted so that the pressure of the chamber was maintained at 400 mbar, and the distance between the plasma gun and the substrate was adjusted to 80 mm.
상기 생성된 플라즈마에 앞서 준비된 서스펜션을 50g/min의 유량으로 공급하면서 YSZ 코팅층을 100μm의 두께로 형성하였다. A YSZ coating layer having a thickness of 100 탆 was formed while supplying the suspension prepared before the plasma at a flow rate of 50 g / min.
도 5는 실시 예 1에 의해 형성된 진공 서스펜션 플라즈마 용사 코팅 표면 및 측단면을 촬영한 것이다. 도 5를 참조하면, YSZ 코팅층이 상기 NiCoCrAlY 접합층 상에 조밀하게 코팅된 것을 알 수 있다. 5 is a photograph of a vacuum suspension plasma spray coating surface and side cross-section formed by Example 1. Fig. Referring to FIG. 5, it can be seen that the YSZ coating layer is densely coated on the NiCoCrAlY junction layer.
실시 예 2Example 2
서스펜션 준비Preparing Suspension
에탄올 용매에 평균 입도 200nm 크기 분포를 갖는 8wt% YSZ 상용 분말(Northwest Mettech Corp.)을 10wt%의 농도에 맞게 투입하고, 교반기를 사용하여 YSZ 분말이 고르게 분산된 서스펜션을 준비하였다. 8 wt% YSZ commercial powder (Northwest Mettech Corp.) having an average particle size distribution of 200 nm was added to the ethanol solvent at a concentration of 10 wt%, and a suspension in which the YSZ powder was uniformly dispersed was prepared using a stirrer.
기판 준비Substrate preparation
진공 서스펜션 플라즈마 용사가 수행될 기판으로 Ni 계열 초내열합금 기판을 준비하였다. 상기 Ni 계열 초내열합금 기판 상에 결합 코팅층으로 NiCoCrAlY 층을 200 μm 의 두께로 증착하였다.A Ni-based super heat resistant alloy substrate was prepared as a substrate to be subjected to vacuum suspension plasma spraying. A NiCoCrAlY layer was deposited as a bonding coating layer on the Ni-based super-high temperature alloy substrate to a thickness of 200 μm.
진공 서스펜션 Vacuum Suspension 플라즈마plasma 용사층Spray layer 형성 formation
상기 실시 예 1에서 진공 플라즈마 용사 압력을 250mbar로 조절하고, 상기 플라즈마 건과 기판과의 거리를 70mm로 조절한 것을 제외하고는 상기 실시 예 1과 동일한 조건으로 거쳐서 YSZ 코팅층을 150μm의 두께로 형성하였다. A YSZ coating layer having a thickness of 150 탆 was formed in the same manner as in Example 1 except that the vacuum plasma spraying pressure was adjusted to 250 mbar and the distance between the plasma gun and the substrate was adjusted to 70 mm .
도 6은 실시 예 2에 의해 형성된 진공 서스펜션 플라즈마 용사 코팅 표면 및 측단면을 촬영한 것이다. 도 6을 참조하면, YSZ 코팅층이 상기 NiCoCrAlY 접합층 상에 조밀하게 코팅된 것을 알 수 있다. 6 is a photograph of the surface of the vacuum suspension plasma spray coating formed by Example 2 and the side cross-section thereof. Referring to FIG. 6, it can be seen that the YSZ coating layer is densely coated on the NiCoCrAlY junction layer.
실시 예 3Example 3
서스펜션 준비Preparing Suspension
에탄올 용매에 평균 입도 200nm 크기 분포를 갖는 8wt% YSZ 상용 분말(Northwest Mettech Corp.)을 10wt%의 농도에 맞게 투입하고, 교반기를 사용하여 YSZ 분말이 고르게 분산된 서스펜션을 준비하였다. 8 wt% YSZ commercial powder (Northwest Mettech Corp.) having an average particle size distribution of 200 nm was added to the ethanol solvent at a concentration of 10 wt%, and a suspension in which the YSZ powder was uniformly dispersed was prepared using a stirrer.
기판 준비Substrate preparation
진공 서스펜션 플라즈마 용사가 수행될 기판으로 Ni 계열 초내열합금 기판을 준비하였다. 상기 Ni 계열 초내열합금 기판 상에 결합 코팅층으로 NiCoCrAlY 층을 200μm의 두께로 증착하였다. A Ni-based super heat resistant alloy substrate was prepared as a substrate to be subjected to vacuum suspension plasma spraying. A NiCoCrAlY layer was deposited as a bonding coating layer on the Ni-based super-high temperature alloy substrate to a thickness of 200 m.
진공 서스펜션 Vacuum Suspension 플라즈마plasma 용사층Spray layer 형성 formation
상기 실시 예 1에서 진공 플라즈마 용사 압력을 100mbar로 조절하고, 상기 플라즈마 건과 기판과의 거리를 90mm로 조절한 것을 제외하고는 상기 실시 예 1과 동일한 과정을 거쳐서 YSZ 코팅층을 50μm의 두께로 형성하였다. A YSZ coating layer having a thickness of 50 탆 was formed in the same manner as in Example 1 except that the vacuum plasma spraying pressure was adjusted to 100 mbar in Example 1 and the distance between the plasma gun and the substrate was adjusted to 90 mm .
도 7은 실시 예 3에 의해 형성된 진공 서스펜션 플라즈마 용사 코팅 표면 및 측단면을 촬영한 것이다. 도 7을 참조하면, YSZ 코팅층이 상기 NiCoCrAlY 접합층 상에 조밀하게 코팅된 것을 알 수 있다. 7 is a photograph of a vacuum suspension plasma spray coating surface and side cross-section formed by Example 3. Fig. Referring to FIG. 7, it can be seen that the YSZ coating layer is densely coated on the NiCoCrAlY junction layer.
실시 예 4Example 4
서스펜션 준비Preparing Suspension
에탄올 용매에 평균 입도 200nm 크기 분포를 갖는 8wt% YSZ 상용 분말(Northwest Mettech Corp.)을 25wt%의 농도에 맞게 투입하고, 교반기를 사용하여 YSZ 분말이 고르게 분산된 서스펜션을 준비하였다. 8 wt% YSZ commercial powder (Northwest Mettech Corp.) having an average particle size distribution of 200 nm was added to the ethanol solvent at a concentration of 25 wt%, and a suspension in which the YSZ powder was uniformly dispersed was prepared using a stirrer.
기판 준비Substrate preparation
진공 서스펜션 플라즈마 용사가 수행될 기판으로 Ni 계열 초내열합금 기판을 준비하였다. 상기 Ni 계열 초내열합금 기판 상에 결합 코팅층으로 NiCoCrAlY 층을 200μm의 두께로 증착하였다. A Ni-based super heat resistant alloy substrate was prepared as a substrate to be subjected to vacuum suspension plasma spraying. A NiCoCrAlY layer was deposited as a bonding coating layer on the Ni-based super-high temperature alloy substrate to a thickness of 200 m.
진공 서스펜션 Vacuum Suspension 플라즈마plasma 용사층Spray layer 형성 formation
상기 실시 예 1에서 서스펜션의 YSZ 무게 함량의 변화이외에는 동일한 조건을 통해서 YSZ 필름을 270㎛의 두께로 형성하였다. The YSZ film was formed to a thickness of 270 탆 under the same conditions except for the change of the YSZ weight content of the suspension in Example 1 above.
도 8은 실시 예 4에 의해 형성된 진공 서스펜션 플라즈마 용사 코팅 표면 및 측단면을 촬영한 것이다. 도 8을 참조하면, YSZ 코팅층이 상기 NiCoCrAlY 접합층 상에 조밀하게 코팅된 것을 알 수 있다. 8 is a photograph of a vacuum suspension plasma spray coating surface and side cross-section formed according to Example 4. Fig. Referring to FIG. 8, it can be seen that the YSZ coating layer is densely coated on the NiCoCrAlY junction layer.
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본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. something to do.
1000: 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치
1100: 진공 챔버
1200: 압력조절장치
1300: 플라즈마 건
1400: 드립프리아토마이징 노즐
1410: 서스펜션 공급관 1420: 기체 공급관
1430: 서스펜션 차단부 1440: 서스펜션 배출구
1500: 서스펜션 공급부
1600: 유량조절장치
1700: 유량계측장치
100: 플라즈마
200: 서스펜션
210: 입자 220: 용매1000: Vacuum Suspension Plasma Sprayer
1100: Vacuum chamber
1200: Pressure regulator
1300: Plasma gun
1400: Drip-free atomization nozzle
1410: Suspension supply pipe 1420: Gas supply pipe
1430: Suspension interrupter 1440: Suspension outlet
1500: Suspension supply
1600: Flow regulator
1700: Flow measuring device
100: Plasma
200: Suspension
210: Particle 220: Solvent
Claims (8)
상기 진공 챔버 내부의 압력을 10 내지 500mbar로 유지하도록 하는 압력조절장치;
상기 진공 챔버에 배치되고, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부 및 상기 발생된 플라즈마를 분사하는 분사구를 포함하는 플라즈마 건;
상기 플라즈마 건에서 분사된 플라즈마에 서스펜션을 공급하도록 배치된 드립프리아토마이징 노즐; 및
상기 드립프리아토마이징 노즐에 연통되고, 상기 드립프리아토마이징 노즐에 서스펜션을 공급하는 서스펜션 공급부;를 포함하고,
상기 서스펜션은 분말 및 용매의 혼합체이고, 상기 분말은 금속 분말, 산화물계 세라믹 분말 및 비산화물계 세라믹 분말 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 용매는 물, 알코올, 벤젠, 톨루엔 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 드립프리아토마이징 노즐은 상기 노즐 내부에, 서스펜션 공급관, 기체 공급관, 서스펜션이 노즐 외부로 배출되는 것을 차단하는 서스펜션 차단부, 상기 서스펜션 공급관에서 공급되는 서스펜션 및 상기 기체 공급관에서 공급되는 기체가 혼합 분사되는 배출구,를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치.
A vacuum chamber;
A pressure regulating device for maintaining the pressure inside the vacuum chamber at 10 to 500 mbar;
A plasma gun disposed in the vacuum chamber, the plasma gun including a plasma generating unit generating a plasma and an ejection port ejecting the generated plasma;
A drip free atomizing nozzle arranged to supply a suspension to the plasma ejected from the plasma gun; And
And a suspension supply part communicating with the drip free atomizing nozzle and supplying the suspension to the drip free atomizing nozzle,
The suspension may be a mixture of powder and solvent, and the powder may include at least one of metal powder, oxide ceramic powder and non-oxide ceramic powder, and the solvent may include at least one of water, alcohol, benzene, and toluene and,
The drip free atomizing nozzle includes a suspension supply pipe, a gas supply pipe, a suspension blocking unit for blocking discharge of the suspension from the nozzle, a suspension supplied from the suspension supply pipe, and a gas supplied from the gas supply pipe, And a discharge port for discharging the vacuum suspension plasma.
상기 서스펜션 차단부는 상기 기체 공급관에서 기체가 공급되는 경우 상기 서스펜션 공급관에서 상기 배출구로 서스펜션이 흐르도록 열린 상태(On-state)가 되고, 상기 기체 공급관에서 기체가 공급되지 않는 경우 상기 서스펜션 공급관에서 상기 배출구로 서스펜션이 차단되도록 닫힌 상태(Off-state)가 되는 것을 특징으로 하는 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치.
The method according to claim 1,
The suspension blocking portion is in an open state such that a suspension flows from the suspension supply pipe to the discharge port when gas is supplied from the gas supply pipe. When the gas is not supplied from the gas supply pipe, Is in a closed state (Off-state) so that the suspension is blocked.
상기 드립프리아토마이징 노즐의 서스펜션 배출구 직경은 100 내지 1000㎛인 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치.
The method according to claim 1,
Wherein the diameter of the suspension outlet of the drip-free atomizing nozzle is 100 to 1000 mu m.
상기 서스펜션 공급부의 서스펜션 공급 유량은 1 내지 2000g/min인 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치.
The method according to claim 1,
And the suspension supply flow rate of the suspension supply unit is 1 to 2000 g / min.
상기 서스펜션 공급부는 서스펜션 유량을 조절하는 유량조절장치 및 서스펜션 유량을 계측하는 유량계측장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치.
The method according to claim 1,
Wherein the suspension supply unit further comprises a flow rate adjusting device for adjusting a suspension flow rate and a flow rate measuring device for measuring a suspension flow rate.
상기 드립프리아토마이징 노즐은 상기 서스펜션 공급부로부터 서스펜션이 공급되지 않는 경우에는 상기 진공 챔버 및 서스펜션 공급부를 차단하는 차단부재를 더 포함하는 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치.
The method according to claim 1,
Wherein the drip free atomizing nozzle further comprises a blocking member for blocking the vacuum chamber and the suspension supply unit when no suspension is supplied from the suspension supply unit.
서스펜션 및 기판을 준비하는 단계; 및
상기 기판을 진공 챔버에 배치하는 단계; 및
상기 서스펜션을 플라즈마에 공급하고, 상기 기판 상에 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 서스펜션은 분말 및 용매의 혼합체이고, 상기 분말은 금속 분말, 산화물계 세라믹 분말 및 비산화물계 세라믹 분말 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 용매는 물, 알코올, 벤젠 또는 톨루엔 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치는 서스펜션을 공급하도록 배치된 드립프리아토마이징 노즐을 포함하고, 상기 드립프리아토마이징 노즐은 상기 노즐 내부에, 서스펜션 공급관, 기체 공급관, 서스펜션이 노즐 외부로 배출되는 것을 차단하는 서스펜션 차단부, 상기 서스펜션 공급관에서 공급되는 서스펜션 및 상기 기체 공급관에서 공급되는 기체가 혼합 분사되는 배출구,를 포함하고, 상기 서스펜션 차단부는 상기 기체 공급관에서 기체가 공급되는 경우 상기 서스펜션 공급관에서 상기 배출구로 서스펜션이 흐르도록 열린 상태(On-state)가 되고, 상기 기체 공급관에서 기체가 공급되지 않는 경우 상기 서스펜션 공급관에서 상기 배출구로 서스펜션이 차단되도록 닫힌 상태(Off-state)가 되는 진공 서스펜션 플라즈마 용사방법.
A method of forming a coating layer using a vacuum suspension plasma spraying apparatus,
Preparing a suspension and a substrate; And
Disposing the substrate in a vacuum chamber; And
Supplying the suspension to the plasma, and forming a coating layer on the substrate,
The suspension is a mixture of powder and solvent, and the powder includes at least one of metal powder, oxide ceramic powder and non-oxide ceramic powder, and the solvent includes at least one of water, alcohol, benzene or toluene, The vacuum suspension plasma spraying apparatus includes a drip free atomizing nozzle arranged to supply a suspension, and the drip free atomizing nozzle blocks the suspension supply pipe, the gas supply pipe, and the suspension from being discharged from the nozzle to the inside of the nozzle Wherein the suspension blocking portion includes a suspension blocking portion, a suspension supplied from the suspension supply pipe, and a discharge port through which a gas supplied from the gas supply pipe is mixedly injected, wherein the suspension blocking portion includes a suspension from the suspension supply pipe to the discharge port when the gas is supplied from the gas supply pipe, Open phase to flow Wherein the suspension tube is in an on-state, and when gas is not supplied from the gas supply pipe, the suspension is shut off from the suspension supply pipe to the discharge port in an off-state.
상기 분말의 직경은 10 내지 1000nm인 진공 서스펜션 플라즈마 용사방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the powder has a diameter of 10 to 1000 nm.
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