KR102019176B1 - 주조 부품 및 부식 방지층의 도포를 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

부식 방지층의 적용을 위한 주조 부품 및 방법이 제공된다.
본 발명은 금속 용융물의 주조를 위한 장치에 사용되는 주조 부품에 대한 것으로서, 이 주조 부품은 금속성 본체(2)와, 주조 공정 중에 금속 용융물에 노출되는 용융물 접촉 표면 영역(9)을 포함한다. 본 발명은 부식 방지층을 특히 주조 부품일 수 있는 기재에 적용하는 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따른 주조 부품에서, 금속성 본체는 용융물 접촉 표면 영역에 부식 방지층이 구비되는데, 이 부식 방지층은 금속 용융물에 저항성이 있고, 전이 금속의 붕화물, 질화물 및 탄화물 그리고 그 합금, 붕소 및 실리콘 그리고 Al2O3 로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 나노입자 그리고/또는 마이크로입자를 사용하여 형성된다.
본 발명의 용도는 예를 들어 알루미늄 다이주조기의 주조 용기 및 다른 부품에 사용하는 것이다.

Description

주조 부품 및 부식 방지층의 도포를 위한 방법{Casting component and method for the application of an anticorrosive layer}
본 발명은 금속 용융물을 주조 또는 처리하기 위한 장치의 주조 부품 및 특히 이 주조 부품일 수 있는 기재에 부식 방지층을 도포하는 방법에 대한 것으로서, 이 주조 부품은 주조 공정 중에 금속 용융물에 노출되는 표면 및 금속성 본체를 구비한다.
위와 같은 형태의 주조 부품(component)들이 다양한 형태로 예를 들어 주조 피팅(casting fitting), 주조 용기(casting vessel), 용융 노(melt furnace), 용융 컨베이어 유닛 그리고 주조 몰드(casting mold)와 같은 다양한 형태로 금속 주조 기술에 사용되고 있고 또한 이 같은 금속 주조 구성품의 부분으로 사용되고 있다. 강철재가 본체로 주로 사용되고 있는데, 이 같은 형태의 부품은 비용 편익비가 양호하기 때문이다.
하지만, 강철로 만들어진 주조 부품은 주조 공정 중에 뜨거운 금속 용융물과 접촉하는 부분이 액체 금속 용융물에 의해 화학적으로 공격을 받는다는 것은 명백하며 다시 말해서 부식될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 알루미늄 다이주조에서 알루미늄 용융물이 그것과 접촉하고 있는 주조 부품의 강철재 표면을 현저히 부식시킨다는 것이 관찰되었다. 이를 치유하기 위해서, 금속 다이주조기의 주조 피스톤/주조 실린더에서 주조 피스톤 및 주조 실린더 전체를 세라믹 물질 또는 예를 들어 소결된 이붕소 티타늄(titanium diboride) 같은 소결된 물질로 형성하는 것이 잘 알려져 있다. 하지만, 기계적 강도, 열 저항성, 그리고 충격 저항성은 여전히 불만족스럽다. 이에 대한 해결책으로 독일 특허출원 공개 DE 2 364 809에서 주조 피스톤 및 주조 실린더가 탄화물(carbide), 붕화물(boride) 및 질화물(nitride)을 포함하는 그룹에서 선택된 둘 또는 그 이상의 물질의 혼합물에 의해 소결된 성분인 합성물로 만들어진다. 특히, 탄화 붕소(boron carbide, B4C)를 하나 또는 그 이상의 이붕소 티타늄(TiB2), 이붕소 지르코늄(ZiB2), 질화 붕소(BN)과 혼합한 혼합물이 명시되어 있다.
미국 특허 4,556,098호 명세서로부터, 위에서 살펴본 소결 물질 및 다른 소결 물질은 불만족스럽게 디자인되었고, 대안으로서 가열 압착된(hot-pressed) 고밀도의 초고경도 질화실리콘(silicon nitride) 또는 사이알론(sialon) 물질이 주조 피스톤 및 주조 실린더로 제안되었다. 주조 철로 만들어진 도가니를 위해, Ca, Al2O3 또는 Al2O3-TiO2 같은 다른 산화물로 또는 TiB2, ZaB2, CaB2 또는 다른 순수 또는 혼합 붕화물로 또는 AlN, Si3N4, BN, 사이알론 또는 다른 질화물로 만들어지는 부식 및 산화 방지를 위한 보호 코팅(protective coating)이 명시되어 있고 이는 예를 들어 유탁액(emulsion) 또는 화염 스프레이(flame spraying)에 의해 도포된다. 원뿔 플러그가 주조 피팅의 수직관(rising duct) 또는 다른 부분들을 위한 보어에 가깝게 근접하도록, 그와 같이 비슷한 항-부식 및 항-침식 물질을 사용한 제조가 제안되었다. 주조 몰드 중에서 단지 낮은 온도에서 금속 융융물에 노출된 부분을 위해서, Si3N4, AlN, 사이알론, BN, 그라파이트 또는 열분해 탄소 또는 그 합금들로 구성된 치밀한 물질로 코팅을 형성하는 것이 제안되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전술한 형태의 주조 부품 및 특히 이 주조 부품일 수 있는 기재에 부식 방지층을 도포하는 방법을 제공하는 것으로서, 주조 부품은 상대적으로 낮은 경비로 제작될 수 있고 액체 금속 주조 용융물에 대해서 높은 부식 저항성을 나타낼 수 있으며, 이 방법에 의해서 특히 뜨거운 금속 용융물에 대해서 높은 부식 저항성이 있는 높은 부식 저항성의 부식 방지층을 비교적 단순하게 그리고 접근이 어려운 곳일지라도 균일하게 형성할 수 있다.
본 발명은 또한 특허청구범위 청구항 1의 특징들을 갖는 주조 부품 및 청구항 11의 특징을 갖는 부식 방지층 도포 방법에 의해서 이 문제점을 해결한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 주조 부품에 따르면 주조 공정 중에 금속 용융물에 노출되는 용융물 접촉면 영역에 부식 방지층을 갖는 금속성 본체가 제공되는데, 이 부식 방지층은 금속 용융물에 내성이 있고 전이 금속의 붕화물, 질화물 및 탄화물 그리고 그 합금, 붕소 및 실리콘 그리고 Al2O3 로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 나노입자 그리고/또는 마이크로입자를 사용하여 형성된다. 연구 조사에 따르면 이 같은 특별한 부식 방지층을 구비한 주조 부품은, 뜨거운 반응성 금속 용융물에 대한 접촉에 대해서 더 상세하게는 또한 알루미늄 용융물에 대한 접촉에 대해서 예상치 못한 양호한 부식 내성을 가지는 것이 확인되었다. 이것은 부식 방지층에서 마이크로입자 그리고/또는 나노입자 형태의 하나 또는 그 이상의 부식 방지 물질이 존재하는 것이 주요 원인인 것으로 생각된다. 특히, 연구 조사에 따르면 이 같은 방식으로 코팅된 주조 부품은 알루미늄 용융물에 대해서 아주 높은 부식 저항성(내성)을 나타내는 것이 확인되었고 따라서, 전체가 강철재 또는 세라믹재로 구성된 동일한 부품에 비해서 또는 심지어 동일한 물질로 부식 방지층을 형성한 경우에도 층 구성에서 마이크로입자 그리고/또는 나노입자가 없는 종래의 부식 방지층이 제공된 부품에 비해서 훨씬 제품 수명 기간이 길다.
본 발명의 진보에 의한 특별한 부식 방지층으로 인해서, 보통의 강철재가, 이는 본 발명과 관련하여 고등급 강철재로 이해될 수 있는데, 주조 부품의 본체로 사용될 수 있다. 이로써, 세라믹재를 사용한 방식과 비교해서 단순한 방법으로 부품을 제조할 수 있다. 더욱이, 강철재로 만들어진 이 같은 본체를 갖는 현존하는 부품에 후단에서 부식 방지층이 구비될 수 있다. 동시에, 양호한 것으로 알려진 강철의 기계적 특성이 주조 부품에 보존된다.
본 발명의 진보에서, 마이크로입자 그리고/또는 나노입자는 50nm 내지 50㎛ 범위의 평균 입자 크기를 가진다. 특히, 100nm 내지 30㎛m 범위의 평균 입자 크기, 특히 50nm 내지 30㎛ 범위의 평균 입자 크기가 뜨거운 반응성 금속 용융물에 대하여 항 부식성을 갖도록 디자인된 부식 방지층을 위해서 매우 유리하다.
본 발명의 진보에 있어서, 부식 방지층은 TiB2 로 구성된 적어도 마이크로입자 그리고/또는 나노입자를 포함한다. 이 같은 TiB2 를 기반으로 형성되고 선택적으로 하나 또는 그 이상의 다른 물질의 마이크로입자 또는 나노입자를 포함할 수 있는 부식 방지층은 뜨거운 알루미늄 용융물에 의해 야기되는 부식에 대해서 아주 높은 부식 내성을 나타낸다.
본 발명의 이로운 진보에 있어서, 부식 방지층은 졸/겔 층이고, 즉 졸/겔 공정에 의해서 도포된 층이며, 마이크로입자 그리고/또는 나노입자는 충전물(filler)로서 기능을 하는데, 졸은 졸/겔 공정에서 충전물로 적재된다. 이 같은 부식 방지층은 접근이 상대적으로 어려운 주조 부품의 표면 영역에서도 아주 균일하게 그리고 균질한 층 특성을 가지도록 도포 될 수 있고, 이는 주조 부품의 부식 내성 및 긴 제품 수명을 달성하는 데 좋다.
본 발명의 추가 개선에 있어서, 졸/겔 부식 방지층은 지르코늄 기반 또는 실리콘 기반 겔 형성제(former)를 갖는다. 추가 개선에 있어서, 졸/겔 부식 방지층은 추가로 투여된 알칼리 또는 알칼리 토금속 염 그리고/또는 추가로 투여된 점도 세팅 폴리머를 함유한다. 이는 주조 부품의 용융물 접촉면에 대한 항 부식에 대한 원하는 양호한 특성을 달성하는 것을 보충한다.
본 발명의 추가 개선에 있어서, 졸/겔 부식 방지층은 복수 개의 코팅 겹으로부터 다층으로 형성되고, 졸/겔 공정에서 모든 겔 층의 겹에 대한 굽는 공정을 진행하기 전에, 이 중 적어도 두 층은 충전물로서 마이크로입자 그리고/또는 나노입자로 적재되고, 그리고/또는 적어도 한 층의 겹은 바람직하게는 마지막 층의 겹은 충전물이 적재되지 않는다. 이와 같이 다층-겹 구성에 의해서, 뜨거운 금속 용융물에 대한 부식 방지층의 항 부식 특성이 한층 더 최적화될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 무-충전물 외각층 겹은 예를 들어 산화 실리콘 또는 산화 지르코늄으로 구성된 덮개층 겹으로 작용할 수 있다. 마이크로입자 그리고/또는 나노입자는 이어서 아래에 있는 층 겹 또는 층 겹들에 매립된 상태로 유지된다.
본 발명의 진보에 있어서, 주조 부품은 알루미늄 용융물의 주조를 위한 장치에 사용되는 용도가 있다. 전술한 뜨거운 알루미늄 용융물에 대한 뛰어난 부식 방지 특성에 의해, 본 발명에 따른 주조 부품은 완전히 이 목적에 적절하다.
본 발명의 진보에 있어서, 주조 부품은 금속 다이주조기에 사용되는 용도가 있다. 특히, 주조 부품은 주조 피팅, 주소 용기, 용융 노, 용융 컨베이어, 주조 몰드와 같이 용융물과 접촉하는 금속 다이주조기의 부품들 중 하나일 수 있다. 이 같은 특별한 부식 방지층으로 인해서, 이 같이 의도된 사용에도 주조 부품은 탁월한 적절성 및 상대적으로 긴 제품 수명을 나타낸다.
본 발명의 방법에 의해서, 부식 방지층은 100nm 내지 50㎛ 범위의 평균 입자 크기를 갖는 마이크로입자 그리고/또는 나노입자를 충전물로 사용하여 졸/겔 공정에 의해서 기재에 적용(도포)될 수 있다. 특히, 기재는 본 발명에 따른 주조 부품일 수 있고, 그것의 용융물 접촉면에 부식 방지층이 도포된다. 더욱이, 하지만, 이 기재는 그 표면이 반응성 금속 용융물의 부식성 공격에 대해서 보호되어야 할 필요가 있는 임의의 부품일 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 진보에 있어서, 동일한 또는 다른 물질로 구성된 마이크로입자 그리고/또는 나노입자를 갖는 복수 개의 겔 층 겹이 형성되는데, 이는 층 겹들이 경화(curing) 및 유리화(vitrifying) 굽는 단계(backing step)를 함께 겪기 전에 형성된다.
본 발명에 따른 방법의 진보에 있어서, 복수 개의 층 겹이 형성되고, 무-충전물(충전물이 없는) 졸 물질이 마지막 층 겹에 사용된다. 조인트(joint) 유리화 굽는 단계 이후에, 이 마지막 층 겹은 무-충전물 덮개 층 겹을 형성하고, 마이크로입자 그리고/또는 나노입자는 안쪽 층 겹 또는 안쪽 층 겹들에 매립된 상태로 보존된다.
본 발명에 따른 방법의 진보에 있어서, 유리화 굽는 단계는 대략 500℃ 내지 650℃ 범위의 온도에서 하나 또는 그 이상의 겔 층 겹에 대해 수행된다. 이 같은 방법으로 형성된 졸/겔 층 겹이, 적절한 물질의 마이크로입자 그리고/또는 나노입자가 사용될 때, 뜨거운 금속 용융물의 화학적으로 반응성이 높은 영향에 대해서 아주 높은 부식 저항성을 나타낸다는 것이 명백히 확인되었다.
본 발명의 실시 예에 따르면 높은 부식 저항성을 갖는 주조 부품을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 주조 부품이 상대적으로 낮은 경비로 제작될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 부식 방지층을 비교적 단순하게 그리고 접근이 어려운 곳일지라도 균일하게 형성할 수 있다.
본 발명의 유익한 실시 예가 첨부된 도면에 도시되어 있고 아래에서 설명된다. 도면에서:
도 1은 열 가압실(hot-chamber) 다이주조기를 위한 부식 방지층을 갖는 주조 용기에 대한 수직 단면도이고;
도 2는 부식 방지층이 구비된 주지 용기의 영역에 대한 횡 단면도이고;
도 3은 예를 들어 도 1의 주조 용기를 위한, 부식 방지층의 도포를 위한 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1은 알루미늄, 마그네슘 및 아연 용융물을 주조하기 위해 열 가압실 다이주조기에 본 출원인에 의해 사용된 주조 용기(1)를 도시한다. 주조 용기(1)는 바람직하게는 강철재 또는 고급 강철재로 구성된 금속성 본체(basic body, 2)를 포함한다. 이 금속성 본체(2)에 다양한 오리피스(orifice) 또는 보어(bore)가 도입되고 특히 그 하부 끝단이 원통형 용융물 챔버 보어(5) 내로 합쳐진 피스톤 로드(piston rod) 인도 보어(4)가 도입되고 여기에 삽입될 때 축 방향으로 이동가능한 주조 피스톤이 위치한다. 이 금속성 본체(2)에, 유입 보어(6), 수직 도관(riser duct, 7), 접근 보어들(8a)(8b)이 도입된다. 용융물은 용융물 노 또는 용융물 도가니로부터 유입 보어(6)를 경유하여 빠져나와 용융물 챔버 보어(5)로 들어가고, 수직 도관(7)을 경유하여 용융물 보어 챔버(5)로부터 빠져나와 주조 몰드로 들어간다. 접근 보어들(8a)(8b)은 수직 도관(7)을 도입하는 기능을 하고 폐쇄 플러그(미도시)에 의해 폐쇄된다.
사용에 있어서, 주조 용기(1)는 도시된 수직 위치에서 다이주조기의 용융물 노의 용융물 도가니 내로 도 1에 도시된 것 같이 높이 H 까지 삽입된다. 이 결과 잠정적으로 주조 용기(1)의 모든 내부 표면 및 외부 표면이 이 높이 H까지 주조될 금속 용융물과 접촉할 수 있다. 또한, 이 용융물 접촉은 높이 H 위쪽에 놓인 수직 도관(7)의 부분에서도 일어난다. 주조 공정 중에 금속성 주조 용융물과 접촉할 수 있는 이 모든 표면 영역이 본 실시 예에서 용융물 접촉 표면 영역들(9)로 표시되었고, 도 1에서 더욱 굵은 선으로 강조되었다. 도시된 실시 예에서, 이들은 특히 용융물 챔버 보어(5)의 표면 및 적어도 높이 H 까지의 피스톤 로드 인도 보어(4)의 인접한 부분의, 유입 보어(3)의, 수직 도관(7)의, 접근 보어들(8a)(8b)의, 그리고 높이 H까지의 본체(2)의 외측의 표면들이다.
이 같은 용융물 접촉 표면 영역들(9)에서, 주조 용기(1)의 본체(2)에 특징적인 부식 방지층(3)이 구비되는데, 이 부식 방지층(3)은 금속 용융물에 대해서 저항성(내성)이 있고 선택된 물질들 중에서 하나 또는 복수 개의 마이크로입자 그리고/또는 나노입자를 사용하여 형성된다. 이 물질들은 전이 금속의 탄화물, 붕화물, 질화물 그리고 그 합금들, 붕소, 실리콘 그리고 산화 알루미늄(Al2O3)을 포함하는 그룹에서 선택된다. 마이크로입자들 그리고/또는 나노입자들은 50nm 내지 50㎛ 범위의 평균 입자 크기를, 바람직하게는 100nm 내지 30㎛ 범위의 평균 입자 크기를 더 바람직하게는 150nm 내지 30㎛ 범위의 평균 입자 크기를 가진다. 그 중에서도 이붕소 티타늄(TiB2)으로 구성된 마이크로입자들 그리고/또는 나노입자들이 유리한 것으로 입증되었다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 부식 방지층(3)은 기재로서의 용융물 접촉 표면 영역들(9)에 졸/겔 공정에 의해서 제공되는데, 이 기재는 바람직하게는 전술한 바와 같이 주요 용기 본체(3)의 강철 재질이다. 졸/겔 부식 방지층은 이 경우에 한 층 또는 다층으로 구현될 수 있다.
도 2는 예를 들어 강철 또는 고급 강철로 만들어진 본체(2)에 적용된 부식 방지층(3)을 개략적으로 도시하는데, ㎛여기서 부식 방지층(3)은 예를 들어 하나 또는 그 이상의 층 겹(layer ply)으로 제공되며, 충전물이 없는(무-충전물) 외각층 부분(3b)과 이 외곽층 부분(3b)에 의해 덮이고 마이크로입자들 그리고/또는 나노입자들을 졸/겔 공정의 충전물로서 포함하는 층 부분(3a)을 형성한다. 따라서, 이 마이크로입자들 그리고/또는 나노입자들은 부식 방지층(3)의 안쪽 층 부분(3a)에 매립되고, 이 안쪽 층 부분(3a)은 덮개 층 겹(3b)인 외각 층 부분에 의해 보호된다. 부식 방지층(3)의 바람직한 두께는 대략 1㎛ 내지 500㎛ 범위이고, 마이크로입자들 그리고/또는 나노입자들의 평균 크기는 이 두께보다 작으며 그래서 마이크로입자들 그리고/또는 나노입자들이 부식 방지층(3)의 표면으로 돌출하지 않는다.
도 3은 졸/겔 공정에 의한 부식 방지층의 적용 방법의 일 예를 설명한다. 이 방법에 따라 적용된 부식 방지층은 주조 용기(1)의 부식 방지층(3)일 수 있고 또는 주조 기술 분야 또는 다른 기술 분야에서 사용되고 사용함에 있어서 액체 금속 용융물의 반응성 영향에 대해서 보호될 필요가 있는 표면을 갖는 임의의 다른 부품에 적용되는 부식 방지층일 수 있다. 도시된 바와 같이, 먼저 두 개의 분리된 단계 10 및 11에서 한편으로는 겔 형성제가 용매와 혼합되고 다른 한편으로는 물이 용매와 혼합된다. 사용된 겔 형성제는 지르코늄 기반 또는 실리콘 기반 겔 형성제로서, 예를 들어 지르코늄 프록사이드(zirconium propoxide), 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane) 또는 테트라메틸오르토-실리케이트(tetramethylortho-silicate, TMOS), 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane) 또는 테트라에틸오르토-실리케이트(tetraethylortho-silicate, TEOS) 아미노프로필메톡시실란(aminopropyltrimethoxysilane, APS(M)) 또는 아미노프로필트리에톡시실란(aminopropyltriethoxysilane, APS(E)) 등이 있다. 사용되는 용매는 예를 들어 아세트산 또는 빙초산 또는 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF) 등이 있다. 겔 형성제 및 용매는 전형적으로 대략 동일한 중량으로 혼합되고, 용매 및 물의 혼합비는 1:n 몰(mol)이고 여기서 n은 겔 형성제의 몰(mol) 량에 겔 형성제의 리간드의 수를 곱한 것이다.
두 혼합물은 이어서 혼합되고, 따라서 발열성 가수분해가 일어나서 출발물질로서 졸을 형성한다(도 3의 단계 12 참조).
충전물이 적재된 졸을 제조하기 위해서, 혼합 단계 13에서 졸은 전술한 하나 또는 그 이상의 마이크로입자 그리고/또는 나노입자와 혼합된다. 다시 말해서 마이크로입자 그리고/또는 나노입자가 적재된다. 전술한 바와 같이, 마이크로입자들 그리고/또는 나노입자들은 50nm 내지 50㎛ 범위의 평균 입자 크기를, 특별히 100nm 내지 30㎛ 또는 150nm 내지 30㎛ 범위의 평균 입자 크기를 가진다. 마이크로입자들 그리고/또는 나노입자들은 바람직하게는 중량으로 혼합되는데, 졸의 중량보다 작에 또는 많아야 동일하게 혼합된다. 이후의 냉각 단계를 거친 후에, 마이크로입자들 그리고/또는 나노입자들이 적재된 졸 물질은 사용될 준비가 되고, 처리 시간은 전형적으로 많아야 대략 1시간이다. 이때, 주조 용기와 같은 코팅될 부품이 마이크로입자들 그리고/또는 나노입자들이 적재된 졸 물질의 층 겹(layer ply)으로 용융물 접촉 표면 영역(3)에서 코팅된다(도 5의 단계 15). 적용된 층 겹은 이어서 겔 형성을 위해서 대략 100℃까지의 적절한 온도에서 건조된다(단계 16).
미리 준비된 졸 물질로 구성된 층 겹의 적용 및 젤 층 겹으로의 변환을 위한 단계 15 및 단계 16은, 필요하다면, 졸/겔 층을 다층으로 형성하기 위해서 한번 또는 그 이상 반복될 수 있고, 이 경우에, 조건에 따라서, 마이크로입자들 그리고/또는 나노입자들이 적재된 졸 물질 또는 마이크로입자들 그리고/또는 나노입자들이 없는 무-충전물 졸 물질이 대응하는 층 겹을 위해서 사용될 수 있다.
따라서, 도 3은 일 예로서 혼합 단계 12에서 얻어진 것 같이, 무-적재, 무-충전물 졸 물질로 구성된 마지막 외각층 겹의 준비를 도시한다. 코팅 단계 17 및 건조 단계 18의 적절한 순서에 따라, 무-적재 졸이 적용되고 겔 형성을 위해서 100℃까지의 온도에서 건조된다.
다른 실시 예에서, 무-적재, 충전물이 없는 졸 물질을 갖는 층 겹들 및 충전물로서 본 명세서에 명시된 그룹에서 선택된 마이크로입자 그리고/또는 나노입자로 장전된 졸 물질의 층 겹들의 임의의 조합이 사용될 수 있다. 더 나아가서, 요구에 따라 어떤 층 겹이 동일한 물질 또는 다른 물질의 마이크로입자 그리고/또는 나노입자로 적재될 수 있고, 요구에 따라서 여러 층 겹이 마찬가지로 동일한 물질 또는 다른 물질의 마이크로입자 그리고/또는 나노입자로 적재될 수 있다. 특별히 TiB2, Mo2B5, ZrB2 그리고 이 물질의 혼합물로 구성된 마이크로입자 그리고/또는 나노입자가 적절한 것으로 확인되었다.
원하는 단일-겹 또는 여러-겹 층 구성이 하나 또는 그 이상의 겔 층으로부터 생성된 후에, 이 층 구성은 졸/겔 공정의 마무리 굽는 단계(baking step) 19 에서 경화되고 이후에 유리와 비슷한 물질로 압축된다. 굽는 단계 19는 바람직하게 대략 500℃ 내지 650℃ 범위의 온도에서 수행된다. 예를 들어 아르곤 가스 같은 보호성 분위기가 바람직하게 굽는 단계를 위해 사용된다.
만약에 도 3의 단계들 17 및 18에 따라 마지막 층 겹을 제공하기 위해서 무-적재의 실리콘 기반 겔 형성제가 사용된다면, 도 2에 따른 충전물이 없는 덮개 층 겹(3b)은 이로부터 형성될 수 있고 예를 들어 산화 실리콘층으로 형성될 수 있다.
본 발명은 단지 실시 예로서 위에서 설명된 실시 예들뿐만 아니라 다른 실시 예들로 포함한다. 따라서, 필요하다면, 주조 용기(1)는 어떠한 용융물 접촉도 없는 표면 영역 상에 다른 표면이 또는 부식 방지층이 구비될 수 있다. 더 나아가서,임의의 주조 부품은 적어도 용융물 접촉 표면 영역에, 특히 금속 용융물을 주조하기 위한 가압실 또는 냉가압실의 다이주조기의 그리고 다른 장치의 주조 피팅들, 용융물 노 구성품, 용융물 이동 구성품 그리고 주조 몰드 구성품 또는 이들의 부분품에 부식 방지층이 구비될 수 있다. 같은 방식으로, 임의의 다른 부품이 본 발명에 따른 방법에 의한 부식 방지층이 구비될 수 있는데, 이 부식 방지층은 예를 들어 납땜 공정 중, 금속 합금의 제조에, 금속 용융물의 순수화 공정에 그리고 고형 금속이 용융물로부터 회복될 때에 금속 용융물의 처리를 위해 적용되는 부품 또는 기기의 사용 중에 금속 용융물과 접촉하는 표면 영역에 형성된다.
본 명세서에 개시된 부식 방지층이 특별히 뜨거운 알루미늄 용융물에 대해서도 아주 높은 부식 저항성을 가진다는 것이 확인되었다. 이 부식 방지층이 졸/겔 공정에 의해서 형성될 때, 이 층은 코팅될 주조 부품의 표면 영역에 심지어 접근이 어려운 영역에도 낮은 비용으로 아주 높은 균일성으로 그리고 균질하게 적용될 수 있다. 필요하다면, 알칼리 또는 알칼라인 토금속 염 그리고/또는 점성-세팅 폴리머가 추가로 졸/겔 층을 위한 졸/겔 물질에 투여될 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에서, 부식 방지층은 또한 레이저 덧붙임 용접(build-up welding), 화염 스프레이 또는 플라즈마 스프레이에 의해 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예들은 여러-겹 부식 방지층의 적용을 포함하는데, 이 여러-겹의 부식 방지층 중에서 적어도 하나는 바람직하게는 외각층 겹은 본 발명에 따른 졸-겔 방법에 의해 형성되고, 적어도 다른 하나의 층 겹은 다른 방법에 의해 형성될 수 있는데, 이 다른 방법은 특히 레이저 덧붙임 용접, 화염 스프레이, 또는 플라즈마 스프레이일 수 있다. 이에 따라, 최적으로 의도된 층 구성은 제조 측면에서 최소한의 비용으로 달성될 수 있다. 동일하게, 본 발명에 따르면, 임의의 부품 또는 기재가 다른 표면 영역에 제공될 수 있으며, 여기서 전술한 네 가지 방법, 즉 졸/겔 방법, 레이저 덧붙임 용접, 화염 스프레이 및 플라즈마 스프레이 중에서 다른 두 적용 방법에 의해 부식 방지층이 적용된다. 따라서, 예를 들어 졸/겔 방은 접근이 어려운 접촉 영역을 위해 사용될 수 있고 나머지 세 방법은 접근이 다소 쉬운 기재의 표면 영역의 코팅을 위해서 사용될 것이다. 더 나아가서, 다른 방법들에 의해 적용된 층들의 수직 또는 측면 변형이 적절한 부품 또는 기재의 경우에 서로 조합될 수 있다.

Claims (17)

  1. 금속 용융물을 주조 또는 처리하기 위한 장치의 주조 부품으로서,
    상기 주조 부품은:
    금속성 본체(2); 그리고
    주조 공정 중에 금속 용융물에 노출되는 용융물 접촉 표면 영역(9)을 포함하며,
    상기 금속성 본체(2)는 상기 용융물 접촉 표면 영역(9)에 부식 방지층(3)이 구비되고, 상기 부식 방지층(3)은 상기 금속 용융물에 대해서 내성이 있고, 전이 금속의 붕화물 및 탄화물 그리고 그 합금, 붕소 및 실리콘을 포함하는 그룹에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 나노입자 또는 마이크로입자를 충전물로 사용하는 졸/겔 층으로 형성되고,
    상기 졸/겔 층은, 복수의 겔 층 겹으로 형성되고, 상기 복수의 겔 층 겹 중 외측 층 겹은 상기 나노입자 또는 마이크로입자를 포함하지 않는 주조 부품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이크로입자 또는 나노입자는 50nm 내지 50㎛ 범위의 평균 입자 크기를 가지는 주조 부품.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 부식 방지층은 TiB2로 구성된 마이크로입자들 또는 나노입자들을 사용하여 형성되는 주조 부품.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 졸/겔 층은 지르코늄 기반 또는 실리콘 기반 겔 형성제인 주조 부품.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 졸/겔 층은 알칼리 또는 알칼린 토금속 염 또는 점성-세팅 폴리머를 더 포함하는 주조 부품.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 겔 층 겹 중 적어도 둘은 동일한 또는 다른 물질의 마이크로입자 또는 나노입자를 포함하는 주조 부품.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 금속성 본체는 강철재로 형성되는 주조 부품.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 주조 부품은 알루미늄 용융물의 주조를 위한 장치의 주조 부품인 주조 부품.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 주조 부품은 금속 다이주조기의 주조 부품인 주조 부품.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2의 주조 부품인 기재에 부식 방지층을 적용하는 방법에 있어서,
    졸/겔 공정에 의해 100nm 내지 30㎛m 범위의 평균 입자 크기를 갖는 마이크로입자들 또는 나노입자들을 충전물로 사용하여 기재에 부식 방지층을 적용하되,
    상기 졸/겔 공정에서, 상기 부식 방지층은, 복수의 겔 층 겹으로 형성되고, 상기 복수의 겔 층 겹 중 외측 층 겹은 상기 나노입자 또는 마이크로입자를 포함하지 않는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 졸/겔 공정에서, 상기 복수의 겔 층 겹 중 적어도 둘은 동일한 또는 다른 물질의 마이크로입자들 또는 나노입자들이 충전물로 적재되는 방법.
  13. 삭제
  14. 청구항 11에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 겔 층 겹을 형성한 후에, 유리화 굽는 단계가 500℃ 내지 650℃ 범위의 온도에서 수행되는 방법.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이크로입자 또는 나노입자는 100nm 내지 30㎛ 범위의 평균 입자 크기를 가지는 주조 부품.
  16. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 주조 부품은 주조 피팅, 주조 용기, 용융물 노 구성품, 용융물 이동 구성품, 주조 몰드 구성품 또는 이들의 부분인 주조 부품.







  17. 삭제
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