KR102116875B1 - 냉각 채널 기상 코팅 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

냉각 채널 기상 코팅 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 냉각 채널 기상 코팅 장치는, 고온 환경의 가열로 내부에 놓여지며 상판과 하판, 그리고 측벽으로 구획되는 처리 공간을 갖는 코팅용 컨테이너와, 상판과 이격되는 상부 격판을 통해 상기 처리 공간의 상부 공간에 구획되고 금속 분말을 소결시켜 만든 펠릿 형태의 코팅 원료가 수납되는 상부 도너 박스와, 하판과 이격되는 하부 격판을 통해 상기 처리 공간의 하부 공간에 구획되고 금속 분말을 소결시켜 만든 펠릿 형태의 코팅 원료가 수납되는 하부 도너 박스와, 상기 상부 도너 박스와 하부 도너 박스에 각각 연결되어 외부로부터의 캐리어 가스를 상기 상부 도너 박스와 하부 도너 박스에 각각 도입시키는 상부 캐리어 가스 도관과 하부 캐리어 가스 도관 및 상기 상부와 하부 도너 박스에서 생성된 기체 상태의 코팅용 반응가스를 캐리어 가스와 함께 코팅 대상물의 상기 냉각 채널로 도입시키기 위한 도입 경로를 형성하고 코팅 대상물을 상부 도너 박스와 하부 도너 박스 사이의 처리 공간에 고정시키기 위한 지그 역할을 겸하는 상하 대칭형 상부 반응가스 매니폴드와 하부 반응가스 매니폴드를 포함하여 구성되는 것을 요지로 한다.

Description

냉각 채널 기상 코팅 장치 및 방법{INTERNAL COOLING CHANNEL VAPOR COATING DEVICE AND METHOD}

본 발명은 냉각 채널 기상 코팅 장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 냉각 채널(Internal cooling channel)과 같은 통로(Passage)가 형성된 코팅 대상물(예컨대, 터빈 블레이드)의 내부에 반응가스를 도입하여 산화 방지용 코팅층을 형성시키는 기상 코팅 방식의 냉각 채널 기상 코팅 장치 및 방법에 관한 것이다.

고온 환경에서 작동하는 부품, 예를 들면 가스터빈 엔진의 터빈 블레이드나 베인, 다른 익형부 등과 같은 부품의 표면에는 일반적으로, 단독 또는 다른 재료와의 다양한 조합을 통해 금속 코팅층을 형성시킨다. 이러한 금속 코팅층은 고온 환경에서 작동하는 동안에 발생하는 산화, 부식 및 황화 조건에 저항하는 능력을 부여한다.

이처럼 산화나 부식 방지용 금속 코팅층을 형성시키는 여러 가지 방법 중에서도, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 하나 또는 그 이상의 보호 금속을 고온 환경에 노출시켜 증기 형태의 반응가스를 생성하고, 생성된 증기를 고온 환경으로 유지되는 처리 공간에 도입하여 코팅 대상면에 증착시킴으로써 알루미나이드 형태의 코팅층을 형성시키는 기상 코팅법(Vapor coating)이 있다.

기상 코팅법은 「레토르트」라고 불리는 코팅용 컨테이너 또는 챔버 내 비산화성 또는 불활성 분위기(예를 들면 수소, 질소, 헬륨 또는 아르곤)에서 수행되며, 터빈 블레이드와 같은 코팅 대상물은 다공 박스 내에 수납되는 통상 펠릿 또는 분말의 형태의 알루미나이드 코팅원과 함께 상기 코팅용 컨테이너 내 지정된 코팅 위치에 배치된다.

코팅용 컨테이너는 대상물 표면에 증착하여 보호막(코팅층)을 형성하는 코팅용 증기인 반응가스를 발생시키기 위해 가열로와 같은 가열 장치 내에 장입되고, 반응가스 생성에는 일반적으로 불화물이나 염화물, 브롬화물과 같이 반응성이 매우 커서 화합물이나 다른 원소와 결합하여 안정한 물질이 되는 할라이드(Halide, 할로젠화물) 계통의 활성화제가 사용된다.

할라이드 활성화제는 코팅용 컨테이너 내부에 가스 형태로 도입되고 펠릿이나 분말 형태의 상기 알루미나이드 코팅원과 반응하여 알루미나이드 함유가스(이하, '반응가스'라 한다)를 생성하거나, 코팅용 컨테이너 내에서의 할라이드 활성화제 원료 가열에 따른 반응성 할로겐 가스가 코팅원과 반응하여 반응가스를 생성하게 된다.

반응가스는 수소, 질소, 헬륨 또는 아르곤과 같은 비산화성 또는 불활성 캐리어 가스에 의해 코팅용 컨테이너 내에서 이동된다. 일반적인 기상 코팅 시스템에서 캐리어 가스는 컨테이너 바닥에서 도입되고 알루미나이드 함유가스를 상측으로 옮겨 코팅 대상물을 코팅하거나, 반대로 상측에서 도입되고 알루미나이드 함유 가스를 확산시켜 코팅 대상물을 코팅하게 된다.

그러나 종래의 기상 코팅 방식 대부분은 앞서 언급했듯이, 반응가스를 코팅용 컨테이너 일측(상측 또는 하측)에서 도입하여 대상물에 대한 코팅을 구현하는 일방향 코팅 방식이 때문에, 터빈 블레이드나 베인과 같이 내부에 냉각 채널(Internal cooling channel)과 같은 통로(Passage)가 형성된 중공 구조의 코팅 대상물의 내부 코팅 시 코팅 두께의 균일성 확보가 어려운 단점이 있다.

더욱이, 터빈 블레이드나 베인과 같은 고온 환경에서 작동하는 부품의 경우 내부 코팅 두께의 불균일성은 터빈 냉각수 유동(TBN Coolant Flow)의 이상을 유발하는 주된 원인이 되며, 이는 장치의 수명 저하를 초래할 가능성이 높다. 이에 따라 내부에 냉각 채널과 같은 통로가 형성된 중공 부품에 대한 내부 코팅의 균일성 확보 방안 마련이 시급한 실정이다.

일본공개특허 2001-512181호

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 터빈 블레이드나 베인과 같이 내부에 냉각 채널(Internal cooling channel)과 같은 통로(Passage)가 형성된 코팅 대상물에 대한 내부 코팅 품질을 획기적으로 개선할 수 있는 기상 코팅 방식의 냉각 채널 기상 코팅 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

코팅 대상물의 내부에 형성된 냉각 채널(Internal cooling channel)을 내산화 코팅 처리하기 위한 장치로서,

고온 환경의 가열로 내부에 놓여지며, 상판과 하판, 그리고 측벽으로 구획되는 처리 공간을 갖는 코팅용 컨테이너;

상기 상판과 이격되는 상부 격판을 통해 상기 처리 공간의 상부 공간에 구획되고, 금속 분말을 소결시켜 만든 펠릿 형태의 코팅 원료가 수납되는 상부 도너 박스;

상기 하판과 이격되는 하부 격판을 통해 상기 처리 공간의 하부 공간에 구획되고, 금속 분말을 소결시켜 만든 펠릿 형태의 코팅 원료가 수납되는 하부 도너 박스;

상기 상부 도너 박스와 하부 도너 박스에 각각 연결되어 외부로부터의 캐리어 가스를 상기 상부 도너 박스와 하부 도너 박스에 각각 도입시키는 상부 캐리어 가스 도관과 하부 캐리어 가스 도관; 및

상기 상부와 하부 도너 박스에서 생성된 기체 상태의 코팅용 반응가스를 캐리어 가스와 함께 코팅 대상물의 상기 냉각 채널로 도입시키기 위한 도입 경로를 형성하고, 코팅 대상물을 상부 도너 박스와 하부 도너 박스 사이의 처리 공간에 고정시키기 위한 지그 역할을 겸하는 상하 대칭형 상부 반응가스 매니폴드와 하부 반응가스 매니폴드;를 포함하는 냉각 채널 기상 코팅 장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 냉각 채널 기상 코팅 장치는 또한, 코팅 처리 후 남은 잉여 반응가스를 외부로 강제 배기시키기 위해 상기 코팅용 컨테이너의 측벽에 설치되는 환풍기를 더 포함할 수 있다.

또한, 코팅 대상물의 상부 개구 및 하부 개구에 각각 접하는 상기 상부 반응가스 매니폴드와 하부 반응가스 매니폴드의 서로 마주하는 단부에 실링부재가 각각 구비될 수 있다.

또한 본 발명의 일 측면에 따른 냉각 채널 기상 코팅 장치는, 상기 상부 캐리어 가스 도관과 하부 캐리어 가스 도관을 통한 상부 도너 박스와 하부 도너 박스 각각에 공급될 캐리어 가스의 공급을 통제하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 제어기의 통제에 의하여 상부와 하부 도너 박스에 일정 압력의 캐리어 가스가 동시에 공급되고, 상부와 하부 도너 박스에서 생성된 반응가스가 상기 캐리어 가스에 의해 상부와 하부 반응가스 매니폴드를 통해 코팅 대상물의 상부와 하부에서 동시에 냉각 채널로 도입되도록 구성될 수 있다.

이와는 다르게, 상기 제어기의 통제에 의하여 상부와 하부 도너 박스에 일정 압력의 캐리어 가스가 교대로 공급되고, 상부와 하부 도너 박스에서 생성된 반응가스가 상기 캐리어 가스에 의해 상부와 하부 반응가스 매니폴드를 통해 코팅 대상물 상부와 하부에서 교대로 냉각 채널로 도입되도록 구성될 수도 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,

코팅 대상물의 내부에 형성된 냉각 채널(Internal cooling channel)을 내산화 코팅 처리하기 위한 방법으로서,

a) 고온 환경의 가열로 내부에 위치하는 코팅용 컨테이너의 지정된 위치에 상부 반응가스 매니폴드와 하부 반응가스 매니폴드로 코팅 대상물을 고정시키는 단계;

b) 가열로를 통해 코팅용 컨테이너에 열을 가하여 코팅용 컨테이너 내부의 상부 도어 박스와 하부 도너 박스에 수납된 코팅 원료로부터 코팅용 반응가스를 생성시키는 단계;

c) 상부 캐리어 가스 도관과 하부 캐리어 가스 도관을 통해 캐리어 가스를 외부로부터 코팅용 컨테이너 내부의 상기 상부 도너 박스와 하부 도너 박스에 공급하는 단계; 및

d) 캐리어 가스를 이용하여 상기 코팅용 반응가스를 상부 반응가스 매니폴드와 하부 반응가스 매니폴드를 통해 상기 코팅 대상물의 상부와 하부에서 도입시켜 상기 냉각 채널을 구획하는 벽면에 내산화 코팅층을 균일하게 형성시키는 단계;를 포함하는 냉각 채널 기상 코팅 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 c) 단계에서 상부와 하부 도너 박스에 일정 압력의 캐리어 가스를 동시에 공급하고, 상기 b) 단계에서 생성된 반응가스가 상기 캐리어 가스에 의해 상기 d) 단계에서 코팅 대상물의 상부와 하부에서 동시에 냉각 채널로 도입되도록 할 수 있다.

다른 예로서, 상기 c) 단계에서 상부와 하부 도너 박스에 일정 압력의 캐리어 가스를 교대로 공급하고, 상기 b) 단계에서 생성된 반응가스가 상기 캐리어 가스에 의해 상기 d) 단계에서 코팅 대상물의 상부와 하부에서 교대로 냉각 채널로 도입되도록 할 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 냉각 채널 기상 코팅 장치 및 방법에 의하면, 터빈 블레이드나 베인과 같이 내부에 냉각 채널(Internal cooling channel)과 같은 통로(Passage)가 형성된 중공 구조물의 내부면에 대한 내산화 코팅 시 반응가스(코팅 증기)를 양방향에서 동시 또는 교대로 공급함으로써, 내부 코팅 대상면 전반에 걸쳐 균일한 두께로 내산화 코팅층을 형성시킬 수 있다.

또한, 코팅 두께의 균일성을 확보함으로써, 고온 환경에서의 산화, 부식 및 황화에 대한 저항 능력을 더욱 부여할 수 있어 제품의 품질 향상과 수명 연장을 기대할 수 있으며, 전체적인 장치 구성이 상당히 단순하여 코팅 처리 시설을 저비용으로 구축할 수 있다. 즉 저비용 고품질의 코팅 처리가 가능한 코팅 처리 시설 구축이 가능하다.

도 1는 본 발명에 따른 냉각 채널 기상 코팅 장치의 개략 구성도.
도 2는 도 1의 반응가스 매니폴드를 확대 도시한 도면.
도 3은 매니폴드의 바람직한 다른 실시 예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 냉각 채널 기상 코팅 장치를 통해 수행되는 코팅 대상물에 대한 코팅 과정을 개략 도시한 흐름도.

본 발명의 바람직한 실시 예에 살펴보기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어 이하 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

또한, 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 동일 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 1는 본 발명에 따른 냉각 채널 기상 코팅 장치의 개략 구성도이며, 도 2는 도 1의 반응가스 매니폴드를 확대 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 코팅 장치(10)는 내부에 통로(Passage)가 형성된 제품을 코팅 대상물(T)로 한다. 코팅 대상물(T)은 예컨대 내부에 냉각 채널이 형성된 터빈 블레이드일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 내부에 통로 또는 유로가 형성되고 통로 또는 유로를 구획하는 면에 대한 내산화 코팅이 필요한 모든 제품이 대상이 될 수 있다.

이하에서는 코팅 대상물로서 상단과 하단에 플랫폼과 슈라우드가 구비되고 내부에 냉각매체 유동 통로인 냉각 채널(Internal cooling channel)이 형성된 터빈 블레이드를 예로 들어 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명은 냉각 채널(Internal cooling channel)과 같은 통로(Passage)가 형성된 코팅 대상물(T)의 내부 공간에 반응가스를 도입하여 산화 방지용 코팅층을 형성시키는 기상 코팅 방식의 코팅 장치로서, 코팅용 컨테이너(12), 상부와 하부 도너 박스(14, 15), 상부와 하부 캐리어 가스 도관(16, 17) 및 상부와 하부 반응가스 매니폴드(18, 19)를 포함한다.

코팅용 컨테이너(12)는 고온 환경으로 유지되는 가열로와 같은 가열 장치(미도시) 내부에 놓여질 수 있다. 코팅용 컨테이너(12)는 소정의 처리 공간(126)을 구획하는 상판(120)과 하판(122), 그리고 측벽(124)으로 구성된 통형 구조일 수 있으며, 측벽(124)에는 코팅 처리 후 남은 잉여 반응가스의 외부 강제 배기를 위한 환풍기(13)가 설치될 수 있다.

코팅용 컨테이너(12)의 주된 기능은 코팅 대상물(T)의 내부면(채널을 구획하는 면)에 증착되어 보호막(코팅층)을 형성시키는 코팅 증기인 반응가스를 생성하는 것이다. 반응가스 생성을 위해 불화물이나 염화물, 브롬화물과 같이 반응성이 매우 커서 화합물이나 다른 원소와 결합하여 안정한 물질이 되는 할라이드(Halide) 계통의 활성화제를 함유한 금속이 원료로 사용될 수 있다.

코팅 원료(S)가 되는 금속은 바람직하게, 알루미늄 또는 알루미늄을 주성분으로 하는 알루미늄 합금일 수 있으며, 분말 형태 또는 펠릿 형태로 제공될 수 있다. 코팅 원료(S)가 되는 금속 분말은 상기 상부 도너 박스(14)와 하부 도너 박스(15)에 수납되며, 도너 박스에 수납된 상태로 고온 환경에 노출됨으로써 보호막을 형성하게 될 증기(Vapor) 형태의 상기 반응가스가 생성된다.

코팅 원료(S)가 수납되는 상부 도너 박스(14)와 하부 도너 박스(15)는 상기 코팅용 컨테이너(12) 내부 처리 공간(126)의 상부와 하부에 각각 형성될 수 있다. 좀 더 구체적으로는, 코팅용 컨테이너(12)를 구획하는 상판(120)과 하판(122)으로부터 각각 소정 거리 이격되는 상부 격판(140)과 하부 격판에 의하여 상기 처리 공간(126)의 상부와 하부 공간에 소정의 부피로 구획될 수 있다.

상부 도너 박스(14)와 하부 도너 박스(15)에는 상기 상부 캐리어 가스 도관(16)과 하부 캐리어 가스 도관(17)이 각각 연결될 수 있다. 상부와 하부 캐리어 가스 도관(16, 17)은 상부와 하부 도너 박스(14, 15) 각각에 연결되어 외부로부터 공급되는 캐리어 가스를 상부와 하부 도너 박스(14, 15)에 각각 도입시키는 역할을 하며, 도너 박스에 도입된 캐리어 가스는 상기 반응가스를 운반하는 역할을 한다.

캐리어 가스는 구체적으로, 상부와 하부 캐리어 가스 도관(16, 17)을 통해 외부에서 소정의 압력으로 공급됨으로써 상부와 하부 도너 박스(14, 15) 각각에서 생성된 상기 반응가스를 코팅 대상물(T) 측으로 운반하는 역할을 하며, 캐리어 가스에 의해 운반된 반응가스가 코팅 대상물(T)의 대상면에 증착됨으로써 산화 및 부식에 저항하는 보호막을 형성하게 된다.

캐리어 가스는 비산화성 또는 불활성 기체일 수 있다. 좀 더 구체적으로는, 수소, 질소, 헬륨 또는 아르곤 가스와 같은 비산화성 또는 불활성 기체일 수 있으며, 가열로 외부에 마련되는 별도의 저장 탱크에 고압 상태로 압축 저장되고 코팅 개시 명령과 함께 작동되는 밸브 개방에 따라 상기 상부와 하부 캐리어 가스 도관(16, 17)을 통해 상부와 하부 도너 박스(14, 15)로 공급될 수 있다.

상부 반응가스 매니폴드(18)와 하부 반응가스 매니폴드(19)는 반응가스를 코팅 대상물(T)의 코팅 대상공간, 예컨대 터빈 블레이드 내측의 냉각 채널에 도입시키기 위한 도입 경로를 제공한다. 구체적으로는, 상부와 하부 도너 박스(14, 15)에서 생성된 기체 상태의 코팅용 반응가스를 상기 캐리어 가스와 함께 코팅 대상물(T)의 냉각 채널(부호 생략)에 도입시키는 역할을 한다.

상부 반응가스 매니폴드(18)와 하부 반응가스 매니폴드(19)는 또한, 코팅 대상물(T)을 상부 도너 박스(14)와 하부 도너 박스(15) 사이의 처리 공간(126) 상에 고정시키는 지그 역할을 겸한다. 이를 위해 상부 반응가스 매니폴드(18)와 하부 반응가스 매니폴드(19)는 내부에 직선상의 유로를 형성한 파이프 구조로서 코팅 대상물(T)의 중심을 기준으로 상하 대칭되는 구조로 한 쌍 이상 마련될 수 있다.

반응가스 매니폴드를 확대 도시한 도 2의 요부 확대도의 도시와 같이, 상부 반응가스 매니폴드(18)와 하부 반응가스 매니폴드(19)에는 실링부재(180, 190)가 각가 구비될 수 있다. 실링부재(180, 190)는 코팅 대상물(T)의 상부와 하부에 형성된 개구와 매니폴드 사이의 틈새를 밀봉하는 역할을 하며, 상부 반응가스 매니폴드(18)의 하단과 하부 반응가스 매니폴드(19)의 상단에 각각 구비될 수 있다.

실링부재(180, 190)는 코팅 대상물(T)의 개구에 긴밀하게 결합하여 매니폴드와의 틈새를 기밀하게 봉할 수 있는 재질, 예컨대 실리콘 또는 러버 재질이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 코팅 대상물(T)의 상기 개구의 모양에 맞춰 다양한 형태로 변형 가능하기 때문에 그 형상이나 크기 역시 도면에 예시된 육면체 모양이나 특정 크기로 국한되는 것은 아니다.

도 3은 매니폴드의 바람직한 다른 실시 예를 도시한 도면으로서, 본 발명에 적용된 상부 반응가스 매니폴드(18)와 하부 반응가스 매니폴드(19)는 코팅 대상물(T)의 크기나 부피에 따라 그 길이를 조절할 수 있도록 구성될 수도 있다. 예컨대, 관(18a)의 일부가 직경이 다른 이웃하는 다른 관(18b)에 삽입되고, 두 관 사이의 겹침 구간(D) 조절을 통해 길이 조절이 가능한 구성일 수 있다.

길이 조절에는 하나의 관에 대해 다른 하나의 관을 회전시켰을 때 그 회전 운동을 직선 운동을 전환시킬 수 있는 나사 체결 방식의 기구식 메커니즘을 비롯해, 클램프를 이용한 길이 조절 메커니즘 등 동축 결합된 두 관 사이의 길이를 조절을 구현할 수 있는 공지된 모든 형태의 길이 조절 메커니즘이 포함될 수 있다.

한편, 앞서 첨부된 도 1에서 도면부호 20은 제어기를 가리킨다. 제어기(20)는 코팅용 컨테이너(12)를 수용하는 가열로의 온도조절을 비롯해 장치의 전반적인 기능을 제어한다. 특히 전술한 상부 캐리어 가스 도관(16)과 하부 캐리어 가스 도관(17)에 설치되는 제어밸브(V1, V2)를 통제하여 상부 도너 박스(14)와 하부 도너 박스(15) 각각에 공급될 캐리어 가스의 공급을 단속한다.

제어기(20)는 바람직하게, 각 가스 도관에 설치되는 제어밸브(V1, V2)를 동시에 통제하여 상부 도너 박스(14)와 하부 도너 박스(15)에 외부로부터 캐리어 가스가 동시에 공급되도록 제어할 수 있다. 이 경우 캐리어 가스를 매개로 반응가스가 상부와 하부 반응가스 매니폴드(18, 19)를 통해 코팅 대상물(T)의 상부와 하부에서 동시에 도입되므로 코팅 처리에 소요되는 시간이 크게 단축될 수 있다.

경우에 따라서는, 제어기(20)의 통제에 의하여 상부와 하부 도너 박스(14, 15)에 일정 압력의 캐리어 가스가 교대로 공급될 수 있다. 이 경우에는 상부와 하부 도너 박스(14, 15)에서 생성된 반응가스가 상기 캐리어 가스에 의해 상부와 하부 반응가스 매니폴드(18, 19)를 통해 코팅 대상물(T) 상부와 하부에서 교대로 도입되기 때문에 대상면 전반에 걸쳐 고른 품질의 보호막이 형성될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 냉각 채널 기상 코팅 장치를 통해 수행되는 코팅 대상물(T)에 대한 코팅 과정을 개략 도시한 흐름도이다.

도 4를 앞선 도 1과 연계하여 살펴보면, 전술한 냉각 채널 기상 코팅 장치를 통한 코팅에 있어서는 먼저, 코팅용 컨테이너(12)의 지정된 위치에 코팅 대상물(T), 예컨대 터빈 블레이드를 고정시킨다(S100). 좀 더 구체적으로, 상부 반응가스 매니폴드(18)와 하부 반응가스 매니폴드(19)를 이용하여 고온 환경의 가열로 내부에 위치하는 코팅용 컨테이너(12)의 지정된 위치에 터빈 블레이드(T)를 고정시킨다.

다음, 상부 도너 박스(14)와 하부 도너 박스(15)에 수납된 코팅 원료(S)로부터 코팅용 반응가스를 생성시킨다(S200). 코팅용 반응가스는 구체적으로, 가열로를 통해 코팅용 컨테이너(12)에 열을 가할 경우 상기 코팅용 컨테이너(12) 내부의 상부 도너 박스(14)와 하부 도너 박스(15) 각각에 수납된 코팅 원료(분말 또는 펠릿 형태의 알루미늄 또는 알루미늄 합금)의 화학적 반응으로부터 생성될 수 있다.

반응가스가 생성될 시점에 상부 캐리어 가스 도관(16)과 하부 캐리어 가스 도관(17)을 개방하여 외부로부터 캐리어 가스가 코팅용 컨테이너(12) 내부의 상기 상부 도너 박스(14)와 하부 도너 박스(15)에 공급되도록 한다(S300). 이때 제어기(20)를 통해 상부 캐리어 가스 도관(16)과 하부 캐리어 가스 도관(17)의 개방 상태를 적절히 제어하여 코팅 시간과 코팅 두께가 조절될 수 있도록 한다.

마지막으로, 상부와 하부 캐리어 가스 도관(16, 17)을 통해 공급되는 캐리어 가스를 이용하여 상기 코팅용 반응가스를 상부 반응가스 매니폴드(18)와 하부 반응가스 매니폴드(19)를 통해 상기 코팅 대상물(T)의 상부와 하부에서 도입시킴으로써 내부면, 예를 들어 터빈 블레이드의 냉각 채널을 구획하는 벽면에 내산화 코팅층이 균일하게 형성되도록 한다(S400).

한편, 전술한 S300 단계에서는 상부와 하부 도너 박스(14, 15)에 일정 압력의 캐리어 가스가 동시에 공급되도록 제어하거나 교대로 공급되도록 제어함으로써, 상기 S200 단계에서 생성된 반응가스가 상기 캐리어 가스에 의해 상기 S400 단계에서 코팅 대상물(T)의 상부와 하부에서 동시에 냉각 채널로 도입되도록 하거나 교대로 도입되도록 할 수 있다.

이상의 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 채널 기상 증착 장치 및 방법에 의하면, 터빈 블레이드나 베인과 같이 내부에 냉각 채널(Internal cooling channel)과 같은 통로(Passage)가 형성된 중공 구조물의 내부면에 대한 내산화 코팅 시 반응가스(코팅 증기)를 양방향에서 동시 또는 교대로 공급함으로써, 내부 코팅 대상면 전반에 걸쳐 균일한 두께로 내산화 코팅층을 형성시킬 수 있다.

또한, 코팅 두께의 균일성을 확보함으로써, 고온 환경에서의 산화, 부식 및 황화에 대한 저항 능력을 더욱 부여할 수 있어 제품의 품질 향상과 수명 연장을 기대할 수 있으며, 전체적인 장치 구성이 상당히 단순하여 코팅 처리 시설을 저비용으로 구축할 수 있다. 즉 저비용 고품질의 코팅 처리가 가능한 코팅 처리 시설 구축이 가능하다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 기상 코팅 장치 12 : 코팅용 컨테이너
13 : 환풍기 14 : 상부 도너 박스
15 : 하부 도너 박스 16 : 상부 캐리어 가스 도관
17 : 하부 캐리어 가스 도관 18 : 상부 반응가스 매니폴드
19 : 하부 반응가스 매니폴드 20 : 제어기
120 : 상판 122 : 하판
124 : 측벽 126 : 처리 공간
140 : 상부 격판 150 : 하부 격판
180 : 실링부재 S : 코팅 원료
T : 코팅 대상물(터빈 블레이드) V1, V2 : 제어밸브

Claims (9)

1. 코팅 대상물(T)의 내부에 형성된 냉각 채널(Internal cooling channel)을 내산화 코팅 처리하기 위한 장치로서,
   고온 환경의 가열로 내부에 놓여지며, 상판(120)과 하판(122), 그리고 측벽(124)으로 구획되는 처리 공간(126)을 갖는 코팅용 컨테이너(12);
   상기 상판(120)과 이격되는 상부 격판(140)을 통해 상기 처리 공간(126)의 상부 공간에 구획되고, 금속 분말을 소결시켜 만든 펠릿 형태의 코팅 원료(S)가 수납되는 상부 도너 박스(14);
   상기 하판(122)과 이격되는 하부 격판을 통해 상기 처리 공간(126)의 하부 공간에 구획되고, 금속 분말을 소결시켜 만든 펠릿 형태의 코팅 원료(S)가 수납되는 하부 도너 박스(15);
   상기 상부 도너 박스(14)와 하부 도너 박스(15)에 각각 연결되어 외부로부터의 캐리어 가스를 상기 상부 도너 박스(14)와 하부 도너 박스(15)에 각각 도입시키는 상부 캐리어 가스 도관(16)과 하부 캐리어 가스 도관(17); 및
   상기 상부와 하부 도너 박스(15)에서 생성된 기체 상태의 코팅용 반응가스를 캐리어 가스와 함께 코팅 대상물(T)의 상기 냉각 채널로 도입시키기 위한 도입 경로를 형성하고, 코팅 대상물(T)을 상부 도너 박스(14)와 하부 도너 박스(15) 사이의 처리 공간(126)에 고정시키기 위한 지그 역할을 겸하는 상하 대칭형 상부 반응가스 매니폴드(18)와 하부 반응가스 매니폴드(19);를 포함하며,
   상기 상부 반응가스 매니폴드(18)와 하부 반응가스 매니폴드(19)는, 관(18a)의 일부가 직경이 다른 이웃하는 다른 관(18b)에 삽입되고, 두 관이 겹치는 구간(D)의 높이를 조절하여 코팅 대상물(T)의 크기나 부피에 따라 길이를 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉각 채널 기상 코팅 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 코팅용 컨테이너(12)의 측벽(124)에 코팅 처리 후 남은 잉여 반응가스를 외부로 강제 배기시키기 위한 환풍기(13)가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각 채널 기상 코팅 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   코팅 대상물(T)의 상부 개구 및 하부 개구에 각각 접하는 상기 상부 반응가스 매니폴드(18)와 하부 반응가스 매니폴드(19)의 서로 마주하는 단부에 실링부재(180, 190)가 각각 구비됨을 특징으로 하는 냉각 채널 기상 코팅 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 상부 캐리어 가스 도관(16)과 하부 캐리어 가스 도관(17)을 통한 상부 도너 박스(14)와 하부 도너 박스(15) 각각에 공급될 캐리어 가스의 공급을 통제하는 제어기(20);를 더 포함하는 냉각 채널 기상 코팅 장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제어기(20)의 통제에 의하여 상부와 하부 도너 박스(15)에 일정 압력의 캐리어 가스가 동시에 공급되고, 상부와 하부 도너 박스(15)에서 생성된 반응가스가 상기 캐리어 가스에 의해 상부와 하부 반응가스 매니폴드(19)를 통해 코팅 대상물(T)의 상부와 하부에서 동시에 냉각 채널로 도입되는 것을 특징으로 하는 냉각 채널 기상 코팅 장치.
   
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 제어기(20)의 통제에 의하여 상부와 하부 도너 박스(15)에 일정 압력의 캐리어 가스가 교대로 공급되고, 상부와 하부 도너 박스(15)에서 생성된 반응가스가 상기 캐리어 가스에 의해 상부와 하부 반응가스 매니폴드(19)를 통해 코팅 대상물(T) 상부와 하부에서 교대로 냉각 채널로 도입되는 것을 특징으로 하는 냉각 채널 기상 코팅 장치.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

Images