KR102467824B1 - 기재 상에 경질 및 내마모성 코팅을 제공하기에 적합한 철계 합금, 경질 및 내마모성 코팅을 갖는 물품, 및 이의 제조 방법 - Google Patents

기재 상에 경질 및 내마모성 코팅을 제공하기에 적합한 철계 합금, 경질 및 내마모성 코팅을 갖는 물품, 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기재 상에 코팅을 제공할 수 있는 철계 합금에 관한 것이며, 코팅은 높은 경도 및 내마모성을 동시에 갖는다. 철계 합금은 3.0 - 7.0 중량%의 Cr; 1.3 - 3.0 중량%의 C; 0.2 - 2.0 중량%의 B; 2.0 - 10.0 중량%의 V; 임의로 1.5 중량% 이하의 Si; 임의로 1.0 중량% 이하의 Mn, 임의로 2.0 중량% 이하의 Mo; 임의로 1.5 중량% 이하의 Ni; 나머지로 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다. 또한, 본 발명은 기재 및 그 위에 형성된 코팅을 포함하는 물품, 및 코팅된 물품을 형성시키는 방법에 관한 것이며, 코팅은 합금으로부터 형성된다. 이 방법은 바람직하게는 HVOF, 레이저 클래딩 또는 플라즈마 클래딩을 사용한다.

Description

기재 상에 경질 및 내마모성 코팅을 제공하기에 적합한 철계 합금, 경질 및 내마모성 코팅을 갖는 물품, 및 이의 제조 방법
본 발명은 일반적으로 철계 합금 분야, 특히 경도, 내마모성 및 적합한 내부식성을 갖는 철계 합금에 속한다. 또한, 본 발명은 철계 합금으로부터 제조되는 경질 및 내마모성 코팅을 갖는 물품 분야, 및 본 발명의 철계 합금을 사용하는 이러한 물품의 제조 방법에 속한다.
다양한 유형의 강(steel)과 같은 철계 합금은 다수의 적용에 사용되지만 때로는 필요한 성질이 부족하다. 일례로서, 강재(steel material)는 예를 들어, 드릴링(drilling) 및 광산 기계(mining machine)에서 관찰되는 바와 같이 사용 중에 가혹한 조건을 견디기에 충분히 경질 및 내마모성이 아닐 수 있다.
마모는 사회의 주요 폐기물 및 비용을 의미하며 금속 표면의 내마모성을 향상시키는 것이 상당한 비용 절감을 제공하고 환경 친화에도 기여할 수 있다.
내마모성 표면을 제공하기 위해 다양한 방법이 이전에 사용되어 왔다. 예를 들어, 경질 크롬 도금은 광업 적용 또는 터널 드릴링 머신과 같이 열악한 조건 및 마모에 노출되는 기계에 보호 코팅을 제공하는 데 사용되어 왔다. 이러한 크롬 코팅은 일반적으로 밝은 외관, 높은 내마모성 및 내부식성을 갖는 코팅을 얻기 위해 사용되어 왔다. 항공 우주, 석유&가스 및 중공업 장비, 예컨대 광업 장비가 이러한 코팅의 주요 최종 산업이다.
경질 크롬 코팅은 전형적으로, 크롬 이온을 함유하는 수용액으로부터 크롬을 전착(electrodeposition)시킴으로써 전도성, 전형적으로 금속성 기재 상에 형성된다. 그러나 경질 크롬 코팅의 적용은 공정에 사용되거나 그로 인한 폐기물에 함유되어 있는 6가 크롬, CrVI에 관한 보다 엄격한 환경 법규로 인해 감소되어 왔다.
전착에 의한 형성으로 인해, 이러한 방식으로 경질 크롬 도금은 전기 전도성 기재 표면 상에만 제공될 수 있다. 또한, 전착에 의한 코팅의 제조는 에너지 집약적일 수 있으며, 복잡한 구조가 형성되는 경우에는 문제를 더 야기할 수 있다. 또한, 전착 공정은 일반적으로 단지 전해 코팅으로 나타난 기재의 모든 부분에 균일한 두께의 코팅층을 제공할 수 있고, 따라서 다양한 두께로 및/또는 기재의 선택된 부분에만 코팅을 제공할 수는 없다.
이러한 문제점 및 한계를 고려하여, 거의 30년 전에 경질 크롬 도금의 대체에 대한 탐색이 시작되었다. 열 분사법(thermal spray method), 예컨대 HVAF(고속 산소-연료 코팅 분사), 플라즈마 이송 와이어 아크(plasma transferred wire arc)(PTWA) 또는 플라즈마 분말 분사(plasma powder spraying)는 여러 경질 크롬 도금 적용, 예를 들어 항공기 랜딩 기어 및 유압 실린더를 대체해 왔다.
경질 크롬 도금을 대체해야 하는 코팅의 주요 요구 사항에는 우수한 부식성, 내마모성 및 충분한 결합 강도가 포함된다. 후자는 기재 및/또는 코팅의 열화를 피하기 위해 최소의 열 입력으로 가장 잘 달성되는, 기재 재료와 코팅 사이의 야금 결합일 수 있다.
레이저 클래딩(laser cladding)은 일반적으로 이러한 요구 사항을 충족하도록 설정될 수 있는 잘 정립된 공정이다. 따라서, 레이저 클래딩은 기재 재료에 미치는 영향을 최소화하면서 얇은 내부식성 및 내마모성 증착물을 적용할 수 있으므로 많은 적용에서 경질 크롬 도금의 대안이 될 수 있다.
코팅에 사용되는 재료는 M2 강이다. M2 강은 하기 조성을 갖는다(중량%):
탄소(C) 0.78 - 1.05
크롬(Cr) 3.75 - 4.5
철(Fe) 나머지
망간(Mn) 0.15 - 0.4
몰리브덴(Mo) 4.5 - 5.5
인(P) 0.03 최대
규소(Si) 0.2 - 0.45
황(S) 0.03 최대
텅스텐(W) 5.5 - 6.75
바나듐(V) 1.75 - 2.2
M2가 하나의 예인 경우, 표면 클래딩을 위한 많은 합금은 공구강 및 고속강과 같은 기존 철강 생산에서 비롯된다. 이러한 재료는 제강의 생산 공정에 적합하도록 개발되었지만 표면 코팅에 사용되는 금속 분말의 경우, 많은 제조 제한은 관련이 없거나 적용되지 않는다.
고온에서 내마모성을 높이기 위해 고속강 분말이 종종 사용된다. 고온이 발생하지 않는 적용에서 이러한 재료는 W 및 Co와 같은 제한된 원료를 불필요하게 소비한다. 또한, 3.75%의 Cr, 0.15%의 Mn, 4.5%의 Mo, 5.5%의 W 및 1.75%의 V를 함유하는 M2 강은 고도로 합금화되고, 이에 따라 적어도 15.65 중량%의 철 이외의 더욱 고가의 금속을 필요로 한다.
M2와 같은 코팅 증착 공정에서 이전에 사용된 재료는 높은 경도 및 우수한 내마모성에 동시에 도달할 수 없었다. 또한, Fe 이외의 다량의 합금화 금속이 필요하여 환경 부하가 높은 경우에만 생산될 수 있었다.
제강 분야에서는 V-합금 공구강이 알려져 있다. 그러나, 이 재료는 열 분사 공정 또는 클래딩 공정에 적합하지 않다. 실제로, 열 분사 또는 클래딩 공정에 사용될 때, V-합금 공구강 및 M2 둘 모두 다공성 구조를 생성하는 경향이 있다. 또한, 일반적으로 사용되는 M2 공구강 분말을 사용하는 코팅은 63HRC의 경도에서 단지 60mm3(ASTM G65에 따라 결정됨)의 보통의 내마모성을 제공한다.
미국공개공보 US2016/0193637 (2016. 07. 07.)
본 발명에 의해 해결되는 문제
본 발명은 높은 경도, 높은 내마모성 및 충분한 내부식성을 동시에 갖는 보호 코팅을 형성할 수 있는 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 재료는 또한 높은 연성을 가져야 하고, 예를 들어 레이저 클래딩에 의해 덜 다공성이거나 비다공성인 코팅을 제공할 수 있어야 한다.
또한, 코팅 재료는 합리적인 비용으로 이용 가능해야 하며, 고가의 재료에 의존해서는 안되고, 감소된 환경 부하로 생산 가능해야 하며, 기존 공정, 예컨대 레이저 클래딩, 플라즈마 이송 아크 클래딩 또는 HVOF와 같은 열 분사에 적합해야 한다.
본 발명에 의해 해결되는 추가의 문제는 또한 하기 설명에 비추어 명백해질 것이다.
본 발명의 개요
상기 정의된 문제를 고려하여, 본 발명은 하기를 제공한다:
1. 3.0 - 7.0 중량%의 Cr;
1.3 - 3.0 중량%의 C;
0.2 - 2.0 중량%의 B;
2.0 - 10.0 중량%의 V;
임의로 1.5 중량% 이하의 Si;
임의로 1.0 중량% 이하의 Mn,
임의로 2.0 중량% 이하의 Mo;
임의로 1.5 중량% 이하의 Ni;
나머지로 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진, 철계 합금.
2. 양태 1에 있어서, Cr의 함량이 3.2 - 6.8 중량%인, 철계 합금.
3. 양태 1 또는 양태 2에 있어서, B의 함량이 0.2 - 1.2 중량%인, 철계 합금.
4. 양태 1 내지 양태 3 중 어느 하나에 있어서, Ni의 함량이 0 초과이고, 바람직하게는 1.0 중량% 이하인, 철계 합금.
5. 양태 1 내지 양태 4 중 어느 하나에 있어서, Mo의 함량이 0 초과이고, 바람직하게는 0.8 중량% 이하인, 철계 합금.
6. 양태 1 내지 양태 5 중 어느 하나에 있어서, V의 함량이 4.0 내지 8.0 중량%인, 철계 합금.
7. 양태 1 내지 양태 6 중 어느 하나에 있어서, C의 함량이 1.5 - 2.8 중량%인, 철계 합금.
8. 양태 1 내지 양태 7 중 어느 하나에 있어서, 임의적 성분 Si, Mn, Mo 및 Ni의 함량이 각각 1.0 중량% 이하인, 철계 합금.
9. 양태 1-8 중 어느 하나에 있어서, 분말 형태로 존재하는, 철계 합금.
10. 양태 9에 있어서, 분말이 ASTM B214-16에 따른 시브 분석(sieve analysis)에 의해 측정되는 경우, 250 ㎛를 초과하는 입도를 갖는 2 중량% 미만의 입자를 함유하거나 함유하지 않는, 철계 합금.
11. 양태 9 또는 양태 10에 있어서, ASTM B214-16에 따른 시브 분석에 의해 측정되는 경우, 5 - 200 ㎛ 또는 20 - 200㎛의 입도를 갖는 입자로 이루어진, 분말 형태의 철계 합금.
12. 기재 및 코팅을 갖는 물품으로서, 코팅이 양태 1-11 중 어느 하나에서 정의된 철계 합금으로부터 형성되는 물품.
13. 양태 12에 있어서, 광업 또는 철강 산업에 사용되는 유압 실린더 또는 롤러인 물품.
14. 양태 13에 있어서, 코팅이
- SS-EN ISO 6508-1:2016에 의해 측정되는 경우, 60 HRC 이상의 경도; 및
- ASTM G65-16, 절차 A에 따른 25 mm3 이하의 마모 둘 모두를 갖는 물품.
15. 양태 12 내지 양태 14 중 어느 하나에 있어서, 기재가 금속 또는 금속 합금, 바람직하게는 강, 공구강, 또는 스테인레스강으로 제조되는 물품.
16. 양태 12 내지 양태 15 중 어느 하나에 있어서, 양태 8 내지 양태 10 중 어느 하나에서 정의된 철계 합금의 레이저 클래딩, 플라즈마 분말 클래딩 또는 플라즈마 이송 아크에 의해 코팅이 형성되는 물품.
17. 기재 상에 코팅을 형성시키기 위한 양태 1 내지 양태 8 중 어느 하나에 따른 철계 합금 또는 양태 9 내지 양태 11 중 어느 하나에 따른 철계 합금의 용도.
18. 코팅된 물품을 형성시키는 방법으로서,
- 기재를 제공하는 단계 및
- 기재 상에 코팅을 형성시키는 단계를 포함하고,
코팅이 양태 1 내지 양태 8 중 어느 하나에서 정의된 합금으로 제조되고, 코팅을 형성시키는 단계가 양태 9 내지 양태 11 중 어느 하나에서 정의된 합금 분말을 사용하는 방법.
19. 양태 18에 있어서, 코팅을 형성시키는 단계가 레이저 클래딩 단계, 플라즈마 분말 클래딩 단계, 플라즈마 이송 아크 단계 또는 HVOF 단계인, 코팅된 물품을 형성시키는 방법.
20. 양태 18 또는 양태 19에 있어서, 물품이 양태 12 내지 양태 16 중 어느 하나에서와 같이 정의되는, 코팅된 물품을 형성시키는 방법.
발명의 상세한 설명
본 발명에서, 모든 파라미터 및 생성물 성질은 달리 언급되지 않는 한 표준 조건(25℃, 105 Pa)에서 측정된 것과 관련된다.
용어 "포함하는"은 개방형 방식으로 사용되며 추가 성분 또는 단계가 존재할 수 있다. 그러나, 그것은 "필수적으로 포함하는" 및 "이루어지는"의 보다 제한적인 의미도 포함한다.
범위가 "x 내지 y", 또는 동의어 표현 "x-y"로서 표현되는 경우, 범위의 종료점(즉, 값 x 및 y 값)이 포함된다. 따라서 범위는 표현 "x 이상이지만, y 이하"와 동의어이다.
본 발명은 상기 정의되고 청구항 1에 기재된 철계 합금에 관한 것이다. 본원에서, 용어 "철계"는 철이 모든 합금화 원소 중에서 가장 큰 함량(총 합금의 중량%)을 갖는 것을 의미한다. 철의 함량은 70 중량%를 초과할 것이며, 또한 전형적으로 합금 총 중량의 75 중량%를 초과할 것이다.
본 발명의 합금은 3.0 - 7.0 중량%의 Cr; 1.3 -3.0 중량%의 C; 0.2 - 2.0 중량%의 B; 2.0 - 10.0 중량%의 V; 임의로 1.5 중량% 이하의 Si; 임의로 1.0 중량% 이하의 Mn, 임의로 2.0 중량% 이하의 Mo; 임의로 1.5 중량% 이하의 Ni; 나머지로 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다.
본원에서 "불가피한 불순물"은 출발 재료에 불순물로서 함유된 합금의 제조 공정으로부터 유래된 성분을 의미한다. 불가피한 불순물의 양은 일반적으로 0.10 중량% 이하, 바람직하게는 0.05 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.02 중량% 이하, 가장 바람직하게는 0.01 중량% 이하이다. 전형적인 불순물은 P, O, S 및 당업자에게 잘 알려져 있는 다른 불순물을 포함한다. 특히, 청구 범위 제1항에 언급된 일부 원소는 다른 합금에서는 불순물로서 간주될 수 있지만, 본 발명의 합금에서는, 상기 청구 범위 및 청구 범위에 언급된 원소는 의도적으로 본 발명의 합금에 의도적으로 부가됨에 따라 용어 "불가피한 불순물"에 의해 포함되지 않는다.
본 발명의 합금은 당업자에게 잘 알려져 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 금속 원소의 분말을 함께 적절한 비율로 혼합하고 혼합물을 용융시킨 후 적절한 냉각에 의해 본 발명의 합금을 제조할 수 있다.
제1항에 기재된 조성은 원자 흡수 분광법(Atomic Absorption Spectroscopy)(AAS)에 의해 결정된 바와 같이, 중량%로의 각각의 합금화 원소의 함량에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 합금의 코팅을 형성하기 위한 레이저 클래딩과 같은 적합한 공정을 사용한 후 기재 상에 존재하는 것과 같은 최종 코팅에 존재하는 합금 조성은 코팅 형성 단계, 예를 들어 레이저 클래딩 단계 또는 플라즈마 분말 클래딩 단계에서 사용된 원료 분말의 조성인 제1항에 정의된 합금 조성과 약간 다를 수 있다. 그 이유는 환경에서 비롯되는 원소(예를 들어, 공기 중의 레이저 클래딩에 의한 질소 또는 산소, 또는 연료로서 탄화수소 가스를 사용하는 플라즈마 클래딩에 의한 탄소 또는 산소 또는 질소)가 코팅에 어느 정도 혼입될 수 있기 때문이다.
합금의 원소가 이제 그것들의 사료되는 기능 및 바람직한 양을 참조하여 기술될 것이다:
크롬( Cr )
크롬(Cr)은 합금의 3.0 - 7.0 중량%의 양으로 존재한다.
크롬은 얻어진 코팅을 충분히 경질이고 내부식성이 있게 하는 역할을 한다. Cr양의 하한은 3.0 중량%이지만, Cr의 양은 3.0 중량%보다 높을 수도 있으며, 예컨대 3.5 중량% 이상이다. 바람직하게는, Cr은 4.0 중량% 이상, 보다 바람직하게는 4.5 중량% 이상, 예컨대 4.7 중량% 이상의 양으로 함유된다.
상한은 7.0 중량%이지만, 7.0 중량% 미만, 예컨대 6.5 중량%일 수도 있다. Cr의 양은 바람직하게는 6.0 중량% 이하, 예컨대 5.7 중량% 이하이다. 이러한 상한 및 하한은 자유롭게 조합될 수 있으며, 이에 따라 Cr의 양은 3.5 - 6.5 중량% 또는 4.0 - 6.0 중량%의 범위 내일 수 있다.
탄소(C)
탄소는 특히 필요한 양의 Cr 및 V와 함께, 예기치 않게 높은 경도 및 내마모성을 달성한다.
탄소의 양은 1.3 - 3.0 중량%이다.
하한은 1.3 중량%이지만, 1.4 중량% 이상, 또는 1.5 중량% 이상일 수도 있다.
탄소 함량의 상한은 3.0 중량%이지만, 2.8 중량% 이하 또는 2.7 중량% 이하일 수도 있다. 또한, 여기서, 및 다른 모든 예에서, 상한 및 하한은 어떠한 방식으로든 조합될 수 있으며, 이에 따라 탄소는 예를 들어 1.4 내지 2.7 중량%일 수 있다.
붕소(B)
붕소는 0.2 - 2.0 중량%의 양으로 존재한다. 하한은 0.2 중량%이지만, 0.20 중량% 초과, 예컨대 0.3 중량%일 수도 있다. 바람직하게는, 붕소의 양은 0.5 중량% 이상, 예컨대 0.7 중량% 이상이다.
상한은 2.0 중량%이지만, 2.0 중량% 미만, 예컨대 1.8 중량% 이하, 또는 1.50 중량% 이하일 수도 있다. 바람직하게는, B 양의 상한은 1.2 중량% 이하, 예컨대 1.0 중량%이다.
B의 존재는 B가 없는 유사한 합금과 비교하여 액상선 온도를 전형적으로 약 100℃ 감소시킨다. 용융점이 낮을수록 표면에서 코팅 공정에 사용된 합금 분말을 용융시키기 위한 에너지 소비가 감소하고, 따라서 HAZ(열 영향 구역)을 감소시키고, 이는 제품 품질에 유리하고 기재와 합금의 열화를 실질적으로 피하게 한다. B는 또한 합금의 용접성을 증가시킨다.
결과적으로, 명시된 양 내에 붕소를 포함함으로써, 얻어지는 코팅이 증착된 코팅에서의 더 적은 화학적 조성의 변화로 더욱 견고해지고, 코팅이 에너지 효율적인 방식으로 제공될 수 있다. 또한, 고화 동안 형성된 붕화물은 코팅의 경도를 유지하기 위한 본 발명의 필수 부분이다.
바나듐(V)
본 발명의 합금은 2.0 - 10.0 중량%의 V를 함유한다.
V의 하한은 2.0 중량%이다. 그러나, 하한은 3.0 중량% 또는 4.0 중량%일 수도 있다.
상한은 10.0 중량%이나, 8.0 중량% 이하 또는 6.0 중량% 이하, 예컨대 5.7 중량% 이하일 수도 있다.
임의적 성분
Si, Mn, Mo 및 Ni는 본 발명의 합금의 임의적 성분이다. 이들 성분은 완전히 결여될 수 있지만, 본 발명은 또한 이들 중 1, 2, 3개 또는 모두가 존재하는 구체예를 포함한다. 예를 들어, Si 및 Mn이 존재할 수 있으나, Mo 및 Ni는 존재하지 않는다. 다른 예로서, Si, Mn 및 Ni는 존재할 수 있으나, Mo는 존재하지 않는다.
규소( Si )
규소가 존재할 경우, 그 양은 1.5 중량% 이하, 바람직하게는 1.2 중량% 이하, 예컨대 1.0 중량% 이하 또는 0.9 중량% 이하이다.
Si는 임의적이므로, 특정되는 하한은 없다. 그러나, Si가 존재할 경우, 그 양은 0.1 중량% 이상, 또는 0.5 중량% 이상, 예컨대 0.7 중량% 이상 또는 0.8 중량% 이상일 수 있다.
Si는 산소에 대한 친화성이 높기 때문에, Fe 및 다른 합금화 금속의 산화물 형성을 피하기 위해 주로 첨가된다. 따라서, 합금의 출발 재료가 산소 또는 산화물을 함유하는 경우 또는 합금의 제조가 산소-함유 조건 하에 수행되는 경우에 Si를 첨가하는 것이 바람직하다.
망간(Mn)
Mn이 존재할 경우, 그 양은 1.0 중량% 이하, 바람직하게는 0.8 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.6 중량% 이하, 예컨대 0.5 중량% 이하이다.
Mn은 임의적이므로, 특정되는 하한은 없다. 그러나, Mn가 존재할 경우, 그 양은 0.1 중량% 이상, 또는 0.2 중량% 이상일 수 있다. 0.3 - 0.5 중량%의 범위, 예컨대 0.4 중량%의 양이 또한 가능하다.
몰리브덴( Mo )
Mo는 임의로 존재하고, 주로 내부식성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 이론에 얽매이지 않고, Mo의 합금화는 피팅(pitting) 내부식성, 소위 PRE 값을 향상시키는 것으로 여겨진다.
본 발명의 합금에서, Mo는 2.0 중량% 이하의 양으로 함유될 수 있다. 하한은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 0.1 중량% 이상일 수 있지만, 0.2 중량% 이상일 수도 있다.
상한은 2.0 중량% 이하이나, 1.5 중량% 이하일 수도 있고, 바람직하게는 1.0 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.8 중량% 이하 또는 0.6 중량% 이하이다.
니켈( Ni )
니켈은 임의로 존재하고, 주로 내부식성을 개선시키는 역할을 할 수 있다.
존재할 경우, Ni의 양은 1.5 중량% 이하이다. Ni 양의 하한은 임의적이기 때문에 특정되지 않으며, 0 중량% 초과 또는 0.1 중량%일 수 있으나, 0.2 중량%일 수도 있다.
Ni 양의 상한은 1.5 중량%이나, 1.0 중량% 이하일 수도 있다. 바람직하게는, Ni의 양은 0.8 중량% 이하 또는 0.6 중량% 이하이다.
일 바람직한 구체예에서, 모든 임의적 성분 Si, Mn, Mo 및 Ni가 존재한다. 이 구체예의 바람직한 양태에서, 이들 각각의 양은 1.0% 이하이다. 이 바람직한 구체예의 일 구체예에서, Si의 양이 Si, Mn, Mo 및 Ni 중에서 가장 높고, 더욱 바람직하게는 0.7 중량% 초과 또는 0.8 중량% 초과이고, 1 중량% 미만이다. 이러한 구체예에서, Mn, Mo 및 Ni의 양은 각각 0.5 중량% 이하일 수 있다.
분말 및 분말 제조
레이저 클래딩 또는 플라즈마 분사와 같은 방법으로 코팅을 형성하기 위해 사용하는 동안, 합금은 분말 형태일 필요가 있을 수 있다.
분말의 제조 방법은 특별히 제한되지 않으며, 적합한 방법은 당업자에게 잘 알려져 있다. 이러한 방법은 예를 들어, 워터젯 밀링(water jet milling) 또는 가스 분무화 사용에 의한 분무화를 포함한다.
분말 제조로부터 유래된 분말 입자는 그대로 사용될 수 있지만, 너무 크거나 너무 작은 입자를 제거하기 위해, 예를 들어 이들의 양을 2 중량% 이하로 줄이거나 완전히 제거하기 위해 시빙(sieving)과 같은 적절한 작업에 의해 분류될 수 있다.
입자는 바람직하게는 입도가 250 ㎛를 초과하는 입자 및 5 ㎛ 미만의 입자의 함량을 감소시키기 위해 시빙된다. 이러한 입자의 존재 유무는 예를 들어 ASTM B214-16에 따른 시브 분석에 의해 결정될 수 있다.
대안적으로, 당업자는 또한 입도 분포를 결정하기 위해 예를 들어, ISO 13320:2009에 정의되어 있으며 예를 들어 Malvern으로부터 얻을 수 있는 Mastersizer™ 3000에 의해 사용되는 레이저 산란 기술을 사용하는 다른 수단을 사용할 수 있다. 여기서, 평균 직경(Dw90)은 바람직하게는 5 내지 250 ㎛, 보다 바람직하게는 5 내지 200 ㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 100 ㎛, 또는 5 내지 80 ㎛이다. 또한, 이러한 구체예에서, 250 ㎛를 초과하는 입자는 시빙에 의해 배제될 수 있거나, 2 중량% 이하로 감소될 수 있다.
시브 분석에 의해 얻어진 입도와 레이저 산란에 의해 얻어진 입도가 불일치할 경우, 레이저 산란 기술이 사용되고 우선한다.
내마모성 및 경도
경도는 SS ISO 6508-1:2016에 따라 결정되는 HRC(Rockwell Hardness)를 지칭한다. 코팅은 바람직하게는 60 HRC 이상, 보다 바람직하게는 62 HRC 이상, 더욱 바람직하게는 65 HRC 이상의 경도를 갖는다.
이러한 경도와 동시에, 코팅은 25 mm3 이하, 바람직하게는 20 mm3 이하의 ASTM G65-16, 절차 A에 따른 마모를 갖는다.
기재 및 기재 결합
본 발명의 코팅이 제공되는 기재는 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들어 기재 표면 상에서 250℃ 이상의 고온을 이용하는 증착 공정을 허용하기 위해 어쨋튼 내열성 무기 재료이다. 기재는 전형적으로 세라믹 재료, 서멧(cermet) 재료 및 금속성 재료로부터 선택된다. 금속성 재료가 바람직하고, 바람직하게는 금속 또는 금속 합금으로부터 선택된다. 금속 합금은 바람직하게는 철계이고, 특히 바람직한 구체예는 스테인레스강 및 공구강을 포함하는 강을 포함한다.
일 구체예에서, 기재는 본 발명의 합금으로서 낮은 용융점을 갖는 금속성 재료로 제조된다. 이는 본 발명의 합금으로 제조된 코팅과 기재 사이의 야금 결합의 형성을 촉진시키는 것으로 여겨지며, 그 결과 기재를 타격하는 합금의 분말 입자가 기재를 부분적으로 용융시키거나 열적으로 연화시켜, 본 발명의 합금의 보다 나은 확산을 가능하게 하고, 가능하게는 기재와 코팅 사이에 특정 야금 전이 상(metallurgical transition phase)을 형성할 수 있게 할 것이다.
코팅된 물품의 단면에서 코팅과 기재 사이의 전이 영역을 조사함으로써 기재 사이의 야금 결합의 존재를 평가할 수 있다. 이러한 관찰은 적절한 현미경에 의해 이루어질 수 있다. 기재와 코팅 사이의 전이 영역에 존재하는 야금 결합은 바람직하게는 순수한 기재 및 순수한 합금 및/또는 코팅과는 다른 X-선 회절 패턴을 야기하고, 이에 의해 전이 상의 형성을 나타낸다.
코팅 공정
코팅된 물품은 물품 상에 합금의 코팅을 제공함으로써 형성될 수 있으며, 제조 방법은 특별히 제한되지 않는다. 바람직한 방법은 레이저 클래딩, 플라즈마 분사, 플라즈마 분말 클래딩, 또는 플라즈마 이송 와이어 아크(PTWA)와 같은 와이어 아크 분사 중 어느 하나를 사용하는 코팅 형성 단계를 포함한다. 그러나, 원칙적으로 HVOF를 포함한 임의의 열 분사 공정이 사용될 수 있다.
실시예
본 발명자들은 하기 조성(중량%)을 갖고 나머지가 철인 분말 합금의 예를 제조하였다. 1.5 mm 두께의 코팅을 형성하도록 합금 분말을 3.5 kW 파워로 레이저를 사용하여 레이저 클래딩하였다. 하기 표는 결과를 제공한다.
Figure 112020006544533-pct00001
모든 코팅은 요구되는 경도 및 적절한 내마모성을 나타냈다.

Claims (20)

  1. 3.0 - 7.0 중량%의 Cr;
    1.3 -3.0 중량%의 C;
    0.3 - 2.0 중량%의 B;
    4.0 - 10.0 중량%의 V;
    0 초과 - 1.5 중량%의 Ni;
    0.5 - 1.5 중량%의 Si;
    임의 성분으로서 1.0 중량% 이하의 Mn,
    임의 성분으로서 1.0 중량% 이하의 Mo; 및
    나머지로 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는, 철계 합금으로서,
    상기 철계 합금은 분말 형태로 존재하는, 철계 합금.
  2. 제1항에 있어서, Cr의 함량이 3.2 - 6.8 중량%인, 철계 합금.
  3. 제1항에 있어서, B의 함량이 0.3 - 1.2 중량%인, 철계 합금.
  4. 제1항에 있어서, Ni의 함량이 0 초과 - 1.0 중량%인, 철계 합금.
  5. 제1항에 있어서, Mo의 함량이 0 초과 - 0.8 중량%인, 철계 합금.
  6. 제1항에 있어서, V의 함량이 4.0 내지 8.0 중량%인, 철계 합금.
  7. 제1항에 있어서, C의 함량이 1.5 - 2.8 중량%인, 철계 합금.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 분말이 ASTM B214-16에 따른 시브 분석(sieve analysis)에 의해 측정되는 경우, 250 ㎛를 초과하는 입도를 갖는 입자를 함유하지 않거나, 함유하더라도 2 중량% 미만으로 함유하는 것인, 철계 합금.
  11. 제1항에 있어서, ASTM B214-16에 따른 시브 분석에 의해 측정되는 경우, 5 - 200 ㎛의 입도를 갖는 입자로 이루어진, 분말 형태의 철계 합금.
  12. 기재 및 코팅을 갖는 물품으로서, 상기 코팅이 제1항 내지 제7항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에서 정의된 철계 합금으로부터 형성되는 물품.
  13. 제12항에 있어서, 광업 또는 철강 산업에 사용되는 유압 실린더 또는 롤러인 물품.
  14. 제13항에 있어서, 코팅이
    - SS-EN ISO 6508-1:2016에 의해 측정되는 경우, 60 HRC 이상의 경도; 및
    - ASTM G65-16, 절차 A에 따른 25 mm3 이하의 마모 둘 모두를 갖는 물품.
  15. 제12항에 있어서, 기재가 금속 또는 금속 합금으로 제조되는 물품.
  16. 제12항에 있어서, 코팅이 레이저 클래딩(laser cladding), 플라즈마 분말 클래딩(plasma powder cladding) 또는 플라즈마 이송 아크(plasma transfer arc)에 의해 형성되는, 물품.
  17. 제1항에 있어서, 기재 상에 코팅을 형성시키는데 사용되는 철계 합금.
  18. 코팅된 물품을 형성시키는 방법으로서,
    - 기재를 제공하는 단계 및
    - 상기 기재 상에 코팅을 형성시키는 단계를 포함하고,
    상기 코팅이 제1항 내지 제7항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에서 정의된 철계 합금으로 제조되는 것인 방법.
  19. 제18항에 있어서, 코팅을 형성시키는 단계가 레이저 클래딩 단계, 플라즈마 분말 클래딩 단계, 플라즈마 이송 아크 단계 또는 고속화염(High Velocity Oxygen Fuel; HVOF) 분사 단계인, 코팅된 물품을 형성시키는 방법.
  20. 제11항에 있어서, ASTM B214-16에 따른 시브 분석에 의해 측정되는 경우, 20 - 200 ㎛의 입도를 갖는 입자로 이루어진, 분말 형태의 철계 합금.
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