KR102479133B1 - 내마모 코팅용 분말 및 이를 이용한 코팅 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내마모 코팅용 분말 및 이를 이용한 코팅 방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 내마모 코팅용 분말은 철(Fe)계 비정질 분말; 철(Fe)계 반비정질 분말; 및 텅스텐카바이드(WC)계 분말; 중 하나 이상 포함한다.
Description
본 발명은 내마모 코팅용 분말 및 이를 이용한 코팅 방법에 관한 것이다.
슬롯 다이코팅(slot die coating)은 용액 및 액상의 슬러리 조성물 등의 코팅액을 유리, 금속, 종이, 직물 및 폴리머 등의 기재 표면에 코팅하는 기술이다. 상기 슬롯 다이코팅은 코팅액을 펌핑하여 슬롯 다이(die)로 공급하여, 다이 노즐(die nozzle)을 통해 기재 표면에 토출되어 이루어진다. 이때 다이 노즐과 기재 표면 사이에 갭(gap)을 형성하면서, 기재 표면에 코팅액을 일정한 두께로 도포하게 된다. 슬롯 다이코팅은 기재 표면에 다양한 두께의 코팅이 가능하며, 코팅 품질과 균일성이 우수하고, 작업성과 생산성이 우수하여 현재 디스플레이, 터치스크린, 태양전지, 잉크젯 페이퍼 및 배터리 제조 등 다양한 분야에 사용되고 있다.
최근에는 제품의 생산성을 높이기 위해 슬롯 노즐의 코팅액 토출 속도와, 코팅액의 토출량을 증가시키고 있다. 그러나 이러한 경우 토출되는 코팅액 구성 성분에 의해 슬롯 다이의 노즐 단부가 마모되어, 슬롯 다이코팅시 코팅층의 품질과 균일성이 저하되는 문제가 있었다.
이와 같은 코팅층의 품질과 균일성 저하를 방지하기 위해, 슬롯 노즐의 단부 표면에 내마모성 코팅층을 형성하는 방법이 있으나, 내마모성 코팅층 형성 후 코팅층의 표면을 연마하는 과정에서, 코팅층의 크랙 또는 깨짐 등의 손상이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2013-0091497호(2013.08.19. 공개, 발명의 명칭: 플라즈마 용사 코팅법을 활용한 고기능내마모 경량부품소재개발)에 개시되어 있다.
본 발명의 하나의 목적은 코팅층의 경도, 내마모성, 내구성 및 내크랙성이 우수한 내마모 코팅용 분말을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 코팅층의 경도, 강성, 내열성 및 내식성이 우수하고, 코팅층과 모재와의 부착력이 우수한 내마모 코팅용 분말을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 조성물의 혼합성 및 분산성이 우수하며, 코팅층 연마 등의 후처리 공정시 코팅층의 크랙 및 손상을 최소화할 수 있는 내마모 코팅용 분말을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 내마모 코팅용 분말을 이용한 코팅 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 내마모 코팅용 분말을 이용하여 형성된 슬롯 다이 코팅용 부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 내마모 코팅용 분말에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 내마모 코팅용 분말은 철(Fe)계 비정질 분말; 철(Fe)계 반비정질 분말; 및 텅스텐카바이드(WC)계 분말; 중 하나 이상 포함한다.
한 구체예에서 상기 내마모 코팅용 분말은 평균 크기가 5~60㎛ 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 내마모 코팅용 분말은 상기 철(Fe)계 비정질 분말 40~95 중량% 및 철(Fe)계 반비정질 분말 5~60 중량%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 철(Fe)계 비정질 분말 및 철(Fe)계 반비정질 분말은, 각각 철(Fe); 및 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 및 보론(B) 중 하나 이상;을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 텅스텐카바이드(WC)계 분말은 분말 겉보기 밀도가 2.9~5.8g/cm3 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 텅스텐카바이드(WC)계 분말은 텅스텐카바이드-철(WC-Fe)계 분말, 텅스텐카바이드-코발트(WC-Co)계 분말, 텅스텐카바이드-니켈(WC-Ni)계 분말 및 텅스텐카바이드-크롬카바이드-니켈(WC-CrC-Ni)계 분말 중 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 텅스텐카바이드-코발트(WC-Co)계 분말은 WC-12Co 분말, WC-17Co 분말 및 WC-25Co 분말 중 하나 이상 포함하고, 상기 텅스텐카바이드-니켈(WC-Ni)계 분말은 WC-10Ni 분말, WC-12Ni 분말 및 WC-17Ni 분말 중 하나 이상 포함하고, 상기 텅스텐카바이드-크롬카바이드-니켈(WC-CrC-Ni)계 분말은 WC-42CrC-16Ni 분말을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 내마모 코팅용 분말은 금속계 분말을 더 포함하며, 상기 금속계 분말은 니켈(Ni)계 분말 및 스테인레스 스틸(stainless steel)계 분말 중 하나 이상 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 내마모 코팅용 분말을 이용한 코팅 방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 내마모 코팅용 분말을 이용한 코팅 방법은 모재 표면의 적어도 상기 내마모 코팅용 분말을 이용하여 코팅하는 단계;를 포함하며, 상기 코팅은 고속 화염(HVOF) 용사 및 저온 분사 중 하나 이상을 사용하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 상기 내마모 코팅용 분말을 이용하여 형성된 슬롯 다이 코팅용 부재에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 슬롯 다이 코팅용 부재는 모재; 및 상기 모재 표면의 적어도 일부에 형성된 코팅층;을 포함하며, 상기 코팅층은 상기 내마모 코팅용 분말을 이용하여 형성된다.
본 발명에 따른 내마모 코팅용 분말을 적용시 코팅층의 경도, 내마모성, 내구성 및 내크랙성이 우수하고, 코팅층의 경도, 강성, 내열성 및 내식성이 우수하며, 코팅층과 모재와의 부착력이 우수하고, 분말의 혼합성 및 분산성이 우수하며, 코팅층 연마 등의 후처리 공정시 코팅층의 크랙 및 손상을 최소화할 수 있다.
도 1은 실시예 내마모 코팅 분말 단면의 광학현미경(OM) 사진이다.
도 2는 실시예 1의 광학현미경 사진이다.
도 3은 실시예 1의 표면 경도 측정결과 그래프이다.
도 4는 실시예 1의 XRD 분석 그래프이다.
도 5는 실시예 2 및 3의 광학현미경 사진이다.
도 6은 실시예 2 및 3의 표면 경도 측정결과 사진이다.
도 7은 실시예 4 및 5의 광학현미경 사진이다.
도 8은 실시예 4 및 5의 밀도 및 표면 경도 측정결과 그래프이다.
도 9는 실시예 6의 광학현미경 사진이다.
도 10은 실시예 6의 표면 경도 측정결과 그래프이다.
도 11은 실시예 내마모 코팅 분말의 광학현미경 사진이다.
도 12는 실시예 7 및 8의 광학현미경 사진이다.
도 13은 실시예 7 및 8의 표면 경도 측정결과 그래프이다.
도 14는 실시예 9의 광학현미경 사진이다.
도 2는 실시예 1의 광학현미경 사진이다.
도 3은 실시예 1의 표면 경도 측정결과 그래프이다.
도 4는 실시예 1의 XRD 분석 그래프이다.
도 5는 실시예 2 및 3의 광학현미경 사진이다.
도 6은 실시예 2 및 3의 표면 경도 측정결과 사진이다.
도 7은 실시예 4 및 5의 광학현미경 사진이다.
도 8은 실시예 4 및 5의 밀도 및 표면 경도 측정결과 그래프이다.
도 9는 실시예 6의 광학현미경 사진이다.
도 10은 실시예 6의 표면 경도 측정결과 그래프이다.
도 11은 실시예 내마모 코팅 분말의 광학현미경 사진이다.
도 12는 실시예 7 및 8의 광학현미경 사진이다.
도 13은 실시예 7 및 8의 표면 경도 측정결과 그래프이다.
도 14는 실시예 9의 광학현미경 사진이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
내마모 코팅용 분말
본 발명의 하나의 관점은 내마모 코팅용 분말에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 내마모 코팅용 분말은 철(Fe)계 비정질 분말; 철(Fe)계 반비정질 분말; 및 텅스텐카바이드(WC)계 분말; 중 하나 이상 포함한다.
철(Fe)계 비정질 분말
본 발명에서 상기 철(Fe)계 비정질(또는 비결정질, amorphous) 분말을 포함시 경도 및 인장강도 등의 기계적 물성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 철(Fe)계 비정질 분말은 철(Fe); 및 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 및 보론(B) 중 하나 이상;을 포함할 수 있다. 상기 조건에서 코팅 효율성이 우수하며, 코팅층의 경도, 내식성, 내구성 및 내마모성이 우수할 수 있다.
예를 들면 상기 철(Fe)계 비정질 분말은 탄소(C) 2~5 중량%, 실리콘(Si) 0.5~2 중량%, 망간(Mn) 0.01~3 중량%, 크롬(Cr) 5~30 중량%, 몰리브덴(Mo) 10~35 중량%, 텅스텐(W) 0.001~0.1 중량%, 보론(B) 0.5~5 중량% 및 잔량부의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 상기 조건에서 코팅층의 코팅 효율성이 우수하며, 코팅층의 경도, 내식성, 내구성 및 내마모성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 철(Fe)계 비정질 분말은 평균 크기가 5~60㎛ 일 수 있다. 상기 크기는 상기 철계 비정질 분말의 입경 또는 최대 길이일 수 있다. 상기 조건에서 코팅층의 코팅 효율성과, 코팅층의 수율이 우수하고, 코팅층의 경도, 내구성 및 내마모성이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 철계 비정질 분말은 평균 크기가 5~53㎛ 일 수 있다.
상기 철계 비정질 분말은 구형, 타원체형 또는 부정형일 수 있다. 한 구체예에서 상기 철계 비정질 분말은 통상적인 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 가스 분무법(gas atomization)으로 제조될 수 있다. 상기 가스 분무법 적용시 구 형태의 철계 비정질 분말을 용이하게 제조할 수 있다.
철(Fe)계 반비정질 분말
본 발명에서 상기 철(Fe)계 반비정질(또는 결정질, crystalline) 분말을 포함시 경도, 내마모성, 내열성 및 인장강도 등의 기계적 물성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 철(Fe)계 반비정질 분말은 철(Fe); 및 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 및 보론(B) 중 하나 이상;을 포함할 수 있다. 상기 조건에서 코팅층의 코팅 효율성이 우수하며, 코팅층 수율이 우수하고, 코팅층의 내구성, 내열성 및 내마모성이 우수할 수 있다.
예를 들면 상기 철(Fe)계 반비정질 분말은 철(Fe), 실리콘(Si) 및 크롬(Cr)을 포함할 수 있다. 상기 성분을 포함시 코팅 효율성이 우수하며, 코팅층 수율이 우수하고, 코팅층의 경도, 내열성, 내구성 및 내마모성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 철(Fe)계 반비정질 분말은 평균 크기가 5~60㎛ 일 수 있다. 상기 크기는 상기 철계 반비정질 분말의 입경 또는 최대 길이일 수 있다. 상기 조건에서 코팅층의 코팅 효율성과, 코팅층의 수율이 우수하고, 코팅층의 경도, 내구성 및 내마모성이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 철계 반비정질 분말은 평균 크기가 5~53㎛ 일 수 있다.
상기 철계 반비정질 분말은 구형, 타원체형 또는 부정형일 수 있다. 한 구체예에서 상기 철계 반비정질 분말은 통상적인 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 가스 분무법(gas atomization)으로 제조될 수 있다. 상기 가스 분무법 적용시 구 형태의 철계 반비정질 분말을 용이하게 제조할 수 있다.
한 구체예에서 상기 내마모 코팅용 분말은 상기 철(Fe)계 비정질 분말 40~95 중량% 및 철(Fe)계 반비정질 분말 5~60 중량%를 포함할 수 있다. 상기 조건으로 포함시 분말의 혼합성과 분산성이 우수하고, 코팅 효율성이 우수하여 코팅층의 균일성이 우수하고, 경도 및 강도가 우수하고, 내구성 및 내마모성이 우수하며, 코팅 후 코팅층의 연마 등 후 가공 공정에서 코팅층의 손상을 최소화할 수 있다.
텅스텐카바이드(WC)계 분말
본 발명에서 상기 텅스텐카바이드(WC)계 분말을 포함시 내구성, 내마모성, 경도, 강도 및 내화학성 등이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 텅스텐카바이드(WC)계 분말은 분말 겉보기 밀도가 2.9~5.8g/cm3 일 수 있다. 상기 조건에서 내마모 코팅용 분말의 혼합성 및 분산성이 우수하며, 코팅층의 수율과, 기계적 물성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 텅스텐카바이드(WC)계 분말은 평균 크기가 5~60㎛ 일 수 있다. 상기 평균 크기는 상기 텅스텐카바이드계 분말의 입경 또는 최대 길이일 수 있다. 상기 조건에서 코팅층의 코팅 효율성과, 코팅층의 수율이 우수하고, 코팅층의 경도, 내구성 및 내마모성이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 철계 반비정질 분말은 평균 크기가 5~45㎛ 일 수 있다.
상기 텅스텐 카바이드계 분말은 구형, 스페로이달(Spheroidal, 회전타원체형)형, 타원체형 또는 부정형일 수 있다.
한 구체예에서 상기 텅스텐카바이드(WC)계 분말은 텅스텐카바이드-철(WC-Fe)계 분말, 텅스텐카바이드-코발트(WC-Co)계 분말, 텅스텐카바이드-니켈(WC-Ni)계 분말 및 텅스텐카바이드-크롬카바이드-니켈(WC-CrC-Ni 또는 WC-Cr3C2)계 분말 중 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 텅스텐카바이드-철(WC-Fe)계 분말은 텅스텐카바이드(WC) 60~95 중량% 및 철(Fe) 5~40 중량%를 포함할 수 있다. 상기 함량 범위로 포함시 코팅층의 경도, 인성 및 내마모성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 텅스텐카바이드-코발트(WC-Co)계 분말은 텅스텐카바이드(WC) 70~95 중량% 및 코발트(Co) 5~30 중량%를 포함할 수 있다. 상기 함량 범위로 포함시 코팅층의 경도, 인성 및 내마모성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 텅스텐카바이드-코발트(WC-Co)계 분말은 WC-12Co 분말, WC-17Co 분말 및 WC-25Co 분말 중 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 텅스텐카바이드-니켈(WC-Ni)계 분말은 텅스텐카바이드(WC) 80~95 중량% 및 니켈(Ni) 5~20 중량%를 포함할 수 있다. 상기 함량 범위로 포함시 코팅층의 경도, 내열성, 내산화성 및 내마모성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 텅스텐카바이드-니켈(WC-Ni)계 분말은 WC-10Ni 분말, WC-12Ni 분말 및 WC-17Ni 분말 중 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 텅스텐카바이드-크롬카바이드(CrC 또는 Cr3C2)-니켈(WC-Ni)계 분말은 텅스텐카바이드(WC) 35~50 중량%, 크롬카바이드(CrC 또는 Cr3C2) 35~50 중량% 및 니켈(Ni) 10~25 중량% 포함할 수 있다. 상기 함량 범위로 포함시 용사 코팅층의 경도, 내구성, 내열성, 내산화성 및 내마모성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 텅스텐카바이드-크롬카바이드-니켈(WC-CrC-Ni)계 분말은 WC-42CrC-16Ni 분말을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 텅스텐카바이드(WC)계 분말 중 텅스텐카바이드(WC)는 평균 크기가 10nm~10㎛ 일 수 있다. 상기 평균 크기는 텅스텐카바이드의 입경 또는 최대 길이를 의미할 수 있다.
금속계 분말
한 구체예에서 상기 내마모 코팅용 분말은 금속계 분말을 더 포함할 수 있다. 상기 금속계 분말은 니켈(Ni)계 분말 및 스테인레스 스틸(stainless steel)계 분말 중 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 금속계 분말을 더 포함시 상기 코팅층의 경도, 내마모성, 내식성 및 내열성이 향상될 수 있다.
한 구체예에서 상기 스테인레스 스틸계 분말은 STS304 및 STS 316L 등을 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 스테인레스 스틸계 분말은 탄소(C) 0 초과 0.1 중량% 이하, 망간(Mn) 0 초과 2.5 중량% 이하, 실리콘(Si) 0 초과 2.5 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.1 중량% 이하, 크롬(Cr) 15~25 중량%, 니켈(Ni) 2~11 중량%, 구리(Cu) 2~8 중량%, 니오븀(Nb) 0.1~0.6 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 상기 중량 범위로 포함시 코팅층의 내식성과 내열성이 우수할 수 있다.
다른 예를 들면 상기 스테인레스 스틸계 분말은 탄소(C) 0 초과 0.09 중량% 이하, 망간(Mn) 0 초과 2.5 중량% 이하, 실리콘(Si) 0 초과 2.5 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.1 중량% 이하, 크롬(Cr) 15~25 중량%, 니켈(Ni) 8~15 중량%, 몰리브덴(Mo) 1~5 중량%, 구리(Cu) 2~8 중량%, 니오븀(Nb) 0.1~0.6 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 상기 중량 범위로 포함시 코팅층의 내식성과 내열성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 금속계 분말은 상기 내마모 코팅용 분말 전체중량에 대하여 0.1~20 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 코팅층의 조직 치밀성이 우수하고, 내식성, 내열성 및 기계적 강도가 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 금속계 분말은 평균 크기가 5~100㎛ 일 수 있다. 상기 조건에서 내마모 코팅용 분말의 혼합성과 분산성이 우수하며, 상기 조건에서 코팅층의 코팅 효율성과, 코팅층 수율이 우수할 수 있다.
내마모 코팅용 분말을 이용한 코팅 방법
본 발명의 다른 관점은 상기 내마모 코팅용 분말을 이용한 코팅 방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 내마모 코팅용 분말을 이용한 코팅 방법은 모재 표면의 적어도 일부에 상기 내마모 코팅용 분말을 이용하여 코팅하는 단계;를 포함하며, 상기 코팅은 고속 화염(HVOF) 용사 및 저온 분사 중 하나 이상 사용하여 이루어진다.
상기 조건으로 코팅층 형성시, 코팅층의 균일성과 치밀성이 우수하며, 코팅층과 모재와의 부착력이 우수할 수 있다.
상기 고속화염(High Velocity Oxy-Fuel, HVOF) 용사는 산소(O2)와, 연료(가스 연료 또는 액체 연료)를 고압 조건에서 연소하여 고속의 제트(jet)를 발생시켜 실시할 수 있다. 예를 들면 상기 가스 연료는 프로판, 메틸아세틸렌, 헵탄 및 수소 중 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면 엑체가스 연료는 등유(Kerosene)를 포함할 수 있다.
상기 고속화염 용사는 통상의 고속화염 용사장치를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 고속화염 용사장치는 연료 및 공기(산소)가 공급되어 연소되어 화염을 열원으로 사용하고, 제트를 발생하여 토출시키며, 상기 내마모 코팅용 분말을 캐리어 가스에 의해 상기 토출되는 제트에 주입하여 상기 제트에 의해 내마모 코팅용 분말을 용융하여 상기 모재 표면에 도포할 수 있다.
상기 고속화염 용사시 상기 코팅층의 기공율을 최소화하여 조직 치밀성이 우수하고, 경도 및 내구성 등의 기계적 강도와 모재와의 부착력이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 고속화염용사는 모재와 노즐 사이의 이격 거리(stand-off distance, SOD) 150~400mm, 산소 유량 750~1,000 NLPM(Normal Liter Per Minute), 액체 연료 유량 15~30 L/hr, 캐리어 가스 유량 5~15 NLPM 및 원료(내마모 코팅용 분말) 송급량 50~100g/min 조건으로 실시할 수 있다. 상기 조건에서 코팅층이 용이하게 형성되며, 기공율을 최소화하여 조직치밀성이 우수하고, 기계적 물성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 저온 분사(cold spraying)는 상기 내마모 코팅용 분말을 1100℃ 이하의 온도 및 7.5MPa 이하의 압력 조건의 압축가스를 이용하여 300~1500m/s 속도의 초음속 제트로 가속시켜 모재 표면에 분사할 수 있다. 상기 압축가스는 헬륨(He), 질소(N2) 및 공기 중 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 조건에서 상기 코팅층의 기공율을 최소화하여 조직 치밀성이 우수하고, 경도 및 내구성 등의 기계적 강도와 모재와의 부착력이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 저온 분사는 1100℃ 이하의 온도 및 7.5MPa 이하의 압력 조건의 압축가스를 이용하여, 모재와 저온 분사용 건 사이의 이격 거리(stand-off distance, SOD) 5~50mm, 가스 유량 600~3,000NLPM 및 캐리어 가스 유량 150~350 NLPM, 및 원료(내마모 코팅용 분말) 송급량 30~400g/min 조건으로 실시할 수 있다. 상기 조건에서 코팅층이 용이하게 형성되며, 기공율을 최소화하여 조직치밀성이 우수하고, 기계적 물성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 코팅층을 표면 연마하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
내마모 코팅용 분말을 이용하여 형성된 슬롯 다이 코팅용 부재
본 발명의 또 다른 관점은 상기 내마모 코팅용 분말을 이용하여 형성된 슬롯 다이 코팅용 부재에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 슬롯 다이 코팅용 부재는 모재; 및 상기 모재 표면의 적어도 일부에 형성된 코팅층;을 포함하며, 상기 코팅층은 상기 내마모 코팅용 분말을 이용하여 형성된다.
한 구체예에서 상기 코팅층은 두께가 500㎛ 이하일 수 있다. 상기 조건에서 코팅층 내구성이 우수하고, 코팅층 표면 연마시 에지부의 깨짐 또는 크랙 발생을 방지할 수 있으며, 다이 노즐을 이용한 코팅시 슬러리 토출 속도와 토출량을 증가하여도 다이 노즐의 손상을 방지할 수 있다. 예를 들면 5~300㎛ 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 모재는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면 STS 630계 소재를 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 모재는 탄소(C) 0 초과 0.09 중량% 이하, 망간(Mn) 0 초과 2.5 중량% 이하, 실리콘(Si) 0 초과 2.5 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.1 중량% 이하, 크롬(Cr) 15~20 중량%, 니켈(Ni) 2~8 중량%, 구리(Cu) 2~8 중량%, 니오븀(Nb) 0.1~0.6 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 슬롯 다이 코팅용 부재는, 다이 노즐을 포함할 수 있다.
상기 다이 노즐에 코팅층을 형성시, 코팅층의 표면 연마시 에지부의 깨짐 또는 크랙 발생을 방지할 수 있으며, 다이 노즐을 이용한 코팅시 슬러리 토출 속도와 토출량을 증가하여도 다이 노즐의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 내마모 코팅용 분말을 적용시 코팅층의 내마모성, 내구성 및 내크랙성이 우수하고, 코팅층의 경도, 강성, 내열성 및 내식성이 우수하며, 코팅층과 모재와의 부착력이 우수하고, 분말의 혼합성 및 분산성이 우수하며, 코팅층 연마 등의 후처리 공정시 코팅층의 크랙 및 손상을 최소화할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예
본 발명의 실시예 1~4에 사용된 성분은 하기와 같다.
(1) 철계 비정질 분말: 하기 표 1의 합금 조성과, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 구형의 철계 비정질 분말을 사용하였다. 하기 도 1(a)는 상기 철계 비정질 분말 단면의 광학현미경 사진이며, 상기 철계 비정질 분말의 평균입경(D10, D50 및 D90)을 하기 표 2에 나타내었다.
(2) 철계 반비정질 분말: 철(Fe), 크롬(Cr) 및 실리콘(Si)을 포함하는 구형의 철계 반비정질 분말을 사용하였다. 하기 도 1(b)는 상기 철계 반비정질 분말 단면의 광학현미경 사진이며, 상기 철계 반비정질 분말의 평균입경(D10, D50 및 D90)을 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 1
상기 철계 비정질 분말 100 중량%의 내마모 코팅용 분말을 준비하였다. 상기 내마모 코팅용 분말을 모재(STS 304 소재)의 표면에 고속화염용사법을 통해 분사하고 표면 연마하여 하기 도 2와 같은 코팅층을 형성하였다.
상기 고속화염용사는 이격 거리(SOD) 300mm, 산소 유량 780 NLPM, 액체 연료(등유) 유량 19.3 L/hr, 캐리어 가스 유량 6 NLPM 및 원료(내마모 코팅용 분말) 송급량 58~65g/min 조건으로 실시하였으며, 약 220㎛ 두께의 코팅층을 형성하였다. 상기 실시예 1에 의해 제조된 시편의 표면 경도와, XRD 분석을 실시하여 그 결과를 하기 도 3 및 도 4에 나타내었다.
실시예 2
상기 고속화염용사시 이격 거리(SOD) 300mm, 산소 유량 830 NLPM, 액체 연료(등유) 유량 19 L/hr, 캐리어 가스 유량 9 NLPM 및 원료(내마모 코팅용 분말) 송급량 58~65g/min 조건을 적용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 하기 도 5와 같은 코팅층을 형성하였다. 상기 실시예 2에 의해 제조된 시편의 표면 경도를 측정하여 하기 도 6에 나타내었다.
실시예 3
상기 고속화염용사시 이격 거리(SOD) 300mm, 산소 유량 880 NLPM, 액체 연료(등유) 유량 19 L/hr, 캐리어 가스 유량 9 NLPM 및 원료(내마모 코팅용 분말) 송급량 58~65g/min 조건을 적용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 하기 도 5와 같은 코팅층을 형성하였다. 상기 실시예 3에 의해 제조된 시편의 표면 경도를 측정하여 하기 도 6에 나타내었다.
실시예 4
상기 철계 비정질 분말 100 중량%의 내마모 코팅용 분말을 준비하였다. 상기 내마모 코팅용 분말을 모재(STS 304 소재)의 표면에 저온 분사법을 통해 분사하고 표면 연마하여 하기 도 7과 같은 코팅층을 형성하였다.
상기 저온 분사는 온도 950℃ 및 5MPa 압력 조건의 압축가스를 이용하여, 모재와 저온 분사용 건 사이의 이격 거리(SOD) 10mm 및 원료 송급 속도 32~36g/min 조건으로 실시하였다. 상기 실시예 4에 의해 제조된 코팅층의 밀도 및 표면 경도를 측정하여 하기 도 8에 나타내었다.
실시예 5
상기 저온 분사시 온도 1000℃ 및 5MPa 압력 조건의 압축가스를 이용한 것을 제외하고 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 하기 도 7과 같은 코팅층을 형성하였다. 상기 실시예 5에 의해 제조된 코팅층의 밀도 및 표면 경도를 측정하여 하기 도 8에 나타내었다.
실시예 6
상기 철계 비정질 분말 70 중량% 및 철계 반비정질 분말 30 중량%를 포함하는 내마모 코팅용 분말을 적용하였다. 상기 내마모 코팅용 분말을 모재(STS 304 소재)의 표면에 저온 분사법을 통해 분사하고 표면 연마하여 하기 도 9와 같은 코팅층을 형성하였다.
이때 상기 저온 분사는 온도 950℃ 및 5MPa 압력 조건의 압축가스를 이용하여, 모재와 저온 분사용 건 사이의 이격 거리(SOD) 10mm 및 원료 송급 속도 130~145g/min 조건으로 실시하였다. 상기 실시예 6의 코팅층의 표면 경도를 측정하여 하기 도 10에 나타내었다.
실시예 7
내마모 코팅용 분말로 하기 도 11과 같은 평균 크기 5~60㎛, 분말 겉보기 밀도 2.9~5.8g/cm3인 텅스텐카바이드-크롬카바이드-니켈(WC-CrC-Ni)계 분말(WC-42CrC-16Ni)을 준비하였다. 그 다음에, 상기 분말을 저온 분사법을 이용하여 모재(STS 304 소재)의 표면에 분사하고 표면 연마하여 하기 도 12와 같은 코팅층을 형성하였다.
이때 상기 저온 분사는 온도 900℃ 및 5MPa 압력 조건의 압축가스를 이용하여, 모재와 저온 분사용 건 사이의 이격 거리(SOD) 15mm 및 원료 송급 속도 120~140g/min 조건으로 실시하였다. 상기 실시예 7의 코팅층의 표면 경도를 측정하여 하기 도 13에 나타내었다.
실시예 8
상기 저온 분사시 온도 950℃ 및 5MPa 압력 조건의 압축가스를 이용한 것을 제외하고, 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 하기 도 12와 같은 코팅층을 형성하였다. 상기 실시예 8의 코팅층의 표면 경도를 측정하여 하기 도 13에 나타내었다.
실시예 9
내마모 코팅용 분말로 평균 크기 5~30㎛, 분말 겉보기 밀도 2.9~5.8g/cm3 조건의 텅스텐카바이드-크롬카바이드-니켈(WC-CrC-Ni)계 분말 90 중량% 및 평균 크기 15~55㎛인 금속계 분말(Ni) 분말 10 중량%를 준비하였다. 그 다음에, 상기 분말을 저온 분사법을 이용하여 모재(STS 304 소재)의 표면에 분사하고 표면 연마하여 하기 도 14와 같은 코팅층을 형성하였다.
상기 저온 분사는 온도 900℃ 및 5MPa 압력 조건의 압축가스를 이용하여, 모재와 저온 분사용 건 사이의 이격 거리(SOD) 30mm 및 원료 송급 속도 110~130g/min 조건으로 실시하였다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (10)
- 철(Fe)계 비정질 분말 및 텅스텐카바이드-크롬카바이드-니켈(WC-CrC-Ni)계 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 노즐 코팅용 분말.
- 제1항에 있어서, 상기 슬롯 다이 노즐 코팅용 분말은 평균 크기가 5~60㎛ 인 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 노즐 코팅용 분말.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 철(Fe)계 비정질 분말은,
철(Fe); 및 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 및 보론(B) 중 하나 이상;을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 노즐 코팅용 분말.
- 제1항에 있어서, 상기 텅스텐카바이드-크롬카바이드-니켈(WC-CrC-Ni)계 분말은 분말 겉보기 밀도가 2.9~5.8g/cm3인 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 노즐 코팅용 분말.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 텅스텐카바이드-크롬카바이드-니켈(WC-CrC-Ni)계 분말은 WC-42CrC-16Ni를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 노즐 코팅용 분말.
- 제1항에 있어서, 상기 슬롯 다이 노즐 코팅용 분말은 금속계 분말을 더 포함하며,
상기 금속계 분말은 니켈(Ni)계 분말 및 스테인레스 스틸(stainless steel)계 분말 중 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 노즐 코팅용 분말.
- 모재 표면의 적어도 일부에 제1항, 제2항, 제4항, 제5항, 제7항 및 제8항중 어느 한 항의 슬롯 다이 노즐 코팅용 분말을 이용하여 코팅하는 단계;를 포함하며,
상기 코팅은 고속 화염(HVOF) 용사 및 저온 분사 중 하나 이상 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
- 모재; 및
상기 모재 표면의 적어도 일부에 형성된 코팅층;을 포함하며,
상기 코팅층은 제1항, 제2항, 제4항, 제5항, 제7항 및 제8항중 어느 한 항의 슬롯 다이 노즐 코팅용 분말을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 노즐.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210077576A KR102479133B1 (ko) | 2021-06-15 | 2021-06-15 | 내마모 코팅용 분말 및 이를 이용한 코팅 방법 |
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| KR1020210077576A KR102479133B1 (ko) | 2021-06-15 | 2021-06-15 | 내마모 코팅용 분말 및 이를 이용한 코팅 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR102479133B1 true KR102479133B1 (ko) | 2022-12-20 |
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ID=84539321
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|---|---|---|---|
| KR1020210077576A KR102479133B1 (ko) | 2021-06-15 | 2021-06-15 | 내마모 코팅용 분말 및 이를 이용한 코팅 방법 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1088311A (ja) * | 1996-09-17 | 1998-04-07 | Showa Denko Kk | タングステンカーバイド／コバルト溶射粉末及びその製造方法 |
| KR20120063471A (ko) * | 2009-07-22 | 2012-06-15 | 닛테츠 하드 가부시키가이샤 | 내용융 금속 부재 및 내용융 금속 부재의 제조방법 |
| KR20210054669A (ko) * | 2019-11-06 | 2021-05-14 | 아토메탈테크 유한회사 | 코팅체 |
-
2021
- 2021-06-15 KR KR1020210077576A patent/KR102479133B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1088311A (ja) * | 1996-09-17 | 1998-04-07 | Showa Denko Kk | タングステンカーバイド／コバルト溶射粉末及びその製造方法 |
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