KR102570645B1 - 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법 - Google Patents

저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본드 코팅을 행한 이후에 저온 분사 코팅을 행하므로 본드 코팅이 이루어진 표면의 결함을 제거하고 탑 코팅의 박리를 방지하는 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법을 제공한다.
본 발명의 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법은 열 차폐 코팅을 행하기 위한 부품 표면의 오염물질을 제거하고 표면을 거칠게 형성하는 코팅 준비 단계와, 열용사 코팅을 이용하여 부품 표면에 치밀한 금속 코팅층을 형성하는 본드 코팅 단계와, 저온 분사 코팅을 이용하여 금속 코팅층 위에 치밀한 세라믹 코팅층을 형성하는 저온 분사 코팅 단계와, 열용사 코팅을 이용하여 치밀한 세라믹 코팅층 위에 다공성 세라믹 코팅층을 형성하는 탑 코팅 단계를 포함한다.

Description

저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법 {Method for Forming Thermal Barrier Coatings by Using Normal Temperature Spray Coating and Thermal Spray Coating}
본 발명은 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 본드 코팅 이후 표면의 결함을 제거하고 탑 코팅의 박리를 방지하는 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법에 관한 것이다.
가스터빈은 열역학적 사이클에 의해 작동하는 기계장치로서, 가스상태의 작동 유체가 압축 및 팽창하는 과정에서 에너지를 추출하게 되는 회전동력기관이며, 가스터빈을 구성하는 부품은 가혹한 고온의 온도 환경과 함께 매우 큰 회전응력 상황에 노출되며, 이러한 상황에서 장시간 동안 규정된 기계적 성질과 표면 특성이 유지되어야 한다.
따라서, 터빈, 베인, 연소기와 같은 가스터빈의 고온 부품은 고온 고압의 가스로부터 보호하기 위하여 표면에 열 차폐 코팅을 적용하고 있다. 이 열 차폐 코팅은 열전달을 차단하는 세라믹 소재의 탑 코팅(Top Coating)과, 탑 코팅과 금속 모재 사이의 결합력을 높이기 위한 본드 코팅(Bond Coating)과, 본드 코팅과 탑 코팅 사이의 계면에서 열화에 의해 생성되는 열생성산화물(TGO, Thermal Grown Oxide)로 이루어진다.
대한민국 등록특허공보 제10-0736296호, 제10-1246452호, 제10-1458815호, 공개특허공보 제10-2017-0078505호 등에는 열 차폐 코팅을 행하는 다양한 기술이 공개되어 있다.
종래 열 차폐 코팅 방법에 의하면, 본드 코팅을 행한 표면에서 미용융입자, 기공, 크랙 등이 확인되며, 이는 코팅층의 결함으로 작용한다.
그리고, 종래 열 차폐 코팅 방법에 의하면, 탑 코팅을 행할 때에 확산되는 산소와 본드 코팅 내의 알루미늄(Al) 등 금속 사이의 반응에 의한 열생성산화물의 생성이 활발하게 이루어져 열생성산화물층이 두꺼워지고, 본드 코팅층과 탑 코팅층 사이의 접합 강도가 저하되고, 탑 코팅층의 박리가 발생할 우려가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점에 조감하여 이루어진 것으로서, 본드 코팅을 행한 이후에 저온 분사 코팅을 행하므로 본드 코팅이 이루어진 표면의 결함을 제거하고 탑 코팅의 박리를 방지하는 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법은 열 차폐 코팅을 행하기 위한 부품 표면의 오염물질을 제거하고 표면을 거칠게 형성하는 코팅 준비 단계와, 열용사 코팅을 이용하여 부품 표면에 치밀한 금속 코팅층을 형성하는 본드 코팅 단계와, 저온 분사 코팅을 이용하여 상기 금속 코팅층 위에 치밀한 세라믹 코팅층을 형성하는 저온 분사 코팅 단계와, 열용사 코팅을 이용하여 치밀한 세라믹 코팅층 위에 다공성 세라믹 코팅층을 형성하는 탑 코팅 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 코팅 준비 단계에서는 샌드블라스트(sandblast)와 세정 등을 진행하여 부품의 표면에 부착된 오염물질을 제거하고 표면의 거칠기를 거칠게 형성한다.
상기 본드 코팅 단계에서는 진공 플라즈마 용사(VPS, Vacuum Plasma Spray), 대기 플라즈마 용사(APS, Atmospheric Plasma Spray), 서스펜션 플라즈마 용사(SPS, Suspension Plasma Spray), 초고속화염용사(HVOF, High Velocity Oxygen Fuel) 등의 열용사 코팅 방법을 사용하여 금속 분말을 용해하여 용융된 금속을 부품의 표면에 용사하여 금속 코팅층을 형성한다.
상기 본드 코팅 단계에서 사용하는 금속 분말로는 MCrAlY, Ni, Co, Al 등에서 선택하여 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용하는 것이 가능하다.
상기 저온 분사 코팅 단계에서는 진공상태에서 상온에 가까운 낮은 온도의 고속 가스흐름에 의한 운동에너지를 이용하여 세라믹 분말을 금속 코팅층의 표면에 충돌시킴으로써 금속 코팅층의 변형을 유도하여 치밀한 세라믹 코팅층을 형성한다.
상기 탑 코팅 단계에서는 진공 플라즈마 용사(VPS), 대기 플라즈마 용사(APS), 서스펜션 플라즈마 용사(SPS), 초고속화염용사(HVOF) 중 어느 하나의 열용사 코팅 방법으로 세라믹 분말을 용해하고 용융된 세라믹을 치밀한 세라믹 코팅층의 표면에 용사하여 다공성 세라믹 코팅층을 형성한다.
상기 저온 분사 코팅 단계 및 탑 코팅 단계에서 사용하는 세라믹 분말로는 Y2O3, Al2O3, ZrO2, YSZ, MSZ, Gd2O3, Yb2O3, Dy2O3 등에서 선택하여 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용하는 것이 가능하다.
상기 저온 분사 코팅 단계에서 형성하는 치밀한 세라믹 코팅층은 1~10㎛ 범위의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법에 의하면, 본드 코팅을 행하여 형성된 금속 코팅층 위에 저온 분사 코팅을 행하여 치밀한 세라믹 코팅층을 형성하므로, 탑 코팅을 행할 때에 본드 코팅에 의하여 형성된 금속 코팅층의 산화저항성이 향상(탑 코팅을 행할 때에 발생하는 산소의 확산이 억제)되어 열생성산화물의 생성이 억제되고, 탑 코팅에 의해 형성된 다공성 세라믹 코팅층의 박리를 방지하는 것이 가능하다.
또, 본 발명의 실시예에 따른 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법에 의하면, 본드 코팅을 행하여 형성된 금속 코팅층 위에 저온 분사 코팅을 행하여 치밀한 세라믹 코팅층을 형성하므로, 본드 코팅에 의해 형성된 금속 코팅층 표면의 미용융입자, 기공, 크랙 등의 결함이 제거되고, 본드 코팅에 의해 형성된 금속 코팅층과 탑 코팅에 의해 형성된 다공성 세라믹 코팅층 사이의 접합강도를 향상시키는 것이 가능하다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법에 의하면, 본드 코팅에 의해 형성된 금속 코팅층과 저온 분사 코팅에 의하여 형성된 치밀한 세라믹 코팅층 사이의 접합강도가 향상되고, 저온 분사 코팅에 의하여 형성된 치밀한 세라믹 코팅층과 탑 코팅에 의하여 형성되는 다공성 세라믹 코팅층 사이의 접합강도가 높아지므로, 전체적인 접합강도가 향상된다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법에 의하면, 고온 고압의 환경에서 작동하는 가스터빈 부품의 물리적 화학적 특성이 향상되어 부품의 신뢰성이 향상될 뿐만 아니라 내구성도 향상된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법을 적용하여 열 차폐 코팅을 행한 상태를 개념적으로 이미지화하여 나타내는 부분확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법에 있어서, 본드 코팅 단계를 진행하여 형성된 금속 코팅층의 표면을 촬영한 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법에 있어서, 본드 코팅 단계와 저온 분사 코팅 단계를 진행하여 형성된 치밀한 세라믹 코팅층의 표면을 촬영한 현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법에 있어서, 본드 코팅 단계를 진행한 다음 탑 코팅 단계를 진행한 경우와 본드 코팅 단계와 저온 분사 코팅 단계를 진행한 다음 탑 코팅 단계를 진행한 경우의 소재의 단면을 촬영한 현미경 사진과 소재의 단면에 대한 알루미늄(Al) 성분의 함량을 분석한 그래프의 이미지이다
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어디든 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
다음으로 본 발명에 따른 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 여러가지 다양한 형태로 구현하는 것이 가능하며, 이하에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
이하에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명과 밀접한 관계가 없는 부분은 상세한 설명을 생략하였으며, 발명의 설명 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 반복적인 설명을 생략한다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 코팅 준비 단계(S10)와, 본드 코팅 단계(S20)와, 저온 분사 코팅 단계(S30)와, 탑 코팅 단계(S40)를 포함하여 이루어진다.
도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법을 적용하여 부품(10)의 표면에 금속 코팅층(20), 치밀한 세라믹 코팅층(30), 다공성 세라믹 코팅층(40)을 순차적으로 형성한 상태를 이해하기 쉽도록 이미지화한 부분확대 단면도를 나타낸다.
상기 코팅 준비 단계(S10)에서는 열 차폐 코팅을 행하기 위한 부품(10) 표면의 오염물질을 제거하고 표면을 거칠게 형성한다.
상기 코팅 준비 단계(S10)에서는 샌드블라스트(sandblast)와 세정 등을 진행하여 부품(10)의 표면에 부착된 오염물질을 제거하고 표면의 거칠기를 거칠게 형성한다.
상기에서 부품(10) 표면의 거칠기를 거칠게 형성하면, 비표면적이 넓어짐에 따라 금속 코팅층(20)의 접합강도가 향상된다.
그리고, 부품(10) 표면에 대한 샌드블라스트 처리를 하는 것에 의하여 산화물 스케일이나 녹 등이 제거되어 금속 코팅층(20)의 접합강도가 향상되고, 결함의 발생 가능성이 최소화된다.
상기 본드 코팅 단계(S20)에서는 열용사 코팅을 이용하여 부품(10) 표면에 치밀한 금속 코팅층(20)을 형성한다.
상기 본드 코팅 단계(S20)에서 사용하는 열용사 코팅 방법으로는 진공 플라즈마 용사(VPS, Vacuum Plasma Spray), 대기 플라즈마 용사(APS, Atmospheric Plasma Spray), 서스펜션 플라즈마 용사(SPS, Suspension Plasma Spray), 초고속화염용사(HVOF, High Velocity Oxygen Fuel) 중 어느 하나가 사용 가능하다.
상기 본드 코팅 단계(S20)에서 사용하는 열용사 코팅은 금속 분말을 용해하여 용융된 금속을 부품(10)의 표면에 용사하여 금속 코팅층(20)을 형성한다.
상기 본드 코팅 단계(S20)에서 사용하는 금속 분말로는 MCrAlY, Ni, Co, Al 등에서 선택하여 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용하는 것이 가능하다.
도 3에는 상기와 같은 방법을 사용하여 형성한 금속 코팅층(20)의 표면을 촬영한 현미경 사진을 나타낸다.
상기 저온 분사 코팅 단계(S30)에서는 저온 분사 코팅을 이용하여 상기 금속 코팅층(20) 위에 치밀한 세라믹 코팅층(30)을 형성한다.
상기 저온 분사 코팅 단계(S30)에서는 진공상태에서 상온에 가까운 낮은 온도의 고속 가스흐름에 의한 운동에너지를 이용하여 세라믹 분말을 금속 코팅층(20)의 표면에 충돌시킴과 동시에 높은 변형을 유도하여 치밀한 세라믹 코팅층(30)을 형성한다.
도 4에는 금속 코팅층(20) 위에 형성한 치밀한 세라믹 코팅층(30)의 표면을 촬영한 현미경 사진을 나타낸다.
도 4의 치밀한 세라믹 코팅층(30)의 표면을 도 3의 금속 코팅층(20)의 표면과 비교하면, 표면이 전체적으로 보다 치밀해지고 기공이나 크랙 등의 결함이 제거되었음을 확인할 수 있다.
상기 저온 분사 코팅 단계(S30)에서 사용하는 세라믹 분말로는 Y2O3, Al2O3, ZrO2, YSZ, MSZ, Gd2O3, Yb2O3, Dy2O3 등에서 선택하여 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용하는 것이 가능하다.
상기 저온 분사 코팅 단계(S30)에서 형성하는 치밀한 세라믹 코팅층(30)은 1~10㎛ 범위의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
상기에서 치밀한 세라믹 코팅층(30)의 두께가 10㎛를 초과하여 두꺼워지면, 표면의 거칠기가 낮아지고, 비표면적이 감소하여 다공성 세라믹 코팅층(40)의 접합강도가 저하될 우려가 있다.
상기에서 치밀한 세라믹 코팅층(30)의 두께가 1㎛ 미만으로 얇아지면, 탑 코팅 단계(S40)를 진행할 때에 확산되는 산소가 상기 본드 코팅 단계(S20)에서 형성된 금속 코팅층(20)으로 침투하는 것을 차단하는 효과가 불충분하고, 열생성산화물의 생성을 충분히 방지할 수 없다는 문제가 있다.
상기 탑 코팅 단계(S40)에서는 열용사 코팅을 이용하여 치밀한 세라믹 코팅층(30) 위에 다공성 세라믹 코팅층(40)을 형성한다.
상기 탑 코팅 단계(S40)에서 사용하는 열용사 코팅 방법으로는 진공 플라즈마 용사(VPS), 대기 플라즈마 용사(APS), 서스펜션 플라즈마 용사(SPS), 초고속화염용사(HVOF) 중 어느 하나가 사용 가능하다.
상기 탑 코팅 단계(S40)에서는 세라믹 분말을 용해하여 용융된 세라믹을 치밀한 세라믹 코팅층(30)의 표면에 용사하여 다공성 세라믹 코팅층(40)을 형성한다.
상기 탑 코팅 단계(S40)에서 사용하는 세라믹 분말로는 Y2O3, Al2O3, ZrO2, YSZ, MSZ, Gd2O3, Yb2O3, Dy2O3 중에서 어느 하나 또는 2종 이상을 혼합하여 사용하는 것이 가능하다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 일실시예에 따른 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법에 있어서, 상기 저온 분사 코팅 단계(S30)에서 치밀한 세라믹 코팅층(30)을 2㎛, 9㎛, 13㎛의 두께로 다르게 형성한 경우 및 저온 분사 코팅 단계(S30)를 실시하지 않은 경우에 열처리(대기분위기, 1,000℃, 24시간 유지)후 생성되는 열생성산화물(TGO)의 두께를 측정한 결과를 다음의 표 1에 나타낸다.
구분 저온 분사 코팅
미실시		 치밀한 세라믹코팅층의 두께(㎛)
2 9 13
저온 분사 코팅 후 표면 거칠기(Ra,㎛) 12.7 11.8 8.7 6.4
열처리후 열생성산화물 두께(㎛) 5~6 3~4 0.5 -
다공성 세라믹 코팅층 탈락여부 X X X O
상기 표 1로부터 확인할 수 있는 것과 같이, 상기 저온 분사 코팅 단계(S30)에서 형성하는 치밀한 세라믹 코팅층(30)의 두께가 두꺼워질수록 표면의 거칠기가 저온 분사 코팅을 실시하지 않은 경우에 비하여 더 낮아지고, 치밀한 세라믹 코팅층(30)의 두께가 13㎛인 경우에는 표면의 거칠기가 너무 낮아 비표면적이 감소하여 다공성 세라믹 코팅층(40)의 접합강도가 저하되어 탑 코팅 단계(S40)에서 다공성 세라믹 코팅층(30)의 탈락이 발생된다.
그리고, 도 5에는 본드 코팅 단계(S20)를 진행한 다음 탑 코팅 단계(S40)를 진행한 경우와 본드 코팅 단계(S20)와 저온 분사 코팅 단계(S30)를 진행한 다음 탑 코팅 단계(S40)를 진행한 경우의 소재의 단면을 촬영한 현미경 사진과 소재의 단면에 대한 알루미늄(Al) 성분의 함량을 분석한 그래프를 나타낸다.
도 5에 있어서, 소재의 단면을 촬영한 현미경 사진의 흰색 직선은 알루미늄(Al) 성분의 함량을 분석한 구역을 나타내고, 소재의 단면에 대한 알루미늄(Al) 성분의 함량을 분석한 그래프의 적색 원은 알루미늄(Al) 성분의 함량의 피크값이 나타내는 영역을 표시한 것이다. 이 피크값이 나타나는 영역을 통하여 열생성산화물(TGO)의 두께를 확인하였다.
도 5의 그래프에 있어서 가로축은 소재의 단면에서 본드 코팅 단계(S20)에서 형성된 금속 코팅층(20)의 어느 한 지점에서 탑 코팅 단계(S40)에서 형성된 다공성 세라믹 코팅층(40)까지의 거리를 나타내고, 세로축은 알루미늄(Al) 성분의 함량을 나타낸다.
그리고, 도 5에 있어서, (a)는 본드 코팅 단계(S20)를 진행한 다음 탑 코팅 단계(S40)를 진행한 상태(열처리를 진행하지 않은 상태)의 소재의 단면을 촬영한 현미경 사진과 소재의 단면에 대한 알루미늄(Al) 성분의 함량을 분석한 그래프를 나타낸다.
도 5에 있어서, (b)는 본드 코팅 단계(S20)를 진행한 다음 탑 코팅 단계(S40)를 진행하고, 열처리(대기분위기, 1,000℃, 24시간 유지)를 진행한 상태의 소재의 단면을 촬영한 현미경 사진과 소재의 단면에 대한 알루미늄(Al) 성분의 함량을 분석한 그래프를 나타낸다.
도 5에 있어서, (c)는 본드 코팅 단계(S20)를 진행한 다음 저온 분사 코팅 단계(S30)를 두께 2㎛의 치밀한 세라믹 코팅층(30)이 형성되도록 진행하고, 탑 코팅 단계(S40)를 진행한 다음 열처리(대기분위기, 1,000℃, 24시간 유지)를 진행한 상태의 소재의 단면을 촬영한 현미경 사진과 소재의 단면에 대한 알루미늄(Al) 성분의 함량을 분석한 그래프를 나타낸다.
도 5에 있어서, (d)는 본드 코팅 단계(S20)를 진행한 다음 저온 분사 코팅 단계(S30)를 두께 9㎛의 치밀한 세라믹 코팅층(30)이 형성되도록 진행하고, 탑 코팅 단계(S40)를 진행한 다음 열처리(대기분위기, 1,000℃, 24시간 유지)를 진행한 상태의 소재의 단면을 촬영한 현미경 사진과 소재의 단면에 대한 알루미늄(Al) 성분의 함량을 분석한 그래프를 나타낸다.
그리고, 도 5의 그래프를 분석하면, 본드 코팅 단계(S20)를 진행한 다음 탑 코팅 단계(S40)를 진행하고 열처리를 진행하지 않은 상태의 경우 열생성산화물(TGO)이 생성된 층의 두께는 0.5㎛ 이내이고, 본드 코팅 단계(S20)를 진행한 다음 탑 코팅 단계(S40)를 진행하고 열처리를 진행한 상태의 경우 열생성산화물(TGO)이 생성된 층의 두께는 5~6㎛ 이다. 즉 소재가 고온의 사용상태로 되면 열생성산화물(TGO)이 생성됨을 확인할 수 있다.
또, 도 5의 그래프를 분석하면, 본드 코팅 단계(S20)와 저온 분사 코팅 단계(S30)를 진행한 다음 탑 코팅 단계(S40)를 진행하고 열처리를 진행한 상태의 경우 저온 분사 코팅 단계(S30)에서 형성되는 치밀한 세라믹 코팅층(30)의 두께가 두꺼워짐에 따라 생성되는 열생성산화물(TGO)의 층이 3~4㎛에서 0.5㎛ 이내로 얇아짐을 확인할 수 있다. 즉 소재가 고온의 사용상태로 되어도 저온 분사 코팅 단계(S30)를 진행하지 않은 경우에 비하여 열생성산화물(TGO)이 생성이 저지짐(열생성산화물(TGO)의 발생이 억제됨)을 확인할 수 있다.
상기 표 1 및 도 5로부터 확인할 수 있는 것과 같이, 상기 저온 분사 코팅 단계(S30)에서 형성하는 치밀한 세라믹 코팅층(30)의 두께가 두꺼워질수록 열처리후에 생성되는 열생성산화물(TGO)의 두께는 저온 분사 코팅 단계(S30)를 실시하지 않은 경우에 비하여 얇아짐을 알 수 있으며, 열생성산화물(TGO)의 발생이 억제됨을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
S10 - 코팅 준비 단계
S20 - 본드 코팅 단계
S30 - 저온 분사 코팅 단계
S40 - 탑 코팅 단계
10 - 부품
20 - 금속 코팅층
30 - 치밀한 세라믹 코팅층
40 - 다공성 세라믹 코팅층,

Claims (8)

  1. 열 차폐 코팅을 행하기 위한 부품 표면의 오염물질을 제거하고 표면을 거칠게 형성하는 코팅 준비 단계와,
    열용사 코팅을 이용하여 부품 표면에 치밀한 금속 코팅층을 형성하는 본드 코팅 단계와,
    저온 분사 코팅을 이용하여 상기 금속 코팅층 위에 치밀한 세라믹 코팅층을 형성하는 저온 분사 코팅 단계와,
    열용사 코팅을 이용하여 치밀한 세라믹 코팅층 위에 다공성 세라믹 코팅층을 형성하는 탑 코팅 단계를 포함하고,
    상기 저온 분사 코팅 단계는,
    진공상태에서 상온에 가까운 낮은 온도의 고속 가스흐름에 의한 운동에너지를 이용하여 세라믹 분말을 금속 코팅층의 표면에 충돌시킴으로써 상기 치밀한 세라믹 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하고,
    상기 다공성 세라믹 코팅층에 충분한 접합강도의 표면 거칠기를 제공하는 한편, 상기 탑 코팅 단계 후 열처리 환경에서 상기 치밀한 세라믹 코팅층과 상기 다공성 세라믹 코팅층 사이에 열생성산화물의 성장을 억제하기 위해, 상기 저온 분사 코팅을 통해 상기 치밀한 세라믹 코팅층을 1~10㎛ 범위의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 코팅 준비 단계에서는 샌드블라스트와 세정을 진행하여 부품의 표면에 부착된 오염물질을 제거하고 표면의 거칠기를 거칠게 형성하는 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 본드 코팅 단계에서는 진공 플라즈마 용사(VPS), 대기 플라즈마 용사(APS), 서스펜션 플라즈마 용사(SPS), 초고속화염용사(HVOF) 중 어느 하나의 열용사 코팅 방법을 사용하여 금속 분말을 용해하고, 용융된 금속을 부품의 표면에 용사하여 금속 코팅층을 형성하는 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 본드 코팅 단계에서 사용하는 금속 분말로는 MCrAlY, Ni, Co, Al 중에서 어느 하나 또는 2종 이상을 혼합하여 사용하는 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 탑 코팅 단계에서는 진공 플라즈마 용사(VPS), 대기 플라즈마 용사(APS), 서스펜션 플라즈마 용사(SPS), 초고속화염용사(HVOF) 중 어느 하나의 열용사 코팅 방법을 사용하여 세라믹 분말을 용해하고, 용융된 세라믹을 세라믹 코팅층의 표면에 용사하여 다공성 세라믹 코팅층을 형성하는 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법.
  8. 청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 세라믹 분말로는 Y2O3, Al2O3, ZrO2, YSZ, MSZ, Gd2O3, Yb2O3, Dy2O3 중에서 어느 하나 또는 2종 이상을 혼합하여 사용하는 저온 분사 코팅 및 용사 코팅을 이용한 열 차폐 코팅 방법.
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