KR102571500B1 - 철계 합금 표면 코팅용 조성물 및 이를 이용한 철계 합금 표면 코팅 방법 - Google Patents

철계 합금 표면 코팅용 조성물 및 이를 이용한 철계 합금 표면 코팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 철계 합금 표면 코팅용 조성물은 분말 형태의 규소, 이산화티탄, 탄소, 망간, 황, 니켈 및 철을 포함하는 표면 코팅용 조성물이 제공될 수 있고, 분말 형태의 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR)를 추가로 포함하는 표면 코팅용 조성물이 제공될 수 있으며, 철계 합금 표면 코팅 방법으로서 철계 합금 소재 제품의 높이를 측정하고 표면을 연마하는 제1 단계; 표면 코팅용 조성물을 사용하여 상기 표면이 연마된 철계 합금 소재 제품의 표면에 재생 코팅층을 형성하는 제2 단계; 상기 재생 코팅층이 형성된 철계 합금 소재 제품의 높이를 측정하고 표면을 재연마하는 제3 단계; 및 상기 표면이 재연마된 철계 합금 소재 제품을 세정하는 제4 단계를 포함하는 철계 합금 표면 코팅 방법이 제공될 수 있다.

Description

철계 합금 표면 코팅용 조성물 및 이를 이용한 철계 합금 표면 코팅 방법{COMPOSITION FOR COATING AN IRON-BASED ALLOY SURFACE AND METHOD FOR COATING AN IRON-BASED ALLOY SURFACE USING THE COMPOSITION}
본 발명은 철계 합금 표면 코팅용 조성물 및 이를 이용한 철계 합금 표면 코팅 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 규소 및 이산화티탄을 포함한 철계 합금 표면 코팅용 조성물 및 이를 이용한 철계 합금 표면 코팅 방법에 관한 것이다.
금속은 현대 산업에 있어 다양한 분야에 널리 사용되는 소재로, 그 중에서도 철계 합금은 모재로서의 철의 우수한 강도 및 경도를 바탕으로, 용도에 따라 요구되는 재료의 각종 물성을 보완하기 위한 성분이 첨가되거나, 재료의 결정 구조를 변형하는 것을 통하여 산업분야의 다양성에 효과적으로 대응할 수 있는 소재로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 금속 내지는 철계 합금 재료는 우수한 치수안정성을 바탕으로 정밀한 수치의 제어가 요구되면서도 높은 온도, 압력, 강한 전단 힘과 같은 재료 자체의 우수한 물성이 요구되는 공정에 사용하기 위한 제품을 제조하기 위하여 사용되지만, 이와 같은 고온, 고압 및 강한 힘에 지속적으로 노출되는 경우 제품은 필연적으로 본래의 치수를 상실하게 되고, 그 표면은 이러한 노출에 의해 마모되거나 파손되는 경우가 발생한다.
그러나 각종 산업에 사용되는 공정들이 점차 고도화됨에 따라, 우수한 치수안정성이 요구되면서도 가혹한 환경에 노출되는 제품들은 사용에 따라 초기의 치수에서 차이가 발생하는 경우, 본래 목적하는 바를 달성할 수 없게 되는 경우들이 발생하게 되고, 이러한 제품들은 공정의 수율을 확보하기 위한 측면에서 교체되어야 하고, 교체된 제품들은 폐기되게 됨에 따라, 전체 공정 비용이 필요 이상으로 상승되는 문제점이 발생한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 사용에 따라 마모된 금속 소재 제품의 표면을 재생하기 위한 각종 수단들이 본 발명이 속하는 기술분야에서 다양하게 제안되고 있다.
그러나, 이와 같은 종래기술에도 불구하고, 사용에 따라 마모된 금속 소재 제품의 표면이 복원되는 경우, 사용 전의 제품과 동일한 수준의 물성이 제공되지 않으며, 표면이 재생되더라도 제품을 구성하는 원래의 금속 소재와 재생된 표면층을 이루는 소재의 물성의 차이로 인해 재생된 금속 소재 제품이 본래의 공정에 도입되는 경우, 그 표면의 손상이 기존보다 더욱 가속화되고, 나아가 재생된 표면층을 이루는 소재가 가혹한 환경에 노출됨에 따라 표면층으로부터 이탈됨에 따라 공정의 수율에 오히려 부정적인 영향을 끼칠 수 있다는 문제점이 여전히 존재한다.
본 발명은 규소 및 이산화티탄을 포함한 철계 합금 표면 코팅용 조성물 및 이를 이용한 철계 합금 표면 코팅 방법을 제공하여, 철계 합금을 사용하여 제조된 제품의 마모된 표면에 재생 코팅층을 형성하고 이를 후가공하는 것을 통해 철계 합금을 사용하여 제조된 제품의 마모되기 전의 표면과 동등하거나 그 이상의 물성을 갖는 재생 코팅층을 형성하는 표면 코팅용 조성물 및 이를 이용한 표면 코팅 방법을 제공하고자 한다.
특히, 본 발명은 철계 합금을 사용하여 제조된 제품을 사용함에 따른 표면의 오염물을 제거하기 위한 재연마가 수행됨에 따라 상기 제품의 표면이 마모된 경우, 마모된 만큼의 치수에 해당하는 재생 코팅층을 상기 마모된 표면에 형성하는 것을 통해 상기 철계 합금을 사용하여 제조된 제품의 효과적인 재사용을 가능하도록 하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 않은 본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 보통의 지식을 가진 자("통상의 기술자")에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 제공되는 본 발명에 따른 철계 합금 표면 코팅용 조성물은 분말 형태의 규소, 이산화티탄, 탄소, 망간, 황, 니켈 및 철을 포함하는 표면 코팅용 조성물일 수 있다.
상기 철계 합금 표면 코팅용 조성물은 분말 형태의 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR)를 추가로 포함하는 표면 코팅용 조성물일 수 있다.
상기 철계 합금 표면 코팅용 조성물에 포함되는 각 성분들은 분말 형상을 가지고, 상기 분말 형상은 325 메쉬 및 35 내지 45μm의 입도를 갖는 분말일 수 있다.
또한, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 제공되는 본 발명에 따른 철계 합금 표면 코팅 방법은, 철계 합금 소재 제품의 높이를 측정하고 표면을 연마하는 제1 단계; 표면 코팅용 조성물을 사용하여 상기 표면이 연마된 철계 합금 소재 제품의 표면에 재생 코팅층을 형성하는 제2 단계; 상기 재생 코팅층이 형성된 철계 합금 소재 제품의 높이를 측정하고 표면을 재연마하는 제3 단계; 및 상기 표면이 재연마된 철계 합금 소재 제품을 세정하는 제4 단계를 포함하는, 철계 합금 표면 코팅 방법일 수 있다.
본 발명에 의하면 마모된 표면을 갖는 철계 합금을 사용하여 제조된 제품의 표면에 우수한 기계적 물성을 갖는 재생 코팅층을 형성시킴으로서 상기 제품의 재사용을 가능하도록 하는 표면 코팅용 조성물이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 규소 및 이산화티탄을 포함하는 표면 코팅용 조성물을 사용하여 마모된 표면을 갖는 철계 합금을 사용하여 제조된 제품의 표면에 재생 코팅층을 형성함에 따라 형성된 재생 코팅층이 마모된 표면과 우수한 부착성을 가지면서도 그 자체로 우수한 기계적 물성을 가져 상기 제품의 효과적인 재사용을 가능하도록 하는 표면 코팅용 조성물이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 표면 코팅용 조성물이 추가로 폴리아릴레이트를 포함하는 것을 통해 상기 재생 코팅층의 마모된 표면과의 부착성을 더욱 강화하면서도 상기 재생 코팅층의 기계적 물성 또한 더욱 강화할 수 있도록 하는 표면 코팅용 조성물이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 표면 코팅용 조성물을 사용하여 상기 마모된 표면을 갖는 철계 합금을 사용하여 제조된 제품의 표면에 재생 코팅층을 형성함에 있어 우수한 부착성 및 기계적 물성을 확보할 수 있도록 하는 철계 합금 표면 코팅 방법이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 우수한 및/또는 유용한 효과는 상기한 본 발명의 효과로 제한되는 것이 아니고, 통상의 기술자는 본 명세서의 개시를 바탕으로 본 명세서에 명시적으로 개시되지 않은 본 발명의 우수한 및/또는 유용한 효과를 또한 자명하게 인식할 수 있을 것이며, 이는 본 명세서가 의도적으로 개시하는 것으로서, 본 개시의 범위에 자명하게 포함됨이 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 철계 합금 표면 코팅용 조성물이 적용된 철계 합금 소재 제품의 일 예시를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 철계 합금 표면 코팅용 조성물이 적용된 철계 합금 소재 제품의 높이의 변화의 일 예시를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 철계 합금 표면 코팅용 조성물이 적용된 철계 합금 소재 제품의 외관의 변화의 일 예시를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 철계 합금 표면 코팅용 조성물을 사용하여 철계 합금 소재 제품의 표면에 재생 코팅층을 형성한 예시를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 철계 합금 표면 코팅용 조성물을 사용하여 철계 합금 소재 제품의 표면에 재생 코팅층을 형성하는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통용되는 사전적 의미로 한정하여 해석되도록 의도된 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 보통의 지식을 가진 자는 상기 용어 또는 단어를 본 명세서 및 특허청구범위가 자명하게 전달하고자 하는 관념을 표현하는 범위 내에서 본 발명이 의미하는 바를 전달하기 위한 범위의 의미로 사용된 것으로 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 명세서에 기재된 실시예 및 상기 실시예에 기재된 구성들은 통상의 기술자에게 본 발명이 이해되고 또 이를 재현할 수 있도록 하기 위해 단지 예시로 제시된 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명을 이에 한정시키고자 하는 의도가 아님을 통상의 기술자는 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 명세서에서 기술되는 각각의 구성에 관한 설명 및 구체적인 실시 양태는 각각의 다른 설명 및 실시 양태에도 자명하게 적용될 수 있다. 즉, 본 명세서에서 개시되는 다양한 구성과 구체적인 실시 양태의 모든 조합은 본 발명이 개시하는 범위에 속하는 것으로 통상의 기술자는 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 '및/또는'은, 언급된 항목들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함하는 용어이다. 또한, 단수형 용어는 별도로 언급되지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서에서 사용하는 '포함한다(comprising)' 및/또는 '포함하는(comprising)'의 용어는 언급된 항목들 외의 다른 항목의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 용어이다.
본 명세서에서 용어 '내지'를 사용하여 나타낸 수치의 범위는, 상기 용어의 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한 값과 상한 값으로써 포함하는 수치의 범위를 나타낸다. 임의의 수치 범위의 상한과 하한으로서의 수치 값이 각각 복수 개로 개시된 경우, 본 명세서에서 개시하는 수치의 범위는 복수의 하한 값 중 임의의 하나의 값 및 복수의 상한 값 중 임의의 하나의 값을 각각 하한 값 및 상한 값으로 하는 임의의 수치의 범위로 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 '약' 또는 '대략'은, 사용되는 경우, 상기 용어의 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 10% 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적인 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 개시된 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시 양태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 명세서에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 발명의 범주에 속하고, 일 구현예에서 생략된 기재는 다른 구현예에서 기재된 바와 같은 방식으로 해석될 수 있다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 발명의 범주가 제한된다고 볼 수 없다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명에 따른 철계 합금 표면 코팅용 조성물은 분말 형태의 규소, 이산화티탄, 탄소, 망간, 황, 니켈 및 철을 포함하는 표면 코팅용 조성물일 수 있다.
상기 표면 코팅용 조성물에 포함되는 규소는 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.3 내지 0.7중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.4 내지 0.6중량부로 포함될 수 있다. 상기 표면 코팅용 조성물에 포함되는 규소가 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.3중량부 미만으로 포함되는 경우, 상기 표면 코팅용 조성물을 사용하여 형성된 재생 코팅층의 기계적 강도가 불충분하여 표면에 재생 코팅층이 형성된 철계 합금을 사용한 제품이 노출되는 공정 조건에서 상기 재생 코팅층이 빠르게 마모될 수 있는 문제점이 있고, 상기 표면 코팅용 조성물에 포함되는 규소가 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.7중량부 초과로 포함되는 경우, 상기 표면 코팅용 조성물을 사용하여 형성된 재생 코팅층의 취성이 증가되어 재연마 과정에서 재생 코팅층에 크랙이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
상기 표면 코팅용 조성물에 포함되는 이산화티탄은 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.1 내지 0.5중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.2 내지 0.4중량부로 포함될 수 있다. 상기 표면 코팅용 조성물에 포함되는 이산화티탄이 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.1중량부 미만으로 포함되는 경우, 상기 표면 코팅용 조성물을 사용하여 형성된 재생 코팅층의 연마된 표면과의 부착성이 불량하여 표면에 재생 코팅층이 형성된 철계 합금을 사용한 제품이 노출되는 공정 조건에서 상기 재생 코팅층이 분리될 수 있는 문제점이 있고, 상기 표면 코팅용 조성물에 포함되는 이산화티탄이 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.5중량부 초과로 포함되는 경우, 상기 표면 코팅용 조성물을 사용하여 형성된 재생 코팅층의 취성이 증가되어 재연마 과정에서 재생 코팅층에 크랙이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
상기 표면 코팅용 조성물에 포함되는 황은 불가피한 불순물일 수 있고, 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.1중량부 이하로 포함되는 것이 바람직하고, 0.01중량부 이하로 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 표면 코팅용 조성물에 포함되는 니켈의 함량은 상기 표면 코팅용 조성물을 사용한 재생 코팅층이 형성되는 철계 합금 소재 제품을 구성하는 철계 합금 조성물에 포함되는 니켈의 함량과 유사한 함량인 것이 바람직하다. 예를 들어, 철계 합금 소재 제품을 구성하는 철계 합금 조성물 100중량부를 기준으로 상기 철계 합금 조성물에 포함되는 니켈의 함량이 35중량부인 경우, 상기 표면 코팅용 조성물에 포함되는 니켈의 함량은 상기 표면 코팅용 조성물 100중량부를 기준으로 30 내지 40중량부인 것이 바람직하다.
상기 표면 코팅용 조성물에 포함되는 철의 함량은 상기 표면 코팅용 조성물을 사용한 재생 코팅층이 형성되는 철계 합금 소재 제품을 구성하는 철계 합금 조성물에 포함되는 철의 함량과 유사한 함량인 것이 바람직하다. 예를 들어, 철계 합금 소재 제품을 구성하는 철계 합금 조성물 100중량부를 기준으로 상기 철계 합금 조성물에 포함되는 철의 함량이 64중량부인 경우, 상기 표면 코팅용 조성물에 포함되는 철의 함량은 상기 표면 코팅용 조성물 100중량부를 기준으로 60 내지 70중량부인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 예시에서, 상기 철계 합금 표면 코팅용 조성물은 분말 형태의 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR)를 추가로 포함하는 표면 코팅용 조성물일 수 있다.
폴리아릴레이트는 우수한 내열성과 내마모성을 갖는 고기능성 고분자로서, 본 발명에 따른 표면 코팅용 조성물에 포함되는 경우, 상기 조성물이 용사코팅되는 과정에서 일부는 연소되고 일부는 용융되어 재생 코팅층을 형성하는 과정에서 형성되는 재생 코팅층이 경화되기 전 철계 합금 소재 제품의 마모된 표면과의 부착력 향상에 유용한 역할을 수행할 수 있고, 상기 재생 코팅층이 경화된 이후에는 재생 코팅층이 우수한 표면경도 및 내마모성을 갖도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 표면 코팅용 조성물에 포함되는 폴리아릴레이트는 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.1 내지 0.3중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.15 내지 0.25중량부로 포함될 수 있다. 상기 표면 코팅용 조성물에 포함되는 폴리아릴레이트가 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.1중량부 미만으로 포함되는 경우, 상기 표면 코팅용 조성물을 사용하여 형성된 재생 코팅층의 연마된 표면과의 부착성이 불량하여 표면에 재생 코팅층이 형성된 철계 합금을 사용한 제품이 노출되는 공정 조건에서 상기 재생 코팅층이 분리될 수 있는 문제점이 있고, 상기 표면 코팅용 조성물에 포함되는 폴리아릴레이트가 전체 조성물 100중량부를 기준으로 0.25중량부 초과로 포함되는 경우, 상기 표면 코팅용 조성물을 사용하여 형성된 재생 코팅층의 표면 조도가 증가되어 상기 공정 조건에서 재생 코팅층 표면에 불순물이 형성되는 속도가 증대될 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명의 일 예시에서, 상기 철계 합금 표면 코팅용 조성물에 포함되는 각 성분들은 분말 형상을 가지고, 상기 분말 형상은 325 메쉬 및 35 내지 45μm의 입도를 갖는 분말일 수 있고, 상기 분말 형상이 상기 치수를 가짐에 따라 상기 표면 코팅용 조성물을 사용하여 제품의 마모된 표면에 재생 코팅층을 형성할 때 상기 재생 코팅층이 치밀한 조직을 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 상기 표면 코팅용 조성물에 포함되는 이산화티탄은 분말 형상을 가지고, 상기 분말 형상은 400 메쉬 및 37μm의 입도를 갖는 분말일 수 있다. 상기 이산화티탄 분말이 상기 치수를 가짐에 따라 상기 표면 코팅용 조성물에 이산화티탄이 포함되었을 때 형성된 재생 코팅층의 균일도가 증대될 수 있고, 이에 따라 상기 재생 코팅층이 치밀한 조직을 가지도록 형성될 수 있으며, 상기 재생 코팅층의 내마모성 및 표면경도가 증대될 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 상기 표면 코팅용 조성물에 포함되는 폴리아릴레이트는 분말 형상을 가지고, 상기 분말 형상은 400 메쉬 및 37μm의 입도를 갖는 분말일 수 있다. 상기 폴리아릴레이트 분말이 상기 치수를 가짐에 따라 상기 표면 코팅용 조성물에 폴리아릴레이트가 포함되었을 때 형성된 재생 코팅층의 균일도가 증대될 수 있고, 상기 표면 코팅용 조성물이 용사코팅되어 재생 코팅층을 형성하는 과정에서 큰 크기를 갖는 덩어리의 생성이 억제되므로, 이에 따라 상기 재생 코팅층이 치밀한 조직을 가지도록 형성될 수 있으며, 상기 재생 코팅층의 내마모성 및 표면경도가 증대될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명에 따른 철계 합금 표면 코팅 방법은, 철계 합금 소재 제품의 높이를 측정하고 표면을 연마하는 제1 단계; 표면 코팅용 조성물을 사용하여 상기 표면이 연마된 철계 합금 소재 제품의 표면에 재생 코팅층을 형성하는 제2 단계; 상기 재생 코팅층이 형성된 철계 합금 소재 제품의 높이를 측정하고 표면을 재연마하는 제3 단계; 및 상기 표면이 재연마된 철계 합금 소재 제품을 세정하는 제4 단계를 포함하는, 철계 합금 표면 코팅 방법일 수 있다.
상기 제1 단계의 표면 연마는 상기 철계 합금 소재 제품의 연마 전 표면에 잔존하는 불순물 및 미세 균열 등을 제거하고 후속하여 형성되는 재생 코팅층의 부착성을 개선하기 위한 목적으로 수행될 수 있다.
상기 제1 단계의 표면 연마는 산부식을 이용한 에칭법, 전기화학적 처리법, 샌드블라스팅(sandblasting)법, 브러싱(brushing)법, 실리콘 코팅법, 프라이머(primer) 코팅법 또는 이들을 혼합한 방법이 수행될 수 있고, 계면활성제와 연마제가 포함된 세정제로 금속 구조물의 표면을 세정하는 세정법이 수행될 수 있고, 이후 버핑제를 사용한 버핑이 수행될 수 있다. 예를 들어, 금속 분말, 유기산, 무기산, 킬레이트제 또는 이들의 혼합물을 이용한 샌드블라스팅법이 수행될 수 있으며, 특히 100 내지 500㎛의 평균 입자 크기를 갖는 산화알루미늄 분말이 이용될 수 있다.
상기 제2 단계의 재생 코팅층의 형성은 용사코팅을 사용하여 수행될 수 있고, 상기 용사코팅은 공지의 용사코팅수단이 사용될 수 있으며, 예를 들어 고속산소공급법(High Velocity Oxygen Fuel, HVOF), 플라즈마법, 화염법 등이 사용될 수 있고, 고속산소공급법이 사용되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 다음 실시예를 사용하여 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예에 명시되지 않은 공정 조건 및 준비 단계는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 공정 조건 또는 준비 단계일 수 있고, 통상의 기술자는 본 개시를 바탕으로 이를 별다른 어려움 없이 선정하여 본 발명의 과제해결원리를 재현할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 달리 명시되지 않은 경우, 상기 제조방법을 구성하는 각 단계는 상온(25℃에서 진행되며, 각 단계는 통상의 기술자가 별다른 어려움 없이 도출할 수 있는 수단 및 도구에 의해 수행되는 것으로 이해되어야 할 것이다.
실시예 1 및 2: 본 발명에 따른 표면 코팅용 조성물의 준비
다음 표 1에 기재된 비율로 각 성분이 존재하는 분말 혼합물을 준비하였다. 상기 분말 혼합물에 포함되는 각 성분은 모두 325 메쉬 44μm의 입도를 갖는 규격의 분말 형상으로 준비되었고, 균일한 혼합물을 상온에 유지하였다.
성분 Fe Ni Si TiO2 C Mn S PAR
실시예 1 63.875 35.23 0.50 0.3 0.02 0.07 0.005 -
실시예 2 63.675 35.23 0.50 0.3 0.02 0.07 0.005 0.2
실시예 3 및 4: 상이한 분말 입도 치수를 갖는 이산화티탄 및 PAR의 적용
이산화티탄 분말이 400 메쉬 및 37μm의 입도를 갖는 분말로 준비된 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 비율로 각 성분이 존재하는 분말 혼합물을 실시예 3 조성물로 준비하였다.
이산화티탄 분말 및 PAR 분말이 400 메쉬 및 37μm의 입도를 갖는 분말로 준비된 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 비율로 각 성분이 존재하는 분말 혼합물을 실시예 4 조성물로 준비하였다.
비교 실시예 1 내지 7: 비교 실시예 1 내지 7 조성물의 준비
다음 표 2에 기재된 비율로 각 성분을 혼합하였다. 각 성분은 모두 325 메쉬 44μm의 입도를 갖는 규격의 분말 형상으로 준비되었고, 이를 균일 혼합하여 상온에 유지하였다.
성분 Fe Ni Si TiO2 C Mn S PAR
비교예 1 64.375 35.23 - 0.3 0.02 0.07 0.005 -
비교예 2 64.365 35.23 0.01 0.3 0.02 0.07 0.005 -
비교예 3 64.285 35.23 0.09 0.3 0.02 0.07 0.005 -
비교예 4 64.125 35.23 0.50 0.05 0.02 0.07 0.005 -
비교예 5 63.575 35.23 0.50 0.6 0.02 0.07 0.005 -
비교예 6 63.825 35.23 0.50 0.3 0.02 0.07 0.005 0.05
비교예 7 63.375 35.23 0.50 0.3 0.02 0.07 0.005 0.5
실험예 1: 재생 코팅층의 형성
철계 합금을 사용하여 제조된 샘플 제품을 준비하였다. 샘플 제품은 가로 540mm, 세로 430mm의 크기를 갖는 철-니켈 합금 소재의 평면형 제품으로서, 샘플 제품의 두께는 도 1에 도시된 바와 같은 지점 1 내지 지점 12에서 측정하고 이를 평균한 결과로서 14.85mm로 확인되었다.
철계 합금을 사용하여 제조된 샘플 제품의 도 1에 도시된 바와 같은 지점 1 내지 지점 12에서 각각 그 성분 함량을 오차범위 1 내지 2%로 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
측정지점 지점 1 지점 2 지점 3 지점 4 지점 5 지점 6
Fe(중량부) 63.07 62.90 63.00 63.01 63.00 62.90
Ni(중량부) 36.71 36.80 36.90 36.87 36.90 36.80
측정지점 지점 7 지점 8 지점 9 지점 10 지점 11 지점 12
Fe(중량부) 62.93 63.10 62.97 63.00 63.20 63.10
Ni(중량부) 36.70 36.80 36.94 36.90 36.70 36.80
이후 샘플 제품의 표면을 버핑하여 불순물을 제거하고 평활 가공한 후, 알칼리 용액에 침지시킨 다음 초음파 세척하고 건조시켰다. 이후 샘플 제품을 전해액에 침지시킨 후 전류를 가하여 전해연마를 수행하였다. 이후 알칼리 용액으로 세척하고 고압풍으로 표면을 완전히 건조시켰다.
이후 완전건조된 표면이 노출되도록 하여 샘플 제품을 고정하였다. 이후 실시예 1 조성물을 사용하여 플라즈마를 사용한 용사코팅을 수행하여 상기 완전건조된 표면에 실시예 1 조성물로 이루어진 재생 코팅층을 약 350μm 두께로 형성하였다. 형성된 재생 코팅층을 방치하여 실온으로 냉각시킨 후, 표면을 연마하여 재생 코팅층의 두께를 약 160μm가 되도록 하여 제1 샘플을 제조하였다. 제1 샘플 제품의 두께는 도 1에 도시된 바와 같은 지점 1 내지 지점 12에서 측정하여 평균한 결과 15.01mm로 확인되었다. 측정된 결과의 예시는 도 2에 나타내었고, 결과의 예시를 도 3에 나타내었다.
실험예 2: 재생 코팅층의 성분 측정
재생 코팅층이 형성된 샘플 제품을 도 1에 도시된 바와 같은 지점 1 내지 지점 12에서 측정하여 평균한 결과, Fe의 함량은 전체 조성물 100중량부를 기준으로 62.27중량부, Ni의 함량은 전체 조성물 100중량부를 기준으로 36.93중량부로 확인되어, 모재와 재생 코팅층의 표면에 각각 포함된 Fe 및 Ni의 함량을 비교하였을 때 3% 이내의 오차범위를 가지는 것으로 확인되었다.
실험예 3: 재생 코팅층의 형성
실시예 1 조성물 대신 실시예 2 내지 4 조성물 및 비교 실시예 조성물 1 내지 7을 각각 사용한 것을 제외하고는 상기 실험예 1 및 2의 기재에 따라 재생 코팅층을 형성하여 제2 내지 제11 샘플 제품을 금속시편으로서 준비하였다.
비교 실험예 1: 물성 평가
상기와 같이 제작된 제1 내지 제11 샘플 제품을 KS M ISO 2409에 따라 부착력을 평가하고 그 결과를 하기 표 4 및 표 5에 나타내었다. 부착력은 1 내지 10등급 (1등급: 가장 부착력이 강함, 10등급: 가장 부착력이 약함)으로 표시하였다.
상기와 같이 제작된 제1 내지 제11 샘플 제품을 KS M ISO 15184에 따라 코팅층의 표면경도를 평가하고 그 결과를 하기 표 4 및 표 5에 나타내었다. 경도는 연필경도값(H)으로 표시하였다.
상기와 같이 제작된 제1 내지 제11 샘플 제품을 ASTM D 4060에 따라 내마모성을 평가하고 그 결과를 하기 표 4 및 표 5에 나타내었다. 내마모성은 1 내지 10등급 (1등급: 가장 내마모성이 양호함, 10등급: 가장 내마모성이 불량함)으로 나누어 평가하였다.
상기와 같이 제작된 제1 내지 제11 샘플 제품을 5분 동안 0℃에서 300℃로 가열한 후 추가의 5분 동안 0℃로 급랭한 다음 표면을 관찰하여 표면의 재생 코팅층의 분리 및 균열 생성 정도를 평가하고 그 결과를 하기 표 4 및 표 5에 나타내었다. 재생 코팅층이 분리되거나 육안으로 확인되는 크랙이 발생한 경우 X로 표시하였고, 양호한 경우 O로 표시하였다.
항목 샘플 1 샘플 2 샘플 3 샘플 4 샘플 5 샘플 6 샘플 7 샘플 8 샘플 9
부착력 1 1 1 2 1 3 3 2 3
표면경도 138 152 110 112 128 102 96 121 96
내마모성 1 1 3 3 2 3 3 2 3
열변형도 O O O O O O X O X
항목 샘플 1 샘플 2 샘플 10 샘플 11
부착력 1 1 1 1
표면경도 138 152 158 164
내마모성 1 1 1 1
열변형도 O O O O
상기 표 4를 참조하면, 본 발명에 따른 표면 코팅 조성물을 사용하여 형성된 재생 코팅층의 물성은 부착력, 표면경도, 내마모성, 및 열변형도 모두에서 우수한 것으로 확인되었고, 특히 PAR을 포함하는 표면 코팅 조성물이 사용된 경우 표면경도와 내마모성이 현저히 우수한 것으로 확인되었다.
또한, 규소를 본 발명에 따른 수치범위 미만으로 포함하는 샘플 6의 경우 내마모성이 특히 불량한 것으로 확인되었다.
또한, 이산화티탄을 본 발명에 따른 수치범위 미만으로 포함하는 샘플 8의 경우, 불량한 표면경도 및 내마모성을 가지는 것으로 확인되었고, 이산화티탄을 본 발명에 따른 수치범위 초과로 포함하는 샘플 9의 경우 표면경도가 특히 불량하고, 열변형도 또한 불량한 것으로 확인되었다.
또한, PAR을 본 발명에 따른 수치범위 미만으로 포함하는 샘플 8의 경우 부착력 및 내마모성의 측면에서 다소 불량한 것으로 확인되었고, PAR을 본 발명에 따른 수치범위 초과로 포함하는 샘플 9의 경우 부착력 및 내마모성이 불량한 것으로 확인되었으며, 표면경도 또한 불량한 것으로 확인되었다.
상기 표 5를 참조하면, 본 발명에 따른 표면 코팅 조성물에 포함된 이산화티탄 분말이 400 메쉬 및 37μm의 치수를 갖는 경우 형성된 재생 코팅층의 표면 경도가 더욱 우수함이 확인되었고, PAR 분말이 추가로 포함된 본 발명에 따른 표면 코팅 조성물로서 상기 PAR 분말이 400 메쉬 및 37μm의 치수를 갖는 경우 형성된 재생 코팅층의 표면 경도가 현저히 우수함이 확인되었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

  1. 분말 형상의 규소, 이산화티탄, 탄소, 망간, 황, 니켈, 철, 및 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR)를 포함하는, 철계 합금 표면 코팅용 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리아릴레이트는 상기 표면 코팅용 조성물 100중량부를 기준으로 0.1 내지 0.3중량부로 포함되는, 철계 합금 표면 코팅용 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분말 형상의 폴리아릴레이트는 400메쉬 및 37μm의 입도를 갖는, 철계 합금 표면 코팅용 조성물.
  4. 제1항에 따른 철계 합금 표면 코팅용 조성물을 사용하여 철계 합금 소재 제품의 표면을 코팅하는 방법으로서,
    철계 합금 소재 제품의 높이를 측정하고 표면을 연마하는 제1 단계;
    상기 표면 코팅용 조성물을 사용하여 상기 표면이 연마된 철계 합금 소재 제품의 표면에 재생 코팅층을 형성하는 제2 단계;
    상기 재생 코팅층이 형성된 철계 합금 소재 제품의 높이를 측정하고 표면을 재연마하는 제3 단계; 및
    상기 표면이 재연마된 철계 합금 소재 제품을 세정하는 제4 단계를 포함하는,
    철계 합금 표면 코팅 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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