KR102610304B1 - Hvof 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅층 및 그코팅방법 - Google Patents
Hvof 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅층 및 그코팅방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 기존의 HVOF 용사법이 가진 박리현상 및 모재와 코팅층 계면에서의 결함에 대한 문제를 최소화할 수 있는 HVOF 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅층 및 그 코팅방법에 관한 것이다.
모재표면의 불순물을 그릿 블라스팅으로 제거하는 제 1단계; 상기 제 1단계에서 불순물을 제거한 모재표면을 예열하는 제 2단계; 및 상기 제 2단계에서 예열한 모재표면에 HVOF 용사법으로 텅스텐카바이드 코팅층을 형성하는 제 3단계;를 포함하는 HVOF 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅방법을 제공하며, HVOF 용사법을 진행하기 전 전처리를 진행하고 용사공정조건을 달리하여 형성한 텅스텐카바이드 코팅층은 우수한 기계적 특성을 나타내어 HVOF 용사법에서 발생하는 고질적인 문제를 해결할 수 있다.
모재표면의 불순물을 그릿 블라스팅으로 제거하는 제 1단계; 상기 제 1단계에서 불순물을 제거한 모재표면을 예열하는 제 2단계; 및 상기 제 2단계에서 예열한 모재표면에 HVOF 용사법으로 텅스텐카바이드 코팅층을 형성하는 제 3단계;를 포함하는 HVOF 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅방법을 제공하며, HVOF 용사법을 진행하기 전 전처리를 진행하고 용사공정조건을 달리하여 형성한 텅스텐카바이드 코팅층은 우수한 기계적 특성을 나타내어 HVOF 용사법에서 발생하는 고질적인 문제를 해결할 수 있다.
Description
본 발명은 스테인리스강 표면에 텅스텐카바이드 코팅층을 형성하는 방법으로, 마모 및 부식환경에서 제품들의 수명을 향상시키고, 제품 사용 중 발생하는 결함, 특히 코팅층의 박리를 최소화할 수 있는 HVOF(초고속류) 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅층 및 그 코팅방법에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명은, 2차 전지의 양극 활물질로 이용되는 수산화리튬분말을 가공하는 장치인 믹서의 블레이드와, 상기 수산화리튬 분말 제조 설비에 사용되는 기계부품 등을 코팅하는 방법에 특화된 발명에 관한 것이다.
구조물 및 기계부품에 부식 또는 마모가 발생하는 경우 제품의 수명이 단축되고, 효율이 떨어지며, 교체나 보수에 필요한 유지비용이 증가하는 단점이 존재한다. 부식 또는 마모를 방지하기 위해 다양한 방식 기술들이 개발되었다. 그 중 합금에 코팅재료를 이용한 용사법을 사용하여, 제품에 방식 및 마모 특성이 우수한 코팅층을 형성함으로써, 제품의 기계적 특성을 향상시 킬 수 있다. 특히, 텅스텐카바이드 코팅층은 내식성, 내마모성 및 내고온산화성이 우수하여 부식이 발생하기 쉬운 환경이나 고온 환경 등 특수한 산업환경에서 사용되는 제품 코팅에 적합한 재료이다.
용사법은 HVOF 용사, ARC 용사, Plasma 용사 등 다양한 방법이 존재한다. HVOF 용사법은 고속화염 용사법으로 많이 사용되는 용사법이다. 연료를 산소와 혼합하여 연소시키는 별도의 연소실에 고압 고속의 화염을 발생시키고, 금속이나 세라믹 등의 용사 재료분말을 분사하여 제품을 코팅하는 방법이다.
HVOF 용사법의 특징은 다른 용사코팅에 비해 기공이 적고, 비교적 치밀한 구조의 코팅이 가능하기 때문에, 높은 내마모성이 요구되는 제품이나, 높은 표면 경도를 원하는 제품에 사용된다.
하지만, HVOF 용사법의 경우, 모재 표면에 재료를 기계적 결합방식으로 코팅되는 이종간의 결합이기 때문에 박리현상이 발생 될 수 있다. 상기 박리현상으로 인해 국부적으로 결함이 생기면, 부식이 가속화되는 현상이 발생한다.
아울러, 본 발명의 텅스텐카바이드 코팅층은 경도와, 모재와 코팅층 또는 코팅층간의 접착강도가 중요한 요소이나, 종래 발명은 코팅층의 경도를 높이고자 하면, 코팅층과 모재간 또는 코팅층간의 접착강도가 약화되어 코팅층이 박리되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 모재의 불순물을 제거하고 전처리 한 후, HVOF 용사법을 적용하는 것으로, 모재와 코팅층 및 코팅층 간의 접착강도를 높여 박리현상을 줄이고, 모재에 2가지 코팅층을 교대로 적층하여 접착강도와 표면경도를 모두 상승시키는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 코팅층의 경도를 높이면 모재와 코팅층간 및 코팅층간의 접착강도가 약화되었던 종래 발명의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 코팅층의 경도와, 모재와 코팅층간 및 코팅층간의 접착강도도 함께 높여서, 코팅층의 박리현상이 최소화되면서 코팅층의 내마모성도 향상시키는 발명을 제안하고자 한다.
아울러, 본 발명에서 적용될 수 있는 모재인 SUS 계열소재에 적합한 최적의 코팅방법 및 코팅층을 제안하는 것에 있다.
본 발명의 HVOF 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅층 코팅방법은,
모재 표면의 불순물을 그릿 블라스팅으로 제거하는 제 1단계;
상기 제 1단계에서 불순물을 제거한 모재표면을 50∼60℃미만으로 예열하는 제 2단계; 및
상기 제 2단계에서 예열한 모재 표면에 HVOF 용사법으로 텅스텐카바이드 코팅층을 형성하는 제 3단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기, 상기 제 1단계에서
그릿 블라스팅 시 그릿입자 직경은 600∼700μm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2단계에서
상기 불순물을 제거한 모재표면이 50 내지 60℃미만이 되도록 예열하여, 모재 표면에 이슬맺힘 현상을 방지하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제 3단계에서
상기 텅스텐카바이드 분말의 조성은 탄소(C) 5 내지 7wt%, 코발트(Co) 12 내지 14wt% 및 텅스텐(W) 80 내지 83 wt%와 나머지 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제 3단계에서
상기 HVOF 용사법에서는
HVOF 용사장치가 사용되고,
상기 HVOF 용사장치에서는
산소 가스 유속은
700 SCFH이고,
연료 가스 유속은
200 SCFH이고,
분말공급속도는 50 내지 60g/min으로 하고,
상기 모재표면 및 HVOF 용사장치 간 이격거리는
300mm 내지 400mm이고,
HVOF 용사장치 이동속도는
5 내지 10 meter/min로 이동하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에서, 상기 텅스텐카바이드 분말입자 직경은, 제1 분말입자 직경과 제2 분말입자 직경으로 분류될 수 있고,
상기 텅스텐카바이드 제1 분말입자 직경는 5 내지 20μm이고,
상기 텅스텐카바이드 제2 분말입자 직경는 45 내지 75μm이며,
상기 50 내지 60℃미만이 되도록 예열된 모재 표면에 HVOF 용사법으로 텅스텐카바이드 코팅층을 형성하는 제 3단계는,
상기 텅스텐카바이드 제1 분말입자로, 상기 모재(20) 상부에 HVOF 용사법에 의해 제1코팅층(L10)을 형성하는 제3-1단계;와
상기 모재는 SUS 304이며,
상기 제1코팅층(L10) 상부에, 상기 텅스텐카바이드 제2 분말입자로 HVOF 용사법에 의해 제2코팅층(L20)을 형성하는 제3-2단계;와
상기 제2코팅층(L20) 상부에, 상기 텅스텐카바이드 제1 분말입자로 HVOF 용사법에 의해 제3코팅층(L30)을 형성하는 제3-3단계;와
상기 제3코팅층(L30) 상부에, 상기 텅스텐카바이드 제2 분말입자로 HVOF 용사법에 의해 제4코팅층(L40)을 형성하는 제3-4단계;와
상기 제4코팅층(L40) 상부에, 상기 텅스텐카바이드 제1 분말입자로 HVOF 용사법에 의해 제5코팅층(L50)을 형성하는 제3-5단계;와
상기 제5코팅층(L50) 상부에, 상기 텅스텐카바이드 제2 분말입자로 HVOF 용사법에 의해 제6코팅층(L60)을 형성하는 제3-6단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 HVOF 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅층은,
본 발명의 HVOF 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅층 코팅방법(본 발명의 청구항 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 따른 방법)으로 상기 모재 상에 형성되는 텅스텐카바이드 코팅층;이 포함되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 HVOF 용사장치는, 연료주입로(13)와 총열부(15)를 구비한 통상의 HVOF 용사장치에 있어서,
상기 연료주입로(13)와 교차되도록 설치된 냉매주입로(14)와;
상기 총열부(15) 단부에 형성된 분사구(16)를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 HVOF 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅층 및 그 코팅방법은 그릿 블라스팅을 통해 모재 상에 존재하는 불순물을 제거하고, 불순물이 제거된 모재표면을 50∼60℃미만으로 예열하여, 모재에 이슬맺힘 현상을 방지한 후, 다층구조의 치밀한 코팅층을 형성함으로써, 모재와 코팅층간 및 코팅층간의 접착강도와 코팅층의 기계적 특성를 강화하여, 박리현상을 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.
즉, 종래의 HVOF 코팅법에서는, 박리가 일어날 때에 모재에 코팅된 코팅층이 한 번에 박리되지만, 본 발명과 같이 입도가 서로 다른 탕스텐카바이트 분말입자로 모재 표면에 다층구조의 코팅층을 형성하게 되면, 박리시 층별로 박리되어, 박리된 표면에 그 다음 코팅층이 잔류하므로, 2차전지 원료 가공 기계에 본 발명의 코팅방법을 적용하면, 치명적인 결함을 일으킬 수 있는 코팅 박리현상을 대폭 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 모재와 코팅층간 및 코팅층간의 접착강도를 높게 하고, 동시에 코팅층의 경도도 높게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 모재에 텅스텐카바이드 코팅층을 형성하는 코팅방법을 나타내는 공정블럭도이다.
도 2는 본 발명의 HVOF 용사법에 사용되는 HVOF 용사장치를 도시한 단면도로, 상기 HVOF 용사장치의 모형은 상이할 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 텅스텐카바이드 코팅층을 설명하기 위한 코팅층의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 HVOF 용사법에 사용되는 HVOF 용사장치를 도시한 단면도로, 상기 HVOF 용사장치의 모형은 상이할 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 텅스텐카바이드 코팅층을 설명하기 위한 코팅층의 개략적 단면도이다.
이하 본 발명에 따른 HVOF(고속산소연료) 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅층 및 그 코팅방법에 대하여 상세히 설명한다.
상기 “HVOF(고속산소연료) 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅층 및 그 코팅방법”은 P.H.L.C (Pos Hard Layer Coating)이라고 칭할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 “텅스텐카바이드 분말” 및 “텅스텐카바이드 코팅층”은 다음과 같이 정의된다.
본 발명에서의 “텅스텐카바이드 분말”은, 텅스텐 분말을 주성분으로 하여, 탄소 분말, 코발트 분말, 나머지 불가피한 불순물을 포함한 분말을 의미 한다.
그리고, 상기 텅스텐카바이드 분말에 의해 모재에 코팅된 코팅층을 “텅스텐카바이드 코팅층”이라 정의 한다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 HVOF 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅방법은,
먼저, 그릿 블라스팅을 사용하여 모재표면의 불순물을 제거한다. 이 때, 사용되는 모재의 종류는 스테인리스강 계열이다. 구체적으로는 본 발명에서 모재는 SUS 304을 포함하는 SUS 계열소재가 적용될 수 있다.
그릿 블라스팅은 고압 공기와 함께 연마 입자를 표면에 고속으로 분사하여 불순물을 제거하는 공정이다. 모재표면의 불순물을 제거하고, 요철이 있는 거친 표면 상태를 유지하여 코팅 또는 접착제의 접착강도를 향상시키는데 사용된다. 상기 그릿은 뾰족한 입자로 된 연삭숫돌의 성분으로 볼밀이나 해머릴로 분쇄한 날카로운 각이 있는 강립편이며, 입자크기는 직경 600∼700μm으로 수행한다.
그릿 입자가 600μm미만에서는 불순물 제거효과가 떨어지고, 700μm을 초과하는 경우 모재표면에 손상을 입혀 접착강도를 감소시키는 부작용이 발생할 수 있다.
다음으로, 상기 불순물을 제거한 모재를 모재표면이 50 내지 60℃ 미만이 되도록 예열한다.
종래에는 모재인 SUS표면에 300 내지 400℃의 열을 가하여, 코팅을 진행하였으나, SUS표면에 300 내지 400℃의 열을 가하면, 산화피막이 형성되어 코팅 접착이 잘 되지 않기 때문에, 본 발명은 불순물이 제거된 모재표면을 50 내지 60℃ 미만이 되도록 예열하여, 수분을 없애 이슬맺힘 현상을 방지하면, 코팅층에서 발생하는 박리현상을 줄일 수 있다.
즉, 60℃ 이상 온도에서 예열된 모재는, 스테인리스강 내에 있는 Cr이 공기와 접촉하게 되어, 모재의 표면에 크롬 산화막이 성장하고 모재의 방식 특성을 약화시킬 수 있다.
그리고, 상기 50 내지 60℃ 미만으로 예열한 모재표면에 HVOF 용사법을 사용하여 텅스텐카바이드 코팅층을 형성시킨다. 이 때, 사용되는 텅스텐카바이드의 분말의 조성은 탄소(C) 5 내지 7wt%, 코발트(Co) 12 내지 14wt% 및 텅스텐(W) 80 내지 83 wt%와 나머지 불가피한 불순물로 구성될 수 있다.
상기 텅스텐카바이드의 분말의 조성에서, 텅스텐(W)을 80wt% 미만으로 하면, 형성된 코팅층의 내부식성이 급격히 하락할 수 있으며, 텅스텐(W)을 83wt%를 초과하면 코팅층의 접착강도가 약화될 수 있다.
한편, 상기 텅스텐카바이드의 분말의 조성에서, 코발트(Co)가 12wt%미만이면, 코팅층의 접착성이 급격히 하락할 수 있고, 코발트(Co)가 14wt%를 초과하면 코팅층의 경도 및 내마모성이 감소 될 수 있다. 코발트 성분은 WC입자들을 결합하는 바인더 역할을 하기 때문이다.
한편, 상기 HVOF 용사법에 사용되는 HVOF 용사장치의 분말공급속도는 50 내지 60g/min으로 하고, 산소 가스 유속은 700SCFH이고, 연료 가스 유속은 200 SCFH이다. 이 때, 사용되는 연료가스는 프로판 등과 산소를 혼합한 가스를 사용할 수 있다. HVOF 용사장치 내 총열부 온도는 2700 내지 2800도이며, 분사속도는 2100 내지 2150 m/sec이다.
또한, 모재표면 및 HVOF 용사장치 간 이격거리는 300mm 내지 400mm이고, HVOF 용사장치 이동속도는 5 내지 10 meter/min로 진행한다.
본 발명의 HVOF 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅방법으로 상기 모재 상에 형성되는 텅스텐카바이드 코팅층은 약 270μm 내지 330μm의 두께를 형성할 수 있다.
상기와 같은, 여러 조건을 만족시킬 때, 2차 전지의 양극 활물질로 이용되는 수산화리튬분말을 가공하는 장치인 믹서의 블레이드와, 상기 수산화리튬 분말 제조 설비에 사용되는 기계부품 등을 코팅하는 방법에 특화되어, 상기 믹서 블레이드와 기계부품의 코팅이 완벽하게 수행될 수 있다.
또한, 상기 코팅층은 미세한 다층구조로 기존의 코팅층보다 기계적 특성이 강화되어 박리현상에 대해 강한 이점을 가진다.
<실시예 1>
모재로 SUS304를 포함하는 SUS계열소재를 준비한다. 먼저, 그릿 블라스팅을 진행하여 모재표면에 있는 불순물을 제거한다. 다음으로, 모재표면이 50℃ ∼ 60℃미만이 되도록 예열한다.
다음으로, 텅스텐카바이드 분말 조성이 탄소(C) 7wt%, 코발트(Co) 13wt% 및 텅스텐(W) 82wt%와 나머지 불가피한 불순물로 이루어지고, 입자크기는 직경 약 5 ∼20μm인 텅스텐카바이드 분말을 준비한다.
HVOF 용사장치에 프로판 가스 및 텅스텐카바이드 분말을 주입하고, 분사구와 모재 간 이격거리는 300mm 내지 400mm를 유지하여 모재에 텅스텐카바이드 코팅층을 형성시킨다. 이 때, HVOF 용사장치의 이동속도는 5∼10 meter/min으로 용사를 진행한다.
한편, 본 발명의 <실시예1>에 따라 제조된 텅스텐카바이드 코팅층의 기계적 특성을 확인하기 위해 일부 공정조건을 달리하여, 기계적 특성을 비교하였다. 그 결과를 아래의 표 1와 같이 나타내었다.
경도 시험방법은 마이크로 비커스 경도로 측정되었다.
내마모성 시험방법은 양륜 구동 마모시험방법으로 코팅층이 형성된 모재와 마찰륜 사이에 하중을 가하고, 건식상태에서 마찰시켜, 마찰 전과 후의 코팅층의 두께를 측정하여 비교하였다.
접착강도는 강구를 수차례 낙하하여 코팅층이 떨어지는 정도를 육안으로 판별하면서, 동시 ASTM접착강도 시험법에 따라 시험하여 접착강도를 측정하였다.
| 입도 | 비커스경도 (Hv0.3) |
내마모성 | 접착강도 (Mpa) |
|
| 실시예 1 | 5μm∼20μm | 1033 | ○ | 90 ~ 95 |
| △ | ○ | ◎ | ||
| < 범례 : ◎ 탁월, ○ 우수, △ 보통 > | ||||
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 1에 따라 텅스텐카바이드 분말의 입도가 5∼20μm로 코팅을 실시한 상기 텅스텐카바이드 코팅층은, 상기 표 1에 나타난 바와 같이, 그 접착강도는 탁월하나, 경도, 내마모성에서 탁월하지 못한 문제점을 가지고 있다.
<실시예 2>
실시예 2는, 실시예 1에서 텅스텐카바이드 분말의 입도가 45∼75μm로 코팅을 실시한 결과를 표로 도시한 것이다. 다른 실시 조건은 실시예 1과 실시예 2는 동일하다.
| 입도 | 비커스경도 (Hv0.3) |
내마모성 | 접착강도 (Mpa) |
|
| 실시예 2 | 45μm ∼ 75μm | 1,281 | ◎ | 75 ~ 80 |
| ◎ | ◎ | △ | ||
| < 범례 : ◎ 탁월, ○ 우수, △ 보통 > | ||||
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 2에 따라 텅스텐카바이드 분말의 입도가 45∼75μm로 코팅을 실시한 상기 텅스텐카바이드 코팅층은, 상기 표 2에 나타난 바와 같이, 그 경도 및 내마모성은 탁월하나, 접착강도가 탁월하지 못한 문제점을 가지고 있다.
<실시예 3>
실시예 1 및 실시예 2는, 텅스텐카바이드 분말 입자크기를 동일하게 하여, 모재 상부에 코팅층을 형성하였으나,
실시예 3은, 텅스텐카바이드 분말입자 직경이, 제1 분말입자 직경과 제2 분말입자 직경으로 분류되어 모재에 코팅층이 각각 구별 형성된다.
분말입자의 직경외에 기타 모재예열 온도, 이격거리 등은 실시예 1과 실시예 2, 실시예 3은 동일하다.
즉, 상기 텅스텐카바이드 분말입자 직경은, 제1 분말입자 직경과 제2 분말입자 직경으로 분류될 수 있다.
텅스텐카바이드 분말의 조성에서 입자의 크기가 5μm미만이면, 분말이 화염속에서 과융용되어 코팅층의 경도가 급격히 떨어지고,
75μm를 초과하면 화염속에서 완전히 융용되지 않아서 접착성이 떨어지고 가공된 코팅층의 취성이 증대된다.
상기 텅스텐카바이드 제1 분말입자 직경는 5 내지 20μm이고,
상기 텅스텐카바이드 제2 분말입자 직경는 45 내지 75μm이며,
예열한 모재 표면에 HVOF 용사법으로 텅스텐카바이드 코팅층을 형성하는 상기 제3 단계는,
상기 텅스텐카바이드 제1 분말입자로, 상기 모재 상부에 HVOF 용사법에 의해 제1코팅층(L10)을 형성하는 제3-1단계;와
상기 모재는 SUS 304이며,
상기 제1코팅층(L10) 상부에, 상기 텅스텐카바이드 제2 분말입자로 HVOF 용사법에 의해 제2코팅층(L20)을 형성하는 제3-2단계;와
상기 제2코팅층(L20) 상부에, 상기 텅스텐카바이드 제1 분말입자로 HVOF 용사법에 의해 제3코팅층(L30)을 형성하는 제3-3단계;와
상기 제3코팅층(L30) 상부에, 상기 텅스텐카바이드 제2 분말입자로 HVOF 용사법에 의해 제4코팅층(L40)이 형성하는 제3-4단계;와
상기 제4코팅층(L40) 상부에, 상기 텅스텐카바이드 제1 분말입자로 HVOF 용사법에 의해 제5코팅층(L50)이 형성하는 제3-5단계;와
상기 제5코팅층(L50) 상부에, 상기 텅스텐카바이드 제2 분말입자로 HVOF 용사법에 의해 제6코팅층(L60)이 형성하는 제3-6단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제1코팅층(L10) 내지 제6코팅층(L60)의 두께는 각각 45μm 내지 55μm으로 할 수 있고, 코팅층의 총두께는 270μm 내지 330μm으로 형성 할 수 있다.
한편, 본 발명인의 장기간 연구결과, 상기 제1 분말입자와 같이, 텅스텐카바이드 분말 입자 직경을 5 내지 20μm로 비교적 작게 하여, HVOF 용사법에 의해 모재에 코팅층을 형성하면, 상기 제1 분말입자와 모재와의 접착강도가 크게 증가하나, 코팅층의 경도는, 상기 제2 분말입자에 의해 형성된 코팅층의 경도에 비해 크게 감소하는 것을 지득하게 되었다.
반대로, 상기 제2 분말입자와 같이, 텅스텐카바이드 분말 입자 직경을 45 내지 75μm로 비교적 크게 하여, HVOF 용사법에 의해 모재에 코팅층을 형성하면, 상기 제2 분말입자와 모재와의 접착강도는 감소하나, 코팅층의 경도는, 상기 제1 분말입자에 의해 형성된 코팅층의 경도에 비해 크게 증가하는 것을 지득하게 되었다.
본 발명의 실시예 3은, 텅스텐카바이드 제1 분말입자 직경을 5 내지 20μm로 하여 모재에 먼저 제1코팅층(L10)을 형성함으로써, 모재와의 코팅층사이의 접착강도를 크게 증가시킨다.
접착강도가 높은 제1코팅층(L10) 상부에, 제2분말입자로 경도가 높은 제2코팅층(L20)을 형성하고,
상기 제2코팅층(L20) 상부에, 접착강도가 높은 제1분말입자로 제3코팅층(L30)을 형성하며,
상기 제3코팅층의 상부에는, 제2분말입자로 경도가 높은 제4코팅층이 제3코팅층 상부에 형성되고,
상기 제4코팅층 상부에 접착강도가 높은 제1분말입자로 제5코팅층이 제4코팅층 상부에 형성되며.
상기 제5코팅층 상부에 제2분말입자로 경도가 높은 제6코팅층이 제5코팅층 상부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의해, 본 발명 실시예 3은, 모재와 제1코팅층간 및 코팅층 사이의 접착강도와 코팅층의 경도 및 내마모성을 모두 만족시키는 매우 우수한 발명을 달성 가능하게 되었다.
| 입도 | 비커스경도 (Hv0.3) |
내마모성 | 접착강도 (Mpa) |
|
| 실시예 3 | 5μm∼20μm 45μm∼75μm |
1,281 | ◎ | 90 ~ 95 |
| ◎ | ◎ | ◎ | ||
| < 범례 : ◎ 탁월, ○ 우수, △ 보통 > | ||||
10 HVOF 용사장치
11 합금 분말 주입로
12 산소 주입로
13 연료 주입로
14 냉매 주입로
15 총열부
16 분사구
20 모재
L10 제1코팅층
L20 제2코팅층
L30 제3코팅층
L40 제4코팅층
L50 제5코팅층
L60 제6코팅층
11 합금 분말 주입로
12 산소 주입로
13 연료 주입로
14 냉매 주입로
15 총열부
16 분사구
20 모재
L10 제1코팅층
L20 제2코팅층
L30 제3코팅층
L40 제4코팅층
L50 제5코팅층
L60 제6코팅층
Claims (7)
- 모재 표면의 불순물을 그릿 블라스팅으로 제거하는 제 1단계;
상기 제 1단계에서 불순물을 제거한 모재표면을 예열하는 제 2단계; 및
상기 제 2단계에서 예열한 모재 표면에 텅스텐카바이드 분말을 용사하는 HVOF 용사법으로 텅스텐카바이드 코팅층을 형성하는 제 3단계;를 포함하고;
상기 제 1단계에서 그릿 블라스팅 시 그릿입자 직경은 600 ∼ 700μm이며;
상기 제 2단계에서 불순물을 제거한 모재표면이 50℃ 내지 60℃미만이 되도록 예열하고;
상기 제 3단계에서 텅스텐카바이드 분말의 조성은 탄소(C) 5 내지 7wt%, 코발트(Co) 12 내지 14wt% 및 텅스텐(W) 80 내지 83 wt%와 나머지 불가피한 불순물을 포함하며;
텅스텐카바이드 분말의 입자 직경은, 제1 분말입자 직경과 제2 분말입자 직경으로 분류될 수 있고,
텅스텐카바이드 제1 분말입자 직경는 5 내지 20μm이고,
텅스텐카바이드 제2 분말입자 직경는 45 내지 75μm이며,
50 내지 60℃미만이 되도록 예열된 모재 표면에 HVOF 용사법으로 텅스텐카바이드 코팅층을 형성하는 제 3단계는,
텅스텐카바이드 제1 분말입자로, 모재(20) 상부에 HVOF 용사법에 의해 제1코팅층(L10)을 형성하는 제3-1단계;와
모재는 SUS 304이며,
제1코팅층(L10) 상부에, 텅스텐카바이드 제2 분말입자로 HVOF 용사법에 의해 제2코팅층(L20)을 형성하는 제3-2단계;와
제2코팅층(L20) 상부에, 텅스텐카바이드 제1 분말입자로 HVOF 용사법에 의해 제3코팅층(L30)을 형성하는 제3-3단계;와
제3코팅층(L30) 상부에, 텅스텐카바이드 제2 분말입자로 HVOF 용사법에 의해 제4코팅층(L40)을 형성하는 제3-4단계;와
제4코팅층(L40) 상부에, 텅스텐카바이드 제1 분말입자로 HVOF 용사법에 의해 제5코팅층(L50)을 형성하는 제3-5단계;와
제5코팅층(L50) 상부에, 텅스텐카바이드 제2 분말입자로 HVOF 용사법에 의해 제6코팅층(L60)을 형성하는 제3-6단계를 포함하고;
상기 제 3단계에서 상기 HVOF 용사법에서는 HVOF 용사장치가 사용되고,
HVOF 용사장치의 분사구와 모재 간 이격거리는 300mm 내지 400mm를 유지하여 모재에 텅스텐카바이드 코팅층을 형성시키고, 이 때, HVOF 용사장치의 이동속도는 5∼10 meter/min으로 용사를 진행하는 것을 특징으로 하는 HVOF 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅층 코팅방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 HVOF 용사장치에서는,
산소 가스 유속이 700 SCFH 인 것을 특징으로 하는 HVOF 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅층 코팅방법.
- 제 1항 또는 5항에 따른 방법으로 상기 모재 상에 형성되는 텅스텐카바이드 코팅층;이 포함되는 것을 특징으로 하는 HVOF 용사법을 사용한 텅스텐카바이드 코팅층.
- 삭제
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