KR19980061894A - 내경 분사 후막 코딩방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저온가열된 압축공기와 금속 또는 세라믹재질의 코팅재 분말을 혼합한 후 압축-팽창 노즐을 통과시켜 저온상태에서 초음속으로 이송하도록 하여 내경부의 표면에 압착코팅하는 내경 분사 후막 코팅방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 저온가열된 압축공기와 금속 또는 세라믹재질의 코팅재 분말을 혼합한 후 압축-팽창 노즐을 통과시켜 저온상태에서 초음속으로 이송하도록 하여 내경부의 표면에 압착코팅하는 내경 분사 후막 코팅방법 및 장치를 제공함으로써 내경이 작은 구경의 튜브나 금형다이의 내경 표면에 후막으로 코팅층을 형성할 수 있으며, 코팅밀도나 접착력도 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

내경 분사 후막 코팅방법 및 장치

본 발명은 내경 분사 후막 코팅방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 좁은 내경을 갖는 봉재의 내면에 후막으로 압착코팅할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 중심부가 개방된 봉재형상의 모재 내면에 금속이나 세라믹 재질의 코팅층을 형성하는 방법, 특히 코팅층의 접착력이 우수한 코팅방법으로는 고온분사코팅(thermal spray coating), 플라즈마 분사코팅(plasma spray coating) 방법이 공지되어 있다.

더욱 상세히 설명하면, 코팅재를 용융시키고 고속으로 이송시켜 봉재 내경부 표면에 압착코팅할 수 있도록 봉재의 내경에 삽입가능한 플라즈마 총(gun) 내부에 플라즈마 이온을 만들기 위한 장치가 설치된다.

이 플라즈마 총은 노즐부에 형성된 양극부(anode)와 전극부(electrode)에 형성된 음극부(cathode)에 고전압을 가한 후 불활성 가스를 주입시켜 플라즈마 총 내에서 방전을 일으켜 불활성 가스를 플라즈마 상태의 이온화된 가스로 만들어 가스화염이 노즐을 통하여 분사될 때 노즐 선단부에 분말상태의 코팅재를 공급하여 고온에서 용융된 코팅재가 내경의 표면에 압착코팅되도록 되어 있다.

그런데 이와 같은 종래의 플라즈마 총을 이용한 내경 압착코팅방법에서는 플라즈마 총의 노즐 끝단부와 모재 표면간에 재질에 따라 용사거리(spray distance)가 어느정도(30㎜~150㎜) 있어야 하기 때문에 내경이 작은 구경의 내면에는 코팅할 수 없는 문제가 있다.

즉, 현재의 기술력으로는 50㎜ 이하의 작은 구경의 내면에는 플라즈마 총을 이용하여 코팅할 수 없으며, 또한 내경이 50㎜~100㎜의 구경도 이송거리가 짧기 때문에 코팅밀도나 코팅층의 접착력이 적당한 용사거리를 유지한 것에 비해 떨어지는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래의 단점을 해결하기 위한 것으로, 튜브나 금형 다이 등의 직경에 작은 내경을 갖는 내경부 표면에 후막 코팅할 수 있으며, 30㎜~50㎜의 내경을 갖는 내경부 표면에도 후막 코팅할 수 있으며, 50㎜~100㎜의 직경을 갖는 내경부 표면에도 코팅밀도, 접착력이 향상된 코팅층을 형성할 수 있는 내경 분사 후막 코팅방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 저온가열된 압축공기와 금속 또는 세라믹재질의 코팅재 분말을 혼합한 후 압축-팽창 노즐을 통과시켜 저온상태에서 초음속으로 이송하도록 하여 내경부의 표면에 압착코팅하는 내경 분사 후막 코팅방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 압축공기 저장부는 코팅재 분말을 저장하는 코팅재 분말 저방부 및 압축-팽창 노즐을 갖는 초음속 노즐부에 각각 압축공기를 공급할 수 있도록 배관되어 연결되며, 상기 초음속 노즐부에 공급되는 압축공기 저장부와 초음속 노즐부 사이에 압축공기 가열부가 매개되어 초음속 노즐부에 공급되는 압축공기를 25~400℃의 저온상태의 온도범위로 가열할 수 있도록 설치된 내경 분사 후막 코팅장치를 제공한다.

도 1 은 본 발명에 따른 내경 후막 코팅장치를 보인 구성도.

도 2 는 본 발명에 따른 초음속 노즐부의 노즐 개념도.

도 3 은 본 발명에 따른 혼합분말의 이송속도와 관련된 마하수, 압력, 온도의 변화를 나타낸 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 압축공기 저장부20 : 코팅재 분말 저장부

30 : 압축공기 가열부40 : 초음속 노즐부

50 : 배관부60 : 모재

62 : 코팅층70 : 연장부

이하 본 발명의 구성 및 작용효과를 첨부도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 영구자석 후막 코딩장치를 보인 구성도로서, 압축공기 저장부(10), 코팅재 분말 저장부(20), 압축공기 가열부(30), 초음속 노즐부(40) 및 이를 연결하는 배관부(50)로 된 구성이다.

압축공기 저장부(10)는 상기 코팅재 분말 저장부(20) 및 초음속 노즐부(40)에 각각 압축공기를 공급할 수 있도록 배관되어 연결되며, 초음속 노즐부(40)에 공급되는 압축공기 저장부(10)와 초음속 노즐부(40) 사이에는 압축공기 가열부(30)가 매개되어 초음속 노즐부(40)에 공급되는 압축공기를 25~400℃의 저온상태의 온도범위로 가열할 수 있도록 되어 있다.

한편, 초음속 노즐부(40)의 선단에서 저온으로 가열된 압축공기와 코팅재 분말이 혼합되며, 단면적이 상대적으로 좁은 노즐을 통과하면서 혼합분말이 초음속으로 가속되어 이송된다.

한편, 초음속 노즐부(40)의 단부에 압축-팽창 노즐을 통과한 코팅재의 초음속 분사속도가 일정하게 유지되는 연장부가 모재의 길이에 따라 내경부의 표면에 접근할 수 있을 정도의 길이로 형성된다.

도 2 는 본 발명에 따른 초음속 노즐부의 노즐 개념도이며, 도 3 은 본 발명에 따른 혼합분말의 이송속도와 관련된 마하수, 압력, 온도의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 만약 목(thoat)부위에서 음속흐름이 존재한다고 가정할 때 이때의 단면적은 A^*이고, 임계 마하수 M^*= 1, 속도 V^*= 음속이라 하고, 어느 부분의 면적, 마하수, 속도를 각각 A, M, V 라 한다면;

ρ^*V^*A = ρVA 이고;

M = f(A/A^*)의 함수관계를 갖게 된다.

따라서, A/A^*= 1 이면, M = 1 이 된다.

한편, 출구에서는 단면적(A)가 노즐(A^*)보다 크게 하면 M 1 이 되어 혼합분말의 이송속도가 초음속으로 됨을 알 수 있다.

즉, 코팅재 분말의 초층속 이송속도는 압축공기의 압력, 온도, 밀도 및 노즐 단면적에 따라 결정되며, 코팅재 분말의 밀도, 혼합분말의 공급속도, 코팅재 분말의 온도 팽창율 등의 변수를 조절하여 저온상태에서 초음속으로 가속하여 모재 표면에 충돌시켜 후막으로 압착코팅시킨다.

이와 같이 본 발명에 따르면 용사거리(spray distance)를 유지하지 않아도 되므로 종래의 플라즈마 분사 코팅방법에서는 할 수 없는 내경이 작은 30㎜~50㎜ 구경의 튜브나 금형다이에도 코팅할 수 있으며, 50㎜~100㎜의 구경도 코팅밀도나 코팅층의 접착력이 우수하게 코팅할 수 있다.

또한, 기존의 코팅방법은 아르곤, 수소 등의 불활성 가스를 사용하며, 40~80kw의 전력이 소모되는 반면에 압축공기를 사용하며 5~10kw의 전력을 소모하므로 제조비용의 절감 효과를 가져올 수 있다.

이상, 상기 내용은 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

따라서 본 발명에 따르면, 내경이 작은 구경의 튜브나 금형다이의 내경 표면에 후막으로 코팅층을 형성할 수 있으며, 코팅밀도나 접착력도 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. 저온가열된 압축공기와 금속 또는 세라믹재질의 코팅재 분말을 혼합한 후 압축-팽창 노즐을 통과시켜 저온상태에서 초음속으로 이송하도록 하여 내경부의 표면에 압착코팅하는 내경 분사 후막 코팅방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 압축공기의 온도는 25~400℃의 저온상태의 온도범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 내경 분사 후막 코팅방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 압축-팽창 노즐을 통과한 후 코팅재가 내경부의 표면에 접근할 수 있도록 음속이 일정하게 유지되는 영역을 통과하는 것을 특징으로 하는 내경 분사 후막 코팅방법.
4. 압축공기 저장부(10)는 코팅재 분말을 저장하는 코팅재 분말 저장부(20) 및 압축-팽창 노즐을 갖는 초음속 노즐부(40)에 각각 압축공기를 공급할 수 있도록 배관되어 연결되며, 상기 초음속 노즐부(40)에 공급되는 압축공기 저장부(10)와 초음속 노즐부(40) 사이에는 압축공기 가열부(30)가 매개되어 초음속 노즐부(40)에 공급되는 압축공기를 저온상태의 온도범위로 가열할 수 있도록 설치된 내경 분사 후막 코팅장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 압축공기 가열부는 압축공기를 25~400℃의 온도범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 내경 분사 후막 코팅장치.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 초음속 노즐부의 단부에 압축-팽창 노즐을 통과한 코팅재가 내경부의 표면에 접근할 수 있도록 음속이 일정하게 유지되는 연장부가 형성되는 것을 특징으로 하는 내경 분사 후막 코팅장치.