KR20010057927A

KR20010057927A - 세라믹 코팅층을 갖는 제지용 롤

Info

Publication number: KR20010057927A
Application number: KR1019990061346A
Authority: KR
Inventors: 김형준; 김부일
Original assignee: 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1999-12-23
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2001-07-05

Abstract

본 발명은 저탄소강으로된 롤 소재표면에 Ni계 또는 Co계 합금층을 고속 용사기법으로 코팅하고, 그 위에 Al₂O₃또는 Cr₂O₄에 2-40중량%의 TiO₂를 함유한 세라믹을 플라즈마 용사기법으로 코팅하여서 된 내마모성과 내부식성이 우수한 제지용 롤에 관한 것으로서,

상기 Ni계 또는 Co계 합금의 코팅층은 기공도가 면적분율로 3%이하이고,

상기 Al₂O₃또는 Cr₂O₄계 세라믹 코팅층은 기공도가 면적분율로 표면은 11%이상, 단면은 9%이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 제지용롤은 종이가 롤에서 잘 이탈되며, 세라믹 용사층의 접착력으로 내마모성이 향상되며, 모재의 부식방지로 코팅층의 수명이 연장되는 효과가 있다.

Description

세라믹 코팅층을 갖는 제지용 롤{PAPER ROLL HAVING CERAMIC COATED LAYER}

본 발명은 종이를 생산하는 제지공장에서 사용하는 롤에 관한 것으로, 특히, 내마모성 및 내부식성이 우수한 세라믹코팅층을 갖는 제지용 롤에 관한 것이다.

제지 생산라인에는 수많은 롤이 사용되고 있으며, 대부분의 롤들은 내마모성과 내부식성 향상을 위하여 용사코팅이나 육성용접을 적용하여 사용되고 있다. 용사코팅의 예로서는 WC-Co 소재를 고속용사 방법으로 코팅하거나, Mo 소재를 아크용사 방법을 이용하여 코팅하고 있다.

제지용 롤 중 제지와 직접 닿고 다시 제지를 빼내어야 하는 기능을 하는 돌로 제작된 롤이 있는데, 돌로 제작된 이유는 돌이 내마모성과 내부식성이 우수하고 특히 돌 표면에 있는 수많은 기공에 의하여 수분이 있는 종이가 용이하게 분리되기 때문이다. 그러나, 이러한 돌로 제작된 롤은 롤 전체를 돌로 제작하므로 너무 하중이 많이 나가게 된다. 따라서 최근에는 표면에 기공이 많이 함유된 세라믹 용사코팅을 적용하려고 시도되고 있다.

영국 특허(No. 8600192, 1985년 1월 9일)에서는 제지용 롤의 용사코팅으로서 금속과 세라믹의 복합재를 제안했으며, 유럽 특허(No. 90850358.4, 1990년 10월 26일)에서는 표면은 세라믹과 금속의 혼합재를 용사코팅하고 모재의 내부식성을 증대하기 위하여 혼합재를 코팅하기 전에 스테인레스 스틸의 기공도를 4%이하로 제어하여 코팅하는 방법을 제안하고 있다.

일반적으로 세라믹 소재를 플라즈마 용사코팅하면 기본적으로 코팅층에는 5-20%정도의 기공을 형성하게 되는데 기공이 작을수록 높은 접착력을 얻을 수 있기 때문에 사용되는 분말의 입도를 작은 것을 사용하거나 용사변수를 조절하여 되도록 작은 기공 크기와 낮은 기공율을 얻는 것이 필요하다. 그러나, 제지용 롤의 경우는 종이를 잘 이탈시키기 위하여 큰 기공 크기와 높은 기공율을 보일수록 유리한 반면에, 이 경우는 코팅층의 접착력이 저하하여 내마모성이 저하하게 되는 문제점이 있고,

또한, 세라믹 코팅층의 기공으로 인하여 기공을 따라 제지 공정시 사용되는용액이 침투하여 모재를 부식시키게 되므로 모재의 용액 침투를 방지하는 일종의 내부식 방지막을 형성시켜주어야 하는 문제점이 있다.

본발명은 상기문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 내마모성 및 내부식성이 우수할 뿐아니라 종이가 롤에서 잘 이탈되도록 된 제지용 롤을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1. 발명예의 세라믹 코팅층 사진으로서 (a)는 코팅층의 단면사진이고 (b)는 표면의 사진이다.

도 2. 비교예의 세라믹 코팅층 사진으로서 (a)는 코팅층의 단면사진이고 (b)는 표면의 사진이다.

도 3. 4주간 부식시험후 비교예 1과 발명예 1의 단면조직을 찍은 사진으로서 (a)는 비교예1의 사진이고 (b)는 발명예1의 사진이다.

도 4. 4주간 부식시험후 비교예 3과 발명예 3의 단면조직을 찍은 사진으로서 (a)는 비교예3의 사진이고 (b)는 발명예3의 사진이다.

본 발명은 저탄소강으로 된 롤 소재 표면에 Ni계 또는 Co계 합금을 기공도가 면적분율로 3%이하가 되도록 코팅하고, 상기 코팅층 위로 Al₂O₃또는 Cr₂O₄에 2-40중량%의 TiO₂를 함유한 세라믹을 기공도가 면적분율로 표면은 11%이상이고 단면은 9%이하가 되도록 프라즈마 용사기법으로 코팅하여서 된 제지용 롤을 그 특징으로 한다.

본 발명에서 저탄소강 롤 소재 표면에 Ni계 또는 Co계 합금을 세라믹 코팅전에 코팅처리하는 것은 Ni계나 Co계 합금이 내부식성이 우수한 소재이기 때문에 이를 코팅하므로서 부식용액이 모재에 침투되지 않게 하기 위함이며, 그 기공도를 면적분율로 3%이하로 한정한 것은 부식용액이 모재에 침투되지 않도록 하기 위한 것으로서 기공도가 3%이상이면 세라믹코팅층을 통과한 용액이 금속용사층도 용이하게 통과하여 모재를 부식시키기 때문이다.

또한 본발명에서는 상기 Ni계 또는 Co계 합금코팅층 위에 Al₂O₃또는 Cr₂O₄에2-40%의 TiO₂를 함유한 세라믹을 코팅하는데 그 이유는 내마모성증대와 인성증대를 위한 것이다.

여기에서 TiO₂를 2%이하로 첨가하면 세라믹 코팅층이 너무 취약하여 깨지기용이하며, 40중량%이상 첨가하면 세라믹 코팅층의 경도가 너무 하락하여 내마모성이 저하되기 때문에 TiO₂의 첨가량을 2-40%로 한정한다.

그리고 제지용 롤의 표면은 종이가 잘 이탈되도록 기공이 많아야 하기 때문에 세라믹 코팅층의 표면의 기공률은 11%이상이 되어야하고, 세라믹 코팅층이 좋은 내마모성을 갖기 위하여는 우수한 접착력을 유지하여야 하기 때문에 세라믹 코팅층의 단면의 기공을 적게하여 접착력증대에 의한 내마모성향상을 추구하는 것이 필요하다. 다라서 세라믹 코팅층의 단면의 기공률은 면적분율로 9%이하가 되는 것이 필요하다.

이하에 실시예에 의거 본발명을 더욱 상세히 설명한다.

[실시예 1]

두께 5mm의 저탄소강 기판에 Al₂O₃-3%TiO₂세라믹 소재를 플라스마 용사코팅 기법을 이용하여 두께 400㎛의 코팅층을 제작하고 여러종류의 시편을 제작한 다음, 코팅층의 표면과 단면 기공도를 20여군데 이상 평균을 구하고, 코팅층의 접착력도 5번 이상 측정하여 평균을 구한 결과가 다음 표1에 나타나 있다.

[표1]

상기 표1과 같은 조건으로 시편을 제작하여 표면과 단면을 관찰하였다. 도 1에서는 발명예의 표면과 단면 사진을 보이고 있으며, 도 2에서는 비교예의 표면과 단면 사진을 보이고 있다. 도 1과 2에서 보이는 바와 같이 발명예의 세라믹 코팅층은 표면의 기공도는 높고, 단면의 기공도는 낮아서 접착력도 높으면서 종이는 잘 이탈되게 된다. 반면에 비교예의 경우는 표면과 단면의 기공도가 거의 동일하여 접착력은 우수한 반면 특히 표면의 기공도가 작아서 종이 이탈에 문제점을 보이게 된다.

[실시예 2]

두께 5mm의 저탄소강 기판에 내부식성이 우수한 금속 합금을 약 150㎛용사코팅하고, 그위로 세라믹 코팅층을 약 300㎛용사코팅을 실시하여 여러종류의 시편을 제작한 다음, 각 시편의 기공도를 측정한 결과가 다음 표2에 나타나 있다.

[표2]

용사코팅 시편 조건.
	금속 본드코팅층	세라믹 코팅층	합금층기공도(%)	세라믹층 기공도(%)
	금속 본드코팅층	세라믹 코팅층	합금층기공도(%)	표면	단면
비교예 1	NiCrAlCoY	Al₂O₃-3%TiO₂	6	9	7
비교예 2	NiCrAlCoY	Al₂O₃-13%TiO₂	6	9	7
비교예 3	NiCrFeSiBC	Al₂O₃-3%TiO₂	6	9	7
발명예 1	NiCrAlCoY	Al₂O₃-3%TiO₂	2	17	9
발명예 2	NiCrAlCoY	Al₂O₃-13%TiO₂	2	12	7
발명예 3	NiCrFeSiBC	Al₂O₃-13%TiO₂	2	15	7

상기 표2와 같은 조건으로 시편을 제작하여 제지공장에서 실제 사용되는 용액에서 4주간 침지 부식시험 후 단면을 관찰하였다.

도 3에서는 비교예 1과 발명예 1의 단면 조직을 보이고 있다. 발명예 1의 모재 부식도가 비교예 1의 모재 부식도에 비하여 현저히 감소함을 확인할 수 있다. 도 4에서는 비교예 3과 발명예 3의 단면조직을 보이고 있다. 비교예 3의 금속본드층의 기공도가 발명예 3의 금속 본드코팅층의 기공도에 비하여 높음을 확인할 수 있으며, 이러한 기공을 따라서 용액이 침투하므로 모재의 부식이 심화됨을 확인할 수 있다.

이와 같이 제조된 롤은 종이가 롤에서 잘 이탈되며, 세라믹 용사층의 우수한 접착력으로 내마모성이 향상되며, 모재의 부식 방지로 코팅층의 수명이 연장되는 효과가 있다.

Claims

저탄소강으로 된 롤 소재위에 Ni계 또는 Co계 합금으로된 코팅층과, Al₂O₃또는 Cr₂O₄에 2-40중량%의 TiO₂를 함유한 세라믹으로된 코팅층이 차례로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 제지용 롤.
제1항에 있어서,

저탄소강으로 된 롤 소재위에 Al₂O₃또는 Cr₂O₄에 2-40중량%의 TiO₂를 함유한 세라믹 코팅층으로된 것을 특징으로 하는 제지용 롤.
제1항에 있어서,

상기 Ni계 또는 Co계 합금의 코팅층은 기공도가 면적 분율로 3%이하이고,

상기 Al₂O₃또는 Cr₂O₄계 세라믹 코팅층은 기공도가 면적분율로 표면은 11% 이상, 단면은 9%이하인 것을 특징으로 하는 제지용 롤.
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서

상기 Ni계나 Co계 합금층은 고속용사 또는 플라스마 용사기법 및 Al₂O₃또는 Cr₂O₄계 세라믹층은 플라즈마 용사기법에 의해 코팅된 것을 특징으로 하는 제지용롤.