KR20030053780A

KR20030053780A - 내식성이 우수한 텅스텐카바이드-코발트-텅스텐계 용사용분말

Info

Publication number: KR20030053780A
Application number: KR1020010083782A
Authority: KR
Inventors: 이중우
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-24
Filing date: 2001-12-24
Publication date: 2003-07-02

Abstract

용융아연 욕조에 장착 침지되어 사용되는 롤 표면에 WC-Co 용사분말에 W을 첨가하여 WC-Co-W의 형태로 분말을 제조하여 용사코팅을 실시함으로써 용융아연에 대한 코팅 층의 내식성을 향상시킴으로써 코팅 층의 장 수명화를 실현할 수 있는 용융아연에 대한 내식성이 우수한 용사분말 및 용사코팅에 관한 것이다.

Description

내식성이 우수한 텅스텐카바이드-코발트-텅스텐계 용사용 분말{A Metallizing Spraying Powder made with WC-Co-W having Superior Anticorrosion Effect}

본 발명은 부식성이 심한 용융아연 욕 중에 침지되어 사용하는 롤과 이에 비롯한 기타 부재에 대하여 사용되는 WC계 용사코팅의 분말과 용사코팅에 관한 것으로서, 특히 용융아연에 내식성이 강한 WC-Co계 코팅의 형성을 위한 용사분말의코팅에 관한 것이다.

용융아연 도금공정에는 강판의 표면에 아연을 도금하기 위하여 용융아연욕조가 설치되어 있어 강판이 그 속을 통과하게 되어 있다. 용융아연 욕조 내에는 대개 세 개의 롤이 각각 설치되어 있어 아연욕조 내부를 지나는 강판을 가이드 하는 역할을 하고 있다. 이 롤 들의 재질은 대개 스테인레스로 되어 있는데 스테인레스강은 용융아연에 의하여 반응이 쉽게 일어나 침식이 되어지고 그로 인하여 도금제품의 표면에 결함을 유발시키는 원인이 된다. 따라서 롤 표면을 깨끗하게 유지하고 롤의 수명을 연장하기 위하여 일반적으로 롤의 표면에 용사코팅을 실시하여 사용되고 있다.

그런데, 현재 가장 많이 사용되는 용사코팅 층의 성분은 WC-12wt%Co 인데,(이하 %는 모두 중량%를 의미함) 코팅성분 중 WC는 아연과 반응하지 않기 때문에 별문제가 없지만 코발트는 용융아연에 의하여 쉽게 침식을 당하기 때문에 코팅 층의 수명이 짧아지는 원인이 된다. 그러므로 코팅 층의 내식성을 높이기 위해서는 코팅 층에서 WC입자를 결합시키는 역할을 하는 바인더인 코발트의 내식성을 높여서 작업을 실시해야 한다.

이러한 방법으로 기존에 가장 많이 사용되는 WC-12%Co 코팅용 분말은 소결하여 제조한 것을 특징으로 하고 있다. 공지된 WC-Co 분말의 제조상의 특징은 WC와 Co분말을 혼합, 소결하여 금속상으로 존재하는 Co가 WC와 반응하도록 하여 용융아연에 대하여 내식성이 좋은 Co3W3C 와 같은 복합탄화물을 형성함으로써 금속상으로 존재하는 Co의 비율을 떨어뜨림에 있다. 그러나 이와 같은 방법으로 제조된 WC-Co분말의 경우에는 금속상으로 존재하는 Co의 양을 지나치게 떨어뜨리는 경우에는 Co가 바인더 역할을 하지 못하여 용사코팅이 잘 되지 않는 단점이 있다.

그런데 일반적으로 Co 중에는 W, C가 고용될 수 있는데 WC-Co 분말에 존재하는 금속상의 Co는 순수한 Co가 아니고 그 속에 약간의 W과 C가 고용되어 있다고 보아야 한다. 그러나 필요에 의하여 Co중의 W함량을 높이고자 하는 경우에 기존의 방법으로 WC-Co분말을 제조하면 Co 중의 W함량을 10% 이상으로 하기가 곤란한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고, 종래 사용되던 WC-Co 코팅의 용융아연에 대한 내식성을 향상시키기 위하여 발명한 것으로서, WC-Co 용사분말에 W을 첨가하여 WC-Co-W의 형태로 분말을 제조하여 용사코팅을 실시함으로써 용융아연에 대한 코팅 층의 내식성을 향상시킴으로써 코팅 층의 장 수명화를 실현할 수 있는 용융아연에 대한 내식성이 우수한 용사분말 및 용사코팅을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1 ; Co에 함유된 W의 비율에 따른 알루미늄 0.2% 첨가된 아연 욕에서의 무게감량을 나타낸 그래프

도 2 ; 기존의 WC-Co 용사분말을 사용하여 코팅된 아연욕 침지롤을 56일간 사용한 후의 알루미늄과 아연의 코팅층으로의 침식깊이를 전자 현미경으로 분석한 결과를 보여주는 사진

도 3 ; 본 발명에 의하여 제조된 코팅분말 및 코팅을 사용하여 아연욕 침지롤에 코팅하여 55일간 사용한 후에 코팅층으로의 알루미늄 및 아연의 침식깊이를 전자현미경으로 분석한 결과를 보여주는 사진

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성과 작용은 아래와 같다. 본 발명은 용융아연과 접하는 부재에 사용되는 WC의 비율은 8% 이상 50% 이하의 중량 비로 하며, 나머지 W과 Co의 비율에 있어서 W과 Co를 합친 금속성분 중 W의 함량을 10% 이상 50% 이하로 첨가하여 WC-Co-W의 삼원계 성분으로 용사분말을 제조하여 용사 코팅한다.

이하 본 발명에 의한 WC-Co-W의 용사분말 및 코팅에 관하여 상세히 설명한다. 먼저, WC-Co-W 용사분말은 WC, Co, W를 혼합하여 제조하는데 그 혼합비에 있어 WC의 함량을 8% 이상 50% 이하로 제한하는 이유는, 일반적으로 용융 아연도금강판을 제조하는 공장에서 사용되는 아연 욕 (주성분)중에는 알루미늄이 0.1 0.24% 정도 포함되어 있다. 그러므로 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 순수 Co, Co-10%W, Co-20%W, Co-30%W의 성분으로 이루어진 합금을 제조하여 알루미늄이 0.2% 첨가된 아연 욕 중에서 내식성을 비교 실시한 결과를 도 1에 나타내고, 이때 아연욕의 온도는 460C로 유지 실시하였다.

1차적으로 도1의 좌측 상단에 있는 작은 그래프는 Co-20%W과 Co-30%W의 무게감량경향을 정확히 비교하기 위하여 무게감량을 나타내는 Y축의 범위를 달리하여 실시한 결과에 의하면 Co-W 화합물중에 함유된 W의 양이 증가할수록 아연에 의한 무게감량이 현저하게 줄어들어 내식성이 크게 증가하는 것을 알 수 있으며, 순수 Co의 경우는 Co-10%W인 경우와 거의 동일한 경향을 보 이나 (미 도시- 동일 조건임) W의 첨가로 Co의 용융아연에 대한 내식성 향상 효과를 거두기 위해서는 첨가되는 W의 함량이 7% 이하에서는 아연에 의한 용사층 무게감량이 높아지고 내식성이 현저히 저하되어지는 원인이 발생되어지며, 도 1에 의거한 내식성을 단적으로 비교하여 Co중에 W이 20%가 첨가되었을 경우, W이 첨가되지 않을 시나 10% 첨가된 된 경우에 비하여 내식성이 35배 정도 향상 되고 또한, 30% 첨가된 경우에는 200배 이상의 내식성이 향상됨을 알 수 있다.

또한, Co-20%W, Co-30%W의 경우를 비교하면 Co-30%W의 경우가 Co-20%W보다 6배 이상 내식성이 우수함을 알 수 있으며, Co-40%W의 경우에는 Co-30%의 경우와 거의 유사한 내식성을 나타내었으나 그래프 중에 표시하지는 않았다.

WC함량 50% 이상에서는 코팅 층의 미소경도가 HV 700 이하로 .떨어져 코팅 층의 내마모성이 크게 떨어지고 WC함량8% 이하에서는 WC의 함량의 나머지 성분인 Co, W을 합한 중량비가 바인더 역할을 하는 금속성분의 양으로서는 너무 작아지게 되어 용사코팅 시에 분말의 실수 율(용사코팅 시 분말의 공급량에 대한 코팅 층으로 형성된 분말의 무게 비)이 떨어지고 코팅 층의 기공이 많아지는 역효과가 나타나기 쉽다. 그러므로 용사코팅작업 시에 효율을 떨어뜨리지 않음과 동시에 코팅 층의 미소경도를 HV1000 이상으로 유지하기 위해서는 보다 바람직한 WC의 함량의 범위는 8% ~ 50% 이하로 제한함이 가장 바람직하다.

그리고 W과 Co를 합친 금속성분 중 W의 함량을 10% 이상 50% 이하로 제한하는 이유는 먼저 도1의 결과와 같이 10% 정도의 W으로는 내식성향상 효과를 거둘 수 없기 때문이고, 50% 이상에서는 W의 양이 지나치게 많으면 W의 용융점이 3000C 이상으로 높기 때문에 바인더역할을 해야 할 Co-W 성분의 용융이 균일하게 일어나지 않게 되어 코팅 층의 밀착력이 떨어지고 코팅 층 내부에 기공의 양이 많아지는 원인이 된다. 때문에Co-W 의 평형 상태도에 의한 Co과 W이 석출되지 않고 고용될 수 있는 원인이 되어지므로 상기와 같은 원인에 의한 최대의 W 함유량은 38% 정도가 가장 적정한 용사과정 이므로 용사분말이 용해되어 코팅 층을 형성하는 경우에는 용융 후에 급냉 시 평형상태에서 보다 더 많은 양의 W을 고용할 수 있다. 그러므로 Co, W을 합한 양에 대한 W의 함량을 10% - 50% 정도로 조절하는 것이 가장바람직하다.

실시 예

용융아연도금공장에서는 아연 욕 중에 침지되어 사용되는 롤을 WC-Co코팅을 하여 사용하고 있는데 기존에 사용하고 있던 WC-12%Co코팅과 본 발명에 의하여 제조된 WC-Co-W코팅 층을 아연 욕 침지롤에 대하여 코팅을 실시하여 실제의 용융 아연도금공장의 아연 욕 중에서 사용한 후에 코팅 층이 아연 및 아연 중에 포함된 알루미늄에 의하여 침식된 깊이를 비교하였다.

아연 욕 중에서 침지 시험한 WC-Co-W 용사분말의 성분비는 WC 38%, Co 44 % W 18%로 하였다. 이때 바인더가 되는 Co, W 의 금속성분 중에 함유된 W의 비율은 29 % 가 된다. 이러한 성분비로 제조된 용사분말을 고속용사방법(High Velocity Oxygen Fuel)의 일종인 JP 5000 용사기를 사용하여 롤에 코팅을 하였다.

도2는 기존의 방법으로 코팅한 경우 아연 욕에 의해서 침식당한 코팅 층의 깊이를 조사하기 위하여 용융아연도금공정에서 56일간 사용한 롤을 절단하여 전자현미경을 사용하여 알루미늄과 아연의 침식깊이를 조사한 결과를 나타낸 것이다. 분석결과에 의하면 알루미늄의 침식깊이는 37 m이고 아연의 침식깊이는 43 m 인 것으로 나타났다.

도 3은 상기한 바와 같이 본 발명에 의하여 제조된 용사코팅을 롤에 적용하여 용융아연도금공장에서 55일간 사용한 후에 롤을 절단하여 침식 깊이를 분석한 결과를 나타낸 것이다. 그 결과 알루미늄과 아연의 코팅 층 침식 깊이는 각각 6 m 와 8m로 기존의 코팅방법에 비하여 코팅 층의 내식성이 현저하게 향상된 것을 알수 있다.

상기한 실시 예에서와 같이 본 발명은 기존의 WC-Co 용사코팅대신에

WC-Co-W 코팅분말을 제조하여 코팅함으로써 코팅의 수명을 장 수명화 할 수 있다. 그 이유는 WC-Co 코팅 층의 경우 WC 성분은 아연과 반응하지 않고 Co 금속상을 통하여 아연과 아연 중에 소량 함유된 알루미늄에 의하여 침식반응이 일어나 코팅 층의 수명이 짧은데, 본 발명에서는 코팅 층 중에서 침식을 당하는 성분인 Co에 W을 첨가하여 금속성분의 내식성을 향상시킴으로써 전체적인 코팅 층의 수명이 길어지게 되는 실용상의 그 효과가 있는 것이다.

Claims

WC가 8∼50 중량 % 함유되고 나머지가 W와 CO로 이루어지되 W는 W와 CO의 함유량중 10∼50% 인 것을 특징으로 하는 내식성이 우수한 WC-CO-W계 용사용 분말.