KR20040088544A - 내마모성 코팅 재료를 기계 부품에 피복하는 방법 및 그에의해 형성되는 기계 부품 - Google Patents

Abstract

본 발명에는 적어도 일부분이 용사 공정에 의해 코팅 재료로 코팅되는 기계 부품 표면(22)이 개시되어 있다. 상기 코팅 재료를 하부 표면에 적어도 부분적으로 확산시킬 수 있는 소정의 시간 및 소정의 높은 온도에서 상기 코팅 재료는 열처리되어, 코팅 재료와 하부 표면 사이에 경부가 형성된다. 동일한 상기 코팅 재료로 이루어진 복수 개의 층(24)을 상기 기계 부품의 표면(22)에 마련하기 위해, 추가 코팅 재료 층(24)을 피복하고, 각 코팅 재료 층을 연속적으로 열처리하며, 그 결과 코팅 재료는 입자(21) 사이 그리고 적어도 상기 코팅의 층 사이의 접점에서 경부(23)가 형성된다. 이러한 코팅을 기계 부품 표면에 형성하는 방법도 개시되어 있다.

Description

내마모성 코팅 재료를 기계 부품에 피복하는 방법 및 그에 의해 형성되는 기계 부품{THERMAL SPRAYING OF A MACHINE PART}

기계 부품은 특정 요건, 특히 예컨대 강도, 방식성(防蝕性), 내마모성, 연성(延性) 및 재료의 탄성 등에 관한 요건을 충족시켜야 한다.

현재, 기계 부품은 대개 주철 블랭크로 제조되고 있는데, 이 주철 블랭크는 강도 및 탄성에 관하여 재료에 부과되는 요건을 실질적으로 충족시키지만 소정 한계 이상으로 가열되면 마모 문제가 발생된다. 대다수의 기계 부품은, 예컨대 엔진 시스템의 미끄럼 표면과 마찬가지로 상호간의 내부 마찰로 인해 마모되기 쉽다. 특히, 대형 선박 엔진의 경우에 마찰력은 그 크기가 대규모일 수 있다. 마찰 이외에도 고온 환경은 재료의 강도를 저하시킬 수 있고, 고온에서 필요한 스커핑 저항성을 갖지 않는 주철로 제조된 기계 부품은 급속히 크게 마모될 수 있다. 따라서, 주철 엔진 부품은 마모에 노출되는 대부분의 표면에 내마모층 또는 저항층이 마련된다.

그러나, 상기 블랭크의 재료와 상기 내마모층의 재료 사이에 충분히 강한 결합을 형성하기가 곤란하고, 내마모층의 재료가 블랭크의 재료로부터 박리될 우려가 있기 때문에 문제가 야기된다. 박리가 일어나는 경우에, 블랭크 표면의 재료는 인접 기계 부품과 접촉하는 영역에서 마모에 노출되고, 그 결과 해당 기계 부품의 수명이 상당히 단축된다.

다른 문제점으로는 상기 표면들 사이의 결합이 비교적 강하더라도 코팅은 점차 마모되어 없어진다는 점이 있다. 내마모층이 손상되지 않는 한 기계 부품의 마모는 서서히 진행되지만, 일단 내마모층이 마모되어 없어지면 마모는 빠르게 진행된다. 그 결과, 가능하다면 기계 부품을 교환해야 하는 시기를 결정하기가 곤란해질 수 있다.

용사(鎔射)는, 예컨대 철 블랭크에 코팅을 피복하는 데 편리하게 사용된다. 일반적으로, 코팅의 피복을 위해 용사를 이용하는 경우의 한 가지 문제점은 이렇게 형성된 코팅에 소량의 유리(遊離) 입자가 포함된다는 점이다. 상기 유리 입자로 인해 2개의 기계 부품의 미끄럼 표면 사이에서 "삼체(三體) 마모"가 발생할 위험이 증대된다. 삼체 마모는 대개 전술한 마모의 점진적 진행을 야기한다.

기계 부품, 특히 엔진 부품의 일부 구역은 작동 시에 높은 온도와, 상당한 온도차, 그리고 고부식성 분위기의 영향에 노출된다. 따라서, 이러한 응력 유발 요인의 영향을 견뎌내기 위해, 기계 부품의 코팅은 전술한 내마모성 이외에도 상당 수준의 연성과 열적 안정성을 나타내야 한다. 여기서 연성이란, 재료에 균열이 생기기 이전에 있어서 재료의 최대 변형 가능 정도로서 이해된다. 작동 시에 그리고제조 중에, 열 충격과 높은 온도차는 기계 부품에 열처리 공정을 받는 것과 유사한 영향을 미칠 수 있는데, 이에 대해서는 이하에 더 기술한다.

코팅과 기재 사이에 강한 결합을 제공하기 위하여 실시되는 코팅의 후열처리 또는 소결 등의 다양한 방법이 공지되어 있다. 이러한 종래의 코팅 방법의 예가 미국 특허 제5,268,045호에 개시되어 있는데, 이 특허에서는 코팅할 가공품을 전기 화학적으로 청소하고, 오버레이 코팅을 제공하도록 금속(들)으로 용사하며, 높은 온도에서 후열처리를 행하여, 상기 금속(들)을 상기 가공품의 표면에 확산시킨다.

이러한 공정 중에, 코팅은 그 용융점에 이를 것이고, 예컨대 응력이 하부 기재에 유발되는 식으로 하부 기재도 영향을 받게될 우려가 있다. 또한, 이러한 공정에서는 연성이 저하된 경질의 코팅이 얻어진다.

이는 기재 상의 코팅에 관한 문제점이고 대개 곡선형 블랭크 상의 코팅에 관한 문제점이다. 블랭크에 피복된 코팅이 가열되는 경우, 블랭크도 가열되며, 그 결과 이는 기계 부품의 블랭크의 팽창으로 이어질 것이다. 열처리 이후에 기계 부품이 냉각되면 기계 부품은 본래의 형상을 되찾고, 그 결과 새롭게 결합된 코팅은 기계 부품의 블랭크를 따르도록 강제될 것이다. 코팅이 예컨대 곡선형 표면에 피복된 경우, 상기 코팅은 냉각 중에 인장 응력을 받게되고, 그 결과 균열 또는 박리가 일어날 수도 있다. 이는 기계 부품의 작동 수명의 단축으로 이어질 수 있다.

종래 기술에 관한 다른 문제점은 본 명세서에 보다 상세히 기술되어 있다. 따라서, 기계 부품에 강하게 결합하는 유연한 내마모성 코팅을 제공하는 방법을 알아내는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명은 응력 유발을 최소화하고 코팅 내에 유리 입자 및 실질적인 균열이 존재할 위험을 감소시키면서 코팅을 기계 부품에 피복하는 방법을 알아내는 것을 그 목적으로 한다. 전술한 문제점을 극복한 기계 부품의 코팅 피복 방법은 아직 알려지지 않았다.

본 발명은 용사 공정에 의해 코팅 재료가 피복되고, 상기 코팅 재료가 높은 온도에서 열처리되는 기계 부품, 바람직하게는 엔진의 기계 부품에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 코팅을 기계 부품에 피복하는 방법을 개시한다.

도 1은 본 발명에 따른 기계 부품에 코팅 재료를 피복하는 방법을 이용하는 장치의 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 코팅을 포함하는 기계 부품의 일부분의 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 도 2에 도시된 기계 부품을 부분 확대하여 보여주는 개략도.

도 4는 다른 종래 기술의 방법을 이용하여 형성된 코팅의 예를 보여주는 개략도.

본 발명의 목적은 코팅의 피복 방법, 특히 기계 부품에 대한 코팅의 피복 방법을 제공하는 것으로서, 상기 코팅은 내마모성, 탄성, 방식성, 경도, 열적 안정성 및 연성에 관한 요건을 충족시킨다.

본 발명의 다른 목적은 종래 기술에서 발견된 전술한 단점이 없는 코팅된 기계 부품을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 특징 및 장점은 후술하는 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 기계 부품의 표면의 적어도 일부분에 코팅 재료를 피복하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 상기 코팅 재료를 용사 공정에 의해 피복하는 단계와, 상기 코팅 재료를 하부 표면에 적어도 부분적으로 확산시킬 수 있는 소정의 시간 및 소정의 높은 온도에서 상기 코팅 재료를 열처리하는 단계, 그리고 동일한 상기 코팅 재료로 이루어진 복수 개의 층을 상기 기계 부품의 표면에 마련하기 위해 추가 코팅 재료 층을 피복하고 각 코팅 재료 층을 연속적으로 열처리하는 단계를 포함하고, 상기 열처리 단계에 의해 적어도 상기 코팅의 입자 사이의 접점에 경부(頸部)가 형성된다.

본 발명의 방법에 따르면, 코팅 재료와 기계 부품의 표면 사이에 강한 결합이 형성되고, 코팅 내에도 강한 내부 결합이 형성된다. 코팅 재료가 기계 부품에피복될 때 받게 되는 가열 온도를 제어함으로써, 코팅 재료와 기계 부품의 표면에서 입자 사이의 접점에 경부(미세 용접부)가 형성되고, 그 결과 이들 입자 사이에 강한 결합이 형성된다. 기계 부품과 코팅의 재료에 따라, 상기 접점의 경부는 상기 재료를 코팅 재료의 용융점보다 낮거나 근접한 가열 온도에 노출시키는 것에 의해 형성된다. 기계 부품에 대해 이용되는 코팅 재료는 대개 매트릭스 재료와 보강 재료로 이루어진다. 기계 부품에 피복되는 코팅 재료는 코팅의 보강 재료의 용융점의 60 내지 80%의 범위 내에 있는 것이 좋지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 따라서, 상기 경부를 재료에 형성할 때에, 매트릭스 재료는 단기간 동안 그 용융점에 가까운 온도로 가열될 것이다. 본 발명에 따른 방법에 의하면, 코팅의 입자 사이에 있는 개기공을 포함하는 코팅이 제공된다. 또한, 본 발명에 따르면, 기계 부품의 코팅에서 유리 입자를 감소시킨다는 목적이 충족된다.

용사 장치 및 열처리 장치를 상기 기계 부품에 연결하고 이 기계 부품에 대해 상대적으로 이동시켜, 상기 기계 부품에 상기 코팅 재료를 피복하고 열처리를 행하는 것이 바람직하다.

상기 이동을 제어함으로써, 열에 대한 노출 시간이 바람직한 방식으로 제어될 수 있다.

상기 기계 부품을 높은 온도에서 바람직하게 열처리하기 위해, 유도 가열을 이용하는 것이 바람직하다. 유도 가열에 의한 열처리가 효과적이고 저렴한 것으로 고려되지만, 당업자에게 알려진 그 밖의 방법이 이용될 수 있다. 이러한 다른 방법의 한 가지 예가 레이저이다.

본 발명에 따른 방법의 다른 유익으로는, 상기 기계 부품에 형성된 코팅이 고르게 분포된 공극률을 갖는다는 점이 있다. 상기 기계 부품에 형성된 코팅은 그 공극률이 1 내지 15 체적%인 것이 바람직하다. 따라서, 이렇게 형성된 기공을 포함하는 코팅 재료는 사용 중에 유발되는 응력에 의해 야기되는 변형 및 결함을 흡수할 수 있는 능력을 갖는다.

또한, 개기공은 사용 중에 기계 부품에 윤활 효과를 제공하여 마찰 및 마모를 감소시키는 윤활 물질에 대한 버퍼(buffer)로서 사용될 수 있다. 그러나, 폐기공은 외부로부터 공급되는 윤활 물질을 쉽게 수용할 수 없으므로, 필요에 따라 기계 부품에 조금 사용된다.

또한, 상기 코팅 재료 층은 대개 그 두께가 각각 0.005 내지 0.40 mm이다. 본 발명의 방법에 따르면, 한 층의 두께는 대략 0.01 mm인 것이 바람직하다. 본 발명의 방법에 따른 하나의 코팅 층의 두께는, 열에 노출되는 동안에 코팅 층의 입자 사이의 접점에 바람직한 경부가 형성되도록 0.005 내지 0.10 mm인 것이 좋다.

본 발명에 따른 바람직한 방법에서, 상기 코팅 재료는 상기 용사 공정에 급송될 때 분말 형태이다. 별법으로서, 상기 코팅 재료는 효과적이면서 제어되는 제조 공정을 달성하기 위해, 상기 용사 공정에 급송될 때 와이어 형태이다.

본 발명의 특히 바람직한 방법에서, 이 방법은 곡선형 표면을 포함하는 기계 부품에 적용되고, 이 곡선형 표면의 적어도 일부 구역에 상기 코팅 재료가 피복된다. 이러한 기계 부품의 경우에 본 발명의 방법이 특히 적합한데, 그 이유는 종래의 코팅 기술을 곡선형 기계 부품에 이용하였을 때 유발되는 응력과 관련한 문제점이 배경 기술에서 언급한 바와 같이 특히 대처하기 어렵기 때문이다. 이러한 응력 유발을 더 최소화하기 위하여, 상기 코팅 재료의 피복 단계 이전에 상기 기계 부품을 예열한다.

본 발명에 따르면, 용사 공정에 의해 코팅 재료가 피복되고, 상기 코팅 재료를 하부 표면에 적어도 부분적으로 확산시킬 수 있는 소정의 시간 및 소정의 높은 온도에서 상기 코팅 재료가 열처리되며, 동일한 상기 코팅 재료로 이루어진 복수 개의 층을 기계 부품의 표면에 마련하기 위해 추가 코팅 재료 층이 피복되고 각 코팅 재료 층이 연속적으로 열처리되는 기계 부품으로서, 상기 코팅 재료는 상기 코팅의 입자 사이의 접점에 경부를 포함하는 것인 기계 부품이 제공된다.

본 발명의 기계 부품의 바람직한 실시예에 따르면, 코팅 재료와 기계 부품의 표면 사이에 강한 결합이 얻어지고, 코팅 내부에도 강한 내부 결합이 얻어진다. 코팅 재료가 기계 부품에 피복될 때 받게 되는 열을 제어함으로써, 코팅 재료와 기계 부품의 표면에서 입자 사이의 접점에 경부(미세 용접부)가 형성되고, 그 결과 이들 입자 사이에 강한 결합이 형성된다. 기계 부품과 코팅용으로 선택된 재료에 따라, 상기 접점의 경부는 상기 재료를 코팅 재료의 용융점보다 낮은 열에 노출시키는 것에 의해 형성된다.

기계 부품 상의 코팅 재료를 열처리하는 높은 온도는 코팅에 대해 사용된 보강 재료의 용융점의 60 내지 80%의 범위 내에서 적용되는 것이 좋지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 본 발명의 방법에 의하면, 코팅의 입자 사이에 개기공이 형성되는 코팅 재료가 제공된다. 이러한 코팅 재료는 금속, 금속 합금, 탄화물, 규산염, 세라믹, 산화물, 서멧(cermet) 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 그룹에서 선택되는 것이 적절하다.

본 발명에 따르면, 상기 코팅 재료는 Cr₃C₂, Cr₂O₃, CuAl 및 Al₂O₃로 이루어진 그룹에서 선택된 금속 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 화합물과 금속 합금은 마모 성능 및 미끄럼 성능이 우수한 고품질의 기계 부품 코팅을 형성하는 데 매우 적합한 것으로 판명되었다. 바람직한 실시예에 따른 코팅은 일부가 금속 형태이고 일부가 보강물 형태인 혼합물을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 코팅 재료는 서멧이다. 서멧은 세라믹과 금속 또는 합금을 혼합한 소정 그룹의 코팅이다. 널리 사용되는 예로는, 니켈/크롬 매트릭스의 크롬 탄화물(세라믹 성분)이 있다. 당업자라면 본 발명에 따른 기계 부품에 코팅을 형성하기 위해 그 밖의 세라믹 화합물, 합금 및 서멧(본원에 언급되지 않음)을 이용할 수 있다는 것을 알 것이다.

또한, 본 발명에 따르면 각 코팅 재료의 층의 두께가 대개 0.005 내지 0.10 mm인 기계 부품에 제공된다. 본 발명의 기계 부품에 따르면 한 층의 두께는 대략 0.01 mm인 것이 바람직하다. 본 발명의 기계 부품에 따르면 코팅 층의 두께는, 제조 중에 코팅 층의 입자 사이의 접점에 바람직한 경부가 형성되도록 0.005 내지 0.10 mm인 것이 좋다. 코팅의 총 두께는 기계 부품의 크기 및 타입에 따라 결정된다. 선박의 디젤 엔진에 사용되는 기계 부품의 경우, 코팅의 총 두께는 약 5 mm에 이를 수 있다.

이제 본 발명의 현재 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조로 하여 보다 상세히 기술한다.

본 발명에 따른 현재 바람직한 방법을 본 발명에 따른 기계 부품의 바람직한 실시예와 함께 첨부 도면을 참조로 하여 기술한다.

이제 도 1을 참조하면, 기계 부품(1)은 코팅이 피복되도록 배치되어 있다. 코팅 제조 장치는 용사 장치(3)와 열처리 장치(5)를 더 포함한다. 예컨대, 용사로부터 주변 요소를 보호하기 위해 보호 덮개(도시 생략)가 제공되는 것이 바람직하지만, 반드시 필요한 것은 아니다. 또한, 열처리 장치(5)는 인덕터로 구성된다. 인덕터(5)는 기계 부품(1)의 크기에 따라 다양한 방식으로 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 하나 이상의 인덕터(5)가 도시되어 있다. 청소된 기계 부품(1)이 코팅 장치에 의해 처리되도록 배치된다. 기계 부품은 주철 블랭크인 것이바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 코팅 재료(4)는 기계 부품(1)의 필요한 부분에 용사에 의해 피복된다. 용사 장치(3)는 당업자에게 잘 알려진, 예컨대 플라즈마, 아크, HVOF, 또는 화염 용사 기술을 이용하는 것이 좋다.

기계 부품(1)은 용사 장치(3) 및 열처리 장치(5)에 대해 연속적으로 이동되거나 그 반대로 용사 장치 및 열처리 장치가 기계 부품에 대해 이동되어, 코팅 재료는 용사되는 동시에 높은 온도에서 열처리될 수 있다. 본 발명의 바람직한 방법에 따르면, 코팅되는 기계 부품 표면의 주위 속도는 코팅 재료를 피복하고 열처리를 행할 때 용사 장치에 대하여 대략 20 m/min이다.

바람직한 실시예에 따른 코팅은 일부가 금속 형태이고 일부가 보강 재료 형태인 혼합물을 포함한다. 코팅 재료는 단기간에 상기 코팅 내의 보강 재료의 용융점의 60 내지 80%로 가열되는 것이 바람직하다.

코팅 재료(4)를 피복하고 코팅 재료(4)를 열처리하는 각 사이클이 종결되면, 기계 부품의 표면에는 도 2에 예시된 새로운 코팅 층(24)이 형성된다. 도 2에는 원리를 예시하기 위해 3개의 층(24) 만이 도시되어 있지만, 보통은 10개 이상의 층, 바람직하게는 50개 이상의 층이 피복된다. 물론, 층(24)의 개수는 예컨대 층(24)의 두께 등에 따라 결정된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 각 코팅 층(24)의 두께는 대개 0.01 mm이다. 기계 부품(1)에 피복된 코팅(24a)의 총 두께는 대략 0.8 mm인 것이 바람직하지만, 대략 5 mm에 이를 수도 있다. 그러나, 이러한 수치는 이용되는 특성을 알려주기 위해 단지 예로서 주어진 것이며, 당업자라면 예컨대 층(24)의 두께와, 코팅의 제조 중의 주위 속도, 그리고 층(24)의 개수 등과같은 특성을 코팅할 본 발명의 기계 부품(1)의 특정 요건에 따라 조정할 수 있다는 것을 알 것이다.

또한, 본 발명에 따르면 코팅 재료(4)는, 예컨대 Cr₂O₃및 Al₂O₃등으로 이루어진 그룹에서 선택된 금속 화합물을 포함한다. 이들 화합물과 금속 합금은 기계 부품에 고품질의 코팅을 형성하는 것으로 확인되었다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 코팅 재료는 서멧이다. 서멧은 적어도 세라믹과 금속 또는 합금을 혼합한 소정 그룹의 코팅이다. 널리 사용되는 예로는, 니켈/크롬 매트릭스의 크롬 탄화물(세라믹 성분)이 있다. 당업자라면 본 발명에 따른 기계 부품에 코팅을 형성하기 위해 그 밖의 세라믹 화합물, 합금 및 서멧(본원에 상세히 언급하지 않음)을 이용할 수 있다는 것을 알 것이다.

본 발명의 기계 부품(1)의 바람직한 실시예에 따르면, 코팅 재료(4)와 기계 부품의 표면(22) 사이에 강한 결합이 형성되고, 코팅 내에도 강한 내부 결합이 형성된다. 코팅 재료가 기계 부품(1)에 피복될 때 받게 되는 열을 제어함으로써, 코팅 재료(4)는 코팅과 기계 부품의 표면에서 입자 사이의 접점에 경부(미세 용접부)가 형성되도록 강제되고, 그 결과 이들 입자 사이에 강한 결합이 형성된다. 기계 부품 상의 코팅 재료를 열처리하는 높은 온도는 적어도 상기 코팅 재료 중의 보강 재료의 용융점의 60 내지 80%의 범위 내에 있는 것이 좋지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

또한, 이는 하나의 층(24)에 있어서 입자(21) 사이의 결합을 확대하여 개략적으로 보여주는 도 3에 예시되어 있다. 본 발명에 따른 방법에 의하면, 기계 부품의 코팅이 제공되고, 상기 코팅은 그 입자(21) 사이에 개기공이 형성되어 있다. 기계 부품(1)과 코팅의 재료에 따라, 상기 접점의 경부(23)는 상기 재료를 코팅 재료의 용융점보다 낮은 열에 노출시키는 것에 의해 형성된다. 상기 접점의 경부(23)는 코팅에 추가적인 강도를 제공한다. 따라서, 상기 코팅을 높은 온도에 노출시키는 단계로 인해, 단지 용사에 의해서만 일반적으로 형성되는 기계적 결합에 비하여 훨씬 더 강한 결합이 이루어진다.

도 4에는 전술한 기계 부품의 코팅 이외의 다른 용례에서 유익할 수 있는 과잉 열을 코팅 층에 또는 기재의 전체 코팅에 인가한 경우의 결과를 보여준다. 기재의 코팅 중에 과잉 열을 인가한 경우, 코팅 재료는 용융될 것이다. 도 3에 예시된 코팅된 부품의 크기와 비교할 수 있도록, 도 3에 도시된 부품의 크기는 도 4에 도시된 부품의 크기와 거의 동일하다. 도 4에 도시된 코팅은 공극률이 현저히 낮아지고, 그 공극률은 고르게 분포되어 있지 않다는 것과, 기공이 폐쇄되어 있다는 것을 알 수 있다.

폐기공은 대개 윤활 효과를 전혀 제공하지 못한다. 또한, 불균일하게 분포된 소수의 기공을 갖는 상기 코팅에 의해 제공되는 연성은, 대개 기계 부품의 코팅에 사용하기에 충분하지 않다. 상기 코팅 내의 결합은 강하지만, 전술한 그 밖의 특징은 기계 부품에 적용될 조건을 충족시키지 않는다. 본 발명에 따른 열처리 중에 코팅의 복수 개의 층 사이에 그리고 이들 층 내에 경부가 형성되기 때문에, 우수한 연성과 내마모성을 갖고 강하게 결합된 코팅이 얻어질 수 있다.

또한, 코팅을 피복하는 데 과잉 열을 이용한 경우, 기계 부품의 그 밖의 특성이 악영향을 받을 우려가 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 기계 부품 블랭크에 대한 손상이 제한되고, 상기 블랭크에 대한 부착성이 양호하며, 충분한 개기공과 공극률을 제공하는 코팅을 기계 부품에 형성하는 방법이 제공된다.

본 발명에 따른 코팅은 마모에 노출되는 기계 부품의 미끄럼 표면에 적절히 피복된다. 상기 코팅은 펌프, 유압 펌프 및 소화(消火)용 펌프의 미끄럼 표면에 사용가능한 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 코팅은 내연기관, 가장 바람직하게는 선박의 디젤 엔진에 사용되는 기계 부품을 피복하는 데 특히 적합하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 코팅은 실린더 라이너의 미끄럼 표면의 적어도 일부분에 피복된다. 실린더 라이너는 완전히 코팅될 수도 있고, 필요 부분이 예정된 패턴으로 코팅될 수도 있다. 상기 코팅 패턴의 한 가지 예로는 실린더 라이너의 내측면 상에 나선형 기하 구조로 마련되는 것이 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 기계 부품은 피스톤, 피스톤 로드, 또는 피스톤 스커트(piston skirt)이다. 피스톤의 환형 홈을 본 발명에 따른 코팅으로 코팅하는 것이 특히 적합한 것으로 고려된다. 본 발명의 또 다른 변형예에 따르면, 코팅은 스터핑 박스 링(stuffing box ring)의 내측 미끄럼 표면의 특정 부분에 부분적으로 또는 완전히 피복된다.

본 발명에 따른 코팅이 피복될 수 있는 그 밖의 변형예로는, 캠 샤프트 및/또는 크랭크 샤프트의 최소한의 적절한 일부분과 캠 샤프의 미끄럼 표면이 있다.

또한, 샤프트 팩킹의 미끄럼 표면에 본 발명에 따른 코팅을 형성하는 것이유익한 것으로 고려된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 연료 펌프의 미끄럼 표면에 본 발명에 따른 코팅 재료가 마련된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 바람직하게는 대형 2행정 디젤 엔진에 사용되는 입구 밸브 및/또는 출구 밸브 중에서 열이 가해지고 마모되는 부분에 코팅이 형성될 수 있다.

본 발명은 특정 실시예를 참조로 하여 상세히 기술되어 있지만, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 조성물을 기계 부품에 피복하는 데, 예컨대 플라즈마, HVOF 및 아크 용사 등의 다양한 방법이나 그 밖의 관련 방법이 이용될 수 있는 것으로 이해된다. 물론, 코팅을 피복하고 기계 부품(1) 상의 코팅에 열을 가하는 장치 및 방법은 현재의 요구에 맞게 조정될 수 있으며, 단지 예로서 주어진 전술한 방법에 국한되는 것이 아니다. 따라서, 레이저 장치로 코팅을 피복하는 다른 옵션도 가능하다.

Claims (25)

1. 기계 부품(1), 바람직하게는 엔진의 작동 부품의 표면(22)의 적어도 일부분에 코팅 재료를 피복하는 방법으로서,

   상기 코팅 재료를 용사(鎔射) 공정에 의해 피복하는 단계와;

   상기 코팅 재료를 하부 표면에 적어도 부분적으로 확산시킬 수 있는 소정의 시간 및 소정의 높은 온도에서 상기 코팅 재료를 열처리하는 단계; 그리고

   동일한 상기 코팅 재료로 이루어진 복수 개의 층(24)을 상기 기계 부품의 표면(22)에 마련하기 위해, 추가 코팅 재료 층(24)을 피복하고 각 코팅 재료 층(24)을 연속적으로 열처리하는 단계

   를 포함하고, 상기 열처리 단계에 의해 적어도 상기 코팅의 입자(21) 사이의 접점에 경부(頸部)(23)가 형성되는 것인 코팅 재료 피복 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 기계 부품의 코팅 재료의 상기 높은 열처리 온도는 상기 코팅 재료의 용융점의 60 내지 80% 범위에 있는 것인 코팅 재료 피복 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용사 장치(3) 및 열처리 장치(5)를 상기 기계 부품(1)에 연결하고 이 기계 부품에 대해 상대적으로 이동시켜, 상기 기계 부품(1)에 상기 코팅 재료(4)를 피복하고 열처리를 행하는 것인 코팅 재료 피복 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기계 부품(1)의 열처리는 유도 가열에 의해 행해지는 것인 코팅 재료 피복 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기계 부품에 형성된 코팅은 그 공극률이 고르게 분포되는 것인 코팅 재료 피복 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기계 부품에 형성된 코팅의 공극률이 1 내지 15 체적%인 것인 코팅 재료 피복 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기계 부품에 형성된 코팅의 기공의 적어도 10%가 개기공(23)인 것인 코팅 재료 피복 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 재료 층(24)은 각각 그 두께가 대개 0.005 내지 0.4 mm인 것인 코팅 재료 피복 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 재료는 상기 용사 공정에 급송될 때 분말 형태인 것인 코팅 재료 피복 방법.
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 재료는 상기 용사 공정에 급송될 때 와이어 형태인 것인 코팅 재료 피복 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 재료는 금속, 금속 합금, 탄화물, 규산염, 세라믹, 서멧(cermet) 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함하는 것인 코팅 재료 피복 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 재료는 Cr₃C₂, Cr₂O₃, CuAl 및 Al₂O₃로 이루어진 그룹에서 선택된 금속 화합물을 포함하는 것인 코팅 재료 피복 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기계 부품(1)은 상기 코팅 재료의 피복 단계 이전에 예열되는 것인 코팅 재료 피복 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기계 부품(1)은 곡선형 표면을 포함하고, 이 곡선형 표면의 적어도 일부 구역에는 상기 코팅 재료가 피복되는 것인 코팅 재료 피복 방법.
15. 용사 공정에 의해 코팅 재료가 피복되고;

    상기 코팅 재료를 하부 표면에 적어도 부분적으로 확산시킬 수 있는 소정의 시간 및 소정의 높은 온도에서 상기 코팅 재료가 열처리되며; 그리고

    동일한 상기 코팅 재료로 이루어진 복수 개의 층(24)을 기계 부품의 표면(22)에 마련하기 위해, 추가 코팅 재료 층(24)이 피복되고 각 코팅 재료 층(24)이 연속적으로 열처리되는 기계 부품(1)으로서,

    상기 코팅 재료는 상기 코팅의 입자(21) 사이의 접점에 경부(頸部)(23)가 형성되는 것인 기계 부품.
16. 제15항에 있어서, 상기 기계 부품의 코팅 재료의 상기 높은 열처리 온도는 상기 코팅 재료의 용융점의 60 내지 80% 범위에 있는 것인 기계 부품.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 기계 부품의 열처리는 유도 가열에 의해 행해지는 것인 기계 부품.
18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기계 부품에 형성된 코팅은 그 공극률이 고르게 분포되는 것인 기계 부품.
19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기계 부품에 형성된 코팅의 공극률이 1 내지 15 체적%인 것인 기계 부품.
20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기계 부품에 형성된 코팅의 기공의 적어도 10%가 개기공(23)인 것인 기계 부품.
21. 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 재료 층(24)은 각각 그 두께가 대개 0.005 내지 0.4 mm인 것인 기계 부품.
22. 제15항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 재료는 금속, 금속 합금, 탄화물, 규산염, 세라믹, 서멧 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함하는 것인 기계 부품.
23. 제15항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 재료는 Cr₃C₂, Cr₂O₃, CuAl, Al₂O₃및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 금속 화합물을 포함하는 것인 기계 부품.
24. 제15항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 재료는 서멧인 것인 기계 부품.
25. 제15항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅은 기계 부품(1)의 곡선형 표면의 적어도 일부분에 피복되는 것인 기계 부품.