KR20050092858A - 코터 블레이드의 제조 방법 및 이에 따른 코터 블레이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코터 블레이드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 코터 블레이드의 말단부가 WC-계 초경 재료로 직접 코팅되고, 응력 제거를 위해 열처리가 수행되어 내마모성이 증대된 코터 블레이드의 제조 방법 및 이에 따른 코터 블레이드에 관한 것이다,

본 발명에 따르면, 피복재료의 경도가 매우 높기 때문에 코터 블레이드의 내마모성이 증대되어 사용수명이 연장되고, 고속 고압의 HVOF 공법을 사용하므로 조직이 치밀화되어 내마모성이 증대되며, 열처리를 통하여 내부 응력을 제거함으로써 블레이드의 사용수명이 증대되고, 기지층과 피복층 사이에 접착성 향상을 위한 별도의 중간층 피복공정을 생략할 수 있어 공정의 단순화된다.

Description

코터 블레이드의 제조 방법 및 이에 따른 코터 블레이드{A METHOD OF PRODUCING A COATER BLADE AND THE SAME THEREFROM}

본 발명은 코터 블레이드의 제조 방법 및 이에 따른 코터 블레이드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 코터 블레이드의 말단부가 WC-계 초경 재료로 코팅되어 내마모성이 증대된 코터 블레이드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

코터 블레이드란, 제지 공장에서 인쇄용 도포지, 복사지, 인쇄지 등, 고급 용지를 제조하는 경우, 원지에 안료를 주성분으로 하는 수성 도료 등을 도포하는 공정에서 사용하는 코터 머신(coater machine)의 주요 장치이다. 이러한 코팅 작업은 상기와 같은 고급 용지를 제조함에 있어 종이 표면에 점토와 탄산칼슘의 혼합물을 도포하는데, 인쇄되는 활자나 사진등이 인쇄될때 퍼짐이 없이 선명하게 유지되도록 하기 위한 작업이다. 상기와 같은 코팅 재료는 나이프와 같은 형태로 된 상기 코터 블레이드에 의해 종이위에 얇게 도포된다. 이러한 도포 과정에서 상기 코터 블레이드는 안료등을 포함하는 수성 도료 및 종이와의 마찰에 의해 쉽게 마모되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 종래의 코터 블레이드는 통상적으로 강철 재질로 구성된 강대(鋼帶)에 내마모성이 우수한 재료가 코팅된 형태로 구성된다. 상기와 같은 종래의 코터 블레이드는, 일반적으로 두께 0.3 내지 0.8 mm, 폭 50 내지 150 mm, 길이 500 내지 7,000 mm 크기의 SK-4, SK-5 또는 SUS410 강대에, 내마모성 재료로서, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화크롬등과 같은 세라믹 재료를 각각 단독으로 또는 복합으로 피복하여 사용하고 있다. 그러나, 상기 강대와 세라믹 재료간에는 접착성이 매우 나쁘기 때문에 상기 강대와 세라믹 재료 사이에 접착성이 좋은 금속재료(예를 들면, Ni-Al 합금)로 구성된 중간층이 도 1 에 도시된 바와 같이 요철이 심한 형태로 형성되고, 이러한 중간층의 외측에 상기 세라믹 재료층을 플라스마 용사 방법에 의해 피복한다. 이러한, 종래의 코터 블레이드는, 예를 들면, JP 昭 59-88995 호에 공지되는데, 이러한 코터 블레이드는, 스프링강에 산화알루미늄, 산화알루미늄-산화티타늄, 산화크롬 등 세라믹 재료를 용사 피복하여 이전의 스프링강 코터 블레이드에 비교하여 3 내지 4 배 정도 수명연장이 가능하게 하였다. 그러나, 이들 블레이드는 고속 주행하는 종이와 안료를 함유한 수성도료에 의해 연속적으로 마찰되기 때문에 평균사용수명이 8 시간 내외로 매우 짧다는 것이 아직 문제점으로 남아있다. 또한, 상기 코터 블레이드의 강대와 내마모성 재료 사이에 중간층이 형성되어 별도의 피복공정이 개입되기 때문에, 공정이 복잡해질 뿐만 아니라, 비용 효과적인 면에서 불리하였다.

따라서, 본 발명은, 상기 코터 블레이드가 종이와 접하는 부위에 세라믹 재료보다 경도가 높은 재료를 피복하고 열처리함으로써, 사용수명을 연장하고, 또한 강대와 피복층 사이에 중간층을 없애, 별도의 피복공정을 생략함으로써, 제조 공정을 단순화 시키는 것을 그 과제로 한다.

상술한 바와 같은 과제는, 상기 코터 블레이드 강대가 종이와 접하는 부위 표면에 중간층 없이 직접적으로 WC 를 주성분으로 하는 초경합금 분말을 초고속화염용사법(HVOF)으로 용사하여 피복층을 형성하고, 내부 응력 제거를 위해 열처리를 행함에 의해 내마모성을 향상시키는 본 발명에 의해 해결된다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 창안된 본 발명은, 제지 공정에서 원지에 안료를 주성분으로 하는 수성 도료등을 도포하는데 사용되는 코터 블레이드의 제조 방법에 있어서, 강철재질로 구성된 상기 코터 블레이드 강대의 단부를 탄화텅스텐(WC)-계 초경합금 피복재료로 직접 피복하는 단계와, 내부 응력 제거를 위한 상기 피복된 코터 블레이드의 열처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 상기 코터 블레이드는 종이 및 수성 도료등과 마찰되면서 마모가 쉽게 일어나기 때문에, 이러한 마모를 방지하기 위해, 강철재질로 구성된 코터 블레이드 강대의 단부(종이와 접촉하는 부분)에는 통상의 코터 블레이드에서 내마모재로서 사용되던 세라믹재료 대신에, 이 보다 더 큰 내마모성을 갖는, 초경합금분말이 피복된다. 상기 초경합금분말은 탄화텅스텐(WC)계 초경합금 재료인 것이 바람직한 것으로 판명되었다. 특히, 상기 탄화텅스텐계 초경합금 피복재료는, WC 를 주성분으로 하고, 여기에 Co, Cr 이 각각 단독으로 포함되거나 또는 이것들이 혼합물로서 포함된 것이 바람직한 것으로 판명되었다. 이러한 재료는 상술한 바와 같이, 종래의 세라믹 재료보다 내마모성이 매우 우수하기 때문에 코터 블레이드의 수명을 연장시킬 수 있다.

상기 피복 공정은 특히, 고속산소화염용사법(HVOF)에 의해 수행되는 것이 바람직한데, 이는 상기 HVOF 공법의 경우 고속 고압하에서 용사가 수행되기 때문에, 종래에 세라믹 재료를 플라스마 용사 처리한 경우보다 조직을 더욱 치밀화시켜 내마모성을 증대시키는 효과를 가져온다. 또한, 상기 HVOF 공법은 플라스마 공법보다 기지층(강대)과 피복층간의 접착 강도가 높아 종래의 세라믹 피복층에서와 같은 접착성 향상을 위한 별도의 중간층 피복 공정을 생략할 수 있는 장점을 가지며, 이에 따라, 상기 코터 블레이드의 제조 공정을 더욱 단순화시키는 효과를 갖는다.

상기 피복 공정을 거친 본 발명에 따른 코터 블레이드는 추가적으로 열처리 공정을 거치게 된다. 이러한 열처리 공정은 상기 피복공정에서 형성된 내부 응력을 제거하기 위해 수행되는 공정으로서, 약 300℃ 내외에서 수행되는 것이 내부 응력의 제거에 적합한 것으로 판명되었으며, 이러한 열처리를 통하여 상기 코터 블레이드의 사용수명이 연장될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 2 는 본 발명에 의해 제조된 코터 블레이드의 단면 사진으로서, 고탄소 강대 표면에 용사재료로서 WC-120Co-4Cr 조성을 갖는 45 ㎛ 크기의 분말을 고속화염용사 피복처리한 코터 블레이드이다.

제조 실시예

도 2 에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 블레이드를 제조 하는 방법은, 먼저 고탄소 강대의 표면에서 피복하지 않을 부위는 가림 처리를 한 후, 상기 강대를 회전축에 권취하고 권취축을 서서히 회전시키면서 고정된 고속화염용사기로 용사시킨다. 상기 고속용사시 용사 연료는 등유를 사용하고, 산화 촉진재로는 산소를 사용하였다. 조업시 연소통의 압력은 100 psi, 연료 주입속도는 6.0 갈론/시간, 산소 주입량은 1850 scfh, 분말 주입속도는 23 그람/분 이었으며, 바랠 길이는 6 인치, 시료와 분사기 노즐 사이의 거리는 400 mm, 용사 각도는 90 도로 하여 분사후 공냉하였다. 용사시킨 코터 블레이드는 300℃ 내외로 가열된 열처리 노에 넣어 30 분간 가열후 공냉하여 용사도중 형성된 내부 응력을 제거하였다. 위와 같이 열처리한 코터 블레이드는 연삭기로 설계도면에 따라 연삭된다.

시험평가

본 발명에 따라 제조된 코터 블레이드와, 종래의 96%산화 알루미늄-4%산화지르코늄(복합분말)을 피복한 블레이드의 경도값 및 현미경 조직의 치밀도를 시험하여 비교하였다.

표 1 : 코터 블레이드의 물성 비교

피복재료	피복두께	피복층 경도(Hv200)	피복층기공율(%)(500배에서 면적율)
96%산화알루미늄+ 4%산화티타늄	100 ㎛	890	2.82
WC-12Co-4Cr	100 ㎛	1062	2.25

(1) 경도 측정

표 1 은 종래의 세라믹 재료 피복층과 본 발명에 따른 피복층의 경도값과 기공율 측정치를 비교한 것이다. 경도값은 미소경도시험기(Hv)를 사용하여 200g 하중으로 10 곳을 측정하여 그 평균값을 기재하였다. 표에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 코터 블레이드의 경도값은 세라믹 블레이드 보다 경도값이 약 20% 정도 증가한 것을 알 수 있다.

(2) 현미경 조직 관찰

한편, 종래의 세라믹 재료 피복층의 현미경 조직(도 1)과 본 발명에 따른 블레이드 피복층의 현미경 조직(도 2)을 500 배 현미경 조직을 영상 분석기를 사용하여 컴퓨터로 계산한 결과, 표 1 에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 블레이드의 기공율은 2.25% 임에 비하여, 종래의 세라믹 피복층은 기공율이 2.82%로 본 발명에 따른 블레이드의 피복층의 조직이 더욱 치밀함을 알 수 있다. 이러한 원인은 본 발명에서 사용한 고속화염 용사 공법이 플라스마 공법보다 분사속도가 높아 보다 치밀한 조직을 형성하기 때문이다.

(3) 종합평가

이상의 각 실험결과, 본 발명에 따른 코터 블레이드의 경우,

ⅰ) 종래의 세라믹 피복처리 제품보다 경도값이 20% 이상 높고,

ⅱ) 현미경 조직 시험 결과, 세라믹 피복처리 시료의 치밀도(기공율 2.82) 보다 더 높고(기공율 2.25%),

ⅲ) 종래의 세라믹 피복 처리의 경우와 달리 기지층(강대)과 피복층 사이에 접착 강도를 향상시키기 위해 별도 공정인 중간합금층 피복 공정을 생략할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 피복재료의 경도가 매우 높기 때문에 코터 블레이드의 내마모성이 증대되어 사용수명이 연장되고, 고속 고압의 HVOF 공법을 사용하므로 조직이 치밀화되어 내마모성이 증대되며, 열처리를 통하여 내부 응력을 제거함으로써 블레이드의 사용수명이 증대되고, 기지층과 피복층 사이에 접착성 향상을 위한 별도의 중간층 피복공정을 생략할 수 있어 공정의 단순화를 가져오는 등 탁월한 효과를 갖는다.

도 1 은 종래의 세라믹 코터 블레이드의 피복 상태를 나타내는 단면을 도시한 사진(상부의 검은 부분은 세라믹 코팅층; 파도 모양의 중간층은 Ni-Al 합금층; 하부의 밝은층은 SK-5 강대)이며,

도 2 는 본 발명에 의해 제조된 코터 블레이드의 단면을 도시한 사진이다.

Claims (8)

1. 제지 공정에서 원지에 수성 도료등을 도포하는데 사용되는 코터 블레이드의 제조 방법에 있어서,

   강철재질로 구성된 상기 코터 블레이드 강대의 단부를 탄화텅스텐(WC)-계 초경합금 피복재료로 직접 피복하는 단계와;

   내부 응력 제거를 위한 상기 피복된 코터 블레이드의 열처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코터 블레이드의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 피복 재료는 WC 를 주성분으로 하고, 여기에 Co, Cr 이 각각 단독으로 포함되거나 또는 이것들의 혼합물로서 포함된 것을 특징으로 하는 코터 블레이드의 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 피복 단계는, 고속산소화염용사법(HVOF)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 코터 블레이드의 제조 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 열처리는 300℃ 내외의 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는 코터 블레이드의 제조 방법.
5. 강철재질로 구성된 코터 블레이드 강대의 단부가 탄화텅스텐(WC)-계 초경합금 피복재료로 직접 피복된 후, 내부 응력 제거를 위해 열처리된 것을 특징으로 하는 코터 블레이드.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 피복 재료는 WC 를 주성분으로 하고, 여기에 Co, Cr 이 각각 단독으로 포함되거나 또는 이것들의 혼합물로서 포함된 것을 특징으로 하는 코터 블레이드.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 피복 단계는, 고속산소화염용사법(HVOF)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 코터 블레이드.
8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 열처리는 300℃ 내외의 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는 코터 블레이드.