KR20070049049A - 코팅 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 부품 코팅 방법은 부품의 제1 표면부에 세라믹 마스크를 인가하는 단계를 포함한다. 코팅은 부품의 제2 표면부에 인가되며, 적어도 부분적으로 마스크에 접촉한다. 마스크는 파괴식으로 제거된다.
세라믹 마스크, 파괴식 제거, 부품 코팅, AlOx 계열, 금속 기재 코팅.

Description

코팅 방법 및 장치{COATING METHODS AND APPARATUS}
도1은 코팅된 기재의 일 구획부의 단면도이다.
도2는 도1의 구획부의 일 부분의 확대도이다.
도3은 코팅 재료 인가 동안의 도2의 부분의 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20 : 부품
22 : 기재
24 : 구획부
28 : 보어
32 : 외측 카운터보어
46, 80: 코팅
60 : 마스크
본 발명은 보호 코팅에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 금속 기재에 보호 코팅을 인가하는 것에 관한 것이다.
항공 산업계에서, 금속 기재에 보호 코팅을 인가하는 것은 공지되어 있다. 예컨대, 코팅은 내마모성, 내열성, 내화학성 중 하나 이상을 제공하도록 구성될 수 있다. 전형적인 기재 재료로는 니켈계, 코발트계, 및/또는 철계의 초합금이 있다. 코팅 재료는 적용 분야에 따라 변할 수 있다. 전형적인 마모 코팅으로는 카바이드계의 코팅 및 MCrAlY 코팅을 포함한다. 이러한 코팅은 단층으로 또는 다층으로 인가될 수 있다. MCrAlY 코팅은 (예를 들어, 세라믹 탑 코트를 갖는) 다층 열차폐 코팅에서 본드 코트(bond coat) 층으로서 사용되는 것으로 또한 공지되어 있다. 전형적인 인가 방법으로는 고속 산소-연료(High Velocity Oxy-Fuel; HVOF)와 같은 고온 분무 방법이 있다.
코팅의 인가 동안 기재의 영역을 마스크해서 기재의 마스크된 부분이 코팅되지 않고 남아있게 하는 것이 종종 바람직하다. 인가된 때, 종종 코팅은 기재와 마스크의 인접 부분 사이를 메운다. 증착의 온도를 견디도록, 마스크는 통상적으로 금속이다. 코팅과 마스크 사이의 고착은 마스크의 제거시에, 치핑(chipping), 박리(delamination) 또는 기재를 따른 코팅의 기타 손상을 발생시킬 수 있다.
푸사로 주니어(Fusaro, Jr.) 등의 미국 특허 제6,592,948호는 열차폐 코팅용의 다부품/다단계 마스킹 시스템을 나타낸다. 이러한 통상적인 시스템은 금속 박판과 내구성 테이프의 조합을 이용한다.
본 발명의 부품 코팅 방법은 부품의 제1 표면부에 세라믹 마스크를 인가하는 단계를 포함한다. 코팅은 부품의 제2 표면부에 인가되며 적어도 부분적으로 마스 크에 접촉한다. 마스크는 파괴식으로 제거된다.
다양한 실시예에서, 마스크는 클램핑(clamping)에 의해 부품에 유지될 수 있다. 마스크의 인가 단계는 구획부 내로의 삽입을 포함할 수 있다. 마스크의 제거 단계는 분쇄(shattering)를 포함할 수 있다. 코팅의 인가는 HVOF 코팅을 포함할 수 있다. 본 방법은 초기 마모 또는 달리 손상된 코팅을 복구하거나 대체하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예의 상세한 점은 첨부되는 도면 및 이하의 설명에서 기재될 것이다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 장점은 설명 및 도면, 그리고 청구항으로부터 명백할 것이다.
여러 도면에서 동일한 도면부호 및 지시는 동일한 요소를 나타낸다.
도1은 코팅된 기재(22)를 포함하는 부품(20)을 도시한다. 기재는 예컨대, 니켈계, 코발트계, 및/또는 철계의 초합금이다. 부품(20)은 예컨대, 항공우주 구성품일 수 있다. 구성품은 예컨대, 가스 터빈 엔진(예를 들어, 블레이드, 베인, 시일, 구조적 구성품, 샤프트, 디스크 등)의 것일 수 있다. 예시적인 부품(20)은 (예를 들어 종래의 또는 다른 HVOF 장치를 사용하여) 코팅될 부분과, 코팅되지 않고 남아있을 부분을 갖는 구획부(24)를 갖는 것으로 도시된다. 그럼에도 불구하고, 본 교시는 다른 부품의 코팅된 부분 및 코팅되지 않은 부분에 그리고 다른 기초적인 코팅 장치/방법에 적용될 수 있다.
구획부(24)는 기재의 외측면(26)으로부터 중심축선(500)을 따라서 내향으로 연장될 수 있다. 예시적인 구획부(24)는 기저(30)를 갖는 내측 보어(28)를 갖는 블라인드 카운터보어(blind counterbored) 구획부일 수 있다. 외측 카운터보어(32)는 표면(26)까지 연장될 수 있다. 카운터보어(32)는 환형 견부면(34)에 의해 보어(28)로부터 분리될 수 있다.
도2는 축선(500)으로부터 반경(R1)에서 측방향면/측면(40)을 갖는 보어(28)를 도시한다. 카운터보어(32)는 반경(R2)에서 측방향면/측면(42)을 가질 수 있다. 부분(44)을 따라서, 표면(42)은 코팅되지 않을 수 있다. 코팅(46)이 부분(44)의 외측에 부분(48)을 따라서 표면(42) 상에 형성된다. 코팅(46)은 축선(500)으로부터 반경(R3)에서 반경 방향 내측면(50)을 가질 수 있다. 코팅(46)은 종방향 내측 종단면/단부면(52)을 가질 수 있다.
코팅(46)을 인가하기 위해, 내측 부분(44)을 따른 표면(42) 및 견부면(34)을 마스크하는 것이 바람직할 수 있다.
마스크(60)는 [예를 들어, 방향(502)으로] 구획부 내로 삽입될 수 있을 것이다. 마스크(60)는 중앙 개구의 반경방향 내측면(62)으로부터 주연의 반경방향 외측면(64)으로 연장되는 몸체를 갖는 환형 디스크로서 형성될 수 있다. 마스크는 제1 면(66) 및 제2 면(68)을 가지며 이들 사이의 두께는 T이다. 마스크(60)는 내측 부분(70)이 보어(28) 너머로 연장되도록 구획부 내에 위치된다. 제1 면(66)은 외측 부분(72)을 따라 견부면(34)에 접촉할 수 있다. 외측면(64)은 카운터보어의 내측 부분(44)을 따라 표면(42)에 대하여 가까이 대면하거나 접촉하는 관계에 있을 수 있다.
마스크는 기재와 결합되어 유지될 수 있다. 예컨대, 비접착성 기계적 수단에 의해 이루어진다. 기계적 수단의 예로는, 내측 부분(70)과 결합되어 마스크를 방향(502)으로 편향시키는 클램프(400)가 있다. 클램프(400)는 코팅 인가 및/또는 부가적인 단계 동안에 기재를 유지하는 고정구의 부분일 수 있다. 마스크가 결합된 상태로, 코팅(80)이 (예를 들어, HVOF 분무에 의해) 형성될 것이다. 코팅의 예로는 (예를 들어, 대부분의 중량 부분이 WC, CrC 및 NiCrC 중 하나 이상으로 이루어지는) 카바이드계와, NiCrCo, MCrAlY, NiAl 또는 기타 니켈 합금 코팅이 있다. 예시적인 HVOF 분무 장치 및 방법은 300 내지 500℉(148.89 내지 260℃)의 기재 온도를 수반할 수 있다.
분무된 때의 코팅(80)은 주로 표면(42)을 따르는 제1 부분(82) 및 마스크의 제2 면(68)을 따라 반경방향 내측으로 돌출하는 브리지부(84)를 갖는다. 인가된 때의 코팅은 구획부 대향면(86) 및 마스크를 따르는 표면(88)을 갖는다. 코팅 인가 후, 대향면(86)을 지름 R3까지 기계 가공하는 것이 바람직할 수도 있다. 기계 가공 동안, 진동 및/또는 기계 공구의 마스크(60)와의 직접적인 접촉은, 바람직하게는 분쇄에 의해, 마스크를 쉽게 파괴할 수 있다. (금속 마스크를 당겨서 떼어내는 것과 구별되는) 마스크의 분쇄에 의해, 기재로부터 코팅이 박리될 가능성은 크게 감소될 수 있을 것이다. 마스크는 분쇄가 용이하도록 충분하게 취성(brittle)을 갖는 것이 바람직하다. 기계 가공은 클램프(400)가 결합된 상태 또는 분리된 상태에서 실행될 수 있다.
예시적인 마스크 물질은 AlOx계의 세라믹을 포함한다. 마스크는 소위 녹색 세라믹(green ceramic)을 마스크될 영역의 형상으로 성형한 후, 녹색 세라믹을 소성에 의하여 경화시킴으로써 제조될 수 있다. 예시적인 마스크 두께는 0.001 인치(0.0254 밀리미터) 이상이며, 보다 한정하면 적어도 0.10 인치(2.54 밀리미터)[예를 들어, 0.10(2.54 밀리미터) 내지 5인치(126.99 밀리미터) 또는 그 이상]이다.
최초의 코팅 동안의 마스크(60)의 사용 이외에, 마스크는 재코팅 또는 복구의 경우에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 표면(50)에 대한 마모 또는 기타 손상은 이러한 표면을 (예를 들어, 평균 R3를 확장시키거나 또는 특정한 양을 넘는 R3의 변화에 의해) 바람직한 규격에서 벗어나도록 할 수 있다. 이러한 재코팅/복구에서, 코팅(46)은 [예를 들어, 그릿 블래스팅(grit blasting)에 의해] 완전히 또는 부분적으로 제거될 수 있다. 그 후에, 마스크(60)는 정위치에 놓아지고 클램핑된다. 추가적인 코팅이 전술한 바와 유사한 결과를 얻기 위해 인가될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예가 기술되었다. 그렇지만, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형예가 만들어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 상기 방법들은 현존하는 부품 및 코팅 시스템과 함께 이용될 수 있다. 이 경우, 현존하는 부품 및/또는 시스템의 상세한 설명은 임의의 특정 실시의 상세한 설명에 영향을 끼칠 수 있다. 본 방법은 부품 또는 특정 부품이나, 금속 또는 기타 상이한 마스크가 이미 사용되었던 타입의 부품을 코팅하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 방법은 다른 새로운 상황에서도 사용될 수 있다. 따라서, 다른 실시예는 이하의 청구항의 범주 내에 있다.
본 발명에 따르면, 마스크의 제거시에 치핑, 박리 또는 기재를 따르는 코팅의 기타 손상을 방지할 수 있다.

Claims (25)

  1. 세라믹 마스크(60)를 부품의 제1 표면부(34, 44)에 인가하는 단계와,
    부품의 제2 표면부(48)에, 적어도 부분적으로 마스크에 접촉하는 코팅(80)을 인가하는 단계와,
    마스크를 파괴식으로 제거하는 단계를 포함하는 부품 코팅 방법.
  2. 제1항에 있어서, 주조나 단조로 부품을 성형하는 단계를 더 포함하는 부품 코팅 방법.
  3. 제1항에 있어서, 마스크는 예비 성형(pre-form)되는 부품 코팅 방법.
  4. 제1항에 있어서, 마스크는 기본적으로 환형인 부품 코팅 방법.
  5. 제1항에 있어서, 마스크는 AlOx계 재료를 포함하는 부품 코팅 방법.
  6. 제1항에 있어서, 마스크를 인가하는 단계는 구획부(24) 내부로 삽입하는 단계를 포함하는 부품 코팅 방법.
  7. 제1항에 있어서, 마스크를 인가하는 단계는 고정하는(securing) 단계를 포함 하는 부품 코팅 방법.
  8. 제1항에 있어서, 마스크를 인가하는 단계는 클램핑하는 단계를 포함하는 부품 코팅 방법.
  9. 제1항에 있어서, 코팅을 인가하는 단계는 HVOF 코팅을 포함하는 부품 코팅 방법.
  10. 제1항에 있어서, 코팅을 인가하는 단계는 적어도 300℉(148.89℃)의 최고 부품 온도를 수반하는 부품 코팅 방법.
  11. 제1항에 있어서, 코팅은 카바이드계 재료를 포함하는 부품 코팅 방법.
  12. 제1항에 있어서, 파괴식으로 제거하는 단계는 파쇄(fracturing)를 포함하는 부품 코팅 방법.
  13. 제1항에 있어서, 파괴식으로 제거하는 단계는 분쇄(shattering)를 포함하는 부품 코팅 방법.
  14. 제1항에 있어서, 파괴식으로 제거하는 단계는 기본적으로 제2 표면부로부터 코팅이 박리되지 않으면서 실행되는 부품 코팅 방법.
  15. 제1항에 있어서, 초기 코팅을 제2 표면부로부터 적어도 부분적으로 제거하는 단계를 더 포함하는 부품 코팅 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 초기 코팅은 제1 표면부를 마스크하도록 금속 마스크를 사용하여 부품에 사전에 인가되는 부품 코팅 방법.
  17. 부품(20)과 코팅 공정 동안 부품을 유지하기 위한 고정구(400)의 조합체이며,
    금속 기재(22)를 포함하는 상기 부품과,
    세라믹 마스크(60)와,
    부품의 제1 표면부(34)에 결합된 마스크를 유지하는 상기 고정구(400)를 포함하는 조합체.
  18. 제17항에 있어서, 부품의 제2 표면부에, 적어도 부분적으로 마스크에 접촉하는 코팅을 인가하기 위한 수단을 더 포함하는 조합체.
  19. 제17항에 있어서, 고정구는 기계적 클램프를 포함하는 조합체.
  20. 제17항에 있어서, 고정구는 기재와 접촉상태로 마스크를 유지하는 조합체.
  21. 제17항에 있어서, 마스크는 기본적으로 환형인 조합체.
  22. 제17항에 있어서, 마스크는 AlOx계 재료를 포함하는 조합체.
  23. 제17항에 있어서, 마스크는 부품의 구획부 내에 있는 조합체.
  24. 예비 성형된 세라믹 요소(60)를 포함하는 분무 코팅 마스크.
  25. 제24항에 있어서, 상기 요소는 기본적으로 환형인 취성의 AlOx계 재료를 포함하는 마스크.
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