KR20080009160A - 물질의 적층을 위한 방법과 장치 - Google Patents
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Abstract
입자상 물질 등의 물질을 표면에 적층하기 위한 장치와 방법에 대하여 기술한다. 이 방법은 충격파 또는 압축파를 이용하여 상기 입자상 물질을 의도하는 바에 따라 상기 표면에 투사한다. 이는 예를 들어 우수한 밀도와 균일성을 나타내는 고상의 물체 또는 피복된 표면을 제조할 수 있게 하여준다.
적층, 용사, 피복, 충격파
Description
본 발명은 물질의 적층 분야에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 상기 적층되는 물질이 물건 또는 피복층을 이루도록 하는 방식으로 입자상 또는 분말 물질을 적층하기 위한 방법과 장치에 관련된 것이다.
공업 제품의 제조에 있어서 제품의 구체적 용도에 따라, 재료에 원하는 모양과 얻고자 하는 벌크 기계적 특성을 부여하기 위하여 주조나 단조 등의 공정이 쓰인다. 그러나 많은 경우 그러한 물건의 표면은 다양한 가혹한 환경, 몇 가지 예를 들자면 마모성, 부식성, 고온 환경에 처하게 된다. 이러한 환경에서는 상기 물건의 표면과 특성이 손상될 수 있고 결국에는 고장에 이르게 된다. 용사(溶射 thermal spray, TS) 공정은 두께가 몇 마이크로미터에서 몇 밀리미터에 이르는 피복층을 적층하여 피복된 표면의 손상을 막는데 사용된다. 용사(TS) 기술은 고품질의 경쟁력 있는 제품을 제조하기 위하여 점점 더 많은 제조업자들이 사용하고 있다. 용사에는 종종 공통된 목적을 가지는 다양한 공정이 포함되는데, 이 목적은 존재하는 물건의 표면 특성을 개질시켜 그들의 성능 및/또는 수명을 향상시키기 위함이다. 혹은 용사 공정을 이용하여 재료를 적층함으로써 특정한 형상이나 형태를 가지는 물건을 제조할 수도 있다.
용사 공정은 분말, 와이어 또는 막대(rod) 형상의 원료 물질을 용융 또는 반용융 액체 방울 상태까지 가열하여 바람직하게는 이를 피복 대상 표면을 향하여 가속시키는 공통적인 단계를 가지는 것이 전형적인 경우이다. 표면에 부딪히면 상기 피복용 입자들은 변형이 되고 피복 기질(substrate)에 달라붙어 응고(원래 용융 상태였던 경우)하여 층상 구조를 이룸으로써 목표한 피복층을 형성한다. 원료 입자를 가열하거나 용융시키기 위한 열원으로는, 예를 들어, (연료의 연소로부터 나오는) 불꽃이나 (기체의 이온화에서 나오는) 전기 아크를 쓸 수 있다. 이 피복 입자들은 상기 피복 기질으로 향하는 가열된 기체의 흐름을 타고 가속된다. 완벽한 피복을 위해서는 용사 장치 또는 피복 기질을 상대적으로 움직여 가면서 여러 차례 분무하면 원하는 두께의 피복층을 얻을 수 있다.
용사 공정은 금속, 합금, 세라믹, 고분자, 써멧(cermet) 또는 카바이드 피복층을 표면 위에 도포함으로써 광범위한 종류의 물건의 표면 특성 또는 다양한 물질 표면의 특성을 개질하거나 향상시키는 데 쓰일 수 있다. 용사 피복은 여러 공업 분야와 제품에서 널리 쓰이는데, 몇 가지 예를 들자면 가스와 증기 터빈, 자동차 엔진, 제철과 제강 분야, 압연(mill), 조선과 선박 수리업, 화학 처리 플랜트, 전기 장비, 펄프와 제지 분야, 방위 산업과 항공 장비, 식품 가공 설비, 광업 분야가 있다.
서로 다른 피복 기질에 도포되는 피복층은 일반적으로 기능에 따라 분류한다. 피복의 중요한 기능을 몇 가지 들자면 마모 저항 기능, 화학적 저항성, 단열 성 부가, 부식 저항성, 전기 전도성 또는 저항성, 생체 적합성, 방사능 차폐, 연마제 처리 및 순수한 미용 용도가 있다. 피복층은 필요하면 하나 이상의 기능을 발휘할 수도 있다.
피복 기질에 충돌하기 전 입자의 온도와 속력은 피복의 질을 결정하는 주요한 파라미터 조합이다. 역사적으로 볼 때 용사 공정은 높은 충돌 속력을 가지는 피복 입자 쪽으로 발전하여 왔는데, 이는 그러한 방향이 일반적으로 결합력이 더 세고 잔류 응력(residual stress)이 더 적은 조밀한 피복을 이루기 때문이다. 종래에는 추진 기체 혼합물을 수렴/발산 노즐을 통하여 가속시켜 초음속에 이르도록 하고 추진 기체-입자 사이의 운동량 전달을 늘려 해결하였다. 그러나 입자 속도가 빨라지게 되면 충돌 전에 입자가 완전히 용융 상태일 때는 피해가 많았다. 이 경우 용융 입자에 미치는 힘은 너무 커서 입자가 파괴되고/파괴되거나 충돌시 입자가 옆으로 튀어 퍼지는 일이 일어났다. 이렇게 형성된 피복층은 속력이 낮은 입자로 피복했을 때처럼 조밀하지 못하고 결합력도 더 취약했다. 그 결과, 이러한 현상의 발생을 막기 위하여 입자 속력이 늘어남에 따라 입자 온도를 낮추는 것이 보통이다.
충돌 전 입자의 화학적 조성과 미세구조는 피복층의 특성과 품질을 좌우하는 다른 주요한 파라미터이다. 현존하는 대부분의 용사 공정은 충돌 전 입자의 화학 조성과 미세구조를 조절할 수 없는데, 이는 입자들이 투입되고 선택적으로 그 속에서 가열되는 추진 기체 혼합물의 반응성이 높기 때문이다. 이 때문에 입자가 산화되고, 미세구조 및/또는 화학적 조성이 변질된다. 그 결과, 피복층의 화학적 조성 과 미세구조를 예측하고, 피복층에 필요한 특성을 토대로 하여 원료 물질을 맞춤 제조하기가 어려워진다. 같은 까닭으로, 용사 공정을 이용하여 나노결정 피복층을 제조하는 것은 입자와 피복의 가열 때문에 피복층에 일어날 수 있는 입자 성장(grain growth) 탓에 매우 어려운 일이다.
모든 산업 분야에서 용사 피복이 널리 쓰이고 있음에도 불구하고, 제조업체들은 더 고성능이고 오래 지속하는 용사 피복과 용사물을 꾸준히 원하고 있다.
발명의 요지
본 발명의 목적은, 적어도 바람직한 실시 태양에 관해서는, 적층되는 분말 또는 입자상 물질이 물건 또는 피복층을 이룰 수 있는 적층 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 적어도 바람직한 실시 태양에 관해서는, 적층되는 분말 또는 입자상 물질이 일단 쌓이게 되면 하나의 물체 또는 피복층을 이루도록 하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에서는 입자상 물질을 피복 기질의 표면에 적층하는 방법을 제공하는데, 이 방법에서는 적층시 또는 적층 후 상기 입자상 물질의 적어도 일부분은 상기 표면 및/또는 자기 자신과 융합하여 고상의 물체 또는 표면 피복층을 형성하는 것이 특징이다. 이 방법은
(1) 분무 말단을 갖추고 있고 기체 또는 기체 혼합물을 포함하는 튜브상 부재에 상기 입자상 물질을 투입하는 단계와
(2) 상기 튜브상 부재를 따라 상기 분무 말단 방향으로, 이어서 상기 튜브상 부재를 나와 표면을 향하여 적어도 하나의 충격파를 전파시키되, 이때 상기 입자상 물질의 적어도 일부는 상기 충격파와 함께 또는 연접하여 이동하고, 상기 입자상 물질은 상기 표면과 충돌시 최소한 상기 입자상 물질 및/또는 상기 표면에 적어도 부분적 변형을 일으키고 또한 상기 표면 및/또는 만약 이미 상기 표면에 적층되어 있던 입자상 물질이 있는 경우는 그 물질과 융합을 일으키기에 충분한 속력으로 상기 표면을 향하여 투사되는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서는 입자상 물질을 피복 기질의 표면에 적층하는 장치를 제공하는데, 여기서는 상기 입자상 물질의 적층시 또는 적층 후에 상기 입자상 물질의 적어도 일부분이 상기 표면 및/또는 상기 입자상 물질 자신과 융합하여 고상의 물체 또는 피복층을 형성하는 것이 특징이다. 이러한 장치는
상기 입자상 물질을 받아들이기 위한 튜브상 부재를 포함하는데, 이때 상기 튜브상 부재는 분무 말단을 갖추고 있고 기체 또는 기체 혼합물을 포함하며,
또 적어도 하나의 충격파를 발생시키기 위한 충격파 발생기를 포함하는데, 이때 상기 충격파 발생기는 상기 튜브상 부재를 따라 상기 분무 말단 방향으로, 이어서 상기 튜브상 부재를 나와 표면을 향하여 적어도 하나의 충격파가 전파되도록 하며, 이때 상기 입자상 물질의 적어도 일부는 상기 충격파와 함께 또는 연접하여 이동하고, 상기 입자상 물질은 상기 표면과 충돌시 최소한 상기 입자상 물질 및/또는 상기 표면에 부분적 변형을 일으키고, 또한 상기 표면 및/또는 이미 그 위에 적층되어 있던 입자상 물질이 있는 경우 그 입자상 물질과 융합을 일으키기에 충분한 속력으로 상기 표면을 향하여 투사되도록 하는 것이 특징이다.
본 발명의 특히 바람직한 실시 태양에서는 상기 입자상 물질이 본 발명에 따른 장치의 튜브상 부재에 투입되기 전에 가열된다.
한편으로 본 발명의 또 다른 측면에서는 본 발명의 방법에 따라 또는 본 발명의 장치에 의하여 입자상 물질을 적층하여 이루어진 물건을 제공한다. 이러한 물건은 피복 기질의 완전한 피복층 또는 부분 피복층 형태를 취하거나 물체의 준정형(near-net shape) 형태를 취할 수 있다.
용어의 정의
피복(층): 본 발명의 방법에 따라 형성된, 피복 기질(substrate) 표면 전부 혹은 일부에 대한 덮개를 가리킨다. 일단 형성된 후로는 이러한 피복층은 상기 기질 표면을 손으로 조작해서는 비벼 닳아 없어지거나 다른 방식으로 떨어져 나오지 않는다는 차원의 실질적인 저항성을 갖춘(unyielding) 것이 바람직하다.
저온 용사(coldspray): 표면에 적층할 입자상 물질을 가속하고 투사하는 단계 전에 상기 물질을 부분적으로 용융시키기에도 불충분한 온도로 가열하는 단계를 가지는 본 발명의 방법 또는 종래 기술을 가리킨다. 전형적인 저온 용사의 예에서는, (상기 입자상 물질이 서로 및/또는 기질의 표면과 충돌하기 전에 가열함으로써 상기 물질을 용융 상태로 만드는 데 의존하기보다는) 입자상 물질 및/또는 기질의 변형에 의하여 일어나는 상기 입자상 물질 및/또는 상기 기질 사이의 일정 정도의 융합에 의존하게 된다.
압축파(compression wave): 충격파 발생기(shockwave generator)에 의하여 형성되며, 바람직하게는 조직적인 방식으로 다른 압축파와 합쳐져 충격파를 형성하기에 적합한 모든 파동으로서, 전형적으로는 충격파(shockwave)보다 낮은 에너지를 가지는 파동. 이러한 압축파는 충격파 발생기가 압력을 발생시키거난 화학 반응 또는 폭발 반응으로부터 충격파가 일어날 때 생성되는 것이 전형적인 경우이다.
융합: 물질을 서로 접촉시켰을 때의 접착 현상, 특히 본 발명에 따라 물질을 한 기질에 대하여 투사하였을 때 그 물질의 입자가 서로 또는 상기 기질의 표면에 대하여 접착하는 현상. 이러한 융합 과정은 기계적 결합 및/또는 야금학적 결합을 포함할 수도 있지만 이에 한정되지는 않는다. 이러한 입자 및/또는 기질은 서로 충돌할 때 적어도 부분적으로 변형을 겪게 되는 것이 전형적이다.
준정형(near-net shape): 본 발명의 적층 방법에서 선택된 것 및/또는 본 발명의 적층 장치에서 선택된 것에 따라서 물질을 적층하여 생긴 특정한 3차원 형태를 가지는 물건을 가리킨다.
분말/입자상 물질/원료 분말: 이 용어는 서로 바꾸어 쓰일 수 있으며 본 명세서에서 기술하는 방법에 의하여 어떤 물건 또는 피복층을 형성하기 위한 본 발명의 방법과 장치에 관련하여 사용하기에 적당한 모든 분말 또는 입자상 물질을 가리킨다.
바람직하게(는): 달리 언급이 없는 경우 "바람직하게(는)"이라는 용어는 본 발명의 가장 넓은 실시 태양만을 대상으로 하였을 때 바람직한 발명의 구성 요소들을 가리킨다.
추진 기체 혼합물/기체/기체 혼합물: 이들 용어 속에는 실질적으로 다른 기체나 물질이 포함되지 않은 단일 기체가 속할 수도 있고, 필요한 경우는 기체의 혼합물이 속할 수도 있다. 바람직하게는 이 기체 또는 기체들은 본 발명의 방법을 실시하는 동안 모든 압력과 온도 조건에 걸쳐서 상기 입자상 물질 및/또는 본 발명의 장치에 대하여 반응성을 가지지 않는다.
정지성(quiescent): 본 발명 출원에서는 정지성 기체를 가리키는데, 정지성 기체란 본 발명 출원에서 논하는 바에 따른 충격파가 현재 그 속에서 진행하고 있지 않은 모든 기체 또는 기체 혼합물이다. 정지성 기체는 이밖에 내부 유체 움직임, 온도 등 밀폐 공간 속 기체가 가지는 어떤 다른 특성도 가질 수 있으나, 충격파만은 예외이다. 기체 속을 충격파가 지나가면, 이 기체는 다른 충격파가 지나가기 전까지 정지성 상태 또는 부분적 정지성 상태로 돌아갈 수 있다.
충격파(shockwave): 충격파 발생기(shockwave generator)와 같은 어떠한 장치에 의하여 발생된 충격파로서, 튜브상 부재 속 입자상 물질을 움직여, 예를 들어 상기 튜브상 부재의 분무 말단을 향하게 하는데 적당한 것을 가리킨다. 본 발명의 장치 또는 방법의 다른 실시 태양에서는 이 충격파는 화학 반응 또는 폭발 반응으로부터 발생될 수 있다. 반드시 그런 것은 아니지만, 충격파는 충격파 발생기에서 생성된 압축파가 겹치고 합쳐져서 생기게 되는 것이 전형적인 경우이다. 본 발명의 장치에 따를 때, 이러한 압축파의 합쳐짐은 예를 들어, 충격파 발생기에서, 충격파 발생기와 튜브상 부재 사이에서, 또는 압축파가 튜브상 부재 안을 진행한 뒤에 튜브상 부재 안에서 일어날 수 있다. 몇몇 실시 태양에서는 충격파가 예를 들어 튜브상 부재 속을 통과하면 그 부재 속 기체나 기체 혼합물의 압력과 온도가 올라가게 되는데, 예를 들어 수 ℃ 또는 수 kPa 이상 올라갈 수 있다.
충격파 발생기: 하나 또는 그 이상의 충격파를 발생할 수 있거나 하나 또는 여러 충격파로 합쳐지기에 적당한 다수의 압축파를 발생할 수 있는 모든 장치를 가리킨다. 이러한 장치는 예를 들어 기체 또는 기체 혼합물을 포함하는 어떠한 형태의 체임버와 이 체임버 속 기체 또는 기체 혼합물의 압력을 늘리기 위한 수단을 갖추고 있을 수 있다. 그러한 수단에 의하여 가압되면 충격파(혹은 적어도 충격파를 생성하기에 적합한 다수의 압축파)가 발생되고 방출된다. 한 실시예에서는 압축파가 본 발명의 튜브상 부재 속에 들어간 다음 이 부재 속에서 합쳐져 튜브상 부재를 따라 진행하는 충격파를 이루게 된다. 그러나 적어도 본 발명의 바람직한 실시 태양에서는 이러한 충격파를 어떠한 파동의 형태로 상기 튜브상 부재 속에 진입하기 전에 발생시킬 수 있으며, 충격파 발생기에 의하여 직접 발생시킬 수 있다. 충격파 발생기는 또한 몇몇 실시 태양에서는 충격파를 발생시키는데 적합한 화학 반응 또는 폭발 반응을 일으키기 위한 수단을 포함한다.
고상의 물체(solid mass): 본 발명의 방법에 따라 적층된 물질로부터 생겨난 모든 3차원상의 물건을 가리킨다.
분무(spray/spraying): 본 발명의 장치로부터 입자상 물질을 투사하는 것을 가리킨다. 이러한 분무에는 상기 장치로부터 고도의 방향성과 집중성을 가지고 방출되거나 비교적 무작위적으로 방출되는 모든 형태의 입자 방출이 포함될 수 있다. 분무는 또한 본 발명의 다른 실시 태양도 포함하는데, 여기서는 본 발명의 장치 또는 적어도 본 발명 장치의 분무총(spray gun)이 피복 기질 또는 기질의 표면에 대하여 상대적으로 이동한다.
(피복) 기질(substrate): 준정형(near-net shape)과 같은 고상의 물체(solid mass)를 이루기 위한 바탕 또는 표면 피복층을 제공하기 위한 본 발명의 방법에 따라 물질이 적층된 표면을 가지는 물체. 이 물체는 그 표면에 적층되는 물질과 동일한 재료로 이루어지거나 다른 재료로 이루어질 수 있다. 더욱이 이 물체는 선택적으로 그 물체 표면에 이미 적층되어 있는 표면 물질층을 포함하거나 불포함할 수 있다.
표면: 피복 기질의 표면 또는 본 발명에 따라 적층된 물질을 포함하는 표면을 가리킨다. 더욱이 기질의 표면은 기질을 이루는 물질의 표면을 포함할 수도 있지만 이미 상기 기질을 이루는 물질의 표면 위에 적층된 어떠한 물질의 표면을 포함할 수도 있다.
튜브/튜브상 부재(tubular member): 충격파를 통과시키기에 적절한 구조를 갖춘 모든 부재를 가리키는데, 이러한 부재는 본 발명에서 개시하는 바에 따라서 표면에 적층시키기에 적당한 방식으로 상기 충격파를 튜브상 부재에 통과시켜 그 튜브 안에 있는 입자상 물질 및/또는 기체 또는 기체 혼합물을 가속하고 선택적으로 가열하기 위한 것이다. 이 튜브는 직선 또는 곡선 형태일 수 있으며, 단면적/내부 공간(lumen)이 균일하거나 균일하지 않을 수 있다. 또 이 튜브는 원형/사각형 또는 모든 다른 모양의 단면 형태를 가질 수 있고, 금속, 플라스틱, 고분자, 수지, 합금을 포함하는 모든 물질로 이루어질 수 있지만 이들에 한정되는 것은 아니다. 튜브상 부재라는 용어에는 통, 튜브, 포신, 분무총, 총 등의 형태가 포함된다. 반드시 그런 것은 아니지만, 튜브상 부재는 분무 말단을 갖추고 있어 입자상 물질을 상기 말단으로부터 퍼져 나아가는 충격파에 실어 투사할 수 있다. 게다가 튜브상 부재의 분무 말단 반대쪽 끝은 충격파 발생기에 붙어 있는 것이 바람직하다. 상기 분무 말단과 분무 말단 반대쪽 끝(충격파 발생기에 붙어 있는) 모두, 혹은 그 중 하나에는 밸브가 포함될 수 있다. 예를 들어 몇몇 실시 태양에서는 충격파 발생기의 압력을 튜브상 부재보다 상대적으로 높일 수 있고, 상기 튜브상 부재와 충격파 발생기 사이의 밸브를 열어 충격파 발생기에서 충격파가 발생되고 발생기로부터 튜브상 부재를 따라 전파되도록 할 수 있다. 다른 실시 태양에서는 상기 튜브상 부재 양쪽 끝에 밸브가 있어서 각각 원하는 바에 따라 선택적으로 개방 및/또는 폐쇄시킬 수 있다. 이렇게 하여 상기 튜브상 부재의 내부 조건(기체 견실도(gas consistency), 입자상 물질, 압력, 온도 등)을 충격파의 발생과 튜브상 부재 통과 전에 조절할 수 있게 되고, 충격파가 생겨났을 때 양 밸브를 동시에(혹은 거의 동시에) 열어 튜브상 부재의 분무 말단으로부터 입자상 물질이 방출되도록 할 수 있다. 몇몇 실시 태양에서는 충격파가 튜브상 부재를 통과할 때 또는 통과 전에 상기 튜브상 부재 속에 입자상 물질을 넣기 위한 어떠한 형태의 구멍을 더 포함할 수 있다. 이 입자상 물질은 충격파가 상기 튜브상 부재를 통과하기 직전에 부재 속에 투입되는 것이 더욱 바람직하다.
저항성(unyielding): 본 발명의 방법에 따라 입자상 물질을 적층하여 생성된 피복층 또는 고상의 물체의 한 성질을 가리킨다. 본 명세서에서 저항성이라는 용어는 상기 피복층 또는 고상의 물체의 특성을 중력 또는 다른 외력이 가해지면 유동하기 마련인 입자상 물질의 성질과 구별하기 위하여 사용된다. 대조적으로 본 발명에 따라 형성된 피복층 또는 고상의 물체는 최소한 자기 자신 및/또는 기질의 표면과 부분적으로 융합하여 작은 외력이 가해졌을 때는 일반적으로 유동할 수 없는 입자상 물질로 이루어진다.
이하 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명은 이미 존재하는 표면에 고성능의 회복성(resilent) 피복층을 도포하는 용사(thermal spray) 기술과 관련되며, 또한 고성능 회복성 물체를 준정형으로 제조하기 위한 기술과 관련된다. 본 발명의 바람직한 실시 태양은 입자상 물질을 피복 기질로 향하여 용이하고 효과적으로 가속하며, 선택적으로 가열하기 위한 새로운 방법과 장치에 관한 것이다. 상기 선택적 가열은 예를 들어, 충격파가 상기 분말 입자들과 계면에서 접촉하거나 입자들을 구동하는 경우에 이뤄진다. 이 새로운 방법과 장치는 사용하는 추진 기체 혼합물 및/또는 상기 추진 기체 혼합물을 가속하기 위하여 쓰이는 기계적 수단의 낮은 반응성 덕택에 입자 속력과 온도가 상기 분말의 파괴를 덜 일으키는 범위에 있도록 하여준다. 이처럼 본 발명에서 구현할 수 있는 속력과 온도 범위, 그리고 피복 기질에 충돌하기 전 입자들의 화학 조성과 미세구조를 더 뛰어나게 조절할 수 있는 점 덕택에 종래 기술의 방법과 비교했을 때 더 고품질의 피복층 또는 준정형 물체를 얻을 수 있다. 본 발명은 또한 충격파 발생기를 통하여 초기 상태에서 정지성(quiescent)이었던 기체의 유동 속력과 온도를 발생시키는 진행형 충격파를 이용하는 방법도 포함한다. 이 유동하는 기체는 이어서 분말 입자를 원하는 충돌 속력과 온도까지 가속하고 선택적으로 가열하는데 쓰이게 된다.
본 발명의 방법은 충격파 또는 합쳐져서 충격파를 형성하는 압축파를 발생시키고 이를 정지성 기체 속에 담긴 원료 물질 분말을 가지고 있는 분무총에 강제로 통과시키는 구성을 포함한다.
몇몇 실시 태양에서, 본 발명은 정지성 기체를 가지고 있는 분무총을 향하여 진행하는 압축파를 이용한다. 이 압축파는 그 분무총을 향하여 이동한 다음 합쳐져 충격파가 되어 상기 분무총의 출구를 향하여 움직인다. 이 분무총을 충격파가 통과하게 되면 원래 정지성이었던 기체의 흐름과 선택적인 가열을 일으키게 된다. 이러한 기체의 흐름은 이 분무총 속에 원래 존재하고 있었던 원료 물질을 피복 기질을 향하여 가속하고, 선택적으로 가열하는데 쓰인다. 이러한 공정은 미리 정한 빈도로 반복 순환되는 것이 바람직하다. 더욱이 이 분무총과 피복 대상 표면은 서로에 대하여 상대적으로 이동할 수도 있는데 이렇게 하여 더 넓은 표면적에 걸쳐 분무가 이루어진다.
앞서 설명하였듯이, 충격파가 통과하면 분무총 내의 입자상 물질의 가열이 일어나거나 일어나지 않을 수 있다. 입자상 물질에 대한 모든 가열은 그 입자상 물질의 부분적 용융을 일으키기에도 불충분(또는 적어도 실질적으로 불충분)한 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 이 입자상 물질은 상기 분무총에서 실질적으로 고상인 형태로 분출되어 기질의 표면과 충돌시 변형 및/또는 융합될 것이다. 몇몇 실시 태양에 있어서는 본 발명의 방법에 충격파의 통과 전 혹은 심지어 분무총에 이 입자상 물질을 투입하기 전에 입자성 물질을 예열하기 위한 예열 단계를 사용하는 구성이 포함된다. 이 예열 단계로 말미암아 입자상 물질의 온도를 주변 온도보다 높일 수 있는데, 이때 이 예열은 그 입자상 물질을 녹이거나 부분적으로 녹이기에 불충분한 것이 바람직하다. 이러한 입자상 물질의 예열은 20℃에서 1200℃로 가열하게 되는 것이 전형적이지만, 예열 온도는 사용 용도, 입자상 물질의 특성 및/또는 적층 대상 기질에 따라 이 범위 밖으로 달라질 수 있다. 몇몇 실시 태양에서는, 표면 충돌시 상기 입자상 물질의 변형 및/또는 융합이 일어나는데 충분한 수준의 연성과 전성을 확보하기 위하여 예열이 필요할 수 있다. 이러한 실시 태양에 대해서는 실시예란에서 더 자세히 기술하겠다. 바람직하게는 모든 입자상 물질의 예열은 이 물질의 분무총 투입 도중과 투입 이후 그리고 분무총 내부를 통과하는 동안과 분무총으로부터 기질 쪽으로 이 입자상 물질이 분출되어 나오는 동안 온도의 상승을 가져온다. 예를 들어, 이 입자상 물질은 분무총에 투입되기 전에 예열될 수 있고 투입 거의 직후에 충격파를 가하여 상기 분무총으로 부터 방출되기 전까지는 실질적인 정도로 식을 틈을 주지 않을 수 있다. 다른 실시 태양에서는 상기 분무총 속의 기체를 예열하게 되는데, 이러한 예열은 상기 입자상 물질이 분무총 안에 있는 동안 또는 분무총 안을 통과하는 동안 입자상 물질에 필요한 연성과 전성을 갖추기에 충분한 양의 열을 전달할 수 있다.
본 발명의 방법은 적절한 모든 장치를 통하여 구현할 수 있는데, 이러한 장치는 하나 또는 여러개의 충격파를 발생시키는 모든 수단과 이러한 충격파를 이용하여 입자상 물질을 원하는 대로 표면에 투사하기 위한 모든 수단을 갖출 수 있다. 비록 본 발명을 설명하기 위하여 특정한 장치와 그 구성 성분을 참조하게 될 것이지만, 그러한 장치와 구성 성분이 본 발명의 범위를 어떠한 형태로도 제한하는 것은 아니다.
분무총
분무총의 구성은 다양하게 바뀔 수 있다. 예를 들어 분무총은 원, 직사각형, 정사각형 또는 원하는 분무 특성을 갖추는데 적합한 단면 모양으로서 필요한 모든 형태의 튜브 또는 관을 포함할 수 있다. 상기 관의 내부 형태는 분무할 대상 물건에 맞추어 혹은 원하는 피복층 또는 형성할 고상의 물체의 모양에 맞게 조절할 수 있는 것이 바람직한 경우이다. 이 분무총의 단면은 바람직하게는 균일하지만, 어떤 실시 태양에서는 분무총 내의 위치에 따라 변화할 수 있는데, 예를 들어 분무총 길이에 걸쳐 일어나는 경계층(boundary layer) 효과와 같은 공기 역학적 효과를 보정하기 위하여 변화할 수 있다.
공정의 처음 단계에서 이 분무총은, 적어도 몇몇 실시 태양에서는, 한쪽 끝(분무총 입구)이 닫히고, 반대쪽 끝(분무총 출구)이 열려 정지성 기체로 채워진다. 이 기체는 헬륨이나 질소 또는 이 둘의 혼합물 같은 비활성 기체인 것이 바람직한데, 다른 기체나 기체 혼합물도 쓰일 수 있다. 소정량의 원료 물질도 공정의 처음 단계 혹은 그와 근접한 단계에 상기 분무총 내부, 바람직하게는 분무총 입구에 가까이 놓이게 된다.
이어서 밸브 등의 장치가 상기 분무총 입구를 열고 충격파 또는 압축파가 이 분무총 안으로 들어올 수 있게 한다. 이 파동은 상기 분무총의 출구 쪽으로 진행하며 필요한 경우 합쳐져 충격파를 이루어 이 분무총의 출구쪽으로 빠져 나간다. 이 충격파가 분무총을 통과하면 원래 정지성이었던 기체의 유동과 가열을 일으킨다. 이 기체의 흐름은 다시 원료 물질을 상기 분무총의 장축의 적어도 일부를 따라 분무총 출구 쪽으로 가속(그리고 바람직하게는 가열)하여 이 원료 물질이 분무총을 빠져 나와 피복 기질로 향하게 한다. 피복 기질과 충돌시 이 원료 물질은 충돌 속도와 온도에 따라 적어도 부분적으로 자신이 변형되고/되거나 적어도 기질의 물질을 변형시킨다. 이렇게 하여, 이 원료 물질은 피복 기질에 달라붙는다. 특정한 이론에 구애받음이 없이, 이러한 원료 물질의 고착은 기계적 결합 및/또는 야금학적 결합과 관련을 가질 가능성이 높으며, 그렇게 함으로써 피복층을 형성한다.
바람직한 실시 태양에서는, 상기 관 또는 튜브상 부재 속의 기체 또는 기체 혼합물은 연속되는 충격파 사이에 정지상 상태 또는 그에 가까운 상태로 돌아가거나, 대기압 또는 그에 가까운 압력으로 돌아가게 된다.
이러한 공정은 미리 정한 빈도로 반복 순환되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시 태양에서는 분무총이 앞서 설명한 공정을 반복 순환 방식으로 진행할 수 있게 하는 구조를 가지며, 바람직하게는 미리 정해진 빈도로 반복 순환시키게 된다. 이러한 반복 순환을 보조하기 위하여 분무총은 예를 들어, 분무총 내부의 기체가 띠게 되는 온도와 압력을 견딜 수 있고, 이 기체와 원료 물질과의 반응을 최소한으로 유지하는 물질로 이루어질 수 있다. 분무총의 길이는 가속할 원료 입자와 원하는 피복층과 피복 특성을 얻는데 필요한 충돌 속도와 온도에 따라서 달라질 수 있다. 분무총의 길이는 1 cm에서 2 m에 걸쳐 변화하는 것이 바람직하다. 이 분무총은 사용 용도상 필요할 경우 휘어질 수 있다.
분말 투입
원료 분말은 분무총의 투입구 가까이에서 분무총 안으로 투입될 수 있는데, 바람직하게는 충격파의 통과 전에 분무총 안 기체가 정지성 혹은 정지성에 가까운 상태에 있을 때 용사 공정에 쓰이는 것과 동일하거나 유사한 동력 피더(power feeder) 등의 기계적 수단을 이용하여 투입된다. 이 동력 피더와 분무총 사이의 통로는 원료 분말이 기질 방향으로 가속되고 있으면서 충격파가 분무총의 총신에 가하여졌을(또는 압축파가 가해져서 하나의 충격파로 합쳐진) 때에 밸브에 의하여 닫히게 된다. 이 밸브는 분무총 내부의 압력이 주변 압력 수준 또는 그와 비슷한 수준이 되었을 때 열리게 된다. 순환 공정(즉 충격파의 펄스)의 경우는 다음 충격파가 통과하기 전에 한 회분의 분말이 분무총에 투입된다. 이 원료 분말은 이 분무총의 내부 공간(lumen) 속으로 가압하에 투입되는 것이 바람직하다. 이는 이어지는 충격파들 사이에 분무총의 내부 압력이 대기압이나 본 발명의 장치 주변의 외부 압력 수준 혹은 그와 비슷한 수준으로 떨어지지 않을 때 특히 쓸모가 있다.
분무총 안의 정지성 기체는 예열될 수 있다. 기체의 오염을 막기 위하여 전기 히터를 써서 이 기체를 예열하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 입자상 물질은 충격파가 분무총을 통과하기 직전에 그 분무총 안으로 투입된다.
압축파
(충격파) 발생기
충격파 또는 압축파는 밸브를 통하여 상기 분무총 입구와 연결된 충격파(압축파) 발생기를 통하여 발생시키는 것이 바람직하다. 밸브가 열리기 전에는, 이 발생기 안을 기체가 채우고 있는데, 이 기체로는 헬륨 또는 질소 또는 이들의 혼합물 같은 비활성 기체가 바람직하지만, 다른 기체와 기체 혼합물도 쓰일 수 있다. 이 압축파 발생기 속 기체는 150 kPa을 넘는 압력과 0℃를 넘는 온도하에 놓이는 것이 바람직하다. 압축파 발생기는 내부 기체의 압력과 온도를 견뎌낼 수 있는 한은 튜브, 유연한 호스 또는 다른 용기여도 무방하다. 유연한 호스는 내부 기체의 압력과 온도를 견뎌낼 수 있는 한 사용될 수 있다. 충격파는 이 충격파 발생기 속을 기체로 채워서 발생시키는데, 200 kPa과 20 MPa 사이의 압력, 20℃와 1200℃ 사이의 온도에서 발생되는 것이 바람직하다.
발생기 속을 원하는 압력과 온도의 기체로 채운 다음, 이 발생기와 분무총을 이어주는 밸브를 신속하게 열어 상기 발생기와 분무총 사이의 계면을 형성함으로써 압축파가 발생기로부터 나와 분무총 안의 정지성 기체를 지나 이 분무총의 끝을 향하여 진행하도록 한다. 이 압축파는 합쳐져 충격파를 이루어 분무총을 통과하며 그 속의 기체의 흐름을 유발하는 것이 바람직하다. 한편 동시에 상기 발생기/분무총의 계면에서 팽창파(expansion wave)가 발생되어 발생기를 타고 전파됨으로써 이 발생기 속의 기체 압력을 줄이게 된다.
분무총에 안에 주입된 입자가 피복 기질에 충돌한 다음(또는 기질과 충돌 직전)에는 상기 충격파 발생기와 분무총을 이어주는 밸브가 닫히고 충격파 발생기는 다시 고압 기체로 채워지고 분무총 내부에는 새 고체 입자가 투입되어 필요하면 공정을 순환 방식으로 다시 시작하여 피복층을 쌓아 나아갈 수 있다.
바람직한 실시 태양에서 상기 압축파 발생기 속의 기체는 예열될 수 있다. 기체의 오염을 막기 위하여 전기 히터를 써서 이 기체를 예열하는 것이 바람직하다. 밸브의 개폐는 자동화되는 것이 바람직한데, 그 개폐 빈도는 분무총과 압축파 발생기의 작동 파라미터와 크기 파라미터를 토대로 한다.
본 발명을 이용하여 도포한 피복층은, 적어도 바람직한 실시 태양의 경우는 기존의 용사 장치 또는 방법을 이용하여 도포한 피복층과 비교하였을 때, 더 촘촘하고, 굳으며, 더 균일하고 잔류 응력(residual stress)이 낮으며, 결합력이 더 높고 덜 산화되며, 원료 분말에 대한 화학 및/또는 미세구조 변화가 더 적다. 본 발명의 공정은 비반응성 기체 또는 기체 혼합물 추진제가 동시에 높은 속력과 중간 온도(500~1500 m/s와 20~1200℃ 범위)에 이를 수 있게 하여준다. 원료 물질이 비행하는 동안 상기 온도 범위와 비반응성 환경을 만들어 주므로 피복 성능이 향상된다.
이론에 얽매이지 않을 때, 본 명세서에서 기술한 장치와 방법, 그 중 적어도 바람직한 실시 태양은 선택된 종래 기술의 방법과 장치와 견주었을 때 다음의 특징을 지닌다.
1. 본 발명의 장치의 분무총은 형태가 단순하다, 예를 들어 높은 기체 속력을 얻기 위한 수렴/발산 노즐이 필요 없기 때문에 장치의 설계와 제조가 더 용이하고 저렴하다.
2. 본 출원에 따르면 다양한 형태의 단면(원형, 정사각형, 직사각형, 타원 등)을 가지는 분무총을 이용할 수 있다.
3. 분무총 내부에는 원료 입자로 말미암은 통로 막힘이 없는데(또는 적어도 줄어드는데) 이는 분무총 안에 수렴부가 없기 때문이며, 따라서 분무총의 분무 시간을 중단 없이 오래 유지할 수 있고, 이는 생산성을 향상시킨다.
4. 분무총의 단순한 형태 덕택에 분무총의 총신을 몇 초 안에 쉽게 바꾸어 특정 종류의 물질에 대하여 더 긴 가속 구간이 필요하거나 작동 파라미터가 다를 때 필요한 대처를 할 수 있다.
5. 분무총의 단순한 형태 덕택에 분무총을 구부려 관의 내부 또는 접근하기 어려운 표면을 피복하는 것이 용이하다.
6. 원료 물질 투입은 분무총의 원료 물질 투입부의 압력이 대기압 또는 대기압 가까운 수준으로 회복한 때인 한 충격파 통과 후 다음 충격파가 통과하는 사이 동안 이루어지는 게 바람직하다. 그 결과, 단순하고 저렴한 분말 공급 시스템을 이용할 수 있게 된다.
7. 기체 흐름이 순간적으로 이루어지므로, 입자를 가속하기 위한 기체의 이용을 거의 최적 상태로 할 수 있어서 운전 비용이 적게 든다.
8. 높은 적층 효율(70% 초과)을 나타낸 바 있다.
9. 기체를 예열할 경우 충격파 통과 후에 기체 온도를 고온으로 할 수 있으므로 세라믹 원료를 도포할 수 있는 가능성이 있다.
10. 분무총이 수렴-발산 노즐이 아니기 때문(경계층 효과를 무시할 때)에 입자가 등속 흐름에 준하는 기체의 흐름에 처하게 되므로 입자 방향으로 운동량 전달이 최대화된다.
11. 분무총이 수렴-발산 노즐이 아니기 때문(경계층 효과를 무시할 때)에 입자가 등온 흐름에 준하는 기체의 흐름에 처하게 되므로 입자 방향으로 열 전달이 최대화된다.
12. 충격파가 입자상 물질을 통과하기 전 혹은 본 발명의 장치에 따른 튜브상 부재에 입자상 물질을 넣기 전에 정지성 기체의 초기 온도를 고정하고/하거나 상기 입자상 물질을 예열함으로써, 입자가 가속되는 동안 처하게 될 온도를 미리 조절할 수 있는 가능성이 있다.
13. 많은 종래 기술 방법에 비하여 소음이 적다.
14. 특정 실시 태양에서는 피복 기질을 거의 혹은 전혀 가열할 필요가 없다.
15. 기계적 결합 뿐 아니라 진정한 야금학적 결합을 이룰 수 있는 잠재력이 있다.
16. 가연성 기체를 쓰지 않아 본 발명의 장치와 방법의 안전성이 높아진다.
17. 진공 장비를 쓸 필요가 없다.
종래 기술의 저온 용사(cold spray 초기 기체 온도가 원료 물질의 녹는점 또는 연화점보다 낮게 유지됨) 장치와 방법과 본 발명이 공유하는 특징들.
1. 원료 물질의 용융이나 연화가 일어나지 않고, 따라서 화학적 변화 및/또는 상 변화가 없다. 입자 성장(grain growth)이 없으므로 나노결정성 물질, 준안정성(metastable) 물질과 온도에 민감한 물질을 분무할 수 있는 가능성이 있다.
2. 질소 또는 헬륨을 이용하면 피복층과 기질에 전혀 혹은 거의 산화가 일어나지 않는다.
3. 피복 기질에 달라붙지 않은 분말을 재활용할 수 있다.
4. 준정형 가공(near-net shaping)이 가능하다.
5. 과잉 분무가 없거나 거의 없으므로 가림막을 쓸 필요가 없거나 최소화된다.
6. 표면 처리를 할 필요가 최소화된다.
7. 기계 작업성이 높은(highly machinable) 피복층을 만들 수 있다.
8. 균일한 피복층의 미세구조
9. 최소 수준의 잔류 응력
10. 독성 기체나 화학 반응이 없음
11. 다양한 종류의 피복(구리, 알루미늄, 아연, 철, 알루미늄 합금, 써멧(cermet) 등)
12. 충돌 속력이 높기 때문에 용사 전에 그릿 블라스팅(grit blasting)할 필요를 없앨 수 있는 잠재성
13. 높은 속력 때문에 분무각(spray angle)이 더 크고 더 고품질인 피복층을 얻을 수 있음
14. 피복 기질의 가열이 줄어듦
15. 고도의 응용 측면에서 복수의 분말이 번갈아 가며 한 펄스에 이어 다음 펄스로 분무되는 경우를 위하여 여러 개의 동력 피더 포트(power feeder port)를 사용하여 기능적으로 분할된 피복층을 제조할 수도 있다.
16. 피복층의 높은 밀도
17. 피복층의 높은 열과 전기 전도도
18. 고도로 조직된(highly wrought) 미세구조-높은 경도
19. 피복 기층의 굴곡을 매우 잘 커버함
이같은 특징과 나아가 본 발명의 다른 유리한 특징은 이 분야의 평균적 기술자가 본 명세서 전문을 검토하면 분명하게 알 수 있을 것이다. 특히 중요한 바로서, 본 발명은 상이한 다른 실시 태양으로 구현될 수 있고, 본 발명의 세부 사항 중 몇몇은 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않고도 다양하게 변형할 수 있다는 점은 명백할 것이다. 따라서 이하의 실시예와 도면 그리고 그에 대한 설명은 예시 목적이지 본 발명을 제한하기 위함이 아니다.
도 1은 본 발명의 장치의 한 실시 태양에서 충격파를 발생시키기 전의 모습을 그린 개략도이다.
도 2는 본 발명의 장치의 한 실시 태양에서 충격파를 발생시킨 직후의 모습을 그린 개략도이다.
도 3은 본 발명의 장치의 한 실시 태양에서 상기 도 2의 실시 태양의 바로 다음 모습을 그린 개략도이다.
도 4는 본 발명의 장치의 한 실시 태양에서 상기 도 3의 실시 태양의 바로 다음 모습을 그린 개략도이다.
도 5는 충격파, 접촉면 그리고 본 발명에 따른 전형적 장치 속을 이동하는 첫째와 마지막 팽창파에 대해서 시간의 흐름에 따라 그 위치를 나타낸 시간-위치(t-x)도의 한 예이다.
도 6은 본 발명에 따른 한 전형적 장치 내부의 특정 위치(x2)에서의 기체 속력을 시간에 따라 나타내는 속력-시간(U-t)도의 한 예이다.
도 7은 특정 시간(t2)에서 본 발명에 따른 한 전형적 장치 내부에 있는 기체의 속력을 위치에 따라 나타내는 속력-위치(U-x)도의 한 예이다.
도 8은 특정 시간(t2)에서 본 발명에 따른 한 전형적 장치 내부에 있는 기체의 압력을 위치에 따라 나타내는 압력-위치(p-x)도의 한 예이다.
도 9는 특정 시간(t2)에서 본 발명에 따른 한 전형적 장치 내부에 있는 기체의 온도를 위치에 따라 나타내는 온도-위치(T-x)도의 한 예이다.
도 10은 본 발명의 장치를 이용하여 알루미늄 기질 위에 적층된 나노결정 알루미늄 합금 피복층(구리는 연한 회색층으로, 알루미늄은 짙은 회색층으로 나타남)의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 장치를 이용하여 알루미늄 기질 위에 적층된 나노결정 알루미늄 합금 피복층의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 장치를 이용하여 알루미늄 기질 위에 적층된 구리 피복층(구리는 연한 회색층으로, 알루미늄은 짙은 회색층으로 나타남)의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 장치를 이용하여 알루미늄 기질 위에 적층된 구리 피복층의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 14는 본 발명에 따른 한 바람직한 방법을 도시한다.
도 15는 본 발명에 따른 한 바람직한 방법을 도시한다.
도 16은 본 발명의 장치를 이용하여 적층된 나노결정 알루미늄 합금 피복층의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 17은 본 발명의 장치를 이용하여 적층된 나노결정 알루미늄 합금(Al-12Si) 피복층의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 18은 알루미늄 6061 기질 표면 위에 비정질 스텐레스강 분말로부터 형성된 스텐레스강 피복층의 광학 현미경 사진이다. 이 스텐레스강 분말은 분무총(spraying gun)에 넣기 전에 350~400℃로 예열하였다. 화살표는 충돌시 상기 기질 속에 변형이 없거나 적은 상태로 전부 혹은 일부가 함입(embedding)된 스텐레스강 입자를 가리킨다.
<실시예 1> 본 발명에 따른 한 장치의 분무총에 충격파 통과 이후 인가되는 기체의 속력과 온도
아래 표는 본 발명에 따른 한 장치의 분무총에 충격파가 통과한 후에 인가되 는 기체 속력과 온도를 충격파 발생기 내부의 초기 압력과 온도의 함수로 나타낸 것이다. 표 1과 3에서는 헬륨을 사용하였고, 표 2와 표 4에서는 질소를 사용하였다. 아래 표에 나온 예측 결과는 이 분야에서 잘 알려진 1차원 기체 동역학 이론(gas dynamics theory)를 토대로 한 것이다.
| 충격파 발생기 안의 초기 기체 압력 (MPa) | 충격파 발생기 안의 초기 기체 온도 (℃) | 분무총 내부에 인가된 기체 속력 (m/s) | 분무총 내부에 인가된 기체 온도 (℃) |
| 1 | 20 | 685 | 180 |
| 1 | 100 | 770 | 304 |
| 1 | 400 | 1060 | 768 |
| 1 | 800 | 1262 | 403 |
| 3 | 20 | 995 | 282 |
| 3 | 100 | 1121 | 434 |
| 3 | 400 | 1613 | 670 |
| 3 | 800 | 2013 | 815 |
| 5 | 20 | 1132 | 336 |
| 5 | 100 | 1373 | 454 |
| 5 | 400 | 1872 | 821 |
| 5 | 800 | 2400 | 1093 |
| 충격파 발생기 안의 초기 기체 압력 (MPa) | 충격파 발생기 안의 초기 기체 온도 (℃) | 분무총 내부에 인가된 기체 속력 (m/s) | 분무총 내부에 인가된 기체 온도 (℃) |
| 1 | 20 | 281 | 146 |
| 1 | 100 | 332 | 174 |
| 1 | 400 | 432 | 235 |
| 1 | 800 | 512 | 293 |
| 3 | 20 | 420 | 227 |
| 3 | 100 | 502 | 285 |
| 3 | 400 | 675 | 434 |
| 3 | 800 | 821 | 590 |
| 5 | 20 | 480 | 270 |
| 5 | 100 | 579 | 347 |
| 5 | 400 | 794 | 560 |
| 5 | 800 | 983 | 796 |
잘 알려진 유체역학 법칙에 관련된 1차원 기체 동역학 이론을 이용하여 개선된 이론적 모형을 연구한 결과 표 1과 표 2의 데이터에 대하여 더 정확한 예측을 할 수 있었다. 이러한 개선된 모형 연구 결과는 아래 표 3과 4에 나타내었다.
| 충격파 발생기 안의 초기 기체 압력 (MPa) | 충격파 발생기 안의 초기 기체 온도 (℃) | 분무총 내부에 인가된 기체 속력 (m/s) | 분무총 내부에 인가된 기체 온도 (℃) |
| 1 | 20 | 685 | 180 |
| 1 | 100 | 737 | 197 |
| 1 | 400 | 869 | 239 |
| 1 | 800 | 976 | 468 |
| 3 | 20 | 995 | 282 |
| 3 | 100 | 1079 | 315 |
| 3 | 400 | 1297 | 406 |
| 3 | 800 | 1480 | 493 |
| 5 | 20 | 1132 | 336 |
| 5 | 100 | 1233 | 378 |
| 5 | 400 | 1495 | 500 |
| 5 | 800 | 1720 | 621 |
| 충격파 발생기 안의 초기 기체 압력 (MPa) | 충격파 발생기 안의 초기 기체 온도 (℃) | 분무총 내부에 인가된 기체 속력 (m/s) | 분무총 내부에 인가된 기체 온도 (℃) |
| 1 | 20 | 286 | 135 |
| 1 | 100 | 307 | 146 |
| 1 | 400 | 359 | 229 |
| 1 | 800 | 401 | 557 |
| 3 | 20 | 420 | 212 |
| 3 | 100 | 455 | 234 |
| 3 | 400 | 542 | 298 |
| 3 | 800 | 615 | 441 |
| 5 | 20 | 484 | 254 |
| 5 | 100 | 524 | 284 |
| 5 | 400 | 629 | 370 |
| 5 | 800 | 719 | 454 |
<실시예 2> 본 발명의 장치에 따른 충격파의 실제 형성과 그 운동
본 발명자는 이론에 얽매이기를 바라지 않으면서 본 발명의 장치와 방법에서 드러난 특징을 타당하게 뒷받침하기 위하여 예의 연구하였는바, 아래 기술하는 바와 같다.
도 1을 참조할 때, 초기 상태에서 분무총 안(제1영역)에 있던 기체와 충격파 발생기 안(제4영역)에 있던 기체는 서로 다른 특성을 가질 수 있으며 온도를 달리할 수 있다. 제1영역의 기체는 대개 대기압보다 더 높은 압력에 있는 제4영역의 기체보다 더 낮은 압력(보통 대기압이거나 더 낮음)에 처한다.
도 2를 참조할 때, 밸브가 신속하게 열리면 제1영역과 제4영역의 경계면에서 방출되는 압축파가 합쳐지고, 그 결과 충격파가 발생된다. 이 충격파는 분무총 내부의 정지성 기체를 향하여 전파한다. 한편 동시에 팽창파가 발생되고 제1영역과 제4영역의 경계면에서 방출된다. 이 팽창파는 합쳐지지 않고 개별적으로 진행하여 상기 충격파 발생기 속의 정지성 기체를 향하여 전파한다.
도 3을 참조할 때, 충격파는 분무총의 제1영역 안의 정지성 기체 속에서 오른쪽으로 진행한다. 이 충격파의 속력은 제1영역과 제4영역 사이의 초기 압력비와 온도비에 좌우된다. 충격파가 통과하면 통과한 후의 기체(제2영역) 압력과 온도가 늘어나며, 충격파 뒤를 따라 기체에 오른쪽 방향으로의 속도를 인가한다.
초기 상태에서 분무총 안에 있었던 기체와 초기 상태에서 충격파 발생기 안에 있었던 기체 사이의 경계면은 접촉면(contact surface)이라고 하는데, 접촉면 역시 오른쪽으로 움직이지만 제2영역 안의 기체보다 더 느린 속력으로 움직인다. 이 접촉면은 제2영역(원래 분무총 안에 있었던 기체로서, 충격파에 의하여 가속된 기체를 함유)과 제3영역(원래 충격파 발생기 안에 있었던 기체로서, 팽창파에 의하여 팽창된 기체를 함유)을 갈라놓는다. 비록 이 경계면을 따라 엔트로피가 변화하는 양상은 불연속적이지만, 제2영역과 제3영역의 압력은 동일하거나 그렇지 않다면 유사할 것이다.
도 4를 참조할 때, 팽창파는 발생되어 제4영역에서 연속적으로 전파하는데, 이에 따라 제4영역의 압력을 팽창파의 뒤에 있는 제3영역의 압력값으로 매끄럽게 감소시키게 된다.
<실시예 3> 본 발명의 장치내 기체 상태의 분석
발생한 충격파의 세기, 그에 따라 상기 제1 내지 제4영역에 인가된 속력과 온도는 주로 분무총과 충격파 발생기 안의 초기 기체 상태에 따라 결정된다. 이론에 구애받고자 하는 의도는 아니나, 본 발명자는 기체 동역학의 기본 이론을 본 발명의 방법에 적용하여 충격파 발생, 충격파의 본 발명 장치 통과, 그리고 피복 기질을 향한 입자의 투사 동안 본 발명에 따른 장치 내부의 기체 조건에 대하여 연구하였다.
도 5는 충격파, 접촉면 그리고 본 발명에 따른 한 장치 속을 이동하는 첫째와 마지막 팽창파에 대해서 시간의 흐름에 따라 그 위치를 개략적으로 나타낸 시간-위치(t-x)도의 한 예이다.
도 6은 본 발명에 따른 한 장치 내부의 특정 위치(x2)에서의 기체 속력을 시간에 따라 개략적으로 나타내는 속력-시간(U-t)도의 한 예이다.
도 7은 특정 시간(t2)에서 본 발명에 따른 한 장치 내부에 있는 기체의 속력을 위치에 따라 개략적으로 나타내는 속력-위치(U-x)도의 한 예이다.
도 8은 특정 시간(t2)에서 본 발명에 따른 한 장치 내부에 있는 기체의 압력을 위치에 따라 개략적으로 나타내는 압력-위치(p-x)도의 한 예이다.
도 9는 특정 시간(t2)에서 본 발명에 따른 한 장치 내부에 있는 기체의 온도를 위치에 따라 나타내는 온도-위치(T-x)도의 한 예이다.
<실시예 4> 본 발명의 방법에 따라 형성된 기질의 피복층에 대한 주사 전자 현미경 사진
도 10은 본 발명의 장치를 이용하여 알루미늄 기질 위에 적층된 나노결정 알루미늄 합금 피복층의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 장치를 이용하여 알루미늄 기질 위에 적층된 나노결정 알루미늄 합금 피복층의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 장치를 이용하여 알루미늄 기질 위에 적층된 구리 피복층(구리는 연한 회색층으로, 알루미늄은 짙은 회색층으로 나타남)의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 장치를 이용하여 알루미늄 기질 위에 적층된 구리 피복층의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다(구리는 연한 회색층으로, 알루미늄은 짙은 회색층으로 나타남).
구리, 알루미늄 합금, 니켈, 티타늄과 수산화인회석(hydroxyapatite)은 본 발명에 따른 장치와 방법을 이용하여 성공적으로 도포한 물질의 예이다.
도 10에서 도 13을 보면 본 발명의 방법에 따라 형성된 피복층은 그 구조가 실질적으로 균일하고, 밀도가 높으며, 적층된 물질 내부에서 또는 적층된 물질과 피복 기질의 표면 사이의 경계면에서 뚫린 구멍을 거의 발견할 수 없다는 것을 알 수 있다.
<실시예 5> 본 발명에 따른 전형적인 방법
도 14는 본 발명에 따른 전형적인 방법을 개략적으로 나타낸다. 이 방법은 입자상 물질을 피복 기질의 표면에 적층하기 위한 방법으로서, 적층시, 또는 적층 후에 이 입자상 물질의 적어도 일부가 상기 표면 및/또는 입자상 물질 자신에게 달라붙어 고상의 물체 또는 피복층을 형성하게 된다. 그림에 나타낸 것처럼, 이 방법은 분무 말단을 갖추고 있고 기체 또는 기체 혼합물을 포함하는 튜브상 부재에 상기 입자상 물질을 투입하는 단계 (100)과, 상기 튜브상 부재를 따라 상기 분무 말단 방향으로, 이어서 상기 튜브상 부재를 나와 표면을 향하여 적어도 하나의 충격파가 전파되고, 이때 상기 입자상 물질의 적어도 일부는 상기 충격파와 함께 또는 연접하여 이동하고, 상기 입자상 물질은 상기 표면과 충돌시 최소한 상기 입자상 물질 및/또는 상기 표면의 부분적 변형을 일으키기에 충분한 속력으로 상기 표면을 향하여 투사되는 단계 (101)을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 방법 중 바람직한 예가 도 15에 나타나 있다. 이 방법은 도 14에 나타낸 것과 동일하거나, 그렇지 않으면 유사한데 단계 (102)를 더 포함하고 있다는 점만 다르다. 단계 (102)에서 상기 입자상 물질은 이 입자상 물질을 튜브상 부재 속에 투입하는 (100) 단계 전에 예열된다. 이 예열에서 바람직하게는 상기 입자상 물질의 용융을 일으키지 않고 상기 입자상 물질을 가열하게 된다. 더욱 바람직하게는, 이 예열 과정에서 입자상 물질은 100℃에서 1200℃로 가열된다. 본 발명의 다른 실시 태양(명세서에 나타내지 않았음)에서는 단계 (102)의 예열이 단계 (100)과 (101) 사이에 일어나거나, 단계 (100)과 동시에 일어날 수 있다.
본 명세서 전문을 이해하면 이밖에 추가적 방법, 단계 및 다른 실시 태양이 있을 수 있다는 것은 명백할 것이다.
<실시예 6> 본 발명의 방법에 따라 형성된 기질의 피복층에 대한 더 많은 주사 전자 현미경 사진들
도 16은 본 발명의 장치를 이용하여 적층된 나노결정 알루미늄 합금 피복층의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 17은 본 발명의 장치를 이용하여 적층된 나노결정 알루미늄 합금(Al-12Si) 피복층의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.
<실시예 7> 시판되는 레이저 진단 시스템으로 측정한 평균 입자 속력
본 발명의 장치로부터 방출되는 입자상 물질의 속력을 측정하기 위한 연구를 수행하였다. 시판되는 레이저 진단 시스템을 이를 위하여 사용하였다. 표 5는 7 번의 별도 시험 결과를 나타낸다.
| 측정 실험 번호 | 평균 입자 속력 |
| 1 | 605 m/s |
| 2 | 707 m/s |
| 3 | 698 m/s |
| 4 | 691 m/s |
| 5 | 701 m/s |
| 6 | 705 m/s |
| 7 | 718 m/s |
<실시예 8> 본 발명에 따른 장치의 튜브상 부재 또는 분무총에 입자상 물질을 투입하기 전에 예열시킨 본 발명의 방법에 따라 형성된 기질의 피복층의 광학 현미경 사진
도 18은 본 발명의 장치를 이용하여 알루미늄 피복 기질 위에 적층시킨, 비정질 스텐레스강 분말로부터 제조된 스텐레스강 피복층의 광학 현미경 사진이다. 이 스텐레스강 분말은 분무총에 투입하기 전에 350~400℃로 예열되었다. 이어서 이 분말이 식을 틈을 주지 않고 분무총 속에 투입한 다음, 신속하게 충격파를 가하여 분말을 분무총으로부터 알루미늄 피복 기질의 표면 위로 방출하였다. 윗쪽의 진한 회색 층이 빈 틈이 전혀 없거나 거의 없게 압축되어, 실질적으로 균일한 층을 이루는 스텐레스강 입자를 포함한다는 것을 볼 수 있다. 스텐레스강 분말의 예열 없이 본 발명의 방법을 이용하여 이러한 스텐레스강 층을 형성하는 것은 어렵거나 거의 불가능하다.
이 스텐레스강 층(진한 회색)과 알루미늄 기질(연한 회색) 사이의 계면에는 상기 알루미늄 기질(연한 회색)과 충돌시 변형되지 않은 몇몇 스텐레스강 입자가 존재한다. 이들 입자들은 오히려 상기 알루미늄 기질의 부드러운 윗쪽 층 속에 전적으로 또는 부분적으로 함입되었다(embedded). 그러나 이 스텐레스강 층이 형성되기 시작했을 때, 상기 스텐레스강 입자의 충격 때문에 아마도 입자의 변형과 융합이 일어나 여기 나타낸 층(진한 회색)이 형성되었을 것이다.
비록 본 발명의 내용을 몇몇 실시 태양과 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 범위는 그에 의하여 전혀 제한받지 않는다. 분말 또는 입자상 물질을 적층하기 위한 추가적인 장치와 방법 역시 본 발명의 범위에 포함된다.
Claims (53)
- (ㄱ) 분무 말단을 갖추고 있고 기체 또는 기체 혼합물을 포함하는 튜브상 부재속에 입자상 물질을 투입하는 단계 및(ㄴ) 상기 튜브상 부재를 따라 상기 분무 말단 방향으로, 이어서 상기 튜브상 부재를 나와 적층 대상 표면을 향하여 적어도 하나의 충격파를 전파시키되,이때 상기 입자상 물질은, 적어도 일부가 상기 충격파와 함께 또는 연접하여 이동하면서, 상기 적층 대상 표면과 충돌시 최소한 상기 입자상 물질 자신 및/또는 상기 적층 대상 표면에 부분적 변형을 일으키고, 또한 상기 적층 대상 표면 및/또는 그 위에 이미 적층되어 있던 입자상 물질이 있는 경우 그 입자상 물질과 융합을 일으키기에 충분한 속력을 가지고 상기 적층 대상 표면을 향하여 투사되는 단계를 포함하는, 표면에 입자상 물질을 적층하기 위한 방법으로서,적층시 또는 적층 후에 상기 입자상 물질의 적어도 일부는 상기 적층 대상 표면 및/또는 입자상 물질 자신과 융합하여 고상의 물체 또는 표면의 피복층을 형성하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제1항에 있어서,상기 (ㄱ)과 (ㄴ) 단계는 2회 이상 반복되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제1항에 있어서,상기 (ㄱ)과 (ㄴ)은 여러 차례 반복되어 상기 입자상 물질을 연쇄적 펄스로 적층하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제1항에 있어서,(ㄲ) 상기 (ㄴ) 단계 전에 상기 입자상 물질 및/또는 상기 기체 또는 기체 혼합물을 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제4항에 있어서,상기 (ㄲ)의 가열 단계는 상기 입자상 물질 입자들의 연성 및/또는 전성을 향상시키기에 충분하지만 상기 입자상 물질의 용융을 일으키기에는 실질적으로 불충분한 온도까지 상기 입자상 물질을 가열하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제4항에 있어서,상기 (ㄲ)의 가열 단계는 상기 (ㄱ) 단계 전에 상기 입자상 물질을 가열하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제4항에 있어서,상기 (ㄲ)의 가열 단계는 상기 입자상 물질을 20℃ 내지 1200℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제1항에 있어서,상기 튜브상 부재를 따라 충격파가 적어도 하나 통과하면 상기 충격파의 위치에 또는 그 부근에 있는 기체 또는 기체 혼합물이 가열되고 그에 따라 상기 입자상 물질이 가열되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제1항에 있어서,상기 기체 또는 기체 혼합물은 상기 입자상 물질 및/또는 상기 튜브상 부재에 대하여 실질적으로 반응성을 가지지 않는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제1항에 있어서,상기 입자상 물질은 상기 분무 말단을 대략 500 m/s 내지 대략 1500 m/s의 속력으로 빠져나가는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제1항에 있어서,상기 입자상 물질은 상기 분무 말단을 대략 20℃ 내지 대략 1200℃의 온도로 빠져나가는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제1항에 있어서,상기 충격파는 체임버를 갖춘 충격파 발생기에 의하여 형성되며,상기 체임버는 상기 튜브상 부재 속의 기체 또는 기체 혼합물의 압력보다 더 높은 압력을 가지는 기체 또는 기체 혼합물을 포함하며,상기 체임버 속 기체 또는 기체 혼합물은 상기 튜브상 부재로 방출되어 충격파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제12항에 있어서,상기 체임버 속 기체 또는 기체 혼합물이 상기 튜브상 부재로 방출되기 전에상기 체임버 속 기체 또는 기체 혼합물은 대략 200 kPa 내지 대략 20 MPa의 압력을 가지며,상기 튜브상 부재 속의 기체 또는 기체 혼합물은 대기압에 가까운 압력을 가지는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제12항에 있어서,상기 체임버 속 기체 또는 기체 혼합물을 상기 튜브상 부재로 방출하는 단계는 상기 체임버와 상기 튜브상 부재 사이의 밸브의 개방을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제1항에 있어서,상기 충격파는 화학 반응 또는 폭발 반응에 의하여 발생되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제1항에 있어서,상기 (ㄱ) 단계는 상기 입자상 물질을 상기 튜브상 부재의 벽을 통하여 상기 튜브상 부재의 내부 공간(lumen)으로 투입하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제16항에 있어서,상기 입자상 물질의 투입은 상기 충격파가 상기 튜브상 부재를 따라 통과할 때 또는 통과 순간에 근접한 때에 이루어지는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제3항에 있어서,상기 적층 대상 표면과 상기 튜브상 부재는 상대적인 이동이 가능하여 상기 입자상 물질을 상기 표면상의 원하는 부분 또는 영역에 적층할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제1항에 있어서,상기 튜브상 부재는 그 전체 길이에 걸쳐서 실질적으로 균일한 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제1항에 있어서,상기 튜브상 부재의 길이는 약 1 cm 내지 2 m인 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제1항에 있어서,상기 입자상 물질은 금속, 금속 합금, 세라믹, 써멧(cermet), 고분자 및 비정질(非晶質) 물질로 이루어지는 군에서 선택되는 하나의 물질 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제21항에 있어서,상기 입자상 물질은 구리, 알루미늄, 니켈 및 수산화인회석(hydroxyapatite)으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나의 물질 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제1항에 있어서,상기 적층 대상 표면은 금속, 금속 합금, 세라믹, 써멧 및 고분자로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 제1항에 있어서,상기 튜브상 부재는 금속, 금속 합금, 세라믹, 써멧 및 고분자로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 방법.
- 분무 말단을 갖추고 있고, 기체 또는 기체 혼합물을 포함하며 입자상 물질을 받아들이는 튜브상 부재; 및적어도 하나의 충격파를 발생시키기 위한 충격파 발생기를 포함하되,상기 충격파 발생기는 상기 적어도 하나의 충격파를 상기 튜브상 부재를 따라 상기 분무 말단 방향으로, 이어서 상기 튜브상 부재를 나와 적층 대상 표면 방향으로 전파시키고,이때 상기 입자상 물질은, 적어도 일부가 상기 충격파와 함께 또는 연접하여 이동하면서, 상기 적층 대상 표면과 충돌시 최소한 상기 입자상 물질 자신 및/또는 상기 적층 대상 표면에 부분적 변형을 일으키고, 또한 상기 적층 대상 표면 및/또는 그 위에 이미 적층되어 있던 입자상 물질이 있는 경우 그 입자상 물질과 융합을 일으키기에 충분한 속력을 가지고 상기 적층 대상 표면을 향하여 투사되는, 입자상 물질을 표면에 적층하기 위한 장치로서,적층시 또는 적층 후에 상기 입자상 물질의 적어도 일부는 변형하여 상기 적층 대상 표면 및/또는 입자상 물질과 융합함으로써 고상의 물체 또는 표면의 피복층을 형성하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제25항에 있어서,상기 충격파 발생기는 2개 이상의 충격파를 연속하여 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제25항에 있어서,상기 충격파 발생기는 여러 개의 연속적 충격파를 발생키켜 상기 튜브상 부재의 분무 말단에서 나오는 입자상 물질의 연쇄 펄스를 생성하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제21항에 있어서 상기 입자상 물질의 표면 적층 장치는,충격파가 상기 튜브상 부재를 통과하기 전에 상기 입자상 물질 및/또는 상기 기체 또는 기체 혼합물을 예열하기 위한 예열 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제28항에 있어서,상기 예열 수단은 상기 입자상 물질 입자들의 연성 및/또는 전성을 향상시키기에 충분하지만 상기 입자상 물질의 용융을 일으키기에는 실질적으로 불충분한 온도까지 상기 입자상 물질을 가열하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제28항에 있어서,상기 예열 수단은 상기 입자상 물질을 상기 튜브상 부재 속에 투입하기 전에 상기 입자상 물질을 예열하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제28항에 있어서,상기 예열 수단은 상기 입자상 물질을 20 내지 1200℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제25항에 있어서,상기 적어도 하나의 충격파가 상기 튜브상 부재를 따라 통과하면 상기 충격파의 위치 또는 그 부근에 있는 상기 기체 또는 기체 혼합물을 가열하여 상기 입자상 물질이 가열되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제25항에 있어서,상기 적어도 하나의 충격파가 상기 튜브상 부재를 따라 통과하고 상기 입자상 물질은 상기 적층 대상 표면에 투사되는 동안상기 기체 또는 기체 혼합물은 상기 입자상 물질 및/또는 상기 튜브상 부재에 대하여 실질적으로 반응성을 가지지 않는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제25항에 있어서,상기 충격파 발생기는 상기 입자상 물질로 하여금 상기 분무 말단으로부터 500 m/s 내지 1500 m/s의 속력으로 방출되도록 하는데 충분한 속력을 가지는 충격파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제25항에 있어서,상기 충격파 발생기는 상기 입자상 물질로 하여금 상기 분무 말단으로부터 20℃ 내지 1200℃의 온도로 방출되도록 하는데 충분한 속력을 가지는 충격파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제25항에 있어서,상기 충격파 발생기는 체임버를 포함하되,상기 체임버 속에 상기 튜브상 부재 속 기체 또는 기체 혼합물의 압력보다 더 높은 압력을 가지는 기체 또는 기체 혼합물을 채우고, 이렇게 가압하여 채워진 기체 또는 기체 혼합물을 상기 튜브상 부재로 방출함으로써 각 충격파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제36항에 있어서,상기 체임버 속 기체 또는 기체 혼합물이 상기 튜브상 부재로 방출되기 전 에,상기 체임버 속 기체 또는 기체 혼합물은 대략 200 kPa 내지 대략 20 MPa의 압력을 가지며,상기 튜브상 부재 속의 기체 또는 기체 혼합물은 대기압에 가까운 압력을 가지는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제36항에 있어서,상기 표면 적층 장치는 상기 체임버와 상기 튜브상 부재 사이에 밸브를 더 포함하되, 상기 밸브를 개방함으로써 상기 기체 또는 기체 혼합물을 상기 튜브상 부재로 방출하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제25항에 있어서,상기 충격파 발생기는 화학 반응 또는 폭발 반응용 수단을 갖추고 있고,상기 화학 반응 또는 폭발 반응용 수단에 의하여 야기된 화학 반응 또는 폭발 반응에 의하여 충격파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제25항에 있어서,상기 표면 적층 장치는 상기 입자상 물질을 상기 튜브상 부재 속에 투입하기 위한 투입구 수단을 더 포함하되, 바람직하게는 상기 충격파 발생기가 각 충격파를 발생시키는 지점 또는 그 부근에 상기 투입구 수단이 놓이는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제25항에 있어서,상기 입자상 물질의 각각의 투입 분량은 상기 튜브상 부재의 분무 말단의 반대쪽 끝에 있는, 상기 충격파 발생기와 근접한 곳을 통하여 상기 튜브상 부재로 투입되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제25항에 있어서,상기 적층 대상 표면과 상기 튜브상 부재는 상대적인 이동이 가능하여 상기 입자상 물질을 상기 표면상의 원하는 부분 또는 영역에 적층할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제25항에 있어서,상기 튜브상 부재는 그 전체 길이에 걸쳐서 실질적으로 균일한 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제25항에 있어서,상기 튜브상 부재의 길이는 약 1 cm 내지 2 m인 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제25항에 있어서,상기 입자상 물질은 금속, 금속 합금, 세라믹, 써멧(cermet), 고분자 및 비정질 물질로 이루어지는 군에서 선택되는 하나의 물질 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제45항에 있어서,상기 입자상 물질은 구리, 알루미늄, 니켈, 티타늄 및 수산화인회석으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나의 물질 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제25항에 있어서,상기 적층 대상 표면은 금속, 금속 합금, 세라믹, 써멧 및 고분자로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 제25항에 있어서,상기 튜브상 부재는 금속, 금속 합금, 세라믹, 써멧 및 고분자로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질의 표면 적층 장치.
- 입자상 물질을 표면에 적층하여 상기 입자상 물질의 층을 적어도 하나 상기 표면 위에 적층하기 위한, 제25항 내지 제49항 중 어느 한 항의 표면 적층 장치의 용도.
- 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항의 방법에 따라 입자상 물질을 적층하여 형성된 물질.
- 제50항에 있어서,상기 적층하여 형성된 물질은 표면의 전부 혹은 일부에 대한 피복층을 이루는 것을 특징으로 하는 물질.
- 제51항에 있어서,상기 적층하여 형성된 물질은 준정형(near-net shape)인 것을 특징으로 하는 물질.
- 제50항의 물질의 용도.
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Legal Events
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |