KR20090044157A - 복합재료 코팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합재료를 코팅하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 선재를 이용하여 발생된 아크에 분말과 함께 초음속 가스를 분출하여 코팅하는 복합재료 코팅 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 복합재료 코팅장치는 금속 선재를 이용하여 아크를 발생하도록 하는 선재 용융부; 용융된 상기 금속 선재가 가스에 의해 고속 분사되도록 하는 가스 분사부; 및 상기 가스 분사부에 저장된 분말을 공급하여 상기 가스와 함께 분사되도록 하는 분말 공급장치;를 포함할 수 있다.

상기와 같은 구성의 복합재료 코팅장치에 의하여, 금속계 분말에 비해 저렴한 금속 선재를 이용할 수 있으며, 세라믹 분말을 초음속 분사함으로써 고품위의 코팅이 가능하도록 할 수 있다.

복합재료, 코팅장치, 금속 선재, 분말

Description

복합재료 코팅장치{Coating device for composite material}

본 발명은 복합재료를 코팅하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 선재를 이용하여 발생된 아크에 분말과 함께 초음속 가스를 분출하여 코팅하는 복합재료 코팅 장치에 관한 것이다.

일반적으로 금속 스트립, 스트립 롤, 전극 등과 같은 모재 표면에 금속계 재료를 코팅하기 위해서 아크 용사법(arc spray)과 저온 분사법(cold spray) 등을 사용하여 왔다.

상기 아크 용사법은 금속 선재를 소재로 사용하는 용사 코팅법으로, + 전류, - 전류가 흐르는 두 가닥의 금속 선재를 서로 접촉시켜 아크를 발생시키고, 이를 통해 용융된 금속을 가스를 이용하여 분사함으로써 모재 표면에 용사 코팅층이 적층되도록 처리한다.

상기 저온 분사법은 1~50㎛ 크기의 금속계 분말을 고압 가스로 가속시켜 모재 표면에 충돌시킴으로써 코팅층을 적층시키는 코팅방법이다. 상기 저온 분사법은 용융되지 않고 순수한 고상 상태로 분사하여 코팅되도록 처리한다.

상기 아크 용사법은 금속계 분말에 비해 저렴한 금속 선재를 사용하여 코팅 할 수 있는 장점이 있는 반면, 코팅 내 기공, 산화물 등이 존재할 수 있어 결함이 발생하고, 접착강도가 낮아서 코팅 품질이 상대적으로 떨어지는 단점이 있다.

한편, 저온 분사법은 특정 입도를 갖도록 분급된 분말을 원소재로 사용함에 따라 금속 선재를 사용하는 아크 용사법에 비해 제조단가가 상대적으로 높은 단점이 있다.

특히, WC-Co 계 초경 코팅과 같이 금속기재에 세라믹 등 경화입자가 포함된 복합소재 코팅의 경우에는 금속 선재 내에 금속과 세라믹이 혼합된 분말이 포함되도록 하여 사용하므로, 복합재료 코팅 제조를 위한 소재 비용이 매우 높다. 또한, 상대적으로 물리 화학적 특성이 다른 두 종류 이상의 소재를 동일 공정 조건으로 가열, 용융, 접착하여 코팅층을 형성하므로 복합소재를 구성하는 각 소재의 최적 특성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 금속 선재를 이용하여 발생된 아크에 분말과 함께 가스를 초음속으로 모재 표면에 분사하여 복합재료 코팅을 할 수 있도록 하는 복합재료 코팅장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 복합재료 코팅장치는 금속 선재를 이용하여 아크를 발생하도록 하는 선재 용융부; 용융된 상기 금속 선재가 가스에 의해 고속 분사되도록 하는 가스 분사부; 및 상기 가스 분사부에 저장된 분말을 공급하여 상기 가스와 함께 분사되도록 하는 분말 공급장치;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 복합재료 코팅장치의 상기 가스 분사부는 가스를 초음속으로 분사되도록 하는 노즐을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 복합재료 코팅장치의 상기 가스 분사부는 저장된 가스의 압력 및 유량을 조절하는 가스 제어부와 상기 가스 제어부가 토출한 가스를 노즐로 공급하도록 하는 가스 공급관을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 복합재료 코팅장치의 상기 선재 용융부는 금속 선재가 각각 고정되며 상기 금속 선재가 서로 접촉되도록 이동시키는 선재 고정장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 복합재료 코팅장치의 상기 선재 용융부는 상기 금속 선재가 상기 선재 고정장치에서 이동되도록 하는 선재 공급장치를 더 포함할 수 있 다.

또한, 본 발명에 따른 복합재료 코팅장치의 상기 선재 용융부에 아크 발생을 위한 전류를 제공하는 전력 공급장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 복합재료 코팅장치의 상기 전력 공급장치는 금속 선재가 각각 고정되며 상기 금속 선재가 서로 접촉하도록 이동시키는 선재 고정장치 및 상기 금속 선재가 상기 선재 고정장치에서 이동되도록 하는 선재 공급장치 중 적어도 하나에 연결되어 전류를 공급하는 전력선을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 복합재료 코팅장치의 상기 분말 공급장치는 상기 가스 분사부의 가스 공급관과 연결되는 분말공급관으로 분말을 공급할 수 있다.

상기와 같은 구성의 복합재료 코팅장치에 의하여, 금속계 분말에 비해 저렴한 금속 선재를 이용할 수 있으며, 세라믹 분말을 초음속 분사함으로써 고품위의 코팅이 가능하도록 할 수 있다.

또한, 종래 복합코팅을 위해 금속 선재 내에 금속과 세라믹이 혼합된 분말이 포함되도록 한 금속 선재를 사용하지 않으므로, 이와 같은 금속 선재를 제조할 필요가 없고, 금속과 세라믹 분말을 각각 다른 공정으로 코팅할 수 있어 소재의 최적 특성을 살릴 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사 상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 복합재료 코팅장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 복합재료 코팅장치는 선재 용융부(20), 가스 분사부(10) 및 분말 공급장치(40)를 포함한다.

상기 선재 용융부(20)는 금속 선재(2)를 이용하여 아크(3)를 발생하도록 한다. 상세하게는 전류가 흐르는 다수의 금속 선재(2)의 가닥을 접촉시켜 아크(3)를 발생시킨다. 상기 금속 선재(2)는 선재 고정장치(21, 22)에 고정되며, 상기 선재 고정장치(21, 22)는 지지대(25)에 의해 지지되어 상기 금속 선재(2)가 서로 접촉되도록 이동시킨다.

또한, 상기 선재 용융부(20)는 상기 금속 선재(2)를 보호하고 절연하도록 상기 선재 고정장치(21, 22)와 열결되는 선재 공급관(24, 26)과 상기 선재 제공관(24, 26)과 연결되어 상기 금속 선재(2)가 상기 선재 고정장치(21, 22)에서 일정한 량으로 선재를 공급하도록 하는 선재 공급장치(27)를 더 포함한다.

한편, 상기 선재 용융부(20)에 아크(3) 발생을 위한 전류를 제공하는 전력 공급부(30)를 더 포함할 수 있다. 상기 전력 공급부(30)는 전류를 발생시켜 상기 전력선(31)으로 공급하는 전력 공급장치(32)와 상기 전력 공급장치(32)여 연결되어 선재에 공급되는 전력량을 제어하는 전력 제어장치(33)를 포함한다.

상기 전력선(31)은 전력 공급을 위해 선재 고정장치(21, 22), 선재 공급장치(27) 및 상기 선재 고정장치(21, 22) 중 적어도 하나에 연결되어 전류를 공급할 수 있다.

상기 가스 분사부(10)는 금속 선재(2)가 접촉하여 아크(3)를 발생하며 용융되는 경우, 용융된 상기 금속 선재(2)가 가스에 의해 고속 분사되도록 한다. 상기 가스 분사부(10)는 가스를 초음속으로 분사되도록 하는 노즐(11)을 구비하며, 상기 노즐(11)은 가스 공급관(12)과 연결된 부분부터 내경이 점차 감소하다가 다시 증가하는 드 라발 노즐(De laval Nozzle)일 수 있다.

또한, 상기 가스 분사부(10)는 저장된 가스의 압력 및 유량을 조절하는 가스 제어부(13)와 상기 가스 제어부(13)가 토출한 가스를 노즐(11)로 공급하도록 하는 가스 공급관(12)을 포함한다. 또한, 상기 가스 분사부(10)는 압축 질소나 압축 공기인 가스를 포함하는 가스 저장부(14)를 더 포함할 수 있다.

상기 분말 공급장치(40)는 상기 가스 분사부(10)의 가스 공급관(12)과 연결되는 분말공급관(42)을 포함하며, 상기 가스 분사부(10)에 저장된 분말을 공급하여 상기 가스와 함께 분사되도록 한다.

도 2는 본 발명의 분말 공급장치가 가스 분사부에 연결된 다른 실시예를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 분말 공급장치(40)는 가스 분사부(10)의 노즐(11)에 연결되는 분말공급관(42)으로 분말을 공급한다.

상기 노즐(11)에 분말이 공급되고, 이 분말은 압축 질소, 압축 공기 등의 가 스와 혼합되어 분사되고, 아크 발생을 통해 용융된 금속 선재를 혼합되어 분사되며, 최종적으로 코팅하고자 하는 모재 표면에 혼합 적층된다.

상기와 같은 구성의 복합재료 코팅장치에 의하여, 금속계 분말에 비해 저렴한 금속 선재를 이용할 수 있으며, 세라믹 분말을 초음속 분사함으로써 고품위의 코팅이 가능하도록 할 수 있다.

또한, 종래 복합코팅을 위해 금속 선재 내에 금속과 세라믹이 혼합된 분말이 포함되도록 한 금속 선재를 사용하지 않으므로, 이와 같은 금속 선재를 제조할 필요가 없고, 금속과 세라믹 분말을 각각 다른 공정으로 코팅할 수 있어 소재의 최적 특성을 살릴 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복합재료 코팅장치를 개략적으로 도시한 블록도.

도 2는 본 발명의 분말 공급장치가 가스 분사부에 연결된 다른 실시예를 개략적으로 도시한 블록도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 가스 분사부 11: 노즐

12: 가스 공급관 13: 가스 제어장치

14: 가스 저장부 15: 가스 예열장치

16: 가스 온도 제어장치 20: 선재 용융부

21, 22: 선재 고정장치 24, 26: 선재 공급관

25: 지지대 27: 선재 공급장치

30: 전력 공급부 31: 전력선

32: 전력 공급장치 33: 전력 제어장치

Claims (9)

1. 금속 선재를 이용하여 아크를 발생하도록 하는 선재 용융부;

   용융된 상기 금속 선재가 가스에 의해 고속 분사되도록 하는 가스 분사부; 및

   상기 가스 분사부에 저장된 분말을 공급하여 상기 가스와 함께 분사되도록 하는 분말 공급장치;를 포함하는 복합재료 코팅장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스 분사부는 가스를 초음속으로 분사되도록 하는 노즐을 포함하는 복합재료 코팅장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스 분사부는 저장된 가스의 압력 및 유량을 조절하는 가스 제어부와 상기 가스 제어부가 토출한 가스를 노즐로 공급하도록 하는 가스 공급관을 더 포함하는 복합재료 코팅장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 선재 용융부는 금속 선재가 각각 고정되며 상기 금속 선재가 서로 접촉되도록 이동시키는 선재 고정장치를 더 포함하는 복합재료 코팅장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 선재 용융부는 상기 금속 선재가 상기 선재 고정장치에서 이동되도록 하는 선재 공급장치를 더 포함하는 복합재료 코팅장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 선재 용융부에 아크 발생을 위한 전류를 제공하는 전력 공급장치를 더 포함하는 복합재료 코팅장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 전력 공급장치는

   금속 선재가 각각 고정되며 상기 금속 선재가 서로 접촉하도록 이동시키는 선재 고정장치 및 상기 금속 선재가 상기 선재 고정장치에서 이동되도록 하는 선재 공급장치 중 적어도 하나에 연결되어 전류를 제공하는 전력선을 포함하는 복합재료 코팅장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 분말 공급장치는 상기 가스 분사부의 가스 공급관과 연결되는 분말제공관으로 분말을 공급하는 복합재료 코팅장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 분말 공급장치는 상기 가스 분사부의 노즐에 연결되는 분말공급관으로 분말을 공급하는 복합재료 코팅장치.

Images