KR20120054600A - High velocity gas spraying apparatus and apparatus for producing molten metal-resistant member - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 내용융 금속 부재 상에 용사된 용사 피막의 수명을 연장시킬 수 있는 고속 가스 용사 장치를 제공하는데 있다. 고속 가스 용사 장치는 연소 가스를 분사하는 분사 노즐과, 해당 분사 노즐의 내측으로 흐르는 연소 가스 내로 용사 입자들을 공급하는 용사 재료 공급부를 포함한다. 상기 고속 가스 용사 장치는, 상기 용사 재료 공급부가 상기 분사 노즐의 단부로부터 30㎜ 이내의 위치에서 상기 분사 노즐의 내부면에 형성된 용사 재료 공급구를 포함하는 것을 특징으로 한다.An object of the present invention is to provide a high-speed gas spraying apparatus capable of extending the life of the sprayed coating sprayed on the molten metal member. The high speed gas spray apparatus includes an injection nozzle for injecting combustion gas and a spray material supply unit for supplying sprayed particles into the combustion gas flowing inwardly of the injection nozzle. The said high-speed gas spraying apparatus is characterized in that the thermal spraying material supply part includes a thermal spraying material supply port formed in the inner surface of the jetting nozzle at a position within 30 mm from the end of the jetting nozzle.
Description
본 발명은 연소 가스와 함께 용사 입자(thermal spraying particle)를 용사하는 고속 가스 용사 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a high speed gas spraying device for spraying thermal spraying particles together with combustion gases.
강판의 표면에 피막을 형성하는 공지된 하나의 방법은, 아연, 알루미늄 혹은 아연-알루미늄 합금 등과 같은 용융 금속이 수용된 통(bath) 내에 강판을 침지시키 것이다. 이 통에는, 강판을 반송하는 반송 롤러가 설치되어 있고, 이 반송 롤러는 용융 금속에 의해 침투?부식될 염려가 있다. 그러한 침투?부식을 방지하기 위한 공지된 하나의 대책은, 반송 롤러의 표면을 보호용 피막으로 피복하는 것이다.One known method of forming a coating on the surface of a steel sheet will immerse the steel sheet in a bath containing molten metal such as zinc, aluminum or a zinc-aluminum alloy or the like. The conveyance roller which conveys a steel plate is provided in this cylinder, and there exists a possibility that this conveyance roller may penetrate and corrode with molten metal. One known countermeasure for preventing such penetration and corrosion is to coat the surface of the conveying roller with a protective film.
이러한 보호용 피막을 형성하는 공지된 하나의 방법은 고속 가스 용사법이다. 특허문헌 1 및 2는 WC-Co계 혹은 WC-WB-Co계의 시멘트 재료를 고속 가스 용사법으로 용사하는 용사 방법을 개시한다. 특허문헌 3은 알루미나 등과 같은 세라믹을 플라즈마-용사함으로써 형성된 용사층에 기공 밀봉 처리를 실시하는 방법을 개시한다.One known method of forming such a protective film is a high speed gas spraying method.
그러나, 종래의 용사 방법에서는, 반송 롤러의 사용 기간이 길어지면, 반송 롤러의 표면 상의 보호용 피막이 박리, 마손되어 반송 롤러를 교환해야만 한다. 최근, 비용 삭감 및 생산 효율의 향상 등을 배경으로, 반송 롤러의 더한층 장수명화가 요구되고 있다. 또한, 반송 롤러는 산 부식 환경 하에 있어서 사용될 경우에도, 마찬가지로 장수명화가 요구되고 있다.However, in the conventional thermal spraying method, when the service period of a conveyance roller becomes long, the protective film on the surface of a conveyance roller peels and wears out, and the conveyance roller must be replaced. Background Art [0002] In recent years, further longer life of conveying rollers is required in view of cost reduction, improvement in production efficiency, and the like. In addition, even when the conveying roller is used in an acidic corrosion environment, long life is required.
따라서, 본 발명의 목적은 내용융 금속 부재 상에 용사된 용사 피막의 수명을 연장시킬 수 있는 고속 가스 용사 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a high speed gas spraying apparatus capable of extending the life of the thermal sprayed coating on the molten metal member.
본 발명자는, 종래의 용사 피막을 분석하여, 용사 피막이 박리, 마손되는 원인을 분석하였다. 도 1은 종래의 용사 피막의 단면을 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도시하지 않은 용사 건(gun)으로부터 분사된 용사 입자(1)는, 반용융된 상태로 대기 중을 이동해서 내용융 금속 부재(이 경우, 용융 아연 내에서 강판을 반송하는 반송 롤러를 내용융 금속 부재라 표기함)에 충돌한다. 용사 입자(1)는, 반송 롤러에 충돌할 경우 초고속(약 600m/s) 및 고온(약 1750℃)에 달하고 있다. 따라서, 해당 입자(1)는, 충돌 시 펴져서, 편평한 형상으로 변형된다. 이러한 편평하게 된 용사 입자(1)가 순차 적층됨으로써, 용사 피막이 형성된다.The present inventors analyzed the conventional sprayed coating and analyzed the cause of the peeling and abrasion of the sprayed coating. 1 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a conventional thermal spray coating. The sprayed
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 용사 피막에는, 다수의 기공(3) 및 관통 기공(4)이 형성되어 있다. 반송 롤러를 용융 아연 속에 침지하면, 용융 아연은 기공(3) 및 관통 기공(4)을 통해서 용사 피막에 침투하여, 부식을 일으킨다.As shown in Fig. 1, a large number of
이들 기공(3) 및 관통 기공(4)의 발생 원인을 분석한 결과, 용사 입자의 직경이 기공(3) 및 관통 기공(4)의 형성에 크게 영향을 주고 있는 것을 발견하였다. 더욱 구체적으로는, 반송 롤러 상에 용사되어서 그 위에 응고된 응고 용사 입자(2)에 용사 입자(1)가 충돌했을 때, 용사 입자(1)의 온도가 낮으므로, 해당 용사 입자가 충분히 펴지지 않게 된다. 따라서, 응고 용사 입자(2) 및 용사 입자(1)의 대향하는 면이 서로 완전히 접촉하지 않게 된다. 이것에 의해 간극이 생겨서, 기공(3)이 형성된다. 또한, 용사 입자(1)의 충돌 시의 변형 속도는 매우 높다. 그러므로, 용사 입자(1)가 변형되고 있는 동안에는, 그 주위의 공기가 도망갈 장소가 없어지게 된다. 변형 후에, 이 공기는 용사 입자(1)들 사이의 간극을 통해 외부로 해방된다. 이 때문에, 기공(3)으로부터 용사층의 외부로 연결되는 관통로가 형성되고, 이에 의해 관통 기공(4)이 형성된다. 본 발명자에 의한 분석에 따르면, 용사 피막 중에 존재하는 기공의 면적비는 1 내지 3% 정도였다. 또한, 응고 용사 입자(2)의 주위에는 용융 입자(1)의 산화물(5)이 형성되었다. 이것에 의해, 용융 입자(1)들 간의 결합력을 약화시키는 동시에 관통 기공(4)의 형성을 용이하게 하고 있었다.As a result of analyzing the causes of the generation of these
도 2는 종래의 용사 피막에 아연이 침입한 상태를 나타낸 광학현미경 사진이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, 용사 피막에 아연이 침입하면, 부식이 진행되어, 용사 피막이 박리, 마손된다.2 is an optical micrograph showing a state in which zinc intruded into the conventional thermal spray coating. As shown in the figure, when zinc enters the thermal spray coating, corrosion progresses, and the thermal spray coating peels off and wears off.
도 3a는, 종래의 용사 입자가 적층된 상태를 예시한 단면도이고, 도 3b는 종래의 용사 입자보다도 직경이 작은 미세한 용사 입자가 적층된 상태를 도시한 단면도이다. 용사 입자를 완전한 구라고 가정하면, 인접한 용사 입자들 간에 형성되는 간극의 크기는 입자 직경의 3승에 비례한다. 그러므로, 용사 입자의 직경을 작게 함으로써, 상기 미세한 입자의 충전율이 향상되어, 용융 아연이 침입하기 어려운 치밀한 용사 피막을 형성할 수 있다.3A is a cross-sectional view illustrating a state in which conventional sprayed particles are laminated, and FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating a state in which fine spray particles having a smaller diameter than the conventional sprayed particles are stacked. Assuming that the sprayed particles are complete spheres, the size of the gap formed between adjacent sprayed particles is proportional to the square of the particle diameter. Therefore, by reducing the diameter of the sprayed particles, the filling rate of the fine particles can be improved to form a dense sprayed coating which is hard to invade molten zinc.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 고속 가스 용사 장치는, 연소 가스를 분사하는 분사 노즐; 및 상기 분사 노즐의 내측으로 흐르는 연소 가스 내로 용사 입자들을 공급하는 용사 재료 공급부를 포함하되, 상기 용사 재료 공급부는 상기 분사 노즐의 단부로부터 30㎜ 이내의 위치에서 상기 분사 노즐의 내부면에 형성된 용사 재료 공급구를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the high-speed gas spraying apparatus according to the present invention, the injection nozzle for injecting combustion gas; And a thermal spray material supply unit supplying the thermal spray particles into the combustion gas flowing inwardly of the injection nozzle, wherein the thermal spray material supply unit is formed on the inner surface of the injection nozzle at a position within 30 mm from an end of the injection nozzle. Characterized in that it comprises a supply port.
본 발명에 따르면, 치밀한 용사 피막을 지니는 내용융 금속 부재를 제조할 수 있는 고속 가스 용사 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a high speed gas spraying apparatus capable of producing a molten metal member having a dense thermal spray coating.
도 1은 종래의 용사 피막의 단면을 모식적으로 나타낸 단면도;
도 2는 종래의 용사 피막에 아연이 침입한 상태를 도시한 광학현미경 사진;
도 3a는 종래의 용사 입자가 적층된 상태를 도시한 단면도;
도 3b는 종래의 용사 입자보다도 입자 직경이 작은 용사 입자가 적층된 상태를 도시한 단면도;
도 4는 제1실시형태의 고속 가스 용사 장치의 단면도;
도 5는 용사 입자의 입자 직경과 해당 입자 직경을 변화시켰을 때의 기공률과의 관계를 나타낸 도면;
도 6은 제2실시형태의 비산화성 가스를 내뿜은 경우의 도면;
도 7a는 비교예의 용사 피막의 반사된(backscattered) 전자상을 나타내고 있는 도면;
도 7b는 비교예의 용사 피막의 EDS 매핑 상(mapping image)을 나타내고 있는 도면;
도 8a는 실시예 1의 용사 피막의 반사된 전자상을 나타내고 있는 도면;
도 8b는 실시예 1의 용사 피막의 EDS 매핑 상을 나타내고 있는 도면;
도 9a는 실시예 2의 용사 피막의 반사된 전자상을 나타내고 있는 도면;
도 9b는 실시예 2의 용사 피막의 EDS 매핑 상을 나타내고 있는 도면;
도 10은 실시예 3의 블라스트 마모 시험 방법(blast abrasion test method)을 나타낸 도면.1 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a conventional thermal spray coating;
2 is an optical micrograph showing a state in which zinc has invaded the conventional thermal spray coating;
Figure 3a is a cross-sectional view showing a state in which the conventional sprayed particles are laminated;
3B is a cross-sectional view showing a state in which sprayed particles having a smaller particle diameter are laminated than conventional sprayed particles;
4 is a cross-sectional view of the high speed gas spraying device according to the first embodiment;
5 is a view showing a relationship between the particle diameter of the thermal sprayed particles and the porosity when the particle diameter is changed;
FIG. 6 is a view of a case in which the non-oxidizing gas of the second embodiment is exhaled; FIG.
7A shows a backscattered electron image of the thermal sprayed coating of the comparative example;
7B shows an EDS mapping image of the thermal sprayed coating of the comparative example;
8A is a view showing a reflected electron image of the thermal spray coating of Example 1;
8B is a view showing an EDS mapping image of the thermal spray coating of Example 1;
9A is a view showing a reflected electron image of the thermal spray coating of Example 2;
FIG. 9B is a plane showing an EDS mapping image of the thermal spray coating of Example 2; FIG.
FIG. 10 shows the blast abrasion test method of Example 3. FIG.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 본 발명의 목적은 Zn 및/또는 Al을 함유하는 용융 금속에 의해 초래된 부식을 방지하는데 있다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described, referring drawings. It is an object of the present invention to prevent corrosion caused by molten metal containing Zn and / or Al.
따라서, 본 발명의 고속 가스 용사 장치에 의해 제조된 내용융 금속 부재에는 용융 금속과 접촉하는 각종 부재가 포함된다. 이러한 부재의 예로는, 강판 도금용의 용융 금속이 저장된 저장 용기 내에 배치되어, 강판을 반송하는 반송 롤러; 저장 용기의 외부에 배치되어, 용융 금속이 부착된 강판을 반송하는 반송 롤러; 용융 금속이 주입되는 주형; 주형에 사용되는 국자; 및 용융 금속을 급송(feeding)하는 펌프가 포함된다.Therefore, the molten metal member manufactured by the high speed gas spraying apparatus of the present invention includes various members in contact with the molten metal. Examples of such a member include a conveyance roller which is disposed in a storage container in which molten metal for steel sheet plating is stored and conveys a steel sheet; A conveying roller which is disposed outside the storage container and conveys the steel sheet to which the molten metal is attached; A mold into which molten metal is injected; Ladles used for moulds; And a pump for feeding molten metal.
(제1실시형태)(First Embodiment)
도 4는 고속 가스 용사 장치의 단면도이다. 또, X축, Y축 및 Z축은 서로 직교하는 상이한 3개의 축이고, X축 방향은 용사 입자의 분사 방향이다. 본 실시형태에서는, 강판 도금용의 용융 금속이 저장된 저장 용기 내에 배치되어, 강판을 반송하는 반송 롤러(내용융 금속 부재)를 예로 해서 설명한다.4 is a cross-sectional view of the high speed gas spraying device. Moreover, X axis | shaft, Y axis | shaft, and Z axis | shaft are three different axes orthogonal to each other, and an X-axis direction is the spraying direction of a sprayed particle. In this embodiment, the molten metal for steel plate plating is arrange | positioned in the storage container which stored, and demonstrates it as an example the conveyance roller (solvent metal member) which conveys a steel plate.
고속 가스 용사 장치(300)는 연소실(101)과 해당 연소실(101)의 분사 방향의 전방에 배치된 용사 노즐(103)을 포함한다. 연소실(101)은 관 형상으로 형성되어 분사 방향으로 연장되고 있다. 연소실(101)의 후단부는, 연소실 후미 마개(combustion chamber tail plug)(105)에 의해 폐쇄되어 있다. 연소실 후미 마개(105)는 연료 공급부(106)와 산소 가스 공급부(107)를 포함한다. 연료 공급부(106)는 연소실(101)에 연통하고 있고, 연료 공급부(106)에 투입된 연료는 연소실(101)을 향해서 고속으로 이동한다. 산소 가스 공급부(107)는 연소실(101)에 연통하고 있고, 산소 가스 공급부(107) 내의 산소는 연소실(101)을 향해서 고속으로 이동한다. 연료 공급부(106)에 투입되는 연료로서는 등유를 이용할 수 있다. 등유의 유량은 바람직하게는 15.5ℓ/h 내지 26.5ℓ/h이다. 산소의 유량은 바람직하게는 40㎥/h 내지 53㎥/h이다.The high speed
연소실(101)과 용사 노즐(103) 간의 연결 부분에는, 라발 노즐(Laval nozzle)(102)이 형성되어 있다. 라발 노즐(102)에 공급되는 유체의 온도와 압력을 제어함으로써, 유체의 속도를 초음속까지 증가시킬 수 있다.The
용사 노즐(103)은, 내경 치수가 일정한 관 형상으로 형성되어 있고, 용사 방향으로 연장되어 있다. 용사 노즐(103)의 길이는 바람직하게는 10 내지 20㎝이다. 이 용사 노즐(103)은 연소실(101)로부터 공급되는 고속의 연소 가스의 흐름을 조정하여, 해당 흐름의 수렴성을 향상시킨다. 따라서, 용사 노즐(103)의 길이가 상기 범위 이하이면, 흐름 조정 효과 및 수렴 효과가 적어진다. 또한, 상기 길이가 상기 범위를 초과하면, 연소 가스의 속도가 저하된다. 용사 노즐(103)의 단부에는, 분사구(103a)가 형성되어 있다. 이 분사구(103a)로부터 연소 가스와 함께 용사 재료가 분사된다.The
용사 노즐(103)의 분사구(103a) 근방에는, 용사 재료 공급 노즐(104)이 형성되어 있다. 용사 노즐(103)의 내주면에는, 용사 재료 공급 노즐(104)의 용사 입자 공급구(104a)가 형성되어 있다. 또, 용사 재료 공급 노즐(104)의 단부로부터 30㎜ 내에서 상기 내주면 상에 용사 재료 공급구(104a)가 형성되는 것이 바람직하다. 이어서, 용사 재료 공급 노즐(104)을 통해 흐르는 연소 가스 내로 공급되는 용사 재료는 거의 용사 재료 공급 노즐(104)의 내주면 상에 부착되지 않으므로, 스피팅(spitting)의 발생이 억제될 수 있다. 단, 스피팅은, 용사 재료 공급 노즐(104)의 내주면 상에 부착된 용사 재료가 해당 내주면으로부터 박리되고, 용사 재료(반송 롤러)의 표면 상에 연소 가스가 분사되는 현상이다. 용사 재료 공급 장치(도시 생략)는 용사 재료를 용사 재료 공급 노즐(104)로 급송한다. 반송 수단으로서는, 질소 가스 등의 캐리어(carrier) 가스를 이용할 수 있다. 따라서, 용사 재료는 캐리어 가스와 함께 용사 노즐(103) 내부의 연소 가스 내로 유입된다.The thermal spray
도 5는 WC12Co 용사 입자의 입자 직경을 변화시켰을 때의 기공률의 변화를 도시한 그래프이다. 종래의 용사에서는, 입자 직경이 40㎛ 정도인 용사 재료가 약 150㎛ 정도의 두께로 용사된다. 그러나, 3% 정도의 비율의 기공의 발생은 피할 수 없다. 입자 직경이 40㎛인 입자가 150㎛ 두께로 용사된 시험편을 40℃에서 10% 묽은 황산에 침지시킨 바, 해당 묽은 황산이 용사 피막 내로 침투하여, 5일 내에 기재로부터 용사 피막이 박리되었다. 도 4에 나타낸 용사 장치를 사용해서, 각종 입자 직경을 지니는 용사 입자를 이용하여 시험을 행하였다. 해당 시험 결과, 15㎛ 용사 입자에서는, 기공률이 0.15%인 것을 알 수 있었다. 이 시험편을 40℃에서 10% 묽은 황산에 20일간 침지시킨 후에도, 용사 피막 내에 묽은 황산이 침투되지 않았다. 용사 재료의 입자 직경을 15㎛ 이하로 한 경우, 관통 기공의 형성을 방지할 수 있는 것이 밝혀졌다.5 is a graph showing the change in porosity when the particle diameter of the WC12Co sprayed particles is changed. In the conventional thermal spraying, the thermal spraying material whose particle diameter is about 40 micrometers is sprayed by the thickness of about 150 micrometers. However, the generation of pores in the proportion of about 3% is inevitable. When the particle | grain whose particle diameter was 40 micrometers was immersed in 10% dilute sulfuric acid at 40 degreeC, the sprayed specimen sprayed 150 micrometers thick, the diluted sulfuric acid penetrated into the thermal spray coating, and the thermal spray coating peeled from the base material within 5 days. Using the thermal spraying apparatus shown in FIG. 4, the test was carried out using the thermal spraying particles having various particle diameters. As a result of this test, it was found that the porosity was 0.15% in the 15 µm sprayed particles. Even after this test piece was immersed in 10% dilute sulfuric acid at 40 ° C for 20 days, dilute sulfuric acid did not penetrate into the sprayed coating. When the particle diameter of a thermal spraying material was 15 micrometers or less, it turned out that formation of a through pore can be prevented.
입자 직경이 15㎛ 이하인 미세한 용사 입자를 이용하는 것에 의해, 관통 기공이 없는 치밀한 용사 피막을 형성할 수 있다. 이것에 의해, Zn 및/또는 Al을 함유하는 용융 금속이 용사 피막의 내부로 침입하는 것을 효과적으로 억제하므로, 반송 롤러의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 용융 금속 내에서 사용되는 반송 롤러의 표면에 부착되는 Zn 및/또는 Al 등을 산성 용액을 이용해서 제거할 때, 이 산성 용액에 의한 부식이 방지될 수 있다. 단, 용사 재료의 입자 직경은, 용사 재료의 평균 입자 직경이며, 즉, 레이저 회절 산란식 측정법을 이용해서 산출된 중간 직경(median diameter)이다.By using fine thermal spray particles having a particle diameter of 15 µm or less, a dense thermal spray coating without penetrating pores can be formed. This effectively suppresses intrusion of molten metal containing Zn and / or Al into the interior of the thermal spray coating, whereby corrosion of the conveying roller can be prevented. In addition, when Zn and / or Al or the like adhered to the surface of the conveying roller used in the molten metal is removed using an acidic solution, corrosion by this acidic solution can be prevented. However, the particle diameter of a thermal spraying material is an average particle diameter of a thermal spraying material, ie, the median diameter computed using the laser diffraction scattering measurement method.
또, 입자 직경이 1㎛ 이상인 용사 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 용사 재료 공급 노즐(104)의 용사 입자 공급구(104a) 근방의 영역에 용사 입자가 부착되는 것을 방지할 수 있다. 더욱 구체적으로는, 용사 입자의 직경이 작아지면, 용사 입자 공급구(104a)로부터 분사될 때의 입자의 운동 에너지가 작아져, 용사 입자 공급구(104a) 근방의 영역에 용사 입자가 퇴적될 우려가 있다. 그 때문에, 용사 입자의 직경을 1㎛ 이상으로 설정함으로써, 용사 입자의 퇴적을 효과적으로 억제할 수 있다.Moreover, it is preferable to use the sprayed particle whose particle diameter is 1 micrometer or more. As a result, the thermal spray particles can be prevented from adhering to the region near the thermal spray
용사 재료에는, 용사 입자들을 결합시키는 바인더로서 각종 재료를 이용할 수 있다. 예를 들어, Ni 및 Co 등과 같은 단체뿐만 아니라 Ni계 합급, Ni-Cr계 합금, Co계 합금(예를 들어, Co를 주성분으로 해서, 약 30질량%의 Cr 및 4 내지 15질량%의 W를 함유하는 스텔라이트(stellite) 합금)을 이용할 수 있다.As the thermal spraying material, various materials can be used as a binder for bonding the thermal spraying particles. For example, Ni-based alloys, Ni-Cr-based alloys, Co-based alloys (for example, about 30 mass% Cr and 4-15 mass% W based on Co as a main component) Containing a stellite alloy.
종래의 방법에서는, 관통 기공을 통해 침투된 Zn 및/또는 Al을 함유하는 용융 금속 및 산성 용액에 의해 초래된 부식을 방지하기 위해서 용사 피막의 기공을 기공 밀봉제로 밀봉하고 있었다. 그러나, 반송 롤러에 강판이 접촉할 경우, 표면 마모 및 내부응력이 발생한다. 따라서, 기공 밀봉제에 균열이 생기고, 이것에 의해 기공 밀봉 처리의 효과가 저하되어, 반송 롤러의 수명이 단축된다. 본 실시형태의 반송 롤러는, 기공 및 관통 기공이 거의 없다. 그러므로, 기공 밀봉 처리는 필수가 아니고, 해당 반송 롤러의 수명은, 기공 밀봉 처리를 실시한 종래의 반송 롤러보다 길게 할 수 있다. 또, 본 실시형태의 반송 롤러에 기공 밀봉 처리를 실시할 수도 있다. 이러한 경우에, 기공 밀봉제에 의해 용융 금속 및 산성 용액의 침투에 의한 부식을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.In the conventional method, the pores of the thermal sprayed coating were sealed with a pore sealant to prevent corrosion caused by molten metal and acidic solutions containing Zn and / or Al penetrated through the through pores. However, when the steel sheet comes into contact with the conveying roller, surface wear and internal stress occur. Therefore, a crack arises in a pore sealant, and the effect of a pore sealing process falls by this, and the lifetime of a conveyance roller is shortened. The conveyance roller of this embodiment has almost no pore and a through pore. Therefore, a pore sealing process is not essential and the life of this conveyance roller can be made longer than the conventional conveyance roller which performed the pore sealing process. Moreover, a pore sealing process can also be given to the conveyance roller of this embodiment. In this case, the pore sealant can more effectively suppress corrosion due to penetration of the molten metal and the acidic solution.
(제2실시형태)(2nd Embodiment)
도 4에 도시된 고속 가스 용사 장치(300)에는 관 형상 가스 공급부(310)가 설치되어 있다. X축 방향에서 보아서, 관 형상 가스 공급부(310)의 가스 배출구인 관 형상 가스 공급구(310a)는 분사구(103a)를 둘러싸고 있다. 그 때문에, 관 형상 가스 공급구(310a)로부터 분사된 가스에 의해 관 형상의 가스 돔이 형성된다. 분사 노즐(103)로부터 분사된 연소 가스는, 이 가스 돔의 내부를 X축 방향으로 이동한다. 단, 상기 가스로서는 공기뿐만 아니라 질소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 비산화성 가스, 및 프로판 가스 혹은 아세틸렌 가스 등의 가연성 가스를 사용하는 것도 가능하다.The tubular
용사 재료 공급 노즐(104)로부터 연소 가스 내에 공급된 용사 재료의 표면은 연소 가스 내의 잔존하는 산소 및 연소 가스의 주위에서 인입된 공기 중의 산소에 의해 산화된다. 이것에 의해, 용사 피막 내의 용사 입자들 간의 결합력을 저하시켜 용사 피막의 강도를 저하시킨다. 특히 용사 재료의 입자 직경이 작을 경우에는 그의 비표면적이 커지므로, 산화의 영향이 커진다. 상기 가스로서 비산화성 가스를 사용한 경우, 이 비산화성 가스가 장벽으로서 역할하여, 대기 중의 산소가 연소 가스 내로 인입되는 것을 저지할 수 있다. 또한, 비산화성 가스가 연소 가스 내로 인입되므로, 연소 가스 내의 산소분압이 감소된다. 이것에 의해 연소 가스 내의 용사 재료의 산화가 억제될 수 있다. 관 형상 가스 공급구(310a)의 형상은, 용사 노즐(103)로부터 분사되는 연소 가스를 둘러쌀 수 있는 한 다른 형상(예를 들어, 직사각 형상)으로 변경될 수도 있다.The surface of the thermal spray material supplied into the combustion gas from the thermal spray
(실시형태 3)(Embodiment 3)
도 6은 도 4의 고속 가스 용사 장치를 사용해서 용사 대상체(즉, 피용사 재료)(204)로서 역할하는 롤러 상에 용사하는 방법을 나타낸 모식도이다. 용사 재료는, 용사 재료 공급 노즐(104)로부터 초음속에서 흐르는 연소 가스(203) 내로 분사됨으로써, 가열 및 가속된다. 이 가열 및 가속된 용사 재료는, 용사 대상체(204) 상에 분사되어, 용사 피막(205)으로서 이용되는 막을 형성한다. 용사 재료의 산화를 방지하도록 관 형상 가스 공급구(310a)로부터 관 형상의 가스류로부터 형성된 가스 돔이 공급된다. 관 형상 가스 공급구(310a)로부터 분사되는 가스류로서 비산화성 가스를 사용할 경우에는, 산화 방지 효과를 향상시킬 수 있다. 또, 용사 대상체(204)가 화살표 방향으로 회전되므로, 용사 피막이 가스 돔으로부터 대피되어, 대기에 노출된다. 용사 직후의 용사 피막의 온도는 800℃ 정도이고, 이 온도는 용사 재료의 산화 개시 온도인 250℃ 내지 350℃의 범위보다 높다. 그 때문에, 용사 직후의 용사 피막의 표면은, 대기에의 노출에 의해 산화되어, 해당 산화된 용사 피막과 그 위에 형성될 새로운 용사 피막 간의 결합력이 저하된다. 본 실시형태에서는, 냉각 가스가 냉각 가스 분사 노즐(206)로부터 용사 피막(205)의 표면에 내뿜어진다. 이것에 의해, 용사 직후의 용사 피막(205)의 표면이 급속히 산화 개시 온도 이하로 냉각되므로, 용사 피막(205)의 산화를 방지할 수 있다. 냉각 가스로서 질소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 비산화성 가스를 사용할 경우 보다 큰 효과가 얻어질 수 있다.FIG. 6 is a schematic diagram showing a method of spraying on a roller serving as a spraying object (i.e., sprayed material) 204 using the high speed gas spraying device of FIG. The thermal spray material is heated and accelerated by being sprayed into the
이하, 실시예에 의해서 본 발명을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an Example demonstrates this invention concretely.
[[ 실시예Example 1] One]
실시예 1의 시험 조건은 다음과 같으며, 제1실시형태의 방법이 이용되었다. 용사 재료로서는 Mo, B, Co 및 Cr을 이용하였다. 용사 입자의 평균 입자 직경은 3㎛였다. 용사 장치로서는, 도 4에 도시된 제1실시형태의 고속 가스 용사 장치를 이용하였고, 용사 두께는 200㎛였다. 반송 롤러의 시험 재료로서는, SUS410으로 이루어진 둥근 봉(round bar)을 이용하였다. 이 둥근 봉의 직경은 30㎜, 그의 길이는 200㎜였다.The test conditions of Example 1 were as follows, and the method of 1st Embodiment was used. Mo, B, Co, and Cr were used as a thermal spraying material. The average particle diameter of the thermal sprayed particles was 3 µm. As the thermal spraying device, the high speed gas thermal spraying device of the first embodiment shown in FIG. 4 was used, and the thermal spraying thickness was 200 µm. As a test material for the conveyance roller, a round bar made of SUS410 was used. The diameter of this round rod was 30 mm and its length was 200 mm.
비교예 1의 시험 조건은 다음과 같다. 용사 입자의 평균 입자 직경은 40㎛였다. 용사 장치로서는 고속 가스 용사 건(JP-5000, TAFA사 제품)을 이용하였다. 반송 롤러로서는 실시예 1과 마찬가지의 둥근 봉을 이용하였다. 용사 입자의 평균 입자 직경은 레이저 회절 산란식 측정법으로 측정한 중간 직경이다.Test conditions of Comparative Example 1 are as follows. The average particle diameter of the thermal spray particles was 40 µm. A high speed gas spray gun (JP-5000, manufactured by TAFA) was used as the spray device. As a conveyance roller, the round rod similar to Example 1 was used. The average particle diameter of the thermal sprayed particles is a median diameter measured by laser diffraction scattering measurement.
이들 실시예 1 및 비교예 1의 둥근 봉을 용융 아연 중에 기공 밀봉 재료를 이용하는 일없이 10일간 침지시킨 후, 각 둥근 봉 표면 상의 용사 피막의 단면을 그의 EDS 매핑 상으로부터 해석하였다. 도 7a는 비교예의 용사 피막의 단면의 반사된 전자상을 나타내고, 도 7b는 그의 EDS 매핑 상을 나타낸다. 도 8a는 상기 실시예의 용사 피막의 단면의 반사된 전자상을 나타내고, 도 8b는 그의 EDS 매핑 상을 나타낸다. 또한, 그 시험 결과를 표 1에 나타내었다. 실시예 1에서는, 용사 피막 내에 아연의 침투가 관찰되지 않았다. 그러나, 비교예 1에서는, 용사 피막 내에 아연이 침투하여 둥근 봉의 기재에까지 도달하였다. 실시예 1에서는, 더욱 10일간 용융 아연에 침지시켰지만, 용사 피막 내로의 아연의 침투는 전혀 관찰되지 않았다.After the round rods of these Example 1 and Comparative Example 1 were immersed in molten zinc for 10 days without using a pore sealing material, the cross section of the thermal sprayed coating on each round rod surface was analyzed from the EDS mapping image. FIG. 7A shows the reflected electron image of the cross section of the thermal spray coating of the comparative example, and FIG. 7B shows its EDS mapping image. FIG. 8A shows the reflected electron image of the cross section of the thermal spray coating of the above embodiment, and FIG. 8B shows its EDS mapping image. In addition, the test results are shown in Table 1. In Example 1, no penetration of zinc into the thermal sprayed coating was observed. However, in Comparative Example 1, zinc penetrated into the thermal sprayed coating and reached the base of the round rod. In Example 1, it was immersed in molten zinc for 10 more days, but no penetration of zinc into the sprayed coating was observed at all.
입자의Particle
직경diameter
기공률Porosity
(%)(%)
용융 아연 중에서의 In molten zinc
침지Immersion
시험 결과 Test result
(10일 후)(10 days later)
공급 유량Supply flow rate
(ℓ/h)(ℓ / h)
공급 유량Supply flow rate
(ℓ/(ℓ /
minmin
))
종래 방법Conventional method
2.6
2.6
26.4
26.4
829
829
본 발명Invention
0
0
19.7
19.7
700
700
[[ 실시예Example 2] 2]
실시예 2의 시험 조건은 다음과 같으며, 제2실시형태의 방법이 이용되었다. 용사 재료로서는 Mo, B, Co 및 Cr을 이용하였다. 용사 입자의 평균 입자 직경은 3㎛였다. 강판 도금용의 용융 아연 내에서 강판을 반송하는 지지 롤러에 본 발명을 적용하고, 내식성(corrosion resistance)을 평가하였다. 지지 롤러의 사용 기간은 30일로 설정하였다. 용사 장치로서는 도 4에 도시된 고속 가스 용사 장치를 이용하였고, 관 형상 가스 공급부로부터 비산화성 가스로서 질소 가스를 공급하였다. 용사 두께는 100㎛였다. 반송 롤러의 재질은 SUS410이었다. 지지 롤러의 직경은 350㎜였고, 그의 길이는 2690㎜였다.The test conditions of Example 2 were as follows, and the method of 2nd Embodiment was used. Mo, B, Co, and Cr were used as a thermal spraying material. The average particle diameter of the thermal sprayed particles was 3 µm. This invention was applied to the support roller which conveys a steel plate in the molten zinc for steel plate plating, and corrosion resistance was evaluated. The service period of the support roller was set to 30 days. As the thermal spraying device, the high speed gas thermal spraying device shown in FIG. 4 was used, and nitrogen gas was supplied as a non-oxidizing gas from the tubular gas supply unit. The spray thickness was 100 micrometers. The material of the conveyance roller was SUS410. The diameter of the support roller was 350 mm and its length was 2690 mm.
비교로서, 용사 장치로서 고속 가스 용사 건(JP-5000, TAFA사 제품)을 이용해서, 강판에 접촉하지 않는 롤러의 단부 상에 종래의 평균 입자 직경이 40㎛인 입자를 용사하였다. 기공 밀봉 처리는 두 경우에 대해서 수행되었다.As a comparison, using a high-speed gas spray gun (JP-5000, manufactured by TAFA) as a spraying device, particles having a conventional average particle diameter of 40 µm were sprayed onto the ends of the rollers that do not contact the steel sheet. Pore sealing was performed for both cases.
종래법이 이용된 비교부에서는, 기공이 밀봉된 잉여층 및 용사 피막에 아연이 침투해서 지지 롤러의 기재에까지 도달하여, 해당 용사 피막이 박리되었다. 본 발명의 실시예 2에서는, 기공이 밀봉된 잉여층에의 Zn의 침투는 관찰되었지만 용사 피막으로의 아연의 침투는 전혀 관찰되지 않았다. 도 9a는 실시예 2의 용사 피막의 단면의 반사된 전자상을 나타내고, 도 9b는 그의 EDS 매핑 상을 나타낸다. 또한, 그 시험 결과를 표 2에 나타내었다.In the comparison part using the conventional method, zinc penetrated the excess layer and the thermal spray coating which sealed the pore, and reached | attained the base material of a support roller, and the thermal spray coating peeled. In Example 2 of the present invention, penetration of Zn into the excess layer sealed with pores was observed, but no penetration of zinc into the thermal sprayed coating was observed. 9A shows the reflected electron image of the cross section of the thermal spray coating of Example 2, and FIG. 9B shows its EDS mapping image. In addition, the test results are shown in Table 2.
입자의Particle
직경diameter
기공률Porosity
(%)(%)
용융 아연 중에서의 In molten zinc
침지Immersion
시험 결과 Test result
(10일 후)(10 days later)
공급 유량Supply flow rate
(ℓ/h)(ℓ / h)
공급 유량Supply flow rate
(ℓ/(ℓ /
minmin
))
종래 방법Conventional method
2.7
2.7
26.4
26.4
829
829
본 발명Invention
0
0
19.7
19.7
700
700
[[ 실시예Example 3] 3]
비산화성 관 형상 가스 돔의 효과 및 용사 직후의 용사 피막의 표면 상에의 비산화성 가스의 내뿜기 효과를 확인하기 위해서 표 3에 나타낸 시험을 수행하였다. 용사 재료로서는 Mo, B, Co 및 Cr을 이용하였다. 용사 입자의 평균 입자 직경은 3㎛였다. 용사 장치로서는, 도 4에 도시한 제1실시형태의 고속 가스 용사 장치를 이용하였고, 용사 두께는 200㎛였다. 시험 재료로서, SUS410으로 이루어진, 폭 30㎜, 길이 50㎜, 두께 5㎜의 평판을 이용하였다. 용사는, 등유의 공급 유량 19.7ℓ/h, 산소의 공급 유량 700 Nℓ/min인 조건 하에서 수행되었다.The tests shown in Table 3 were performed to confirm the effect of the non-oxidizing tubular gas dome and the flushing effect of the non-oxidizing gas on the surface of the sprayed coating immediately after the spraying. Mo, B, Co, and Cr were used as a thermal spraying material. The average particle diameter of the thermal sprayed particles was 3 µm. As the thermal spraying apparatus, the high speed gas thermal spraying apparatus of 1st Embodiment shown in FIG. 4 was used, and the thermal spraying thickness was 200 micrometers. As the test material, a flat plate having a width of 30 mm, a length of 50 mm, and a thickness of 5 mm made of SUS410 was used. The thermal spraying was performed under conditions of a feed flow rate of kerosene of 19.7 L / h and a flow rate of oxygen of 700 NL / min.
조건 1: 비산화성 관 형상 가스 돔을 사용하지 않았고, 비산화성 가스를 내뿜지 않았음(베이스)Condition 1: Non-oxidizing tubular gas dome was not used and no non-oxidizing gas was emitted (base)
조건 2: 비산화성 관 형상 가스 돔을 사용하였고, 비산화성 가스를 내뿜지 않았음Condition 2: A non-oxidizing tubular gas dome was used and no non-oxidizing gas was blown
조건 3: 비산화성 관 형상 가스 돔을 사용하였고, 비산화성 가스를 내뿜었음.Condition 3: A non-oxidizing tubular gas dome was used and exhaled non-oxidizing gas.
비산화성 관 형상 가스 돔을 사용함으로써 연소 가스 속을 흐르는 용사 입자의 표면의 산화가 억제되었으며, 이에 의해, 용사 피막 중의 각 입자 간의 결합력이 향상되었다. 따라서, 블라스트 마모량이 감소되는 동시에, 용사 1패스(pass) 당 퇴적된 막의 두께가 향상되었다. 또 용사 직후의 용사 피막 상에 비산화성 가스를 내뿜어서 급속히 고온 산화 개시 온도 이하로 냉각시킬 경우, 마찬가지의 효과가 얻어졌다. 입자간 결합력을 평가하기 위한 사각 블라스트 마모시험(oblique blast abrasion test)은 도 10에 나타낸 방법으로 수행되었다.By using the non-oxidizing tubular gas dome, oxidation of the surface of the sprayed particles flowing in the combustion gas was suppressed, thereby improving the bonding force between the particles in the sprayed coating. Thus, the amount of blast wear decreased, while the thickness of the deposited film per one pass of the thermal spray was improved. Moreover, the same effect was acquired when non-oxidizing gas was sprayed on the sprayed coating immediately after spraying, and it cooled rapidly below the high temperature oxidation start temperature. Oblique blast abrasion test to evaluate the interparticle binding force was performed by the method shown in FIG.
Claims (4)
상기 분사 노즐의 내측으로 흐르는 연소 가스 내로 용사 입자들을 공급하는 용사 재료 공급부를 포함하되,
상기 용사 재료 공급부는 상기 분사 노즐의 단부로부터 30㎜ 이내의 위치에서 상기 분사 노즐의 내부면에 형성된 용사 재료 공급구를 포함하는 것인, 고속 가스 용사 장치.An injection nozzle for injecting combustion gas; And
A spray material supply unit for supplying the sprayed particles into the combustion gas flowing into the injection nozzle,
And the thermal spraying material supply unit includes a thermal spraying material supply port formed in the inner surface of the injection nozzle at a position within 30 mm from an end of the injection nozzle.
상기 접촉 부위를 향해서 연소 가스를 분사하는 분사 노즐; 및
상기 분사 노즐의 내측으로 흐르는 연소 가스 내로 용사 입자들을 공급하는 용사 재료 공급부를 포함하되,
상기 용사 재료 공급부는 상기 분사 노즐의 단부로부터 30㎜ 이내의 위치에서 상기 분사 노즐의 내부면에 형성된 용사 재료 공급구를 포함하는 것인, 내용융 금속 부재의 제조장치.An apparatus for manufacturing a molten metal member in which a thermal spray coating covers a contact portion in contact with a molten metal containing Zn and / or Al,
An injection nozzle for injecting combustion gas toward the contact portion; And
A spray material supply unit for supplying the sprayed particles into the combustion gas flowing into the injection nozzle,
And the thermal spray material supply unit includes a thermal spray material supply port formed in the inner surface of the spray nozzle at a position within 30 mm from an end of the spray nozzle.
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