KR20120061634A - 수직균열을 갖는 열차폐 코팅층 및 이에 대한 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수직균열을 갖는 열차폐 코팅층 미세구조 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명인 열차폐 코팅층이 형성된 소재의 구성은, 금속재질로 형성되는 모재층과, 모재층과 세라믹 열차폐 코팅층의 결합력을 위한 본드 코팅층, 상기 모재층의 외면에 결합되어 열을 차폐하는 세라믹 코팅층 (탑 코팅층);을 포함하여 구성되고, 상기 탑 코팅층에 외측면에서 내부로 균열이 형성되는 것을 특징으로 한다. 그리고, 본 발명의 다른 실시예인 열차폐 코팅층이 형성된 소재의 제조방법은, 모재를 블라스팅하는 제 1단계와, 상기 모재에 코팅할 재료를 이용하여 코팅층을 형성하는 제 2단계와, 상기 코팅층이 형성되는 모재를 냉각시키는 제 3단계; 그리고, 상기 냉각된 탑 코팅층의 표면을 플라즈마 열처리하여 상기 탑 코팅층 내에 균열을 형성시키는 제 4단계를 포함하여 구성될 수 있다.
Description
본 발명은 수직균열을 갖는 열차폐 코팅층 미세구조 및 이에 대한 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모재에 본드 코팅 및 탑 코팅을 실시하고 시험편이 충분히 냉각된 후 탑 코팅층의 표면을 플라즈마로 열처리하여 탑 코팅층에 수직균열을 생성시킴으로써 탑 코팅층의 미세구조를 제어하고, 열차폐 코팅층을 갖는 소재에서의 수직균열의 형성을 통한 탑 코팅층의 열적 안정성 및 내구성을 확보하여 다양한 이용분야에 적용되도록 하는 열차폐 코팅층 미세구조 제어 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
플라즈마의 열원을 이용하여 모재에 열 변형 없이 코팅할 수 있는 용사(plasma spray)법은 선형, 봉상, 분말형태의 재료를 고온의 플라즈마 화염에 용융시켜 고속으로 기지재료에 코팅층을 형성하는 표면처리기술의 하나이다. 발전설비 또는 산업설비 부분에 널리 이용되고 있는 이러한 용사법은 코팅속도가 빠르며 코팅층의 두께조절이 용이하고, 적용 가능한 코팅재료가 다양한 장점을 가진다. 이러한 용사법을 이용하여 재료기능의 다양화 및 고도화를 가능하게 할 수 있다. 특히 가스터빈에 응용되는 열차폐 코팅층은 고온에 항상 노출되어 있으므로 열적 안정성 및 내구성에 대한 고려가 있어야 하며, 이러한 열차폐 코팅층은 재료의 특성, 용사방법 및 코팅 공정변수에 의해 다양하게 제조가 가능하며 다양한 기능과 성능이 발휘된다.
그러나, 종래의 열차폐 코팅층 제조 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다. 열차폐 코팅층이 형성된 소재를 고온의 환경에 사용되는 경우, 탑 코팅층, 본드 코팅층, 모재 각각이 열에 대한 특성변화가 다르고, 특히 탑 코팅층과 본드 코팅층의 결합면에 산화물층 (thermally grown oxide; TGO)이 형성되어 빠르게 성장됨에 따라 박리 현상이 발생되어 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다. 또한 종래의 수직균열을 갖는 열차폐 코팅층 제조 기술에서는 본 발명과는 달리 열차폐 코팅층이 형성된 소재 전체를 열처리하는 방법, 열차폐 코팅층 표면을 토치 (torch)로 가열하는 방법, 탑 코팅층을 이층구조로 형성하여 층간의 열팽창률 차이에 기인하여 수직균열을 형성시키는 방법 등이 기술되어 있다. 이러한 종래의 수직균열의 갖는 열차폐 코팅층형성 기술에서는 열차폐 코팅층이 형성된 소재를 열차폐 코팅층을 제조하는 용사법이 아닌 방법으로 열처리함에 따른 공정상의 이중 작업으로 효율성이 떨어지는 단점을 가지고 있으며, 특히 종래기술에서 기술된 수직균열은 탑 코팅층의 표면에서 본드 코팅층 혹은 새로운 코팅층 계면까지 연속적으로 형성되어져 있는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고온의 환경에서 내구성이 높은 열차폐 코팅층 미세구조를 제시함에 있어 수직균열이 본드 코팅층 혹은 새로운 코팅층 계면에 닿지 않는 것과 열차폐 코팅층을 형성하는 동일 장비로 수직균열을 형성시키는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명인 열차폐 코팅층이 형성된 소재는, 금속재질로 형성되는 모재층과, 상기 모재층과 열을 차폐하는 세라믹 코팅층의 결합력 향상을 위한 금속재질의 본드 코팅층, 그리고 열을 차폐하는 세라믹 재질의 탑 코팅층을 포함하여 구성되고, 상기 탑 코팅층에 외측면에서 내부로 균열이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 균열은, 상기 탑 코팅층의 외측면에서 상기 탑 코팅층의 내부에 수직으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 균열의 개수는 인치 (inch) 당 50개 이내인 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예인 열차폐 코팅층이 형성된 소재의 제조방법은, 모재를 블라스팅하는 제 1단계와, 상기 모재에 코팅할 재료를 이용하여 본드 및 탑 코팅층을 형성하는 제 2단계와, 상기 코팅층이 형성되는 모재를 냉각시키는 제 3단계; 그리고, 상기 냉각된 탑 코팅층의 표면에 플라즈마를 이용하여 표면 열처리하여 상기 탑 코팅층 내에 균열을 형성시키는 제 4단계를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제 4단계에서 상기 플라즈마는 상기 탑 코팅층의 표면을 1초 간격으로 10회 이내 처리하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 수직균열이 형성된 열차폐 코팅층 및 이의 제조방법에서는 다음과 같은 효과가 있다.
탑 코팅층에 수직으로 균열을 형성시켜, 모재 혹은 본드 코팅층의 열팽창률과 탑 코팅층의 열팽창률이 다르더라도 상기 균열이 상이한 열팽창률 차이를 보상할 수 있도록 하여 열차폐 코팅층이 형성된 소재에서 상기 탑 코팅층의 열적 안정성과 내구성을 향상시킬 수 있어 고온의 환경에 안정적으로 장기간 이용할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에서 출발물질로 METCO사의 204 C-NS 분말을 사용하여 600 ㎛ 내외의 두께로 탑 코팅층을 형성시킨 열차폐 코팅층 미세구조를 보인 도면 (붉은 타원은 수직균열을 나타내는 표시).
도 2는 본 발명에서 출발물질로 METCO사의 204 NS 분말을 사용하여 600 ㎛ 내외의 두께로 탑 코팅층을 형성시킨 열차폐 코팅층 미세구조를 보인 도면 (붉은 타원은 수직균열을 나타내는 표시).
도 3은 본 발명에서 출발물질로 METCO사의 204 NS 분말을 사용하여 수직균열을 갖는 2000 ㎛ 내외의 탑 코팅층의 미세구조를 보인 도면.
도 4는 본 발명에서 출발물질로 METCO사의 204 C-NS 분말을 사용하여 600 ㎛ 내외의 두께로 탑 코팅층을 형성시킨 열차폐 코팅층 (도 1)을 500배로 확대한 미세구조를 보인 도면 (붉은 타원은 수직균열을 나타내는 표시).
도 5는 본 발명에서 출발물질로 METCO사의 204 NS 분말을 사용하여 600 ㎛ 내외의 두께로 탑 코팅층을 형성시킨 열차폐 코팅층 (도 2)을 500배로 확대한 미세구조를 보인 도면 (붉은 타원은 수직균열을 나타내는 표시).
도 6은 본 발명에 따라 600 ㎛ 내외의 두께로 형성시킨 열차폐 코팅층 소재 (도 1 및 도 2)의 단면에 대해 탑 코팅층 표면에서 본드 코팅층 계면까지의 경도 값을 측정한 결과를 보인 도면.
도 7은 본 발명에 따라 600 ㎛ 내외의 두께로 형성시킨 열차폐 코팅층 소재 (도 1 및 도 2)의 탑 코팅층 표면에서 경도 값을 측정한 결과를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 따른 METCO사의 204 C-NS 분말 및 METCO사의 204 NS 분말을 사용하여 600 ㎛ 내외의 두께로 탑 코팅층을 형성시킨 소재 (도 1 및 도 2)를 표면온도 1100도, 모재온도 950도의 환경에서 1시간의 주기로 381회 반복 열피로 시험 후 미세구조를 보인 도면.
도 9는 본 발명에 따른 METCO사의 204 C-NS 분말 및 METCO사의 204 NS 분말을 사용하여 600 ㎛ 내외의 두께로 탑 코팅층을 형성시킨 소재 (도 1 및 도 2)를 표면온도 1100도, 모재온도 950도의 환경에서 1시간의 주기로 381회 반복 열피로 시험 후 미세구조 (도 8)를 500배로 확대한 미세구조를 보인 도면.
도 10은 본 발명에 따른 METCO사의 204 C-NS 분말 및 METCO사의 204 NS 분말을 사용하여 600 ㎛ 내외의 두께로 탑 코팅층을 형성시킨 소재 (도 1 및 도 2)를 표면온도 1100도, 모재온도 950도의 환경에서 1시간의 주기로 381회 반복 열피로 시험 후 (도 8), 단면에 대해 탑 코팅층 표면에서 본드 코팅층 계면까지의 경도 값을 측정한 결과를 보인 도면.
도 2는 본 발명에서 출발물질로 METCO사의 204 NS 분말을 사용하여 600 ㎛ 내외의 두께로 탑 코팅층을 형성시킨 열차폐 코팅층 미세구조를 보인 도면 (붉은 타원은 수직균열을 나타내는 표시).
도 3은 본 발명에서 출발물질로 METCO사의 204 NS 분말을 사용하여 수직균열을 갖는 2000 ㎛ 내외의 탑 코팅층의 미세구조를 보인 도면.
도 4는 본 발명에서 출발물질로 METCO사의 204 C-NS 분말을 사용하여 600 ㎛ 내외의 두께로 탑 코팅층을 형성시킨 열차폐 코팅층 (도 1)을 500배로 확대한 미세구조를 보인 도면 (붉은 타원은 수직균열을 나타내는 표시).
도 5는 본 발명에서 출발물질로 METCO사의 204 NS 분말을 사용하여 600 ㎛ 내외의 두께로 탑 코팅층을 형성시킨 열차폐 코팅층 (도 2)을 500배로 확대한 미세구조를 보인 도면 (붉은 타원은 수직균열을 나타내는 표시).
도 6은 본 발명에 따라 600 ㎛ 내외의 두께로 형성시킨 열차폐 코팅층 소재 (도 1 및 도 2)의 단면에 대해 탑 코팅층 표면에서 본드 코팅층 계면까지의 경도 값을 측정한 결과를 보인 도면.
도 7은 본 발명에 따라 600 ㎛ 내외의 두께로 형성시킨 열차폐 코팅층 소재 (도 1 및 도 2)의 탑 코팅층 표면에서 경도 값을 측정한 결과를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 따른 METCO사의 204 C-NS 분말 및 METCO사의 204 NS 분말을 사용하여 600 ㎛ 내외의 두께로 탑 코팅층을 형성시킨 소재 (도 1 및 도 2)를 표면온도 1100도, 모재온도 950도의 환경에서 1시간의 주기로 381회 반복 열피로 시험 후 미세구조를 보인 도면.
도 9는 본 발명에 따른 METCO사의 204 C-NS 분말 및 METCO사의 204 NS 분말을 사용하여 600 ㎛ 내외의 두께로 탑 코팅층을 형성시킨 소재 (도 1 및 도 2)를 표면온도 1100도, 모재온도 950도의 환경에서 1시간의 주기로 381회 반복 열피로 시험 후 미세구조 (도 8)를 500배로 확대한 미세구조를 보인 도면.
도 10은 본 발명에 따른 METCO사의 204 C-NS 분말 및 METCO사의 204 NS 분말을 사용하여 600 ㎛ 내외의 두께로 탑 코팅층을 형성시킨 소재 (도 1 및 도 2)를 표면온도 1100도, 모재온도 950도의 환경에서 1시간의 주기로 381회 반복 열피로 시험 후 (도 8), 단면에 대해 탑 코팅층 표면에서 본드 코팅층 계면까지의 경도 값을 측정한 결과를 보인 도면.
이하, 본 발명에 의한 수직 균열을 갖는 열차폐 코팅층의 미세구조 및 이의 제조방법의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명에 의한 열차폐 코팅층이 형성된 소재는, 금속재질의 모재와, 상기 금속재질의 표면에 세라믹 코팅층을 결합하기 위한 금속계 본드 코팅층, 그리고 열을 차폐하는 세라믹계 탑 코팅층을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 모재는 여러가지 재질로 구성될 수 있으며, 보다 바람직하게는 금속재질 혹은 금속합금 재질로 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 모재는 Nimonic 263로 구성될 수 있다. 상기 모재에 코팅층이 형성된다. 상기 코팅층은 세라믹 단층으로 구성될 수도 있고, 본드 코팅층을 포함하는 다층으로 구성될 수 있다. 즉, 본드 코팅층으로는 니켈 (Ni)을 주 성분으로 하는 금속계 상용화 분말을 사용할 수 있으며, 탑 코팅층으로는 지르코티아계 상용화 분말 중 하나 혹은 여러개의 혼합된 분말을 사용하여 다양한 층으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 코팅층은, 상기 모재 위에 세라믹 탑 코팅층 (단일층), 본드 코팅층과 세라믹 탑 코팅층 (이중층), 본드 코팅층 조성과 세라믹 탑 코팅층 조성이 혼합된 층 (혼합층)으로 구성될 수도 있다. 그리고, 상기 코팅층은 상기 코팅재료의 양을 조절하여 경사층으로 구성할 수도 있다. 즉, 상기 재료 중 하나의 양을 서서히 줄이고, 다른 재료의 양을 서서히 늘여가면 경사층이 만들어진다.
상술한 바와 같이, 열차폐 코팅층이 형성된 소재의 코팅층에 균열을 형성한다. 상기 균열은 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 탑 코팅층의 외측면에서 내부 방향으로 균열이 형성된다. 상기 균열은 상기 모재와 상기 코팅층의 열팽창률 및 기계적 특성, 특히 본드 코팅층과 탑 코팅층의 열팽창률 및 기계적 특성 등이 서로 달라 열에 대해서 다르게 반응하면서 탑 코팅층이 박리되거나 파손되는 것을 방지시키는 역할을 한다. 즉, 상기 모재 혹은 본드 코팅층과 상기 탑 코팅층의 열에 대한 변형의 차이를 상기 균열이 보상하는 역할을 한다.
상기 균열은 상기 탑 코팅층에 형성될 때, 상기 본드 코팅층과의 접촉면까지 연장되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 상기 균열이 상기 본드 코팅층까지 연결되면, 상기 탑 코팅층이 열에 대해 반응하면서, 더욱 손상되는 정도가 빨라질 수도 있기 때문이다. 상기 균열은 상기 탑 코팅층에 여러개가 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 균열의 개수는 상기 탑 코팅층에 대해 인치 당 50개 내외, 더욱 바람직하게는 40개 내지 50개로 형성될 수 있다.
상기 균열은 상기 탑 코팅층에 형성할 때 다음과 같은 방법으로 할 수 있다. 먼저 코팅층이 형성된 상기 소재를 냉각시킨다. 상기 소재가 충분히 냉각된 후 상기 탑 코팅층 표면에 플라즈마 열처리를 수행한다. 이때, 상기 플라즈마처리는 1초 간격으로 10회 이내, 더욱 바람직하게는 5 내지 6회로 처리한다. 이렇게 플라즈마 열처리하면, 상기 균열이 상기 탑 코팅층에 인치 당 50개 내외의 개수로 수직으로 형성될 수 있다.
이하, 본 발명에 이한 열차폐 코팅층에 균열을 형성시킨 경우, 열적 안정성과 특성발현을 상세하게 설명한다.
도 1은 상용화 분말인 METCO사의 204 C-NS를 사용하여 600 ㎛ 내외의 두께로 탑 코팅층을 형성시킨 열차폐 코팅층 미세구조 사진을 나타낸 것이다. 표면 플라즈마의 공정변수에 따른 영향으로 수직균열의 형성거동을 관찰할 수 있다.
도 2는 상용화 분말인 METCO사의 204 NS를 사용하여 600 ㎛ 내외의 두께로 탑 코팅층을 형성시킨 열차폐 코팅층 미세구조 사진을 나타낸 것이다. 미세구조상에서 도 1 보다 치밀하여 수직균열의 형성이 더 유리함을 확인할 수 있다.
도 3은 상용화 분말인 METCO사의 204 NS로 수직균열을 갖는 2000 ㎛ 내외의 탑 코팅층의 미세구조 사진을 나타낸 것이다. 상기 탑 코팅층의 두께가 증가되어도 같은 효과를 나타냄을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따라 상용화 분말인 METCO사의 204 C-NS로 600 ㎛ 내외의 두께로 제조된 열차폐 코팅층 (도 1)의 500배 확대 미세구조 사진이다. METCO 204 C-NS 분말로 제조된 코팅층의 경우 덜 용융된 입자들과 많은 기공이 발생함을 관찰할 수 있으며 이러한 미세구조의 영향으로 수직균열의 형성이 METCO 204 NS 분말로 제조된 코팅층에 비해 덜 발달되어 있음을 관찰하였다.
도 5는 본 발명에 따라 상용화 분말인 METCO사의 204 NS로 600 ㎛ 내외의 두께로 제조된 열차폐 코팅층 (도 2)의 500배 확대 미세구조를 나타낸 것이다. 도 5에 나타난 바와 같이 수직균열의 형성이 도 5보다 발달된 코팅층을 관찰할 수 있으며, METCO 204 NS 분말로 제조된 코팅층이 기공형성이 덜 되었으며, 스플랫 바운더리 (splat boundary)가 잘 발달되어 있음을 확인하였다. 이에 따라 상용화 분말인 METCO사의 204 NS로 제조된 상기 탑 코팅층에서는 플라즈마 열처리 공정변수와 수직균열의 형성거동간의 상호 연계성을 보다 자세히 관찰할 수 있다.
도 6 및 도 7은 600 ㎛ 내외의 두께로 제조된 열차폐 코팅층 (도 1 및 도 2)에서 코팅층의 단면 (도 6) 및 표면 (도 7)의 경도값을 나타낸 결과이다. 3N의 하중으로 비커스 인덴테이션 실험을 실시하였으며, 코팅층 표면에는 플라즈마 열처리를 수행함으로서 높은 경도 값이 발현됨과, 상대적으로 치밀한 미세구조를 갖는 열차폐 코팅층 (METCO 204 NS 상용분말로 형성된 열차폐 코팅층)이 높은 경도 값을 나타냄을 확인할 수 있다. 전반적으로 일반적 대기용사에 의해 제조된 코팅층의 경도 값을 상회하는 것을 알 수 있다.
도 8 및 도 9는 상기 각각의 상용화 분말를 사용하여 600 ㎛ 내외의 두께로 제조된 열차폐 코팅층 (도 1 및 도 2) 표면을 플라즈마 열처리하여 수직균열이 형성된 열차폐 코팅층과 수직균열이 형성되지 않는 열차폐 코팅층 소재를 표면온도 1100도, 모재온도 950도의 환경에서 1시간의 주기로 381회 반복 열피로 시험 한 후 미세구조를 나타낸 것이다 (도 8). 탑 코팅층에서 상대적으로 치밀한 미세구조를 나타내는 METCO 204 NS 상용화 분말로 제조한 열차폐 코팅층을 갖는 소재에서는 탑 코팅층에서 수직균열의 형성이 되지 않은 시험편의 경우 열피로 시험 중 박리가 일어나는 것을 확인하였지만, 수직균열이 잘 발달된 경우에는 반복 열피로 시험이 완료될 때까지 박리현상은 발생하지 않았다 (도 8(B)). 이는 수직균열의 형성이 열적 안정성의 미치는 영향을 확인 할 수 있었으며, 이러한 수직균열이 수명 및 특성 발현에 유리할 것으로 사료된다. 한편 상대적으로 기공이 많은 미세구조를 나타내는 METCO 204 C-NS 상용화 분말로 제조한 열차폐 코팅층을 갖는 소재에서는 수직균열의 유무에 관계없이 반복 열피로 시험 후에도 건전한 미세구조를 나타내었다. 이러한 것은 상대적으로 기공이 많은 열차폐 코팅층의 미세구조에 의한 결과이다. 그러나, 고온 및 고속의 화염에 의해서 형성되는 마모특성을 위해서는 보다 치밀한 미세구조를 갖는 열차폐 코팅층의 형성이 요구되며, 이를 위해서는 도 8(B)과 같은 치밀한 미세구조와 수직균열을 동시에 갖는 열차폐 코팅층의 형성이 바람직하다.
또한 상기 탑 코팅층에 형성된 수직균열은 반복 열피로 시험에 따라 점차 성장하는 현상을 도 9에서 확인할 수 있었으며, 수직균열이 형성되지 않은 탑 코팅층 (도 9(A))은 반복 열피로 시험에 의한 재소결 현상으로 치밀화가 진행됨을 확인할 수 있다. 이를 통해 상기 균열이 본드 코팅층까지 연결되지 않음에 따라 열차폐 코팅층의 열적 내구성에 도움이 됨을 확인할 수 있다. 종래의 수직균열을 갖는 열차폐 코팅층 소재에서는 수지균열이 통상 본드 코팅층과 연결되는 특성을 나타내고 있다. 따라서 본 발명에서는 이러한 종래의 수직균열 형성에서 얻을 수 있는 열적 안정성 및 내구성을 보다 개선할 수 있다.
도 10은 수직균열을 갖는 열차폐 코팅층이 형성된 소재 (도 1 및 도 2)를 표면온도 1100도, 모재온도 950도의 환경에서 1시간의 주기로 381회 반복 열피로 시험 후 (도 8) 각각의 코팅층 단면에서 탑 코팅층 표면에서 본드 코팅층 계면까지 3N의 하중으로 비커스 인덴테이션 실험 후 경도 값을 나타낸 결과이다. 결과 값은 점차적으로 감소하는 경향을 나타내었으며, METCO 204 C-NS 상용화 분말로 형성된 코팅층의 경우 표면에서 약 6 GPa, 본드 코팅층 부근에서 약 3 GPa의 경도 값을 나타내었으며 METCO 204 NS 상용화 분말로 형성된 코팅층의 경우 표면에서 8 GPa 이상, 본드 코팅층 부근에서는 약 5 GPa의 경도 값을 나타내었으며, METCO 204 NS 상용화 분말로 형성된 코팅층에서의 높은 경도 값은 치밀한 한 미세구조의 영향이다. 또한 상대적으로 먼 거리에서 플라즈마 열처리를 수행한 코팅층의 경우 전반적으로 낮은 경도 값을 나타내었으며, 이를 통해 플라즈마 열처리에 있어서 수직균열 형성 및 미세구조 변화에 플라즈마 건과 대상물 (코팅층 표면)과의 거리가 중요한 변수로 작용함을 알 수 있다.
(실시예 1)
직경 25 mm, 두께 5.2 mm를 갖는 Nimonic 263 소재를 코인형태로 가공하여 모재로 사용하였으며 표면 전처리를 위하여 블라스팅 공정을 실시하였다. 블라스팅 공정 후 유분, 먼지 등이 남아 있을 경우에는 본드 코팅층이 잘 형성되지 않아 박리가 일어나거나 계면에서의 미세구조가 나빠질 수 있으므로 시험편은 폴리글로브 등을 이용하였으며, 부드러운 솔이나 압축공기를 이용하여 시험편의 이물질을 제거하여 전처리된 시험편을 얻었다.
(실시예 2)
상기 실시예 1의 모재에 형성된 본드 코팅층으로는 Ni을 주원료로 하는 상용화 분말인 AMDRY 962와 Co가 첨가된 METCO 461 NS를 사용하여 TriplexPro-200 용사장비를 사용하였으며, 코팅 건과 모재의 거리는 본드 코팅시 180 mm를 유지하였으며 자 형태로 플라즈마 건을 이용, 제어하여 APS (air plasma spray; 대기용사)법 방법으로 코팅하였으며 본드 코팅층의 두께는 200 및 300 ㎛ 내외로 하였다.
(실시예 3)
상기 실시예 1 및 실시예 2의 방법으로 제조된 시험편을 탑 코팅층 제조를 위해 안정화 지르코티아 (YSZ; yttria-stabilized zirconia) 상용화 분말 중 METCO 204 C-NS와 METCO 204 NS를 사용하였다. 상기의 용사장비를 사용하여 공정변수를 실시예 2와 달리하여 탑 코팅층을 제조하였다. 코팅 건과 시험편과의 거리는 탑 코팅 시 150 mm를 유지하였으며 자 형태로 플라즈마 건을 이용, 제어하여 코팅층 형성하였으며, 이때 탑 코팅층 두께는 600 ㎛및 2000 ㎛ 내외로 하였다.
(실시예 4)
상기 실시예 3의 방법으로 제조된 시험편을 대기 중에서 충분히 냉각한 후 상기의 용사장비를 이용하여 코팅층의 표면을 플라즈마로 열처리 하였으며, 플라즈마 건의 이동속도, 시험편과 플라즈마 건의 거리, 플라즈마 열처리 횟수 등의 변수를 두어 다양한 길이의 수직균열이 형성된 열차폐 코팅층을 제조하였다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
Claims (11)
- 금속재질로 형성되는 모재층;
상기 모재층의 외면에 결합되어 열을 차폐하는 코팅층;을 포함하여 구성되고,
상기 코팅층에 외측면에서 내부로 균열이 형성되는 것을 특징으로 하는 열차폐 코팅층 미세구조. - 제 1항에 있어서,
상기 균열은, 상기 코팅층의 외측면에서 상기 코팅층의 내부에 수직으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열차폐 코팅층 미세구조. - 제 1항에 있어서,
상기 균열의 개수는 인치 당 50개 이내인 것을 특징으로 하는 열차폐 코팅층 미세구조. - 제 1항에 있어서
상기 균열이 본드 코팅층까지 연결되지 않고 탑 코팅층 내부에서 끝나는 것을 특징으로 하는 열차폐 코팅층 미세구조. - 모재를 블라스팅하는 제 1단계;
상기 모재에 코팅할 재료를 이용하여 코팅층을 형성하는 제 2단계;
상기 코팅층이 형성되는 모재를 냉각시키는 제 3단계; 그리고,
상기 냉각된 탑 코팅층 표면에 플라즈마 열처리하여 상기 탑 코팅층 내에 균열을 형성시키는 제 4단계;를 포함하여 구성되는 수직균열을 갖는 열차폐 코팅층 제조방법. - 제 5항에 있어서,
상기 균열의 형성을 위해서는 플라즈마 열처리를 하는 것을 특징으로 하는 열차폐 코팅층 미세구조 제조방법. - 제 5항에 있어서,
상기 플라즈마 열처리는 1초 간격으로 10회 이내 처리하는 것을 특징으로 하는 열차폐 코팅층 제조방법. - 제 5항에 있어서,
상기 플라즈마 열처리를 위한 플라즈마 건의 이동속도는 500 mm/s 이내인 것을 특징으로 하는 열차폐 코팅층 제조방법. - 제 5항에 있어서,
상기 플라즈마 열처리를 위한 플라즈마 건과 대상물의 거리는 180 mm 이내인 것을 특징으로 하는 열차폐 코팅층 제조방법. - 제 5항에 있어서,
상기 균열이 형성되는 상기 본드 코팅층의 두께는 200 ㎛및 300 ㎛ 내외인 것을 특징으로 하는 열차폐 코팅층 제조방법. - 제 5항에 있어서,
상기 균열이 형성되는 상기 코팅층의 두께는 600 ㎛및 2000 ㎛ 내외인 것을 특징으로 하는 열차폐 코팅층 제조방법.
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