KR20130028896A - 비결정질 피막의 형성장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화염 용사 재료의 입자를 함유하는 화염을 화염 용사 건으로부터 모재를 향해서 분사시켜서 화염에 의해 입자를 용융시키고 상기 입자와 화염이 모재에 도달하기 전에 냉각 가스로 냉각시켜서 비결정질 피막을 형성하는 장치를 제공하기 위한 것이다. 상기 장치는 상기 화염의 분사 경로 중에 관형 부재가 제공되어 있으며 이것은 상기 입자를 용융시키는 용융 영역을 통과하는 화염을 감싸게 된다. 상기 관형 부재는 그를 따라 일체로 상기 냉각 가스의 유로가 형성되어 있다. 상기 장치는 다음과 같은 잇점을 갖고 있다. 고융점과 과냉각 온도 영역을 가지는 금속을 함유하는 다종류의 금속이 모재에 비결정질 피막을 형성하는데 사용될 수 있으며, 설비적으로 콤팩트하고, 산화물의 생성이 억제되는 이점을 갖는다.

Description

비결정질 피막의 형성장치 및 방법{Apparatus and method for forming amorphous coating film}

본 발명은 화염 용사(flame spray coating)에 의해 모재(기재)의 표면에 비결정질 피막을 형성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

모재의 표면에 비결정질상을 형성하는 수단으로 고속 화염 용사(HVOF)가 있다. 이 수단은 다음과 같다. 즉, 고속 화염 용사는 용사 건(gun)의 본체로부터 연료와 산소를 공급하고 전방에 고속 화염 (가스 화염)을 형성하고, 그 화염에 이송 가스를 이용하여 용사 재료의 입자 (분말)를 공급한다. 화염에 공급되는 재료 입자는 화염 안에서 가속되면서 가열되고 화염과 함께 모재의 표면에 충돌하여 그 표면에서 냉각되어 고형화된다. 재료 입자의 성분에 의해 결정되는 금속의 종류와 입자의 냉각 및 응고시 냉각 속도에 따라 모재의 표면에 비결정질 피막이 형성되는 것이다. 고속 화염 용사 내용은 아래의 특허 문헌 1과 2에 기재되어 있다.

고속 프레임 용사의 경우, 재료 입자가 화염에 체류하는 시간이 짧기 때문에 재료 입자가 완전히 녹는 것이 어렵다. 또한 모재 온도가 상승하면 냉각 속도가 느려지기 쉽기 때문에 비결정질 피막을 형성하는데 사용할 수 있는 재료는 저융점이면서 비결정질 형성능이 큰 금속에 한정되어 있었다. 예를 들어, 융점이 약 1200K 이하이고, 과냉각 온도 영역이 50K 이상인 금속 유리에 한정되고 있다.

금속 유리 등에 한정되지 않고 비결정질 피막을 형성할 수 있는 장치는 다음의 특허 문헌 3에 기재되어 있다. 이 장치는 여기에 첨부한 도 12에 예시되어 있다. 용사 건(10')은 용사 재료 입자를 포함하는 화염(F)을 모재(M)를 향해 분사하고 화염(F)의 방향으로 냉각 가스(G)를 송풍한다. 냉각 가스(G)는 용사 건(10')의 노즐(11')을 따라 송풍될 뿐 아니라 화염 F 외부에 배치되어 있는 여러 도관(20')에서도 화염(F)에 접근하도록 분사된다. 이러한 용사 장치에서 모재(M)에 도달하기 전에 화염(F)을 냉각시키기 때문에 용사 재료의 입자의 비결정질화가 용이하고, 따라서 고융점이면서 과냉각 온도 영역이 좁은 금속에 대해서도 비결정질 피막으로 모재(M)에 형성할 수 있다.

특허문헌 1 : 일본특허 제2006-159108A호 공보 특허문헌 2 : 일본특허 제2006-214000A호 공보 특허문헌 3 : 일본특허 제2008-43869A호 공보

특허문헌 3에 기재한 장치에서, 다음과 같은 점에서 개량의 여지가 있다. 즉, a) 도 12에 표시한 도관(20') 각각의 사이에 틈새가 있기 때문에 용사 재료의 입자가 용융하는 단계 (냉각 가스로 냉각되기 전의 단계)에서 화염(F)의 일부가 외부 공기에 노출된 결과로 상기 재료의 입자가 산화되기 쉽다.

b) 화염(F) 분사 경로의 주위에 여러 도관(20')이 돌출되어 있고 장치가 크기 때문에 현장 시공이 가능하지만 그 취급이 쉽지 않다.

본 발명은 이러한 점을 개선하기 위해 실시한 것이다. 즉, 본 발명은 고융점에서 과냉각 온도 영역이 좁은 금속을 포함한 여러 종류의 금속에 관하여 비결정질 피막을 형성하는데 사용할 수 있을 뿐 만 아니라, 설비를 작고, 산화물의 생성이 적은 등의 이점이 있는 비결정질 피막 형성 장치 및 형성 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 비결정질 피막을 형성하는 장치는, 용사 재료의 입자 (분말)를 포함하는 화염을 모재를 향해서 화염 용사 건으로 분사시켜 해당 입자를 화염에 의해 용융시킨 후, 상기 입자와 화염이 모재에 도달 전에 냉각 가스장치로 냉각시켜서 비결정질 피막을 형성하기 위한 장치로서,

화염 용사 건에 의한 화염 분사 경로 중 상기 입자를 용융시키는 용융 영역 (화염이 분사되는 경로 중에서 대체적으로 전반부)에서 화염을 외부 공기로부터 보호할 수 있도록 관형 부재가 제공되어 있되 상기 관형 부재는 그를 따라 일체로 상기 냉각 가스의 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 화염 용사 건으로는 통상의 분말식 화염 용사 건을 사용할 수 있으며, 또한 냉각 가스로는, 후술하겠지만, 질소 가스, 불활성 가스, 공기, 미세 액적(미스트) 혼합 기체, 기타 기체를 사용할 수 있다.

이와 같은 특징을 가지는 비결정질 피막 형성 장치는 다음과 같은 효과가 있다. 즉,

a) 위와 같이 화염 분사 경로의 특정 부위에 관형 부재를 제공하여 상기 화염을 외부 공기로부터 보호하도록 함으로써 용융 단계에서 상기 입자가 산화되기 어렵고, 이에 따라 비결정질 피막 중에 산화물의 발생을 억제하게 된다.

b) 상기 냉각 가스의 유로를 상기 관형 부재를 따라 일체로 형성하고 있기 때문에, 화염 분사 경로의 주위에 냉각 가스를 위한 부피가 큰 도관 등을 제공할 필요가 없다. 이것은 장치의 소형화가 가능하여 장치를 다루기가 쉽고, 현장에서 비결정질 피막의 형성도 용이하게 된다.

도 1은 본 발명의 구현예에 따른 비결정질 피막 형성장치(1)의 전체 구조를 나타낸 것이다. 도 1(a)는 상기 장치(1)의 일부를 절단하여 나타낸 측면도이고, 도 1(b)는 관형 부재(20)를 슬라이드시켜서 그의 기단부를 개방한 상태에 있는 상기 장치(1)의 평면도이다.
도 2(a)는 도 1(a)에서 IIa - IIa 선에서 화살표 방향으로 본 도면이고, 도 2(b)는 도 1(b)에서 IIb - IIb 선에서 화살표 방향으로 본 도면이다.
도 3은 비결정질 피막 형성장치(1)의 사용상태를 나타낸 측면도이다.
도 4(a-1)은 도 3에서 IV - IV 선 단면도로서 화염(F)의 온도분포를 나타낸 것이고, 도 4(b-1)은 종래의 일반적인 분말식 화염 용사에 의한 상기와 같은 동일한 장소에서의 화염의 온도분포를 나타낸 것이며, 도 4(a-2)는 화염(F)의 온도 분포가 도 4(a-1)의 경우일 때 모재의 온도상승을 보여주는 그래프이고, 도 4(b-2)는 화염의 온도분포가 도 4(b-1)의 경우일 때 모재의 온도 상승을 보여주는 그래프이다.
도 5는 관형 부재(20)의 먼쪽 선단부와 모재(M)와의 사이에서의 화염(F)의 온도구배를 보여주는 그래프이다.
도 6은 관형 부재(20)의 먼쪽 선단부 앞쪽 여러 지점에서 연소가스의 성분 비율을 보여주는 그래프이다.
도 7은 용사 피막이 모재(M) 위에 형성되어 있을 경우 모재(M)의 온도구배를 나타낸 그래프이다.
도 8은 관형 부재(20)의 먼쪽 선단부와 모재(M)와의 사이의 여러 지점에서 측정한 냉각가스(G)의 압력별 유속을 나타낸 그래프이다.
도 9 (a-1) 내지 (a-3)은 종래 장치에서 형성한 비결정질 피막에 대한 옥살산 전해부식시험의 결과를 나타낸 현미경사진이다.
도 9 (b-1) 내지 (b-3)은 본 발명에 따른 장치에 의해 형성된 비결정질 피막에 대한 옥살산 전해부식시험의 결과를 나타낸 현미경사진이다.
도 10(a)와 도 10(b)는 화학비료공장에 설치한 교반기를 사용하여 내부식 및 내마모성을 평가하기 위한 시험과 관련한 사진으로서, 도 10(a)는 종래의 임펠라 사진과 일정기간 사용 후 임펠라의 외관을 나타낸 것이다. 도 10(b)는 본 발명에 따른 장치에 의해 형성된 비결정질 피막이 피복된 임펠라 사진과 일정기간 사용 후 임펠라의 외관을 나타낸 것이다.
도 11은 pH 2의 슬러리 사용 후 펌프축 슬리브에 비결정질 피막을 적용 또는 적용하지 않은 경우의 마모상황을 나타낸 도면 또는 사진이다.
도 12는 종래의 비결정질 피막 형성장치의 개략적인 측면도이다.

상기 유로는 그로부터 빠져나오는 냉각 가스가 화염 (화염이 분사되는 경로 중에서 대체적으로 후반부: 급냉 영역)의 사방을 관형으로 둘러싸서 흐르도록 형성하는 것이 좋다. 특히, 상기 냉각 가스가 상기 관형 부재로부터 중지 없이 연속해서 흐름이 이어지도록 하는 것이 바람직하다.

상기 관형 부재가 위에서 기재한 유로를 가질 경우, 상기 재료 입자와 화염은 이들이 냉각되어지는 냉각 영역에서 외면에서부터 고르게 냉각되며, 특히 상기 입자들은 냉각 가스의 종류에 따라 산화가 확실하게 방지된다. 이렇게 하면 내부식성 등이 우수한 고품질의 비결정질 피막이 형성된다.

상기 관형 부재는 먼쪽의 선단부가 개방된 이중의 원통형 도관으로서 동심을 갖는 구조이며, 냉각 가스가 상기 이중 도관 사이를 흘러 상기 도관의 먼쪽의 선단부(또는 그 부근)로부터 분사(예를 들어 화염과 평행한 방향으로)되게 하는 바람직하다.

그렇게 하면 이중의 동심 도관 사이를 흐르는 냉각 가스의 작용에 의해 관형 부재가 제대로 냉각되므로 특별한 내열 금속류를 사용하지 않아도 관형 부재가 화염에 의해 열적으로 손상되는 것을 피할 수 있다. 또한 냉각 가스를 상기 이중 도관 사이로 흐르게 하고 먼쪽 선단부로부터 분사되게 하므로, 관형 부재와 냉각 가스의 유로를 서로 컴팩트하게 일체화시킬 수 있다. 이것은 장치를 소형화하여 특히 취급하는 것이 수월하게 된다. 위와 같이 화염의 사방을 관형으로 냉각 가스가 흐르게 하는 것이 가능할 수 있다.

상기의 이중 도관 본체 사이에 있는 입구 단면적보다 상기의 이중 도관에서 먼쪽 선단부의 입구 단면적을 작게 하는 것이 바람직하다. 선단부 입구 단면적을 작게 하려면 예를 들어 상기 이중 도관의 먼쪽 선단 사이에 분할 부재를 두고 분사 노즐을 슬릿 모양으로 형성하는 것이 가능하다.

상기 이중 도관의 선단부 입구 단면적을 위와 같이 상기 이중 도관의 본체 사이 입구 단면적 보다 작게 하면, 냉각 가스의 분사 속도를 높일 수 있다. 분사 속도가 높으면 화염에 의해 경로를 크게 벗어남이 없이 냉각 가스가 이동하여 화염을 강하게 효과적으로 냉각하는 것이 가능하게 된다.

상기 냉각 가스로는 질소 가스 또는 불활성 가스 (아르곤 가스 등)를 사용하면 특히 좋다.

반응성이 낮은 위와 같은 가스를 냉각 가스로 사용하면 재료 입자의 용해 후에 그것을 냉각시키는 영역에서도 산소 가스와의 접촉이 방지된다. 그래서, 비결정질 피막에서 산화물의 발생을 억제할 수 있다. 산화물의 발생이 더욱 억제될 경우, 내부식성 기능 등 더욱 우수한 고품위 비결정질 피막이 형성된다.

상기의 관형 부재는 용사 건에 연결되는 기부에 가까운 단부 (기단부)를 가지며, 상기 기단부 또는 그 부근을 화염 용사 건의 점화를 위해 개방 (상기 관형 부재의 일측이 외부 공기와 통할 수 있도록)할 수 있다.

화염 용사 건 정면에 위와 같이 관형 부재가 제공되면, 화염 용사 건이 화염을 분사하기 시작할 때 연료 가스에 점화하는 것이 용이하지 않다. 이것은 연료와 공기(산소 가스)가 항상 관형 부재에 적정 혼합 비율로 존재하는 것은 아니기 때문이다. 관형 부재의 기단부 또는 그 부근을 위와 같이 개방할 수 있도록 제작하면, 연료를 조금씩 분사하면 외부 공기와 적당하게 혼합되게 된다. 점화 플러그를 상기한 바와 같이 개방 선단부 부근(관형 부재 상에 또는 화염 용사 건 상에, 또는 이 둘 사이에)에 제공한다면 연료의 점화는 더욱 수월해 질 것이다. 연료가 점화된 후에, 관형 부재의 기단부가 밀폐되고, 연료는 화염 용사 건에서 별도로 공급되는 산소에 의해 연소되어진다.

상기의 관형 부재는 바람직하게 길이가 다른 것으로 교체할 수 있도록 하는 것이 좋다.

관형 부재의 길이는 비결정질 피막을 형성하는데 사용되는 금속의 융점 등에 따라 최적값이 결정된다. 융점이 높은 금속이 화염 용사 재료로 사용될 경우 그의 입자를 용융시키는데 많은 시간이 걸리기 때문에 길이가 긴 관형 부재를 사용하는 것이 적당하다. 상술한 바와 같이 길이가 다른 것으로 관형 부재를 교체할 수 있다면, 비결정질 피막을 형성하는데 사용되는 금속에 따라 최적의 길이를 갖는 관형 부재를 사용할 수 있다.

상기 장치는, 상기 관형 부재 내부에서 음압의 생성을 억제하기 위해 상기 관형 부재에서 화염 용사 건까지의 사이에 외부 공기의 흡입구 또는 불활성 가스의 공급구를 설치하는 것이 좋다.

이러한 음압의 발생과 관련하여, 본 발명자들은 다음과 같은 실험을 수행하였으며, 다음과 같은 사실을 발견하였다. 관형 부재의 내부에 음압이 발생하면, 관형 부재에서 가스와 화염의 흐름이 흐트러져 관형 부재의 내부에 입자가 축적되고, 이것은 장치의 연속 사용을 방해한다. 위와 같이 관형 부재 또는 화염 용사 건에 공기의 흡입구 (또는 불활성 가스의 공급구)를 설치하면, 관형 부재의 내부 압력에 따라 (또는 다른 제어에 의해) 적당량의 공기 ( 또는 불활성 가스)가 유입되어 관형 부재 내에서의 음압 발생이 억제된다. 따라서 관형 부재의 내부 표면에 입자의 부착에 의해 장치의 연속 사용을 방해할 우려는 없게 되며, 장치의 원활한 작동과 연속 사용이 가능하게 된다.

화염이 모재에 이르는 시점에서 화염의 온도가 중심 직경 10mm 영역보다 외측의 범위는 상기 화염 용사 재료의 입자 형성시에 사용되는 금속의 유리화 온도 이하가 되도록 하는 것이 좋다.

종래 분말식 화염 용사에서, 화염 용사 건으로부터 분사되는 화염은 충분하게 냉각되는 것이 아니므로 화염이 모재에 이르는 시점에서도 화염의 온도는 일반적으로 높다. 즉, 화염이 모재에 이르는 시점의 화염의 온도는 중심부를 포함해서 예를 들어 직경 30mm 정도 이상의 넓은 영역에서 화염 용사 재료의 입자 형태로 사용되는 금속의 유리화 온도를 넘는다. 따라서 종래 기술에서, 모재의 일정 부분에 화염을 연속해서 그리고 집중적으로 적용하면 모재의 온도가 급속히 상승하고 10초 미만 내에 금속의 유리화 온도를 넘어 버린다. 따라서 상당히 낮은 융점에서 비결정질 형성능이 큰 금속을 화염 용사 재료로 사용을 제한하거나 장치(화염 용사 건)를 모재 표면과 나란한 방향으로 매우 빠른 속도로 모재에 대해 상대 이동하지 않는다면 비결정질 피막이 모세상에 형성되는 것은 불가능하다. 게다가 이러한 이동 속도가 높으면 비결정질 피막을 형성할 가능성이 있다 할지라도 피막의 두께를 두껍게 하는 것은 쉽지 않다.

직경이 10mm 이내인 화염의 중심을 둘러싸고 있는 화염 외측의 온도가 유리화 온도를 초과하지 않도록 조절되어진다고 할지라도 고융점에서 비결정질 형성능이 작은(예를 들어 과냉각 온도 범위가 좁은) 금속의 비결정질화도 가능하게 된다. 화염의 외측으로 확장되는 저온 영역의 작용에 의해 모재의 온도 상승이 억제되게 된다. 때문에 예를 들어 상기의 방향에서 모재에 대한 장치의 이동이 상당히 느린 속도에서는 모재의 표면에 비결정질 피막을 형성하는 것이 충분하다(경우에 따라서는 상대 이동이 멈출 수 있음). 이것은 현장에서의 실시 작업도 매우 용이하게 된다.

본 발명에 따른 비결정질 피막의 형성 방법은 위에 기재한 비결정질 피막을 형성하는 장치 중 어느 하나를 사용하여 화염과 화염 용사 재료의 입자를 모재의 특정 위치(상대 이동이 없는 동일한 위치)에 적용하는 단계로 이루어지는 비결정질 피막의 형성 방법으로서, 여기서, 상기 화염과 입자는 모재의 특정 위치 (직경이 10mm 이내의 중심부 영역 포함)의 특정 위치의 표면 온도가 상기 화염 용사 재료의 입자 형태로 사용되는 금속의 유리화 온도 이하로 10 초 이상 (바람직하게는 30 초 이상) 유지되도록 냉각 가스를 사용하여 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

이렇게 하면 고융점에서 비결정질 형성능이 작은 금속에 대해서도 비결정질 피막을 용이하게 형성할 수 있다. 화염 충돌 때문에 모재의 온도 상승이 충분히 억제되어 예를 들어 모재에 대한 상대 이동 속도를 매우 느리게 할 수 있다. 이것은 현장 시공 작업도 매우 용이하게 된다.

상기한 비결정질 피막의 형성 방법에 대해, 화염에 대해 모재의 특정 위치의 표면 온도가 상기 화염 용사 재료의 입자 형태로 사용되는 금속의 유리화 온도 이하로 10초 이상(바람직하지는 30초 이상) 유지될 수 있도록 상기 냉각 가스에 의한 냉각을 실시하는 것과 동시에 모재에 대해서도 냉각시키는 것이 바람직하다.

즉, 냉각 가스에 의해 화염을 냉각시킴과 아울러 모재도 냉각시킴으로써, 모재의 온도 상승을 억제하게 된다. 그렇게 하는 경우에도, 고융점에서 비결정질 형성능이 작은 금속에 대해 모재 상에 비결정질 피막의 형성이 용이하게 된다. 예를 들어, 상기 장치는 모재에 대한 상대 이동의 속도를 상당히 낮은 속도로 할 수 있으며 현장에서의 시공 작업도 극히 용이하게 된다.

냉각을 실시하면서, 상기 장치를 모재의 표면과 나란한 방향으로 모재에 대해 상대 이동시켜서 화염 용사 재료의 입자 형태로 사용되는 금속의 유리화 온도를 초과하지 않도록 모재 상에 어느 지점에서의 표면 온도를 조절하는 것이 바람직하다. 여기서 말하는 나란한 방향이란, 모재와 장치가 완전하게 서로 평행한 경우를 말하는 것뿐만 아니라 모재와 장치가 온도 상승을 억제한다고 하는 목적을 달성할 수 있는 한, 대체로 평행한 경우도 포함하는 것이다.

상기와 같이, 화염(또는 화염과 모재)의 냉각을 실시하면, 상기의 상대 이동의 속도를 낮게 할 수가 있다. 이 경우, 냉각의 강도와 상대 이동의 속도를 적절히 설정하는 것에 의해 모재 상의 어느 지점의 표면 온도를 입자 형태로 사용되는 금속의 유리화 온도를 초과하지 않도록 조절한다면 모재상에의 비결정질 피막의 형성은 특히 용이하게 된다. 즉, 화염과 함께 화염 용사 건으로부터 분사되고 화염에 의해 용해되는 금속이 모재에 충돌하기 전에 효과적으로 냉각되기 때문에, 고융점에서 비결정질 형성능이 작은 금속에 대해서도, 용이하게 비결정질 피막을 형성할 수가 있다. 모재의 온도 상승이 낮기 때문에, 고온에 있어서의 기계적 성질 등의 낮은 재료를 모재로 사용하는 것이 가능하게 된다.

상기의 형성 장치를 사용함과 함께, 상기의 화염으로서 아세틸렌을 증량하고 산소를 감량하여 형성한 환원 화염을 이용하는 것이 특히 바람직하다.

환원 화염의 사용은 비결정질 피막 중에서 산화물의 발생을 억제할 수가 있다. 산화물의 발생이 억제될 경우 내부식성 등이 뛰어난 고품위의 비결정질 피막이 형성된다. 덧붙여 이와 같이 화염으로서 환원 화염을 이용하고, 상술한 바와 같이 냉각 가스로서 질소 가스 또는 불활성 가스를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

상기의 형성 장치를 사용할 때, 화염을 냉각하는 급냉 영역에서 상기 냉각 가스의 속도를 화염의 속도와 거의 동등(화염의 속도의 약 ±20% 정도)하게 하는 것이 좋다.

화염 및 입자에 대한 냉각을 강하게 하기 위해, 일반적으로는 냉각 가스의 속도를 증가시키는 것이 좋다. 그러나, 본 발명의 발명자들은 일부 실험을 실시하였으며, 다음과 같은 점을 알게 되었다. 냉각 가스의 압력을 높여 냉각 가스의 유속을 과도하게 높히면 관형 부재의 내부에 음압이 발생하며 관형 부재 내부에서 가스 흐름이 흐트러지게 된다. 그 결과 앞에서 언급한 바와 같이, 장치의 연속 사용이 어렵게 된다. 관형 부재 내부에 외부 공기를 다량으로 흐르도록 하여 관형 부재 내부에서의 음압의 발생으로 인한 문제를 해결할 수는 있다. 그러나, 관형 부재에 상대적으로 과량의 외부 공기가 흐르게 되면, 산화물의 발생이 증대하기 쉽다. 그래서, 상술한 바와 같이, 냉각 가스의 유속을 화염의 유속과 거의 동일하게 하는 것이 바람직할 수 있다. 만일 냉각 가스의 유속을 그렇게 조절한다면, 강한 음압이 관형 부재 내부에서 발생하지 않게 되며, 더욱이 외부 공기가 관형 부재 내부로 다량으로 유입되는 부작용도 생기지 않게 된다.

본 발명에 의한 비결정질 피막의 형성 장치에서는, 화염 용사 재료의 입자의 산화가 억제되기 때문에 고품위의 비결정질 피막이 형성된다. 또한, 장치가 컴팩트하게 되어 취급하기 쉬워진다.

화염 용사 건에 연결되어 있는 관형 부재의 기단부 또는 그 부근을 개방 가능한 구조로 하면, 화염의 분사 개시시에 있어서의 화염 용사 건의 점화 조작이 용이하게 된다.

관형 부재와 화염 용사 건 사이의 적절한 위치에 공기 유입구를 준비하면, 관형 부재 내부에서의 음압 발생을 억제할 수 있다. 그래서, 관형 부재의 내부 표면에 입자의 부착을 방지하여 장치의 연속 사용이 가능하게 된다.

화염의 외측의 온도가 화염 용사 재료의 입자 형태로 사용되는 금속의 유리화 온도 이하가 되도록 모재에 이르는 시점에서의 화염의 온도를 조절한다면, 모재의 온도 상승이 억제되어 고융점에서 비결정질 형성능이 작은 금속에 대해서도 비결정질화가 용이하게 된다.

본 발명에 의한 비결정질 피막의 형성 방법은, 비결정질 피막을 형성하는 상기 장치를 사용하는 것에 의해 모재 표면 온도의 상승을 억제하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 상기 방법은 고융점에서 비결정질 형성능이 작은 금속을 사용하여 비결정질 피막을 형성하는데 유리하게 채용될 수 있다.

특히, 화염으로서 환원 화염을 이용하면, 비결정질 피막 중에서 산화물의 발생을 억제할 수가 있어 고품위의 비결정질 피막을 형성할 수 있다.

게다가 냉각 가스의 유속을 화염의 유속과 거의 동일하게 한다면, 장치의 연속 사용을 방해하지 않게 되며, 비결정질 피막 중에서 산화물의 발생도 억제된다.

이와 같은 본 발명을 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 비결정질 피막 형성 장치(1)는 분말식 용사 건(10)과, 상기 분말식 용사 건(10)의 정면에 설치된 관형 부재(20)(소위, 외부 냉각 장치라고 칭함)로 구성되어 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 용사 재료 분말을 이송 가스(예를 들면, 질소 가스)와 함께 공급하는 도관과 연료로 사용하는 아세틸렌 가스와 산소 가스를 각각 공급하기 위한 도관, 및 내부 냉각 가스(예를 들면, 질소 가스)를 공급하기 위한 도관들이 상기 용사 건(10)에 연결되어 있다. 용사 건(10)은 그의 전단에서 노즐(11)이 도 3과 같이 화염(F)과 용융 재료 (위의 분말 용융의 것)를 분사한다. 상기 내부 냉각 가스는 노즐(11) 주위와 접하는 하나 또는 그 이상의 지점에서 분출되므로 노즐(11)을 냉각시키고 화염(F)의 온도를 조절하게 된다. 용사 건(10)에는 그의 전단 부근에서 노즐(11)의 주위에 플랜지 형태의 정면판(12)이 고정되어 있다. 관형 부재(20)는 이러한 정면판(12)을 통해서 용사 건(10)에 부착되어 있다.

도 1에 나타낸 관형 부재(20)는 용사 건(10)이 분사하는 화염(F)의 전반 부분, 즉 용사 재료 분말을 용융시키는 용융 영역에서 화염(F)과 외부 공기를 차폐하기 위한 것임과 동시에 먼쪽 선단부(23)로부터 화염(F)의 후반부 쪽으로 냉각 가스(예를 들면, 질소)(G)를 분사하기 위한 것이다(도 3 참조). 이 구현예에서, 스테인레스제의 이중의 동심 원통형 도관을 관형 부재(20)로 사용하며 외관(21)과 내관(22)을 동심으로 배치하고 둘 사이에 틈새가 형성되어 있다. 이 틈새는 냉각 가스의 유로임과 동시에 먼쪽 선단부(23)를 개방하고 이를 통해서 냉각 가스가 분출된다. 이중관[외관(21)과 내관(22)] 사이에 냉각 가스가 흐르게 되며 내관(22)의 온도 상승이 억제된다. 관형 부재(20)의 먼쪽 선단부(23)에서, 외관(21)의 먼쪽 선단부는 내관(22)의 먼쪽 선단부에 비해 튀어나와(돌출되어) 있다. 냉각 가스는 외관(21)의 먼쪽 선단부의 부근으로 안내되어 화염(F)과 평행한 방향으로 분출되어 연속적인 원통형 흐름을 형성하게 된다. 상기 먼쪽 선단부(23)에는 동심의 이중관을 보유하도록 작용하는 분할 부재(23a)가 부착되어 여러 개의 슬릿(23b)를 형성하고 있다(도 2(b) 참조). 때문에 이중관의 먼쪽 선단부 사이의 통로 단면적은 이중관의 본체 사이의 공간의 단면적 보다 작다. 이것은 냉각 가스의 유속을 증가시키는 작용을 한다.

관형 부재의 외관(21)과 내관(22)은 각각의 기단부에 설치된 나사에 의해 홀더(24)에 연결되어 있다. 홀더(24)는 스테인레스제이며, 중공형으로 구성되어 있다. 상기 홀더(24)는 그의 전단부에 외관(21)을 위한 결합부와 내관(22)을 위한 결합부가 있으며, 상기 외관(21)의 나사는 수컷 나사로서 상기 전자의 결합부에 연결되고, 내관(22)의 나사는 암컷 나사로서 상기 후자의 결합부에 연결된다. 그렇게 하면 나사의 주위로 약간의 냉각 가스가 누출된다고 할지라도 상기 누출 가스가 화염의 방향과 동일한 방향으로 흐르게 되어 누설 가스가 화염의 흐름을 어지럽히는 일은 결코 없게 된다.

그리고 홀더(24)의 뒷면 (도 1에서 왼쪽)에 판이 있으며, 스테인레스제로 된 복수의 도관(26)이 상기 판에 연결되어 있으며, 이들 도관(26)을 통해서 냉각 가스인 질소 가스가 관형 부재(20)의 기단부로 공급된다. 상기 냉각 가스(G)는 상기 도관(26)을 통해서 상기 홀더(24)로 들어간 후에 상기 관형 부재(20)의 외관(21)과 내관(22) 사이의 틈새를 통해서 먼쪽 선단부(23)에서 분출된다.

상기 홀더(24) 뒤쪽에 원통형 덮개(25)가 설치되어, 도 1(a)와 같이 용사 건(10)과 관형 부재(20)를 연결하게 되고 내부 공간을 밀폐하게 된다. 용사 건(10)과 관형 부재(20)는 도면에서와 같이 연결 금구(자물쇠)(13)를 통해 연결 상태가 유지되게 된다. 또한 상기 원통형 덮개(25)는 화염(F)과 외부 공기와의 접촉을 방지하며 외부 공기를 원활하게 도입하기 위한 공간을 마련하는 역할을 한다.

그러나, 용사 건(10)과 관형 부재(20)가 서로 연결되어 있고, 내부 공간이 밀폐된 상태에서는 용사가 시작될 때 연료를 점화시키는 것이 어렵기 때문에, 관형 부재(20)의 기단부 부근을 개방할 수 있게 되어 있다. 특히 연결 금구(13)를 제거한 후, 도 1(b)와 같이 원통형 덮개(25)를 포함해서 관형 부재(20)가 용사 건(10)으로부터 전방으로 멀어지는 방향으로 슬라이드할 수 있도록 되어 있다. 상기한 바와 같이 관형 부재(20)가 슬라이드 가능하도록 하기 위해서, 상기 도관(26)은 용사 건(10)의 정면판(12)에 설치된 각각의 구멍에 슬라이드가 가능하게 삽입 및 관통되어 있어 상기 도관(26)을 안내 부재로 하여 상술한 바와 같이 관형 부재(20) 등이 슬라이드가 가능하게 된다. 즉 4 개의 도관(26)은 냉각 가스로서의 질소 가스를 공급하고, 관형 부재(20) 등의 전후 방향으로의 이동을 안내하도록 되어 있다. 관형 부재(20)가 전방으로 슬라이딩하면, 냉각 가스를 소량 흘리면서 연료에 라이터(또는 용사 건(10)의 정면에 설치된 점화 플러그를 이용)를 가까이 하여 점화시킨다. 이때, 용사 건으로 화염(F)을 본격적으로 분사시키고 냉각 가스의 흐름도 증가시킨다. 또한 관형 부재(20)를 뒤로 돌려 내부 공간을 밀폐하고 연결 금구(13)도 잠근다.

용융점이 다른 여러 종류의 용사 재료를 용사에 사용할 수 있으며, 용사하는 재료가 용융되어지는 용융 영역의 길이도 상기 재료에 의존하게 되어 길이가 다른 많은 수의 관형 부재(20)를 제조할 수 있다. 관형 부재(20)의 외관(21)과 내관(22)은 앞서 언급했듯이 기단부에 제공된 스크류에 의해 홀더(24)에 연결되게 있기 때문에 특정 방향으로 상기 두 개의 도관(21,22)을 회전시켜서 홀더(24)로부터 쉽게 탈착시킬 수 있으며, 다시 상기 홀더(24)에 다른 두 개의 도관(21,22)을 부착할 수 있다.

냉각 가스(G)를 고속으로 분사하면, 용사 건(10)의 노즐(11) 부근이나 관형 부재(20)의 내부에 음압이 발생하여, 냉각 가스의 흐름이 흐트러져 용사 재료가 관형 부재(20)의 내면에 부착되어 연속 운전을 할 수 없게 되는 일이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 형성 장치(1)에는, 도 2와 같이 용사 건(10)의 전면판(12)에 공기 흡입구(14)가 제공되어 있다. 이 공기 흡입구(14)는 관형 부재(20)의 내부 압력에 따라 적당량의 공기를 관형 부재(20)로 흐르게 하여 음압의 발생을 억제하게 된다.

도 1과 2에 표시한 형성 장치(1)를 사용하면, 모재(M)의 표면에 도 3과 같이 비결정질 피막을 형성할 수 있다. 처음에는 관형 부재(20)에 의해서 둘러싸여지고 그리고 관형 부재(20)의 먼쪽 선단부로부터 분사되는 냉각 가스(질소 가스)에 의해서 둘러싸여지면, 용사 건(10)의 노즐(11)로부터 분사되는 화염(F)은 모재(M)에 이르게 된다. 그러면, 상기 모재(M)의 표면에 소량의 산화물을 포함하는 비결정질 피막이 형성된다.

도 4(a-1)는 도 3의 IV-IV선 단면에서 화염(F)의 온도 분포를 나타낸 것이다. 도 4(b-1)는 상기와 같은 동일한 장소에서 종래의 일반적인 분말식 화염 용사의 온도 분포를 나타낸 것이다. 도 1 ~ 3에 나타낸 형성 장치(1)의 경우, 화염(F)의 중심부(직경 10mm 정도 이내의 영역)는 고온부(H) (화염 용사 재료로 사용되는 금속의 유리화 온도를 초과하는 부분)이며, 상기 중심부를 둘러싸고 있는 외곽부위는 저온부(L) (상기 유리화 온도 이하 부분)이다. 한편, 종래의 분말식 화염 용사에 의한 경우에는 도 4(b-1)과 같이 중심부를 포함해서 직경이 약 30mm 이상인 화염 전체 부분이 상기 유리화 온도 보다 높은 고온부(H)이다.

도 4(a-1)와 같이 화염(F)이 고온부(H) 주위에 저온부(L)가 있다면, 화염(F)이 연속적으로 모재(M) 표면의 일정 부분에 적용되었을 때 도 4(a-2)와 같이 모재(M)의 온도 상승이 완만하고, 화염(F)이 적용된 중심부분의 온도도 약 30초 동안 상기 유리화 온도에 도달하지 못한다. 그러나 도 4(b-1)와 같이 화염(F)의 고온부(H)가 넓으면, 화염(F)이 연속해서 모재(M) 표면의 일정 부분에 적용되었을 때 모재(M)의 온도는 도 4(b-2)에서와 같이 급격히 증가하고, 화염(F)이 적용된 중심부분의 온도는 몇 초내에 상기 유리화 온도를 넘어서게 된다. 따라서 종래의 분말식 화염 용사에 의해서 비결정질 피막을 형성하려면, 모재(M)를 강렬하게 냉각시키거나 상기 장치(화염 용사 건)를 모재(M)의 표면과 나란한 방향으로 고속으로 상기 모재(M)에 대해 상대 이동을 시키거나, 또는 저융점에서 비결정질 형성능이 큰 금속에 한정하여 화염 용사 재료를 선택할 필요가 있다. 다른 한편으로, 도 1 ~ 3에 나타낸 장치(1)를 사용하는 경우에는 그러한 제약이 없거나 대폭 완화하게 된다.

이하 상기 형성 장치(1)의 사용한 실험에 의해서 얻어진 발명자의 결과를 다음에 기재한다.

1. 도 5는 화염 용사 건(10) 선단에 설치된 외부 냉각 장치(관형 부재(20))의 원통형 노즐의 먼쪽 선단부에서 화염 용사에 의해서 피복되는 대상물(모재(M))에 이르기까지 화염(F)의 온도 구배를 나타낸 그래프이다. 이 도면에서 0mm는 화염 중심부의 온도 구배이며, 5mm와 10mm는 화염 중심에서 벗어난 위치의 온도 구배이다. 이 그래프에서 알 수 있듯이 화염이 대상물에 충돌할 때 화염 중심부의 온도는 약 1000℃이지만, 거기에서 약간 벗나간 위치에서의 화염의 온도는 화염이 대상물에 충격을 가할 때의 화염 중심부의 온도에 비해 급격하게 떨어지는데, 예를 들어 화염 중심부로부터 5mm 정도 떨어진 지점에서는 약 500℃, 화염의 중심부로부터 10mm 정도 떨어진 지점에서는 약 300℃ 까지 하락한다. 이것은 화염이 모재에 충돌하였을 때 온도 구배가 도너츠상임을 보여주고 있다.

도 6은 화염 용사 건(10) 선단에 설치된 외부 냉각 장치(20)의 먼쪽 선단부에서부터 20mm 및 70mm의 위치에서의 연소 가스의 성분 비율을 나타낸 그래프이다. 이 도면에서, 제목이 "에어 블로우"라고 되어 있는 막대 그래프는 공기를 외부 냉각용으로 사용했을 때의 연소 가스의 성분 비율이며, 제목이 "N₂ 블로우"라고 되어 있는 막대 그래프는 질소 가스를 외부 냉각용으로 사용했을 때의 연소 가스의 성분 비율이다. 화염의 연소 조건은 O₂가 소량인 연료가 풍부한 화염, 소위 환원 화염으로 시험을 하였다. 에어 블로우의 조건하에서, 연소 가스는 외부 냉각 장치의 먼쪽 선단에서부터 20mm와 70mm 떨어져 있는 지점에서 O₂ 및 CO₂ 함량이 높다. 반면에 N₂ 블로우의 조건하에서, 연소 가스는 외부 냉각 장치의 먼쪽 선단으로부터 20mm 떨어져 있는 지점에서 CO 함량은 높고, O₂ 함량은 극히 낮으며, 외부 냉각 장치의 먼쪽 선단부로부터 70mm 떨어져 있는 지점에서 N₂ 및 CO₂ 함량은 높고, O₂ 함량은 낮다. 이 때문에 화염 용사가 N₂ 블로우 조건하에서 수행된다면, 화염 용사 재료는 O₂ 함량이 적은 연소 가스로 차폐되므로 산화물의 발생을 억제할 수 있음을 알 수 있다.

3. 도 7은 화염 용사로 피복하고자 하는 대상물(M)의 온도 구배를 나타낸 그래프로서 이것은 화염 용사 건(10)의 선단부에 설치된 외부 냉각 장치(20)를 사용하여 화염 용사를 수행할 때 화염 용사 대상물(M)에 삽입된 열전대를 사용하여 얻어진 것이다. 이 그래프에서, 제목이 "화염 용사 건 고정"인 곡선은 화염 용사 건을 고정하고, 화염을 대상물의 한 점에 집중해서 연속적으로 적용한 경우에 대상물의 온도 구배를 나타낸 것이다. 또한 재목이 "화염 용사 건 이동"인 곡선은 화염 용사 건을 280mm/s의 속도로 이동시키면서 대상물에 화염을 연속적으로 적용한 경우에 대상물의 온도 구배를 나타낸 것이다. "화염 용사 건 고정"의 경우에, 상기 1 단계에서 설명한 바와 같이, 화염의 중심부에 고온부가 생겼기 때문에 화염 용사 시간이 지나면서 대상물의 온도가 상승하고 화염 용사 시작 후 약 60초 부근에서는 500℃를 웃돈다. 다른 한편으로, "화염 용사 건 이동"의 경우에 화염 용사 건은 고속으로 이동하기 때문에, 화염의 저온부, 화염의 고온부, 화염의 저온부가 순서대로 대상물에 충격을 가하게 된다. 이것은 대상물의 온도 상승을 억제하는 효과가 있다. 상기 그래프는 대상물의 온도가 화염 용사를 시작하고 180초 경과한 후에도 300℃ 이하로 억제된다는 것을 알 수 있다.

4. 도 8은 용사 건(10)의 선단에 설치된 외부 냉각 장치(20)의 먼쪽 선단과 화염 용사에 의해서 피복되는 대상물(M)과의 사이의 여러 지점에서 측정한 냉각 가스(G)의 압력별 유속을 나타낸 그래프이다. 화염 용사 건으로부터 분사되는 화염(F)의 유속은 30 ~ 40m/s이지만, 냉각 효과와 냉각 가스의 흐름을 원활히하기 위해서는 냉각 가스의 유속을 화염의 유속 보다 더 빠르게 설정할 필요가 있다. 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 냉각 가스의 압력을 0.25MPa 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 그러나 냉각 가스의 압력을 과도하게 올리면 관형 부재 내부가 음압이 되기 때문에 냉각 가스의 흐름이 혼란스럽게 되고 관형 부재의 내면에 화염 용사 재료의 입자가 부착하여 장치의 연속 사용이 불가능하게 된다. 이것을 해결하려면, 가스 성분의 균형을 유지할 수 있도록 외부 공기 흡입 양을 늘릴 필요가 있지만, 이것은 반대로 산화물 발생을 촉진시키게 된다. 따라서 냉각 가스의 최적 압력은 화염 용사 건으로부터 분사되는 화염의 유속에 가깝게 냉각 가스의 유속을 발생시키는 0.25MPa 부근에 있게 하는 것이다.

5. 도 9(a-1) ~ (a-3)는, 도 12에 나타내는 종래의 장치에 의해 형성된 비결정질 피막에 대해 수행한 것으로 옥살산을 사용하는 전해 부식 시험 결과를 나타낸 사진이고, 도 9(b-1) ~ (b-3)는, 상기한 바와 같이 외부 냉각 장치(20)를 갖는 본 발명에 따른 장치에 의해서 형성된 비결정질 피막에 대해 수행한 것으로 옥살산을 사용한 전해 부식 시험 결과를 나타낸 사진이다. 상기 종래의 장치가 도관 노즐을 사용하는 경우, 입자들이 외부 공기와의 접촉이 생겨 산화물과 미용융 입자를 포함하는 바람직하지 않은 비결정질 피막이 형성된다. 이것에 대해, 상기한 바와 같이 밀폐식 원통형 외부 냉각 장치(20)를 갖는 본 발명에 따른 장치를 이용하는 경우, 비결정질 피막은 미용융 입자를 포함하지 않으며, 산화물도 억제된 고품질의 비결정질 피막이 형성되는 것을 알 수 있다.

6. 다음의 표 1은, 비결정질 피막(모재로부터 비결정질 피막만 박리)과 비교재로서는 하스텔로이 C 및 티탄에 대해 수행한 내부식성 시험의 결과를 나타낸 것이다. 상기 비결정질 피막, 하스텔로이 C 및 티탄은 각종 부식액에 동시 침지하고, 4주일 후의 중량 변화를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 화학 장치의 내부식성 평가 기준에서는, 샘플이 0 내지 0. 5g/m²day와 같은 중량 증가를 겪을 경우 내부식성이 높은 것으로 평가한다. 비결정질 피막은 산화피막의 발생에 의해 중량의 초기 증가가 관찰되었으나, 부식은 거의 진행되지 않았다. 다른 한편으로, 하스텔로이 C와 티탄은 부식되었다. 따라서, 비결정질 피막이 하스텔로이 C 및 티탄의 내부식 성능을 상회한다는 것을 알 수 있다.

내부식성 평가 결과 중량변화(g/m² 일)

환경	농도	온도	침적시간	비결정질피막	비교대상
					하스텔로이C	티탄
염산	35%	상온	6시간	-7890	-4.56	-312
질산	10%		4주간	+0.065	0	-0.004
황산	5%			+0.049	0	-0.013
	70%			-0.011	-0.013	-0.117
가성소다	48%			+0.024	-0.008	-0.004
차아염소산소다	12%			+0.079	0	0
식염수	3%			+0.154	0	0
인산	5%			+0.100	-	-

참조: 화학 공장의 내부식성성을 평가하기 위한 기준 : 0 내지 0.5g/㎡ 일 = 내성이 높음

7. 상기한 바와 같이 외부 냉각 장치(20)를 갖는 본 발명에 따른 장치를 사용하여 화학 비료 공장의 제조 라인의 교반기 임펠러에 비결정질 피막을 시공하고, 그 교반기 임펠러에 대해 실증 실험을 실시하였다. 실험 조건 및 실험 결과는 아래와 같다. 종래품인 교반기 임펠러와 본 발명에 따른 장치를 사용한 비결정질 피막이 피복된 임펠라에 대해 일정 기간 사용한 후의 외관을 도 10에 나타내었다. 도 10(a)는 pH 2의 슬러리 피트에서 사용한 종래품의 교반기 임펠러의 마모 상태를 나타낸 사진이며, 도 10(b)는 종래와 동일한 교반기의 임펠러에 적용한 비결정질 피막의 마모 상태를 나타낸 사진이다.

[실험 사양] 표면:고내부식성 재료 Fe₇₀Cr₁₀P₁₃C₇ 300㎛

[실험 환경] 화학 비료 공장의 제조 라인 교반기

[요구 성능] pH 2의 슬러리에서의 내부식성, 내마모성

[종래품 재질] SUS316L

마모에 의한 중량 감소율

종래품 SUS316L제 임펠러

11개월 경과후 : 62% (5개월로 환산하여 계산: 28%)

비결정질 피막으로 피복된 임펠러

5개월 경과후 2%

종래품인 SUS316L제 임펠러의 중량 감소율은, 상기 한 바와 같이 11개월 경과 후에 62%(5개월 환산으로 28%)였다. 한편, 비결정질 피막을 시공한 임펠러의 중량 감소율은, 5개월 경과 후에 2%로서 비결정질 피막이 시공된 임펠러가 종래의 임펠러에 비해 14배의 내부식성 및 내마모성이 있음을 보여주고 있다.

8. 상기한 바와 같이 외부 냉각 장치(20)를 갖는 본 발명에 따른 장치를 사용하여 화학 비료 공장의 제조 라인의 슬러리 펌프의 축 슬리브에 비결정질 피막을 시공하고, 그 축 슬리브에 대해 실증 실험을 실시하였다. 실험 조건은 아래와 같다. 마모 등의 상태를 도 11에 나타내었다.

[실험 사양] 기초:NiCr 50㎛

표면:고내부식성 재료 Fe₇₀Cr₁₀P₁₃C₇ 150㎛

[실험 환경] 화학 비료 공장의 제조 라인 슬러리 펌프

[요구 성능] pH 2의 슬러리 중에서의 내부식성, 내마모성

[종래품 재질] 티탄, 하스텔로이, 듀리멧트 20, SUS316L

본 실험 제품은 SUS304로 상기 펌프를 위한 축 슬리브를 제작하고, 상기 축 슬리브의 표면에 비결정질 피막을 형성한 후, 표면을 다이아몬드 연마처리하여 제작하였다. 상기 실험 샘플을 종래의 슬러리 펌프에 설치하고, 실증 실험을 수행하였다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 종래의 듀리멧트제 축 슬리브는 패킹과 슬러리에 의한 마모 및 부식으로 2개월 경과후에 4㎛의 마모자국을 볼 수 있었지만, 하지만, 비결정질 피막을 시공한 축 슬리브에서는, 2개월 경과 후도 마모자국을 볼 수 없었다. 이것은 비결정질 피막이 시공된 축 슬리브가 종래의 듀리멧트제 축 슬리브와 비교해서 내부식 및 내마모성이 높다는 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 예에 대해 어느 정도 특정적으로 설명했지만, 이것들에 대해 여러 가지의 변경을 할 수 있는 것은 당연하다. 따라서, 본 발명의 범위 및 정신으로부터 이탈하는 일 없이, 본 명세서 중에서 특정적으로 기재된 모양과는 다른 모양으로 본 발명을 실시할 수 있다는 것은 당연한 것으로 이해될 수 있다.

1 : 비결정질 피막 형성장치
10 : 분말식 용사 건
11 : 노즐
12 : 정면판
13 : 연결 금구
20 : 관형 부재
21 : 외관
22 : 내관
23 : 선단부
23b : 슬릿
24 : 홀더
25 : 덮개
26 : 도관

Claims (14)

1. 용사 재료의 입자를 포함하는 화염을 모재를 향해서 용사 건으로 분사시켜 해당 입자를 화염에 의해 용융시킨 후, 상기 입자와 화염을 모재에 도달 전부터 냉각 가스로 냉각시켜서 비결정질 피막을 형성하기 위한 장치로서,
   상기 용사 건에 의한 상기 화염의 분사 경로 중 상기 입자를 용융시키는 용융 영역에 화염을 외부 공기로부터 보호할 수 있도록 관형 부재가 제공되어 있되 상기 관형 부재는 그를 따라 일체로 상기 냉각 가스의 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 비결정질 피막의 형성장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유로는 상기 유로로부터 빠져나오는 냉각 가스가 상기 화염의 사방을 관형으로 둘러싸서 흐르도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 비결정질 피막의 형성장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 관형 부재는 먼쪽의 선단부가 개방된 이중의 원통형 도관으로서 동심을 갖는 구조이며, 냉각 가스가 상기 이중 도관 사이를 흘러 상기 도관의 먼쪽의 선단부로부터 분사되게 하는 것을 특징으로 하는 비결정질 피막의 형성장치.
4. 제3항에 있어서, 상기의 이중 도관에서 먼쪽 선단부의 사이의 입구 단면적은 상기의 이중 도관 본체 사이에 있는 입구 단면적 보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 비결정질 피막의 형성장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 냉각 가스는 질소 가스 또는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 비결정질 피막의 형성장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기의 관형 부재는 용사 건에 연결되는 기단부를 가지며, 상기 기단부 또는 그 부근을 화염 용사 건의 점화를 위해 개방 및 밀폐할 수 있는 것을 특징으로 하는 비결정질 피막의 형성장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 관형 부재는 서로 다른 길이를 가지는 것으로 대체할 수 있는 것을 특징으로 하는 비결정질 피막의 형성장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 관형 부재의 내부에서 음압 발생을 억제하기 위하여 상기 관형 부재와 상기 화염 용사 건의 사이에 공기 흡입구 또는 불활성 가스 공급구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 비결정질 피막의 형성장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 화염이 상기 모재에 도달하는 시점에서 직경이 10mm 이내의 화염의 중심부를 감싸고 있는 상기 화염의 외곽부의 온도는 화염 용사 재료가 입자 형태로 사용되는 금속의 유리화 온도 보다 높지 않게 하는 것을 특징으로 하는 비결정질 피막의 형상장치.
10. 상기 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 따른 비결정질 피막의 형성 장치를 사용하여 모재의 특정 부위에 화염과 화염 용사 재료의 입자를 적용하는 단계로 이루어진 비결정질 피막의 형성 방법으로서, 상기 모재의 특정 부위의 표면 온도가 화염 용사 재료가 입자 형태로 사용되는 금속의 유리화 온도 이하로 10초 이상 유지할 수 있도록 냉각 가스로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 비결정질 피막의 형성 방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 모재의 특정 부위의 표면 온도가 화염 용사 재료가 입자 형태로 사용되는 금속의 유리화 온도 이하의 온도로 10초 이상 유지될 수 있도록 상기 냉각 가스에 의해 상기 화염과 상기 입자 뿐 만 아니라 모재를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 비결정질 피막의 형성 방법.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 비결정질 피막을 형성하는 장치는 냉각을 수행하면서 상기 모재의 표면과 나란한 방향으로 상기 모재에 대해 상대 이동을 시켜서 상기 모재의 임의의 지점에서 표면 온도가 상기 화염 용사 재료의 입자 형태로 사용되는 금속의 유리화 온도를 초과하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 비결정질 피막의 형성 방법.
13. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 따른 장치를 사용하여 비결정질 피막을 형성하는 방법에 있어서, 상기 화염으로서 아세틸렌을 증량하고 산소를 감량하여 형성한 환원 화염을 사용하는 것을 특징으로 하는 비결정질 피막의 형성방법.
14. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 따른 장치를 사용하여 비결정질 피막을 형성하는 방법에 있어서, 상기 화염을 냉각하는 급냉 영역에서의 냉각 가스의 유속은 화염의 유속과 동등하게 하는 것을 특징으로 하는 비결정질 피막의 형성 방법.
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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