KR20140058673A - 서멧 분말 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서멧 분말(cermet powder), 서멧 분말의 제조 방법 및 표면 코팅을 위한 그리고 용사 분말로서의 서멧 분말의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한 서멧 분말의 용사에 의한 코팅의 도포를 포함하는 코팅 부품의 제조 방법 그리고 또한 이 제조 방법에 의해 얻을 수 있는 코팅 부품에 관한 것이다.

Description

서멧 분말{CERMET POWDER}
본 발명은 서멧 분말과, 서멧 분말의 제조 방법, 그리고 또한 표면 코팅을 위한 용사(Thermal spraying) 분말로서의 서멧 분말의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한 서멧 분말의 용사를 통한 코팅의 제조를 포함하는 코팅 부품의 제조 방법 그리고 또한 이 제조 방법에 의해 얻을 수 있는 코팅 부품에 관한 것이다.
용사 분말은 기판 상에 코팅을 생성하는 데 사용된다. 여기에서는, 미분 입자가 코팅 대상 (대개는 금속성) 기판 상으로 지향되는 연소 또는 플라즈마 화염에 도입된다. 여기에서 화염에 전체적으로 또는 어느 정도 융해되는 입자가 충돌 기판에서 고화되어, 고화된 "스플랫(splat)" 형태의 코팅을 형성한다. 용사는 최대 수 mm의 층두께로 코팅을 형성할 수 있다. 용사 분말의 통상적인 어플리케이션은 내마모성 층의 형성이다. 용사 분말은 통상적으로 서멧 분말의 하위 그룹을 포함하는데, 이 하위 그룹은 먼저, 경질 재료, 가장 빈번하게는 텅스텐 카바이드, 크롬 카바이드 및 몰리브덴 카바이드와 같은 카바이드를 포함하고, 다음으로는 금속, 예컨대 코발트, 니켈 및 이들과 크롬의 합금으로 이루어진 기재를 포함하거나, 또는 그 외에 덜 빈번하게는 이온 함유 합금을 포함한다. 용사 분말과 이로부터 형성된 분사층은 이에 따라 복합 재료이다.
코팅 - 벌크 재료 등 - 은 경험적으로 측정 가능한 속성을 갖는다. 이들은 경도(예컨대, 비커스 경도, 브리넬 경도, 로크웰 경도 및 누프 경도), 내마모성(예컨대, ASTM G65), 공동 내성(cavitation resistance) 및 또한 다양한 매체에서의 부식 성능이다. 내부식성은 분사 재료를 선택하는 데 있어서 점점 중요해지고 있는데, 그 이유는 많은 내마모성층이 화학적으로 공격적인 환경(예컨대, 통상 산소가 제외된 오일 및 가스 산업, 제지 산업, 화학 산업 및 식품 및 음료 산업, 및 또한 제약 산업에서의 용도임)에 있어서 산성 조건 하에서 신뢰할 수 있는 안정성을 나타내야만 하기 때문이다. 이것은 예컨대, 산성 광유 또는 천연 가스가 염화물 또는 해수의 존재 상태에서 이송되는 경우에 밸브의 변위 가능한 부분 및 피스톤 로드에 적용될 수 있다. 마모와 부식이 부정적인 시너지 효과를 발휘하고, 이에 따라 내마모성 코팅의 수명을 줄이는 식품 및 음료 산업 그리고 또한 화학 산업에도 또한 다수의 어플리케이션이 있다.
산성 액체에서 그리고 염화물의 존재 시에 분사층의 부식은, 초경 재료에 적용되는 기지의 원리에 따라 일어난다: 기재 합금이 공격을 받고, 이에 따라 기재 금속의 이온이 유리된다. 이것은 분사층의 초경 재료에 대한 접근을 제공하고, 분사층의 제거가 일어난다. 마찰 공학적 마모가 중복되는 경우, 마모 및 부식으로부터의 부정적인 시너지 효과가 이어진다. 부식 성능은, 초경 재료와 기재 간에 접촉 부식이 일어날 수 있다는 사실에 의해 더욱 감소되며, 이에 따라 기재는 단독인 경우보다 복합 재료에서의 부식에 더 민감하다. 이것은 시멘트화 경질 재료(cemented hard material)에서 동일하게 관찰된다.
다양한 재료가 전술한 어플리케이션을 위한 분사층을 형성하기 위한 용사 분말로서 설정되었는데, 그 예로는 WC-CoCr　86/10/4 또는 WC-CoNiCr 86/9/1/4, WC-Cr3C2-Ni 또는 Cr3C2-NiCr이 있다. 전술한 재료 모두가 공유하는 특징은 이들 재료가 기재에 Cr을 포함한다는 것이며, 그 이유는 이것이, 재료들이 내부식성이 되도록 보장하기 때문이다.
다른 재료는 WC-NiMoCrFeCo　85/15이며, 이것은 용사 분말 형태로 시판 중이다(H.C. Starck GmbH, D로부터의 Amperit®529). 그 기재는 Hastelloy®C와 유사한 합금으로 이루어진다. Hastelloy®C가 산성 매체에서 성공적으로 사용되기는 하지만, 이 합금은 내마모성이 결핍되어 있다. 복합 "분사 분말" 또는 "분사층"에 있는 기재 합금은 더 불량한 속성을 나타낸다.
시장에서 입수 가능한 크롬 카바이드-NiCr(80/20)에도 유사한 고려사항이 적용된다. 여기에서도 재차, NiCr　80/20의 양호한 내산성(acid resistance)이 크롬 카바이드를 포함하는 용사 분말 또는 이로부터 형성되는 분사층에 전승되지 않을 수 있다.
Fe계 기재 합금, 예컨대 316L과 같은 오스테나이트 스테인리스강으로부터 파생되거나 DE　10　2006　045　481　B3에 따라 FeCrAl　70/20/10를 주성분으로 하는 것은 낮은 pH의 산성 환경에서 작용하지 못한다.
압축된 분사 분말 형태의 전술한 재료들 중 임의의 재료는 염산, 황산 또는 시트르산에 노출될 때, 이들 매체 중 적어도 하나에서 취약성을 나타내거나 기계적 속성에서 취약성을 나타낸다.
이에 따라, 본 발명의 목적은 용사 분말로서 적절하고, 내마모성 및 공동 내성의 기계적인 특성에 있어서 또는 염화물의 존재 시에 안정성에 있어서 심각한 희생 없이 3개의 매체 모두에 적절한 코팅을 제공하는 서멧 분말을 제공하고자 하는 것이다.
내부식성은 여기에서는, 실제적인 조건 하에서 서비스 시간을 정량할 수 없는 포텐티오그램(potentiogram)과 같은 전기화학적 방법보다는 실제적인 조건 하에서 기재 금속의 배출 형태로 측정된다.
놀랍게도, 이제 상기한 문제가 1종 이상의 경질 재료와 특정 기재 금속 성분을 포함하는 서멧 분말을 통해 해결될 수 있는 것으로 확인되었다.
이에 따라 본 발명은,
a) 50 내지 90 중량%의 1종 이상의 경질 재료, 및
b) 10 내지 50 중량%의 기재 금속 성분
을 포함하며, 중량에 의한 데이터는 서멧 분말 총 중량을 기초로 하는 것인 서멧 분말에 있어서, 기재 금속 성분이
i) 40 내지 75 중량%의 철 및 니켈과,
ii) 18 내지 35 중량%의 크롬과,
iii) 3 내지 20 중량%의 몰리브덴, 그리고
iv) 0.5 내지 4 중량%의 구리
를 포함하며, 금속 i) 내지 iv)에 대한 중량에 의한 데이터는 각각 기재 금속 성분의 총 중량을 기초로 하며, 철 대 니켈의 중량비는 3 : 1 내지 1 : 3의 범위인 것을 특징으로 하는 서멧 분말을 제공한다.
본 발명의 서멧 분말은 용사 분말로서 우수한 적합성을 갖는다. 이 분말은 특히 금속 기판의 표면 코팅을 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 서멧 분말은 예컨대 여기에서는, 각각의 부품에 소망하는 표면 속성을 부여하는 것을 목적으로 하는 플라즈마 분사 또는 고속 화염 분사(high-velocity flame spraying; HVOF)나 다른 화염 분사 공정, 아크 분사, 레이저 분사 또는 어플리케이션 용접(application welding), 예컨대 PTA 공정과 같은 용사 공정에 의해 매우 다양한 부품에 적용될 수 있다.
본 발명의 서멧 분말은 각각 서멧 분말의 총 중량을 기초로 하여 50 내지 90 중량%의 양, 바람직하게는 60 내지 89 중량%의 양, 특히 70 내지 88 중량%의 양의 1종 이상의 경질 재료를 포함한다. 본 발명의 서멧 분말은 통상적인 경질 재료를 포함할 수 있다. 그러나, 금속 카바이드가 경질 재료로서 선호되며, 특히 바람직하게는 금속 카바이드는 WC, Cr3C2, VC, TiC, B4C, TiCN, SiC, TaC, NbC, Mo2C 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
특히, 경질 재료 WC 및/또는 Cr3C2가 선호된다.
본 발명의 서멧 분말의 다른 필수 구성요소는, 각각 서멧 분말의 총 중량을 기초로 하여 10 내지 50 중량%의 양, 바람직하게는 11 내지 40 중량%의 양, 특히 12 내지 30 중량%의 양으로 존재하는 기재 금속 성분이다. 기재 금속 성분은 본 발명의 서멧 분말의 우수한 속성을 위한 결정 인자이다.
이에 따라, 본 발명은
i) 40 내지 75 중량%의 철 및 니켈과,
ii) 18 내지 35 중량%의 크롬과,
iii) 3 내지 20 중량%의 몰리브덴, 그리고
iv) 0.5 내지 4 중량%의 구리
를 포함하는 기재 성분의 용도를 더 제공하며, 금속 i) 내지 iv) 금속에 대한 중량에 의한 데이터는 각각 기재 금속 성분의 총 중량을 기초로 하고, 서멧 분말을 제조하기 위한 철 대 니켈의 중량비는 3 : 1 내지 1 : 3 범위이다.
바람직한 일실시예에서, 기재 금속 성분은 추가 금속으로서,
v) 기재 금속 성분의 총 중량을 기초로, 특히 최대 10 중량%의 양인 코발트
를 포함한다.
기재 금속 성분은 게다가,
vi) 특히 Al, Nb, Ti, Ta, V, Si, W 및 이들의 임의의 소망하는 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 개질제
를 더 포함할 수 있다.
개질제의 통상적인 함유량은, 기재 금속 성분의 총 중량을 기초로 최대 5 중량%이다.
본 발명의 특정 일실시예에서, 본 발명에 사용되는 기재 금속 성분은 주로 아래의 성분, 즉
i) 40 내지 75 중량%의 철 및 니켈과,
ii) 18 내지 35 중량%의 크롬과,
iii) 3 내지 20 중량%의 몰리브덴과,
iv) 0.5 내지 4 중량%의 구리와,
v) 선택적으로 최대 10 중량%의 코발트, 그리고
vi) 선택적으로 최대 5 중량%의 1종 이상의 개질제
로 이루어지고, 금속 i) 내지 vi)에 대한 중량에 의한 데이터는 각각 기재 금속 성분의 총 중량을 기초로 하며, 철 대 니켈의 중량비는 3 : 1 내지 1 : 3의 범위이다.
우수한 속성들은 15 내지 50 중량%, 바람직하게는 20 내지 45 중량%의 철을 포함하는 기재 금속 성분에 의해 달성될 수 있다.
15 내지 50 중량%, 더 바람직하게는 20 내지 45 중량%의 니켈을 포함하는 기재 금속 성분이 더 선호된다.
기재 금속 성분에서의 크롬, 몰리브덴 및 구리의 존재도 또한 서멧 분말 또는 이로부터 형성된 표면 코팅의 우수한 속성을 달성하는 데 필수적이다.
기재 금속 성분은 바람직하게는 20 내지 33 중량%, 더 바람직하게는 20 내지 31 중량%의 크롬을 포함한다.
더 선호되는 실시예에서, 기재 금속 성분은 4 내지 15 중량%의 몰리브덴, 특히 5 내지 10 중량%의 몰리브덴을 포함한다.
부식 속성에 관하여, 구리 함량은 특히 특정 철-니켈 비도 또한 함께 중요하다. 우수한 부식 결과는 바람직하게는 0.7 내지 3 중량%, 특히 0.9 내지 2.0 중량%의 구리를 포함하는 기재 금속 성분으로 달성되었다.
기재 금속 성분에서의 철 대 니켈의 중량비도 마찬가지로 본 발명의 서멧 분말의 내부식성에 기여한다.
기재 금속 성분에서의 철 대 니켈의 중량비는, 바람직하게는 1 : 2 내지 2 : 1, 더 바람직하게는 1 : 1.5 내지 1.5 : 1이다.
본 발명의 서멧 분말은 바람직하게는 용사 분말로서 사용된다. 여기에서는 특정 입자 크기가 매우 적합한 것으로 입증되었다. 바람직한 일실시예에서, ASTM C1070에 따른 레이저 산란에 의해 측정된 본 발명의 서멧 분말의 입자 크기는 10 내지 100 ㎛이다.
본 발명은 본 발명의 서멧 분말을 제조하는 방법도 또한 제공한다.
이에 따라, 본 발명의 다른 실시예는, 서멧 분말의 제조 방법으로서,
a) 미분 기재 금속 성분과 함께 1종 이상의 경질 재료 분말을 혼합 또는 밀링하는 단계로서, 미분 기재 금속 성분은
i) 40 내지 75 중량%의 철 및 니켈과,
ii) 18 내지 35 중량%의 크롬과,
iii) 3 내지 20 중량%의 몰리브덴, 그리고
iv) 0.5 내지 4 중량%의 구리
를 포함하고, 금속 i) 내지 iv)에 대한 중량에 의한 데이터는 각각 기재 금속 성분의 총 중량을 기초로 하고, 철 대 니켈의 중량비는 3 : 1 내지 1 : 3의 비율인 것인 혼합 또는 밀링 단계,
b) 분말 혼합물을 소결하는 단계, 및
c) 단계 b)에서 소결된 혼합물을 선택적으로 분쇄하는 단계
를 포함하는 서멧 분말의 제조 방법을 제공한다.
서멧 분말을 제조하기 위한 본 발명의 방법의 단계 a)에서의 혼합 또는 밀링은, 예컨대 액체에의 미분 경도 부여 재료(경질 재료) 그리고 또한 미분 기재 금속 성분의 분산을 통해 이루어질 수 있다. 밀링의 경우, 이에 따라 상기 분산은 밀링 단계, 예컨대 볼 밀 또는 아트리터(atrittor)에서 밀링된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에서, 기재 금속 성분은 합금 분말 형태를 취한다.
본 발명의 방법은 바람직하게는, 선택적으로 밀링이 후속하는 액체 내에서의 분산을 통한 혼합에, 액체의 제거를 통해, 더 바람직하게는 분사 건조를 통해 일어나는 과립화 단계가 후속하는 것을 특징으로 한다. 분무 과립은 이어서 분류될 수 있고, 후속하는 열처리 단계에서, 용사 공정의 신뢰성 있는 수행을 허용하는 방식으로 과립의 기계적 강도가 용사 공정 중에 과립의 분해를 제한하기 충분한 정도로 소결될 수 있다. 분말 혼합물의 소결은 바람직하게는 감소된 압력 하에서 및/또는 임의의 소망하는 압력의, 바람직하게는 수소, 아르곤, 질소 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 불활성 가스의 존재 상태에서 이루어진다.
산화를 방지하는 불활성 가스가 사용되는 경우, 소결은 또한 적절한 대기압 영역에서 실시될 수도 있다. 소결 단계는 분말 또는 통상적으로 용이하게 다시 분말로 전환될 수 있는 느슨한 소결 케이크를 제공한다. 얻어진 분말은 크기 및 외관에 있어서 분사 과립과 유사하다. 집괴/소결 분사 분말은 특히 유익한데, 그 이유는 이것이 조성(예컨대, 함량 및 입자 크기)의 선택에 있어서 큰 자유도를 제공하고, 그 양호한 유동성에 의해 분사 공정에서 우수한 계량 속성을 갖기 때문이다. 본 발명의 매우 바람직한 일실시예에서, ASTM C1070에 따른 레이저 산란으로 측정한 평균 입자 크기가 바람직하게는 20 ㎛ 미만인 미세 입자 경도 부여 재료가 본 발명의 서멧 분말을 위해 그리고 서멧 분말을 위한 본 발명의 제조 방법을 위해 사용된다. 그러한 미세 입자 경도 부여 재료의 사용은 매우 매끄러운 마모면을 초래하고, 이것은 이에 따라 저마찰계수 및 긴 서비스 시간을 초래한다.
소결/분쇄 서멧 분말 또는 분사 분말은 각각 분말 성분이 분산 시에 반드시 습식 혼합되는 것이 아니라 대신에 건조 혼합될 수 있다는 점을 제외하고는 유사하게 제조될 수 있고, 선택적으로 다른 몰딩을 제공하도록 정제(錠劑)로 형성되거나 압축된다. 후속하는 소결 단계도 유사하게 이루어지지만, 치밀하고 강한 소결 구조가 얻어지며, 소결 구조는 분말 형태로 다시 전환되기 위한 기계적 힘에의 노출을 필요로 하다. 그러나, 이 예에서 평균 입자 크기가 10 내지 100 ㎛인 최종적인 분말은 통상적으로 불규칙한 형상이며, 균열된 표면을 특징으로 한다. 이러한 용사 분말은 훨씬 더 불량한 유동성을 갖고, 이것은 용사 중에 일정한 도포 속도에 대해서 불리하지만, 여전히 실현 가능하다.
본 발명의 서멧 분말 또는 서멧 분말을 제조하기 위한 본 발명의 방법에 따라 얻을 수 있는 서멧 분말은 용사 분말로서 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 서멧 분말 또는 서멧 분말을 제조하기 위한 본 발명의 방법을 통해 얻을 수 있는 서멧 분말의 용사 분말로서의 용도를 더 제공한다.
게다가, 본 발명의 서멧 분말은 특히 금속 기판 또는 부품의 표면 코팅에 대한 우수한 적합성을 갖는다.
이에 따라 본 발명은, 표면 코팅 목적을 위한 본 발명의 서멧 분말 또는 서멧 분말을 제조하기 위한 본 발명의 방법을 통해 얻을 수 있는 서멧 분말의 용도를 더 제공한다. 표면 코팅은 바람직하게는 용사 공정, 예컨대 플라즈마 분사 또는 고속 화염 분사나 다른 화염 분사 공정 또는 아크 분사, 또는 레이저 분사 또는 어플리케이션 용접을 통해 배치된다.
본 발명의 서멧 분말 또는 서멧 분말을 제조하기 위한 본 발명의 방법을 통해 얻을 수 있는 서멧 분말은, 특히 부식성 환경 조건 하에서의, 예컨대 pH 7 미만 그리고 존재 가능한 임의의 염화물 이온의 존재 시에 마모로부터의 보호에 관하여 서멧 분말로 코팅된 부품에 우수한 속성들을 부여한다.
이에 따라, 본 발명은 본 발명의 서멧 분말 또는 서멧 분말을 제조하기 위한 본 발명의 방법을 통해 얻을 수 있는 서멧 분말의 용사에 의한 코팅의 도포를 포함하는 코팅 부품의 제조 방법을 더 제공한다.
본 발명은 본 발명의 제조 방법에 의해 얻을 수 있는 코팅 부품을 더 제공한다. 본 발명에 있어서 코팅 부품은 특히 부식성 환경 조건, 구체적으로는 pH 7 미만 그리고 존재 가능한 임의의 염화물 이온의 존재 시에 마모로부터의 보호를 위해 사용된다.
다른 바람직한 실시예에서, 코팅 부품은, 산을 포함하고/포함하거나 염화물 이온을 포함하는 매체와 접촉하게 되는 장치의 부분이다. 예컨대, 본 발명의 코팅 부품은 밸브의 변위 가능한 부분이거나 피스톤 로드이다.
아래의 예들은 본 발명을 예시하며, 본 발명이 이러한 예들로 결과적으로 제한되는 것은 아니다.
예 1(비교예)
동일한 비표면적을 갖는 치밀한 몰딩을 제공하기 위해, 열간 프레싱으로 10분 동안 1000 ℃에서 표 1에 따른 조성을 갖는 분사 분말을 압축하였다. SiC 연마지로 둘레층을 매끄럽게 하였다. 그 후, 원통형 몰딩을 공기가 유입되는 상태로 20 ℃인 500 ml의 매체(1 N의 염산, 1 N의 황산 및 1 N의 시트르산 - 후자는 1/3 mol/l에 대응함)에 28일 동안 노출시켰다. 다음에, 180 ml를 제거하고, 기재를 구성하는 요소들의 함량을 측정하였다.
분사층에 대해서 기계적인 속성, 내마모성 및 공동 내성을 측정하였다. 분사층에 ASTM B117 염 분사 테스트도 또한 시행하였고, 1000 시간 후에 변화를 기록하였다.
ST37 구조강 및 V4A 스테인리스강에 분사 분말로 이루어진 코팅도 또한 형성하였다. 이러한 목적으로 JP5000 HVOF 연소기를 사용하였다. 표에 있는 데이터는 중량% 단위이다.
1 2 3 4 5 6 7
WC (%) 86 - 73 85 85 70 85
Cr 3 C 2 (%) - 75 20 - - - -
기재 (%) 14 25 7 15 15 30 15
Fe(%) - - - 6 63.3 70
Co(%) 71 - - 5 - -
Ni (%) - 80 100 57 14 67 -
Cr (%) 29 20 - 16 18 20 20
Al (%) - - - - - - 10
Nb (%) - - - - - 4 -
Mo (%) - - - 16 2.7 9 -
Cu (%) - - - - - - -
기재 배출
(mg/180 ml, 28일, 1N HCl) 		2283 5684 420 3269 2510 4360 3083
기재 배출
(mg/180 ml, 28일, 1N H 2 SO 4 ) 		2366 5151 1835 2202 2620 2570 3222
기재 배출
(mg/180 ml, 28일, 1N 시트르산) 		316 2486 11 125 1352 106 3141
분사층의 속성:
마모(ASTM G65-04, mg) 20 41 15 41 33 41 23
ASTM G32에 따른, 평평한 코팅에 대한 공동 마모 (mg/h) 5 5 7 5 10 7 5
ASTM　B117에 따른 염 분사 테스트에서의 변화(1000　h) disc. 없음 없음 없음 disc. 없음 없음
종래 기술의 분사 분말
"disc."는 "변색"을 의미함.
"Fe(%)" 내지 "Cu(%)"에 대한 중량에 의한 데이터는 기재 성분의 총 중량을 기초로 한다. 기재의 총 함량은 "기재(%)"행에 기술되어 있으며, 분사 분말의 총 중량을 기초로 한다. 카바이드에 대한 % 데이터는 분사 분말의 총 중량을 기초로 한다. 예 4 내지 7의 분사 분말에서, 기재는 합금 형태를 취하는데, 그 이유는 대응하는 합금 분말이 분사 분말을 형성하는 데 사용되었기 때문이다. 예 7은 DE　10　2006　045　481　B3의 바람직한 실시예에 대응한다.
상기 결과로부터, 어떠한 기지의 재료도 모든 면에서 적절하게 기능하지 않는다는 것이 명백하다. WC-Cr3C2-Ni 83/20/7(예 3)은 황산을 제외한 염산과 시트르 산에 대해 적절한 내성을 갖는 유일한 재료이다. 예 1 내지 7의 분사 분말 모두의 황산에 대한 내성은 대체로 불량하다.
Hastelloy®C와 유사한 기재 합금을 포함하는 분사 분말 예 4와 예 6도 또한 우수한 기계적 속성과, 시트르산에 대한 우수한 내성을 갖지만, 무기산에 대한 내성은 없다.
316L 스테인리스강을 포함하는 분사 분말 예 5는 매우 낮은 내부식성을 갖고, 염 분사 테스트에서 허용불가한 변색을 나타낸다.
예 2(일부만 본 발명의 것, *로 나타냄)
예 1과 유사하게 몰딩과 분사층을 형성하였다. 예 8 및 예 9에 따른 분말은 동일한 공칭 조성의 합금 분말을 사용하였지만, 제조 공정은 상이하였다(용융물로부터 합금 분사 및 물로 최종 용융물 액적 냉각 그리고 각각 노즐을 통해 아르곤이 주입됨). 예 10은 기재로서 FeNi 50/50 합금 분말을 포함하고, 또한 크롬 금속 분말이 기재의 다른 성분으로서 사용되었다. 이에 따라, 집괴/소결 분사 분말에서 기재는 완전히 그리고 균일하게 Cr과 합금되지 않았다는 것을 추정할 수 있다. 표에 있는 데이터는 중량% 단위이다.
8* 9* 10
WC (%) 85 85 87.5
Cr 3 C 2 (%) - - -
기재 (%) 15 15 12.5
Fe(%) 31 31 36
Co(%) - - -
Ni (%) 31 31 36
Cr (%) 27 27 28
Al (%) - - -
Nb(%) - - -
Mo(%) 6.5 6.5 -
Cu (%) 1.3 1.3 -
기재 배출
(mg/180 ml, 28일, 1N HCl) 		216 151 1740
기재 배출
(mg/180 ml, 28일, 1N H 2 SO 4 ) 		151 92 1141
기재 배출
(mg/180 ml, 28일, 1N 시트르산) 		68 61 608
분사층의 속성
마모 (ASTM G65-04, mg) 26 26 15
공동 마모 (mg/h) 6 5 8
염 분사 테스트에서의 변화 없음 없음 변색
분사 분말
"Fe(%) 내지 "Cu(%)"에 대한 중량의 데이터는 기재 성분의 총 중량을 기초로 한다. 기재의 총 함량은 "기재(%)" 행에 기술되어 있으며, 분사 분말의 총 중량을 기초로 한다. 카바이드에 대한 % 데이터는 분사 분말의 총 중량을 기초로 한다.
놀랍게도, 철 함유 및 니켈 함유 분사 분말 8 내지 10은 니켈, 코발트 또는 사실상 철을 주성분으로하는 기재를 갖는 것에 비해 광산에 대해 비교적 우수한 내성을 나타낸다. 이것은, 철이 니켈보다 실질적으로 덜 불활성인 정도로 놀라운 것이다. 10번의 Cr를 포함하는 기재의 불완전한 합금 조차도 예 1의 임의의 분말보다 황산에 있어서의 보다 양호한 결과를 제공한다. FeNi 합금은 범위 종단(range-endpoint)의 Ni 및 Fe보다 양호한 내산성을 갖는 것으로 보이고, 이에 따라 내산성은 존재하는 다른 원소뿐만 아니라 Fe : Ni비에 좌우되는 것으로 보인다.
FeNi 기재의 내산성은 여기에서는 분말 번호 8 및 9에서 기재에 합금된 크롬에 의해 그리고 또한 추가의 물질 Mo 및 Cu에 의해더 향상된다. 그러나, 분말 4 및 6에 있어서의 높은 Mo 함량은 향상된 내산성을 초래하지 않기 때문에, Fe/Ni비와 함께 구리 함량도 실질적으로 부수적으로 양호한 부식 결과의 원인이 되는 것으로 결론내려야만 한다.
예 3(비교예, 순수 기재 합금)
No.　11
(316L)		 No.　12
(NiCr80/20)		 No.　13
(NiCr 50/50)
Fe(%) 68 - -
Co(%) - - -
Ni (%) 13 80 50
Cr (%) 17 20 50
Al (%) - - -
Nb (%) - - -
Mo (%) 2 - -
Cu (%) - - -
기재 배출
(mg/180 ml, 28일, 1N HCl) 		948 115 256
기재 배출
(mg/180 ml, 28일, 1N H2SO4) 		944 110 131
기재 배출
(mg/180 ml, 28일, 1N 시트르산) 		25 1 35
기재 금속 조성
이들 결과는 순수 기재 합금이, 용사 분말에서 기재로 사용되는 경우보다 부식에 관하여 실질적으로 더 양호하게 기능한다는 것을 보여준다. 한편의 기재와 다른 한편의 경질 재료 간의 접촉 부식은 용사 분말의 불량한 성분의 원인이 된다고 가정해야만 한다.
분사 분말 형태의 순수 기재 합금은 경질 재료의 부재로 인해 내마모성이 없다.
본 발명에 따른 예 8 및 예 9는 예 1 내지 예 3에 기술한 바와 같이 시판 중인 분사 재료의 내부식성과 조합된 순수 NiCr 80/20의 내산성을 달성하는 데 있어서 성공적이다.

Claims (26)

  1. 서멧 분말(cermet powder)로서,
    a) 50 내지 90 중량%의 1종 이상의 경질 재료, 및
    b) 10 내지 50 중량%의 기재 금속 성분
    을 포함하고, 중량에 의한 데이터는 서멧 분말의 총 중량을 기초로 하는 것인 서멧 분말에 있어서,
    기재 금속 성분은
    i) 40 내지 75 중량%의 철 및 니켈과,
    ii) 18 내지 35 중량%의 크롬과,
    iii) 3 내지 20 중량%의 몰리브덴, 그리고
    iv) 0.5 내지 4 중량%의 구리
    를 포함하고, 금속 i) 내지 iv)에 대한 중량에 의한 데이터는 각각 기재 금속 성분의 총 중량을 기초로 하고, 철 대 니켈의 중량비는 3 : 1 내지 1 : 3의 범위인 것을 특징으로 하는 서멧 분말.
  2. 제1항에 있어서, 기재 금속 성분은 기재 금속 성분의 총 중량을 기초로 하여, 바람직하게는 최대 10 중량%의 양의 v) 코발트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서멧 분말.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기재 금속 성분은 바람직하게는 Al, Nb, Ti, Ta, V, Si, W 및 이들의 임의의 소망하는 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 vi) 개질제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서멧 분말.
  4. 제3항에 있어서, 개질제는 기재 금속 성분의 총 중량을 기초로 하여 최대 5 중량%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 서멧 분말.
  5. 제1항 내지 제4항 중 하나 이상의 항에 있어서, 기재 금속 성분은 주로,
    i) 40 내지 75 중량%의 철 및 니켈과,
    ii) 18 내지 35 중량%의 크롬과,
    iii) 3 내지 20 중량%의 몰리브덴과,
    iv) 0.5 내지 4 중량%의 구리와,
    v) 선택적으로 최대 10중량%의 코발트, 그리고
    vi) 선택적으로 최대 5 중량%의 1종 이상의 개질제
    로 이루어지고, 금속 i) 내지 vi)에 대한 중량에 의한 데이터는 각각 기재 금속 성분의 총 중량을 기초로 하고, 철 대 니켈의 중량비는 3 : 1 내지 1 : 3 범위인 것을 특징으로 하는 서멧 분말.
  6. 제1항 내지 제5항 중 하나 이상의 항에 있어서, 기재 금속 성분은 15 내지 50 중량%, 바람직하게는 20 내지 45 중량%의 철을 포함하는 것을 특징으로 하는 서멧 분말.
  7. 제1항 내지 제6항 중 하나 이상의 항에 있어서, 기재 금속 성분은 15 내지 50 중량%, 바람직하게는 20 내지 45 중량%의 니켈을 포함하는 것을 특징으로 하는 서멧 분말.
  8. 제1항 내지 제7항 중 하나 이상의 항에 있어서, 기재 금속 성분은 20 내지 33 중량%, 바람직하게는 22 내지 31 중량%의 크롬을 포함하는 것을 특징으로 하는 서멧 분말.
  9. 제1항 내지 제8항 중 하나 이상의 항에 있어서, 기재 금속 성분은 4 내지 15 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%의 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 서멧 분말.
  10. 제1항 내지 제9항 중 하나 이상의 항에 있어서, 기재 금속 성분은 0.7 내지 3 중량%, 바람직하게는 0.9 내지 2.0 중량%의 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 서멧 분말.
  11. 제1항 내지 제10항 중 하나 이상의 항에 있어서, 기재 금속 성분에서의 철 대 니켈의 중량비는 1 : 2 내지 2 : 1, 바람직하게는 1 : 1.5 내지 1.5 : 1인 것을 특징으로 하는 서멧 분말.
  12. 제1항 내지 제11항 중 하나 이상의 항에 있어서, 경질 재료는 바람직하게는 WC, Cr3C2, VC, TiC, B4C, TiCN, SiC, TaC, NbC, Mo2C 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 금속 카바이드인 것을 특징으로 하는 서멧 분말.
  13. 제12항에 있어서, 경질 재료는 WC 및/또는 Cr3C2인 것을 특징으로 하는 서멧 분말.
  14. 제1항 내지 제13항 중 하나 이상의 항에 있어서, ASTM C1070에 따라 측정된 서멧 분말의 평균 입자 크기는 10 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 서멧 분말.
  15. 서멧 분말의 제조 방법으로서,
    a) 미분 기재 금속 성분과 함께 1종 이상의 경질 재료 분말을 혼합 또는 밀링하는 단계로서, 미분 기재 금속 성분은
    i) 40 내지 75 중량%의 철 및 니켈과,
    ii) 18 내지 35 중량%의 크롬과,
    iii) 3 내지 20 중량%의 몰리브덴, 그리고
    iv) 0.5 내지 4 중량%의 구리
    를 포함하고, 금속 i) 내지 iv)에 대한 중량에 의한 데이터는 각각 기재 금속 성분의 총 중량을 기초로 하고, 철 대 니켈의 중량비는 3 :1 내지 1 : 3 범위인 것인 혼합 또는 밀링 단계,
    b) 분말 혼합물을 소결하는 단계, 및
    c) 단계 b)에서 소결된 혼합물을 선택적으로 분쇄하는 단계
    를 포함하는 것인 서멧 분말의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 소결은 감소된 압력 하에서 및/또는 바람직하게는 수소, 아르곤, 질소 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 불활성 가스의 존재 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 서멧 분말의 제조 방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 단계 a)에서의 혼합은 액체에의 분산을 통해 일어나는 것을 특징으로 하는 서멧 분말의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 과립화 단계가 액체의 제거를 통해, 액체에의 분산에 의한 혼합에 후속하고, 과립화 단계는 바람직하게는 분사 건조를 통해 일어나는 것을 특징으로 하는 서멧 분말의 제조 방법.
  19. 제15항 내지 제18항 중 하나 이상의 항에 있어서, 기재 금속 성분으로서 합금 분말이 사용되는 것을 특징으로 하는 서멧 분말의 제조 방법.
  20. 표면 코팅을 위한 제1항 내지 제14항 중 하나 이상의 항에 따른 서멧 분말의 용도.
  21. 제20항에 있어서, 표면 코팅은 용사 공정을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 용도.
  22. 용사 분말로서의 제1항 내지 제14항 중 하나 이상의 항에 따른 서멧 분말의 용도.
  23. 제1항 내지 제14항 중 하나 이상의 항에 따른 분말의 용사에 의한 코팅의 도포를 포함하는 코팅 부품의 제조 방법.
  24. 제23항에 따른 코팅 부품의 제조 방법에 따라 얻을 수 있는 코팅 부품.
  25. 제24항에 있어서, 부식성 환경 조건 하에서, 특히 7 미만의 pH 값 그리고 선택적으로 염화염(chloride salts)의 존재 시에 마모로부터의 보호를 위한 것인 코팅 부품.
  26. 제24항에 있어서, 코팅 부품은, 산을 포함하고/포함하거나 염화물 이온을 포함하는 매체와 접촉하는 장치의 일부인 것을 특징으로 하는 코팅 부품.
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