KR20140067547A - 세라믹층이 형성된 체결부재 및 그 세라믹층 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 볼트(1) 너트(4) 등의 체결부재의 전체 표면에 소정 두께의 세라믹층을 형성함으로써 내열성, 내마모성(내구성), 내산화성, 내식성 등이 우수하고 수명이 연장되며 체결력이 우수한 세라믹층(7)(8)을 형성함으로써, 산화, 마모 및 열변형 등이 방지되고 체결력이 향상되며, 고온부에 사용하더라도 체결부가 달라붙는 현상이 방지되며, 사용 수명이 연장되도록 한 것으로, 액상의 세라믹 바인더와 그라파이터(Graphite)파우더를 2~7 : 8~3의 부피비로 혼합한 다음 상온에서 8~16시간 교반하여 액상의 세라믹 코팅액을 조성하는 단계, 상기 액상의 세라믹 코팅액을 코팅할 수 있도록 체결부재의 전체 표면을 세정 탈지하고, 미세 요철을 형성하는 표면 처리 단계, 상기 표면 처리된 체결부재의 전체 표면에 상기에서 조성된 세라믹 코팅액을 코팅하는 단계, 상기 세라믹 코팅액이 코팅된 체결부재를 150~200℃ 분위기 온도의 건조실에 10~40분간 충분히 건조시켜 세라믹층(7)(8)을 형성하는 단계로 된다.
Description
본 발명은 볼트 너트 등의 체결부재 표면에 세라믹층을 형성하는 방법 및 그 세라믹층이 형성된 체결부재에 관한 것으로, 상세하게는 체결부재의 전체 표면에 내열성, 내마모성(내구성), 내산화성 등이 우수한 세라믹층을 소정 두께로 형성함으로써 산화 및 열변형이 방지되고 체결력이 향상되며, 각종 기기의 고온부에 사용하더라도 체결부가 달라붙는 현상이 방지되며, 사용 수명이 연장되도록 한 것이다.
일반적으로, 금속재, 건축재 등의 구조물을 연결하거나 결합시키는 볼트 너트 등의 체결부재는 대부분 금속으로 제조되어 내열성, 내마모성(내구성), 내산화성, 내식성 등이 떨어지고 나사산의 강도가 떨어져 수명이 짧을 뿐 아니라, 나사산이 쉽게 마모되면서 헛돌게 되거나 분리(풀림)이 어렵거나 불가능한 등의 문제점이 있었다.
또한, 강성재질의 금속으로 체결부재를 제조하더라도 시간이 지남에 따라 외부의 진동이나 충격 등에 의하여 서서히 풀리면서 결합력이 떨어지면서 안전성을 해치는 요인이 되며, 또한 너트의 풀림 현상을 방지하기 위하여 여러 종류의 체결수단이 부가되고 있으나, 내열성, 내마모성(내구성), 내산화성, 내식성 등이 떨어지는 상태에서는 근원적으로 해결되지 않는 문제점이 있다.
또한 고온 고압의 혹독한 외적 환경이나 화학반응 등에 의해 장기간 견딜 수 없기 때문에 진동, 충격, 고열 등을 받는 구조물이나 동력장치 등의 체결요소로서 활용될 수 없거나, 사용하더라도 수명이 짧은 등의 한계성이 있다.
또한 볼트와 너트를 억지로 체결하면 심한 경우 나사산이 스트레스를 받아 변형되고 내구성이 떨어지거나 망가지면서 체결 상태가 부실해지거나 분리(풀림)시킬 수 없는 문제점이 있다.
또한 일반 금속 볼트 금속 너트의 내열성은 약 650℃ 정도이므로 고열이 발생되는 내연기관(자동차 엔진 등)이나, 머플러, 소음기, 기타 고열을 취급하는 산업기기 등에 사용되는 경우, 열스트레스에 의해 볼트 및/또는 너트의 체결부 또는 일부분이 용융 또는 융해되면서 서로 달라붙어 고착화되므로 수리, 교체, 분해 등이 필요한 경우 볼트 및/또는 너트를 분리(풀림)할 수 없는 문제점이 있으며, 이에 따라 그라인더 등을 이용하여 볼트 및/또는 너트를 파손시켜 분리 및 제거하는 방법을 동원하게 되므로 과도한 시간과 비용이 소요되는 등의 여러 문제점이 있었다.
본 발명은 볼트 너트 등의 체결부재의 전체 표면에 소정 두께의 세라믹층을 형성함으로써 내열성, 내마모성(내구성), 내산화성, 내식성 등이 우수하고 수명이 연장되며 체결력이 우수하고, 기기의 고온부에 사용하더라도 체결부가 달라붙는 현상이 방지되는 세라믹층이 형성된 체결부재 및 그 세라믹층 형성방법을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 체결부재의 전체 표면에 세라믹층이 형성된 체결부재를 제공함에 특징이 있다.
본 발명은 액상의 세라믹 바인더와 그라파이터(Graphite) 파우더를 2~7 : 8~3의 부피비로 혼합한 다음 상온에서 8~16시간 교반하여 액상의 세라믹 코팅액을 조성하는 단계; 상기 액상의 세라믹 코팅액을 코팅할 수 있도록 체결부재의 전체 표면을 세정, 탈지하고, 미세 요철을 형성하는 표면 처리 단계, 상기 표면 처리된 체결부재 전체 표면에 상기에서 조성된 세라믹 코팅액을 코팅하는 단계, 상기 세라믹 코팅액이 코팅된 체결부재를 150~200℃ 분위기 온도의 건조실에서 10~40분간 충분히 건조시켜 소정 두께의 세라믹층을 형성하는 건조 단계로 된다.
상기 그라파이터는 1~8㎛의 분말임을 특징으로 한다.
본 발명은 전체 표면에 소정 두께의 세라믹층이 형성된 체결부재를 제공함에 특징이 있다.
본 발명은 체결부재의 전체 표면에 내산화성, 내마모성, 내열성, 내식성 등이 우수한 세라믹층이 소정 두께로 형성(코팅)되어 있어서 종래 문제점들, 이를테면 나사산의 손상이나 산화, 마모, 변형 및 수명 단축이 방지되며, 견고한 체결이 달성되고, 체결작업성이 우수하며, 체결능률이 향상되는 효과가 있다.
본 발명은 종래 금속 볼트 너트의 내열성(약 650℃) 보다 높은 850 ~ 1,600℃의 고(高) 내열성 세라믹층(7)(8)이 볼트(1) 너트(4)의 전체 표면에 형성되어 있어서 내연기관, 머플러, 소음기, 기타 고열을 취급하는 산업기기 등에 사용하더라도 체결부분의 용융이나 융해 또는 고착화 현상이 방지되므로 볼트 및/또는 너트를 쉽게 분리(풀림)할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 우수한 내열성, 내식성의 세라믹층이 표면에 형성(코팅)되어 있어서 열스트레스를 많이 받는 구조물이나 장소 및 화학물질에 접하거나 노출되는 환경에서도 효과적으로 사용할 수 있는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.
도 1 : 일반 체결부재(볼트, 너트)의 정면도.
도 2 : 본 발명에서 전체 표면에 세라믹층이 형성된 체결부재의 정면예시도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 사용 상태 단면도.
도 2 : 본 발명에서 전체 표면에 세라믹층이 형성된 체결부재의 정면예시도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 사용 상태 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략한다.
도 1은 일반 체결부재인 볼트(1)와 너트(4)를 일 예로 도시한 것으로, 상기 볼트(1)는 외주면에 소정 피치의 나사부(2)가 형성되고 일측에 다각형 머리부(3)가 형성되며, 너트(4)는 다각형 몸체(5)의 내주면에 소정 피치의 나사부(6)가 형성되어 상기 볼트(1)의 나사부(6)에 체결되는 구성이다.
상기 볼트(1) 너트(4)는 금속이나 합금으로 제조되어 내산화성, 내마모성(내구성), 내열성, 내식성 등이 떨어져 체결부위가 달라붙거나 수명이 짧은 등의 문제점이 있다.
따라서 본 발명에서는 상기 볼트(1)와 너트(4)의 전체 표면에 내열성(850 ~ 1,600℃)이 우수한 세라믹을 소정 두께로 코팅시켜 세라믹층(7)(8)을 각각 형성함으로써 종래 문제점들이 일소되며, 고온부에 사용하더라도 체결부가 달라붙는 현상이 방지되며, 사용 수명은 종래 볼트(1) 너트(4)에 비하여 3배 이상 연장된다.
상기 볼트(1)와 너트(4)의 전체 표면에 세라믹층(7)(8)을 코팅하는 일련의 과정을 예시하면 다음과 같다.
실시 예
1. 세라믹 코팅액 조성 단계
액상의 세라믹 바인더와 그라파이터(Graphite)파우더를 2~7 : 8~3의 부피비로 혼합한 다음 상온에서 8~16시간 충분히 교반하여 점도가 낮은 액상의 세라믹 코팅액(세라믹 바인더)을 조성한다.
상기 세라믹 코팅액은 일반 볼트 너트의 내열성(약 650℃)보다 우수한 850 ~ 1,600℃의 내열성과 접착력을 보이는 점도(예컨대 30~40로 시중에 판매되고 있는 우유 정도의 점성)가 낮은 액상이며, 주원료인 이산화규소(SiO2)는 코팅시 볼트(1)와 너트(4)의 전체 표면에 잘 흡착되어 소정 두께의 세라믹층(7)(8)을 각각 형성하면서 기계적 강도, 내열성, 내마모성, 내식성, 내산화성 등의 성능을 향상시키는 역할을 한다. 상기 세라믹 코팅액은 도막이 균일하게 코팅된다.
상기 세라믹 바인더는 0.1~0.15㎛ 크기의 미세 분말로 된 클로이드 상태의 액상일 수 있다.
상기 그라파이터(Graphite)는 내열성을 증가시키고 산화를 방지하며, 분자량이 12.011이고, 삼방정계이며, 경도는 1~2, 성상은 분말로 1~8㎛의 크기이다.
상기 조성물을 혼합할 때 알루미나(Al2O3)를 적당량 혼합시켜 코팅하면 세라믹(SiO2) 과의 반응에 의해 내식성과 내열성이 더욱 향상되며, 이산화티탄(TiO2)을 적당량 혼합하면 강도와 증착 효과가 더욱 향상된다.
2. 표면 처리 단계
코팅 대상물인 볼트(1)와 너트(4)의 전체 표면(내/외부 전체 표면)을 세정, 탈지(脫脂)하고, 그 표면에 미세 요철을 형성하기 위하여 샌드브라스트 또는 화학적인 처리방법, 예컨대 산(酸)처리를 수행하여 부착력이 향상되도록 표면 처리한다. 상기에서 표면이 깨끗한 경우 세정 및/또는 탈지과정이 생략될 수도 있다.
3. 세라믹 코팅 단계
표면 처리된 볼트(1)와 너트(4)의 전체 표면에 디핑(deeping), 스프레이, 정전도막, 페인팅 등의 방법으로 세라믹 코팅액(세라믹 바인더)을 5~25㎛ 두께로 코팅 도포한다.
4. 세라믹 건조 단계
소정 두께의 세라믹 코팅액(세라믹 바인더)이 코팅된 볼트(1)와 너트(4)를 150~200℃ 분위기 온도의 건조실에 약 10~40분간 충분히 건조시켜 고착화된 내산화성, 내마모성(내구성), 내열성, 내식성 등이 우수한 5~25㎛ 두께의 세라믹층(7)(8)을 형성한다.
상기 건조공정에 의해 도포된 세라믹 코팅액이 볼트(1)와 너트(4)의 전체 표면에 균일하게 분포되며, 또한 견고하게 접합된다.
또한 체결부재의 전체 표면에 샌드브라스트 또는 화학적인 처리방법, 예컨대 산(酸)처리를 수행하여 그 표면에 미세 요철을 형성함으로써 세라믹 코팅액의 견고한(완고한) 부착력(접합력)이 유지되어 세라믹층(7)(8)의 탈락이 방지된다.
5. 사용 단계
세라믹층(7)(8)이 형성된 볼트(1)와 너트(4)를 도 3과 같이 구조물(9)(10) 등의 통공(11)(12)에 결합시킨 다음 체결시켜 사용하게 되며, 체결할 때 볼트(1)와 너트(4)의 나사부(2)(6)에 우수한 내열성의 세라믹층(7)(8)이 각각 형성(코팅)되어 있으므로 나사부(2)(6)의 열변형이나 산화, 마모, 융착 및 고착화 등이 방지된다.
본 발명에서 세라믹층(7)(8)을 형성하는 세라믹은 내식성(내화학성), 내산화성, 내열성, 내마모성 등이 우수하며, 그라파이터(Graphite)는 내열성을 증가시키고 산화를 방지한다.
상기 세라믹층(7)(8)은 표면이 매끄럽게 경면 처리되어 미세기공이 형성되지 않을 뿐 아니라 850 ~ 1,600℃의 내열성이 유지되므로 열팽창이 거의 없으며, 따라서 세라믹층(7)(8)의 균열이나 박리가 발생하지 않는다.
즉, 종래 금속 볼트 너트의 경우 내열성이 약 650℃ 정도이므로 고열이 발생되는 내연기관(자동차 엔진 등)이나, 머플러, 소음기, 기타 고열을 취급하는 산업기기 등에 사용하는 경우, 열스트레스에 의해 볼트 및/또는 너트의 체결부 또는 일부분이 용융 또는 융해되면서 서로 달라붙어 고착화(융착) 되므로 수리, 교체, 분해 등이 필요한 경우 볼트 및/또는 너트를 분리(풀림)할 수 없는 문제점이 있으나, 본 발명에서는 체결부재의 전체 표면에 850 ~ 1,600℃의 고(高) 내열성 세라믹층(7)(8)이 형성되어 있어서 상기 내연기관, 머플러, 소음기, 기타 고열을 취급하는 산업기기 등에 사용하더라도 체결 상태가 그대로 유지되므로 용융 또는 융해 등에 의한 융착이나 고착화 현상이 방지되며, 따라서 이들 기기나 부품의 수리, 교체, 분해 등이 필요한 경우 볼트(1) 및/또는 너트(4)를 쉽게 분리(풀림)할 수 있게 된다.
본 발명은 표면 처리 → 코팅 → 건조 공정을 통하여 저온에서 쉽고 간편하게 코팅 처리되므로 코팅 경제성 및 효율성이 크게 향상되고 비용이 절감된다.
본 발명은 전체 표면에 내산화성, 내마모성(내구성), 내열성, 내식성 등이 우수한 세라믹층(7)(8)이 형성(코팅)되어 있어서 특히 열스트레스나 외부 응력이나 체결력 등에 의한 나사부(2)(6)의 변형이나 산화, 마모, 융착, 고착 등이 방지되므로 분리 또한 쉬운 장점이 있다.
이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
(1)--볼트 (2)(6)--나사부
(3)--볼트 머리부 (4)--너트
(5)--너트 몸체 (7)(8)--세라믹층
(9)(10)--구조물 (11)(12)--통공
(3)--볼트 머리부 (4)--너트
(5)--너트 몸체 (7)(8)--세라믹층
(9)(10)--구조물 (11)(12)--통공
Claims (3)
- 액상의 세라믹 바인더와 그라파이터 파우더를 2~7 : 8~3의 부피비로 혼합한 다음 상온에서 8~16시간 교반하여 액상의 세라믹 코팅액을 조성하는 단계;
상기 액상의 세라믹 코팅액을 코팅할 수 있도록 체결부재의 전체 표면을 세정, 탈지하고, 미세 요철을 형성하는 표면 처리 단계;
상기 표면 처리된 체결부재의 전체 표면에 상기 조성된 세라믹 코팅액을 소정 두께로 코팅하는 단계;
상기 세라믹 코팅액이 코팅된 체결부재를 150~200℃ 분위기 온도의 건조실에 10~40분간 건조시켜 세라믹층을 형성하는 건조 단계;
로 된 체결부재의 세라믹층 형성방법. - 청구항 1에 있어서;
그라파이터는 1~8㎛의 분말임을 특징으로 하는 체결부재의 세라믹층 형성방법. - 청구항 1 또는 청구항 2의 방법으로 체결부재의 전체 표면에 소정 두께의 세라믹층이 형성된 체결부재.
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120134927A KR20140067547A (ko) | 2012-11-27 | 2012-11-27 | 세라믹층이 형성된 체결부재 및 그 세라믹층 형성방법 |
Publications (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016126766A1 (en) * | 2015-02-03 | 2016-08-11 | Nylok Llc | Articles having thermoset coatings and coating methods |
-
2012
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| US9738792B2 (en) | 2015-02-03 | 2017-08-22 | Nylok Llc | Articles having thermoset coatings and coating methods |
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| US11702553B2 (en) | 2015-02-03 | 2023-07-18 | Nylok Llc | Articles having thermoset coatings and coating methods |
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