KR20150015533A

KR20150015533A - 파이프 매설 구조체 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20150015533A
Application number: KR20147036856A
Authority: KR
Inventors: 쇼고 모리; 유이치로 야마우치; 마사루 아카바야시
Original assignee: 닛폰 하츠죠 가부시키가이샤
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2013-07-01
Publication date: 2015-02-10
Also published as: EP2871262A4; JP2014012865A; JP5386615B1; CN104395501A; EP2871262A1; US20150198387A1; WO2014007226A1

Abstract

유로를 이루는 파이프와 금속 부재 사이의 밀착성을 향상시킨 파이프 매설 구조체 및 그 제조 방법을 제공한다. 파이프 매설 구조체 (1) 는, 횡단면에 있어서의 외주가 원형을 이루는 금속 또는 합금제의 파이프 (10) 와 파이프 (10) 를 끼워 맞추는 오목부 (11a) 로서, 상기 외주의 일부를 맞닿게 하는 내벽을 갖고, 상면 (11b) 으로부터 파이프 (10) 가 돌출되는 돌출량 (h) 과 상기 외주의 곡률 (R) 의 비율 h/R 이 0.3 이상 0.7 이하가 되는 오목부 (11a) 가 형성된 금속 또는 합금제의 기재 (11) 와, 오목부 (11a) 에 파이프 (10) 를 끼워 맞춘 상태에서, 금속 또는 합금으로 이루어지는 분말을 가스와 함께 가속하고, 파이프 (10) 및 기재 (11) 의 표면에 고상 상태인 채로 분사하여 분말을 퇴적시킴으로써 형성된 퇴적층 (12) 을 구비한다.

Description

파이프 매설 구조체 및 그 제조 방법{STRUCTURE WITH EMBEDDED PIPE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

본 발명은 냉각 가스나 냉각수 등의 온도 조절 매체를 유통시키는 파이프를 금속 부재에 매설시킨 파이프 매설 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

금속 부재의 내부에 유체를 유통시키는 파이프를 매설시킨 구조체 (이하, 파이프 매설 구조체라고 한다) 는, 반도체나 액정 표시 장치나 광 디스크와 같은 제품의 제조 프로세스 등에 있어서 여러 가지 용도에 사용되고 있다. 예를 들어, 파이프에 열매체 (냉매) 를 유통시킨 파이프 매설 구조체는, 기판의 온도를 조절 (냉각 또는 가열) 하는 온도 조절 장치 (콜드 플레이트 등) 로서 사용된다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 또, 유로에 소정의 성분을 함유하는 가스를 유통시킨 파이프 매설 구조체는, 기판에 가스를 공급하는 샤워 플레이트로서 사용되는 경우도 있다.

이와 같은 파이프 매설 구조체는, 종래, 유체를 유통시키는 파이프와, 굴삭 가공 등에 의해 파이프에 대응하는 형상의 오목부를 형성한 금속 부재를 따로 따로 제조하여, 파이프를 금속 부재의 오목부에 끼워 넣음으로써 제조되고 있었다.

또, 최근에는, 금속의 분말을 고상 상태인 채로 기재에 분사하여, 기재에 금속을 퇴적시킴으로써 구조물을 형성하는 소위 콜드 스프레이법에 의해, 파이프를 금속 부재에 매설시키는 기술도 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 참조).

일본 공개특허공보 2009-13497호 일본 공개특허공보 2011-238705호

파이프 매설 구조체에 있어서는, 파이프와 금속 부재 사이에 간극이 존재하면, 열 저항이 커져, 파이프 내를 유통하는 유체와 금속 부재 사이의 열 전도성이나 균열성이 저하된다. 또, 양자의 간극에 이물질이 혼입되거나 간극에 의해 오목부 안에서 파이프가 덜걱거릴 우려도 있다. 그러나, 금속 부재에 형성한 오목부에 단지 파이프를 끼워 넣을 뿐인 방법에서는, 오목부의 내벽과 파이프의 외벽 사이에 간극이 생기지 않도록 양자를 밀착시켜 접합하는 것은 곤란하였다.

이 점에 대해, 콜드 스프레이법에 의하면, 파이프의 주위에 치밀한 금속 피막을 퇴적시킬 수 있으므로, 열 전도성이 우수한 구조체를 제조할 수 있다. 그러나, 이 경우에도, 파이프의 형상이나, 파이프 및 기재에 대해 금속의 분말을 분사하는 각도 등의 조건에 따라서는, 파이프의 주위에 국소적인 간극이 생기거나 하여, 파이프에 대한 금속 피막의 밀착성이 저하되는 것도 생각할 수 있다.

본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 유로를 이루는 파이프와 금속 부재 사이의 밀착성을 향상시킨 파이프 매설 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 서술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 파이프 매설 구조체는, 횡단면에 있어서의 외주가 원형을 이루는 금속 또는 합금제의 파이프와, 상기 외주의 일부를 맞닿게 하는 내벽을 갖고, 상기 파이프를 끼워 맞추는 오목부가 형성된 금속 또는 합금제의 기재와, 상기 오목부에 상기 파이프를 끼워 맞춘 상태에서, 금속 또는 합금으로 이루어지는 분말을 가스와 함께 가속하고, 상기 파이프 및 상기 기재의 표면에 고상 상태인 채로 분사하여 상기 분말을 퇴적시킴으로써 형성된 퇴적층을 구비하고, 상기 기재의 표면으로부터 상기 파이프가 돌출되는 돌출량 (h) 과 상기 외주의 곡률 (R) 의 비율 h/R 이 0.3 이상 0.7 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 파이프 매설 구조체는, 상기 파이프의 횡단면에 있어서, 상기 오목부와 상기 파이프의 클리어런스가 0 ㎜ 이상 0.05 ㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 파이프 매설 구조체에 있어서, 상기 파이프는, SUS 강, 구리 합금, 니켈 합금, 탄탈, 니오브, 티탄, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 파이프 매설 구조체에 있어서, 상기 기재는, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 파이프 매설 구조체에 있어서, 상기 분말은, 구리 또는 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 파이프 매설 구조체의 제조 방법은, 금속 또는 합금제의 기재에 대해, 횡단면에 있어서의 외주가 원형을 이루는 금속 또는 합금제 파이프의 상기 외주의 일부를 맞닿게 하는 내벽을 갖는 오목부를 형성하는 기재 형성 공정과, 상기 오목부에 상기 파이프를 끼워 맞추어, 금속 또는 합금으로 이루어지는 분말을 가스와 함께 가속하고, 상기 파이프 및 상기 기재의 표면에 고상 상태인 채로 분사하여 상기 분말을 퇴적시킴으로써 퇴적층을 형성하는 퇴적층 형성 공정을 포함하고, 상기 기재 형성 공정은, 상기 기재의 표면으로부터 상기 파이프가 돌출되는 돌출량 (h) 과 상기 외주의 곡률 (R) 의 비율 h/R 을 0.3 이상 0.7 이하로 하는 것을 특징으로 한다.

상기 파이프 매설 구조체의 제조 방법에 있어서, 상기 기재 형성 공정은, 상기 파이프의 횡단면에 있어서, 상기 오목부와 상기 파이프의 클리어런스를 0 ㎜ 이상 0.05 ㎜ 이하로 하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 유로를 이루는 파이프의 기재로부터의 돌출량 (h) 과 파이프 외주의 곡률 (R) 의 비율 h/R 이 0.3 이상 0.7 이하가 되는 오목부를 기재에 형성하고, 그 오목부에 파이프를 끼워 맞추어 소위 콜드 스프레이법에 의해 파이프 및 기재의 표면에 퇴적층을 형성하므로, 기재로부터 돌출되는 파이프의 주위에 치밀한 퇴적층을 형성할 수 있어, 파이프와 금속 부재 사이의 밀착성을 향상시키는 것이 가능해진다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 파이프 매설 구조체의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 파이프 매설 구조체의 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 3A 는, 도 2 에 나타내는 공정 S1 을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3B 는, 도 2 에 나타내는 공정 S2 를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3C 는, 도 2 에 나타내는 공정 S3 을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4 는, 콜드 스프레이 장치의 개요를 나타내는 모식도이다.
도 5 는, 실시예 1 에 있어서의 퇴적층을 나타내는 SEM 화상이다.
도 6 은, 실시예 2 에 있어서의 퇴적층을 나타내는 SEM 화상이다.
도 7A 는, 비교예 1 에 있어서의 퇴적층을 나타내는 SEM 화상이다.
도 7B 는, 비교예 1 에 있어서의 파이프와 기재의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 8A 는, 비교예 2 에 있어서의 퇴적층을 나타내는 SEM 화상이다.
도 8B 는, 비교예 2 에 있어서의 파이프와 기재의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 9 는, 실시예 3 에 있어서의 퇴적층을 나타내는 광학 사진이다.
도 10 은, 실시예 4 에 있어서의 퇴적층을 나타내는 광학 사진이다.
도 11 은, 비교예 3 에 있어서의 퇴적층을 나타내는 광학 사진이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 이하의 설명에 있어서 참조하는 각 도면은, 본 발명의 내용을 이해할 수 있을 정도로 형상, 크기 및 위치 관계를 개략적으로 나타내고 있는 것에 불과하다. 즉, 본 발명은 각 도면에서 예시된 형상, 크기 및 위치 관계에만 한정되는 것은 아니다.

(실시형태)

도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 파이프 매설 구조체의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 파이프 매설 구조체 (1) 는, 횡단면에 있어서의 외주가 원형을 이루는 금속 또는 합금제의 파이프 (10) 와, 그 파이프 (10) 를 끼워 맞추는 오목부 (11a) 가 형성된 금속 또는 합금제의 기재 (11) 와, 파이프 (10) 및 기재 (11) 상에 형성된 금속 또는 합금의 퇴적층 (12) 을 구비한다. 이와 같은 파이프 매설 구조체 (1) 는, 파이프 (10) 내에 원하는 유체 (액체 또는 기체) 를 유통시켜, 온도 조절 장치 (예를 들어 콜드 플레이트) 나 유체 공급 장치 (예를 들어 샤워 플레이트) 등으로서 사용된다.

파이프 (10) 는 외경이 φ, 외주의 곡률이 R 인, 단면이 원관상을 이루는 파이프이다. 또한, 파이프 (10) 의 두께는 재료나 용도에 따라 적절히 결정된다.

파이프 (10) 의 길이 방향 (유체를 유통시키는 방향) 의 형상은 특별히 한정 되지 않고, 파이프 매설 구조체 (1) 의 상방에서 본 파이프 (10) 의 평면 형상은 직선상, 소용돌이상, 사행 (蛇行) 형상 등 여러 가지 형상으로 할 수 있다.

파이프 (10) 의 재료는, 파이프 (10) 내에 유통시키는 유체나 파이프 매설 구조체 (1) 의 용도에 따라 선택된다. 예를 들어, 부식성을 갖는 액체 또는 기체를 유통시키는 경우에는, SUS 강, 구리 합금, 니켈 합금, 탄탈, 니오브, 또는 티탄 등의 내식성을 갖는 금속 또는 합금이 사용된다. 또, 냉각수로서 시수 (市水) 나 해수를 유통시키는 경우에는, 상기 서술한 재료 중, SUS 강과 같이 양호한 열 전도성을 갖는 재료가 사용된다. 한편, PCW (process cooling water), 유기 용제, 불활성 가스 등을 유통시키는 경우에는, 내식성은 필수는 아니고, 열 전도성이 우수한 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용할 수도 있다.

기재 (11) 는, 예를 들어, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금과 같이, 양호한 열 전도성을 갖는 금속 또는 합금에 의해 형성된 벌크재이다. 오목부 (11a) 는, 기재 (11) 의 상면 (11b) 을 홈 형상으로 굴삭함으로써 형성되어 있다. 또한, 오목부 (11a) 의 상면 (11b) 에 있어서의 평면 형상은 파이프 (10) 의 평면 형상에 대응하고 있다.

오목부 (11a) 는, 파이프 (10) 외주의 일부를 맞닿게 하는 내벽을 가지고 있다. 이 오목부 (11a) 내벽의 횡단면 형상은, 파이프 (10) 의 외주를 따른 원호상을 이루고 있다. 오목부 (11a) 의 깊이 (d) 는, 파이프 (10) 가 상면 (11b) 으로부터 돌출되는 높이 (이하, 돌출량이라고 한다) (h) 와 파이프 (10) 외주의 곡률 (R) 의 비율 h/R 이 0.3 이상 0.7 이하가 되도록 규정되어 있다. 또, 오목부 (11a) 의 폭은, 오목부 (11a) 의 최심부를 기준으로 하면, 곡률 (R) 에 대응하는 높이에 있어서 최대값 w (w ≒ φ) 가 되어, 그곳으로부터 상부에 있어서는 최대값 w 를 유지한 채로 개구되어 있다. 또한 오목부 (11a) 와 파이프 (10) 의 클리어런스 w-φ 는 0 ㎜ 이상 0.05 ㎜ 이하의 범위에 제한되어 있다.

퇴적층 (12) 은, 소위 콜드 스프레이법에 의해 형성되어 있다. 여기서, 콜드 스프레이법이란, 금속 또는 합금으로 이루어지는 분말을 가스와 함께 가속하고, 기체 (본 실시형태에 있어서는 파이프 (10) 및 기재 (11)) 의 표면에 고상 상태인 채로 분사하여 분말을 퇴적시키는 피막 형성법이다. 콜드 스프레이법에 의해 형성된 퇴적층 (12) 은, 상변태가 없고 산화도 억제되어 있기 때문에, 높은 열 전도성을 갖는다. 또, 기체나 기체 상에 먼저 퇴적된 피막에 충돌했을 때에, 분말과 기체 사이에서 소성 (塑性) 변형이 발생하여 앵커 효과가 얻어짐과 함께, 서로의 산화 피막이 파괴되어 신생 면끼리에 의한 금속 결합이 발생하므로, 기체와의 밀착 강도가 강해져, 열 저항이 억제된 피막을 형성할 수 있다.

이와 같은 퇴적층 (12) 은, 예를 들어 구리나 알루미늄과 같이, 양호한 열 전도성을 갖는 금속 또는 합금에 의해 형성되어 있다.

다음으로, 파이프 매설 구조체 (1) 의 제조 방법을 설명한다. 도 2 는, 파이프 매설 구조체 (1) 의 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다. 또, 도 3A ∼ 도 3C 는, 파이프 매설 구조체 (1) 의 제조 방법을 설명하는 모식도이다.

먼저, 공정 S1 에 있어서, 도 3A 에 나타내는 바와 같이, 금속 또는 합금의 벌크재 (13) 의 표면에 굴삭 가공에 의해 홈 형상의 오목부 (11a) 를 형성하여, 기재 (11) 를 제조한다.

계속되는 공정 S2 에 있어서, 도 3B 에 나타내는 바와 같이, 오목부 (11a) 에 파이프 (10) 를 끼워 맞춘다.

또한 공정 S3 에 있어서, 도 3C 에 나타내는 바와 같이, 콜드 스프레이법에 의해 파이프 (10) 및 기재 (11) 의 표면에 퇴적층 (12) 을 형성한다.

도 4 는, 공정 S3 에 있어서 사용되는 콜드 스프레이 장치의 개요를 나타내는 모식도이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 콜드 스프레이 장치 (20) 는, 압축 가스를 가열하는 가스 가열기 (21) 와, 퇴적층 (12) 재료의 분말 (이하, 간단히 분말이라고도 한다) (28) 을 수용하고, 스프레이 건 (23) 에 공급하는 분말 공급 장치 (22) 와, 가열된 압축 가스 및 그것에 공급된 분말 (28) 을 기체 (27) 에 분사하는 가스 노즐 (24) 과, 가스 가열기 (21) 및 분말 공급 장치 (22) 에 대한 압축 가스의 공급량을 각각 조절하는 밸브 (25 및 26) 를 구비한다.

압축 가스로는 헬륨, 질소, 공기 등이 사용된다. 가스 가열기 (21) 에 공급된 압축 가스는, 예를 들어 50 ℃ 이상으로서, 분말 (28) 의 융점보다 낮은 범위의 온도로 가열된 후, 스프레이 건 (23) 에 공급된다. 압축 가스의 가열 온도는, 바람직하게는 300 ∼ 900 ℃ 이다. 한편, 분말 공급 장치 (22) 에 공급된 압축 가스는, 분말 공급 장치 (22) 내의 분말 (28) 을 스프레이 건 (23) 에 소정의 토출량이 되도록 공급한다.

가열된 압축 가스는 끝으로 갈수록 넓어지는 형상을 이루는 가스 노즐 (24) 에 의해 초음속류 (약 340 m/s 이상) 가 된다. 이 때의 압축 가스의 가스 압력은 1 ∼ 5 ㎫ 정도로 하는 것이 바람직하다. 압축 가스의 압력을 이 정도로 조정함으로써, 기체 (27) 에 대한 분말 (피막) 의 밀착 강도의 향상을 도모할 수 있기 때문이다. 보다 바람직하게는, 2 ∼ 4 ㎫ 정도의 압력으로 처리하면 된다. 스프레이 건 (23) 에 공급된 분말 (28) 은, 이 압축 가스의 초음속류 중으로의 투입에 의해 가속되어, 고상 상태인 채로 기체 (27) 에 고속으로 충돌하여 퇴적된다. 또한, 기체 (27) 를 향하여 고상 상태인 채로 충돌시켜 피막을 형성할 수 있는 장치이면, 도 4 에 나타내는 콜드 스프레이 장치 (20) 에 한정되는 것은 아니다.

이와 같은 콜드 스프레이 장치 (20) 에 있어서, 기체 (27) 로서 오목부 (11a) 에 파이프 (10) 를 끼워 맞춘 기재 (11) 를 배치하고, 파이프 (10) 및 기재 (11) 의 표면에 피막을 형성한다. 이 때, 오목부 (11a) 의 상단 근방의 파이프 (10) 와의 사이의 영역 (14) 에도 분말 (28) 이 비집고 들어가 피막이 형성된다.

이와 같이 하여 퇴적층 (12) 을 원하는 두께까지 형성함으로써, 도 1 에 나타내는 파이프 매설 구조체 (1) 가 완성된다. 또한, 도 3C 에 나타내는 바와 같이, 기재의 상면 (11b) 보다 파이프 (10) 의 일부가 부풀어올라 있으므로, 퇴적층 (12) 도 파이프 (10) 의 상부에서 부풀어오른 형상이 된다. 이 때문에, 퇴적층 (12) 을 두껍게 형성한 후에 불필요한 부분을 절삭 등에 의해 제거하여, 표면을 평탄하게 하면 된다.

다음으로, 파이프 (10) 의 횡단면과 기재 (11) 에 형성하는 오목부 (11a) 의 관계에 대해 설명한다.

콜드 스프레이법에 있어서는, 일반적으로, 가스 노즐 (24) 로부터 일 방향 을 향하여 분사된 분말 (28) 을 기체 (27) 에 충돌시킴으로써 피막을 형성한다. 이 때문에, 분말 (28) 의 분사 방향에 대해 그림자가 되는 부분에는 피막을 형성할 수 없다. 또, 분말 (28) 의 분사 방향에 대해 피막의 형성면이 평행에 가까워질수록 피막의 형성이 곤란해진다. 그래서, 본원 발명자들은, 콜드 스프레이법에 의해 퇴적층 (12) 을 형성할 때에, 파이프 (10) 의 측방, 즉, 기재 (11) 와의 경계 근방에도 치밀하고 균질한 퇴적층 (12) 을 형성하기 위한 조건을 구하기 위해 예의 실험을 거듭하였다.

그 결과, 본원 발명자들은, 횡단면에 있어서의 외주가 원형을 이루는 파이프 (10) 를 매설시킨 파이프 매설 구조체 (1) 를 제조하는 경우에, 이하의 조건 (1) 및 (2) 에 적합한 오목부 (11a) 를 기재 (11) 에 형성함으로써, 파이프 (10) 및 기재 (11) 에 밀착된 치밀하고 균질한 퇴적층 (12) 이 형성 가능해지는 것을 알아내었다.

(1) 기재 (11) 의 표면으로부터 파이프 (10) 가 돌출되는 돌출량 (h) 과 파이프 (10) 외주의 곡률 (R) 의 비율 h/R 을 0.3 이상 0.7 이하로 한다.

(2) 오목부 (11a) 와 파이프 (10) 의 클리어런스 Δ 를 0 ㎜ 이상 0.05 ㎜ 이하로 한다.

본 실시형태에 의하면, 상기 서술한 조건에서 규정되는 오목부를 기재에 형성하고, 그 오목부에 파이프를 끼워 맞추어 콜드 스프레이법에 의해 퇴적층을 형성 함으로써, 파이프 및 기재에 밀착된 치밀하고 균질한 퇴적층을 파이프의 주위에 형성하는 것이 가능해진다. 따라서, 이와 같이 밀착성을 향상시킨 파이프 매설 구조체를 온도 조절 장치나 샤워 플레이트로서 사용하는 경우에는, 양호한 열 전도성 및 균열성에 의해, 온도 조절 효율의 향상을 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 이 경우, 퇴적층 (12) 측을 열 전도면으로서 사용하면 된다.

실시예

이하, 도 5 ∼ 도 11 을 참조하면서 실시예 및 비교예를 설명한다.

먼저, 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2 를 설명한다. 도 5, 도 6, 도 7A, 도 8A 는, 비율 h/R 을 변화시켜 퇴적층 (12) 을 형성한 경우의 파이프 (10), 기재 (11), 및 퇴적층 (12) 을 파이프 (10) 의 횡단면과 직교하는 방향에서 촬상한 SEM 화상이다. 또한, 도 5, 도 6, 도 7A, 도 8A 에 있어서는, 기재 (11) 의 측면과 상면의 경계를 일점 쇄선으로 나타내고 있다. 또, 파이프 (10) 외경의 일부를 파선으로 보충하고 있다. 도 7B, 도 8B 는, 비교예 1 및 2 에 있어서의 파이프 (10) 와 기재 (11) 의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.

실시예 1, 2 및 비교예 1, 2 에 있어서는, 이하의 재료 및 조건에서 시료를 제조하였다.

기재 ： 40 ㎜ × 40 ㎜, 두께 10 ㎜ 의 구리 합금판

파이프 ： 외경 φ = 6 ㎜, 외주의 곡률 (R) = 3 ㎜ 의 구리 합금

퇴적층의 재료 ： 평균 입경 26.18 ㎛ 의 구리 분말

기재에 형성한 오목부와 파이프의 클리어런스 ： Δ = 0 ㎜

(실시예 1)

비율 h/R 을 0.67 로 하였다. 그 결과, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 파이프 (10) 의 측방에도 충분한 두께의 치밀하고 균질한 퇴적층 (12) 을 형성할 수 있었다.

(실시예 2)

비율 h/R 을 0.33 으로 하였다. 그 결과, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 파이프 (10) 의 측방에도 충분한 두께의 치밀하고 균질한 퇴적층 (12) 을 형성할 수 있었다.

(비교예 1)

비율 h/R 을 1 (돌출량 (h) = 곡률 (R)), 즉, 기재 (11) 에 대해, 파이프 (10) 외경 φ 의 절반에 상당하는 깊이의 오목부 (11a) 를 형성하고, 파이프 (10) 의 정확히 절반을 오목부 (11a) 내에 수납하였다. 이 경우, 도 7B 에 나타내는 바와 같이, 기재 (11) 의 상면 (11b) 으로부터 돌출되는 파이프 (10) 측방의 단부는, 분말의 분사 방향에 대해 거의 평행이 되어, 이 부분에 분말을 부착시킬 수 없었다. 그 때문에, 도 7A 에 나타내는 바와 같이, 파이프 (10) 의 측방에 퇴적층 (12) 을 형성할 수 없어, 파이프 (10) 상에 형성된 퇴적층 (12) 과 기재 (11) 상에 형성된 퇴적층 (12) 사이에 균열이 생겼다.

(비교예 2)

비율 h/R 을 0 (돌출량 (h) = 0), 즉, 기재 (11) 에 대해, 파이프 (10) 의 외경 φ 에 상당하는 깊이의 오목부 (11a) 를 형성하고, 파이프 (10) 전체를 오목부 (11a) 내에 수납하였다. 이 경우, 도 8B 에 나타내는 바와 같이, 오목부 (11a) 의 내벽과 파이프 (10) 사이에 깊은 간극이 생겨 분말을 충분히 충전할 수 없었다. 그 때문에, 도 8A 에 나타내는 바와 같이, 파이프 (10) 의 측방에 충분한 퇴적층 (12) 을 형성할 수 없어, 파이프 (10) 상에 형성된 퇴적층 (12) 과 기재 (11) 상에 형성된 퇴적층 (12) 사이에 균열이 생겼다.

다음으로, 실시예 3, 4, 및 비교예 3 을 설명한다. 도 9 ∼ 도 11 은, 오목부 (11a) 와 파이프 (10) 의 클리어런스 Δ 를 변화시켰을 경우의 퇴적층 (12) 을 나타내는 광학 사진이다. 이들 광학 사진은, 파이프 (10) 상에 퇴적층 (12) 을 충분히 (파이프 (10) 의 상단면으로부터 1 ㎜ 를 초과하는 높이까지) 형성한 후, 그 퇴적층 (12) 을 프레이즈 가공에 의해, 파이프 (10) 의 상단면으로부터 1 ㎜ 의 높이로 절삭하고, 추가로 연마한 연마면을 상면측에서 촬상한 것이다.

실시예 3, 4, 및 비교예 3 에 있어서는, 이하의 재료 및 조건에서 시료를 제조하였다.

기재 ： 40 ㎜ × 40 ㎜, 두께 10 ㎜ 의 구리 합금판

파이프 ： 외경 φ = 6 ㎜, 외주의 곡률 (R) = 3 ㎜ 의 구리 합금

퇴적층의 재료 ： 평균 입경 26.18 ㎛ 의 구리 분말

비율 h/R = 0.5

(실시예 3)

클리어런스 Δ 를 0 ㎜ 로 하였다. 그 결과, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 파이프 (10) 상의 영역과 기재 (11) 상의 영역에서 매끄럽게 연속되는 치밀하고 균질한 퇴적층 (12) 을 형성할 수 있었다.

(실시예 4)

클리어런스 Δ 를 0.05 ㎜ 로 하였다. 그 결과, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 파이프 (10) 상의 영역과 기재 (11) 상의 영역 사이에 면의 경계선은 관찰되지만, 양 영역 사이에서 연속되는 치밀하고 균질한 퇴적층 (12) 을 형성할 수 있었다.

(비교예 3)

클리어런스 Δ 를 0.10 ㎜ 로 하였다. 이 경우, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 파이프 (10) 상의 영역과 기재 (11) 상의 사이에 균열이 관찰되었다.

1 : 파이프 매설 구조체
10 : 파이프
11 : 기재
11a : 오목부
11b : 상면
12 : 퇴적층
13 : 벌크재
14 : 영역
20 : 콜드 스프레이 장치
21 : 가스 가열기
22 : 분말 공급 장치
23 : 스프레이 건
24 : 가스 노즐
25, 26 : 밸브
27 : 기체
28 : 분말

Claims

횡단면에 있어서의 외주가 원형을 이루는 금속 또는 합금제의 파이프와,
상기 외주의 일부를 맞닿게 하는 내벽을 갖고, 상기 파이프를 끼워 맞추는 오목부가 형성된 금속 또는 합금제의 기재와,
상기 오목부에 상기 파이프를 끼워 맞춘 상태에서, 금속 또는 합금으로 이루어지는 분말을 가스와 함께 가속하고, 상기 파이프 및 상기 기재의 표면에 고상 상태인 채로 분사하여 상기 분말을 퇴적시킴으로써 형성된 퇴적층을 구비하고,
상기 기재의 표면으로부터 상기 파이프가 돌출되는 돌출량 (h) 과 상기 외주의 곡률 (R) 의 비율 h/R 이 0.3 이상 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 파이프 매설 구조체.
제 1 항에 있어서,
상기 파이프의 횡단면에 있어서, 상기 오목부와 상기 파이프의 클리어런스가 0 ㎜ 이상 0.05 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 파이프 매설 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 파이프는, SUS 강, 구리 합금, 니켈 합금, 탄탈, 니오브, 티탄, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파이프 매설 구조체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기재는, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파이프 매설 구조체.
제 4 항에 있어서,
상기 분말은, 구리 또는 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파이프 매설 구조체.
금속 또는 합금제의 기재에 대해, 횡단면에 있어서의 외주가 원형을 이루는 금속 또는 합금제 파이프의 상기 외주의 일부를 맞닿게 하는 내벽을 갖는 오목부를 형성하는 기재 형성 공정과,
상기 오목부에 상기 파이프를 끼워 맞추어, 금속 또는 합금으로 이루어지는 분말을 가스와 함께 가속하고, 상기 파이프 및 상기 기재의 표면에 고상 상태인 채로 분사하여 상기 분말을 퇴적시킴으로써 퇴적층을 형성하는 퇴적층 형성 공정을 포함하고,
상기 기재 형성 공정은, 상기 기재의 표면으로부터 상기 파이프가 돌출되는 돌출량 (h) 과 상기 외주의 곡률 (R) 의 비율 h/R 을 0.3 이상 0.7 이하로 하는 것을 특징으로 하는 파이프 매설 구조체의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 기재 형성 공정은, 상기 파이프의 횡단면에 있어서의 상기 오목부의 폭과 상기 파이프 외경의 클리어런스를 0 ㎜ 이상 0.05 ㎜ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 파이프 매설 구조체의 제조 방법.