KR20170063822A - 용사 피막 형성 방법, 터빈용 고온 부품, 터빈, 용사 피막 형성용 마스킹 핀 및 마스킹 부재 - Google Patents

용사 피막 형성 방법, 터빈용 고온 부품, 터빈, 용사 피막 형성용 마스킹 핀 및 마스킹 부재 Download PDF

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Abstract

용사 피막 형성 방법은, 복수의 구멍의 일단이 개구되는 표면을 갖는 용사 대상 부재를 준비하는 공정과, 각각 금속으로 이루어지는 복수의 마스킹 핀을 준비하는 공정과, 복수의 구멍에 대해, 복수의 마스킹 핀의 각각의 일부가 표면으로부터 돌출되도록 복수의 마스킹 핀을 각각 삽입하는 삽입 공정과, 복수의 구멍에 대해 복수의 마스킹 핀을 각각 고정하기 위한 접착제를, 복수의 구멍 및 복수의 마스킹 핀 중 적어도 한쪽에 부여하는 접착제 부여 공정과, 접착제에 의해 복수의 구멍에 복수의 마스킹 핀이 각각 고정된 상태에서, 용사 대상 부재의 표면에 세라믹스 재료로 이루어지는 세라믹스층을 용사에 의해 형성하는 용사 공정과, 용사 공정 후에 복수의 마스킹 핀을 복수의 구멍으로부터 제거하는 제거 공정을 구비한다.

Description

용사 피막 형성 방법, 터빈용 고온 부품, 터빈, 용사 피막 형성용 마스킹 핀 및 마스킹 부재{SPRAYED-COATING FORMATION METHOD, HIGH-TEMPERATURE COMPONENT FOR TURBINE, TURBINE, AND MASKING MEMBER AND MASKING PIN FOR SPRAYED-COATING FORMATION}
본 개시는 용사 피막 형성 방법, 터빈용 고온 부품, 터빈, 용사 피막 형성용 마스킹 핀 및 마스킹 부재에 관한 것이다.
종래부터, 에너지 절약 대책의 하나로서, 화력 발전의 열효율을 높이기 위한 기술 개발이 실행되고 있다. 발전용 가스 터빈의 열효율을 향상시키기 위해서는, 가스 입구 온도를 상승시키는 것이 유효하다.
가스 입구 온도의 고온화를 실현하기 위해서는, 가스 터빈을 구성하는 정익, 동익, 분할환, 또는 연소기의 미통 등의 고온 부품의 기재를 내열 부재로 구성할 필요가 있다. 그리고, 내열 부재로 이루어지는 기재 상에 차열 코팅(TBC: Thermal Barrier Coating)을 형성할 필요가 있다.
차열 코팅은 기재 상에 순차 적층되는 금속 결합층과 세라믹스층에 의해 구성된다. 세라믹스층은 용사 등에 의해 금속 결합층 상에 형성되며, 그 재료로서는, ZrO2계의 재료, 특히 Y2O3로 부분 안정화 또는 완전 안정화한 ZrO2인 YSZ(이트리아 안정화 지르코니아)가 세라믹스 재료 중에서는 비교적 낮은 열전도율과 비교적 높은 열팽창률을 갖고 있기 때문에 자주 이용되고 있다.
한편, 터빈용의 고온 부품을 필름 냉각하기 위해서, 고온 부품의 표면에는 복수의 냉각 구멍이 개구되어 있다. 기재에 세라믹스층을 용사할 때, 냉각 구멍이 되는 기재의 구멍의 폐색을 방지하기 위해서, 마스킹 핀이 기재의 구멍에 삽입된다.
일본 특허 공개 제 2003-306760 호 공보가 개시하는 마스킹 핀은, 예컨대, 흑연, 탄소 섬유 강화 플라스틱, 또는 폴리에틸렌 수지 또는 불소 수지로 피복된 금속 심재에 의해 형성되어 있다. 이 마스킹 핀은, 세라믹스층을 형성할 때, 세라믹스층과 결합하는 일 없이 전부 또는 일부가 소실된다. 이 때문에, 일본 특허 공개 제 2003-306760 호 공보가 개시하는 마스킹 핀은 세라믹스층을 형성한 후에 구멍으로부터 제거할 필요가 없으며, 필요가 있었다고 해도 용이하게 인발할 수 있다.
최근, 보다 열효율이 높은 가스 터빈의 개발이 진행되고 있으며, 가스 입구 온도가 1700℃에 달하는 가스 터빈의 개발도 진행되고 있다. 이 경우, 정익이나 동익의 표면 온도는 1300℃의 고온이 될 것이 예상된다. 이러한 개발 동향에 수반하여, 차열 코팅에는 더욱 높은 내열성 및 차열성이 요구되는 상황에 있다.
차열 코팅의 차열성을 높이려면, 세라믹스층을 보다 두껍게 하는 것을 생각할 수 있다. 세라믹스층을 두껍게 하는 경우, 세라믹스층 내를 연장하는 냉각 구멍의 부분이 길어지므로, 세라믹스층을 용사할 때, 마스킹 핀의 기재로부터의 돌출 길이를 길게 할 필요가 있다.
그렇지만, 돌출 길이가 길어지면, 일본 특허 공개 제 2003-306760 호 공보가 개시하는 바와 같이 마스킹 핀의 전부 또는 일부가 소실되는 재료로 구성되어 있는 경우, 용사 시에 마스킹 핀이 손상되거나 또는 그 위치가 어긋나서 기재의 구멍이 세라믹스층에 의해 덮여 버리는 경우가 있다.
한편, 돌출 길이가 길어지면, 마스킹 핀과 세라믹스층 사이에서의 접촉 면적이 커지므로, 세라믹스층을 형성할 때에 마스킹 핀의 전부 또는 일부가 소실되지 않는 경우에는, 마스킹 핀의 제거가 곤란하게 되어 버린다.
한편, 냉각 구멍의 개구부의 형상에는, 원통 형상 이외에, 개구 출구를 향해 서서히 단면적이 확대되는 확개 형상이 있다. 이러한 확개 형상의 개구부를 세라믹스층에 수작업으로 하나하나 형성하는 것은 번잡하다.
또한, 다수의 구멍의 각각에 하나씩 마스킹 핀을 삽입하는 작업은 번잡하다.
상술의 사정을 감안하여, 본 발명의 적어도 일 실시형태의 목적은, 용사 대상 부재로부터의 마스킹 핀의 돌출 길이가 길어도 구멍을 확실하게 형성 가능한 용사 피막 형성 방법, 해당 방법을 이용하여 제조된 터빈용 고온 부품, 해당 고온 부품을 갖는 터빈, 해당 방법에 이용되는 마스킹 핀 및 마스킹 부재를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 적어도 일 실시형태의 목적은, 용사 시에 전부 또는 일부가 소실되지 않아도, 용사 대상 부재로부터의 마스킹 핀의 제거가 용이한 용사 피막 형성 방법, 해당 방법을 이용하여 제조된 터빈용 고온 부품, 해당 고온 부품을 갖는 터빈, 해당 방법에 이용되는 마스킹 핀 및 마스킹 부재를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 적어도 일 실시형태의 목적은 구멍의 개구부에 소망의 형상을 용이하게 부여 가능한 마스킹 핀을 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 적어도 일 실시형태의 목적은 용사 대상 부재의 복수의 구멍에 용이하게 삽입 가능한 복수의 축부를 갖는 마스킹 부재를 제공하는 것에 있다.
(1) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 용사 피막 형성 방법은,
복수의 구멍의 일단이 개구되는 표면을 갖는 용사 대상 부재를 준비하는 공정과,
각각 금속으로 이루어지는 복수의 마스킹 핀을 준비하는 공정과,
상기 복수의 구멍에 대해, 상기 복수의 마스킹 핀의 각각의 일부가 상기 표면으로부터 돌출되도록, 상기 복수의 마스킹 핀을 각각 삽입하는 삽입 공정과,
상기 복수의 구멍에 대해 상기 복수의 마스킹 핀을 각각 고정하기 위한 접착제를, 상기 복수의 구멍 및 상기 복수의 마스킹 핀 중 적어도 한쪽에 부여하는 접착제 부여 공정과,
상기 접착제에 의해 상기 복수의 구멍에 상기 복수의 마스킹 핀이 각각 고정된 상태에서, 상기 용사 대상 부재의 표면에 세라믹스 재료로 이루어지는 세라믹스층을 용사에 의해 형성하는 용사 공정과,
상기 용사 공정 후에 상기 복수의 마스킹 핀을 상기 복수의 구멍으로부터 제거하는 제거 공정을 구비한다.
상기 구성 (1)의 용사 피막 형성 방법에서는, 용사 대상 부재의 구멍에 대해, 금속으로 이루어지는 마스킹 핀이 접착제에 의해 고정된다. 금속으로 이루어지는 마스킹 핀은 내열성이 높기 때문에, 용사 대상 부재로부터의 마스킹 핀의 돌출 길이가 길어도, 세라믹스층의 용사 시에 손상되거나 소실되는 일은 없다. 이 때문에, 용사 대상 부재의 구멍이 세라믹스층에 의해 폐색되는 일은 없으며, 마스킹 핀의 형상에 대응하는 구멍을 세라믹스층에 형성할 수 있다.
(2) 몇몇 실시형태에서는, 상기 구성 (1)에 있어서,
용사 피막 형성 방법은, 상기 접착제로서의 자외선 경화 수지에 자외선을 조사하며, 상기 접착제에 의해 상기 복수의 구멍에 상기 복수의 마스킹 핀을 각각 고정하는 자외선 조사 공정을 추가로 구비하고,
상기 제거 공정에서 상기 자외선 경화 수지를 가열에 의해 분해시킨다.
상기 구성 (2)의 용사 피막 형성 방법에서는, 자외선 경화 수지에 의해 용사 대상 부재의 구멍에 마스킹 핀을 고정하므로, 구멍에 대해 마스킹 핀을 압입에 의해 고정할 필요가 없다. 그리고, 마스킹 핀을 고정하기 위한 자외선 경화 수지는 가열하는 것에 의해 분해시킬 수 있다. 이 때문에, 세라믹스층의 용사 시에 마스킹 핀의 전부 또는 일부가 소실되지 않아도, 제거 공정에서 가열에 의해 자외선 경화 수지를 분해시키면, 구멍으로부터 마스킹 핀을 용이하게 제거할 수 있다.
(3) 몇몇 실시형태에서는, 상기 구성 (1) 또는 구성 (2)에 있어서,
상기 접착제 부여 공정에서는, 상기 접착제로서의 자외선 경화 수지가 상기 구멍에 주입된다.
상기 구성 (3)에서는, 접착제 부여 공정에서, 구멍에 접착제로서의 자외선 경화 수지를 주입함으로써, 용사 대상 부재의 표면에 접착제가 부착되는 것을 방지할 수 있다.
(4) 몇몇 실시형태에서는, 상기 구성 (1) 내지 구성 (3) 중 어느 하나에 있어서, 용사 피막 형성 방법은, 상기 세라믹스층에 의해 덮이는 상기 복수의 마스킹 핀의 부분에, 상기 세라믹스층으로 덮이기 전에 이형제를 부여하는 이형제 부여 공정을 추가로 구비한다.
상기 구성 (4)에서는, 세라믹스층으로 덮이는 마스킹 핀의 부분에, 미리 이형제를 부여해 두는 것에 의해, 세라믹스층에 대해 마스킹 핀이 미끄러지기 쉽다. 이 때문에, 마스킹 핀의 돌출 길이가 길고, 마스킹 핀과 세라믹스층의 접촉 면적이 커도, 세라믹스층에 손상을 거의 주는 일 없이, 마스킹 핀을 제거할 수 있다.
(5) 몇몇 실시형태에서는, 상기 구성 (1) 내지 구성 (4) 중 어느 하나에 있어서,
상기 용사 대상 부재는, 상기 구멍의 타단이 개구되는 내면을 갖고,
상기 제거 공정에서, 상기 복수의 마스킹 핀을 상기 표면측으로부터 상기 내면측을 향해 이동시킴으로써 상기 복수의 구멍으로부터 제거한다.
상기 구성 (5)에서는, 마스킹 핀을 표면측으로부터 내면측을 향해 이동시킴으로써, 내면측으로부터 표면측을 향해 이동시키는 경우에 비하여, 세라믹스층의 손상을 한층 더 억제하면서, 마스킹 핀을 제거할 수 있다.
(6) 몇몇 실시형태에서는, 상기 구성 (5)에 있어서,
상기 제거 공정에서, 상기 복수의 마스킹 핀을 상기 표면측으로부터 상기 내면측을 향해 가압한다.
상기 구성 (6)에서는, 마스킹 핀을 표면측으로부터 내면측을 향해 가압하는 것에 의해, 내면측에서 마스킹 핀을 끌어당기는 것에 비해, 마스킹 핀을 용이하게 제거할 수 있다.
(7) 몇몇 실시형태에서는, 상기 구성 (1) 내지 구성 (6) 중 어느 하나에 있어서,
상기 용사 대상 부재는, 상기 구멍의 타단이 개구되는 내면을 갖고,
상기 삽입 공정 전에, 상기 내면측에 위치 결정 부재를 배치하는 공정을 추가로 구비하고,
상기 삽입 공정에서는, 상기 복수의 마스킹 핀을 상기 위치 결정 부재에 맞닿을 때까지 상기 표면측으로부터 상기 구멍에 삽입한다.
형성해야 할 세라믹스층의 두께에 비해 마스킹 핀의 돌출 길이가 너무 길면, 용사 시에 마스킹 핀의 그림자가 되는 영역이 커지므로 바람직하지 않다. 한편, 형성해야 할 세라믹스층의 두께에 비해 마스킹 핀의 돌출 길이가 너무 짧으면, 마스킹 핀의 제거 작업이 곤란해질 뿐만 아니라, 세라믹스층에 구멍을 형성할 수 없게 된다. 이 때문에, 용사 대상 부재로부터의 마스킹 핀의 돌출 길이를 적절한 길이로 조정하는 것이 바람직하다.
이 점에서, 상기 구성 (7)에서는, 위치 결정 부재에 맞닿을 때까지 마스킹 핀을 삽입하는 것에 의해, 마스킹 핀의 돌출 길이를 적절한 길이로 용이하게 조정할 수 있다.
(8) 몇몇 실시형태에서는, 상기 구성 (7)에 있어서,
상기 위치 결정 부재는 내열 테이프로 이루어진다.
상기 구성 (8)에 의하면, 내열 테이프를 이용하는 것에 의해, 간단하고 또한 확실하게 마스킹 핀의 구멍으로의 삽입 깊이를 제한할 수 있어서, 이에 의해 마스킹 핀의 돌출 길이를 조정할 수 있다.
(9) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 용사 피막 형성 방법은,
복수의 구멍의 일단이 개구되는 표면을 갖는 용사 대상 부재를 준비하는 공정과,
각각 금속으로 이루어지는 복수의 마스킹 핀을 준비하는 공정과,
상기 복수의 구멍에 대해, 상기 복수의 마스킹 핀의 각각의 일부가 상기 표면으로부터 돌출되도록, 상기 복수의 마스킹 핀을 각각 삽입하는 삽입 공정과,
상기 복수의 구멍에 상기 복수의 마스킹 핀이 각각 삽입 고정된 상태에서, 상기 용사 대상 부재의 표면에 세라믹스 재료로 이루어지는 세라믹스층을 용사에 의해 형성하는 용사 공정과,
상기 용사 공정보다 이전에, 상기 세라믹스층에 의해 덮이는 상기 복수의 마스킹 핀의 부분에 이형제를 부여하는 이형제 부여 공정과,
상기 용사 공정 후에 상기 복수의 마스킹 핀을 상기 복수의 구멍으로부터 제거하는 제거 공정을 구비한다.
상기 구성 (9)에서는, 세라믹스층으로 덮이는 마스킹 핀의 부분에, 미리 이형제를 부여해 둠으로써, 세라믹스층에 대해 마스킹 핀이 미끄러지기 쉽다. 이 때문에, 마스킹 핀의 돌출 길이가 길어, 마스킹 핀과 세라믹스층의 접촉 면적이 커도, 세라믹스층에 손상을 거의 주는 일 없이, 마스킹 핀을 제거할 수 있다.
(10) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 터빈용 고온 부품은,
복수의 구멍의 일단이 개구되는 표면을 갖는 기재와,
상기 기재의 표면 상에 형성된 금속 재료로 이루어지는 본드층과,
상기 본드층의 표면 상에 용사에 의해 형성된 세라믹스 재료로 이루어지는 세라믹스층을 구비하고,
상기 본드층 및 상기 세라믹스층에, 상기 복수의 구멍에 각각 연속되는 복수의 관통 구멍이 형성되어 있으며,
상기 세라믹스층의 두께는 0.3㎜ 이상이며,
상기 세라믹스층은 용사를 도중에 일시적으로 멈춤으로써 형성되는 결함을 포함하지 않는다.
상기 구성 (10)에서는, 세라믹스층의 두께가 0.3㎜ 이상이어도, 세라믹스층이 용사를 도중에 일시적으로 멈춤으로써 형성되는 결함을 포함하지 않는다. 즉, 세라믹스층이 연속적인 용사에 의해 형성되며, 위상 경계와 같은 불연속적인 부분을 포함하지 않는다. 이 때문에, 세라믹스층 내에서 결함을 기점으로 하는 박리가 발생하지 않아서, 세라믹스층이 높은 신뢰성을 갖는다. 그 결과, 터빈용 고온 부품도 높은 신뢰성을 갖는다.
(11) 몇몇 실시형태에서는, 상기 구성 (10)에 있어서,
상기 터빈용 고온 부품은 연소기, 동익, 정익 또는 분할환 중 어느 하나이다.
상기 구성 (11)에서는, 터빈용 고온 부품으로서의 연소기, 동익, 정익 및 분할환은 높은 신뢰성을 갖는다.
(12) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 터빈은,
상기 구성 (10) 또는 구성 (11)에 기재된 적어도 하나의 터빈용 고온 부품을 구비한다.
상기 구성 (12)에 의하면, 고온 부품이 높은 신뢰성을 가지므로, 터빈도 높은 신뢰성을 갖는다.
(13) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 마스킹 핀은,
구멍의 일단이 개구되는 용사 대상 부재의 표면에 용사에 의해 세라믹스층을 형성할 때에, 상기 구멍의 폐색을 방지하기 위해서 상기 구멍에 삽입 가능한 축부와,
상기 용사 대상 부재의 구멍에 연속되도록 상기 세라믹스층에 형성되는 구멍의 형상을 규정 가능한 형부(型部)를 구비한다.
세라믹스층에 형성되는 구멍의 형상을 소망의 형상으로 하나하나 성형하는 작업은 번잡하다. 이 점에서, 상기 구성 (13)의 마스킹 핀을 이용하면, 다수의 구멍의 형상을 소망의 형상으로 용이하고 또한 단시간에 성형할 수 있다.
(14) 본 발명의 적어도 하나의 실시형태에 따른 마스킹 부재는,
복수의 구멍의 일단이 개구되는 용사 대상 부재의 표면에 용사에 의해 세라믹스층을 형성할 때에, 상기 복수의 구멍의 폐색을 방지하기 위해서 상기 복수의 구멍에 각각 삽입 가능한 복수의 축부와,
상기 복수의 축부를 서로 연결하는 연결부를 구비한다.
상기 구성 (13)의 마스킹 부재를 이용하면, 복수의 구멍에 대해 동시에 축부를 삽입할 수 있으므로, 용이하고 또한 단시간에 축부를 삽입 가능하다. 또한, 축부를 제거할 때도, 복수의 구멍으로부터 동시에 축부를 빼낼 수 있으므로, 용이하고 또한 단시간에 축부를 제거 가능하다.
본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 용사 대상 부재로부터의 마스킹 핀의 돌출 길이가 길어도 구멍을 확실하게 형성 가능한 용사 피막 형성 방법, 해당 방법을 이용하여 제조된 터빈용 고온 부품, 해당 고온 부품을 갖는 터빈, 해당 방법에 이용되는 마스킹 핀 및 마스킹 부재가 제공된다.
또한, 본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 용사 시에 전부 또는 일부가 소실되지 않아도, 용사 대상 부재로부터의 마스킹 핀의 제거가 용이한 용사 피막 형성 방법, 해당 방법을 이용하여 제조된 터빈용 고온 부품, 해당 고온 부품을 갖는 터빈, 해당 방법에 이용되는 마스킹 핀 및 마스킹 부재가 제공된다.
또한, 본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 구멍의 개구부에 소망의 형상을 용이하게 부여 가능한 마스킹 핀이 제공된다.
나아가, 본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 용사 대상 부재의 복수의 구멍에 용이하게 삽입 가능한 복수의 축부를 갖는 마스킹 부재가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 용사 피막 형성 방법의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도,
도 2는 도 1의 용사 피막 형성 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3은 접착제로서 자외선 경화 수지를 이용하는 경우의 용사 피막 형성 방법의 개략적인 순서의 일부를 나타내는 흐름도,
도 4는 접착제 부여 공정 및 자외선 조사 공정을 설명하기 위한 도면,
도 5는 이형제를 이용하는 경우의 용사 피막 형성 방법의 개략적인 순서의 일부를 나타내는 흐름도,
도 6은 몇몇 실시형태에 따른 제거 공정의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도,
도 7은 압입 공정을 설명하기 위한 도면,
도 8은 구멍의 손질을 실행하는 경우의 용사 피막 형성 방법의 개략적인 순서의 일부를 나타내는 흐름도,
도 9는 구멍 손질 공정 후에 있어서의, 세라믹스층의 구멍의 형상을 개략적으로 도시하는 평면도,
도 10은 세라믹스층의 구멍의 단면 형상을 개략적으로 도시하는 단면도,
도 11은 몇몇 실시형태에 따른 용사 피막 형성 방법의 개략적인 순서의 일부를 나타내는 흐름도,
도 12는 위치 결정 부재 배치 공정을 설명하기 위한 도면,
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따른 용사 피막 형성 방법의 순서를 개략적으로 도시하는 흐름도,
도 14는 상술한 용사 피막 형성 방법을 이용하여 제조된 터빈용 고온 부품을 구비하는 가스 터빈을 개략적으로 도시하는 도면,
도 15는 도 14의 가스 터빈에 이용된 터빈용 고온 부품으로서의 동익을 개략적으로 도시하는 사시도,
도 16은 도 14의 가스 터빈에 이용된 터빈용 고온 부품으로서의 정익을 개략적으로 도시하는 사시도,
도 17은 도 14의 가스 터빈에 이용된 터빈용 고온 부품으로서의 분할환을 개략적으로 도시하는 사시도,
도 18은 본 발명의 일 실시형태에 따른 마스킹 핀을 개략적으로 도시하는 측면도,
도 19는 본 발명의 일 실시형태에 따른 마스킹 부재를 개략적으로 도시하는 측면도.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시형태에 대해 설명한다. 다만, 실시형태로서 기재되어 있는 또는 도면에 도시되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 본 발명의 범위를 이에 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
예컨대, 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라서」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」 또는 「동축」 등의 상대적 또는 절대적인 배치를 나타내는 표현은 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 동일한 기능을 얻을 수 있는 정도의 각도나 거리를 가지고 상대적으로 변위되어 있는 상태도 나타내야 한다.
예컨대, 「동일」, 「동등함」 및 「균질」 등의 사물이 동등한 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 동등한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 동일한 기능을 얻을 수 있는 정도의 차이가 존재하고 있는 상태도 나타내야 한다.
예컨대, 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타내는 표현은 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일한 효과를 얻을 수 있는 범위에서, 요철부나 면취부 등을 포함하는 형상도 나타내야 한다.
한편, 하나의 구성 요소를 「마련하다」, 「갖추다」, 「구비하다」, 「포함하다」 또는 「갖는다」라는 표현은 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 용사 피막 형성 방법의 개략적인 순서를 나타내는 흐름도이다. 도 2는 도 1의 용사 피막 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 용사 피막 형성 방법은 용사 대상 준비 공정(S1), 마스킹 핀 준비 공정(S3), 삽입 공정(S5), 접착제 부여 공정(S7), 용사 공정(S9) 및 제거 공정(S11)을 갖는다.
용사 대상 준비 공정(S1)에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이 용사 대상 부재(1)가 준비된다. 도 2는 용사 대상 부재(1)의 일부를 단면으로 개략적으로 도시하고 있으며, 용사 대상 부재(1)는 복수의 구멍(3)의 일단이 개구되는 표면을 갖는다. 구멍(3)의 직경은, 예컨대, 0.3㎜ 이상 5.0㎜ 이하이다.
마스킹 핀 준비 공정(S3)에서는, 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 각각 금속으로 이루어지는 복수의 마스킹 핀(5)이 준비된다. 마스킹 핀(5)은 구멍(3)의 직경보다 작은 외경을 갖는다.
삽입 공정(S5)에서는, 복수의 구멍(3)에 대해, 복수의 마스킹 핀(5)의 각각의 일부가 표면으로부터 돌출되도록 복수의 마스킹 핀(5)이 각각 삽입된다.
접착제 부여 공정(S7)에서는, 복수의 구멍(3)에 대해 복수의 마스킹 핀(5)을 각각 고정하기 위한 접착제가 복수의 구멍(3) 및 복수의 마스킹 핀(5) 중 적어도 한쪽에 부여된다. 접착제를 부여하는 방법으로서는, 주사기, 디스펜서, 스프레이, 디핑(dipping), 또는 도포 등의 수단을 이용할 수 있다.
접착제로서는, 예컨대 400℃ 정도의 온도까지 사용 가능한 내열성을 갖는 것이 이용된다. 접착제 부여 공정(S7)은 삽입 공정(S5)의 전에 실행해도 또는 후에 실행해도 좋다.
도 2의 (b)는, 접착제(7)에 의해, 핀(5)이 구멍(3)에 고정된 상태를 도시하고 있다. 용사 공정(S9)에서는, 도 2의 (c)에 도시한 바와 같이, 접착제(7)에 의해 복수의 구멍(3)에 복수의 마스킹 핀(5)이 각각 고정된 상태에서, 용사 대상 부재의 표면에 세라믹스 재료로 이루어지는 세라믹스층(9)이 용사에 의해 형성된다.
제거 공정(S11)은 용사 공정(S9) 후에 실행되며, 도 2의 (d)에 도시하는 바와 같이, 복수의 마스킹 핀(5)이 복수의 구멍(3)으로부터 제거된다. 제거 공정(S11) 후, 용사 대상 부재(1)의 구멍(3)과, 세라믹스층(9)에 형성된 구멍(11)이, 서로 동축으로 연속되어 하나의 냉각 구멍(13)을 구성한다.
상술한 실시형태에서는, 용사 대상 부재(1)의 구멍(3)에 대해, 금속으로 이루어지는 마스킹 핀(5)이 접착제(7)에 의해 고정된다. 금속으로 이루어지는 마스킹 핀(5)은 내열성이 높기 때문에, 용사 대상 부재(1)로부터의 마스킹 핀(5)의 돌출 길이가 길어도, 세라믹스층(9)의 용사 시에 손상되거나 소실되는 일은 없다. 이 때문에, 용사 대상 부재(1)의 구멍(3)이 세라믹스층(9)에 의해 폐색되는 일은 없으며, 마스킹 핀(5)의 형상에 대응하는 구멍(11)을 세라믹스층(9)에 형성할 수 있다.
몇몇 실시형태에서는, 마스킹 핀(5)은 니켈기 합금이나 코발트기 합금 등의 내열 합금으로 이루어진다. 예컨대, 마스킹 핀(5)으로서, 인코넬(등록상표) 625로 이루어지는 와이어를 이용할 수 있다.
몇몇 실시형태에서는, 용사 대상 부재(1)로부터의 마스킹 핀(5)의 돌출 길이는 세라믹스층(9)의 두께와 동일한 정도로 설정된다.
몇몇 실시형태에서는, 접착제로서 자외선 경화 수지가 이용된다. 도 3은 접착제(7)로서 자외선 경화 수지를 이용하는 경우의 용사 피막 형성 방법의 개략적인 순서의 일부를 도시하고 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 접착제(7)로서 자외선 경화 수지를 이용하는 경우, 용사 피막 형성 방법은 자외선 조사 공정(S13)을 추가로 갖는다.
자외선 조사 공정(S13)에서는, 접착제로서의 미경화의 자외선 경화 수지에 자외선이 조사되고, 자외선 경화 수지가 경화되는 것에 의해, 접착제에 의해 복수의 구멍(3)에 복수의 마스킹 핀(5)이 각각 고정된다.
그리고, 접착제(7)로서 자외선 경화 수지를 이용한 경우, 제거 공정(S11)에서 자외선 경화 수지가 가열에 의해 분해된다.
자외선 경화 수지로서는, 예컨대, Dymax사의 SpeedMASK 등을 이용할 수 있다.
상술한 실시형태에서는, 자외선 경화 수지에 의해 용사 대상 부재(1)의 구멍(3)에 마스킹 핀(5)을 고정하므로, 구멍(3)에 대해 마스킹 핀(5)을 압입에 의해 고정할 필요가 없다. 그리고, 마스킹 핀(5)을 고정하기 위한 자외선 경화 수지는 가열하는 것에 의해 분해시킬 수 있다. 이 때문에, 세라믹스층(9)의 용사 시에 마스킹 핀(5)의 전부 또는 일부가 소실되지 않아도, 제거 공정(S11)에서 가열에 의해 자외선 경화 수지를 분해시키면, 구멍(3)으로부터 마스킹 핀(5)을 용이하게 제거할 수 있다.
도 4는 접착제 부여 공정(S7) 및 자외선 조사 공정(S13)을 설명하기 위한 도면이다. 몇몇 실시형태에서는, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 접착제 부여 공정(S7)에서, 접착제로서의 미경화의 자외선 경화 수지(7a)가, 예컨대 주사기(14)에 의해 용사 대상 부재(1)의 구멍(3)에 주입된다. 그리고, 자외선 조사 공정(S13)에서, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 예컨대 자외선 램프(15)를 이용하여, 자외선 경화 수지에 자외선이 조사된다. 또한, 자외선 램프(15)는 용사 대상 부재(1)의 내면측으로부터 자외선을 조사해도 좋다.
상술한 실시형태에서는, 접착제 부여 공정(S7)에서, 구멍(3)에 접착제로서의 자외선 경화 수지를 주입함으로써, 용사 대상 부재(1)의 표면에 접착제가 부착되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 이형제를 이용하는 경우의 용사 피막 형성 방법의 개략적인 순서의 일부를 나타내고 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 이형제를 이용하는 경우, 용사 피막 형성 방법은 이형제 부여 공정(S15)을 추가로 갖는다. 이형제 부여 공정(S15)은 삽입 공정(S5)의 전에 실행되고, 마스킹 핀(5)에 이형제가 부여된다. 이형제는, 예컨대, 스프레이, 디핑 또는 도포에 의해 마스킹 핀에 부여된다.
상술한 실시형태에서는, 세라믹스층(9)으로 덮이는 마스킹 핀(5)의 부분에, 미리 이형제를 부여해 두는 것에 의해, 세라믹스층(9)에 대해 마스킹 핀(5)이 미끄러지기 쉽다. 이 때문에, 마스킹 핀(5)의 돌출 길이가 길고, 마스킹 핀(5)과 세라믹스층(9)과의 접촉 면적이 커도, 세라믹스층(9)에 손상을 거의 주는 일 없이, 마스킹 핀(5)을 제거할 수 있다.
또한, 마스킹 핀(5)의 전체에 이형제를 부여해도 좋다.
몇몇 실시형태에서는, 이형제로서, 예컨대, BN계 내열 이형제, 실리콘형 내열 이형제 및 그래파이트형 내열 이형제 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 특히, BN계 내열 이형제는 BN(질화붕소)의 분말을 포함하는 이형제이며, 높은 내열성을 갖고, 예컨대 900℃~1000℃의 온도까지 견딜 수 있다.
몇몇 실시형태에서는, 용사 대상 부재(1)는, 예컨대 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 구멍(3)의 타단이 개구되는 내면을 갖고, 제거 공정(S11)에서, 복수의 마스킹 핀(5)을 용사 대상 부재(1)의 표면측으로부터 내면측을 향해 이동시킴으로써 복수의 구멍(3)으로부터 제거된다.
상술한 실시형태에서는, 마스킹 핀(5)을 용사 대상 부재(1)의 표면측으로부터 내면측을 향해 이동시킴으로써, 내면측으로부터 표면측을 향해 이동시키는 경우에 비하여, 세라믹스층의 손상을 한층 더 억제하면서 마스킹 핀(5)을 제거할 수 있다.
도 6은 몇몇 실시형태에 따른 제거 공정(S11)의 개략적인 순서를 나타내고 있다. 몇몇 실시형태에서는, 제거 공정(S11)은 압입 공정(S113)을 갖는다. 도 7은 압입 공정(S113)을 설명하기 위한 도면이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 압입 공정(S113)에서는, 예컨대 봉 형상의 압입 부재(17)를 이용하여, 복수의 마스킹 핀(5)이 용사 대상 부재(1)의 표면측으로부터 내면측을 향해 가압되는 것에 의해 복수의 구멍(3)으로부터 제거된다. 예컨대 압입 부재(17)로서, 와이어를 이용할 수 있다.
또한, 용사 공정(S9)의 직후, 예컨대 도 2의 (c)에 도시한 바와 같이 세라믹스층(9)에 의해 마스킹 핀(5)의 선단이 덮여 있는 경우, 제거 공정(S11)은 연삭 공정(S111)을 추가로 갖는다. 연삭 공정(S111)에서는, 마스킹 핀(5)의 선단의 위치를 확인할 수 있을 때까지, 세라믹스층(9)의 표면이 연삭된다. 연삭은, 예컨대 그라인더에 의해, 세라믹스층(9)의 표면이 평탄하게 되도록 실행된다.
몇몇 실시형태에서는, 용사 피막 형성 방법은 구멍 손질 공정(S17)을 추가로 갖는다. 구멍 손질 공정에서는, 예컨대 줄 등을 사용하여, 세라믹스층(9)에 있어서의 구멍(11)의 형상, 즉 냉각 구멍(13)의 개구 형상이 소망의 형상으로 성형된다.
여기서, 도 9는 구멍 손질 공정(S17) 후에 있어서의 세라믹스층(9)의 구멍(11)의 형상의 일 예를 개략적으로 도시하는 평면도이며, 도 10은 구멍(11)의 단면 형상을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 9 및 도 10과 같이 소망의 형상으로 성형된 냉각 구멍(13)은 셰이프트 필름 냉각 구멍이라고도 칭해진다.
도 11은 몇몇 실시형태에 따른 용사 피막 형성 방법의 개략적인 순서의 일부를 나타내고 있다. 도 11에 도시한 바와 같이, 용사 피막 형성 방법은 위치 결정 부재 배치 공정(S19)을 추가로 갖는다.
도 12는 위치 결정 부재 배치 공정(S19)을 설명하기 위한 도면이다. 위치 결정 부재 배치 공정(S19)은 삽입 공정(S5)의 전에 실행된다. 용사 대상 부재(1)는 구멍(3)의 타단이 개구되는 내면을 갖고, 위치 결정 부재 배치 공정(S19)에서는, 용사 대상 부재(1)의 내면측에 위치 결정 부재(19)가 배치된다.
그리고, 위치 결정 부재 배치 공정(S19)에 이어지는 삽입 공정(S5)에서는, 복수의 마스킹 핀(5)이 위치 결정 부재(19)에 맞닿을 때까지 용사 대상 부재(1)의 표면측으로부터 구멍(3)에 삽입된다.
위치 결정 부재(19)는, 예컨대 내열 테이프로 이루어지며, 용사 대상 부재(1)의 내면에 부착된다. 내열 테이프에 의하면, 간단하고 또한 확실하게, 마스킹 핀(5)의 구멍(3)으로의 삽입 깊이를 제한할 수 있어서, 이에 의해 마스킹 핀(5)의 돌출 길이를 조정할 수 있다.
형성해야 할 세라믹스층(9)의 두께에 대해 마스킹 핀(5)의 돌출 길이가 너무 길면, 용사 시에 마스킹 핀(5)의 그림자가 되는 영역이 커지므로 바람직하지 않다. 한편, 형성해야 할 세라믹스층(9)의 두께에 비해 마스킹 핀(5)의 돌출 길이가 너무 짧으면, 마스킹 핀(5)의 제거 작업이 곤란해질 뿐만 아니라, 세라믹스층(9)에 구멍(11)을 형성할 수 없게 된다. 이 때문에, 용사 대상 부재(1)로부터의 마스킹 핀(5)의 돌출 길이를 적절한 길이로 조정하는 것이 바람직하다.
이 점에서, 상술의 실시형태에서는, 위치 결정 부재(19)에 접촉할 때까지 마스킹 핀(5)을 삽입하는 것에 의해, 용사 대상 부재(1)의 표면으로부터의 마스킹 핀(5)의 돌출 길이를 적절한 길이로 용이하게 조정할 수 있다.
몇몇 실시형태에서는, 위치 결정 부재(19)로서의 내열 테이프는 접착제로서의 자외선 열경화 수지가 구멍(3)에 주입되기 전에 부착된다. 이 경우, 미경화의 자외선 경화 수지가 구멍(3)으로부터 유출되는 것이 내열 테이프에 의해 방지되며, 적당량의 접착제(7)에 의해 마스킹 핀(5)을 확실하게 고정할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따른 용사 피막 형성 방법의 순서를 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
용사 대상 부재에 대한 마스킹 핀의 고정 수단은 접착제에 한정되는 일은 없으며, 용사 공정(S9) 사이, 지지 부재에 의해 마스킹 핀(5)을 지지해도 좋다. 그래서, 도 13의 용사 피막 형성 방법은 접착제 부여 공정(S7)을 갖고 있지 않다.
한편, 도 13의 용사 피막 형성 방법은, 용사 공정(S9)보다 전에, 세라믹스층(9)에 의해 덮이는 복수의 마스킹 핀(5)의 부분에 이형제를 부여하는 이형제 부여 공정(S15)을 갖고 있다. 이형제 부여 공정(S15)은, 상술한 바와 같이, 삽입 공정(S5)의 전에 실행되며, 마스킹 핀(5)에 이형제가 부여된다. 이형제는, 예컨대, 스프레이, 디핑 또는 도포에 의해 마스킹 핀에 부여된다. 이형제로서, 예컨대, BN(질화붕소)의 분말을 포함하는 이형제를 이용할 수 있다. BN의 분말을 포함하는 이형제는 높은 내열성을 갖는다.
상술한 실시형태에서는, 세라믹스층(9)으로 덮이는 마스킹 핀(5)의 부분에, 미리 이형제를 부여해 두는 것에 의해, 세라믹스층(9)에 대해 마스킹 핀(5)이 미끄러지기 쉽다. 이 때문에, 용사 대상 부재(1)의 표면으로부터의 마스킹 핀(5)의 돌출 길이가 길고, 마스킹 핀(5)과 세라믹스층(9)의 접촉 면적이 커도, 세라믹스층(9)에 손상을 거의 주는 일 없이 마스킹 핀(5)을 제거할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태로서, 상술한 용사 피막 형성 방법을 이용하여 제조되는 터빈용 고온 부품에 대해 설명한다.
터빈용 고온 부품은, 도 2의 (d)에 도시한 바와 같이, 기재(1a)와, 본드층(금속 결합층)(1b)과, 세라믹스층(9)을 구비한다. 본드층(1b) 및 세라믹스층(9)은 기재(1a) 상에서 차열 코팅을 형성하고 있다.
기재(1a)는, 예컨대 Ni기 합금 등의 금속으로 이루어진다. Ni기 합금은, 일 예로서, Ni-16Cr-8.5Co-1.75Mo-2.6W-1.75Ta-0.9Nb-3.4Ti-3.4Al(질량%)로 나타나는 조성을 갖는다.
본드층(1b)은, 예컨대, MCrAlY 합금으로 이루어지며, M은 Ni, Co 및 Fe로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 나타낸다. MCrAlY 합금은, 일 예로서, Co-32Ni-21Cr-8Al-0.5Y로 나타나는 조성을 갖는다. 본드층(1b)의 두께는, 예컨대 10㎛ 이상 500㎛ 이하이다. 본드층(1b)은, 예컨대 고속 플레임 용사에 의해 기재(1a)의 표면 상에 형성 가능하다. 또한, 본드층(1b)의 형성 전에, 기재(1a)에 대한 본드층(1b)의 밀착성을 높이기 위해서, 기재(1a)의 표면에 블라스트 처리를 실시해도 좋다.
세라믹스층(9)은 본드층(1b)의 표면에 형성되어 있다. 세라믹스층(9)은, 예컨대 Y나 Yb 등의 첨가제를 포함하는 지르코니아계 세라믹스로 이루어진다. 세라믹스층(9)의 두께(T)는, 예컨대 0.1㎜ 이상 3.0㎜ 이하이다. 세라믹스층(9)은, 예컨대 플라즈마 용사에 의해 본드층(1b) 상에 형성 가능하다.
그리고, 세라믹스층(9)은, 해당 세라믹스층(9)의 내부에, 용사를 도중에 일시적으로 멈춤으로써 형성되는 결함을 포함하지 않는다.
상술한 터빈용 고온 부품에 있어서는, 세라믹스층(9)의 두께가 0.3㎜ 이상이어도, 세라믹스층(9)이 용사를 도중에 일시적으로 멈춤으로써 형성되는 결함을 포함하지 않는다. 즉, 세라믹스층(9)이 연속적인 용사에 의해 형성되어 있으며, 위상 경계와 같은 불연속적인 부분을 포함하지 않는다. 이 때문에, 세라믹스층(9) 내에서 결함을 기점으로 하는 박리가 발생하지 않으며, 세라믹스층(9)이 높은 신뢰성을 갖는다. 그 결과, 터빈용 고온 부품도 높은 신뢰성을 갖는다. 이와 같이, 세라믹스층(9)을 연속적으로 용사할 수 있는 것은, 마스킹 핀(5)에 의해, 세라믹스층(9)의 두께(T)가 0.3㎜ 이상이어도, 세라믹스층(9) 내에 구멍(11)을 형성할 수 있기 때문이다.
또한, 마스킹 핀(5)을 접착제(7)로 고정한 경우, 제거 공정(S11)에서 접착제(7)를 열로 분해시킬 필요가 있지만, 세라믹스층(9)의 형성 후에 확산 열처리를 실행하는 경우, 확산 열처리에 의해 접착제(7)를 열로 분해시킬 수 있다. 확산 열처리는, 예컨대, 700℃~1000℃의 온도 범위에서 실행된다.
도 14는 상술한 용사 피막 형성 방법을 이용하여 제조된 터빈용 고온 부품을 구비하는 가스 터빈(20)을 개략적으로 도시하고 있으며, 도 15, 도 16 및 도 17은 가스 터빈(20)에 이용된 터빈용 고온 부품으로서, 동익(22), 정익(24) 또는 분할환(26)을 개략적으로 각각 도시하고 있다.
동익(22)은 가스 터빈(20)의 로터에 고정되며, 정익(24) 및 분할환(26)은 가스 터빈(20)의 차실에 고정되어 있다. 동익(22) 및 정익(24)은 원통 형상의 연소 가스의 유로에 배치되어 있다. 분할환(26)은 로터의 직경 방향으로 동익(22)의 외측에 배치되며, 연소 가스의 유로의 둘레벽의 일부를 형성하고 있다.
연소기(28)의 미통, 동익(22), 정익(24) 및 분할환(26)은 상술한 용사 피막 형성 방법에 의해 형성된 세라믹스층(9)을 표면에 갖고, 세라믹스층(9)의 표면에 냉각 구멍(13)이 개구되어 있다. 냉각 구멍(13)은 연소 가스의 유로에 개구되어 있으며, 냉각 구멍(13)으로부터 유출되는 공기에 의해, 연소기(28), 동익(22), 정익(24) 및 분할환(26)이 필름 냉각된다.
또한, 터빈용 고온 부품의 적용처는 정치(定置)용의 가스 터빈에 한정되는 일은 없으며, 항공용 제트 엔진이나 선박용 가스 터빈이어도 좋고, 또는 증기 터빈이어도 좋다.
도 18은 본 발명의 일 실시형태에 따른 마스킹 핀(30)을 개략적으로 도시하는 측면도이다. 도 18에 도시한 바와 같이, 마스킹 핀(30)은 서로 일체의 축부(32)와 형부(34)를 갖는다.
축부(32)는 구멍(3)의 직경보다 작은 외경을 갖고, 구멍(3)의 일단이 개구되는 용사 대상 부재(1)의 표면에 용사에 의해 세라믹스층(9)을 형성할 때에, 구멍(3)에 삽입 가능하다. 축부(32)에 의해 세라믹스층(9)에 의한 구멍(3)의 폐색이 방지된다.
한편, 형부(34)는 용사 대상 부재(1)의 구멍(3)에 연속되도록 세라믹스층(9)에 형성되는 구멍(11)의 형상을 규정 가능하다. 예컨대 도 18의 마스킹 핀(30)의 경우, 구멍(11)의 형상을, 세라믹스층(9)의 표면을 향해 서서히 확개되는 확개 형상으로 할 수 있다.
다수의 구멍(11)을 형성하는 경우, 세라믹스층(9)에 형성되는 다수의 구멍(11)을 구멍 손질 공정(S17)에서 성형하는 것은 번잡하지만, 상술한 실시형태의 마스킹 핀(30)에 의하면, 다수의 구멍(11)의 형상을 소망의 형상으로 용이하고 또한 단시간에 성형할 수 있다.
몇몇 실시형태에서는, 마스킹 핀(30)은 형부(34)와 일체의 파지부(36)를 갖는다. 마스킹 핀(30)이 파지부(36)를 갖는 경우, 제거 공정(S11)에서, 파지부(36)를 잡고 끌어당김으로써, 마스킹 핀(30)을 용이하게 제거할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시형태에 따른 마스킹 부재(40)를 개략적으로 도시하는 측면도이다. 마스킹 부재(40)는 금속으로 이루어지며, 서로 일체의 축부(42)와 연결부(44)를 갖는다.
축부(42)는 구멍(3)의 직경보다 작은 외경을 갖고, 구멍(3)의 일단이 개구되는 용사 대상 부재(1)의 표면에 용사에 의해 세라믹스층(9)을 형성할 때에, 구멍(3)에 삽입 가능하다. 축부(42)에 의해 세라믹스층(9)에 의한 구멍(3)의 폐색이 방지된다.
연결부(44)는 복수의 축부(42)를 서로 연결하고 있으며, 연결부(44)는 용사 대상 부재(1)에 있어서의 구멍(3)의 배열 패턴에 대응하도록 복수의 축부(42)를 지지 가능하다. 연결부(44)는, 예컨대, 용사 대상 부재(1)의 내면측에 배치되고, 축부(42)는 구멍(3)에 대해 내면측으로부터 삽입된다.
삽입 공정(S5)에서, 복수의 구멍(3)에 대해 하나씩 마스킹 핀(5)을 삽입하는 것은 번잡하다. 이 점에서, 마스킹 부재(40)를 이용하면, 복수의 구멍(3)에 대해 동시에 축부(42)를 삽입할 수 있으므로, 용이하고 또한 단시간에 삽입 공정(S5)을 실행할 수 있다. 또한, 제거 공정(S11) 시에도, 복수의 구멍(3)으로부터 동시에 축부(42)를 빼낼 수 있으므로, 용이하고 또한 단시간에 제거 공정(S11)을 실행할 수 있다.
마지막으로, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 일은 없으며, 상술한 실시형태에 변경을 가한 형태나, 이들 형태를 조합한 형태도 포함한다.
1: 용사 대상 부재 1a: 기재
1b: 본드층 3: 구멍
5: 마스킹 핀 7: 접착제
7a: 미경화의 자외선 경화 수지 9: 세라믹스층
11: 구멍 13: 냉각 구멍
14: 주사기 15: 자외선 램프
17: 압입 부재 19: 위치 결정 부재
20: 가스 터빈 22: 동익
24: 정익 26: 분할환
28: 연소기 32: 축부
34: 형부 36: 파지부
40: 마스킹 부재 42: 축부
44: 연결부 S1: 용사 대상 준비 공정
S3: 마스킹 핀 준비 공정 S5: 삽입 공정
S7: 접착제 부여 공정 S9: 용사 공정
S11: 제거 공정 S13: 자외선 조사 공정
S15: 이형제 부여 공정 S17: 구멍 손질 공정
S19: 위치 결정 부재 배치 공정 S111: 연삭 공정
S113: 압입 공정

Claims (14)

  1. 복수의 구멍의 일단이 개구되는 표면을 갖는 용사 대상 부재를 준비하는 공정과,
    각각 금속으로 이루어지는 복수의 마스킹 핀을 준비하는 공정과,
    상기 복수의 구멍에 대해, 상기 복수의 마스킹 핀의 각각의 일부가 상기 표면으로부터 돌출되도록 상기 복수의 마스킹 핀을 각각 삽입하는 삽입 공정과,
    상기 복수의 구멍에 대해 상기 복수의 마스킹 핀을 각각 고정하기 위한 접착제를, 상기 복수의 구멍 및 상기 복수의 마스킹 핀 중 적어도 한쪽에 부여하는 접착제 부여 공정과,
    상기 접착제에 의해 상기 복수의 구멍에 상기 복수의 마스킹 핀이 각각 고정된 상태에서, 상기 용사 대상 부재의 표면에 세라믹스 재료로 이루어지는세라믹스층을 용사에 의해 형성하는 용사 공정과,
    상기 용사 공정 후에 상기 복수의 마스킹 핀을 상기 복수의 구멍으로부터 제거하는 제거 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    용사 피막 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제로서의 자외선 경화 수지에 자외선을 조사하고, 상기 접착제에 의해 상기 복수의 구멍에 상기 복수의 마스킹 핀을 각각 고정하는 자외선 조사 공정을 추가로 포함하며,
    상기 제거 공정에서 상기 자외선 경화 수지를 가열에 의해 분해시키는 것을 특징으로 하는
    용사 피막 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 접착제 부여 공정에서는, 상기 접착제로서의 자외선 경화 수지가 상기 구멍에 주입되는 것을 특징으로 하는
    용사 피막 형성 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹스층에 의해 덮이는 상기 복수의 마스킹 핀의 부분에, 상기 세라믹스층으로 덮이기 전에 이형제를 부여하는 이형제 부여 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
    용사 피막 형성 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용사 대상 부재는 상기 구멍의 타단이 개구되는 내면을 갖고,
    상기 제거 공정에서, 상기 복수의 마스킹 핀을 상기 표면측으로부터 상기 내면측을 향해 이동시킴으로써 상기 복수의 구멍으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는
    용사 피막 형성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제거 공정에서, 상기 복수의 마스킹 핀을 상기 표면측으로부터 상기 내면측을 향해 가압함으로써 상기 복수의 구멍으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는
    용사 피막 형성 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용사 대상 부재는 상기 구멍의 타단이 개구되는 내면을 갖고,
    상기 삽입 공정 전에, 상기 내면측에 위치 결정 부재를 배치하는 공정을 추가로 포함하고,
    상기 삽입 공정에서는, 상기 복수의 마스킹 핀을 상기 위치 결정 부재에 맞닿을 때까지 상기 표면측으로부터 상기 구멍에 삽입하는 것을 특징으로 하는
    용사 피막 형성 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 위치 결정 부재는 내열 테이프로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    용사 피막 형성 방법.
  9. 복수의 구멍의 일단이 개구되는 표면을 갖는 용사 대상 부재를 준비하는 공정과,
    각각 금속으로 이루어지는 복수의 마스킹 핀을 준비하는 공정과,
    상기 복수의 구멍에 대해, 상기 복수의 마스킹 핀의 각각의 일부가 상기 표면으로부터 돌출되도록 상기 복수의 마스킹 핀을 각각 삽입하는 삽입 공정과,
    상기 복수의 구멍에 상기 복수의 마스킹 핀이 각각 삽입 고정된 상태에서, 상기 용사 대상 부재의 표면에 세라믹스 재료로 이루어지는 세라믹스층을 용사에 의해 형성하는 용사 공정과,
    상기 용사 공정보다 전에, 상기 세라믹스층에 의해 덮이는 상기 복수의 마스킹 핀의 부분에 이형제를 부여하는 이형제 부여 공정과,
    상기 용사 공정 후에 상기 복수의 마스킹 핀을 상기 복수의 구멍으로부터 제거하는 제거 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    용사 피막 형성 방법.
  10. 복수의 구멍의 일단이 개구되는 표면을 갖는 기재와,
    상기 기재의 표면 상에 형성된 금속 재료로 이루어지는 본드층과,
    상기 본드층의 표면 상에 용사에 의해 형성된 세라믹스 재료로 이루어지는 세라믹스층을 구비하고,
    상기 본드층 및 상기 세라믹스층에, 상기 복수의 구멍에 각각 연속되는 복수의 관통 구멍이 형성되어 있으며,
    상기 세라믹스층의 두께는 0.1㎜ 이상이며,
    상기 세라믹스층은, 용사를 도중에 일시적으로 멈춤으로써 형성되는 결함을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는
    터빈용 고온 부품.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 터빈용 고온 부품은 연소기, 동익, 정익 또는 분할환 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는
    터빈용 고온 부품.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 기재된 적어도 하나의 터빈용 고온 부품을 구비하는 것을 특징으로 하는
    터빈.
  13. 구멍의 일단이 개구되는 용사 대상 부재의 표면에 용사에 의해 세라믹스층을 형성할 때에, 상기 구멍의 폐색을 방지하기 위해서 상기 구멍에 삽입 가능한 축부와,
    상기 용사 대상 부재의 구멍에 연속되도록 상기 세라믹스층에 형성되는 구멍의 형상을 규정 가능한 형부(型部)를 구비하는 것을 특징으로 하는
    마스킹 핀.
  14. 복수의 구멍의 일단이 개구되는 용사 대상 부재의 표면에 용사에 의해 세라믹스층을 형성할 때에, 상기 복수의 구멍의 폐색을 방지하기 위해서 상기 복수의 구멍에 각각 삽입 가능한 복수의 축부와,
    상기 복수의 축부를 서로 연결하는 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는
    마스킹 부재.
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