KR20180061699A - Method for laminating tungsten carbide and binder through laser cladding - Google Patents

Method for laminating tungsten carbide and binder through laser cladding Download PDF

Info

Publication number
KR20180061699A
KR20180061699A KR1020160161170A KR20160161170A KR20180061699A KR 20180061699 A KR20180061699 A KR 20180061699A KR 1020160161170 A KR1020160161170 A KR 1020160161170A KR 20160161170 A KR20160161170 A KR 20160161170A KR 20180061699 A KR20180061699 A KR 20180061699A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tungsten carbide
binder
powder
metal
laser cladding
Prior art date
Application number
KR1020160161170A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이윤선
박준석
성지현
김다혜
차경제
김우성
홍명표
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020160161170A priority Critical patent/KR20180061699A/en
Publication of KR20180061699A publication Critical patent/KR20180061699A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342Build-up welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10Formation of a green body
    • B22F10/14Formation of a green body by jetting of binder onto a bed of metal powder
    • B22F3/1055
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B23K26/0081
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/354Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment by melting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Abstract

The present invention relates to a method for laminating tungsten carbide and a binder through laser cladding, which comprises the following steps of: preparing tungsten carbide powder and a binder on a plurality of hoppers; and allowing the hoppers to simultaneously spray and laminate the tungsten carbide powder and the binder on a metal surface and then form a cladding layer on the metal surface using a laser cladding technique. Moreover, the binder is A131 powder.

Description

레이저 클래딩을 통한 텅스텐 카바이드와 바인더의 적층 방법{Method for laminating tungsten carbide and binder through laser cladding}[0001] The present invention relates to a method for laminating tungsten carbide and binder by laser cladding,

본 발명은 DMT(Laser-aided Direct Metal Tooling) 장비를 이용하여 금속 부품의 표면 상에 레이저 클래딩 기술을 통해 텅스텐 카바이드(WC)를 적층하는 기술로서, 텅스텐 카바이드를 적층 시에 경도가 높아지는 관계로 적층되는 소재의 내부에 균열 및 포어와 같은 결함이 발생함에 따라서 이를 방지하기 위하여 바인더 역할을 할 수 있는 금속재료인 A131 파우더를 동시에 적층하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for laminating tungsten carbide (WC) on a surface of metal parts by laser cladding technology using DMT (Laser-aided Direct Metal Tooling) equipment, The present invention relates to a technique for simultaneously laminating A131 powder, which is a metal material that can act as a binder, in order to prevent defects such as cracks and pores in the material.

레이저 클래딩(laser cladding) 기술은 금속 부품의 표면에 내마모성, 내부식성, 내열성 및 내침식성 등의 표면 특성을 부여하기 위해서, 금속 표면 상에 완전히 다른 화학 조성과 미세 조직을 갖는 새로운 클래딩 층을 만들어 주는 일종의 코팅 기술이다.Laser cladding technology creates a new cladding layer with a completely different chemical composition and microstructure on the metal surface in order to impart surface properties such as abrasion resistance, corrosion resistance, heat resistance and erosion resistance to the surface of metal parts It is a kind of coating technology.

레이저 클래딩 기술은 고출력 레이저 빔을 금속 표면에 조사하여 순간적으로 용융 풀(melt pool)을 생성시키고, 동시에 외부로부터 분말 형태의 클래딩 소재인금속, 합금, 세라믹 등의 소재를 공급하여, 금속 표면에 완전히 다른 화학 조성과 미세 조직을 갖는 새로운 클래딩 층을 형성시키는 레이저 표면개질기술(laser surface modification)일 수 있다.Laser cladding technology irradiates a high-power laser beam on a metal surface to instantly create a melt pool, and at the same time supplies materials such as metal, alloy, and ceramic, which are powdered cladding materials from the outside, Or a laser surface modification technique to form a new cladding layer having different chemical composition and microstructure.

상기 레이저 클래딩 기술은 금속 표면과 클래딩층이 금속학적으로 완전한 용융접합(fusion bonding)을 이루기 때문에 표면과 클래딩 층간의 접합이 다른 표면처리기술과 비교할 수 없을 정도로 매우 우수하고, 대기 중에서 한번의 공정으로 0.1에서 2 mm 두께의 클래딩 층을 형성할 수 있다는 장점이 있게 된다.Since the metal cladding layer and the cladding layer are metallically fusion-bonded, the bonding between the cladding layer and the surface of the cladding layer is extremely superior to other surface treatment techniques. It is possible to form a cladding layer having a thickness of 0.1 to 2 mm.

일반적으로 많이 적용되는 상용 텅스텐 카바이드(WC)의 미세 조직을 보면, 분말 야금으로 만들어진 텅스텐 카바이드의 미세조직은 텅스텐 카바이드 분말 사이에 코발트(Co)가 엉켜있는 형태를 띠게 된다. 텅스텐 카바이드는 높은 경도와 인성을 가진 합금으로서 내마모성이 우수하여 절삭 공구, 다이스 등에 사용되고 대부분 분말 야금으로 제조된다. 또한, 기능부 상에 텅스텐 카바이드를 적층하여 높은 경도를 확보하고 경제적인 제품 생산이 가능하다.In general, the microstructure of commercial tungsten carbide (WC), which is generally applied, has a structure in which cobalt (Co) is entangled between tungsten carbide powders in the microstructure of tungsten carbide made of powder metallurgy. Tungsten carbide is an alloy with high hardness and toughness. It has excellent abrasion resistance and is used for cutting tools, dies, etc. Mostly, it is made of powder metallurgy. In addition, tungsten carbide is laminated on the functional part to ensure high hardness and economical product production.

한편, 종래에는 텅스텐 카바이드는 경도가 높아 용융 및 급냉을 거치며 균열이 발생하고, 이에 따라 적층 시에는 적층된 소재의 내부에 균열 및 포어와 같은 결함이 발생하는 문제점이 있다.Conventionally, tungsten carbide has a high hardness and is subject to cracking due to melting and quenching. As a result, defects such as cracks and pores are generated in the laminated material during lamination.

텅스텐 카바이드를 이용하여 소결하거나 초합금의 클래딩 및 용융 용접 방법을 제시하는 종래의 문헌으로는 한국등록특허 제10-1215656호(2013. 01. 10) 및 한국공개특허 제10-2015-0088181호(2015.07.31)를 참조할 수 있다. Prior art documents suggesting sintering using tungsten carbide or cladding and fusion welding of superalloys include Korean Patent No. 10-1215656 (Jan. 01, 2013) and Korean Patent Laid-open No. 10-2015-0088181 .31) can be referred to.

(특허문헌 1) KR10-1215656 B (Patent Document 1) KR10-1215656 B

(특허문헌 2) KR10-2015-0088181 A (Patent Document 2) KR10-2015-0088181 A

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 복수의 호퍼에서 텅스텐 카바이드 및 바인더를 금속 표면 상에 동시에 분사, 적층하고 레이저 클래딩 기술을 이용하여 금속 표면 상에 클래딩층을 형성하는 기술을 제공하는 것이 목적이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a technique of simultaneously forming a cladding layer on a metal surface by using laser cladding technology, and simultaneously spraying and laminating tungsten carbide and a binder on a metal surface The purpose is.

즉, 본 발명은 DMT 장비의 분말공급장치를 이루는 복수의 호퍼(hopper)를 사용하고, 상기 복수의 호퍼 중 제1 호퍼를 통해 바인더 역할을 할 금속재료로서 A131 powder를 투입하고, 복수의 호퍼 중 제2 호퍼를 통해 텅스텐 카바이드 파우더(powder)를 동시에 분사하여 적층하는 기술을 제공하는 것이 목적이다. That is, the present invention uses a plurality of hoppers constituting a powder feeder of the DMT equipment, and A131 powder is charged as a metal material to serve as a binder through the first hopper among the plurality of hoppers, And simultaneously tungsten carbide powder is injected through the second hopper and laminated.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 클래딩을 통한 텅스텐 카바이드와 바인더의 적층 방법에 있어서, 텅스텐 카바이드 분말 소재 및 바인더를 복수의 호퍼 상에 각각 준비하는 단계; 및 상기 복수의 호퍼에서 상기 텅스텐 카바이드 분말 소재 및 상기 바인더를 상기 금속 표면 상에 동시에 분사, 적층하고 레이저 클래딩 기술을 이용하여 상기 금속 표면 상에 클래딩층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 바인더는 A131 powder 이다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of laminating a tungsten carbide and a binder through laser cladding, the method comprising: preparing a tungsten carbide powder material and a binder on a plurality of hoppers; And simultaneously spraying and laminating the tungsten carbide powder material and the binder on the metal surface in the plurality of hoppers and forming a cladding layer on the metal surface using a laser cladding technique, A131 powder.

상기 텅스텐 카바이드와 상기 바인더는 Cr, Fe, C를 공통적으로 포함한다.The tungsten carbide and the binder commonly include Cr, Fe, and C, respectively.

상기 텅스텐 카바이드 분말 소재의 Powder size는 37㎛ 이상 90㎛ 미만이다.The powder size of the tungsten carbide powder material is from 37 탆 to less than 90 탆.

상기 바인더의 Powder size는 45㎛이상 150㎛ 미만이다.The powder size of the binder is 45 탆 or more and less than 150 탆.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 레이저 클래딩을 통한 텅스텐 카바이드와 바인더의 적층 방법은 종래에 텅스텐 카바이드 상에 합금을 첨가하는 것에 대해서는 비슷할 수 있지만 근본적인 텅스텐 카바이드의 속성인 내마모성과 경도 등의 특성을 유지하면서 레이저 클래딩 시에 균열 및 포어 등의 결함 발생을 방지하는 공정 조건을 설정하게 한다는 장점이 있다.The method of laminating the tungsten carbide and the binder through the laser cladding according to the present invention as described above can be similar to that of adding an alloy to tungsten carbide in the past, but it is difficult to obtain a tungsten carbide and a binder by maintaining the characteristics such as abrasion resistance and hardness which are fundamental properties of tungsten carbide There is an advantage that process conditions for preventing the occurrence of defects such as cracks and pores in laser cladding are set.

또한, 본 발명은 니켈 및 코발트계 합금보다 비용이 저렴한 저합금강인 A131 분말을 사용하여 더 경제적으로 제작이 가능할 수 있다.Further, the present invention can be manufactured more economically using A131 powder, which is a low alloy steel which is lower in cost than nickel and cobalt based alloys.

이를 통해, 기존의 소결 공정을 통해 제품을 만들었던 것을 대체함으로써 레이저 클래딩 공정을 통해 제품의 기능부에만 텅스텐 카바이드를 적층하여 높은 경도를 확보하고 경제적인 제품 생산을 가능하게 한다.By replacing the product made through the existing sintering process, the laser cladding process enables tungsten carbide to be laminated only on the functional parts of the product, securing high hardness and producing economical products.

도 1은 본 발명에 따라 레이저 클래딩을 수행하는 3D 메탈프린터의 개념을 보인다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따라 텅스텐 카바이드 및 A131 powder 를 금속 시편 상에 공급하여 적층된 클래딩층의 단면 및 내부 조직을 보인다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따라 레이저 클래딩을 통해 이루어진 텅스텐 카바이드와 바인더의 적층 구조에 대한 시험 성적서이다.
1 illustrates the concept of a 3D metal printer that performs laser cladding according to the present invention.
FIGS. 2 and 3 show the cross-section and internal structure of a cladding layer stacked by supplying tungsten carbide and A131 powder onto a metal specimen according to the present invention.
FIGS. 4A and 4B are test results on a laminated structure of tungsten carbide and a binder formed through laser cladding according to the present invention. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of other various forms of implementation, and that these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know completely. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected," "coupled," or "connected. &Quot;

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 레이저 클래딩을 통한 텅스텐 카바이드와 바인더의 적층 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of laminating tungsten carbide and a binder through laser cladding according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.

본 발명에서는 3D 메탈프린팅 방식으로 DMT(Direct Metal Tooling) 3D 금속 프린팅을 적용할 수 있다. DMT 3D 금속 프린팅 기술은 고출력 레이저 빔을 이용하여 금속분말을 녹여 붙이는 방식을 통해, 3D CAD 데이터로부터 복잡한 형상의 금속제품과 금형 등을 빠른 시간 내에 제작할 수있는 신개념의 3D 금속 프린팅 기술이다. DMT 3D 금속 프린팅 기술은‘Powder Bed Fusion'기술로 분류되는 다른 3D 금속 프린터와 달리, 저렴한 일반 산업용 금속 분말을 직접 사용하기 때문에 매우 경제적이고, 프린팅 과정에서 금속분말을 실시간에 공급한다. 그리고 프린팅 과정에서 레이저빔의 조사로 금속분말이 완전 용융된 후 급속응고 되기 때문에 거의 100% 치밀하고 미세한 조직을 갖는 금속제품이 만들어지며, 제작된 금속제품은 대부분의 경우 단조재와 동일하거나 더 우수한 기계적 물성을 갖는다.In the present invention, DMT (Direct Metal Tooling) 3D metal printing can be applied by a 3D metal printing method. DMT 3D metal printing technology is a new concept of 3D metal printing technology that can quickly produce complex shapes of metal products and molds from 3D CAD data by melting metal powder using high power laser beam. Unlike other 3D metal printers, which are classified as 'Powder Bed Fusion' technology, DMT 3D metal printing technology is very economical because it uses inexpensive general industrial metal powder directly and supplies metal powder in real time during printing process. Since the metal powder is completely melted and rapidly solidified by laser beam irradiation during the printing process, a metal product having almost 100% dense and fine structure is produced. In most cases, the manufactured metal product is the same or better than the forging material Mechanical properties.

3D 프린팅 기술에서 3차원 형상은 2차원의 단면들로 구성되어 있고, 3D CAD 모델을 일정한 두께로 슬라이싱하고, 이로부터 산출된 2차원의 단면을 물리적으로 한층 씩 쌓아 올림으로써 3차원 형상이 만들어진다.In 3D printing technology, a three-dimensional shape is composed of two-dimensional cross-sections, and a three-dimensional shape is created by slicing a 3D CAD model to a constant thickness and physically stacking the two-dimensional cross sections calculated therefrom.

DMT 3D 금속 프린팅에서 2차원의 단면에 해당하는 금속 층은 고출력 레이저와 금속분말로 만들어지고, 고출력 레이저 빔을 금속 표면에 국부적으로 조사하면 순간적으로 금속 표면에 용융 풀이 생성되고, 동시에 용융 풀 안으로 정밀하게 제어되는 금속 분말을 실시간으로 공급한다. 금속 분말은 용융 풀에서 완전 용융과 급속 응고과정을 거치게 되는데, 레이저 빔 또는 금속 시편을 3D CAD 모델로부터 산출된 공구 경로에 따라 전후 좌우로 이동시켜 2차원의 단면에 해당하는 금속 층을 만들고, 상기한 공정을 layer-by-layer 방식으로 반복하여 3D CAD 모델과 동일한 금속 제품을 프린트한다.In DMT 3D metal printing, the metal layer corresponding to a two-dimensional cross-section is made of a high-power laser and metal powder. When a high-power laser beam is locally irradiated onto a metal surface, a molten pool is instantly generated on the metal surface, Controlled metal powder in real time. The metal powder is completely melted and rapidly solidified in the molten pool. The laser beam or the metal specimen is moved forward, backward, leftward and rightward according to the tool path calculated from the 3D CAD model to form a metal layer corresponding to a two- Repeat one process in a layer-by-layer fashion to print the same metal product as the 3D CAD model.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 레이저 클래딩을 수행하는 3D 메탈프린터는 기판(10), 기판(10) 상으로 금속 분말을 공급하는 분말 공급부(20) 및 기판(10) 상에 복수의 레이어로 적층이 이루어지는 금속 시편(30)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a 3D metal printer for performing laser cladding according to the present invention includes a substrate 10, a powder supply unit 20 for supplying metal powder onto the substrate 10, And a metal specimen 30 on which lamination is carried out.

분말 공급부(20)는 복수개의 호퍼를 포함할 수 있다.The powder feeder 20 may include a plurality of hoppers.

복수개의 호퍼에서 각각 텅스텐 카바이드 및 바인더를 금속 시편(30) 표면 상에 동시에 레이저 클래딩 기술을 이용하여 클래딩층을 형성한다.A cladding layer is formed on the surface of the metal specimen 30 by using a laser cladding technique simultaneously with tungsten carbide and binder in a plurality of hoppers.

본 발명에서 바인더 기능을 하는 금속재료는 A131 파우더를 채용한다. In the present invention, A131 powder is used as the metallic material functioning as a binder.

즉, 복수개의 호퍼 중 제1 호퍼에서 A131 powder를 공급하는 것과 동시에, 복수개의 호퍼 중 제2 호퍼에서 텅스텐 카바이드(WC)를 분사하여 적층한다.That is, A131 powder is supplied from the first hopper among the plurality of hoppers, and tungsten carbide (WC) is injected from the second hopper among the plurality of hoppers to be stacked.

A131은 선체 구조용 강판에 대한 ASTM 규정이며, plate, shape, bar 등에서 나타나는 규격이며, 일반 강종으로는 A,B,D,E GRADE 가 있다. high strength로는 AH,DH,EH,FH grade가 있다. 강종에 따라 charpy V-notch impact test temperature 가 변동된다.A131 is the ASTM standard for steel plates for hull structural steel, and is a standard for plate, shape, and bar, and general steel grades A, B, D and E GRADE. High strengths include AH, DH, EH, and FH grade. The charpy V-notch impact test temperature varies depending on the grade.

A131은 저탄소강으로서 DMT 장비로 적층했을 경우에 연성(Elongation)이 약 25% 정도로서 양한한 재료이다. 따라서, 취성이 강한 텅스텐 카바이드의 적층 시에 바인더 역할을 하기에 바람직하다. 또한, A131 분말소재의 가격도 저렴하여 경제적이다.A131 is a low-carbon steel, which has a good elongation of about 25% when laminated with DMT equipment. Therefore, it is preferable to serve as a binder when laminating tungsten carbide having high brittleness. In addition, the cost of A131 powder material is low, which is economical.

하기의 표 1은 복수개의 호퍼를 통해 각각 공급하는 텅스텐 카바이드 및 A131 powder의 구체적인 구성 성분 및 함유율을 보인다.Table 1 below shows specific constituents and content of tungsten carbide and A131 powder supplied through a plurality of hoppers, respectively.

Powder Powder CoCo CMnVCMnV CrCr FeFe WW MnMn CuCu SiSi NiNi Powder size(㎛)Powder size (탆) WCWC 12.612.6 5.465.46 0.0960.096 Bal.Honey. 37㎛이상 90㎛미만37 탆 or more and less than 90 탆 A131A131 0.180.18 0.50.5 Bal.Honey. 0.9~1.60.9 to 1.6 0.350.35 0.1~0.50.1 to 0.5 0.40.4 45㎛이상 150㎛미만45 μm or more and less than 150 μm

상기 표 1 상에서 텅스텐 카바이드 및 A131의 함유율의 단위는 wt% 이다. Bal는 balance의 약자이다. In Table 1, the unit of content of tungsten carbide and A131 is wt%. Bal stands for balance.

하기의 표 2는 텅스텐 카바이드 및 A131 powder 를 금속 시편(30) 상에 공급하여 적층되는 조건을 보인다.Table 2 below shows the condition that tungsten carbide and A131 powder are supplied on the metal specimen 30 to be laminated.

NoNo 분말 Disk(%)Powder Disk (%) Laser
Power(W)
Laser
Power (W)
Gas(l/min)Gas (l / min) Scan speed(mm/min)Scan speed (mm / min) Defocusing
(mm)
Defocusing
(mm)
WCWC A131A131 PowderPowder ShieldShield 1One 3030 3030 500500 22 33 850850 +2+2 22 3030 2020 500500 22 33 850850 +2+2 33 2020 3535 900900 22 33 850850 +2+2

하기의 표 3은 Single Bead 단면 상에서 Bead 내부의 WC 분말 정도에 따라 결과물의 비커스 경도를 보인다.Table 3 below shows the Vickers hardness of the result according to the degree of WC powder inside the bead on the single bead cross section.

즉, 공정 조건 실험을 통해 최적의 공정 조건을 선정하였고, 그에 대한 경도를 측정한 결과를 보인다. 구체적으로, 텅스텐 카바이드 분말의 경도와 비교하였고, 3가지 조건 중 1번 조건의 경도가 가장 높게 나왔고 Bead 내 텅스텐 카바이드의 분포도 가장 균일한 것을 알 수 있다.That is, the optimal process conditions are selected through the process condition experiment and the hardness is measured. Specifically, the hardness of the tungsten carbide powder was compared with the hardness of the first condition among the three conditions, and the distribution of the tungsten carbide in the bead was most uniform.

NoNo Bead 내부의
WC 분말
Bead inside
WC powder
1One 22 33
Single Bead
단면
Single Bead
section

Figure pat00001
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00004
Hv(0.1kgf)Hv (0.1 kgf) 1414.91414.9 1074.81074.8 793793 664.1664.1

한편, 도 2,3을 참조하여 본 발명에 따라 레이저 클래딩을 통해 이루어진 텅스텐 카바이드와 바인더의 적층 구조를 설명한다.2 and 3, a laminated structure of tungsten carbide and binder formed through laser cladding according to the present invention will be described.

먼저, 기판과 클래딩의 경계면 상에 균열 및 결함이 없이 깨끗하고, 클래딩 내부에도 결함이 없는 것을 확인할 수 있다.First, it can be confirmed that the interface between the substrate and the cladding is clean without cracks and defects, and there is no defect inside the cladding.

다음으로, 단면을 살펴보면 텅스텐 카바이드가 박혀 있고 그 나머지 조직은 A131 상에 텅스텐 카바이드가 녹으면서 새로운 조직이 형성된 것을 확인할 수 있다.Next, the cross-section shows that the tungsten carbide is embedded and the remaining structure is formed of a new structure while the tungsten carbide is melted on the A131.

도 4를 참조하여, 본 발명에 따라 레이저 클래딩을 통해 이루어진 텅스텐 카바이드와 바인더의 적층 구조에 대한 시험 성적서를 설명한다.Referring to FIG. 4, a test report on a laminated structure of tungsten carbide and a binder formed through laser cladding according to the present invention will be described.

비커스 경도 측정 시에 내부 조직은 평균 1088Hv 로 측정된 것을 확인할 수 있다.The internal structure of the Vickers hardness was measured at an average of 1088 Hv.

기존의 경우에는 Ni 계 또는 Co 계 합금에 내마모성 및 경도 등의 특성을 향상시키기 위하여 텅스텐 카바이드 분말을 섞어 레이저클래딩을 하여 표면층을 생성하게 하는데, 이러한 경우에 표면층의 경도가 텅스텐 카바이드의 경도인 1700HV 정도로 유지되는 것이 아니라 원래의 소재보다 조금 높은 500~700HV의 경도값 만을 나타낸다는 한계가 있었던 점을 본 발명에서는 해소하게 한다.In the conventional case, a tungsten carbide powder is mixed with a Ni-based or a Co-based alloy to improve the abrasion resistance and hardness, and laser cladding is performed to form a surface layer. In this case, the hardness of the surface layer is about 1700 HV, which is the hardness of tungsten carbide The present invention solves the problem that there is a limitation in showing only a hardness value of 500 to 700 HV which is slightly higher than the original material.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 클래딩을 통한 텅스텐 카바이드와 바인더의 적층 방법은 종래에 텅스텐 카바이드 상에 합금을 첨가하는 것에 대해서는 비슷할 수 있지만 근본적인 텅스텐 카바이드의 속성인 내마모성과 경도 등의 특성을 유지하면서 레이저 클래딩 시에 균열 및 포어 등의 결함 발생을 방지하는 공정 조건을 설정하게 한다는 장점이 있다.As described above, the method of laminating the tungsten carbide and the binder through the laser cladding according to the present invention can be similar to that of adding the alloy to the tungsten carbide in the past. However, in the case of maintaining the properties such as abrasion resistance and hardness which are fundamental properties of tungsten carbide There is an advantage that process conditions for preventing the occurrence of defects such as cracks and pores in laser cladding are set.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.It is to be understood that the terms "comprises", "comprising", or "having" as used in the foregoing description mean that the constituent element can be implanted unless specifically stated to the contrary, But should be construed as further including other elements. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (4)

레이저를 사용하여 텅스텐 카바이드 분말 소재를 금속 부품 상에 클래딩하는 방법에 있어서,
텅스텐 카바이드 분말 소재 및 바인더를 복수의 호퍼 상에 각각 준비하는 단계; 및
상기 복수의 호퍼에서 상기 텅스텐 카바이드 분말 소재 및 상기 바인더를 상기 금속 표면 상에 동시에 분사, 적층하고 레이저 클래딩 기술을 이용하여 상기 금속 표면 상에 클래딩층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 바인더는 A131 powder 인,
레이저 클래딩을 통한 텅스텐 카바이드와 바인더의 적층 방법.
CLAIMS 1. A method for cladding a tungsten carbide powder material onto a metal part using a laser,
Preparing a tungsten carbide powder material and a binder on a plurality of hoppers, respectively; And
Forming a cladding layer on the metal surface by using a laser cladding technique, and simultaneously forming a cladding layer on the metal surface by spraying and laminating the tungsten carbide powder material and the binder on the metal surface simultaneously in the plurality of hoppers,
The binder is A131 powder,
Method of laminating tungsten carbide and binder through laser cladding.
제 1 항에 있어서,
상기 텅스텐 카바이드와 상기 바인더는 Cr, Fe, C 를 공통적으로 포함하는,
레이저 클래딩을 통한 텅스텐 카바이드와 바인더의 적층 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the tungsten carbide and the binder commonly include Cr, Fe, and C,
Method of laminating tungsten carbide and binder through laser cladding.
제 1 항에 있어서,
상기 텅스텐 카바이드 분말 소재의 Powder size는 37㎛ 이상 90㎛ 미만인,
레이저 클래딩을 통한 텅스텐 카바이드와 바인더의 적층 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the powder size of the tungsten carbide powder material is not less than 37 [mu] m and less than 90 [
Method of laminating tungsten carbide and binder through laser cladding.
제 1 항에 있어서,
상기 바인더의 Powder size는 45㎛이상 150㎛ 미만인,
레이저 클래딩을 통한 텅스텐 카바이드와 바인더의 적층 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the powder has a powder size of 45 mu m or more and less than 150 mu m,
Method of laminating tungsten carbide and binder through laser cladding.
KR1020160161170A 2016-11-30 2016-11-30 Method for laminating tungsten carbide and binder through laser cladding KR20180061699A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160161170A KR20180061699A (en) 2016-11-30 2016-11-30 Method for laminating tungsten carbide and binder through laser cladding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160161170A KR20180061699A (en) 2016-11-30 2016-11-30 Method for laminating tungsten carbide and binder through laser cladding

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180061699A true KR20180061699A (en) 2018-06-08

Family

ID=62600460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160161170A KR20180061699A (en) 2016-11-30 2016-11-30 Method for laminating tungsten carbide and binder through laser cladding

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180061699A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114438489A (en) * 2021-12-24 2022-05-06 西安陕鼓动力股份有限公司 TRT blade surface laser cladding anticorrosion wear-resistant coating, preparation method and TRT blade

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002178156A (en) * 2000-12-18 2002-06-25 Aiseihaado Kk Welding member using plasma powder welding and welding method for the same
KR20120075178A (en) * 2010-12-28 2012-07-06 주식회사 포스코 Thermal spray coating method using laser and thermal spray coating layer using the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002178156A (en) * 2000-12-18 2002-06-25 Aiseihaado Kk Welding member using plasma powder welding and welding method for the same
KR20120075178A (en) * 2010-12-28 2012-07-06 주식회사 포스코 Thermal spray coating method using laser and thermal spray coating layer using the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114438489A (en) * 2021-12-24 2022-05-06 西安陕鼓动力股份有限公司 TRT blade surface laser cladding anticorrosion wear-resistant coating, preparation method and TRT blade
CN114438489B (en) * 2021-12-24 2023-11-28 西安陕鼓动力股份有限公司 Laser cladding anti-corrosion wear-resistant coating on surface of TRT blade, preparation method and TRT blade

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Svetlizky et al. Laser-based directed energy deposition (DED-LB) of advanced materials
EP3436618B1 (en) Sputtering target assembly having a graded interlayer and methods of making
KR20180115344A (en) FCC materials made of aluminum, cobalt, iron, and nickel, and products made therefrom
JP7116495B2 (en) High carbon cobalt alloy
US20120217226A1 (en) Method and device for producing a component of a turbomachine
JP7018603B2 (en) Manufacturing method of clad layer
Bidare et al. Porosity, cracks, and mechanical properties of additively manufactured tooling alloys: a review
WO2021182050A1 (en) Method for manufacturing additively manufactured article, and additively manufactured article
US20230203625A1 (en) Metal material composition for additively manufactured parts
US20210107060A1 (en) Multi-material tooling and methods of making same
KR20180114226A (en) FCC materials made of aluminum, cobalt, chromium, and nickel, and products made therefrom
CN112839757B (en) Method for laminating cured layers and method for producing laminated molded article
JP2007231349A (en) Metal powder for metal laser sintering
JP6491289B2 (en) Method for producing metal product
KR20180061699A (en) Method for laminating tungsten carbide and binder through laser cladding
CN105798294A (en) Rapid part prototyping method for refractory materials
JP7041042B2 (en) Method of laminating the hardened layer and method of manufacturing the laminated model
KR101869140B1 (en) Shearing mold manufactured by three dimensional metal-printer
US20210222275A1 (en) Bulk metallic glass-based alloys for additive manufacturing
US20240043974A1 (en) Shaped Article Produced From Powder
Badi Effect of Process Parameters on the Quality of 17-4 PH Samples Produced by Directed Energy Deposition
JP2021123750A (en) Cr-Ni BASED ALLOY MEMBER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
JP2019099920A (en) Methods and compositions for making near net shape article
Agyapong Additive Manufacturing of Novel Cemented Carbides with Self-Lubricating Properties
KR102562188B1 (en) Alloy material for metal additive manufacturing, and mold manufactured using the same, a method for manufacturing and repairing metal parts using the sam

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E90F Notification of reason for final refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment