KR20180106877A - 용사용 슬러리 및 용사 피막의 형성 방법 - Google Patents

용사용 슬러리 및 용사 피막의 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 기재의 피용사면에 대한 밀착 강도가 높은 용사 피막을 형성 가능한 용사용 슬러리를 제공한다.
용사용 슬러리는, 기재의 피용사면에 용사하여 피용사면 상에 용사 피막을 형성하기 위한 것이며, 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 50％ 입자 직경 D50이 1㎛ 이상 5㎛ 이하인 용사 입자와, 해당 용사 입자가 분산된 분산매를 함유한다. 그리고, 피용사면의 표면 조도 Ra(단위는 ㎛)와, 용사 입자의 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 10％ 입자 직경 D10(단위는 ㎛)의 비 D10/Ra가 하기 식을 만족시킨다.
0.4＜D10/Ra≤0.9

Description

용사용 슬러리 및 용사 피막의 형성 방법 {THERMAL SPRAY SLURRY AND METHOD OF FORMING THERMAL SPRAYED COAT}
본 발명은 용사용 슬러리 및 용사 피막의 형성 방법에 관한 것이다.
용사법은, 용사 재료를 기재에 분사하여 기재 상에 피막을 형성하는 기술이지만, 용사 입자를 분산매에 분산시킨 슬러리를 용사 재료로서 사용하는 용사법도 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 1을 참조). 종래, 용사법에 있어서는, 기재의 피용사면이 비교적 거친(즉 표면 조도 Ra가 큰) 편이, 기재의 피용사면에 대한 용사 피막의 밀착 강도가 높다고 생각되고 있었다. 그러나, 용사용 슬러리를 용사 재료로서 사용하는 경우에는, 기재의 피용사면이 거칠어도 충분히 높은 밀착 강도가 얻어지지 않는 경우가 있었다.
일본 특허 공개 제2010-150617호 공보
본 발명은, 기재의 피용사면에 대한 밀착 강도가 높은 용사 피막을 형성 가능한 용사용 슬러리 및 용사 피막의 형성 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일 형태에 관한 용사용 슬러리는, 기재의 피용사면에 용사하여 피용사면 상에 용사 피막을 형성하기 위한 용사용 슬러리이며, 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 50％ 입자 직경 D50이 1㎛ 이상 5㎛ 이하인 용사 입자와, 용사 입자가 분산된 분산매를 함유하고, 피용사면의 표면 조도 Ra(단위는 ㎛)와, 용사 입자의 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 10％ 입자 직경 D10(단위는 ㎛)의 비 D10/Ra가 하기 식을 만족시키는 것을 요지로 한다.
0.4＜D10/Ra≤0.9
또한, 본 발명의 다른 형태에 관한 용사 피막의 형성 방법은, 용사 입자와 용사 입자가 분산된 분산매를 함유하는 용사용 슬러리를, 기재의 피용사면에 용사하여, 피용사면 상에 용사 피막을 형성하는 방법이며, 용사 입자의 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 50％ 입자 직경 D50이 1㎛ 이상 5㎛ 이하이고, 피용사면의 표면 조도 Ra(단위는 ㎛)와, 용사 입자의 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 10％ 입자 직경 D10(단위는 ㎛)의 비 D10/Ra가 하기 식을 만족시키는 것을 요지로 한다.
0.4＜D10/Ra≤0.9
본 발명에 따르면, 기재의 피용사면에 대한 밀착 강도가 높은 용사 피막을 형성하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태는 본 발명의 일례를 나타낸 것이며, 본 발명은 본 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 실시 형태에는 다양한 변경 또는 개량을 가하는 것이 가능하며, 이와 같은 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명에 포함될 수 있다.
본 발명자들은 예의 검토한 결과, 용사용 슬러리를 용사 재료로서 사용하는 용사법에 있어서는, 기재의 피용사면이 비교적 거칠지 않은 편이 기재의 피용사면에 대한 용사 피막의 밀착 강도가 높은 경향이 있다는 것을 알아내었다. 특히, 기재의 피용사면의 표면 조도 Ra와, 용사 입자의 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 10％ 입자 직경 D10이 특정한 관계를 갖고 있으면, 기재의 피용사면에 대한 용사 피막의 밀착 강도가 우수하다는 것을 알아내었다.
즉, 본 실시 형태의 용사용 슬러리는, 기재의 피용사면에 용사하여 피용사면 상에 용사 피막을 형성하기 위한 용사용 슬러리이며, 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 50％ 입자 직경 D50이 1㎛ 이상 5㎛ 이하인 용사 입자와, 이 용사 입자가 분산된 분산매를 함유한다. 그리고, 피용사면의 표면 조도 Ra(단위는 ㎛)와, 용사 입자의 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 10％ 입자 직경 D10(단위는 ㎛)의 비 D10/Ra가 하기 식을 만족시킨다.
0.4＜D10/Ra≤0.9
이와 같은 구성의 용사용 슬러리를 사용하여 용사를 행하면, 기재의 피용사면에 대한 밀착 강도가 높은 용사 피막을 형성하는 것이 가능하다.
또한, 상기한 D10, D50이란, 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서 소입경측으로부터의 적산 빈도가 각각 10％, 50％가 되는 입자 직경이다. 이들 D10, D50은, 예를 들어 레이저 회절/산란식 입자 직경 분포 측정 장치를 사용하여 측정할 수 있다.
이하에 본 실시 형태의 용사용 슬러리 및 해당 용사용 슬러리를 사용한 용사 피막의 형성 방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 실시 형태의 용사용 슬러리는, 용사 입자와, 용사 입자가 분산된 분산매를 함유한다. 용사 입자와 분산매를 혼합하여 용사 입자를 분산매에 분산시킴으로써, 용사용 슬러리를 제조할 수 있다.
용사 입자의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 금속 산화물(세라믹스), 금속, 수지, 서멧 등의 입자를 사용할 수 있다.
금속 산화물의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 산화이트륨(Y2O3), 산화알루미늄(Al2O3), 산화규소(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO2)을 사용할 수 있다.
용사 입자의 입자 직경에 대해서는, 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 50％ 입자 직경 D50이 1㎛ 이상 5㎛ 이하일 필요가 있으며, 2㎛ 이상 4㎛ 이하인 것이 바람직하고, 2㎛ 이상 3㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 10％ 입자 직경 D10은, 기재의 피용사면의 표면 조도 Ra와의 사이에 소정의 관계를 만족시킬 필요가 있다. 즉, 피용사면의 표면 조도 Ra(단위는 ㎛)와, 용사 입자의 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 10％ 입자 직경 D10(단위는 ㎛)의 비 D10/Ra가 상기 식을 만족시키고, 0.4 초과 0.9 이하일 필요가 있으며, 0.45 이상 0.7 이하인 것이 바람직하다.
이와 같은 구성의 용사용 슬러리를 사용하여 용사를 행하면, 기재의 피용사면에 대한 밀착 강도가 높은 용사 피막을 형성하는 것이 가능하다.
본 실시 형태의 용사용 슬러리에 있어서의 용사 입자의 농도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 5질량％ 이상 50질량％ 이하로 해도 되고, 보다 바람직하게는 30질량％ 이상 50질량％ 이하이다. 용사 입자의 농도가 30질량％ 이상이면, 용사용 슬러리로부터 단위 시간당 제조되는 용사 피막의 두께가 충분히 커지기 쉽다.
분산매의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 물, 유기 용제, 및 이들 용제 중 2종 이상의 용제의 혼합 용제를 사용할 수 있다. 유기 용제로서는, 예를 들어 메탄올, 에탄올, n-프로필알코올, 이소프로필알코올 등의 알코올류를 사용할 수 있다.
본 실시 형태의 용사용 슬러리는, 목적에 따라 용사 입자, 분산매 이외의 성분을 더 함유해도 된다. 예를 들어, 용사용 슬러리의 성능을 향상시키기 위해, 필요에 따라 첨가제를 더 함유해도 된다. 첨가제로서는, 예를 들어 분산제, 점도 조정제, 응집제, 재분산성 향상제, 소포제, 동결 방지제, 방부제, 곰팡이 방지제를 들 수 있다. 분산제는, 분산매 중에서의 용사 입자의 분산 안정성을 향상시키는 성질을 갖고 있으며, 폴리비닐알코올 등의 고분자형 분산제나, 계면활성제형 분산제가 있다. 이들 첨가제는 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
기재의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 금속(예를 들어 알루미늄), 수지, 세라믹스를 사용할 수 있다. 기재의 피용사면의 표면 조도 Ra는 1.1㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 구성이면, 용사 속도(피막 형성 속도)가 보다 향상된다.
또한, 피용사면에 용사용 슬러리를 용사하기 전에 피용사면에 쇼트 블라스트를 실시해도 된다. 쇼트 블라스트를 실시한 후에 용사용 슬러리를 용사하면, 쇼트 블라스트에 의해 원하는 표면 조도 Ra로 조정한 피용사면에 대하여 용사를 행할 수 있다.
〔실시예〕
이하에 실시예 및 비교예를 나타내어, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
용사 입자인 산화이트륨 입자를 분산매인 물에 혼합하여 분산시켜, 10종의 용사용 슬러리를 제조하였다. 산화이트륨 입자로서, 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 10％ 입자 직경 D10 및 50％ 입자 직경 D50이 상이한 10종 중 어느 1종을 사용함으로써, 10종의 용사용 슬러리를 제조하였다.
10종의 용사용 슬러리 중의 산화이트륨 입자의 농도는, 모두 30질량％이다. 또한, 산화이트륨 입자의 10％ 입자 직경 D10 및 50％ 입자 직경 D50은, 표 1에 기재된 바와 같다. 또한, 산화이트륨 입자의 체적 기준의 적산 입자 직경 분포는, 가부시키가이샤 호리바 세이사꾸쇼제의 레이저 회절/산란식 입자 직경 분포 측정 장치 LA-300을 사용하여 측정하였다.
Figure pat00001
이어서, 피용사면이 되는 판면의 표면 조도 Ra가 여러가지 상이한 판 형상의 기재를 준비하였다. 피용사면의 표면 조도 Ra는, 필요에 따라 쇼트 블라스트를 실시함으로써 조정하였다. 피용사면의 표면 조도 Ra는, 표 1에 기재된 바와 같다. 또한, 이 기재의 재질은 알루미늄이다.
여기서, 피용사면의 표면 조도(산술 평균 조도) Ra의 측정 방법에 대하여 설명한다. 피용사면의 표면 조도 Ra는, JIS B0601에 규정된 방법에 준거하여 측정하였다. 가부시키가이샤 미츠토요제의 표면 조도계 "SV-3000S CNC"를 사용하여 피용사면이 되는 판면의 임의의 5점에서 표면 조도 Ra를 측정하고, 측정한 5점의 표면 조도 Ra의 평균값을 그 피용사면의 표면 조도 Ra로 하였다. 기준선 길이 및 컷오프값은 각각 0.8mm로 하였다.
이 기재의 피용사면에 상기한 용사용 슬러리를 사용하여 용사를 실시하고, 기재의 피용사면에 용사 피막을 형성하였다. 상기한 용사용 슬러리를 사용한 용사는, 프로그레시브 서피스사제의 플라스마 용사 장치 100HE를 사용하여 행하였다. 용사 조건은 이하와 같다.
아르곤 가스의 유량: 180NL/min
질소 가스의 유량: 70NL/min
수소 가스의 유량: 70NL/min
플라스마 출력: 105kW
용사 거리: 76mm
트래버스 속도: 1500mm/s
용사 각도: 90°
슬러리 공급량: 38mL/min
패스수: 50 패스
이어서, 용사에 의해 기재의 피용사면에 형성된 용사 피막에 대하여 평가를 행하였다. 즉, 기재의 피용사면에 대한 용사 피막의 밀착 강도, 용사 속도(피막 형성 속도) 및 용사 피막의 표면 조도 Ra를 평가하였다.
여기서, 용사 피막의 표면 조도(산술 평균 조도) Ra의 측정 방법에 대하여 설명한다. 용사 피막의 표면 조도 Ra는, JIS B0601에 규정된 방법에 준거하여 측정하였다. 가부시키가이샤 미츠토요제의 표면 조도계 "SV-3000S CNC"를 사용하여, 용사 피막의 표면의 임의의 5점에서 표면 조도 Ra를 측정하고, 측정한 5점의 표면 조도 Ra의 평균값을 그 용사 피막의 표면 조도 Ra로 하였다. 기준선 길이 및 컷오프값은 각각 0.8mm로 하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
밀착 강도의 측정 방법은 하기와 같다. 우선, 나사부의 호칭 지름이 M10인 육각 볼트의 헤드부에 쇼트 블라스트를 실시하였다. 블라스트재에는, 유겡가이샤 아키야마 산교제의 갈색 알루미나 A-40을 사용하였다. 이어서, 육각 볼트의 헤드부와 기재의 피용사면에 형성한 용사 피막을 접착제에 의해 접착하고, 가부시키가이샤 시마즈 세이사꾸쇼제의 정밀 만능 시험기 오토그래프를 사용하여 육각 볼트를 인장하여, 인장 시험을 행하였다. 기재의 피용사면과 용사 피막의 계면에 박리가 발생하고, 육각 볼트가 기재로부터 분리된 강도를 용사 피막의 밀착 강도로 하였다. 측정은 4회 행하고, 그 평균값을 측정값으로 하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 6은 D10/Ra가 0.4 초과 0.9 이하라는 조건을 만족시키고 있으므로, 동일한 조건을 만족시키지 않은 비교예 1 내지 4에 비해 밀착 강도가 우수하였다. 특히, 실시예 3은, 4회의 측정 중 2회에 대해서는, 기재의 피용사면과 용사 피막의 계면에는 박리는 발생하지 않고, 육각 볼트의 헤드부와 용사 피막의 계면(접착면)에 박리가 발생하였다. 따라서, 실시예 3은, 참의 밀착 강도는 측정값보다도 크다고 생각된다.
또한, 실시예 1 및 실시예 4는 피용사면의 표면 조도 Ra가 1.1㎛ 이하이기 때문에, 용사 속도가 특히 우수하였다.

Claims (12)

  1. 기재의 피용사면에 용사하여 상기 피용사면 상에 용사 피막을 형성하기 위한 용사용 슬러리이며,
    체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 50％ 입자 직경 D50이 1㎛ 이상 5㎛ 이하인 용사 입자와, 해당 용사 입자가 분산된 분산매를 함유하고,
    상기 피용사면의 표면 조도 Ra(단위는 ㎛)와, 상기 용사 입자의 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 10％ 입자 직경 D10(단위는 ㎛)의 비 D10/Ra가 하기 식을 만족시키는, 용사용 슬러리.
    0.4＜D10/Ra≤0.9
  2. 제1항에 있어서, 상기 피용사면의 표면 조도 Ra가 1.1㎛ 이하인, 용사용 슬러리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용사 입자가 금속 산화물의 입자인, 용사용 슬러리.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 산화물이 산화이트륨인, 용사용 슬러리.
  5. 제3항에 있어서, 상기 금속 산화물이 산화이트륨인, 용사용 슬러리.
  6. 용사 입자와 해당 용사 입자가 분산된 분산매를 함유하는 용사용 슬러리를, 기재의 피용사면에 용사하여, 상기 피용사면 상에 용사 피막을 형성하는 방법이며,
    상기 용사 입자의 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 50％ 입자 직경 D50이 1㎛ 이상 5㎛ 이하이고,
    상기 피용사면의 표면 조도 Ra(단위는 ㎛)와, 상기 용사 입자의 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 10％ 입자 직경 D10(단위는 ㎛)의 비 D10/Ra가 하기 식을 만족시키는, 용사 피막의 형성 방법.
    0.4＜D10/Ra≤0.9
  7. 제6항에 있어서, 상기 피용사면의 표면 조도 Ra가 1.1㎛ 이하인, 용사 피막의 형성 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 피용사면에 쇼트 블라스트를 실시한 후에 상기 용사용 슬러리를 용사하는, 용사 피막의 형성 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 용사 입자가 금속 산화물의 입자인, 용사 피막의 형성 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 용사 입자가 금속 산화물의 입자인, 용사 피막의 형성 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 금속 산화물이 산화이트륨인, 용사 피막의 형성 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 금속 산화물이 산화이트륨인, 용사 피막의 형성 방법.
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