KR20180106878A - 용사용 슬러리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 크랙의 발생을 억제하면서 치밀한 용사 피막을 형성 가능한 용사용 슬러리를 제공한다.
용사용 슬러리는, 용사 입자와, 용사 입자가 분산된 분산매를 함유한다. 그리고, 용사 입자의 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 입자 직경 13.2㎛의 적산 빈도가 95% 이상이고, 또한 입자 직경 0.51㎛의 적산 빈도가 8% 이하이다.

Description

용사용 슬러리 {THERMAL SPRAY SLURRY}
본 발명은 용사용 슬러리에 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). 슬러리를 용사 재료로서 사용하면 치밀한(기공이 적은) 용사 피막이 형성되기 쉽기는 하지만, 용사 피막에 크랙이 발생하는 경우가 있었다.
일본 특허 공개 제2010-150617호 공보
본 발명은, 크랙의 발생을 억제하면서 치밀한 용사 피막을 형성 가능한 용사용 슬러리를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일 형태에 관한 용사용 슬러리는, 용사 입자와, 용사 입자가 분산된 분산매를 함유하는 용사용 슬러리이며, 용사 입자의 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 입자 직경 13.2㎛의 적산 빈도가 95% 이상이고, 또한 입자 직경 0.51㎛의 적산 빈도가 8% 이하인 것을 요지로 한다.
본 발명에 따르면, 크랙의 발생을 억제하면서 치밀한 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 실시 형태의 용사용 슬러리는, 용사 입자와, 용사 입자가 분산된 분산매를 함유한다. 그리고, 이 용사 입자의 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 입자 직경 13.2㎛의 적산 빈도가 95% 이상이고, 또한 입자 직경 0.51㎛의 적산 빈도가 8% 이하이다.
이와 같은 구성의 용사용 슬러리를 사용하여 용사를 행하면, 소입경(입자 직경 0.51㎛ 이하)의 용사 입자의 비율이 적기 때문에, 크랙의 발생을 억제하면서 치밀한 용사 피막을 형성하는 것이 가능하다.
이하에 본 실시 형태의 용사용 슬러리에 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 직경 분포에 대해서는, 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 입자 직경 13.2㎛의 적산 빈도가 95% 이상이고, 또한 입자 직경 0.51㎛의 적산 빈도가 8% 이하이지만, 입자 직경 5.1㎛의 적산 빈도가 75% 이상이어도 된다. 이와 같은 구성이면, 치밀함이 보다 높고(즉, 기공이 보다 적고) 또한 표면 조도 Ra가 우수한 용사 피막을 형성하는 것이 가능하다.
특허문헌 1에는, 치밀한 용사 피막을 형성하는 관점에서 "산화이트륨 입자의 평균 입자 직경(체적 평균 직경)은 6㎛ 이하이다. 산화이트륨 입자의 평균 입자 직경이 작아질수록 용사용 슬러리로 형성되는 용사 피막 중의 기공률이 작아지는 결과, 용사 피막의 내플라스마 이로전성은 향상된다"고 기재되어 있다. 그에 대해, 본 발명자들은, 입자 직경을 지나치게 작게 하면 용사 피막에 크랙이 발생하기 쉬워지는 것을 알아내고, 입자 직경 0.51㎛의 적산 빈도를 8% 이하로 제한함으로써 크랙의 발생을 억제하면서 치밀한 용사 피막이 얻어지는 것을 알아내었다.
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.
또한, 본 실시 형태의 용사용 슬러리의 점도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 3.7mPa·s 이상 4.6mPa·s 이하로 해도 된다. 이와 같은 구성이면, 용사 피막의 표면 조도가 작아지기 쉽다는 효과가 발휘된다.
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.
〔실시예〕
이하에 실시예 및 비교예를 나타내어, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
용사 입자인 산화이트륨 입자를 분산매인 물에 혼합하여 분산시켜, 9종의 용사용 슬러리를 제조하였다. 산화이트륨 입자로서, 성상(체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 입자 직경 0.51㎛, 5.1㎛, 및 13.2㎛의 적산 빈도, 및 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서 소입경측으로부터의 적산 빈도가 50%가 되는 입자 직경(이하 "D50"이라 기재함))이 상이한 9종 중 어느 1종을 사용함으로써, 9종의 용사용 슬러리를 제조하였다.
9종의 용사용 슬러리 중의 산화이트륨 입자의 농도는, 모두 30질량%이다. 또한, 산화이트륨 입자의 성상, 즉 상기 3개의 적산 빈도 및 D50은, 표 1에 기재된 바와 같다. 또한, 9종의 용사용 슬러리의 점도는 표 1에 기재된 바와 같다.
또한, 산화이트륨 입자의 입자 직경이나 체적 기준의 적산 입자 직경 분포는, 가부시키가이샤 호리바 세이사꾸쇼제의 레이저 회절/산란식 입자 직경 분포 측정 장치 LA-300을 사용하여 측정하였다. 또한, 용사용 슬러리의 점도는 B형 점도계를 사용하여 측정하였다.
Figure pat00001
이어서, 기재를 준비하여, 상기한 용사용 슬러리를 사용하여 기재에 용사를 실시하고, 기재 표면에 용사 피막을 형성하였다. 이 기재의 재질은 알루미늄이다. 또한, 용사를 실시하는 기재 표면에 대하여 쇼트 블라스트가 실시되어 있으며, 그 표면의 표면 조도 Ra는 1.1㎛가 되어 있다.
표면 조도(산술 평균 조도) Ra는, JIS B0601에 규정된 방법에 준거하여 측정하였다. 가부시키가이샤 미츠토요제의 표면 조도계 "SV-3000S CNC"를 사용하여, 기재 표면(피용사면)의 임의의 5점에서 표면 조도 Ra를 측정하고, 측정한 5점의 표면 조도 Ra의 평균값을 그 기재 표면의 표면 조도 Ra로 하였다. 기준선 길이 및 컷오프값은 각각 0.8mm로 하였다.
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 기재 상에 형성된 용사 피막에 대하여 평가를 행하였다. 즉, 크랙의 유무, 치밀함(기공률) 및 표면 조도 Ra를 평가하였다. 우선, 크랙의 유무의 평가 방법을 하기에 나타낸다.
용사 피막을 형성한 기재를 절단하고, 2종 혼합 경화성 수지에 포매하였다. 그리고, 얻어진 포매물을 연마함으로써, 용사 피막의 단면을 경면 연마하였다. 이 단면을 주사형 전자 현미경으로 관찰함으로써, 크랙의 유무를 확인하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에 있어서는, 용사 피막에 크랙이 확인된 경우에는 ×표, 확인되지 않은 경우에는 ○표로 표시하였다.
치밀함(기공률)의 평가 방법은 하기와 같다. 크랙의 유무의 평가 방법에서 사용한 포매물에 있어서의 용사 피막의 단면을, 현미경을 사용하여 1000배로 확대하여 촬영하였다. 얻어진 화상 데이터를, 가부시키가이샤 닛폰 로퍼제의 화상 해석 소프트웨어 이미지-프로 플러스를 사용하여 화상 해석함으로써 기공률을 산출하였다. 화상 해석에 있어서는, 기공부와 고상부를 분리하는 2치화를 행하고, 전체 단면적에 차지하는 기공부의 면적의 비율로서 규정되는 기공률(%)을 산출하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에 있어서는, 용사 피막에 크랙이 발생하여 기공률의 측정을 할 수 없는 경우에는 ×표, 기공률이 1% 초과 3% 이하인 경우에는 △표, 기공률이 1% 이하인 경우에는 ○표로 표시하였다.
표면 조도 Ra의 평가 방법은 하기와 같다. 기재 상에 형성된 용사 피막의 표면의 표면 조도(산술 평균 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. 표 1에 있어서는, 표면 조도 Ra의 측정값이 1.0㎛ 미만인 경우에는 ○표, 1.0㎛ 이상 1.5㎛ 이하인 경우에는 △표로 표시하였다.
표 1에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1, 2는 용사 피막에 크랙이 발생하였으며, 기공률의 측정을 할 수 없었다. 이에 비해, 실시예 1 내지 7은 용사 피막에 크랙이 발생하지 않고, 기공률도 작고, 표면 조도도 우수하였다. 특히, 실시예 1 내지 4는 기공률이 특히 작고, 표면 조도도 특히 우수하였다.

Claims (7)

  1. 용사 입자와, 상기 용사 입자가 분산된 분산매를 함유하는 용사용 슬러리이며, 상기 용사 입자의 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 입자 직경 13.2㎛의 적산 빈도가 95% 이상이고, 또한 입자 직경 0.51㎛의 적산 빈도가 8% 이하인, 용사용 슬러리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용사 입자의 체적 기준의 적산 입자 직경 분포에 있어서의 입자 직경 5.1㎛의 적산 빈도가 75% 이상인, 용사용 슬러리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 점도가 3.7mPa·s 이상 4.6mPa·s 이하인, 용사용 슬러리.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용사 입자가 금속 산화물의 입자인, 용사용 슬러리.
  5. 제3항에 있어서, 상기 용사 입자가 금속 산화물의 입자인, 용사용 슬러리.
  6. 제4항에 있어서, 상기 금속 산화물이 산화이트륨인, 용사용 슬러리.
  7. 제5항에 있어서, 상기 금속 산화물이 산화이트륨인, 용사용 슬러리.
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