KR20190055659A - Surface coating method of the metal seat ball valve using pack cementation and the metal seat ball valve having the coating layer using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 팩 시멘테이션(pack cementation)을 이용한 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법에 관한 것으로, 상세하게는 팩 시멘테이션을 이용한 슬러리 라인용 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 소정 함량비를 구비한 팩 혼합물을 이용하여 소재의 표면에 팩 시멘테이션 공정을 수행하여 크롬 코팅막을 형성함으로써 고내식성, 고경도, 내마모 마식에 대한 저항성이 매우 우수한 슬러리 라인용 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a surface coating method of a metal sheet ball valve using pack cementation, and more particularly, to a surface coating method of a metal sheet ball valve for a slurry line using packing. More specifically, a packed mixture having a predetermined content ratio is used to perform a packing process on a surface of a material to form a chromium-coated film, whereby a slurry line having excellent resistance to high corrosion resistance, high hardness, To a surface coating method of a metal sheet ball valve.
볼 밸브는 산업설비에 매우 다양하게 그리고 빈번히 적용되고 있다.Ball valves are widely and frequently applied to industrial installations.
석유화학 플랜트, 원자력발전소나 화력발전소의 유체 공급장치를 비롯한 각종 구동제어장치에 적용되는 볼 밸브는 대부분 동, 황동, 스테인레스 재질로 제품화되고 있다. The ball valves used in petrochemical plants, fluid supply systems of nuclear power plants and thermal power plants, and various drive control devices are mostly made of copper, brass and stainless steel.
석유화학 플렌트 시장은 지속적으로 성장하고 있고, 이에 따라 석유화학 플렌트의 공정에서 관로 동작 신뢰성의 중요성 또한 지속적으로 증가하고 있으며 관로의 주요 부품 중 하나인 볼 밸브의 문제는 석유화학 플렌트 전체의 동작정지로 이어져 많은 경제적 손실을 초래하기도 한다.The petrochemical plant market is steadily growing. Therefore, the importance of pipeline operation reliability in the petrochemical plant process is continuously increasing. The problem of the ball valve, which is one of the main components of pipelines, It also leads to a lot of economic losses.
이에 볼 밸브와 같은 부품의 빠른 교체와 더불어 안정적인 수명을 확보하는 것은 매우 중요한 문제로 인식되고 있고, 석유화학 플렌트 설비에 사용되는 부품들은 고온, 고압 및 높은 산화분위기에서 사용되고 있어 우수한 기계적 특성을 요구하며 대부분 수입에 의존하고 있는 실정이다.Therefore, it is recognized that it is a very important problem to secure a stable life along with the rapid replacement of parts such as ball valves. Parts used in petrochemical plant equipment are used in high temperature, high pressure and high oxidizing atmosphere and require excellent mechanical properties Most depend on imports.
특히 슬러리 라인에 사용되는 볼 밸브는 보일러 배기가스의 황(S) 성분을 제거하기 위해 중화제로 사용되는 석회가 화합물을 만들고, 석탄재 등에 함유된 광물과 엉켜서 만들어진 고경도 슬러리를 형성하여 움직이기 때문에 강한 화학반응과 표면 마모가 동시에 극한 상황을 만들게 되어 손실을 입히게 된다.In particular, the ball valve used in the slurry line is made of a lime compound used as a neutralizing agent to remove sulfur (S) component of the boiler exhaust gas and forms a high-hardness slurry formed by coalescence with the minerals contained in coal ash Chemical reactions and surface wear are both extreme and lead to losses.
메탈 시트 볼 밸브의 경우 밸브의 시트(seat) 및 볼(ball)에 마식 및 스크래치 등이 발생하여 증기가 누설되는 현상이 자주 발생하게 된다.In the case of the metal seat ball valve, steam and scratch are generated in the seat and ball of the valve, and the steam is frequently leaked.
이러한 부품들의 경우 국내 조달이 어려워 해외 제작사에 미리 구매요청을 하여야 하며, 항상 긴급 정비를 대비한 여유부품(Spare)를 보유하고 있어야 하므로 관리비가 과다하게 발생하고, 사용수명을 견디지 못하고 조기에 파손되는 문제가 있어, 국내 설계/제작기술뿐만 아니라, 부식 및 내마모성을 향상시키는 기술이 동시에 개발되어야 하는 실정이다.In case of these parts, it is difficult for domestic procurement to make a purchase request to an overseas production company. Since it is necessary to always have a spare part in preparation for emergency maintenance, an excessive maintenance fee is incurred, There is a problem, and a technology for improving corrosion and abrasion resistance as well as domestic design / manufacture technology must be developed at the same time.
이러한 문제점을 해결하기 위해 CVD에 의한 코팅 방법 등이 실행되고 있으나 이는 매우 고가의 방법일 뿐만 아니라, 고온 내압성이 필요한 일부 제한된 부품에만 적용가능하다는 단점을 가진다.In order to solve these problems, a coating method using CVD has been carried out. However, this method is not only a very expensive method but also has a disadvantage that it can be applied to only a limited part requiring high temperature resistance.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 기술적 구성에 의한 목적은 소정 함량비를 구비한 팩 혼합물을 이용한 팩 시멘테이션을 통해 고내식성, 고경도, 내마모 마식에 대한 저항성이 향상된 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the technical composition of the present invention to provide a high- And a method of coating a surface of a metal sheet ball valve with improved resistance to abrasion.
이러한 목적 달성을 위한 본 발명은 팩 혼합물을 준비하는 단계; 팩에 철계 모재 및 팩 혼합물 분말을 투입하는 단계; 철계 모재 및 팩 혼합물 분말이 투입된 팩이 진공 챔버에 잠입되는 단계; 진공 챔버를 작동하는 단계; 진공 챔버 내부의 온도를 공정온도까지 승온시키는 단계; 및 승온된 공정온도에서 기 설정된 시간동안 가열하여 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 팩 혼합물 분말은 크롬, 활성제 및 불활성제를 포함하는 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법을 제공한다.To this end, the present invention provides a method for preparing a packed product, Charging an iron base material and a pack mixture powder into a pack; A step in which the pack into which the iron base material and the pack mixture powder are injected is infiltrated into the vacuum chamber; Operating a vacuum chamber; Heating the inside of the vacuum chamber to a process temperature; And heating the mixture at an elevated temperature for a predetermined period of time to form a coating layer, wherein the pack mixture powder comprises chromium, an activator and an inactivating agent.
또한, 상기 철계 모재는 스테인리스 소재일 수 있다.Further, the iron base material may be a stainless steel material.
또한, 상기 철계 모재는 SUS316이며, 탄소(C)는 0.08 이하의 중량%를 포함하고, 크롬(Cr)은 16.0 내지 18.0 중량%, 니켈(Ni)은 10.0 내지 14.0 중량% 및 몰리브덴(Mo)은 2.0 내지 3.0 중량%를 포함할 수 있다.The chrome (Cr) content is 16.0 to 18.0 wt%, the nickel (Ni) content is 10.0 to 14.0 wt%, and the molybdenum (Mo) content is 0.02 wt% or less. 2.0 to 3.0% by weight.
또한, 상기 팩 혼합물 분말은 크롬분말 5 내지 15 중량%, 활성제 0.05 내지 5 중량% 및 불활성제 80 내지 90 중량%를 포함할 수 있다.In addition, the pack mixture powder may contain 5 to 15% by weight of the chromium powder, 0.05 to 5% by weight of the activator, and 80 to 90% by weight of the deactivator.
또한, 상기 공정온도는 1055℃ 내지 1060℃일 수 있다.The process temperature may be in the range of 1055 ° C to 1060 ° C.
또한, 상기 기 설정된 시간은 9시간 내지 11시간, 바람직하게는 10시간일 수 있다.The predetermined time may be 9 hours to 11 hours, preferably 10 hours.
또한, 상기 팩 혼합물 분말은 크롬분말과 불활성제를 1:8 내지 1:15의 중량비로 포함할 수 있다.In addition, the pack mixture powder may contain chromium powder and deactivator in a weight ratio of 1: 8 to 1:15.
또한, 상기 진공 챔버를 작동하는 단계는 상기 진공 챔버의 내부가 0.5 내지 1.5mTorr의 진공도로 진공화되는 단계; 및 진공 챔부의 내부에 불활성 가스가 공급되어 퍼징하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step of operating the vacuum chamber may include evacuating the interior of the vacuum chamber to a vacuum degree of 0.5 to 1.5 mTorr; And purging the interior of the vacuum chamber with an inert gas supplied thereto.
또한, 상기 불활성 가스는 아르곤(Ar) 가스 또는 헬륨(He) 가스 일 수 있다.In addition, the inert gas may be argon (Ar) gas or helium (He) gas.
또한, 상기 메탈시트 볼 밸브는 슬러리용 메탈시트 볼 밸브 일 수 있다.Also, the metal sheet ball valve may be a metal sheet ball valve for slurry.
이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 열화학적 방법에 의한 일정 조성을 함유한 팩 혼합물을 이용하여 소재의 표면에 팩 시멘테이션을 통해 크롬코팅을 형성시키는 것에 의해 밀착력이 우수할 뿐만 아니라 고경도, 내마모, 내식성 등이 우수한 메탈시트 볼 밸브를 제조할 수 있다.As described above, according to the present invention, a chromium coating is formed on the surface of a material by packing using a pack mixture containing a constant composition by a thermochemical method, so that not only the adhesion is excellent, but also the hardness, , The corrosion resistance, and the like can be manufactured.
또한 스테인리스 부품의 경우 표면에 1,200Hv 이상의 경도를 가진 표면층을 제품 전체에 고르게 구현할 수 있게 되어 제품의 사용 수명을 증가시키고 신뢰성을 증가시킬 수 있다.In addition, in the case of stainless steel parts, the surface layer having hardness of 1,200 Hv or more on the surface can be uniformly applied throughout the product, thereby increasing the service life and reliability of the product.
또한 팩 크로마이징 공정을 통해 크롬카바이드(C-Cr)를 형성하는 표면처리의 경우 재현성과 용이한 공정관리가 가능하게 되고, 산포도가 적은 우수한 품질의 제품을 안정적으로 공급할 수 있게 된다.In addition, in the case of the surface treatment for forming chromium carbide (C-Cr) through the pack chroming process, reproducibility and easy process control become possible, and a product of excellent quality with a small scattering degree can be stably supplied.
나아가 본 발명에 따른 제조방법은 제품의 형상에 영향을 받지 않고, 철계의 소재에 모두 표면처리가 가능하기 때문에 발전용 부품 전반으로 확대 적용이 가능하다.Further, the manufacturing method according to the present invention is not affected by the shape of the product, and can be applied to all parts of the power generation part because the surface treatment can be performed on all the iron-based materials.
도 1은 본 발명에 따른 팩 시멘테이션을 이용한 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법의 공정을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 코팅단계에서 볼 밸브와 밸브 시트가 진공 챔버에 장입된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 볼 밸브의 표면에 형성된 크롬화합물층의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따라 제작된 볼 밸브의 코팅층 깊이별 경도를 측정한 결과를 그래프로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 제작된 볼 밸브의 마찰계수를 측정한 결과를 그래프로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따라 제작된 볼 밸브의 염수분무 테스트 결과를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따라 제작된 볼 밸브의 내산성 시험결과를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따라 제작된 볼 밸브에 대한 내알카리성 시험결과를 보여주는 도면이다.1 is a view showing a process of a surface coating method of a metal sheet ball valve using packing according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing a state where a ball valve and a valve seat are charged into a vacuum chamber in a coating step according to the present invention. FIG.
3 is a cross-sectional view of a chromium compound layer formed on the surface of a ball valve according to the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the hardness of the ball valve according to the present invention measured by the depth of the coating layer.
FIG. 5 is a graph showing a result of measurement of a friction coefficient of a ball valve manufactured according to the present invention.
6 is a graph showing the results of a salt water spray test of a ball valve manufactured according to the present invention.
7 is a view showing the results of an acid resistance test of a ball valve manufactured according to the present invention.
8 is a graph showing the results of the alkali resistance test on the ball valve manufactured according to the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법, 구체적으로는 팩 시멘테이션을 통한 표면코팅 공정을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a surface coating method of a metal sheet ball valve according to the present invention, specifically, a surface coating process through packing.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법은 팩 혼합물을 준비하는 단계(제1단계), 팩에 철계 모재 및 팩 혼합물 분말을 투입하는 단계(제2단계), 철계 모재 및 팩 혼합물 분말이 투입된 팩이 진공 챔버에 잠입되는 단계(제3단계), 진공 챔버를 작동하는 단계(제4단계), 진공 챔버 내부의 온도를 공정온도까지 승온시키는 단계(제5단계) 및 상기 제5단계에서 승온된 공정온도에서 소정시간 동안 가열하여 크롬화합물 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다. Referring to FIG. 1, the surface coating method of a metal sheet ball valve according to the present invention includes a step (step 1) of preparing a pack mixture, a step (step 2) of charging an iron- A step of infiltrating the pack into which the base material and the pack mixture powder are injected into the vacuum chamber (third step), a step of operating the vacuum chamber (fourth step), a step of raising the temperature inside the vacuum chamber to the process temperature And forming a chromium compound coating layer by heating at a process temperature raised in the fifth step for a predetermined period of time.
상기한 제조방법에 따라 볼 밸브의 표면에 팩 시멘테이션의(pack cementation) 일종인 팩 크로마이징(pack chromizing) 공정을 수행함으로써 고경도, 내마모, 고내식성을 갖춘 크롬화합물 코팅층을 형성하게 된다.According to the above-described manufacturing method, the surface of the ball valve is subjected to a pack chromizing process, which is a type of pack cementation, to form a chromium compound coating layer having high hardness, abrasion resistance and high corrosion resistance.
팩 시멘테이션은 철계 모재를 코팅하여 내산화성 같은 기계적 물성을 철계 모재에 부여하는 기술로, 간단하고 경제적인 코팅 기술의 하나이다. 또한, 팩 시멘테이션은 다른 일반적인 코팅 기술에 비해, 3차원 형상의 철계 모재에 대해서도 전면적으로 균일한 코팅막을 형성할 수 있는 장점이 있다.Packing is a simple and economical coating technology that applies mechanical properties such as oxidation resistance to an iron base material by coating an iron base material. Further, the packing is advantageous in that a uniform coating film can be formed over the entire surface of a three-dimensional iron base material as compared with other general coating techniques.
일반적으로, 철계 모재, 반응 금속[크롬(Cr), 알루미늄(Al), 규소(Si) 등], 활성제 및 불활성제가 팩에 투입되는 단계와, 팩이 가열됨으로써 철계 모재에 코팅막이 형성되는 단계로 이루어진다. 활성제는 반응 금속과 반응하여 코팅막 형성을 돕는다. 불활성제는 코팅이 진행되는 통안 철계 모재의 소결을 방지하는 기능을 한다.Generally, a step of charging an iron base material, a reaction metal (Cr, Al, Si, etc.), an activator and an inert material into a pack, and a step of forming a coating film on the base material by heating the pack . The activator reacts with the reactive metal to help form a coating film. The deactivator functions to prevent the sintering of the cast iron base material from being coated.
팩 시멘테이션은 반응 금속의 종류에 따라, 크로마이징(Chromizing), 알루미나이징(Aluminizing), 실리코나이징(Siliconizing) 등으로 나눌 수 있으며, 본 발명은 이들 중 크로마이징과 관련된다.The packing can be divided into Chromizing, Aluminizing and Siliconizing depending on the type of the reaction metal, and the present invention relates to chromiuming.
본 발명에 따른 메탈시트 볼 밸브 제조방법은 팩 시멘테이션(크로마이징)을 이용하여 철계 모재에 크롬코팅막을 형성하는 것을 특징으로 하며, 이하에서는 코팅막의 제조방법을 각 단계별로 기술한다.The method of manufacturing a metal-sheet ball valve according to the present invention is characterized by forming a chromium-coated film on an iron-based base material by using packing (chromating). Hereinafter, a method of manufacturing a coating film will be described step by step.
제1단계는 팩 혼합물 분말을 준비하는 단계이다. 이때, 팩 혼합물 분말은 크롬(Cr), 활성제 및 불활성제를 포함한다.The first step is preparing the pack mixture powder. At this time, the pack mixture powder contains chromium (Cr), an activator and an inactivating agent.
크롬 분말은 5 내지 15 중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 10 중량% 포함될 수 있다. 이때 5 중량% 미만이면, 코팅막이 너무 얇게 형성되거나 코팅막의 경도가 목표한 바대로 형성되기 어렵고, 반대로 15 중량%를 초과하면, 크롬분말이 불활성제 분말과 뭉쳐지면서, 철계 모재의 표면에 불필요한 물질이 첨가되게 되어 다공성 구조가 될 우려가 있고 코팅층이 불필요하게 두꺼워져 경제성이 떨어질 수 있다.The chromium powder may be contained in an amount of 5 to 15% by weight, and preferably 5 to 10% by weight. If the amount is less than 5% by weight, the coating film is too thin or the hardness of the coating film is difficult to achieve as desired. On the other hand, if the content exceeds 15% by weight, chromium powder is aggregated with the inert powder, There is a possibility that the porous structure will be added and the coating layer will become unnecessarily thick, which may result in poor economical efficiency.
활성제는 코팅막을 이루게 될 크롬과 반응하면서, 코팅막 형성에 기여하는 역할을 한다. 활성제는 공지의 할로겐화 염(halide salt)일 수 있으며, 어느 특정 물질로 한정되는 것은 아니다. 활성제는 0.05 내지 5 중량% 포함될 수 있다. 이때 0.05 중량% 미만이거나 5 중량%를 초과하면, 불균일한 코팅막이 형성되거나 코팅층 내부에 얼룩이 발생하여 원하는 기계적 물성을 가진 코팅층을 형성하기 어려울 수 있다.The activator reacts with chromium to form a coating film, and plays a role in contributing to the formation of a coating film. The activator may be a known halide salt, and is not limited to any particular substance. The active agent may be included in an amount of 0.05 to 5% by weight. If it is less than 0.05 wt% or more than 5 wt%, it may be difficult to form a coating layer having a desired mechanical property because a non-uniform coating film is formed or unevenness occurs in the coating layer.
불활성제는 코팅막이 형성되는 과정에서, 철계 모재의 소결을 방지한다. 불활성제로는 공지의 불활성제가 이용될 수 있으며, 어느 특정 물질로 한정되는 것은 아니다. 불활성제는 80 내지 90 중량% 포함될 수 있고 바람직하게는 85 내지 90 중량% 포함될 수 있다. 이때 80 중량% 미만이면, 코팅막을 이루게 될 금속 성분들의 침투 및 확산이 원하는 만큼 이루어지지 않을 수 있고, 90 중량%를 초과하면 코팅막의 형성이 늦어져 기계적 물성이 원하는 수준으로 달성되기 어렵다.The deactivator prevents the sintering of the iron base material in the process of forming the coating film. As the inert gas, a known inert gas may be used and is not limited to any particular substance. The deactivator may be contained in an amount of 80 to 90% by weight, and preferably 85 to 90% by weight. If it is less than 80% by weight, penetration and diffusion of metal components to be formed into a coating film may not be achieved as desired, and if it exceeds 90% by weight, formation of a coating film may be delayed.
한편, 팩 혼합물은 상기 크롬분말과 상기 불활성제를 1:8 내지 1:15의 중량비로, 바람직하게는 1:8.5 내지 1:10 중량비, 더욱 바람직하게는 1:8.5 내지 1:9.5의 중량비로 포함할 수 있다. 이때 크롬분말과 불활성제의 혼합 비율이 1:8 내지 1:15를 벗어나게 되는 경우 코팅층이 불량하고 탈탄현상이 발생하거나, 코팅층 표면에 얼룩이 발생할 우려가 있다.On the other hand, the pack mixture contains the chromium powder and the deactivator in a weight ratio of 1: 8 to 1:15, preferably 1: 8.5 to 1:10, more preferably 1: 8.5 to 1: 9.5 . At this time, if the mixing ratio of the chromium powder and the deactivator is out of the range of 1: 8 to 1:15, there is a fear that the coating layer is defective, decarburization occurs, or the surface of the coating layer is uneven.
제2단계는 팩에 철계 모재 및 팩 혼합물 분말이 투입되는 단계이다. 철계 모재는 철을 포함하는 합금, 고용체, 또는 강(steel)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2단계에 따르면 철계 모재는 팩 내에서 팩 혼합물 분말에 완전히 묻히게 된다. 본 발명에서는 철계 모재로서 스테인리스인 SUS316을 사용하고 있으며, SUS316은 탄소(C)가 0.08 중량% 이하로 포함되어 있다. 또한 SUS316은 탄소(C)이외에도 크롬(Cr)은 16.0 내지 18.0 중량%, 니켈(Ni)은 10.0 내지 14.0 중량%, 몰리브덴(Mo)은 2.00 내지 3.00 중량%를 포함할 수 있다.The second step is the step of charging the iron base material and the pack mixture powder into the pack. The iron-based base material may be, but is not limited to, an alloy including iron, solid solution, or steel. According to the second step, the iron base material is completely embedded in the pack mixture powder in the pack. In the present invention, stainless steel SUS316 is used as the iron base material, and SUS316 contains 0.08 wt% or less of carbon (C). SUS316 may contain 16.0 to 18.0 wt% of chromium (Cr), 10.0 to 14.0 wt% of nickel (Ni), and 2.00 to 3.00 wt% of molybdenum (Mo) in addition to carbon (C).
제3단계는 철계 모재 및 팩 혼합물 분말이 투입된 팩이 진공 챔버에 장입되는 단계이다. The third step is a step in which the pack containing the iron base material and the pack mixture powder is charged into the vacuum chamber.
제4단계는 진공 챔버를 작동하는 단계이다. 진공 챔버를 조작하여 진공 챔버 내부의 진공도를 설정함으로써, 진공 챔버 내부에 포함된 반응을 저해하는 물질인 수분, 산소, 기타 불순물 등을 진공 챔버 밖으로 배출할 수 있다. 이때 진공도는 0.5 내지 1.5mTorr일 수 있다. 진공도가 1.5mTorr를 초과하면, 코팅막 형성 과정에서, 진공 챔버 내부에 잔존하는 수분, 산소 등으로 인해 불필요한 반응, 예를 들면, 철계 모재의 산화반응 등이 일어날 수 있다. 이에 더하여 코팅막 형성 과정에서 일어나는 반응들의 반응속도 또한 저하될 수 있다. 그러나 진공도가 0.5mTorr 미만으로 설정되더라도 진공도가 0.5mTorr 이상일 때와 비교하여 코팅막의 기계적 특성에는 크게 차이가 나지 않는다. The fourth step is to operate the vacuum chamber. By setting the degree of vacuum inside the vacuum chamber by operating the vacuum chamber, moisture, oxygen, and other impurities, which are substances that hinder the reaction contained in the vacuum chamber, can be discharged out of the vacuum chamber. At this time, the degree of vacuum may be 0.5 to 1.5 mTorr. If the vacuum degree exceeds 1.5 mTorr, an unnecessary reaction, for example, an oxidation reaction of the iron base material, may occur due to moisture, oxygen, etc. remaining in the vacuum chamber during the coating film formation process. In addition, the reaction rate of reactions occurring during the coating film formation process may also be lowered. However, even if the degree of vacuum is set to less than 0.5 mTorr, the mechanical characteristics of the coating film are not significantly different from those when the degree of vacuum is 0.5 mTorr or more.
진공 챔버 내부에는 불활성 가스가 공급될 수 있다. 불활성 가스로는 아르곤(Ar) 가스 또는 헬륨(He) 가스 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 진공 챔버 내부가 기 설정된 진공도로 진공화된 이후 불활성 가스가 진공 챔버 내부로 공급될 수 있다. 불활성 가스는 진공 챔버 내부에 충전되면서 진공 챔버 내부에 잔류하고 있는 수분과 공기를 외부로 배출할 수 있으며, 이를 퍼징이라 한다. 불활성 가스는 진공 챔버 내부로, 빠른 유속으로 수 회 공급됨으로써 퍼징을 효과적으로 수행할 수 있다.An inert gas may be supplied into the vacuum chamber. The inert gas may be, but is not limited to, argon (Ar) gas or helium (He) gas. After the inside of the vacuum chamber is evacuated to a predetermined degree of vacuum, an inert gas may be supplied into the vacuum chamber. The inert gas is discharged into the vacuum chamber while discharging moisture and air remaining in the vacuum chamber while being filled in the vacuum chamber. This is referred to as purging. The inert gas is supplied to the inside of the vacuum chamber several times at a high flow rate, thereby effectively performing purging.
제5단계는 진공 챔버 내부의 온도를 승온시키는 단계이다. 이러한 승온 단계는 앞서 언급한 진공화 및 불활성 가스 공급 이후에 이루어질 수 있다. 이때 승온 과정에서 진공 챔버가 수축되는 등의 손상을 방지하기 위해 불활성 가스의 분압이 일정하게 유지될 수 있다.The fifth step is a step of raising the temperature inside the vacuum chamber. Such a temperature elevation step may be performed after the aforementioned vacuuming and inert gas supply. At this time, the partial pressure of the inert gas may be kept constant to prevent damage such as shrinkage of the vacuum chamber during the heating process.
승온 온도는 1055℃ 내지 1060℃일 수 있으며, 이 온도는 공정온도가 된다. 승온 온도 즉, 공정 온도는 철계 모재에 따라 적정온도가 정해지게 되며, 본 발명에 따를 경우 철계 모재로 스테인리스, 보다 구체적으로는 SUS316을 사용하고 있는 바 1055℃ 이상이 바람직하다. 한편 1060℃를 초과할 경우 철계 모재의 변형우려가 있다.The temperature elevating temperature may be between 1055 ° C and 1060 ° C, which is the process temperature. The temperature at which the temperature is raised, that is, the process temperature, is determined depending on the iron base material. According to the present invention, stainless steel, more specifically, SUS316 is used as the iron base material. On the other hand, if it exceeds 1060 ° C, there is a risk of deformation of the iron base metal.
제6단계는 상기 설정된 공정온도에서 소정시간 동안 가열하여 크롬화합물 코팅층을 형성하는 단계이다. 이때 소정시간은 9 내지 11시간이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10시간이다. 소정시간은 크롬화합물 코팅층의 두께에 따라 결정할 수 있는데, 9시간 미만으로 유지되는 경우 적정 두께의 코팅층을 형성시키기 어려우며, 11시간을 초과할 경우 코팅층이 너무 두꺼워져서 경제성이 떨어지게 된다.In the sixth step, the chromium compound coating layer is formed by heating at the set process temperature for a predetermined time. In this case, the predetermined time is preferably 9 to 11 hours, more preferably 10 hours. The predetermined time may be determined according to the thickness of the chromium compound coating layer. If the time is less than 9 hours, it is difficult to form a coating layer having an appropriate thickness. If the time exceeds 11 hours, the coating layer becomes too thick.
상기 공정 온도가 유지되는 동안, 팩 혼합물 분말을 이루는 성분들 중 코팅막을 이루게 될 금속 성분들은 활성제와 반응하여 금속 할라이드 기체들로 될 수 있다. 다음으로, 금속 할라이드 기체들은 철계 모재의 표면에 흡착될 수 있다. 그 다음으로, 철계 모재의 표면에 흡착된 금속 할라이드 기체들의 금속 성분들이 고상으로 되면서, 상기 금속 성분들이 철계 모재의 내부로 침투 및 확산될 수 있다. 금속 성분들의 침투 및 확산이 이루어지면서, 코팅막이 형성된다. 이때 코팅막은 크롬을 주 성분으로 하는 코팅막이 형성되며, 철을 추가로 포함할 경우 철과 크롬의 코팅막을 형성할 수 있다.While the process temperature is maintained, the metal components constituting the coating film among the components constituting the pack mixture powder may be reacted with the activator to become metal halide gases. Next, metal halide gases can be adsorbed on the surface of the iron base metal. Next, as the metal components of the metal halide gases adsorbed on the surface of the iron base metal become solid phase, the metal components can penetrate and diffuse into the inside of the iron base metal. As the penetration and diffusion of the metal components are performed, a coating film is formed. At this time, a coating film containing chromium as a main component is formed on the coating film, and a coating film of iron and chromium can be formed when the coating film further contains iron.
이상에서 팩 시멘테이션(크로마이징)을 이용한 코팅막의 제조공정을 설명하였고 앞서 설명되지 않은 부분은 공지의 팩 시멘테이션 기술을 통해 이해될 수 있다. The manufacturing process of the coating film using the packing (chroming) has been described above, and the parts not described above can be understood through the known packing technique.
[실시예][Example]
철계 모재로 SUS316을 준비하고, 크롬분말 5 내지 15% 중량%, 활성제로서 염화암모늄을 0.05 내지 5 중량%, 불활성제로 알루미나를 80 내지 90 중량%을 만족하도록 팩 혼합물 분말을 준비하였다. 이렇게 준비된 철계 모재와 팩 혼합물을 도 2에 도시된 바와 같이 진공 챔버로 장입하고, 진공챔버를 불활성 가스인 아르곤 가스로 퍼징한 후 1055℃ 내지 1060℃로 승온하여 10시간 동안 가열하여 크롬화합물 코팅층을 형성하였다. 이 결과 도 3에 도시한 바와 같이 22㎛ 두께의 크롬화합물 코팅층이 형성되었다.SUS316 was prepared as an iron base material and a pack mixture powder was prepared so as to satisfy 5 to 15% by weight of chromium powder, 0.05 to 5% by weight of ammonium chloride as an activator, and 80 to 90% by weight of alumina as an inerting agent. 2, the vacuum chamber was purged with argon gas as an inert gas, and the temperature was raised to 1055 to 1060 占 폚 and heated for 10 hours to form a chromium compound coating layer . As a result, a chromium compound coating layer having a thickness of 22 mu m was formed as shown in Fig.
SUS316 소재의 화학적 성분Chemical composition of SUS316 material
[기계적 특성 평가][Evaluation of mechanical properties]
크롬화합물 코팅층은 도 4에 도시된 바와 같이 깊이별 경도를 측정한 결과 1,200Hv의 경도를 가지며, 25㎛ 두께의 경화층이 형성되었다.As shown in FIG. 4, the chromium compound coating layer had a hardness of 1,200 Hv, and a hardened layer having a thickness of 25 μm was formed.
또한, 크롬화합물 코팅층은 도 5에 도시된 바와 같이 마찰계수를 측정한 결과 모든 공정에서 0.3 ~ 0.4 사이의 마찰계수를 보여 저마찰 특성을 나타낸다. 이로 인해 윤활성이 뛰어남을 알 수 있다.In addition, as shown in FIG. 5, the chromium compound coating layer exhibits a low friction characteristic with a frictional coefficient of 0.3 to 0.4 in all processes as a result of measuring the friction coefficient. This shows that the lubricity is excellent.
[염수분무 시험][Salt spray test]
염수분무 시험은 KS D 9502에 규정한 방법에 의거하여 시험하였으며, 도 6에 도시된 바와 같이 시험조건은 온도 35℃로 염수농도는 5%에서 100시간 간격으로 500시간 동안 시험한 결과, 볼 밸브의 표면에 부식이 전혀 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.The salt water spray test was carried out according to the method described in KS D 9502. As shown in FIG. 6, the test conditions were a temperature of 35 ° C and a salt concentration of 5% for 100 hours at 500 hours, It was confirmed that no corrosion occurred on the surface of the substrate.
[내산성 시험][Acid resistance test]
내산성 시험은 도 7에 도시된 바와 같이 시험편을 5% 황산 수용액에 침지시키고, 100시간 경과한 후 표면을 닦아 정치하여 24시간 후에 표면의 상태 변색 및 기타 이상 유무를 육안으로 관찰한 결과, 시험편의 표면에 변색 및 이상 발생이 전혀 없음을 확인할 수 있었다.In the acid resistance test, as shown in FIG. 7, the test piece was immersed in a 5% sulfuric acid aqueous solution, and the surface was wiped after 100 hours passed. After 24 hours, the discoloration of the surface state and other abnormalities were visually observed. It was confirmed that there was no discoloration or abnormality on the surface.
[내알카리성 시험][Alkali resistance test]
내알카리성 시험은 도 8에 도시된 바와 같이 시험편을 5% 수산화나트륨 수용액에 침지시키고, 100시간 경과한 후 표면을 닦아 정치하여 24시간 후에 표면의 상태 변색 및 기타 이상 유무를 육안으로 관찰한 결과, 시험편의 표면에 변색 및 이상 발생이 전혀 없음을 확인할 수 있었다.In the alkali resistance test, as shown in FIG. 8, the test piece was immersed in a 5% aqueous solution of sodium hydroxide. After 100 hours had elapsed, the surface of the test piece was wiped off and after 24 hours, the discoloration of the surface state and other abnormalities were visually observed. It was confirmed that there was no discoloration or abnormality on the surface of the test piece.
즉, 위의 시험결과와 같이 본 발명의 메탈시트 볼 밸브의 제조방법에 의해 제작된 볼 밸브는, 내식성 및 내마모 코팅처리를 통하여 표면경도를 향상시키게 되고, 마찰계수 저하로 인해 특히 슬러리 등과의 마찰에 의한 손상을 방지할 수 있음은 물론 내식성 및 내산성이 향상되어 황(S)성분에 의한 내부식 특성을 부여하여 뛰어난 성능 및 수명을 가진다.That is, as in the above test results, the ball valve manufactured by the method of manufacturing a metal-sheet ball valve of the present invention improves the surface hardness through the corrosion-resistant and anti-wear coating treatment, It is possible to prevent damage due to friction and improve corrosion resistance and acid resistance, thereby imparting an anti-corrosive property by the sulfur (S) component, thereby having excellent performance and a long service life.
본 발명에 따른 팩 시멘테이션을 이용한 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법의 기술적 사상은 실제로 동일결과를 반복 실시 가능한 것으로, 특히 이와 같은 본 발명을 실시함으로써 기술발전을 촉진하여 산업발전에 이바지할 수 있어 보호할 가치가 충분히 있다.The technical idea of the surface coating method of the metal sheet ball valve using the packing according to the present invention is that the same result can be repeatedly practiced. Particularly, by implementing the present invention as described above, It is worth protecting.
Claims (12)
팩 혼합물을 준비하는 단계(제1단계);
팩에 철계 모재 및 팩 혼합물 분말을 투입하는 단계(제2단계);
철계 모재 및 팩 혼합물 분말이 투입된 팩이 진공 챔버에 잠입되는 단계(제3단계);
진공 챔버를 작동하는 단계(제4단계);
진공 챔버 내부의 온도를 공정온도까지 승온시키는 단계(제5단계); 및
상기 제5단계에서 승온된 공정온도에서 기 설정된 시간동안 가열하여 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 팩 혼합물 분말은 크롬, 활성제 및 불활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 팩 시멘테이션을 이용한 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅방법.A surface coating method of a metal sheet ball valve using packing,
Preparing a pack mixture (first step);
(Step 2) of charging the iron base material and the pack mixture powder into the pack;
A step in which the pack into which the iron base material and the pack mixture powder are injected is infiltrated into the vacuum chamber (third step);
Operating the vacuum chamber (fourth step);
Heating the inside of the vacuum chamber to the process temperature (fifth step); And
Forming a coating layer by heating at a process temperature elevated in the fifth step for a predetermined time,
Wherein the packed mixture powder comprises chromium, an activator and an inactivating agent. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 철계 모재는 스테인리스 소재인 것을 특징으로 하는 팩 시멘테이션을 이용한 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법.The method according to claim 1,
Wherein the iron base material is stainless steel. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 철계 모재는 SUS316이며,
탄소(C)는 0.08 이하의 중량%를 포함하고, 크롬(Cr)은 16.0 내지 18.0중량%, 니켈(Ni)은 10.0 내지 14.0중량% 및 몰리브덴(Mo)은 2.0 내지 3.0중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 팩 시멘테이션을 이용한 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법.3. The method of claim 2,
The iron base material is SUS316,
, Carbon (C) contains 0.08 or less by weight, chromium (Cr) is 16.0 to 18.0 wt%, nickel (Ni) is 10.0 to 14.0 wt%, and molybdenum (Mo) is 2.0 to 3.0 wt% A surface coating method of a metal sheet ball valve using pack cationization.
상기 팩 혼합물 분말은 크롬분말 5 내지 15 중량%, 활성제 0.05 내지 5 중량% 및 불활성제 80 내지 90 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 팩 시멘테이션을 이용한 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법.The method according to claim 1,
Wherein the packed mixture powder comprises 5 to 15% by weight of chromium powder, 0.05 to 5% by weight of an activator, and 80 to 90% by weight of an inert material.
상기 공정온도는 1055℃ 내지 1060℃인 것을 특징으로 하는 팩 시멘테이션을 이용한 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법.The method according to claim 1,
Wherein the process temperature is between 1055 ° C and 1060 ° C.
상기 기 설정된 시간은 9시간 내지 11시간인 것을 특징으로 팩 시멘테이션을 이용한 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법.The method according to claim 1,
Wherein the preset time is from 9 hours to 11 hours.
상기 기 설정된 시간은 10시간인 것을 특징으로 팩 시멘테이션을 이용한 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법.The method according to claim 6,
Wherein the predetermined time is 10 hours. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 팩 혼합물 분말은 크롬분말과 불활성제를 1:8 내지 1:15의 중량비로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 팩 시멘테이션을 이용한 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the pack mixture powder comprises chromium powder and deactivator in a weight ratio of 1: 8 to 1:15.
상기 진공 챔버를 작동하는 단계(제4단계)는
상기 진공 챔버의 내부가 0.5 내지 1.5mTorr의 진공도로 진공화되는 단계; 및
상기 진공 챔버의 내부에 불활성 가스가 공급되어 퍼징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 팩 시멘테이션을 이용한 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법.The method according to claim 1,
The step of operating the vacuum chamber (fourth step)
Evacuating the interior of the vacuum chamber to a vacuum degree of 0.5 to 1.5 mTorr; And
Wherein the inert gas is supplied to the inside of the vacuum chamber to purge the metal sheet.
상기 불활성 가스는 아르곤(Ar) 가스 또는 헬륨(He) 가스인 것을 특징으로 하는 팩 시멘테이션을 이용한 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the inert gas is argon (Ar) gas or helium (He) gas.
상기 메탈시트 볼 밸브는 슬러리용 메탈시트 볼 밸브 인 것을 특징으로 하는 팩 시멘테이션을 이용한 메탈시트 볼 밸브의 표면코팅 방법.11. The method according to any one of claims 1 to 10,
Wherein the metal sheet ball valve is a metal sheet ball valve for slurry.
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KR102224747B1 (en) * | 2020-08-24 | 2021-03-05 | 장영호 | Tin coating method of iron base material using pack cementation |
KR102228437B1 (en) * | 2019-10-28 | 2021-03-16 | (주)금강 | Surface coating method of the ball valve using pack cementation |
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KR101558308B1 (en) | 2014-05-19 | 2015-10-12 | 안재환 | Ball valve and method for manufacturing the same |
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