KR20220031447A - Coated body and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20220031447A
KR20220031447A KR1020200113353A KR20200113353A KR20220031447A KR 20220031447 A KR20220031447 A KR 20220031447A KR 1020200113353 A KR1020200113353 A KR 1020200113353A KR 20200113353 A KR20200113353 A KR 20200113353A KR 20220031447 A KR20220031447 A KR 20220031447A
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김충년폴
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코오롱인더스트리 주식회사
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Abstract

The present invention is to provide a coated body in which an alloy coating layer having improved mechanical and chemical properties, particularly oxidation resistance, wear resistance and corrosion resistance at high temperatures, on a base material. A coated body according to one aspect of the present invention includes a base material and an alloy coating layer provided in at least one section on the base material, wherein the alloy coating layer includes a first tissue area in which the ratio of an amorphous phase is 5 to 49 vol% and a second tissue area that is divided by a boundary from the first tissue area and has a higher ratio of the amorphous phase than the first tissue area.

Description

코팅체 및 코팅체 제조방법{Coated body and manufacturing method thereof}Coated body and coating body manufacturing method {Coated body and manufacturing method thereof}

본 발명의 일 측면은 코팅체 및 코팅체의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내산화성이 우수하고, 내마모성 및 내식성이 뛰어나 다양한 목적으로 활용될 수 있는 코팅체 및 그 제조방법에 관한 것이다.One aspect of the present invention relates to a coating body and a method for manufacturing the coating body, and more particularly, to a coating body having excellent oxidation resistance and excellent abrasion resistance and corrosion resistance, which can be utilized for various purposes, and a method for manufacturing the same.

비정질(amorphous) 합금은 합금에 포함되는 금속원자들이 결정(結晶)구조가 아니라 무질서하고 혼돈된 구조로 이루어지는 합금으로서, 화학적, 전기적 및 기계적 성질이 우수하여 다양한 용도로 연구가 이루어지고 있으나, 성형의 어려움 및 제조가 어렵고 비용이 많이 드는 한계가 있어 상용화된 사례는 현재까지는 많지 않다. An amorphous alloy is an alloy in which the metal atoms contained in the alloy are not crystalline but have a disordered and chaotic structure. Due to difficulties and limitations in that manufacturing is difficult and costly, there are few commercialized cases so far.

비정질상 합금재료를 제조하기 위해서는 2가지 조건이 충족되어야 하는데, 비정질형성능이 큰 합금조성이 필요하고, 용융된 합금의 급격한 냉각속도가 필요하다. 즉, 용용된 합금재료의 급격한 냉각이 필요하며, 냉각이 급격히 이루어지더라도 조성 자체의 비정질 형성능이 낮은 경우 비정질상으로 형성되지 않는 경우가 많다. In order to manufacture an amorphous alloy material, two conditions must be satisfied. An alloy composition with high amorphous forming ability is required, and a rapid cooling rate of the molten alloy is required. That is, rapid cooling of the molten alloy material is required, and even if the cooling is rapid, if the amorphous forming ability of the composition itself is low, the amorphous phase is not formed in many cases.

특히, 비정질 합금으로 만든 합금분말을 사용하여 제품, 예컨대 비정질 합금분말로 코팅체 또는 성형체를 형성하는 경우 합금분말이 용융된 후 냉각되는 과정에서 충분한 냉각속도를 얻지 못하는 경우가 많으므로, 비정질화가 아닌 결정화가 주로 이루어져 비정질의 비율이 급격하게 감소하는 문제가 발생하여 비정질 합금 소재가 가지는 특성을 살린 응용제품을 제조하기 어렵게 된다.In particular, when an alloy powder made of an amorphous alloy is used to form a product, for example, a coating body or a molded body with an amorphous alloy powder, a sufficient cooling rate is often not obtained in the process of cooling after the alloy powder is melted. Crystallization is mainly made, and there is a problem in that the proportion of amorphous material is rapidly reduced, making it difficult to manufacture application products that utilize the characteristics of amorphous alloy materials.

이러한 문제점으로 인하여, 비정질 합금을 사용하여 성형체를 제조하거나 코팅층을 형성시에 비정질 비율이 낮아지고, 원하는 제품의 물성을 얻지 못하거나 밀도가 우수하지 못하여 내부식성이 저하되고, 이물질이 쉽게 침투되는 문제점이 발생하고 있다.Due to these problems, the amorphous ratio is lowered when a molded body is manufactured using an amorphous alloy or a coating layer is formed, and the desired properties of the product are not obtained or the density is not excellent, so that the corrosion resistance is lowered, and foreign substances are easily penetrated. This is happening.

이에, 비정질 비율이 높게 유지되고, 미세조직 및 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 합금코팅층 및 합금코팅층의 형성되는 코팅체에 대한 연구가 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need for research on an alloy coating layer capable of maintaining a high amorphous ratio and improving microstructure and mechanical properties, and a coating body formed of the alloy coating layer.

대한민국 등록특허 10-0723167호Republic of Korea Patent Registration No. 10-0723167

본 발명의 목적은, 기계적, 화학적 물성, 특히 고온에서의 내산화성, 내마모성 및 내부식성이 향상된 합금코팅층이 모재상에 구비되는 코팅체를 제공하는 데 있다. It is an object of the present invention to provide a coating in which an alloy coating layer having improved mechanical and chemical properties, particularly oxidation resistance at high temperature, wear resistance and corrosion resistance, is provided on a base material.

또한, 본 발명의 다른 목적은 기공률이 낮고 경도가 높아 표면에서 마찰에 의한 마모량이 적으며, 표면에서 마모에 의한 산화가 적게 일어나 수명이 길고 효율적인 합금코팅층을 포함하는 코팅체를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a coating body comprising an alloy coating layer having a long lifespan and efficient due to low porosity and high hardness, which causes a small amount of wear due to friction on the surface, and less oxidation due to wear on the surface.

본 발명의 일 측면은,One aspect of the present invention is

모재; 및base material; and

상기 모재 상의 적어도 일 구간에 구비되는 합금코팅층;을 포함하고,Including; an alloy coating layer provided in at least one section on the base material;

상기 합금코팅층은,The alloy coating layer,

비정질상의 비율이 5 내지 49 부피% 인 제1조직영역, 및A first tissue region in which the proportion of the amorphous phase is 5 to 49% by volume, and

상기 제1조직영역과 경계에 의해 구분되며, 상기 제1조직영역의 비정질상의 비율보다 높은 비정질상의 비율을 갖는 제2조직영역을 포함하는 코팅체로,A coating body comprising a second tissue region separated by a boundary from the first tissue region and having an amorphous phase ratio higher than the amorphous phase ratio of the first tissue region,

상기 합금코팅층은 붕화물을 포함하며,The alloy coating layer includes a boride,

상기 제1조직영역에 포함되는 상기 붕화물의 개별 입자상의 크기는 상기 제2조직영역에 포함되는 상기 붕화물의 개별 입자상의 크기보다 큰 것이 좋고,The size of the individual particle phase of the boride included in the first tissue region is preferably larger than the size of the individual particle phase of the boride included in the second tissue region,

상기 제2조직영역의 부피는 상기 제1조직영역의 부피의 1.4 배 내지 10 배인 것이 좋으며,Preferably, the volume of the second tissue region is 1.4 to 10 times the volume of the first tissue region,

상기 제1조직영역은 분말적층체이고, 상기 제2조직영역은 용융분사체인 것이 바람직하다.It is preferable that the first tissue region is a powder laminate, and the second texture region is a melt spray body.

또한, 상기 합금코팅층은In addition, the alloy coating layer is

철 100 중량부에 대하여,with respect to 100 parts by weight of iron,

크롬 17.22 내지 58.23 중량부,17.22 to 58.23 parts by weight of chromium;

몰리브덴 1.2 내지 26.1 중량부,1.2 to 26.1 parts by weight of molybdenum,

나이오븀 0.12 내지 6.22 중량부, 및0.12 to 6.22 parts by weight of niobium, and

붕소 0.12 내지 6.63 중량부를 포함하는 것이 바람직하고,It is preferable to include 0.12 to 6.63 parts by weight of boron,

상기 나이오븀 또는 상기 몰리브덴의 적어도 일부는 상기 철에 고용되어 포함되는 것이 좋으며,At least a portion of the niobium or molybdenum is preferably included in a solid solution in the iron,

상기 붕화물은 상기 철 및 상기 크롬 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 붕화물 또는 상기 나이오븀의 붕화물인 것이 좋다.The boride may be a boride containing at least one of iron and chromium or a boride of niobium.

이 때, 상기 합금코팅층의 두께는 0.05 내지 0.3 mm 인 것이 좋고,At this time, the thickness of the alloy coating layer is preferably 0.05 to 0.3 mm,

상기 합금코팅층은 반비정질(Metamorphic) 합금을 포함하는 것이 좋으며,The alloy coating layer preferably includes a semi-amorphous (Metamorphic) alloy,

상기 합금코팅층의 비커스 경도가 600 내지 900 Hv 인 것이 좋고,It is preferable that the Vickers hardness of the alloy coating layer is 600 to 900 Hv,

상기 합금코팅층의 산화영역 비율이 2.50% 이하인 것이 좋으며,It is preferable that the ratio of the oxide region of the alloy coating layer is 2.50% or less,

상기 합금코팅층의 기공률이 0.001 내지 5%인 것이 좋다.It is preferable that the porosity of the alloy coating layer is 0.001 to 5%.

또, 상기 제1조직영역에 포함되는 상기 붕화물의 개별 입자상의 크기는 상기 제2조직영역에 포함되는 상기 붕화물의 개별 입자상의 크기의 1.1 배 내지 30 배인 것이 바람직하다.In addition, the size of the individual particle phase of the boride included in the first tissue region is preferably 1.1 to 30 times the size of the individual particle phase of the boride included in the second tissue region.

본 발명의 다른 측면은,Another aspect of the present invention is

모재상에 합금코팅층을 형성하여 코팅체를 제조하는 방법으로서,A method for manufacturing a coating body by forming an alloy coating layer on a base material, the method comprising:

합금분말을 3,000 내지 18,000 ℃ 의 온도 조건에서 600 내지 2,200 m/s 의 속도로 용사하여,The alloy powder is thermally sprayed at a speed of 600 to 2,200 m/s at a temperature of 3,000 to 18,000 ℃,

상기 합금분말이 적층되어 형성되고, 비정질상의 비율이 5 내지 49 부피% 인 제1조직영역; 및a first tissue region formed by stacking the alloy powder and having an amorphous phase ratio of 5 to 49% by volume; and

상기 합금분말이 용융분사되어 형성되고, 제1조직영역의 비정질상의 비율보다 높은 비정질상의 비율을 갖는 제2조직영역; 을 포함하는 상기 합금코팅층을 형성하는 것이 좋고,a second structure region formed by melt-spraying the alloy powder and having a higher ratio of amorphous phase than the ratio of the amorphous phase of the first tissue region; It is good to form the alloy coating layer comprising a,

상기 합금분말은The alloy powder

철 100 중량부에 대하여,with respect to 100 parts by weight of iron,

크롬 17.22 내지 58.23 중량부,17.22 to 58.23 parts by weight of chromium;

몰리브덴 1.2 내지 26.1 중량부,1.2 to 26.1 parts by weight of molybdenum,

나이오븀 0.12 내지 6.22 중량부, 및0.12 to 6.22 parts by weight of niobium, and

붕소 0.12 내지 6.63 중량부를 포함하는 분말인 것이 좋으며,It is preferable that the powder contains 0.12 to 6.63 parts by weight of boron,

상기 합금코팅층은 붕화물을 포함하며,The alloy coating layer includes a boride,

상기 제2조직영역에 포함되는 상기 붕화물의 개별 입자상의 크기가 상기 제1조직영역에 포함되는 상기 붕화물의 개별 입자상의 크기보다 더 크게 형성되는 것이 바람직하다.Preferably, the size of the individual particle phase of the boride included in the second tissue region is larger than the size of the individual particle phase of the boride included in the first tissue region.

본 발명의 일 측면인 코팅체는 철, 크롬, 몰리브덴, 나이오븀을 포함하여 이루어지는 합금코팅층을 포함하며, 해당 금속원자들이 특정 중량비로 포함되고, 몰리브덴 또는 나이오븀은 철계 합금에 고용되는 형태로 포함될 수 있어 고온내산화성, 내부식성 등이 우수한 철계 합금을 포함하는 합금코팅층을 얻을 수 있다.The coating body, which is an aspect of the present invention, includes an alloy coating layer comprising iron, chromium, molybdenum, and niobium, the corresponding metal atoms are included in a specific weight ratio, and molybdenum or niobium is included in a solid solution form in the iron-based alloy. Therefore, it is possible to obtain an alloy coating layer containing an iron-based alloy having excellent high temperature oxidation resistance and corrosion resistance.

이 때, 붕소가 포함되는 경우 철계 합금의 비정질형성능이 향상되고, 비정질상을 포함하는 철계합금에 세라믹상이 분산되는 복합구조가 얻어질 수 있어 세라믹상의 우수한 특성과 비정질 합금의 장점인 우수한 강도, 내부식성, 내마모성을 가지는 장점이 있다.At this time, when boron is included, the amorphous forming performance of the iron-based alloy is improved, and a composite structure in which the ceramic phase is dispersed in the iron-based alloy including the amorphous phase can be obtained. , has the advantage of having abrasion resistance.

또한, 합금코팅층은 완전히 용융되지 않은 합금분말의 일 부분을 포함하는 제1조직영역과 완전히 용융되어 모재상에 적층되어 냉각되는 제2조직영역을 포함하는데, 합금분말과 유사한 조직구조를 가지며 내산화성, 경도 등이 우수한 제1조직영역과 용융후 냉각되어 비정질상의 비율이 높고 미세한 붕화물이 분산된 구조의 조직영역을 가져 내식성, 내마모성이 우수한 제2조직영역이 서로 강하게 결합되어 코팅층을 형성함으로써 제1조직영역 및 제2조직영역의 우수한 특성을 모두 가지는 복합구조의 합금코팅층이 얻어질 수 있다.In addition, the alloy coating layer includes a first tissue region containing a portion of the alloy powder that is not completely melted and a second region region that is completely melted and laminated on the base material to be cooled, has a similar structure to the alloy powder and has oxidation resistance The first tissue region with excellent hardness, hardness, etc. and the second tissue region with excellent corrosion resistance and abrasion resistance are strongly bonded to each other to form a coating layer, which has a high ratio of amorphous phase after melting and has a structure in which fine boride is dispersed. An alloy coating layer having a composite structure having both excellent properties of the first and second tissue regions can be obtained.

또한, 본 발명의 일 측면에 포함되는 합금코팅층은 철계 매트릭스에 분산되는 세라믹상을 포함하는 반비정질 합금(metamorphic)합금을 포함하여 세라믹강화 복합재와 유사한 조직을 가짐으로써 단순 단일상의 합금코팅층 대비 강도, 탄성이 우수하며, 마모 표면에서 용융없이 비정질화가 이루어져 비정질영역이 형성되므로 마찰계수가 감소하여 내마모특성이 우수한 장점이 있다.In addition, the alloy coating layer included in one aspect of the present invention includes a semi-amorphous alloy (metamorphic) alloy including a ceramic phase dispersed in an iron-based matrix, and has a structure similar to that of a ceramic-reinforced composite, thereby providing strength compared to a simple single-phase alloy coating layer, It has excellent elasticity and is amorphous without melting on the wear surface to form an amorphous region, so the friction coefficient is reduced and thus the wear resistance is excellent.

또한, 제1조직영역보다 제2조직영역이 높은 부피분율로 포함됨으로써 제1조직영역과 제2조직영역의 경계영역 및 산화물의 양이 감소하고, 합금코팅층의 표면에서 제1조직영역과 제2조직영역의 결합이 강해져 제1조직영역이 마찰에 의해 코팅층으로부터 이탈되는 문제를 해결할 수 있다.In addition, since the second tissue region is included in a higher volume fraction than the first tissue region, the boundary region between the first tissue region and the second tissue region and the amount of oxide are reduced, and the first tissue region and the second tissue region are reduced on the surface of the alloy coating layer. Since the bonding between the tissue regions is strong, it is possible to solve the problem that the first tissue region is separated from the coating layer by friction.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 합금용 금속조성물을 이용하여 제조된 합금분말의 단면을 전자현미경으로 촬영한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른 합금용 금속조성물을 이용하여 제조된 합금분말의 입도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예에 따른 합금분말을 XRD 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예에 따른 합금분말의 전자 프로브 X선 마이크로애널라이저(electron probe microanalyzer, EPMA) 분석결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예에 따른 합금분말의 산화특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 측면에 따른 코팅체의 표면을 전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른 코팅층체 표면의 미세구조를 촬영한 사진이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예에 따른 코팅체의 합금코팅층의 기공률 및 산화영역비율을 그래프로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예에 따른 코팅체의 합금코팅층의 비커스경도를 나타낸 것이다.
도 10 및 11은 본 발명의 일부 실시예에 따른 코팅체의 합금코팅층의 결정을 분석한 도면이다.
1 is a view taken with an electron microscope of a cross section of an alloy powder prepared by using a metal composition for alloy according to an aspect of the present invention.
2 is a graph showing the particle size distribution of the alloy powder manufactured using the alloy metal composition according to some embodiments of the present invention.
3 is a view showing the results of XRD analysis of the alloy powder according to some embodiments of the present invention.
4 is a view showing an electron probe microanalyzer (EPMA) analysis results of the alloy powder according to some embodiments of the present invention.
5 is a graph showing the oxidation characteristics of the alloy powder according to some embodiments of the present invention.
6 is a photograph taken with an electron microscope of the surface of the coating body according to another aspect of the present invention.
7 is a photograph of the microstructure of the surface of the coating layer according to some embodiments of the present invention.
8 is a graph showing the porosity and the oxidation region ratio of the alloy coating layer of the coating body according to some embodiments of the present invention.
9 shows the Vickers hardness of the alloy coating layer of the coating body according to some embodiments of the present invention.
10 and 11 are diagrams analyzing crystals of the alloy coating layer of the coating body according to some embodiments of the present invention.

이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.Prior to describing the present invention in detail below, it is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing specific embodiments and is not intended to limit the scope of the present invention, which is limited only by the appended claims. shall. All technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art, unless otherwise stated.

본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.Throughout this specification and claims, unless stated otherwise, the term comprise, comprises, comprising is meant to include the stated object, step or group of objects, and steps, and any other object. It is not used in the sense of excluding a step or a group of objects or groups of steps.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.On the other hand, various embodiments of the present invention may be combined with any other embodiments unless clearly indicated to the contrary. Any feature indicated as particularly preferred or advantageous may be combined with any other feature and features indicated as preferred or advantageous. Hereinafter, embodiments of the present invention and effects thereof will be described with reference to the accompanying drawings.

본 명세서에서 합금(alloy)이란 하나 이상의 금속원소를 포함하는 일반적인 의미의 합금 및 결정질 구조와 비정질 구조를 포함하는 합금 이외에도 둘 이상의 금속을 포함하는 고용체가 일부 포함되는 물질까지 포함하는 의미로 넓게 해석되고, 철계 합금이란, 철을 주성분으로 포함하고 하나 이상의 비철금속을 포함하는 합금, 결정질의 철을 포함하는 합금, 비정질상을 포함하는 합금 및 철과 다른 원자의 고용체가 포함되는 물질을 모두 포함할 수 있는 의미로 사용된다.In the present specification, the alloy (alloy) is broadly interpreted as meaning including a material containing a solid solution containing two or more metals in addition to an alloy containing one or more metal elements in a general sense and an alloy containing a crystalline structure and an amorphous structure, and , The iron-based alloy means an alloy containing iron as a main component and one or more non-ferrous metals, an alloy containing crystalline iron, an alloy containing an amorphous phase, and a material containing a solid solution of iron and other atoms. is used as

본 명세서에서 분말적층체란, 분말형태의 금속 또는 합금을 분사(spray) 방식으로 가공 또는 코팅하는 경우에 분말의 형태를 적어도 일 부분에서 유지하면서 이루어지는 구조체를 의미한다. 분말적층체는 용사 방법중 저온용사(Cold spray)하는 경우 또는 다른 열용사 방식을 사용하는 경우라도 온도조건이나 분말의 조성에 의해 분말이 완전히 용융되지 않고 충돌, 적층되는 경우 얻어질 수 있다.In the present specification, the powder laminate means a structure formed while maintaining the powder form in at least one part when processing or coating a powder metal or alloy in a spray method. The powder laminate can be obtained when the powder is not completely melted but collided and laminated due to temperature conditions or powder composition, even when cold spraying or other thermal spraying methods are used among the thermal spraying methods.

본 명세서에서 용융분사체란, 분말, 와이어 등 다양한 형태의 금속 또는 합금을 분사방식으로 가공 또는 코팅하는 경우에 금속 또는 합금의 전부 또는 대부분이 용융되어 분사되고, 충돌 또는 적층시 그 형태를 상실하거나 넓게 퍼지며 이루어지는 구조체를 의미한다. 용융분사체는 원래 형태를 대부분 포함하지 않으므로 그 경계가 없거나 명확하지 않고 기공률이 낮은 성형체 또는 코팅이 얻어질 수 있다. In the present specification, the molten spray means all or most of the metal or alloy is melted and sprayed when processing or coating various types of metals or alloys such as powder or wire by spraying, and loses its shape during collision or lamination It means a structure that spreads widely. Since the melt injection body does not contain most of the original shape, a molded body or coating having no or unclear boundaries and a low porosity can be obtained.

본 명세서에서 입자상의 크기란, 특정한 결정구조를 가지거나 특정한 물질을 포함하여 이루어지는 입자상의 평균입경을 의미하며, 입경은 입자상의 기하학적 형태에 따라 직경 또는 장경과 단경의 평균값 등으로 측정될 수 있다.In the present specification, the particle size means an average particle size of a particle phase having a specific crystal structure or containing a specific material, and the particle size may be measured as a diameter or an average value of a major axis and a minor axis according to the geometric shape of the particle phase.

본 발명의 일 측면인 합금용 금속조성물은 철(Fe), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 나이오븀(Nb), 붕소(B) 및 탄소(C)를 포함하는 조성물이다. The metal composition for alloy of one aspect of the present invention is a composition comprising iron (Fe), chromium (Cr), molybdenum (Mo), niobium (Nb), boron (B) and carbon (C).

본 발명의 일 측면인 합금용 금속조성물의 바람직한 실시예는 철계 합금용 금속조성물로서, 합금용 금속조성물이 철을 합금을 구성하는 금속으로 포함함으로 인해 합금의 강성 향상 및 경제성이 우수한 장점을 갖는다.A preferred embodiment of the metal composition for alloy, which is an aspect of the present invention, is a metal composition for an iron-based alloy, and since the metal composition for alloy contains iron as a metal constituting the alloy, it has the advantages of improving the rigidity of the alloy and excellent economic efficiency.

합금용 금속조성물에 포함되는 크롬은 합금용 금속조성물로부터 제조되는 합금의 내마모성, 내부식성과 같은 물리적 또는 화학적 특성을 개선시키기 위하여 포함된다.Chromium contained in the alloy metal composition is included to improve physical or chemical properties such as wear resistance and corrosion resistance of the alloy prepared from the alloy metal composition.

크롬은 합금용 금속조성물에서 철 100 중량부에 대하여 17.22 내지 58.23 중량부, 바람직하게는 18.32 중량부 내지 44.25 중량부로 포함될 수 있고, 더욱 바람직하게는 21.96 중량부 내지 34.11 중량부로 포함되는 것이 좋다.Chromium may be included in an amount of 17.22 to 58.23 parts by weight, preferably 18.32 parts by weight to 44.25 parts by weight, and more preferably 21.96 parts by weight to 34.11 parts by weight based on 100 parts by weight of iron in the alloy metal composition.

구체적으로는 크롬이 합금용 금속조성물에서 14.5 내지 29 wt%, 바람직하게는 15 내지 25 wt%, 더욱 바람직하게는 17 내지 22 wt%로 포함되는 것이 좋다.Specifically, chromium is preferably included in an amount of 14.5 to 29 wt%, preferably 15 to 25 wt%, more preferably 17 to 22 wt% in the alloy metal composition.

크롬이 해당 범위를 벗어나게 포함되는 경우 형성되는 합금의 비정질 형성능이 저하되어 비정질상의 비율이 감소하거나, 내부식성 또는 내마모성이 나빠지는 문제가 있다.When chromium is included out of the corresponding range, the amorphous formation ability of the formed alloy is lowered, so that the ratio of the amorphous phase is reduced, or there is a problem in that corrosion resistance or wear resistance is deteriorated.

몰리브덴은 합금용 금속조성물로부터 제조되는 합금의 내마모성 및 내식성과 아울러 내마찰성을 향상시키기 위해 사용된다.Molybdenum is used to improve the wear resistance and corrosion resistance of the alloy produced from the alloy metal composition as well as the friction resistance.

몰리브덴은 합금용 금속조성물에서 철 100중량부에 대하여 1.2 내지 26.10 중량부, 바람직하게는 2.44 중량부 내지 19.47 중량부로 포함될 수 있고, 더욱 바람직하게는 4.52 중량부 내지 12.40 중량부로 포함되는 것이 좋다.Molybdenum may be included in an amount of 1.2 to 26.10 parts by weight, preferably 2.44 parts by weight to 19.47 parts by weight, and more preferably 4.52 parts by weight to 12.40 parts by weight based on 100 parts by weight of iron in the alloy composition.

구체적으로는 몰리브덴이 합금 조성물에서 1 내지 13 wt%, 바람직하게는 2 내지 11 wt%, 더욱 바람직하게는 3.5 내지 8 wt%로 포함되는 것이 좋다.Specifically, molybdenum is preferably included in an amount of 1 to 13 wt%, preferably 2 to 11 wt%, more preferably 3.5 to 8 wt% in the alloy composition.

몰리브덴이 해당 범위를 벗어나게 포함되는 경우 형성되는 합금의 비정질 형성능이 저하되어 비정질상의 비율이 감소하거나, 내마모성 및 내식성, 내마찰성 등 물리, 화학적 성질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.When molybdenum is included outside the corresponding range, the amorphous forming ability of the alloy to be formed is lowered, so that the ratio of the amorphous phase is reduced, or physical and chemical properties such as wear resistance, corrosion resistance, and friction resistance may be deteriorated.

나이오븀은 합금용 금속조성물로부터 제조되는 합금의 고온 안정성을 향상시키고, 산소나 다른 반응성이 큰 원소들과도 반응하지 않으며, 대부분의 화학물질과 반응을 일으키거나 부식되지 않는 특성을 갖게하여 합금이 고온에서 우수한 내산화성을 가질 수 있도록 한다, 또한 합금용 금속조성물에서 beta phase stabilizer의 역할을 수행할 수 있다.Niobium improves the high-temperature stability of the alloy manufactured from the alloy metal composition, does not react with oxygen or other highly reactive elements, and does not react or corrode with most chemicals, so that the alloy is It makes it possible to have excellent oxidation resistance at high temperatures, and it can also play the role of a beta phase stabilizer in a metal composition for alloys.

나이오븀은 합금용 금속조성물에서 철 100중량부에 대하여 0.12 내지 6.22 중량부, 바람직하게는 0.61 중량부 내지 5.31 중량부로 포함될 수 있고, 더욱 바람직하게는 1.29 중량부 내지 3.10 중량부로 포함되는 것이 좋다.Niobium may be included in an amount of 0.12 to 6.22 parts by weight, preferably 0.61 parts by weight to 5.31 parts by weight, and more preferably 1.29 parts by weight to 3.10 parts by weight based on 100 parts by weight of iron in the alloy composition.

구체적으로는 나이오븀이 합금 조성물에서 0.1 내지 3.1 wt%, 바람직하게는 0.5 내지 3 wt%, 더욱 바람직하게는 1 내지 2 wt%로 포함되는 것이 좋다. 나이오븀의 함량이 해당 범위를 벗어나는 경우 고온 안정성의 저하로 인한 산화반응의 촉진 및 마모성 저하 등의 문제점이 발생할 수 있다.Specifically, niobium is preferably included in an amount of 0.1 to 3.1 wt%, preferably 0.5 to 3 wt%, more preferably 1 to 2 wt% in the alloy composition. When the content of niobium is out of the corresponding range, problems such as promotion of oxidation reaction and deterioration of abrasion due to deterioration of high-temperature stability may occur.

붕소는 합금용 금속조성물에서 금속 원자들과의 원자 크기 차이를 통해 부정합, 효율적인 패킹이 이루어지게 하여 합금의 비정질 형성능을 향상시키는 역할을 수행한다. 붕소는 합금용 금속조성물에서 철 100 중량부에 대하여 0.12 내지 6.63 중량부, 바람직하게는 0.61 중량부 내지 5.31 중량부로 포함될 수 있고, 더욱 바람직하게는 1.29 중량부 내지 3.88 중량부로 포함되는 것이 좋다.Boron plays a role in improving the amorphous forming ability of the alloy by causing mismatch and efficient packing through the difference in atomic size with metal atoms in the alloy metal composition. Boron may be included in an amount of 0.12 to 6.63 parts by weight, preferably 0.61 to 5.31 parts by weight, and more preferably 1.29 to 3.88 parts by weight based on 100 parts by weight of iron in the alloy composition.

구체적으로는 붕소가 합금 조성물에서 0.1 내지 3.3 wt%, 바람직하게는 0.5 내지 3 wt%, 더욱 바람직하게는 1 내지 2.5 wt%로 포함되는 것이 좋다.Specifically, it is good that boron is included in an amount of 0.1 to 3.3 wt%, preferably 0.5 to 3 wt%, more preferably 1 to 2.5 wt% in the alloy composition.

탄소는 붕소와 마찬가지로 합금용 금속조성물에서 금속 원자들과의 원자 크기 차이를 통해 부정합, 효율적인 패킹이 이루어지게 하여 합금의 비정질 형성능을 향상시키는 역할을 수행한다. 이는 비정질 형성능이 포함되는 원소들의 원자 사이즈(atomic size) 차이, 패킹 비율(packing ratio), deep eutactic 과 반응 엔트로피 차이에 기인하기 때문으로 판단된다.Like boron, carbon plays a role in improving the amorphous formation ability of the alloy by making mismatch and efficient packing through the atomic size difference with metal atoms in the alloy metal composition. This is considered to be due to the difference in atomic size, packing ratio, deep eutactic and reaction entropy of the elements including the amorphous formation ability.

탄소는 합금용 금속조성물에서 철 100중량부에 대하여 0.12 내지 3.61 중량부, 바람직하게는 0.12 중량부 내지 2.65 중량부로 포함될 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.13 중량부 내지 1.55 중량부로 포함되는 것이 좋다.Carbon may be included in an amount of 0.12 to 3.61 parts by weight, preferably 0.12 to 2.65 parts by weight, and more preferably 0.13 to 1.55 parts by weight, based on 100 parts by weight of iron in the alloy metal composition.

구체적으로는 탄소가 합금 조성물에서 0.1 내지 1.8 wt%, 바람직하게는 0.1 내지 1.5 wt%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1.0 wt%로 포함되는 것이 좋다.Specifically, it is good that carbon is included in the alloy composition in an amount of 0.1 to 1.8 wt%, preferably 0.1 to 1.5 wt%, and more preferably 0.1 to 1.0 wt%.

탄소와 붕소가 해당 범위를 벗어나는 경우 합금용 금속조성물의 비정질 형성능이 저하되어 비정질 상을 포함하지 않거나 포함되는 비정질 상의 비율이 낮은 합금이 얻어질 수 있는 문제가 있다. When carbon and boron are out of the corresponding range, there is a problem in that the amorphous forming ability of the metal composition for alloy is lowered, so that an alloy that does not contain an amorphous phase or has a low ratio of an amorphous phase included therein may be obtained.

본 발명의 일 실시예는 철 100 중량부에 대하여, 크롬 17.22 내지 58.23 중량부, 몰리브덴 1.2 내지 26.1 중량부, 나이오븀 0.12 내지 6.22 중량부, 붕소 0.12 내지 6.63 중량부 및 탄소 0.12 내지 3.61 중량부를 포함하여 이루어지는 합금용 금속조성물을 개시한다.An embodiment of the present invention contains 17.22 to 58.23 parts by weight of chromium, 1.2 to 26.1 parts by weight of molybdenum, 0.12 to 6.22 parts by weight of niobium, 0.12 to 6.63 parts by weight of boron, and 0.12 to 3.61 parts by weight of carbon, based on 100 parts by weight of iron Disclosed is a metal composition for an alloy made by

바람직하게는, 합금용 금속조성물이 철 100 중량부에 대하여, 크롬 18.32 내지 44.25 중량부, 몰리브덴 2.44 내지 19.47 중량부, 나이오븀 0.61 내지 5.31 중량부, 붕소 0.61 내지 5.31 중량부 및 탄소 0.12 내지 2.65 중량부를 포함하여 이루어질 수 있다.Preferably, the metal composition for alloy contains 18.32 to 44.25 parts by weight of chromium, 2.44 to 19.47 parts by weight of molybdenum, 0.61 to 5.31 parts by weight of niobium, 0.61 to 5.31 parts by weight of boron, and 0.12 to 2.65 parts by weight of carbon, based on 100 parts by weight of iron. It can include wealth.

또, 더욱 바람직하게는 철 100 중량부에 대하여, 크롬 21.96 내지 34.11 중량부, 몰리브덴 4.52 내지 12.40 중량부, 나이오븀 1.29 내지 3.10 중량부, 붕소 1.29 내지 3.88 중량부 및 탄소 0.13 내지 1.55 중량부를 포함는 합금용 금속조성물이 제공될 수 있다.Further, more preferably, based on 100 parts by weight of iron, 21.96 to 34.11 parts by weight of chromium, 4.52 to 12.40 parts by weight of molybdenum, 1.29 to 3.10 parts by weight of niobium, 1.29 to 3.88 parts by weight of boron, and 0.13 to 1.55 parts by weight of carbon. A metal composition for use may be provided.

이 때, 합금용 금속조성물에는 텅스텐(W), 코발트(Co), 이트륨(Y), 실리콘(Si), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 인(P), 니켈(Ni), 스칸디움(Sc) 및 불가피한 기타 불순물이 더 포함될 수 있으며, 추가적으로 포함되는 원소들은 전술한 철, 크롬, 몰리브덴, 붕소 및 탄소보다 낮은 중량비율로 포함될 수 있다.At this time, the alloy metal composition includes tungsten (W), cobalt (Co), yttrium (Y), silicon (Si), manganese (Mn), aluminum (Al), zirconium (Zr), phosphorus (P), nickel ( Ni), scandium (Sc) and other unavoidable impurities may be further included, and the additionally included elements may be included in a lower weight ratio than the aforementioned iron, chromium, molybdenum, boron and carbon.

합금용 금속조성물이 실리콘을 포함하는 경우 실리콘은 철 100 중량부에 대하여 0.2 중량부 이하, 바람직하게는 0.1 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 0.05 중량부 이하로 포함되는 것이 좋으며, 합금용 금속조성물에 포함되는 탄소의 중량 대비 0.5배 이하, 바람직하게는 0.3배 이하, 더욱 바람직하게는 0.1배 이하의 중량으로 포함되는 것이 좋으나, 합금용 금속조성물이 실리콘을 포함하지 않는 경우 및 Fe-Cr-Mo-Nb-B-C 의 6원계 합금용 금속조성물인 경우까지도 본 발명에서 설명하는 바람직한 합금용 금속조성물로 이해된다.When the metal composition for alloy contains silicon, silicon is preferably included in an amount of 0.2 parts by weight or less, preferably 0.1 parts by weight or less, and more preferably 0.05 parts by weight or less, based on 100 parts by weight of iron, and in the metal composition for alloying. 0.5 times or less, preferably 0.3 times or less, more preferably 0.1 times or less compared to the weight of carbon included, but preferably included in an amount of less than 0.1 times, when the metal composition for alloy does not contain silicon and Fe-Cr-Mo- Even a metal composition for a hexa-membered alloy of Nb-BC is understood to be a preferred metal composition for an alloy described in the present invention.

본 발명의 합금용 금속조성물은 포함된 크롬의 중량이 몰리브덴의 중량의 3 내지 5 배일 수 있으며, 바람직하게는 3.5 내지 4.75 배, 더욱 바람직하게는 3.75 내지 4.25 배일 수 있다. In the alloy metal composition of the present invention, the weight of chromium contained may be 3 to 5 times the weight of molybdenum, preferably 3.5 to 4.75 times, more preferably 3.75 to 4.25 times.

합금용 금속조성물에 포함되는 크롬의 중량이 몰리브덴의 중량보다 높고, 구체적으로는 포함되는 중량의 비율이 위와 같은 범위를 만족하는 경우에 합금용 금속조성물은 비정질 형성능이 우수하며, 내산화성, 내마모성, 경도 등의 화학적, 기계적 특성이 향상되는 유리한 효과를 얻을 수 있다. When the weight of chromium contained in the metal composition for alloy is higher than the weight of molybdenum, and specifically, when the ratio of the included weight satisfies the above range, the metal composition for alloy has excellent amorphous formation ability, oxidation resistance, wear resistance, An advantageous effect of improving chemical and mechanical properties such as hardness can be obtained.

본 발명에 따른 합금용 금속조성물은 전술한 조성에 따른 원소들을 포함하여 이루어지므로 비정질상을 형성하는 비정질형성능이 우수한 장점을 갖는다.Since the metal composition for alloy according to the present invention includes the elements according to the above-described composition, it has the advantage of excellent amorphous forming ability to form an amorphous phase.

본 발명의 다른 측면은 전술한 합금용 금속조성물로부터 제조되는 합금분말이다. 합금분말은 전술한 합금용 금속조성물과 동일한 조성으로 이루어지는 것이 좋으나 냉각 또는 산화에 의해 일부 다른 조성물을 더 포함할 수 있으며, 합금용 금속조성물의 비정질형성능에 의해 비정질상을 포함하여 이루어질 수 있다.Another aspect of the present invention is an alloy powder prepared from the aforementioned alloy metal composition. The alloy powder preferably has the same composition as the metal composition for alloy described above, but may further include some other composition by cooling or oxidation, and may include an amorphous phase due to the amorphous forming ability of the metal composition for alloy.

합금분말은 3D 프린팅, 분말야금, 사출, 금형이나 용사코팅 등 용도 및 활용 방법에 따라 입도 및 형태를 다양하게 변화시켜 제조될 수 있으며, 그 입도 및 형태는 제한되지 않으나, 예를 들어 1 내지 150 ㎛ 의 입도분포를 가지며, 바람직하게는 10 내지 100 ㎛ 의 입도분포를 갖는 것이 좋고, 용사코팅용도로 사용될 수 있는 합금분말은 10 내지 54 ㎛, 바람직하게는 16 내지 43 ㎛ 인 것이 좋으며, 금속사출(MIM)용도로 사용될 수 있는 합금분말은 20 ㎛ 이하, 바람직하게는 5 내지 16 ㎛ 의 입경을 가지는 미분인 것이 좋다.The alloy powder can be manufactured by variously changing the particle size and shape according to the use and application method such as 3D printing, powder metallurgy, injection, mold or thermal spray coating, and the particle size and shape are not limited, but, for example, 1 to 150 It has a particle size distribution of ㎛, preferably has a particle size distribution of 10 to 100㎛, alloy powder that can be used for thermal spray coating is preferably 10 to 54㎛, preferably 16 to 43㎛, metal injection The alloy powder that can be used for (MIM) is preferably fine powder having a particle size of 20 μm or less, preferably 5 to 16 μm.

또, 3D 프린팅 용도로 사용될 수 있는 합금분말로는 분말소결(Powder Bed Fusion)방식의 경우 20 ㎛ 이하의 입도를 갖는 미분이 선호될 수 있고, 직접에너지증착(Direct Energy Deposit, DED)방식 등에서는 150 내지 430 ㎛, 바람직하게는 50 내지 100㎛ 의 입도를 갖는 조대한 분말이 선호될 수 있으며, 레이저 클레딩(Laser cladding)에 사용될 수 있는 합금분말의 경우에도 조대한 입경의 합금분말이 선호되서 DED방식과 비슷한 입경의 합금 분말이 사용될 수 있다.In addition, as alloy powder that can be used for 3D printing, fine powder having a particle size of 20 μm or less may be preferred in the case of the Powder Bed Fusion method, and in the Direct Energy Deposit (DED) method, etc. Coarse powder having a particle size of 150 to 430 μm, preferably 50 to 100 μm may be preferred, and in the case of an alloy powder that can be used for laser cladding, an alloy powder having a coarse particle size is preferred. An alloy powder having a particle diameter similar to that of the DED method may be used.

합금분말의 입도분포와 평균입경이 해당 범위를 벗어나는 경우 합금분말을 이용한 응용시 균일한 품질을 얻기 어렵고 작업 효율이 떨어지는 문제점이 있다.When the particle size distribution and average particle diameter of the alloy powder are out of the corresponding range, there is a problem in that it is difficult to obtain a uniform quality when applying the alloy powder, and the work efficiency is lowered.

이 때, 합금분말은 통상의 기술자가 채용 가능한 다양한 방법 및 주지기술, 예를들어 물 아토마이징 또는 가스 아토마이징 방법 등으로 제조될 수 있다.At this time, the alloy powder can be prepared by various methods and well-known techniques that can be employed by those skilled in the art, for example, water atomizing or gas atomizing method.

여기에서 아토마이징 방법은 용융된 합금용 금속조성물 용탕을 낙하시킬 때 가스 또는 물을 분사하여 작은 입자로 분열시키고, 분열된 액적상태의 합금분말을 급속 냉각하여 합금분말로 제조하는 분말의 제조방법이다. 아토마이징 방법은 금속 분말 기술분야에서 주지의 기술에 해당하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하였다.Here, the atomizing method is a powder manufacturing method in which gas or water is sprayed to split into small particles when the molten metal composition for alloy is dropped, and the alloy powder in the state of fragmented droplets is rapidly cooled to produce alloy powder. . Since the atomizing method corresponds to a well-known technique in the metal powder technical field, a detailed description thereof is omitted.

본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 합금분말은 체심입방구조(Body-centered cubic structure, BCC)의 결정구조를 갖는 알파 철(α-Fe) 상(phase)을 포함하는 철계 합금을 포함하며, 철계 합금에 분산되는 세라믹상, 예를들어 철, 크롬 및 나이오븀 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 붕화물, 탄화물을 포함하는 상(phase)이 포함될 수 있다.The alloy powder prepared according to an embodiment of the present invention includes an iron-based alloy including an α-Fe phase having a body-centered cubic structure (BCC) crystal structure, A ceramic phase dispersed in the iron-based alloy, for example, a boride containing at least one of iron, chromium, and niobium, or a phase containing carbide may be included.

또한, 철 붕화물, 크롬 붕화물, 철 및 크롬의 붕화물을 모두 포함하는 의미로서 a) 철, 크롬계 붕화물, b)크롬, 철계 붕화물, c)Fe-Cr계 붕화물 또는 d)Fe, Cr계 붕화물이라는 용어를 사용하여 본 발명에 포함될 수 있는 조성물을 설명한다.In addition, as a meaning including all of iron boride, chromium boride, iron and chromium boride, a) iron, chromium-based boride, b) chromium, iron-based boride, c) Fe-Cr-based boride, or d) Compositions that can be included in the present invention are described using the terms Fe, Cr-based borides.

합금분말에 포함되는 원소인 크롬은 철계 합금에 고용되지 않고 대부분 붕화물의 형태인 세라믹상으로 포함되며, 합금분말에 포함되는 철,크롬계 붕화물 비율은 30 내지 90% 이내일 수 있고, 바람직하게는 35 내지 85% 이내일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 40 내지 80% 일 수 있다.Chromium, which is an element included in the alloy powder, is not dissolved in the iron-based alloy and is mostly contained in a ceramic phase in the form of boride, and the iron-chromium-based boride ratio contained in the alloy powder may be within 30 to 90%, preferably Preferably, it may be within 35 to 85%, and more preferably, it may be within 40 to 80%.

이 때, 몰리브덴 및 나이오븀의 붕화물은 합금분말에 포함되지 않거나 포함되더라도 검출되지 않는 수준으로 포함되며, 합금분말에 포함된 몰리브덴과 나이오븀은 철계 합금에 고용되어 고용체를 형성할 수 있다.At this time, the borides of molybdenum and niobium are not included in the alloy powder or are included in an undetectable level even if they are included, and molybdenum and niobium included in the alloy powder may be dissolved in the iron-based alloy to form a solid solution.

합금분말은 합금용 금속조성물의 조성적 특징으로 인하여 비정질 또는 금속유리(메탈릭글래스, metallic glass) 상을 포함할 수 있으며, 붕화물 또는 탄화물과 같은 세라믹 화합물을 내부에 포함할 수 있다.The alloy powder may include an amorphous or metallic glass (metallic glass) phase due to the compositional characteristics of the metal composition for alloying, and may include a ceramic compound such as boride or carbide therein.

이 때, 합금분말은 인시추(In-situ) 특성을 가지며, 이와 같은 미세조직, 결정구조는 합금분말의 조성적 특징으로 인해 자체적으로 내부에서 형성되거나 재구성되어 얻어질 수 있다.At this time, the alloy powder has an in-situ characteristic, and such a microstructure and crystal structure can be obtained by being formed or reconfigured inside itself due to the compositional characteristics of the alloy powder.

본 발명의 일 실시예에 따른 합금분말은 전술한 조성을 가지며, 철계 합금이 비정질상을 포함함으로써, 내산화성이 우수하여 온도의 증가에 따른 산화량, 산화속도가 낮고, 급격한 산화가 이루어지는 온도 지점이 높은 것을 특징으로 한다.The alloy powder according to an embodiment of the present invention has the above composition, and since the iron-based alloy includes an amorphous phase, it has excellent oxidation resistance, so the amount of oxidation and the oxidation rate according to the increase in temperature are low, and the temperature point at which rapid oxidation is made is high characterized in that

구체적으로는, 합금분말은 통상의 아토마이징 방법을 사용하더라도 비정질 형성능이 우수하여 비정질 상을 포함할 수 있는 합금 조성물로부터 제조되어 비정질상을 합금분말의 적어도 일부 영역에 포함할 수 있다. Specifically, the alloy powder is prepared from an alloy composition that can include an amorphous phase due to excellent amorphous formation ability even using a conventional atomizing method, and the amorphous phase may be included in at least a partial region of the alloy powder.

이와 같은 합금조성 및 합금분말의 상(phase)분포에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 합금분말은 우수한 내산화특성을 가지는 것을 특징으로 한다. 일반적으로, 합금분말의 경우 온도를 증가시키면 금속의 산화가 일어나 산화물이 형성되며, 분말의 중량이 증가하게 되며, 산화가 잘 일어날수록 분말의 중량 증가분이 커지게 되고, 특정 온도 이상에서 산화 속도가 급격하게 증가하는 지점을 갖는다. Due to the alloy composition and phase distribution of the alloy powder, the alloy powder prepared according to an embodiment of the present invention has excellent oxidation resistance. In general, in the case of alloy powder, when the temperature is increased, the metal is oxidized to form an oxide, and the weight of the powder increases. It has a point of rapid increase.

본 발명의 또 다른 측면은 전술한 합금용 금속조성물 또는 합금분말로부터 형성되는 합금코팅층이 모재 상에 구비되는 코팅체이다. Another aspect of the present invention is a coating body in which an alloy coating layer formed from the above-described alloy metal composition or alloy powder is provided on a base material.

모재(母材)는 코팅층이 형성되는 대상으로서, 그 소재 및 형태는 제한되지 않는다.The base material (母材) is an object on which the coating layer is formed, and the material and shape thereof are not limited.

합금코팅층은 모재 상에 구비되면서 모재의 표면에서 물리적, 화학적 성능을 개선시키고 모재를 보호하는 역할을 수행하는 층이다.The alloy coating layer is provided on the base material and serves to improve physical and chemical performance on the surface of the base material and protect the base material.

합금코팅층은 전술한 합금용 금속조성물 또는 합금분말과 동일한 조성으로 이루어질 수 있으며, 구체적으로는, 철 100 중량부에 대하여 크롬을 17.22 내지 58.23 중량부, 바람직하게는 18.32 내지 44.25 중량부, 더욱 바람직하게는 21.96 내지 34.11 중량부로 포함한다.The alloy coating layer may have the same composition as the metal composition or alloy powder for alloys described above, and specifically, 17.22 to 58.23 parts by weight of chromium, preferably 18.32 to 44.25 parts by weight, more preferably based on 100 parts by weight of iron. is included in an amount of 21.96 to 34.11 parts by weight.

또, 철 100 중량부에 대하여 몰리브덴을 1.2 내지 26.1 중량부, 바람직하게는 2.44 내지 19.47 중량부, 더욱 바람직하게는 4.52 내지 12.40 중량부로 포함한다.In addition, it contains 1.2 to 26.1 parts by weight of molybdenum, preferably 2.44 to 19.47 parts by weight, and more preferably 4.52 to 12.40 parts by weight based on 100 parts by weight of iron.

또, 철 100 중량부에 대하여 나이오븀을 0.12 내지 6.22 중량부, 바람직하게는 0.61 내지 5.31 중량부, 더욱 바람직하게는 1.29 내지 3.10 중량부로 포함한다.Further, niobium is included in an amount of 0.12 to 6.22 parts by weight, preferably 0.61 to 5.31 parts by weight, and more preferably 1.29 to 3.10 parts by weight based on 100 parts by weight of iron.

또, 철 100 중량부에 대하여 붕소를 0.12 내지 6.63 중량부, 바람직하게는 0.61 내지 5.31 중량부, 더욱 바람직하게는 1.29 내지 3.88 중량부로 포함할 수 있다.In addition, boron may be included in an amount of 0.12 to 6.63 parts by weight, preferably 0.61 to 5.31 parts by weight, and more preferably 1.29 to 3.88 parts by weight based on 100 parts by weight of iron.

또, 철 100 중량부에 대하여 탄소를 0.12 내지 3.61 중량부, 바람직하게는 0.12 내지 2.65 중량부, 더욱 바람직하게는 0.13 내지 1.55 중량부로 포함할 수 있다.In addition, carbon may be included in an amount of 0.12 to 3.61 parts by weight, preferably 0.12 to 2.65 parts by weight, and more preferably 0.13 to 1.55 parts by weight, based on 100 parts by weight of iron.

합금코팅층은 전술한 원소 외에도 추가적인 첨가물 및 불가피한 불순물을 더 포함하여 이루어질 수 있으며, 이 때, 추가적인 첨가물은 그 총합이 철 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 이하, 바람직하게는 0.1 중량부 이하로 포함되는 것이 좋다.The alloy coating layer may further include additional additives and unavoidable impurities in addition to the above-mentioned elements, and in this case, the total of the additional additives is 0.5 parts by weight or less, preferably 0.1 parts by weight or less, based on 100 parts by weight of iron. it's good

합금코팅층의 형성방법은 제한되지 않으며, 예를들어 고속화염용사(HVOF), 플라즈마(Plasma)용사, 레이저(laser)용사 등과 같은 용사코팅방법이나 레이저 클래딩(Laser cladding) 등의 다양한 주지의 코팅 방법을 통해 형성될 수 있고, 스퍼터링(sputtering), 전해도금, 무전해도금 등 통상의 기술자가 채용 가능한 코팅 방법이라면 어떠한 방법이든 사용될 수 있으나, 바람직하게는 고속화염용사와 같은 용사 방법을 사용하는 것이 바람직하다.The method of forming the alloy coating layer is not limited, for example, a thermal spray coating method such as high-speed flame spraying (HVOF), plasma spraying, laser spraying, or various well-known coating methods such as laser cladding. It can be formed through, sputtering (sputtering), electrolytic plating, electroless plating, etc. can be used any coating method that can be employed by those skilled in the art, but it is preferable to use a thermal spraying method such as high-speed flame spraying Do.

용사방식의 코팅 방법을 사용하는 경우 합금 분말이 주로 물리적 결합된 합금코팅층이 얻어질 수 있고, 클래딩 방식의 코팅 방법을 사용하는 경우 합금 분말이 주로 화학적으로 결합된 합금코팅층을 얻을 수 있다.When the thermal spray coating method is used, an alloy coating layer in which the alloy powder is mainly physically bonded can be obtained, and when the cladding coating method is used, an alloy coating layer in which the alloy powder is mainly chemically bonded can be obtained.

이 때, 합금코팅층의 두께는 0.05 내지 0.3 mm, 바람직하게는 0.075 내지 0.125 mm 범위로 형성되는 것이 바람직하다.At this time, the thickness of the alloy coating layer is preferably formed in the range of 0.05 to 0.3 mm, preferably 0.075 to 0.125 mm.

이하에서는 구체적인 예시로, 전술한 합금분말을 열용사 방식, 예를들어 고속화염용사(HVOF) 또는 플라즈마 용사방식으로 모재 상에 코팅하여 형성된 합금코팅층에 대하여 살펴본다.Hereinafter, as a specific example, an alloy coating layer formed by coating the above-mentioned alloy powder on a base material by a thermal spraying method, for example, a high-speed flame spraying (HVOF) or a plasma spraying method, will be described.

본 발명의 일 실시예에 따른 합금코팅층은 전술한 합금분말로부터 구비될 수 있으며, 체심입방구조(BCC)의 알파 철(α-Fe)을 포함하는 철계 합금 및 세라믹상, 예를들어 Fe 및 Cr중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 붕화물 또는 나이오븀의 붕화물을 포함하여 이루어진다.The alloy coating layer according to an embodiment of the present invention may be provided from the above-mentioned alloy powder, and an iron-based alloy and ceramic phase containing alpha iron (α-Fe) having a body-centered cubic structure (BCC), for example, Fe and Cr It consists of a boride containing at least any one or more of a boride or a boride of niobium.

또한, 합금분말로부터 합금코팅층의 형성시에 용융되지 않은 합금분말 또는 합금분말 중 완전히 용융되지 않고 모재에 충돌하는 영역인 제1조직영역 및 코팅 과정에서 완전히 용융된 합금분말과 합금분말 중 완전히 용융된 일부 영역이 모재 상에 적층 또는 부착되어 형성되는 제2조직영역이 합금코팅층에 포함된다.In addition, in the formation of the alloy coating layer from the alloy powder, the first structure region, which is a region that does not completely melt among the alloy powder or alloy powder, but collides with the base material, and the completely molten alloy powder and alloy powder in the coating process A second tissue region formed by laminating or attaching a partial region on the base material is included in the alloy coating layer.

이 때, 제1제1조직영역과 제2조직영역은 서로 인접하거나 접촉되며, 제2조직영역이 제1조직영역의 주위에 구비되거나 제2조직영역 중에 제1조직영역이 분산되는 형태로 이루어질 수 있고, 제1조직영역과 제2조직영역이 접촉하는 계면에 경계영역이 형성될 수 있다.In this case, the first tissue region and the second tissue region are adjacent to or in contact with each other, and the second tissue region is provided around the first tissue region or the first tissue region is dispersed in the second tissue region. and a boundary region may be formed at an interface between the first tissue region and the second tissue region.

제1조직영역은 분말적층체로서, 합금분말의 형태를 일부 포함할 수 있으며, 제1조직영역에 포함된 결정상 및 붕화물의 개별입자상의 크기는 합금분말에 포함된 결정상 및 붕화물의 개별입자상의 크기와 비슷하게 나타난다.The first texture region is a powder laminate, and may include a part of the alloy powder form, and the size of the crystal phase and the individual particle phase of the boride included in the first texture region is the crystal phase and the individual particle phase of the boride included in the alloy powder. appear similar to the size of

제2조직영역은 용융분사체로서 용융된 분말이 냉각되어 형성되므로 분말의 형태가 관찰되지 않고, 합금분말과 결정의 구조나 비율, 세라믹상의 개별 입자상의 크기가 변화될 수 있으며, 제1조직영역과 제2조직영역과의 계면에서 경계가 형성되어 구분될 수 있다.In the second tissue region, the molten powder is cooled and formed as a molten spray, so the shape of the powder is not observed, the structure or ratio of the alloy powder and the crystal, and the size of individual grain phases of the ceramic phase can be changed, and the first texture region A boundary is formed at the interface between the and the second tissue region and can be distinguished.

제1조직영역과 제2조직영역은 전자현미경(SEM, TEM), 전자회절패턴분석기 또는 전자 프로브 X선 마이크로 애널라이저 등으로 확인될 수 있다.The first tissue region and the second tissue region may be identified with an electron microscope (SEM, TEM), an electron diffraction pattern analyzer, or an electron probe X-ray microanalyzer.

합금코팅층을 이루는 철계 합금에서 Fe(BCC)는 체심입방구조의 철 결정 또는 결정질의 철계 합금을 포함하는 의미로 사용되며, 알파 철을 포함하는 의미이다.In the iron-based alloy constituting the alloy coating layer, Fe (BCC) is used to mean including body-centered cubic iron crystals or crystalline iron-based alloys, and includes alpha iron.

합금코팅층에서 세라믹상이 분산되는 철계 합금은 알파 철 또는 크롬, 몰리브덴, 나이오븀 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 철계 합금을 의미하며, 철계 합금은 결정질 합금 및 비정질의 합금을 동시에 포함할 수 있고, 크롬, 몰리브덴, 나이오븀 중 적어도 어느 하나 이상이 고용체의 형태로 포함되는 경우도 포함한다.The iron-based alloy in which the ceramic phase is dispersed in the alloy coating layer refers to an iron-based alloy containing alpha iron or at least one of chromium, molybdenum, and niobium, and the iron-based alloy may include a crystalline alloy and an amorphous alloy at the same time, and chromium , Molybdenum, and niobium include a case in which at least one or more is included in the form of a solid solution.

합금코팅층은 결정질상 및 비정질상을 모두 포함하며 크롬, 몰리브덴, 나이오븀 중 적어도 어느 하나 이상이 고용체의 형태로 포함되는 철계 합금과 철계 합금에 분산된 세라믹상을 포함하여 고온 내산화성, 내마모성, 내식성이 우수하다.The alloy coating layer includes both a crystalline phase and an amorphous phase, and has high temperature oxidation resistance, wear resistance and corrosion resistance, including an iron-based alloy containing at least one of chromium, molybdenum, and niobium in the form of a solid solution, and a ceramic phase dispersed in the iron-based alloy. great.

합금코팅층은 Fe-Cr-B 계의 합금에 몰리브덴 및 나이오븀이 첨가되는 반비정질합금(metamorphic)으로 이루어질 수 있다. The alloy coating layer may be made of a semi-amorphous alloy (metamorphic) in which molybdenum and niobium are added to an Fe-Cr-B-based alloy.

반비정질합금은 비정질 합금의 제조 및 가공이 어려운 문제를 보완하면서도 유사한 수준의 내마모, 내식성을 가질 수 있는 장점이 있고, 몰리브덴과 나이오븀을 첨가함으로써 고온에서의 내산화성, 내식성을 향상시킨다.Semi-amorphous alloy has the advantage of having a similar level of wear resistance and corrosion resistance while supplementing the difficult problem of manufacturing and processing an amorphous alloy, and by adding molybdenum and niobium, it improves oxidation resistance and corrosion resistance at high temperatures.

이하에서는 합금코팅층을 구성하는 제1조직영역 및 제2조직영역에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the first and second tissue regions constituting the alloy coating layer will be described in detail.

제1조직영역은 합금분말을 사용하여 합금코팅층의 형성시 합금분말 중 완전히 용융되지 않은 일부분 또는 분말 전체가 모재상에 충돌 또는 부착되어 형성되는 조직이다.The first structure region is a structure formed by collision or adhesion of a part or the entire powder of the alloy powder that is not completely melted on the base material when the alloy coating layer is formed using the alloy powder.

제1조직영역은 합금코팅층에서 분말의 일부 구조, 또는 구형의 경계를 포함하며, 내부에 높은 분율의 Fe, Cr계 세라믹상, 예를들어 붕화물을 포함하는 조직이다. 합금분말을 이용하여 합금코팅층을 형성하는 경우에, 완전히 용융되지 않거나 일부가 용융된 분말의 일부분은 모재나 모재 상에 형성된 합금코팅층 표면에서 냉각되고, 이 때, 열에너지를 충분히 공급받지 않은 상태에서 냉각되므로 합금분말의 내부조직이나 결정의 재배열, 비정질화 등이 활발하게 이루어지지 않으며, 비용융조직(unmelted powder)이라고도 표현될 수 있다.The first structure region includes a partial structure of powder in the alloy coating layer, or a spherical boundary, and is a structure containing a high fraction of Fe, Cr-based ceramic phase, for example, boride therein. In the case of forming an alloy coating layer using an alloy powder, a part of the powder that is not completely melted or partially melted is cooled on the surface of the base material or the alloy coating layer formed on the base material, and at this time, cooling in a state in which thermal energy is not sufficiently supplied Therefore, the internal structure of the alloy powder, rearrangement of crystals, amorphization, etc. are not actively performed, and it can also be expressed as an unmelted powder.

제1조직영역은 철과 크롬 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 세라믹상, 예를들어 붕화물을 포함하고, 해당 붕화물의 부피분율은 30 내지 90% 이내일 수 있고, 바람직하게는 35 내지 85% 이내일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 40 내지 80%일 수 있다. The first tissue region includes a ceramic phase including at least one of iron and chromium, for example, a boride, and the volume fraction of the boride may be within 30 to 90%, preferably 35 to 85 %, more preferably 40 to 80%.

또, 합금코팅층의 제조에 사용되는 합금분말과 비슷한 분율이나 합금분말의 붕화물 분율의 ㅁ10% 정도로 붕화물이 포함될 수 있으며, 70% 이하의 붕화물이 포함되는 것도 가능하다.In addition, boride may be included in a fraction similar to that of the alloy powder used in the manufacture of the alloy coating layer, or about 10% of the boride fraction of the alloy powder, and it is also possible to include boride of 70% or less.

구체적으로는, 제1조직영역은 내부에 주로 BCC상의 알파 철을 포함하는 철계 합금과 붕화물상을 포함하며, 여기에서 붕화물상은 개별 붕화물 입자들이 분포된 영역을 의미한다.Specifically, the first tissue region includes an iron-based alloy mainly containing BCC phase alpha iron and a boride phase therein, wherein the boride phase means a region in which individual boride particles are distributed.

제1조직영역의 붕화물상은 Fe, Cr계 붕화물을 포함하며, 이 때, Fe, Cr계 붕화물, 예를들어 Cr2B, (Cr, Fe)2B 등의 분율은 초기의 합금분말과 유사할 수 있고, 바람직하게는 30 내지 90%, 바람직하게는 40 내지 85%, 더욱 바람직하게는 40 내지 80% 일 수 있으며, 나이오븀(Nb)이 철계 합금 내에 미세하고 고르게 분포될 수 있어, 나이오븀의 분포가 Fe 원소의 분포와 유사하게 관찰될 수 있다.The boride phase of the first structure region includes Fe, Cr-based boride, and in this case, the fraction of Fe, Cr-based boride, for example, Cr 2 B, (Cr, Fe) 2 B, etc. is the initial alloy powder. may be similar to, preferably 30 to 90%, preferably 40 to 85%, more preferably 40 to 80%, and niobium (Nb) can be finely and evenly distributed in the iron-based alloy , it can be observed that the distribution of niobium is similar to that of Fe element.

이 때, 합금코팅층에 포함되는 세라믹상들 중 Fe, Cr계 붕화물의 개별 입자상의 크기는 50㎛이하, 바람직하게는 2㎛이하일 수 있고, 더욱 바람직하게는 300 nm 내지 800nm 인 것이 좋다.At this time, the size of individual particle phases of Fe and Cr-based boride among the ceramic phases included in the alloy coating layer may be 50 μm or less, preferably 2 μm or less, and more preferably 300 nm to 800 nm.

한편, 제1조직영역의 철계 합금은 비정질상 또는 메탈릭글래스(metallic glass)를 포함하는 영역을 적어도 일 부분에 포함하여 이루어질 수 있으며, 비정질 상과 세라믹상(붕화물, 탄화물 또는 붕탄화물 등)을 모두 포함하여 이루어지는 것이 좋다. On the other hand, the iron-based alloy of the first structure region may include at least one portion of an amorphous phase or a region including metallic glass, and both the amorphous phase and the ceramic phase (boride, carbide, or boron carbide, etc.) It is good to include

제2조직영역은 합금분말을 사용하여 합금코팅층의 형성시 합금분말 중 용융된 분말 전체 또는 분말의 일 부분이 모재 상에 코팅된 후 냉각되어 형성되는 조직으로, 용융된 영역이 모재상에 충돌하면서 적층되거나 모재 또는 제1조직영역의 표면에 부착되어 형성되므로, 합금분말의 형태를 포함하지 않거나 일정한 형태를 가지지 않는 조직이며 제1조직영역과의 사이에 존재하는 경계에 의해 구분될 수 있다.The second tissue region is a tissue formed by cooling the entire molten powder or a part of the powder in the alloy powder when forming the alloy coating layer using the alloy powder and then cooling it on the base material. Since it is formed by being laminated or attached to the surface of the base material or the first tissue region, it is a tissue that does not contain the form of alloy powder or does not have a specific shape, and can be distinguished by a boundary existing between it and the first tissue region.

코팅시에 합금분말이 전부 또는 일부 용융되거나 열에너지에 의해 내부에서 화합물의 분해(decomposition)와 같은 결합의 변화, 결정의 재구성이나 비정질화 등의 미세조직 변화가 일어난 후 냉각되어 코팅층을 구성한다.During coating, all or part of the alloy powder is melted, or changes in bonding such as decomposition of compounds inside due to thermal energy, and microstructure changes such as reorganization or amorphization of crystals occur and then cool to form a coating layer.

이러한 변화를 거친 분말은 모재나 합금코팅층에 충돌시 분말의 형태를 잃고 변형되거나 흩어져 제2조직영역을 구성하며 합금코팅층에 포함되는 제2조직영역은 제1조직영역보다 높은 부피 분율을 가지는 것이 좋으며, 그 비율은 1.4배 내지 10배, 바람직하게는 2배 내지 8배 범위인 것이 좋다. The powder that has undergone these changes loses its shape and deforms or disperses when it collides with the base material or alloy coating layer to form a second tissue region, and it is preferable that the second tissue region included in the alloy coating layer have a higher volume fraction than the first texture region. , the ratio is preferably in the range of 1.4 to 10 times, preferably 2 to 8 times.

제2조직영역은 코팅층의 형성 방식, 온도조건, 합금분말의 비행거리, 비행시간 및 속도, 합금분말의 입경, 합금분말의 조성 등에 의해 그 특성이 제어될 수 있으며, 높은 온도, 긴 비행거리, 긴 비행시간, 빠른 분말의 분사속도 조건에서 제2조직영역의 비율이 높아질 수 있다. The properties of the second tissue region can be controlled by the formation method of the coating layer, temperature conditions, flight distance of alloy powder, flight time and speed, particle size of alloy powder, composition of alloy powder, etc., high temperature, long flight distance, The ratio of the second tissue region may be increased under the conditions of a long flight time and a fast powder jetting speed.

제2조직영역은 철계 합금 및 철계 합금에 분산된 세라믹상을 포함할 수 있고, 철, 크롬, 나이오븀, 붕소 및 탄소 등의 원소들이 고르게 분포되어, 입자상의 크기가 큰 조대한 결정을 거의 포함하지 않고 미세한 조직으로 분포되는 구조를 포함한다. The second structure region may include an iron-based alloy and a ceramic phase dispersed in the iron-based alloy, and elements such as iron, chromium, niobium, boron, and carbon are evenly distributed to almost include coarse crystals with large grain sizes It includes structures that are distributed in microscopic tissues without

제2조직영역은 제1조직영역과 달리 합금분말에 비해 미세한 세라믹상 또는 미세한 결정조직을 포함하여 이루어진다. 제2조직영역에 포함된 Fe, Cr계 붕화물과 같은 세라믹상은 개별 입자상의 크기가 10㎛이하, 바람직하게는 1㎛이하일 수 있고, 더욱 바람직하게는 300nm 이하일 수 있으며, 제1조직영역에 포함된 Fe, Cr계 붕화물의 개별 입자상의 크기에 비하여 제2조직영역에 포함된 Cr계 붕화물의 개별 입자상의 크기가 더 작게 얻어질 수 있다.Unlike the first texture region, the second texture region includes a fine ceramic phase or a fine crystalline structure compared to the alloy powder. The ceramic phase, such as Fe, Cr-based boride, contained in the second tissue region may have an individual particle phase size of 10 μm or less, preferably 1 μm or less, more preferably 300 nm or less, and is included in the first tissue region. The size of the individual particle phase of the Cr-based boride included in the second tissue region may be smaller than the size of the individual particle phase of the Fe, Cr-based boride.

또한, 제1조직영역에 포함되는 붕화물 개별 입자상의 크기는 제2조직영역에서의 붕화물 개별 입자상의 크기의 1.1 배 내지 30배, 바람직하게는 1.5 배 내지 10 배, 더욱 바람직하게는 1.7배 내지 5배 인 것이 좋다.In addition, the size of the individual boride particle phase included in the first tissue region is 1.1 to 30 times, preferably 1.5 to 10 times, more preferably 1.7 times the size of the boride individual particle phase in the second tissue region. It is good to be 5 to 5 times.

세라믹상으로 Nb 붕화물이 형성되어 Nb가 Fe에 고용체 형태로 포함되지 않는 경우 제1조직영역과 제2조직영역에 포함되어 있는 철, 크롬계 붕화물의 개별 입자상의 크기 비율이 해당 범위를 벗어날 수 있으며, 이 때 제1 및 제2조직영역의 비정질 형성능이 감소하게 되는 문제가 있고, 합금 코팅층의 물리적 특성이 저하될 수 있다.When Nb boride is formed in the ceramic phase and Nb is not included in Fe in the form of a solid solution, the size ratio of the individual particle phases of iron and chromium-based boride contained in the first and second tissue regions is out of the corresponding range. In this case, there is a problem in that the amorphous formation ability of the first and second tissue regions is reduced, and the physical properties of the alloy coating layer may be deteriorated.

또한, 제2조직영역의 철계 합금은 비정질상을 포함하는 영역을 적어도 일부분에 포함하여 이루어진다. 합금코팅층의 비정질상의 부피 비율은 5 내지 49% 일 수 있고, 바람직하게는 13 내지 40% 로 포함될 수 있다. 제1조직영역에 포함되는 비정질의 비율은 5 내지 49% 일 수 있고, 바람직하게는 13 내지 40% 로 포함될 수 있다. 이 때, 제1조직영역에 포함되는 비정질상의 비율은 제2조직영역에 포함되는 비정질상의 비율보다 낮거나 같을 수 있으며, 제2조직영역에서 비정질상의 비율은 제1조직영역에서의 비정질상의 비율보다 큰 것이 좋고, 구체적으로 비정질상의 비율은 1.0 배를 초과하거나 3배 이하, 바람직하게는 1.1 배 내지 2배일 수 있다.In addition, the iron-based alloy of the second structure region is made to include at least a portion of the region including the amorphous phase. The volume ratio of the amorphous phase of the alloy coating layer may be 5 to 49%, preferably 13 to 40%. The proportion of amorphous content included in the first tissue region may be 5 to 49%, preferably 13 to 40%. In this case, the ratio of the amorphous phase included in the first tissue region may be lower than or equal to the ratio of the amorphous phase included in the second tissue region, and the ratio of the amorphous phase in the second tissue region is higher than the ratio of the amorphous phase in the first tissue region. A large one is preferable, and specifically, the ratio of the amorphous phase may be more than 1.0 times or less than 3 times, preferably 1.1 times to 2 times.

제1조직영역과 제2조직영역 사이의 비정질상 비율이 해당 범위를 벗어나는 경우 전체적인 합금코팅층의 비정질상 비율이 낮아지므로 비정질상이 가지는 우수한 물리, 화학적 특성이 저하되어 물성이 나빠질 수 있으며, 비정질상에 포함되는 붕화물상과 같은 세라믹상의 비율이 상대적으로 감소되어 경도나 내마모 특성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.If the ratio of the amorphous phase between the first tissue region and the second tissue region is out of the corresponding range, the ratio of the amorphous phase of the overall alloy coating layer is lowered. Since the proportion of the ceramic phase such as the cargo phase is relatively reduced, there may be a problem in that hardness or wear resistance properties are deteriorated.

본 발명의 합금코팅층은 제1조직영역과 제2조직영역이 경계에 의해 서로 구분되며, 이 때 경계(boundary)는 경계영역 또는 경계면을 포함할 수 있다. 경계영역 또는 경계면은 제1조직영역 또는 제2조직영역의 외부나 표면에 형성되며, 주로 합금분말로부터 합금코팅층이 형성되는 과정에서 형성된다.In the alloy coating layer of the present invention, a first tissue region and a second tissue region are separated from each other by a boundary, and in this case, the boundary may include a boundary region or a boundary surface. The boundary region or boundary surface is formed outside or on the surface of the first or second texture region, and is mainly formed in the process of forming the alloy coating layer from the alloy powder.

경계영역은 Fe, Cr계 산화물을 포함하여 이루어질 수 있으며, Fe, Cr계 산화물은 대기 중에서 분말이 모재상에 적층되는 HVOF, 플라즈마용사 등의 공정 과정에서 주로 형성된다. 예를들어 분말이 고온 용사 공정에서 비행하는 경우, 열에너지에 의해 비행 도중 분말의 표면이 산화(inflight oxidation)되어 산화물이 생성될 수 있는데, 이 경우 경계영역에 산화물이 포함될 수 있다. The boundary region may include Fe and Cr-based oxides, and Fe and Cr-based oxides are mainly formed during processes such as HVOF and plasma spraying in which powder is deposited on a base material in the atmosphere. For example, when powder is flown in a high-temperature thermal spraying process, the surface of the powder is oxidized during flight by inflight oxidation by thermal energy to generate oxide. In this case, the oxide may be included in the boundary region.

이 때, 생성된 산화물은 제1조직영역의 표면 또는 제2조직영역의 표면에 형성되어 합금코팅층에 포함될 수 있으며, 합금코팅층에서 제1조직영역간 또는 제1조직영역과 제2조직영역 사이의 접착력(adhesion strength)를 감소시키고, 합금코팅층의 내마모성 또는 경도 등의 기계적 특성을 감소시키는 인자로 작용할 수 있다.At this time, the generated oxide may be formed on the surface of the first tissue region or the surface of the second tissue region to be included in the alloy coating layer, and the adhesive force between the first tissue region or between the first tissue region and the second tissue region in the alloy coating layer (adhesion strength) and may act as a factor reducing mechanical properties such as wear resistance or hardness of the alloy coating layer.

한편, 제1조직영역은 높은 온도를 받지 못하거나 충분히 용융되지 못하여 합금분말의 조직을 내부에 높은 비율로 유지하고, 합금분말에 포함되었던 Fe계 붕화물이 코팅층을 형성하는 과정에서 열에너지에 의해 분해(decomposition)되지 않아 용융분말조직에 비해 상대적으로 높은 비율로 붕화물을 포함한다.On the other hand, the first tissue region does not receive a high temperature or is not sufficiently melted, so that the structure of the alloy powder is maintained at a high ratio inside, and the Fe-based boride contained in the alloy powder is decomposed by thermal energy in the process of forming the coating layer. Because it is not decomposition, it contains boride in a relatively high proportion compared to the molten powder structure.

예를들어, 제2조직영역은 높은 온도에 의해 Fe, Cr계 붕화물이 분해되어 상대적으로 개별 입자상의 크기가 작은 붕화물이 존재할 수 있으며, 붕화물이 분해되어 전체 제2조직영역에 포함되는 붕화물상의 비율이 제1조직영역보다 상대적으로 낮고, 분해된 붕소 또는 크롬 등에 의한 비정질형성능 향상효과로 인해 비정질상 또는 메탈릭글래스 조직의 비율이 상대적으로 증가할 수 있다.For example, in the second tissue region, Fe, Cr-based borides are decomposed by a high temperature, so borides having relatively small individual particle sizes may exist, and the boride is decomposed and included in the entire second tissue region. The ratio of the boride phase is relatively lower than that of the first tissue region, and the ratio of the amorphous phase or the metallic glass structure may be relatively increased due to the effect of improving the amorphous formation performance by decomposed boron or chromium.

본 발명의 일 실시예에 따른 합금코팅층은 합금의 조성에 포함된 몰리브덴 또는 나이오븀 중 적어도 어느 하나 이상이 철계 합금에 고용되어 형성되는 고용체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 몰리브덴 또는 나이오븀은 별도의 추가적인 상(phase)를 이루지 않고 상대적으로 많은 비율로 포함되는 철이 주로 포함되는 철계 합금에 고용체로 포함될 수 있고, 철-몰리브덴 고용체, 철-나이오븀 고용체 또는 철-몰리브덴, 나이오븀 고용체가 합금코팅층의 철계 합금으로 포함될 수 있다.The alloy coating layer according to an embodiment of the present invention is characterized in that it includes a solid solution formed by dissolving at least one of molybdenum and niobium included in the composition of the alloy as a solid solution in the iron-based alloy. That is, molybdenum or niobium may be included as a solid solution in an iron-based alloy mainly containing iron in a relatively large proportion without forming a separate additional phase, and iron-molybdenum solid solution, iron-niobium solid solution or iron- Molybdenum and niobium solid solution may be included as an iron-based alloy of the alloy coating layer.

이러한 고용체가 형성됨으로 인하여, 합금코팅층의 몰리브덴 또는 나이오븀의 붕화물(boride) 또는 탄화물(carbide)의 비율은 합금분말에서의 나이오븀의 붕화물(boride) 또는 탄화물(carbide)의 비율대비 감소하고, 몰리브덴 또는 나이오븀이 고용체에서 철 원소와 균일하게 분산되어 비정질상이 보다 용이하게 형성될 수 있으므로, 합금코팅층의 비정질영역의 비율이 높아지고, 비정질형성능을 향상시키는 효과를 얻을 수 있으며, 나이오븀의 높은 열적 안정성으로 인해 고온에서의 산화가 효과적으로 예방될 수 있다.Due to the formation of such a solid solution, the ratio of molybdenum or niobium boride or carbide in the alloy coating layer decreases compared to the ratio of niobium boride or carbide in the alloy powder, and , molybdenum or niobium is uniformly dispersed with iron element in a solid solution, so that an amorphous phase can be formed more easily, the ratio of the amorphous region of the alloy coating layer is increased, the effect of improving the amorphous forming performance can be obtained, and the high level of niobium Oxidation at high temperatures can be effectively prevented due to thermal stability.

본 발명의 일 실시예의 합금코팅층은 합금분말로부터 제조되며, 합금분말에 포함된 Fe, Cr계 붕화물이 열에 의해 분해되어 얻어지는 B, Cr 을 포함하여 더욱 향상된 비정질형성능을 가지며, 합금분말보다 높은 비정질상의 비율을 가질 수 있다. The alloy coating layer of an embodiment of the present invention is manufactured from alloy powder, and has improved amorphous forming performance including B and Cr obtained by thermally decomposing Fe and Cr-based boride contained in the alloy powder, and has a higher amorphous phase than the alloy powder can have a ratio of

합금코팅층에 포함되는 비정질 상의 비율은 합금의 조성 및 코팅 조건에 따라 다르게 제어될 수 있으며, 이하에서는 열용사방법으로 플라즈마용사와 HVOF 용사 공정을 예시로써 이에 대해 상세히 설명한다.The ratio of the amorphous phase included in the alloy coating layer can be controlled differently depending on the composition of the alloy and the coating conditions. Hereinafter, plasma spraying and HVOF spraying processes as examples of thermal spraying will be described in detail.

플라즈마 용사 방식으로 합금코팅층을 형성하는 경우, 열원의 온도가 HVOF 용사 대비 높고, 이로인해 합금분말이 플라즈마 건(plasma gun)을 통과해 모재 상에 충돌하며 코팅층을 형성할 때 큰 온도차이(delta T)가 나타나게 되어 상대적으로 플라즈마 용사에서 HVOF 용사 대비 높은 냉각속도가 얻어질 수 있다.When the alloy coating layer is formed by the plasma spraying method, the temperature of the heat source is higher than that of the HVOF spraying, which causes the alloy powder to pass through the plasma gun and collide on the base material to form the coating layer with a large temperature difference (delta T). ) appears, and a relatively high cooling rate can be obtained in plasma spraying compared to HVOF spraying.

또한, 분말의 비행속도는 HVOF 용사에서 더 빠른데, 플라즈마 용사의 경우 합금분말은 HVOF 용사 대비 높은 온도에서 장시간 노출되므로 합금분말의 내부에서 철, 크롬계 붕화물상의 분해가 더욱 잘 일어날 수 있다.In addition, the flight speed of the powder is faster in HVOF thermal spraying. In the case of plasma thermal spraying, since the alloy powder is exposed to a higher temperature than HVOF thermal spraying for a long time, the decomposition of iron and chromium-based boride phases can occur more easily inside the alloy powder.

이 때, 철-크롬-붕소계의 반비정질 합금 소재가 충분한 열에너지와 운동에너지를 가지며, 철-크롬계 붕화물이 분해되어 계(system)의 비정질형성능을 향상시키고, 합금코팅층을 형성하게되어 합금코팅층에서 비정질상의 비율이 높아지는 유리한 효과를 얻을 수 있다.At this time, the iron-chromium-boron-based semi-amorphous alloy material has sufficient thermal energy and kinetic energy, the iron-chromium-based boride is decomposed to improve the amorphous forming performance of the system, and an alloy coating layer is formed. An advantageous effect of increasing the ratio of the amorphous phase in the coating layer can be obtained.

반면, 본 발명의 본 측면에 따른 합금코팅층은 공정시 열원의 온도가 낮으면서 분말의 비행속도가 빠른 HVOF 방식으로 형성되는 경우에, 코팅과정에서 산화되기 위한 온도 및 시간이 부족하고, 합금분말의 내산화성이 우수하여 합금코팅층에 포함되는 경계영역 및 산화물의 비율이 낮은 특징을 가지고, 제1조직영역과 제1조직영역의 주위를 둘러싸는 제2조직영역 사이의 계면에서 높은 결합력을 가져 기계적 특성이 우수한 장점을 가질 수 있다.On the other hand, when the alloy coating layer according to this aspect of the present invention is formed by the HVOF method in which the temperature of the heat source is low and the flight speed of the powder is fast during the process, the temperature and time for oxidation in the coating process are insufficient, and the temperature and time of the alloy powder are insufficient. It has excellent oxidation resistance and has a low ratio of oxides and boundary regions included in the alloy coating layer, and has high bonding strength at the interface between the first tissue region and the second tissue region surrounding the first tissue region, resulting in mechanical properties This can have excellent advantages.

본 발명의 실시예에 따른 합금코팅층은 이와 같은 합금 조성적 특성과 조성에 따른 비정질 형성능이 우수하여 최종적으로 얻어지는 합금코팅층의 기계적 특성이 우수한 장점을 갖는다.The alloy coating layer according to an embodiment of the present invention has excellent mechanical properties of the finally obtained alloy coating layer due to excellent alloy composition characteristics and amorphous formation ability according to the composition.

합금코팅층의 기계적 특성은 경도, 내마모성, 내식성 등을 포함하는 넓은 의미로 해석되며, 일반적으로, 합금분말을 이용한 코팅층의 형성시 코팅층의 입자경계영역 또는 미세조직에 존재하는 산화물이나 마모에의해 발생한 열로부터 형성된 산화물은 외력 또는 부로부터 마모되어 균열(crack)을 유발하고, 균열은 입자경계를 따라 쉽게 전파되어 제1조직영역의 계면을 따라 코팅층이 확장되며 코팅층이 박리되는 현상이 발생할 수 있다.The mechanical properties of the alloy coating layer are interpreted in a broad sense including hardness, abrasion resistance, corrosion resistance, etc. In general, when forming a coating layer using alloy powder, heat generated by oxides or wear in the particle boundary area or microstructure of the coating layer Oxides formed from the oxides are worn by external force or force to induce cracks, and the cracks easily propagate along the grain boundaries, causing the coating layer to expand along the interface of the first tissue region and peeling of the coating layer may occur.

본 발명의 실시예에 따른 용사방법으로 형성된 합금코팅층에 대하여, 합금코팅층의 내산화 특성은 산화영역의 비율로 표현될 수 있으며, 산화영역의 비율은 산화물이 차지하는 면적 비율(oxide scale fraction)로부터 계산될 수 있다.With respect to the alloy coating layer formed by the thermal spraying method according to the embodiment of the present invention, the oxidation resistance of the alloy coating layer can be expressed as the ratio of the oxidation region, and the ratio of the oxidation region is calculated from the oxide scale fraction. can be

합금코팅층의 산화영역의 비율은 2.50% 이하일 수 있고, 바람직하게는 0.001 내지 0.5% 인 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 0.02 내지 0.2% 일 수 있다. 산화영역의 비율이 해당 범위를 벗어나는 경우 코팅층의 산화에 따른 물리적 특성 변화, 코팅층의 수명감소 등의 문제가 발생할 수 있다.The ratio of the oxidation region of the alloy coating layer may be 2.50% or less, preferably 0.001 to 0.5%, and more preferably 0.02 to 0.2%. If the ratio of the oxidation region is out of the corresponding range, problems such as a change in physical properties due to oxidation of the coating layer and a decrease in the lifespan of the coating layer may occur.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 용사방식으로 형성된 합금코팅층은 서로 다른 결정구조 및 다른 비율의 비정질 영역, 다른 크기의 세라믹상이 분산되는 조직이 복합적으로 구비되는 복합구조를 가지므로 낮은 기공률, 내마모성, 내식성 등 물리적 특성이 우수하며, 내산화 특성이 우수한 장점을 갖는다. In addition, the alloy coating layer formed by the thermal spraying method according to an embodiment of the present invention has a composite structure in which amorphous regions of different crystal structures and different ratios, and a structure in which ceramic phases of different sizes are dispersed, thus having low porosity, wear resistance, It has excellent physical properties such as corrosion resistance and excellent oxidation resistance.

합금코팅층은 기공률이 낮을수록 좋으나, 구체적으로는 0.001 내지 5% 일 수 있고, 바람직하게는 0.001 내지 4% 범위인 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 3.9% 일 수 있다. 기공률이 해당 범위보다 높은 경우, 표면적이 넓어져 내식성이 저하되고, 내마모, 경도가 저하되는 문제점이 있다.The alloy coating layer may have a lower porosity, but specifically may be in the range of 0.001 to 5%, preferably in the range of 0.001 to 4%, and more preferably in the range of 0.01 to 3.9%. When the porosity is higher than the corresponding range, there are problems in that the surface area is widened, corrosion resistance is lowered, and abrasion resistance and hardness are lowered.

위와 같은 특징으로 인하여, 본 발명에 따른 합금코팅층은 우수한 경도, 내마모성을 가진다.Due to the above characteristics, the alloy coating layer according to the present invention has excellent hardness and wear resistance.

합금코팅층의 경도는 비커스 경도로 나타내었을 때 600 내지 900 Hv 이며, 바람직하게는 610 내지 800 Hv, 더욱 바람직하게는 700 내지 800 Hv 인 것이 좋다. 합금코팅층의 경도가 해당 범위를 벗어나는 경우 물리적 특성이 부족하여 코팅층이 파괴되거나 수명이 저하될 수 있다.The hardness of the alloy coating layer is 600 to 900 Hv in terms of Vickers hardness, preferably 610 to 800 Hv, and more preferably 700 to 800 Hv. If the hardness of the alloy coating layer is out of the corresponding range, the coating layer may be destroyed or the lifespan may be reduced due to insufficient physical properties.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅체의 합금코팅층은 철계 반비정질 합금의 우수한 특성을 포함하며, 마모표면에서 마모가 진행됨에 따라 표면의 합금이 고상에서 용융되지 않고 비정질화되는 과정이 일어나 마찰계수가 점차 감소하는 특징을 갖고, 마찰계수가 감소된 표면은 비정질 비율이 상승하여 더 우수한 경도, 내마모 특성을 가지게 된다.In addition, the alloy coating layer of the coating body according to an embodiment of the present invention includes the excellent properties of the iron-based semi-amorphous alloy, and as wear progresses on the wear surface, the alloy on the surface does not melt in the solid phase but becomes amorphous. It has a characteristic that the coefficient of friction gradually decreases, and the surface with the reduced coefficient of friction increases the amorphous ratio and has better hardness and wear resistance.

본 발명의 일 측면에 따른 합금코팅층은 다양한 종류의 모재 상에 형성되어 다양한 코팅체를 제공할 수 있으며, 합금코팅층의 우수한 내마모성, 내열성, 내산화성이 요구되는 분야라면 제한되지 않고 적용될 수 있다.The alloy coating layer according to one aspect of the present invention may be formed on various types of base materials to provide various coatings, and may be applied without limitation if the excellent wear resistance, heat resistance, and oxidation resistance of the alloy coating layer are required.

예를들어, 자동차 등에 사용되는 브레이크 디스크의 표면에 합금코팅층을 적용하는 경우, 비정질상을 포함하고 세라믹상을 포함하여 내구성과 경도가 우수하면서도 마찰에 의한 미세먼지 발생이 적은 합금코팅층이 제공될 수 있으며, 종래의 텅스텐 카바이드(WC) 조성의 코팅층을 대체하여 낮은 생산단가 및 우수한 생산성을 갖는 코팅층 또는 합금코팅층이 형성된 브레이크 디스크가 제공될 수 있다.For example, when an alloy coating layer is applied to the surface of a brake disc used in automobiles, an alloy coating layer containing an amorphous phase and a ceramic phase, which has excellent durability and hardness, and less generation of fine dust due to friction may be provided. , a brake disc having a low production cost and excellent productivity by replacing the conventional tungsten carbide (WC) coating layer with a coating layer or an alloy coating layer formed thereon can be provided.

특히, 합금코팅층은 철계 합금으로 이루어지므로 브레이크 디스크의 모재로 철계 합금, 주철이 사용되는 경우 모재와 합금코팅층의 열팽창계수 차이를 최소화할 수 있어 제동장치의 작동 시 마찰에 의한 온도변화가 잦은 조건에서도 코팅층의 박리나 계면에서의 손상이 방지되는 장점이 있다. In particular, since the alloy coating layer is made of an iron-based alloy, when an iron-based alloy or cast iron is used as the base material of the brake disc, the difference in the coefficient of thermal expansion between the base material and the alloy coating layer can be minimized. There is an advantage in that peeling of the coating layer or damage at the interface is prevented.

이 때, 합금코팅층의 열팽창계수(a)는 브레이크 모재의 열팽창계수(b)와 유사하며, 그 비율(a/b)은 0.85배 내지 1.15배, 바람직하게는 0.9배 내지 1.1배일 수 있다. At this time, the coefficient of thermal expansion (a) of the alloy coating layer is similar to the coefficient of thermal expansion (b) of the brake base material, and the ratio (a/b) may be 0.85 times to 1.15 times, preferably 0.9 times to 1.1 times.

또, 열팽창계수의 차이가 적은 장점으로 인하여 합금코팅층의 형성시 브레이크 몸체는 코팅층의 형성 시 사이에 본딩층을 포함하지 않을 수 있으며, 코팅층의 형성 시 열처리 공정이 포함되지 않는 경우에도 균일한 두께와 성질의 코팅층이 브레이크 몸체의 표면에 직접 형성될 수 있어 생산공정이 단순화되어 생산성이 높고 비용이 절감되는 효과가 있다.In addition, due to the advantage of a small difference in the coefficient of thermal expansion, the brake body may not include a bonding layer between the formation of the coating layer when the alloy coating layer is formed, and even when the heat treatment process is not included when the coating layer is formed, a uniform thickness and Since the coating layer can be formed directly on the surface of the brake body, the production process is simplified, thereby increasing productivity and reducing costs.

본 발명에 따른 합금코팅층이 형성된 브레이크디스크 또는 코팅체는 비정질 상과 세라믹상을 포함하는 미세구조를 포함하여 주철계열 소재, 철계 합금, 알루미늄 합금과 같은 금속성 모재 및 세라믹 성분의 모재 상에 접착이 용이하고 부착효율(Deposit efficiency)이 높으면서도 내마모, 내산화, 내부식 등의 물리, 화학적 특성이 우수하다.The brake disc or coating body with the alloy coating layer according to the present invention has a microstructure including an amorphous phase and a ceramic phase, and it is easy to adhere to a metal base material such as a cast iron-based material, an iron-based alloy, an aluminum alloy, and a base material of a ceramic component It has excellent physical and chemical properties such as abrasion resistance, oxidation resistance, and corrosion resistance while having high deposition efficiency.

본 발명의 또 다른 측면은 코팅체 제조방법이다. 코팅체 제조방법은 모재 상에 전술한 특징을 포함하는 합금분말을 활용하여 열용사(Thermal spray)방식으로 합금코팅층을 형성하는 방법을 포함하며, 이 때, 합금코팅층은 전술한 합금코팅층과 동일한 합금코팅층인 것이 바람직하고, 이하에서는 전술한 합금분말 및 합금코팅층에 대하여 동일한 내용은 생략하였다.Another aspect of the present invention is a method for preparing a coating body. The coating body manufacturing method includes a method of forming an alloy coating layer in a thermal spray method by using the alloy powder having the above-described characteristics on the base material, and in this case, the alloy coating layer is the same alloy as the above-mentioned alloy coating layer. It is preferable that it is a coating layer, and in the following, the same contents with respect to the above-described alloy powder and alloy coating layer are omitted.

코팅체 제조시 사용되는 모재는 제한되지 않으며, 합금분말을 초고속화염용사(HVOF), 플라즈마 용사(Plasma spray) 또는 진공플라즈마 용사(VPS), 저온용사(cold spray) 방식을 활용할 수 있으며, 용사 방식은 제한되지 않고 사용가능하나 코팅체의 활용분야 및 목적 등에 따라 적합한 열용사 방법이 선택될 수 있고, 바람직하게는 초고속화염용사 또는 플라즈마 용사 방법을 사용하는 것이 좋다.The base material used in manufacturing the coating is not limited, and alloy powder can be used with high-speed flame spray (HVOF), plasma spray, vacuum plasma spray (VPS), or cold spray methods. is not limited and can be used, but a suitable thermal spraying method may be selected depending on the field and purpose of application of the coating, and it is preferable to use the ultrafast flame spraying or plasma spraying method.

초고속화염용사는 산소와 연료를 혼합후 연소시켜 발생하는 flame을 열원으로하며, 플라즈마 용사는 역극성 아크를 이용하여 이온화된 불활성가스로부터 초고온 플라즈마를 얻은 후 이를 이송시켜 활용하며, 진공 플라즈마 용사는 진공 분위기에서 플라즈마 용사를 진행하여 산화를 방지하는 방법이다.Ultra-high-speed flame spraying uses the flame generated by mixing oxygen and fuel as a heat source. Plasma spraying uses reverse polarity arc to obtain ultra-high temperature plasma from ionized inert gas and transferring it to use. Vacuum plasma spraying uses a vacuum It is a method to prevent oxidation by performing plasma spraying in an atmosphere.

용사방식에 따라 분사 온도 및 속도는 달라질 수 있으며, 초고속화염용사는 온도 범위가 넓어 저온과 고온이 모두 가능하고, 분사 속도가 빠르며, 플라즈마 용사는 분사속도가 느리지만 온도가 높은 조건에서 코팅이 가능하다.The spraying temperature and speed may vary depending on the spraying method, and ultra-high-speed flame spraying has a wide temperature range, so both low and high temperatures are possible, and the spraying speed is fast. Do.

본 발명의 일 실시예에 따른 코팅체 제조방법에서는 합금코팅층을 형성하기 위하여 합금분말을 3,000 내지 18,000 ℃ 의 온도에서 600 내지 2,200 m/s 의 속도로 분말을 분사하는 방법을 사용하는 것이 좋다.In the method for manufacturing a coating body according to an embodiment of the present invention, it is preferable to use a method of spraying the alloy powder at a temperature of 3,000 to 18,000 ℃ at a speed of 600 to 2,200 m/s to form an alloy coating layer.

보다 구체적으로는, 열용사(Thermal spray) 중 고속화염용사(HVOF)하는 조건으로는 온도가 3,000 내지 4,300℃, 바람직하게는 3,100 내지 3,300 ℃ 인 것이 좋으며, 이 때의 분말 분사 속도는 2,000 내지 2,200 m/s 인 것이 좋다. More specifically, as a condition for high-speed flame spraying (HVOF) among thermal spraying, the temperature is preferably 3,000 to 4,300 °C, preferably 3,100 to 3,300 °C, and the powder spraying speed at this time is 2,000 to 2,200 m/s is good.

또한, 합금분말을 플라즈마 용사(Plasma spray)하는 조건으로는 온도가 15,000 내지 18,000℃ 인 것이 좋으며, 이 때 분말의 분사 속도는 600 내지 700 m/s 인 것이 좋다.In addition, as a condition for plasma spraying the alloy powder, it is preferable that the temperature be 15,000 to 18,000° C., and at this time, the powder spraying speed is preferably 600 to 700 m/s.

온도가 너무 낮은 경우, 합금분말의 용융이 충분히 이루어지지 않아 저온분사(cold spray)에 가까운 방식으로 코팅이 이루어지며 제2조직영역의 비율이 감소하여 내마모성이 감소될 수 있고, 기공율이 높아질 수 있고, 온도가 너무 높은경우 코팅시 산화물이 많이 형성되는 문제가 발생할 수 있다.If the temperature is too low, the alloy powder is not sufficiently melted, so that the coating is made in a manner close to cold spray, and the ratio of the second tissue area decreases, so that the wear resistance can be reduced, and the porosity can be increased. , if the temperature is too high, a problem in which a lot of oxides are formed during coating may occur.

본 발명의 일 실시예에 따른 코팅체 제조방법에서는 합금코팅층을 형성하기 위하여 사용되는 용사코팅 방법의 화염온도를 T (℃), 합금분말의 분사속도를 v (m/s)라 할 때, 용융입자의 분사에너지(E)를 온도에 비례하는 내부에너지와 속도의 제곱에 비례하는 운동에너지의 합으로 아래와 표현할 수 있다.In the method for manufacturing a coating body according to an embodiment of the present invention, when the flame temperature of the thermal spray coating method used to form the alloy coating layer is T (°C) and the injection speed of the alloy powder is v (m/s), the melting The injection energy (E) of a particle can be expressed as the sum of the internal energy proportional to the temperature and the kinetic energy proportional to the square of the velocity.

분사에너지(E) = T + (v2 * 10-3)(T는 화염온도[℃], v는 분말분사속도[m/s])Injection energy (E) = T + (v 2 * 10 -3 ) (T is flame temperature [℃], v is powder injection speed [m/s])

분사에너지는 용사방법에 따라 달라질 수 있으며, 동일한 방법이라도 용사 조건에 따라 다르게 얻어질 수 있다.The injection energy may vary depending on the thermal spraying method, and even the same method may be obtained differently depending on the thermal spraying conditions.

분사에너지의 값은 7,000 내지 17,000 범위를 만족하는 것이 바람직하며, 분사에너지 값이 해당 범위를 만족하는 경우, 해당 방법으로 합금분말을 용사하여 형성된 합금코팅층에서 제2조직영역의 부피가 제1조직영역 부피의 1.4배 내지 10배로 얻어질 수 있다.The value of the injection energy preferably satisfies the range of 7,000 to 17,000, and when the value of the injection energy satisfies the corresponding range, the volume of the second tissue region in the alloy coating layer formed by thermal spraying the alloy powder in the corresponding method is the first tissue region It can be obtained in 1.4 to 10 times the volume.

분말의 온도가 너무 낮거나 분사속도가 느린 경우, 해당 식의 값이 너무 작아지게되고, 제2조직영역의 비율이 제1조직영역 부피의 1.4배보다 낮아질 수 있으며, 분말의 온도가 너무 높거나 분사속도가 너무 빠른 경우 반대로 제2조직영역의 비율이 높아지는 문제가 있을 수 있다. If the temperature of the powder is too low or the injection speed is slow, the value of the equation becomes too small, the ratio of the second tissue region may be lower than 1.4 times the volume of the first tissue region, and the temperature of the powder is too high or If the jetting speed is too fast, on the contrary, there may be a problem in that the ratio of the second tissue area increases.

본 발명의 다른 측면인 합금분말을 위와 같은 용사방법으로 코팅하여 코팅체를 형성하는 경우, 형성된 합금코팅층에 형성되는 제2조직영역의 부피는 제1조직영역의 1.4배 내지 10배, 바람직하게는 2배 내지 8배 범위로 얻어질 수 있으며, 제2조직영역에서 제1조직영역대비 더 높은 비정질상의 비율이 얻어지고, 제2조직영역에서의 붕화물의 개별 입자상의 크기가 제1조직영역의 붕화물의 개별 입자상의 크기보다 작아지는 효과를 얻을 수 있다. When the coating body is formed by coating the alloy powder, which is another aspect of the present invention, by the thermal spraying method as described above, the volume of the second tissue region formed on the formed alloy coating layer is 1.4 to 10 times that of the first tissue region, preferably It can be obtained in the range of 2 to 8 times, a higher ratio of amorphous phase compared to the first tissue region is obtained in the second tissue region, and the size of individual particle phases of boride in the second tissue region is that of the first tissue region. The effect of being smaller than the size of the individual particle phase of the boride can be obtained.

이하에서는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred examples are presented to aid the understanding of the present invention, but the following examples are merely illustrative of the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and spirit of the present invention. , it is natural that such changes and modifications fall within the scope of the appended claims.

<실시예><Example>

실시예 1 내지 7 : 합금분말의 제조Examples 1 to 7: Preparation of alloy powder

미리 정해진 조성을 갖도록 재료들을 계량한 뒤 용융시켜 합금용 금속조성물을 수득한 후 질소 가스 분위기에서 아토마이저에 공급하여 아토마이즈 시키고 분열된 용융금속액적을 냉각시켜 합금분말을 제조하였으며, 하기 표 1에 이를 정리하여 나타내었다.After the materials were weighed to have a predetermined composition and melted to obtain a metal composition for alloy, the alloy powder was prepared by supplying it to an atomizer in a nitrogen gas atmosphere and cooling the fragmented molten metal droplets, which are shown in Table 1 below. summarized and shown.

실시예 8 내지 9, 12 내지 13, 16 : HVOF 방법을 사용한 합금코팅층 형성Examples 8 to 9, 12 to 13, 16: Formation of alloy coating layer using HVOF method

실시예 1 내지 4, 7의 합금분말을 이용해 초고속화염용사장비(Oerlikon Metco Diamond Jet series HVOF gas fuel spray system)을 사용하여 연료로 산소와 프로판가스를 사용하고, 분사 거리는 30cm로 하여 초고속화염용사(HVOF, High velocity oxygen fuel spray) 방법으로 합금코팅층을 형성하였다. 이 때 사용된 장치 및 조건을 아래에 구체적으로 설명하였다.Using the alloy powder of Examples 1 to 4 and 7, using an Oerlikon Metco Diamond Jet series HVOF gas fuel spray system, oxygen and propane gas were used as fuels, and the injection distance was 30 cm. An alloy coating layer was formed by HVOF, High velocity oxygen fuel spray) method. The apparatus and conditions used at this time are described in detail below.

- DJ Gun HVOF - - DJ Gun HVOF -

[조건] 건 타입(Gun type): Hybrid, 에어 캡: 2701, LPG 유량(LPG Flow) 160 SCFH, LPG압(LPG Pressure) 90 PSI, 산소 유량(Oxygen flow) 550 SCFH, 산소압(Oxygen Pressure) 150 PSI, 기류량(Air flow) 900 SCFH, 기류압(Air Pressure) 100 PSI, 질소 유량(Nitrogen flow) 28 SCFH, 질소압(Nitrogen Pressure) 150 PSI, Gun speed: 100 m/min, Gun pitch: 3.0mm, 피더 속도(Feeder rate) 45 g/min, Stand-off distance: 250mm[Conditions] Gun type: Hybrid, Air cap: 2701, LPG Flow 160 SCFH, LPG Pressure 90 PSI, Oxygen flow 550 SCFH, Oxygen Pressure 150 PSI, Air flow 900 SCFH, Air Pressure 100 PSI, Nitrogen flow 28 SCFH, Nitrogen Pressure 150 PSI, Gun speed: 100 m/min, Gun pitch: 3.0mm, Feeder rate 45 g/min, Stand-off distance: 250mm

실시예 10 내지 11, 14 내지 15 : 플라즈마 용사 방법을 사용한 합금코팅층 형성Examples 10 to 11, 14 to 15: Formation of alloy coating layer using plasma spraying method

실시예 1 내지 2, 5 내지 6의 합금분말을 이용해 플라즈마용사장치(Metco 9MC Plasma Spray controller, 9MB spray gun)를 사용하고, 전류(current) 700A, 전력(Power) 53Kw, 거리(Distance) 350mm, 속도(Speed) 300, 지점 크기(Spot size) 10mm 의 조건으로 플라즈마 용사 (plasma spray) 를 실시하여 합금코팅층을 형성하였다.Examples 1 to 2, using the alloy powder of 5 to 6 using a plasma spraying device (Metco 9MC Plasma Spray controller, 9MB spray gun), current (current) 700A, power (Power) 53Kw, distance (Distance) 350mm, An alloy coating layer was formed by plasma spraying under the conditions of a speed of 300 and a spot size of 10 mm.

<비교예><Comparative example>

비교예 1 내지 3 : 합금분말의 제조Comparative Examples 1 to 3: Preparation of alloy powder

철 48.05g, 크롬 44.73g, 붕소 6.36g, 탄소 0.13g, 실리콘 0.73g 을 계량한 뒤 용융시켜 합금용 금속조성물을 수득한 후 질소 가스 분위기에서 아토마이저에 공급하여 아토마이즈 시키고 분열된 용융금속액적을 냉각시켜 비교예 1의 합금분말을 제조하였으며, 미리 정해진 조성으로 제조된 합금용 금속조성물을 이용하여 비교예 1과 동일한 방법으로 비교예 2 및 3의 합금분말을 제조하였다.Iron 48.05 g, chromium 44.73 g, boron 6.36 g, carbon 0.13 g, and silicon 0.73 g are weighed and melted to obtain a metal composition for alloy, which is then supplied to an atomizer in a nitrogen gas atmosphere for atomization and split molten metal solution The alloy powder of Comparative Example 1 was prepared by cooling the mixture, and alloy powders of Comparative Examples 2 and 3 were prepared in the same manner as in Comparative Example 1 using the alloy metal composition prepared in a predetermined composition.

하기 표 1에 이를 정리하여 나타내었다.It is summarized and shown in Table 1 below.

비교예 4 내지 9 : 합금코팅층의 형성Comparative Examples 4 to 9: Formation of alloy coating layer

비교예 1 내지 3의 합금분말을 실시예 8 및 실시예 10과 동일한 방법으로 코팅하여 비교예 4 내지 9의 합금코팅층을 수득하였다.The alloy powders of Comparative Examples 1 to 3 were coated in the same manner as in Examples 8 and 10 to obtain alloy coating layers of Comparative Examples 4 to 9.

아래 표 1에 실시예 1 내지 7 및 비교예 1의 합금 조성과 분말 평균직경을 나타내었고, 표 2에 실시예 8 내지 16 및 비교예 4 내지 9의 코팅층 형성방법, 두께 및 사용한 합금분말을 정리하여 나타내었다.The alloy composition and powder average diameter of Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 are shown in Table 1 below, and the coating layer forming method, thickness, and used alloy powder of Examples 8 to 16 and Comparative Examples 4 to 9 are summarized in Table 2 was indicated.

구분division 합금 조성alloy composition 분말평균직경
(㎛)
powder average diameter
(μm)

(g)
steel
(g)
크롬
(g)
chrome
(g)
몰리브덴
(g)
molybdenum
(g)
나이오븀
(g)
niobium
(g)
붕소
(g)
boron
(g)
탄소
(g)
carbon
(g)
실리콘
(g)
silicon
(g)
실시예 1Example 1 100100 27.5527.55 6.896.89 4.824.82 2.752.75 0.550.55 00 33.133.1 실시예 2Example 2 100100 28.2328.23 7.067.06 2.472.47 2.822.82 0.560.56 00 33.133.1 실시예 3Example 3 100100 17.2217.22 26.1026.10 0.120.12 6.636.63 0.120.12 00 31.931.9 실시예 4Example 4 100100 58.2358.23 1.21.2 6.226.22 0.120.12 3.613.61 00 34.034.0 실시예 5Example 5 100100 21.9621.96 4.524.52 1.291.29 3.883.88 00 00 33.833.8 실시예 6Example 6 100100 18.3218.32 19.4719.47 0.610.61 00 2.652.65 00 35.035.0 실시예 7Example 7 100100 44.2544.25 2.442.44 5.315.31 00 00 00 32.832.8 비교예 1Comparative Example 1 100100 86.1086.10 00 00 12.2412.24 0.250.25 1.401.40 31.231.2 비교예 2Comparative Example 2 100100 16.4916.49 27.7427.74 6.786.78 00 3.963.96 00 32.632.6 비교예 3Comparative Example 3 100100 60.5260.52 1.01.0 0.10.1 7.717.71 0.10.1 00 32.432.4

구분division 코팅방법Coating method 코팅층 두께 (㎛)Coating layer thickness (㎛) 사용 합금분말alloy powder used 실시예 8Example 8 HVOFHVOF 215.0215.0 실시예 1Example 1 실시예 9Example 9 HVOFHVOF 425.1425.1 실시예 2Example 2 실시예 10Example 10 플라즈마plasma 228.2228.2 실시예 1Example 1 실시예 11Example 11 플라즈마plasma 388.3388.3 실시예 2Example 2 실시예 12Example 12 HVOFHVOF 207.8207.8 실시예 3Example 3 실시예 13Example 13 HVOFHVOF 432.5432.5 실시예 4Example 4 실시예 14Example 14 플라즈마plasma 224.1224.1 실시예 5Example 5 실시예 15Example 15 플라즈마plasma 391.7391.7 실시예 6Example 6 실시예 16Example 16 HVOFHVOF 308.6308.6 실시예 7Example 7 비교예 4Comparative Example 4 HVOFHVOF 223.3223.3 비교예 1Comparative Example 1 비교예 5Comparative Example 5 플라즈마plasma 278.0278.0 비교예 1Comparative Example 1 비교예 6Comparative Example 6 HVOFHVOF 196.4196.4 비교예 2Comparative Example 2 비교예 7Comparative Example 7 플라즈마plasma 441.0441.0 비교예 2Comparative Example 2 비교예 8Comparative Example 8 HVOFHVOF 227.9227.9 비교예 3Comparative Example 3 비교예 9Comparative Example 9 플라즈마plasma 376.2376.2 비교예 3Comparative Example 3

<실험예><Experimental example>

실험예 1 : 합금분말의 입도 분석Experimental Example 1: Analysis of particle size of alloy powder

실시예 1, 2의 합금분말에 대한 입도를 분석하고, 분말의 단면을 전자현미경 (SEM)으로 관찰하였다. 도 1은 실시예 3 및 비교예 1 의 분말 단면을 관찰한 결과를 나타낸 도면이고, 도 2는 입도 분석 결과를 나타낸 그래프이다. The particle size of the alloy powder of Examples 1 and 2 was analyzed, and the cross section of the powder was observed with an electron microscope (SEM). 1 is a view showing the results of observing the powder cross section of Example 3 and Comparative Example 1, FIG. 2 is a graph showing the results of particle size analysis.

도 1 의 (a) 및 도 2의 (a)에 나타난 것과 같이 실시예 1의 합금분말은 11.2 내지 81.1 의 입도분포를 가지는 구형의 분말이고, 도 1의 (b) 및 도 2의 (b)에 나타낸 것과 같이 실험예 2의 합금분말은 11.2 내지 81.2의 입도분포를 가지는 구형 분말임을 알 수 있다.As shown in Figs. 1 (a) and 2 (a), the alloy powder of Example 1 is a spherical powder having a particle size distribution of 11.2 to 81.1, and Figs. 1 (b) and 2 (b). As shown in, it can be seen that the alloy powder of Experimental Example 2 is a spherical powder having a particle size distribution of 11.2 to 81.2.

실험예 2 : 합금분말의 XRD 결정 분석Experimental Example 2: XRD crystal analysis of alloy powder

실시예 3 및 비교예 1의 합금분말을 XRD 분석하여 관찰하였으며, 그 결과를 도3에 나타내었다. The alloy powders of Example 3 and Comparative Example 1 were observed by XRD analysis, and the results are shown in FIG. 3 .

실시예 3 및 비교예 1에서 공통적으로 체심입방(bcc)구조의 Fe 및 Cr, Fe계 붕화물이 검출되었다.In Example 3 and Comparative Example 1, Fe, Cr, and Fe-based boride having a body-centered cubic (bcc) structure were commonly detected.

실험예 3 : 합금분말의 미세조직 관찰Experimental Example 3: Microstructure observation of alloy powder

실시예 2 및 비교예 1의 합금분말을 electron probe microanalyzer(EPMA) 분석장치로 관찰하여 도 4와 같은 결과를 얻었다. The alloy powders of Example 2 and Comparative Example 1 were observed using an electron probe microanalyzer (EPMA) analyzer to obtain the same results as in FIG. 4 .

실시(b)예 및 비교예(a)에서 모두 구형의 분말 내부에 알파 철(BCC)및 Cr을 포함하는 철계 합금과 Cr계 붕화물상들이 존재하는 것을 확인할 수 있다.In Example (b) and Comparative Example (a), it can be confirmed that iron-based alloys containing alpha iron (BCC) and Cr and Cr-based boride phases exist inside the spherical powder.

실험예 4 : 합금분말의 산화특성 평가Experimental Example 4: Evaluation of oxidation properties of alloy powder

실험예 1, 2 및 비교예 1 내지 3의 합금분말 50 g을 Al2O3 pot에 넣은 후, Rigaku사의 TG-DTA 8122 장비를 이용하여 승온속도(heating rate) 10℃/min, 최종온도(stop temperature) 1200℃ 로 설정하고, 상온에서 1200℃ 까지 가열시키며 분말의 질량의 변화를 관찰하고, 산화가 급격하게 증가하여 산화물 가파르게 중량이 증가하는 온도를 측정하여 실험예 1, 2 및 비교예 1의 결과를 도 5에 그래프로 나타내었으며, 급격한 산화가 일어나는 온도를 기록하였다.After putting 50 g of the alloy powder of Experimental Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 into an Al2O3 pot, using Rigaku's TG-DTA 8122 equipment, the heating rate was 10°C/min, the final temperature (stop temperature) The result of Experimental Examples 1, 2 and Comparative Example 1 was obtained by setting the temperature to 1200 ℃, heating from room temperature to 1200 ℃, observing the change in the mass of the powder, and measuring the temperature at which the oxide weight rapidly increased due to the rapid increase in oxidation. It is shown as a graph in FIG. 5, and the temperature at which rapid oxidation occurs was recorded.

실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3의 합금분말의 산화물 중량(산화시험후 중량-초기분말 중량 50g)은 1200℃에서 각각 5.23 mg, 1.25mg, 3.30mg, 3.42mg, 3.56 mg 으로 측정되었으며, 초기분말 중량 대비 각각 0.0105%, 0.0025%, 0.0066%, 0.0068%, 0.0071% 로 계산되며, 비교예 1 내지 3의 분말은 1044℃, 1042℃, 1039℃에서 급격히 산화가 시작되었고, 실시예 1은 1009℃, 실시예 2는 1075℃에서 급격한 산화가 발생하여 실시예 2의 분말이 다른 분말들보다 가장 우수한 내산화특성을 지닌 것으로 나타났다. The oxide weights of the alloy powders of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 (weight after oxidation test - initial powder weight of 50 g) were measured to be 5.23 mg, 1.25 mg, 3.30 mg, 3.42 mg, and 3.56 mg, respectively, at 1200 ° C. , calculated as 0.0105%, 0.0025%, 0.0066%, 0.0068%, and 0.0071%, respectively, relative to the weight of the initial powder, and the powders of Comparative Examples 1 to 3 were rapidly oxidized at 1044 ° C., 1042 ° C., and 1039 ° C., Example 1 Abrupt oxidation occurred at 1009 ° C. and 1075 ° C. in Example 2, indicating that the powder of Example 2 had the best oxidation resistance than other powders.

산화물 중량은 초기분말 중량인 50g 대비 적을수록 내산화성이 우수한 것이며, 0.007% 이하인 것이 좋으나, 바람직하게는 0.005% 이하, 더욱 바람직하게는 0.003% 이하 또는 0.0025% 이하인 것이 좋다.The less the oxide weight compared to the initial powder weight of 50 g, the better the oxidation resistance, and preferably 0.007% or less, preferably 0.005% or less, more preferably 0.003% or less or 0.0025% or less.

실험예 5 : 합금코팅층의 표면구조 및 조직 관찰Experimental Example 5: Observation of surface structure and structure of alloy coating layer

실시예 8 내지 11, 비교예 4 내지 5의 합금코팅층의 표면구조를 전계방사형 전자현미경(Fe-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope, Tescan, MIRA 3), 전자 프로브 X선 마이크로 애널라이저(EPMA, Electron Probe X-ray Microanalyzer, Joel JXA-8500F)와 전자현미경 FE_TEM(FEI, TALOS F200X)을 이용하여 관찰하고 이를 도 6에 나타내었다.The surface structures of the alloy coating layers of Examples 8 to 11 and Comparative Examples 4 to 5 were analyzed using a field emission electron microscope (Fe-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope, Tescan, MIRA 3), an electron probe X-ray micro analyzer (EPMA, Electron Probe) It was observed using an X-ray Microanalyzer, Joel JXA-8500F) and an electron microscope FE_TEM (FEI, TALOS F200X), and it is shown in FIG. 6 .

관찰 결과, 실시예 8 ,9 및 비교예 4의 코팅체는 상대적으로 코팅층의 기공이 적고, 모재와의 박리가 관찰되지 않았다.As a result of observation, the coatings of Examples 8 and 9 and Comparative Example 4 had relatively few pores in the coating layer, and peeling from the base material was not observed.

도 7은 합금코팅층의 표면구조 및 입자의 경계를 촬영한 사진으로, 실시예 8 ,9 및 비교예 4의 코팅층에는 1㎛ 이하 수준의 미세한 기공이 존재하며, 입자경계에 일부 결합이 존재하지만, 실시예 9에서 결함이나 기공이 매우 적게 관찰되었으며, 실시예 10, 11 및 비교예 5는 입자 경계에서 산화물이 관찰되거나 상대적으로 큰 크기의 기공이 관찰되었다.7 is a photograph taken of the surface structure of the alloy coating layer and the boundary of particles. In the coating layers of Examples 8 and 9 and Comparative Example 4, fine pores at a level of 1 μm or less exist, and some bonds exist at the particle boundary, In Example 9, very few defects or pores were observed, and in Examples 10, 11 and Comparative Example 5, oxides were observed at the grain boundary or pores having a relatively large size were observed.

실험예 6 : 합금코팅층의 기공률 및 내산화성 측정Experimental Example 6: Measurement of porosity and oxidation resistance of alloy coating layer

실시예 8 내지 16, 비교예 4 내지 9의 합금코팅층에 대하여 전자 프로브 X선 마이크로 애널라이저 (EPMA, Electron Probe X-ray Microanalyzer, Joel JXA-8500F) 분석 후 FE_TEM (FEI, TALOS F200X)을 이용하여 코팅층의 기공률(porosity) 및 산화 영역의 비율(Oxide scal area)을 측정하였다. 실험 결과는 아래 표 3과 같으며, 실시예 8 내지 11, 비교예 4 내지 5의 결과를 그래프로 도시하여 도 8에 나타내었다.Electron probe X-ray microanalyzer (EPMA, Electron Probe X-ray Microanalyzer, Joel JXA-8500F) analysis of the alloy coating layers of Examples 8 to 16 and Comparative Examples 4 to 9, and then FE_TEM (FEI, TALOS F200X) for the coating layer The porosity and the oxide scal area were measured. The experimental results are shown in Table 3 below, and the results of Examples 8 to 11 and Comparative Examples 4 to 5 are graphically illustrated in FIG. 8 .

구분division 기공률(%)Porosity (%) 산화영역비율 (%)Oxidation area ratio (%) 실시예 8Example 8 0.180.18 0.510.51 실시예 9Example 9 0.030.03 0.030.03 실시예 10Example 10 1.351.35 4.794.79 실시예 11Example 11 3.843.84 1.501.50 실시예 12Example 12 0.710.71 0.150.15 실시예 13Example 13 0.540.54 0.550.55 실시예 14Example 14 1.841.84 2.502.50 실시예 15Example 15 2.82.8 2.002.00 실시예 16Example 16 0.250.25 0.210.21 비교예 4Comparative Example 4 0.250.25 0.310.31 비교예 5Comparative Example 5 1.561.56 2.482.48 비교예 6Comparative Example 6 0.920.92 0.650.65 비교예 7Comparative Example 7 3.93.9 2.552.55 비교예 8Comparative Example 8 2.242.24 0.490.49 비교예 9Comparative Example 9 3.173.17 2.52.5

기공률 및 산화영역 비율은 전체적으로 HVOF 방식을 사용한 실시예에서 플라즈마 방식으로 코팅한 실시예보다 낮게 나타났으며, 특히, 실시예 9에서 기공률 및 산화영역 비율이 낮았다.The porosity and the oxidation region ratio were overall lower in the example using the HVOF method than in the example coated by the plasma method, and in particular, in Example 9, the porosity and the oxidation region ratio were low.

또한, 합금분말 조성에 따라 실시예 2의 합금분말을 사용한 실시예 9, 11에서 산화영역의 비율이 낮게 나타난 것은 실시예 2 합금분말의 우수한 내열성, 내산화성에 기인한 것으로 예상되며, 특히 실시예 2의 합금분말을 이용한 경우 동일한 코팅방법을 이용한 비교예 4, 5 대비 플라즈마 코팅시 1.65배, HVOF 코팅시 10.33배 낮게 나타났다.In addition, the low ratio of the oxidation region in Examples 9 and 11 using the alloy powder of Example 2 according to the alloy powder composition is expected to be due to the excellent heat resistance and oxidation resistance of the alloy powder of Example 2, especially in Examples In the case of using the alloy powder of No. 2, compared to Comparative Examples 4 and 5 using the same coating method, plasma coating was 1.65 times and HVOF coating was 10.33 times lower.

실험예 7 : 합금코팅층의 경도 평가Experimental Example 7: Hardness evaluation of alloy coating layer

실시예 8 내지 16, 비교예 4 내지 9의 합금코팅층을 300g 의 하중을 10 초간 유지하는 조건에서 합금코팅층의 비커스 경도를 측정하였으며, 이를 하기 표 4에 나타내었다.The Vickers hardness of the alloy coating layers of Examples 8 to 16 and Comparative Examples 4 to 9 was measured under the condition that a load of 300 g was maintained for 10 seconds, which is shown in Table 4 below.

실시예 8 내지 11, 비교예 4 내지 5에서 각각 616.5, 760.4, 530.5, 726.0, 725.7, 662.7 로 측정되었고, 측정 결과를 그래프로 도시하여 도 9로 나타내었다. In Examples 8 to 11 and Comparative Examples 4 to 5, it was measured to be 616.5, 760.4, 530.5, 726.0, 725.7, and 662.7, respectively, and the measurement results are shown in FIG. 9 as a graph.

합금코팅층의 경도는 공통적으로 HVOF 방식을 사용한 실시예 8 내지 9에서 플라즈마를 사용한 실시예 10 내지 11보다 높게 얻어졌으며, 특히, 실시예 9에서 높은 경도가 얻어졌고, 실시예 11 또한 플라즈마 코팅방식을 사용한 실시예 14, 15 및 비교예 5, 7, 9 대비 경도가 우수하였다.The hardness of the alloy coating layer was obtained higher than Examples 10 to 11 using plasma in Examples 8 to 9 using the HVOF method in common, and in particular, high hardness was obtained in Example 9, and Example 11 also using the plasma coating method The hardness was excellent compared to Examples 14 and 15 and Comparative Examples 5, 7, and 9 used.

실험예 8 : 합금코팅층의 내마모특성 평가Experimental Example 8: Evaluation of wear resistance of alloy coating layer

실시예 8 내지 16, 비교예 4 내지 9 의 코팅체를 마모성 측정 장치(Pin on disc wear test machine, RB-102PD)를 이용하여 상온 조건에서 Si3N4에 대하여 5kgf 의 하중, 0.05 m/s 속도로 마찰시켜 마모된 정도와 마찰계수(coefficient of friction)의 평균을 측정 및 계산하여 하기 표 4에 나타내었다.Examples 8 to 16 and Comparative Examples 4 to 9 using a wear measuring device (Pin on disc wear test machine, RB-102PD) at room temperature conditions with respect to Si 3 N 4 A load of 5 kgf, 0.05 m / s The degree of wear by friction at speed and the average of the coefficient of friction were measured and calculated and shown in Table 4 below.

구분division 경도 (Hv)Hardness (Hv) 마모량 (mm3)Wear (mm 3 ) 평균마찰계수average coefficient of friction 실시예 8Example 8 616.5616.5 0.150.15 0.190.19 실시예 9Example 9 760.4760.4 0.0160.016 0.220.22 실시예 10Example 10 530.5530.5 0.740.74 0.170.17 실시예 11Example 11 726.0726.0 0.310.31 0.260.26 실시예 12Example 12 680.2680.2 0.200.20 0.200.20 실시예 13Example 13 654.5654.5 0.240.24 0.230.23 실시예 14Example 14 617.3617.3 0.640.64 0.240.24 실시예 15Example 15 608.7608.7 0.720.72 0.260.26 실시예 16Example 16 600.4600.4 0.0200.020 0.190.19 비교예 4Comparative Example 4 725.7725.7 0.0330.033 0.250.25 비교예 5Comparative Example 5 662.7662.7 0.460.46 0.230.23 비교예 6Comparative Example 6 590.3590.3 0.100.10 0.300.30 비교예 7Comparative Example 7 585.4585.4 0.490.49 0.280.28 비교예 8Comparative Example 8 597.1597.1 0.120.12 0.240.24 비교예 9Comparative Example 9 550.6550.6 0.480.48 0.260.26

합금코팅층의 내마모성은 공통적으로 HVOF 방식을 사용한 실시예에서 플라즈마를 사용한 실시예보다 좋은 것으로 나타났으며, 특히 실시예 9에서 우수한 것으로 나타났다.The wear resistance of the alloy coating layer was generally found to be better than that of the example using the plasma in the example using the HVOF method, and in particular, it was found to be excellent in Example 9.

또한, 실시예 11은 플라즈마 코팅방식을 사용한 실시예 14, 15 및 비교예 5, 7, 9 대비 마모량이 작아 내마모성이 우수한 것으로 나타났다.In addition, Example 11 showed that the amount of wear was small compared to Examples 14 and 15 and Comparative Examples 5, 7 and 9 using the plasma coating method, and thus excellent wear resistance.

추가적으로, 실시예 8, 9 및 비교예 4에 따른 합금코팅층은 마모 후 대부분 연삭마모면을 보였고, 입자가 탈락된 크레이터(crater) 영역의 표면의 거칠기가 높지 않은 특징을 가지며, 단면에서 코팅층의 내부에 균열이나 결함이 발생하지 않고, 입자 경계의 변형이 적으며, 마모면에서 물결무늬의 형태(wavy mark)가 각각 0.5, 0.18, 0.26㎛ 간격으로 발달되는 특징을 갖는다. Additionally, the alloy coating layers according to Examples 8, 9 and Comparative Example 4 showed mostly abrasive surfaces after abrasion, and had a characteristic that the roughness of the surface of the crater region in which the particles were removed was not high, and the inside of the coating layer in the cross section There are no cracks or defects, little deformation of grain boundaries, and wavy marks on the wear surface are developed at 0.5, 0.18, and 0.26 μm intervals, respectively.

또한, 합금코팅층의 표면에서 마모는 입자의 경계면을 따라 박리되어 일어나는 것으로 관찰되었으며, 높은 열원에 의해 생성되어 경계면에 존재하는 Fe-Cr계 산화물(type 1)에 의한 낮은 결합력 및 균열생성으로 인한 것으로 예상된다. In addition, it was observed that wear on the surface of the alloy coating layer was peeled off along the grain boundary, and it was generated by a high heat source and was due to the low bonding force and crack generation by the Fe-Cr-based oxide (type 1) present at the interface. It is expected.

반면, 대기중에서 금속의 sliding wear에서 flash temperature에 의해 형성되는 높은 O, Fe, Cr 분율의 검은색 상(phase)인 Fe-Cr계 산화물(type 2)가 마모에 의해 마모표면에서 관찰되었고, 그 비율은 실시예 8이 8.46%, 실시예 9는 46.29%, 비교예 4는 28.10% 였다.On the other hand, Fe-Cr-based oxide (type 2), which is a black phase with a high fraction of O, Fe, and Cr, formed by flash temperature in sliding wear of metals in the atmosphere, was observed on the wear surface due to wear. The ratio was 8.46% in Example 8, 46.29% in Example 9, and 28.10% in Comparative Example 4.

마모 도중 생성되는 산화물(type 2)은 고체윤활역할을 수행함에 따라 마찰력을 감소시키고, 코팅층의 미세박리가 거의 없는 합금코팅층에서 마찰계수를 감소시키는 역할을 하는 것으로 이해된다.It is understood that the oxide (type 2) generated during wear reduces frictional force as it performs a solid lubrication role, and plays a role in reducing the friction coefficient in the alloy coating layer in which there is little micro-peel of the coating layer.

실험예 9 : 합금코팅층의 비정질 비율 측정Experimental Example 9: Measurement of amorphous ratio of alloy coating layer

실시예 8 내지 11, 비교예 4 내지 5의 합금코팅층을 후방산란전자 회절패턴분석기(nordlys CMOS detector, step size : 0.05㎛)을 이용하여 전자후방산란(Electron backscatter diffraction, EBSD)방법으로 결정을 분석하였으며, 그 결과를 도 10 및 도 11에 나타내었다.Analyze crystals of the alloy coating layers of Examples 8 to 11 and Comparative Examples 4 to 5 by electron backscatter diffraction (EBSD) method using a back scattering electron diffraction pattern analyzer (nordlys CMOS detector, step size: 0.05 μm) and the results are shown in FIGS. 10 and 11 .

EBSD 분석결과, 공통적으로 (Cr,Fe)2B, Fe(BCC) 상이 관찰되었으며, 실시예 8 및 실시예 10은 Fe 상이 상대적으로 높은 비율로 나타났고, 특히 제1조직영역에서 많이 관찰되었다. 실시예 8 내지 11에서 비정질 영역의 부피 비율은 13.5, 10.3%, 39.1, 48.2 인 것으로 계산되었으며, 제1 및 제2조직영역의 비정질 비율에 대한 결과를 정리하여 표 5에 나타내었다.As a result of the EBSD analysis, (Cr,Fe) 2 B and Fe(BCC) phases were commonly observed, and in Examples 8 and 10, the Fe phase showed a relatively high ratio, and was particularly observed in the first tissue region. In Examples 8 to 11, the volume ratio of the amorphous region was calculated to be 13.5, 10.3%, 39.1, and 48.2, and the results for the amorphous ratio of the first and second tissue regions are summarized and shown in Table 5.

구분division 전체 코팅층 비정질 비율 (vol%)Total coating layer amorphous ratio (vol%) 제1조직영역 비정질 비율 (vol%)1st tissue area amorphous ratio (vol%) 제2조직영역 비정질 비율 (vol%)Amorphous ratio of the second tissue area (vol%) 실시예 8Example 8 13.513.5 10.710.7 16.216.2 실시예 9Example 9 10.310.3 9.89.8 10.610.6 실시예 10Example 10 39.139.1 33.233.2 46.546.5 실시예 11Example 11 48.248.2 42.042.0 53.753.7 비교예 4Comparative Example 4 9.99.9 10.910.9 9.59.5 비교예 5Comparative Example 5 45.345.3 18.618.6 58.658.6

실험예 10 : 합금코팅층의 미세구조 관찰Experimental Example 10: Observation of the microstructure of the alloy coating layer

실시예 8 내지 11, 비교예 4 내지 5의 합금코팅층을 전자 프로브 X선 마이크로 애널라이저(Electron probe micro analyzer, EPMA)를 이용하여 미세구조분석을 수행하였으며, 그 결과를 도 12 내지 13에 나타내었다.The alloy coating layers of Examples 8 to 11 and Comparative Examples 4 to 5 were subjected to microstructure analysis using an electron probe micro analyzer (EPMA), and the results are shown in FIGS. 12 to 13 .

분석결과, 몰리브덴과 나이오븀이 전체적으로 고르게 분포되어 철계 합금에 고용된 고용체로 포함되고 있음을 확인할 수 있다. 제1조직영역에서는 철 및 크롬을 포함하는 철계 합금이 주로 존재하며 일부 Fe, Cr계 붕화물이 관찰되며, 제2조직영역에서는 대부분 합금 원소들이 고르게 분산되고 미세한 붕화물 개별 입자상이 존재하였다. As a result of the analysis, it can be confirmed that molybdenum and niobium are evenly distributed throughout and are included as a solid solution in the iron-based alloy. In the first texture region, iron-based alloys containing iron and chromium were mainly present, and some Fe and Cr-based borides were observed. In the second texture region, most alloying elements were uniformly dispersed and individual fine boride phases were present.

도 12 및 13의 실시예 8 및 9에서 제2조직영역에 포함된 붕화물 입자상의 크기는 각각 293.20nm, 218.93nm 이었고, 제1조직영역에 포함된 붕화물 입자상의 크기는 각각 322.5nm, 580.1nm 정도로 나타났다.In Examples 8 and 9 of FIGS. 12 and 13 , the size of the boride particle phase included in the second tissue region was 293.20 nm and 218.93 nm, respectively, and the size of the boride particle phase included in the first tissue region was 322.5 nm and 580.1, respectively. appeared in nm.

전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, etc. exemplified in each of the above-described embodiments may be combined or modified for other embodiments by those of ordinary skill in the art to which the embodiments belong. Accordingly, the contents related to such combinations and modifications should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

1 : 제1조직영역 2 : 제2조직영역1: 1st organization area 2: 2nd organization area

Claims (16)

모재; 및
상기 모재 상의 적어도 일 구간에 구비되는 합금코팅층;을 포함하고,
상기 합금코팅층은,
비정질상의 비율이 5 내지 49 부피% 인 제1조직영역, 및
상기 제1조직영역과 경계에 의해 구분되며, 상기 제1조직영역의 비정질상의 비율보다 높은 비정질상의 비율을 갖는 제2조직영역을 포함하는 코팅체.
base material; and
Including; an alloy coating layer provided in at least one section on the base material;
The alloy coating layer,
A first tissue region in which the proportion of the amorphous phase is 5 to 49% by volume, and
A coating body comprising a second tissue region separated by a boundary from the first tissue region and having an amorphous phase ratio higher than the amorphous phase ratio of the first tissue region.
제1항에 있어서,
상기 합금코팅층은 붕화물을 포함하며,
상기 제1조직영역에 포함되는 상기 붕화물의 개별 입자상의 크기는 상기 제2조직영역에 포함되는 상기 붕화물의 개별 입자상의 크기보다 큰 코팅체.
According to claim 1,
The alloy coating layer includes a boride,
The size of the individual particle phase of the boride included in the first tissue region is larger than the size of the individual particle phase of the boride included in the second tissue region.
제1항에 있어서,
상기 제2조직영역의 부피는 상기 제1조직영역의 부피의 1.4 배 내지 10 배인 코팅체.
According to claim 1,
The volume of the second tissue region is 1.4 to 10 times the volume of the first tissue region.
제1항에 있어서,
상기 제1조직영역은 분말적층체이고, 상기 제2조직영역은 용융분사체인 코팅체.
The method of claim 1,
The first texture region is a powder laminate, and the second texture region is a melt spray body.
제2항에 있어서,
상기 합금코팅층은
철 100 중량부에 대하여,
크롬 17.22 내지 58.23 중량부,
몰리브덴 1.2 내지 26.1 중량부,
나이오븀 0.12 내지 6.22 중량부, 및
붕소 0.12 내지 6.63 중량부를 포함하는 코팅체.
3. The method of claim 2,
The alloy coating layer is
with respect to 100 parts by weight of iron,
17.22 to 58.23 parts by weight of chromium;
1.2 to 26.1 parts by weight of molybdenum,
0.12 to 6.22 parts by weight of niobium, and
A coating comprising 0.12 to 6.63 parts by weight of boron.
제5항에 있어서,
상기 나이오븀 또는 상기 몰리브덴의 적어도 일부는 상기 철에 고용되어 포함되는 코팅체.
6. The method of claim 5,
At least a portion of the niobium or molybdenum is dissolved in the iron coating body.
제5항에 있어서,
상기 붕화물은 상기 철 및 상기 크롬 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 붕화물 또는 상기 나이오븀의 붕화물인 코팅체.
6. The method of claim 5,
The boride is a boride comprising at least one of iron and chromium or a boride of niobium.
제5항에 있어서,
상기 합금코팅층의 두께는 0.05 내지 0.3 mm 인 코팅체.
6. The method of claim 5,
The thickness of the alloy coating layer is 0.05 to 0.3 mm coating body.
제5항에 있어서,
상기 합금코팅층은 반비정질(Metamorphic) 합금을 포함하는 코팅체.
6. The method of claim 5,
The alloy coating layer is a coating body comprising a semi-amorphous (Metamorphic) alloy.
제5항에 있어서,
상기 합금코팅층의 비커스 경도가 600 내지 900 Hv 인 코팅체.
6. The method of claim 5,
A coating body having a Vickers hardness of 600 to 900 Hv of the alloy coating layer.
제5항에 있어서,
상기 합금코팅층의 산화영역 비율이 2.50% 이하인 코팅체.
6. The method of claim 5,
The coating body having an oxidation region ratio of 2.50% or less of the alloy coating layer.
제5항에 있어서,
상기 합금코팅층의 기공률이 0.001 내지 5%인 코팅체.
6. The method of claim 5,
A coating body having a porosity of 0.001 to 5% of the alloy coating layer.
제7항에 있어서,
상기 제1조직영역에 포함되는 상기 붕화물의 개별 입자상의 크기는 상기 제2조직영역에 포함되는 상기 붕화물의 개별 입자상의 크기의 1.1 배 내지 30 배인 코팅체.
8. The method of claim 7,
The size of the individual particle phase of the boride included in the first tissue region is 1.1 to 30 times the size of the individual particle phase of the boride included in the second tissue region.
모재상에 합금코팅층을 형성하여 코팅체를 제조하는 방법으로서,
합금분말을 3,000 내지 18,000 ℃ 의 온도 조건에서 600 내지 2,200 m/s 의 속도로 용사하여,
상기 합금분말이 적층되어 형성되고, 비정질상의 비율이 5 내지 49 부피% 인 제1조직영역; 및
상기 합금분말이 용융분사되어 형성되고, 제1조직영역의 비정질상의 비율보다 높은 비정질상의 비율을 갖는 제2조직영역; 을 포함하는 상기 합금코팅층을 형성하는 코팅체 제조방법.
A method for manufacturing a coating body by forming an alloy coating layer on a base material, the method comprising:
The alloy powder is thermally sprayed at a speed of 600 to 2,200 m/s at a temperature of 3,000 to 18,000 ℃,
a first tissue region formed by stacking the alloy powder and having an amorphous phase ratio of 5 to 49% by volume; and
a second structure region formed by melt-spraying the alloy powder and having a higher ratio of amorphous phase than the ratio of the amorphous phase of the first tissue region; Coating body manufacturing method for forming the alloy coating layer comprising a.
제14항에 있어서,
상기 합금분말은
철 100 중량부에 대하여,
크롬 17.22 내지 58.23 중량부,
몰리브덴 1.2 내지 26.1 중량부,
나이오븀 0.12 내지 6.22 중량부, 및
붕소 0.12 내지 6.63 중량부를 포함하는 분말인 코팅체 제조방법.
15. The method of claim 14,
The alloy powder
with respect to 100 parts by weight of iron,
17.22 to 58.23 parts by weight of chromium;
1.2 to 26.1 parts by weight of molybdenum,
0.12 to 6.22 parts by weight of niobium, and
A method for preparing a powder coating body comprising 0.12 to 6.63 parts by weight of boron.
제14항에 있어서,
상기 합금코팅층은 붕화물을 포함하며,
상기 제2조직영역에 포함되는 상기 붕화물의 개별 입자상의 크기가 상기 제1조직영역에 포함되는 상기 붕화물의 개별 입자상의 크기보다 더 크게 형성되는 코팅체 제조방법.
15. The method of claim 14,
The alloy coating layer includes a boride,
The method of manufacturing a coating body, wherein the size of the individual particle phase of the boride included in the second tissue region is larger than the size of the individual particle phase of the boride included in the first tissue region.
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