WO2019050110A1

WO2019050110A1 - 부품의 홀 가공 방법

Info

Publication number: WO2019050110A1
Application number: PCT/KR2018/002316
Authority: WO
Inventors: 안종기
Original assignee: 한화에어로스페이스(주)
Priority date: 2017-09-05
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2019-03-14
Also published as: KR20190026524A; KR102329914B1

Abstract

본 발명은 부품의 가공면으로부터 이격되도록 전극봉을 배치하는 단계, 상기 가공면과 상기 전극봉 사이에 전압을 인가하여 홈을 형성하는 단계, 상기 홈 내부로 상기 전극봉을 이송하면서 상기 부품에 관통홀을 형성하는 단계, 상기 전극봉이 상기 관통홀에 삽입된 상태로 상기 부품에 잔류하도록 상기 전극봉을 절단하는 단계, 상기 부품의 상기 가공면 상에 열차폐막을 형성하는 단계 및 상기 전극봉의 상기 부품에 잔류하는 잔여 부분을 상기 부품으로부터 제거하는 단계를 포함하는, 부품의 홀 가공 방법을 제공한다.

Description

부품의 홀 가공 방법

본 발명의 실시예들은 부품의 홀 가공 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가스터빈용 블레이드와 같이 고온에 노출되는 부품에 홀 가공 및 기능성 코팅을 순차적으로 수행할 시, 홀 막힘, 불균일 코팅 등이 발생하는 것을 방지할 수 있는 부품의 홀 가공 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 가스터빈 엔진의 효율 및 성능을 높이기 위해 최근 가스터빈 엔진은 1500 내지 1700℃에서 작동되도록 설계되고 있으며, 열효율을 더욱 높이기 위해 터빈 입구온도를 연평균 20℃씩 꾸준히 상승시켜 설계하는 추세이다.

따라서 이러한 높은 입구온도로부터 터빈 블레이드와 같은 터빈용 고온부품을 보호하기 위해 다양한 냉각 기법들이 연구 및 개발되고 있는데, 예컨대, 터빈 블레이드 표면에 냉각홀을 형성하여 이 냉각홀을 통해 냉각유체를 분사하는 방법이 흔히 이용되고 있다.

또한, 가스터빈이 작동하는 수천 내지 수만 시간 동안 가혹한 고온 환경에 노출되는 부품들의 기계적 성질과 표면특성을 유지할 수 있도록, 터빈용 부품의 재료로는 내열성이 우수한 초내열 합금을 사용하는 한편, 부품 표면에 내산화 코팅, 열차폐 코팅 등의 기능성 코팅 처리를 하게 된다. 이로써 터빈용 부품의 안정성 및 수명 향상을 도모할 수 있다.

일반적으로 냉각 및 열차폐 효과를 향상시키기 위해 터빈용 부품에 냉각홀을 형성한 후 열차폐 코팅 작업을 수행하게 되는데, 이때 열차폐 코팅 재료가 냉각홀 내부에 집적되어 냉각홀이 자칫 막힐 우려가 있다. 따라서 종래에는 냉각홀 내부에 경화성 수지를 주입하거나, 냉각홀 및 그 주변을 테이핑하는 방법을 이용하여 냉각홀 내부로 열차폐 코팅 재료가 유입되는 것을 방지해 왔다.

그러나, 냉각홀 내부에 경화성 수지를 주입하는 경우, 상기 경화성 수지가 냉각홀의 크기보다 3배 가량 넓게 냉각홀을 덮게 되므로, 추후 경화성 수지의 제거 시 냉각홀을 둘러싸는 부분의 코팅이 벗겨지거나, 냉각홀의 형상이 변형될 수 있다. 또한, 냉각홀 및 그 주변을 테이핑하는 경우, 냉각홀 외에 냉각홀 주변의 일정 영역까지 코팅되지 않아 열차폐 효과가 떨어지는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 가스터빈용 블레이드 등의 부품에 홀 가공 및 기능성 코팅을 순차적으로 수행할 시, 홀 막힘, 불균일 코팅 등이 발생하는 것을 방지할 수 있는 부품의 홀 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예들은 부품의 홀 가공법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 부품의 가공면으로부터 이격되도록 전극봉을 배치하는 단계, 상기 가공면과 상기 전극봉 사이에 전압을 인가하여 홈을 형성하는 단계, 상기 홈 내부로 상기 전극봉을 이송하면서 상기 부품에 관통홀을 형성하는 단계, 상기 전극봉이 상기 관통홀에 삽입된 상태로 상기 부품에 잔류하도록 상기 전극봉을 절단하는 단계, 상기 부품의 상기 가공면 상에 열차폐막을 형성하는 단계; 및 상기 전극봉의 상기 부품에 잔류하는 잔여 부분을 상기 부품으로부터 제거하는 단계를 포함하는, 부품의 홀 가공 방법이 제공된다.

상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 터빈 블레이드와 같은 가스터빈용 부품의 홀 가공 시 냉각홀 막힘, 냉각홀 변형 등을 방지할 수 있다.

또한, 가스터빈용 부품의 표면에 열차폐, 내산화, 내부식 등을 목적으로 하는 기능성 코팅을 균일하게 수행할 수 있다.

물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 가스터빈용 블레이드의 일 예를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품의 홀 가공 방법을 이용하여 가스터빈용 블레이드에 홀을 가공하는 모습을 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 3 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 부품의 홀 가공 방법의 공정들을 순차적으로 도시한 단면도들이다.

상기 부품은 도전성 물질을 포함할 수 있다.

상기 전극봉은 구리, 흑연, 텅스텐, 은 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.

상기 관통홀은 0.3 내지 1mm의 직경을 가질 수 있다.

상기 전극봉을 배치하는 단계는, 상기 전극봉을 음극, 상기 부품을 양극으로 하는 방전회로를 구성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 관통홀을 형성하는 단계는, 상기 전극봉의 이송속도를 제어하면서 수행하는 단계일 수 있다.

상기 열차폐막을 형성하는 단계는, 금속막을 형성하는 단계 및 상기 금속막 상에 지르코니아를 포함하는 세라믹막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전극봉을 절단하는 단계는, 상기 전극봉의 상기 잔여 부분으로부터 분리된 분리 부분을 상기 가공면 상에서 이송하여 추가 관통홀을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 추가 관통홀을 형성하는 단계는, 상기 가공면과 상기 전극봉의 상기 분리 부분 사이에 전압을 인가하여 추가 홈을 형성하는 단계, 상기 추가 홈 내부로 상기 전극봉의 상기 분리 부분을 이송하면서 상기 부품에 추가 관통홀을 형성하는 단계 및 상기 전극봉의 상기 분리 부분이 상기 관통홀에 삽입된 상태로 상기 부품에 잔류하도록, 상기 전극봉의 상기 분리 부분을 절단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전극봉을 절단하는 단계는, 상기 전극봉을 절단하여 상기 전극봉을 상기 가공면으로부터 돌출시키는 단계일 수 있다.

상기 잔여 부분을 상기 부품으로부터 제거하는 단계는, 상기 전극봉의 상기 가공면으로부터 돌출된 부분을 뽑는 단계일 수 있다.

전술한 바와 같은 부품은 가스터빈용 블레이드를 포함할 수 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분"위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명함에 있어 실질적으로 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

도 1은 가스터빈용 블레이드의 일 예를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품의 홀 가공 방법을 이용하여 가스터빈용 블레이드에 홀을 가공하는 모습을 개략적으로 도시한 사시도이다.

먼저 도 1을 참조하면, 가스터빈용 블레이드(100)는 유선형의 날개부(20) 및 날개부(20)를 지지하는 지지부(10)를 구비한다.

날개부(20)의 일단부의 바닥부(20b)는 지지부(10)에 연결되고, 날개부(20)는 지지부(10)로부터 멀어지는 방향으로 연장된다. 이때 날개부(20)는 가스터빈의 고온의 연소 가스와 접촉함으로써 회전력을 발생시키는 부분이다. 또한, 도 1 등에 도시되지는 않았으나, 날개부(20)의 내부에는 뱀이 구불구불하게 지나가는 것과 유사한 형상으로 굴곡된 사행유로들(미도시)이 형성될 수 있다. 이로써 상기 사행유로들을 통해 압축 공기를 통과시켜 가스터빈용 블레이드(100)를 전체적으로 균일하게 냉각할 수 있다.

날개부(20)는 유선형의 단면을 가지며, 공기의 흐름의 상류 측에 위치하며 고온의 공기와 가장 먼저 접촉하는 전연부(20f)와, 공기의 흐름의 하류 측에 위치하는 후연부(20r)와, 전연부(20f) 및 후연부(20r)를 연결하며 유선형의 만곡된 표면을 형성하는 중간 표면(20m)을 구비한다.

날개부(20)는 후연부(20r)를 관통하도록 형성되는 후면 통공들(24)을 구비한다. 후면 통공들(24)은 날개부(20)의 후연부(20r)에 접하는 최외곽 사행유로를 외부로 연결한다. 이로써 날개부(20) 내부에서 유동하는 압축 공기의 일부분이 후면 통공들(24)을 통해 외부로 배출되어 날개부(20)의 후연부(20r)를 냉각하게 된다.

날개부(20)의 전연부(20f)와 후연부(20r)를 연결하는 중간 표면(20m)에는 중간 통공들(22a, 22b, 22c)이 형성된다. 중간 통공들(22a, 22b, 22c)은 중간 표면(20m)을 관통하도록 형성되어 날개부(20) 내부에 형성된 사행유로들을 외부로 연결한다. 이로써 날개부(20) 내부에서 유동하는 압축 공기의 일부분이 중간 통공들(22a, 22b, 22c)을 통해 외부로 배출되어 중간 표면(20m) 상에 막을 형성함으로써 중간 표면(20m)을 냉각하는 막냉각(film-cooling)이 이루어진다.

실시예들은 도면에 도시된 전면 통공들(21)과, 상부 통공들(23)과, 후면 통공들(24)과, 중간 통공들(22a, 22b, 22c)의 배치 위치 및 개수에 의해 한정되는 것은 아니며 다양한 배치 구조와 개수로 변형될 수 있다.

다음으로 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 가스터빈용 블레이드(100)에 홀(22)을 가공하기 위해 방전가공 장치를 이용할 수 있다. 도 2에는 도 1에 도시된 중간 통공들(22a, 22b, 22c) 중 일부 홀(22)을 가공하는 것으로 도시되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 도 1에 도시된 전면 통공들(21), 상부 통공들(23), 후면 통공들(24)을 가공하는 것도 얼마든지 가능하다.

본 실시예의 방전가공 장치는 스테이지(90), 스핀들(210), 구동부(230), 방전회로(300), 제어부(400)를 구비할 수 있다.

스테이지(90)는 그 위에 방전가공의 대상이 되는 공작물인 가스터빈용 블레이드(100)가 놓이게 된다. 이때 스테이지(90)는 다수의 홀(22)들을 효율적으로 가공할 수 있도록 X방향에 수직하는 방향인 Y방향 및 Z방향의 양 방향으로 이동할 수 있다.

스테이지(90) 상에 안착된 가스터빈용 블레이드(100)는 초내열합금으로 형성될 수 있다. 상기 초내열합금은 예컨대 니켈기 초내열 합금일 수 있으며, 가스터빈용 블레이드(100)의 가공면(MS)에 다수의 홀(22)들을 형성한 이후, 고온에서 작동되는 가스터빈 부품의 안정성 및 수명향상을 위해 내산화, 열차폐 등의 특수한 표면처리를 하게 된다.

스테이지(90) 상부에는 스핀들(210)이 배치된다. 스핀들(210)에는 방전가공의 공구(tool)에 해당하는 전극봉(200)이 장착된다. 구체적으로, 전극봉(200)은 스핀들(210) 중심에 형성된 홀(미도시)에 전극봉(200)이 삽입되는 형태로 스핀들(210)에 고정될 수 있다.

스핀들(210)은 구동부(230)로부터 구동력을 전달받아 회전운동을 하게 된다. 이때 구동부(230)는 예컨대 모터를 구비할 수 있으며, 구동부(230)가 스핀들(210)을 회전시킴에 따라 스핀들(210)에 장착된 전극봉(200)은 회전운동하면서 X방향으로 왕복운동을 할 수 있다.

일 실시예로, 스핀들(210)에는 방전액 공급관(220)이 연결될 수 있는데, 이 방전액 공급관(220)을 통해 고압의 방전액(OIL)이 유입되어 전극봉(200)의 선단과 가공면(MS) 사이의 간극(G)으로 공급될 수 있다. 이때 전극봉(200)은 중심에 고압의 방전액(OIL)이 유동할 수 있는 중공부(미도시)를 구비하여, 상기 중공부를 통해 전극봉(200)과 가공면(MS) 사이의 간극(G)으로 방전액(OIL)을 신속히 공급할 수 있다. 이로써 가공 중 발생되는 부스러기(debris)의 배출이 용이해짐에 따라, 간극(G)의 크기를 일정하게 유지하여 가공품질을 향상시키고, 전극 소모 또한 줄일 수 있다.

물론 방전액의 공급 방식이 중공의 전극봉(200)을 이용하는 것으로 한정되는 것은 아니며, 예컨대 별도의 분사 기구를 마련하여 간극(G)에 직접 방전액을 분사하는 방식이 이용될 수도 있고, 방전액이 저장된 수조 안에 공작물인 가스터빈용 블레이드(100)를 침지시키는 방식이 이용될 수도 있다.

방전회로(300)는 전극봉(200)의 선단과 가스터빈용 블레이드(100)의 가공면(MS) 사이, 즉 간극(G)에 방전전압을 인가한다. 이를 위해 방전회로(300)는 전극봉(200) 및 가스터빈용 블레이드(100)에 각각 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 방전회로(300)의 음극은 전극봉(200)이 장착된 스핀들(210)에 연결될 수 있고, 방전회로(300)의 양극은 가스터빈용 블레이드(100)에 연결될 수 있다.

전술한 바와 같이 방전가공의 가공품질을 향상시키기 위해서는, 간극(G)의 크기를 일정하게 유지하는 것이 중요하다. 따라서 전극봉(200)의 소모량에 따라 방전전압, 전극봉(200)의 이송속도 등을 적절히 조절하여야 하는데, 이를 위해 별도의 제어부(400)가 구비될 수 있다.

제어부(400)는 방전회로(300)에 연결되어 전극봉(200)에 따라 방전전압의 크기, 최대전류, 펄스의 온/오프 시간 등을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 구동부(230)에 연결되어 전극봉(200)의 이송속도 등을 제어할 수 있다. 도 2에 도시되지는 않았으나, 제어부(400)는 방전액 공급관(220)에도 연결되어 방전액(OIL)의 공급량 등을 제어할 수도 있다.

제어부(400)는 전극봉(200)의 소모량, 간극(G)의 크기 등을 측정하기 위한 감지부(미도시)를 구비할 수 있고, 상기 감지부의 측정치를 토대로 방전회로(300)의 방전전압, 전극봉(200)의 이송속도 등을 좀 더 정밀하게 제어할 수 있다.

먼저 도 3에 도시된 바와 같이, 전극봉(200)을 가스터빈용 블레이드(100)의 가공면(MS)으로부터 이격되도록 배치하는 단계를 거친다. 이로써 전극봉(200)과 가스터빈용 블레이드(100)의 가공면(MS) 사이에는 간극(G)이 형성되고, 이 간극(G)에 따라 방전전압의 크기가 변화한다.

전극봉(200)은 방전을 일으키기 위한 전극으로 기능하므로, 구리, 흑연 텅스텐, 은 또는 이들의 합금을 포함하는 도전성 물질로 형성될 수 있고, 가스터빈용 블레이드(100)가 초내열합금 등으로 형성됨은 전술한 바와 같다.

이후 도 4에 도시된 바와 같이, 전극봉(200)과 가스터빈용 블레이드(100) 사이의 간극(G)에 방전전압을 인가하여 방전을 발생시키는 단계를 거친다. 이때 전극봉(200)은 방전회로의 음극(-)이 되고 가스터빈용 블레이드(100)는 방전회로의 양극(+)이 되어, 양 전극 사이에 방전전압이 인가된다.

구체적으로, 가스터빈용 블레이드(100)의 제1위치(P1)의 직상부에 전극봉(200)이 배치되며, 가스터빈용 블레이드(100)와 전극봉(200) 사이의 간극(G)에서 방전이 일어나면서 가스터빈용 블레이드(100)의 일부가 용융되어 증발하게 된다. 이로써 가스터빈용 블레이드(100)의 제1위치(P1)에는 가공면(MS)이 움푹 패여 제1홈(G1)이 형성된다.

이후 도 5에 도시된 바와 같이, 이전 단계에서 형성된 제1홈(G1) 내부로 전극봉(200)을 이송하는 단계를 거친다. 이와 같이 전극봉(200)이 제1홈(G1) 내부로 이송됨에 따라 가스터빈용 블레이드(100)의 제1위치(P1)에는 가스터빈용 블레이드(100)의 두께를 관통하는 제1관통홀(TH1)이 형성된다.

이 과정에서 전극봉(200)과 가스터빈용 블레이드(100)의 소재 사이의 간극(G)을 일정하게 유지시키기 위해, 별도의 제어부를 이용하여 전극봉(200)의 이송방향, 이송속도 등을 제어할 수 있다. 이때 상기 제어부는 도 2에 도시된 제어부(400)일 수 있다.

구체적으로, 상기 제어부에 최저 기준 전압과 최대 기준 전압을 입력한 후, 간극(G)에 인가된 간극 전압이 최저 기준 전압의 입력치와 상기 최대 간극 전압의 입력치 사이의 값을 갖도록 전극봉(200)을 상하로 이동시킨다. 즉, 방전가공에 의해 가스터빈용 블레이드(100)의 소재가 충분히 제거되어 상기 간극 전압이 입력한 최대 기준 전압 값을 넘게 되면, 전극봉(200)을 하강시킨다. 반대로 전극봉(200)과 가스터빈용 블레이드(100)와의 거리가 좁아져 상기 간극 전압이 입력한 최저 기준 전압 값보다 떨어질 경우 쇼트(short circuit)를 방지하기 위해 전극봉(200)을 상승시킨다.

이와 같이 형성된 제1관통홀(TH1)은 0.3 내지 1mm의 직경을 갖는 미세홀일 수 있으며, 방전가공을 이용하는 경우 이러한 미세홀을 빠르고 정밀하게 가공할 수 있다.

이후 도 6에 도시된 바와 같이, 전극봉(200)이 제1관통홀(TH1)에 삽입된 상태에서 전극봉(200)을 절단하는 단계를 거친다. 이때 전극봉(200)은 가공면(MS) 상부의 소정의 위치에서 절단될 수 있다. 이로써 전극봉(200)의 일부는 제1관통홀(TH1)에 삽입되되 가공면(MS)으로부터 돌출된 상태로 가스터빈용 블레이드(100)에 잔류하게 된다.

이후 도 7에 도시된 바와 같이, 가스터빈용 블레이드(100)의 제1위치(P1) 부근의 제2위치(P2)로 전극봉(200)을 이송하는 단계를 거친다. 이 단계에서의 전극봉(200)은 이전 단계에서 제1관통홀(TH1)에 잔류하는 전극봉(200)의 잔여 부분으로부터 분리된 부분을 의미한다.

이와 같이 전극봉(200)이 가스터빈용 블레이드(100)의 제2위치(P2)로 이송되면, 이후 도 3 내지 도 5에 도시된 공정들을 반복하게 된다. 즉, 가스터빈용 블레이드(100)의 제2위치(P2)에서 전극봉(200)을 가스터빈용 블레이드(100)의 직상부에 배치하고, 가스터빈용 블레이드(100)와 전극봉(200) 사이의 간극에서 방전을 일으켜 제2홈(G2)을 형성한다. 이와 같이 형성된 제2홈(G2) 내부로 전극봉(200)을 이송하여 가스터빈용 블레이드(100)의 두께를 관통하는 제2관통홀(TH2)을 추가로 형성하게 된다.

이후 도 8에 도시된 바와 같이, 전극봉(200)이 제2관통홀(TH2)에 삽입된 상태에서 전극봉(200)을 절단하는 단계를 거친다. 이때 전극봉(200)은 도 6에 도시된 전극봉(200)의 잔여 부분과 동일 또는 유사하게 가공면(MS) 상부의 소정의 위치에서 절단될 수 있다. 이로써 전극봉(200)의 일부는 제2관통홀(TH2)에 삽입되되 가공면(MS)으로부터 돌출된 상태로 가스터빈용 블레이드(100)에 잔류하게 된다.

이후 도 9에 도시된 바와 같이, 전극봉(200)의 잔여 부분들이 제1관통홀(TH1) 및 제2관통홀(TH2)에 삽입된 상태에서, 가스터빈용 블레이드(100)의 가공면(MS) 상에 열차폐막(150)을 형성하는 단계를 거친다.

일 실시예로, 열차폐막(150)은 금속막과 지르코니아를 포함하는 세라믹막의 이중막 구조를 가질 수 있다. 즉, 가스터빈용 블레이드(100) 상에 금속 합금막을 형성하는 본드 코팅(bond-coating)을 한 후, 그 위에 지르코니아(ZrO₂)막을 형성하는 탑 코팅(top-coating)을 하여 열차폐막(150)을 형성할 수 있다.

상기와 같은 이중막 구조의 열차폐막(150)의 경우, 탑 코팅막(top-coating layer)인 세라믹막에서 대부분의 온도 감소 효과를 얻게 된다. 그러나, 가스터빈용 블레이드(100) 상에 세라믹막을 바로 적용하게 되면 접착 강도가 낮아서 쉽게 떨어질 수 있고, 가스터빈용 블레이드(100)와 세라믹 간의 열팽창계수의 차이에 의해 열피로를 받는 경우 상기 세라믹막이 쉽게 파괴될 수 있으므로, 가스터빈용 블레이드(100)와 상기 세라믹막 사이에 본드 코팅막(bond-coating layer)인 금속막을 개재시키게 된다.

본드 코팅막(bond-coating layer)인 금속막은 0.1 내지 0.2 mm의 두께를 갖도록 진공 플라즈마 용사법 또는 고속화염 용사법을 이용하여 용사 코팅할 수 있고, 상기 금속막 상에 열전도율이 작고 기공이 많은 세라믹막을 0.1 내지 0.4mm의 두께를 갖도록 플라즈마 용사법을 이용하여 용사 코팅할 수 있다.

상술한 바와 같이 가스터빈용 블레이드(100) 등의 부품 표면에 열차폐막(150)을 형성함으로써, 부품의 열부하가 경감되고 산화 저항성이 향상됨은 물론이고, 기계적 성질의 열화를 방지하고 내마모성을 확보할 수 있다. 아울러 열차폐막(150)의 두께를 적절히 조절하여 공차 관리를 하는 것도 가능하다.

이후 도 10에 도시된 바와 같이, 가스터빈용 블레이드(100)의 제1위치(P1) 및 제2위치(P2)에 각각 형성된 제1관통홀(TH1) 및 제2관통홀(TH2)에 삽입된 전극봉(200)의 잔여 부분들을 제거하는 단계를 거친다.

일 실시예로, 스패너 등의 집게형 도구를 이용하여 상기 잔여 부분들 중 열차폐막(150)으로부터 돌출된 부분을 뽑을 수 있다. 이때 작업자가 상기 집게형 도구를 이용하여 수동으로 뽑을 수도 있고, 기계 장치를 이용하여 자동으로 뽑을 수도 있다. 만일 기계 장치를 이용하여 전극봉(200)의 잔여 부분을 자동으로 뽑는 경우, 도 2에 도시된 방전가공 장치에 상기 집게형 도구와 유사한 공구를 설치하여 방전가공 및 열차폐 코팅 작업을 한꺼번에 수행할 수도 있다.

이후 도 11에 도시된 바와 같이, 가스터빈용 블레이드(100) 표면에 열차폐막(150)이 형성된 고온용 부품을 얻게 된다. 상기 고온용 부품의 경우, 관통홀들(TH1, TH2)에 전극봉(200)을 삽입한 상태에서 열차폐 코팅을 수행하게 되므로, 열차폐 코팅 과정 시 냉각홀로 기능하는 관통홀들(TH1, TH2)이 막히거나 변형되는 것을 방지하는 한편, 관통홀들(TH1, TH2)의 가장자리까지 균일하고 치밀하게 코팅할 수 있다.

이상에서는 홀 가공의 대상이 가스터빈용 블레이드인 경우를 중심으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 열차폐 코팅을 수행하는 고온용 부품이면 어떠한 것이라도 본 발명의 실시예들이 적용되는 홀 가공의 대상이 될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고온에 노출되는 부품의 홀 가공 시 냉각홀 막힘, 냉각홀 변형 등을 방지할 수 있는 부품의 홀 가공 방법이 제공되며, 이러한 부품의 홀 가공 방법은 터빈 블레이드와 같은 가스터빈용 부품의 제조 방법에 적용될 수 있다.

Claims

부품의 가공면으로부터 이격되도록 전극봉을 배치하는 단계;

상기 가공면과 상기 전극봉 사이에 전압을 인가하여 홈을 형성하는 단계;

상기 홈 내부로 상기 전극봉을 이송하면서 상기 부품에 관통홀을 형성하는 단계;

상기 전극봉이 상기 관통홀에 삽입된 상태로 상기 부품에 잔류하도록 상기 전극봉을 절단하는 단계;

상기 부품의 상기 가공면 상에 열차폐막을 형성하는 단계; 및

상기 전극봉의 상기 부품에 잔류하는 잔여 부분을 상기 부품으로부터 제거하는 단계;를 포함하는, 부품의 홀 가공 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 부품은 도전성 물질을 포함하는, 부품의 홀 가공 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 전극봉은 구리, 흑연, 텅스텐, 은 또는 이들의 합금을 포함하는, 부품의 홀 가공 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 관통홀은 0.3 내지 1mm의 직경을 갖는, 부품의 홀 가공 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 전극봉을 배치하는 단계는,

상기 전극봉을 음극, 상기 부품을 양극으로 하는 방전회로를 구성하는 단계를 포함하는, 부품의 홀 가공 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 관통홀을 형성하는 단계는,

상기 전극봉의 이송속도를 제어하면서 수행하는 단계인, 부품의 홀 가공 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 열차폐막을 형성하는 단계는,

금속막을 형성하는 단계; 및

상기 금속막 상에 지르코니아를 포함하는 세라믹막을 형성하는 단계를 포함하는, 부품의 홀 가공 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 전극봉을 절단하는 단계는,

상기 전극봉의 상기 잔여 부분으로부터 분리된 분리 부분을 상기 가공면 상에서 이송하여 추가 관통홀을 형성하는 단계; 를 포함하는, 부품의 홀 가공 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 추가 관통홀을 형성하는 단계는,

상기 가공면과 상기 전극봉의 상기 분리 부분 사이에 전압을 인가하여 추가 홈을 형성하는 단계;

상기 추가 홈 내부로 상기 전극봉의 상기 분리 부분을 이송하면서 상기 부품에 추가 관통홀을 형성하는 단계; 및

상기 전극봉의 상기 분리 부분이 상기 관통홀에 삽입된 상태로 상기 부품에 잔류하도록, 상기 전극봉의 상기 분리 부분을 절단하는 단계;를 포함하는, 부품의 홀 가공 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 전극봉을 절단하는 단계는,

상기 전극봉을 절단하여 상기 전극봉을 상기 가공면으로부터 돌출시키는 단계인, 부품의 홀 가공 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 잔여 부분을 상기 부품으로부터 제거하는 단계는,

상기 전극봉의 상기 가공면으로부터 돌출된 부분을 뽑는 단계인, 부품의 홀 가공 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 부품은 가스터빈용 블레이드를 포함하는, 부품의 홀 가공 방법.