플라즈마 용사 피막의 고 내식 표면처리 기술

플라즈마 용사 법은 비 전이형 “아크”에 의해 불활성 가스로부터 생성되는 고속(650m/sec), 고온(중심온도 약 16,700℃)의 플라즈마 흐름을 사용하는 코팅 방법으로서 플라즈마용사장치 내에서 일정하게 공급되는 분말 코팅 재는 완전 용융된 상태로 음속의 2배 속도로 소재에 충돌하여 치밀한 코팅 막을 형성 합니다.

이러한 방법에 의해 형성되는 피막의 특징은, 모재에 열 변형이 없는 코팅 가능하고, 코팅두께 조절이 용이하며, 최대 3 mm 두께까지 코팅 가능하고, 금속, 세라믹, 서멧 등 다양한 코팅 가능하며, 높은 밀착력을 가지며 산화가 매우 적습니다. 이러한 특징 때문에 피막의 응용분야는 아래와 같이 상당히 넓습니다.

철강, 비철금속	각종 HEARTH ROLL, DEFLECTOR ROLL, PLATING ROLLS, HYDRAULIC PLUNGER, FAN BLADE, PUMP &VALVE PARTS, WIRE DRAWING MACHINE PARTS, etc
섬유	GUIDE PARTS, BOBBIN, SPINDLE, DRAW ROLL, HEATER PLATE, etc
석유, 화학	THERMO-COUPLE, SCREW FOR EXTRUSION &INJECTION MACHINE, PISTON ROD, PUMP &VALVE, etc
전자기기	각종 COMPUTER PARTS, DRUM FOR VTR, ROLLERS FOR REPRODUCTION MACHINE
항공기, 선박	ENGINE PARTS (FAN BLADE, COMPRESSOR HUB, TRANSMISSION HOUSING, VALVE
차량 각종	TURBO-CHARGER CASING, SYNCHRONIZER RING, etc) etc
기 타	MECHANICAL SEAL RING PLUNGER, SLEEVE, BUSH, 해양개발, 유리, 시멘트, 제지, 펄프, 인쇄, etc

 

이와 같은 용사 피막의 탁월한 장점 때문에 많은 산업 기계 분야에 응용폭이 상당히 넓지만, 이러한 피막이 가지는 치명적인 단점 때문에 상당히 많은 부분에서 제한을 받고 있습니다. 이 피막의 단점은 고열의 용융된 금속 또는 세라믹 입자들이 고속으로 날아와 금속 표면에서 달라붙으면서 상온 대기압 하에서 급냉으로 식는 코팅 층이므로, 피막 표면이 거칠고 기공들이 많이 형성 된다는 것입니다. 그래서 거친 표면을 다듬기위해 그라인더 등의 정밀한 연마공정을 해야 합니다.

또한 부식 분위기가 형성되는 환경에서는 용사 피막 층 내에 무수히 많은 기공들이 있어서 부식물이 그곳을 통해 용사피막과 접하고 있는 금속과 부식반응을 일으켜서 용사피막이 조그만 충격에도 박리되는 현상이 나타납니다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 간단하면서도 친 환경적인 공정을 연구하여 상용화 개발 하였는데, 그 방법은 수용액상의 개발된 코팅 용액에 담구었다가 꺼내어 가열 건조하면, 기공 내에 나노 분말 세라믹이 채워지는 기술입니다. 본 기술을 적용할 경우 모든 용사 피막 층 내의 기공들이 고경도의 나노 분말 물질로 채워짐으로서 피막의 강도도 상승하고 내식성이 크게 증가하는 결과를 나타내었습니다. 그리고 표면의 거칠기도 크게 감소하여 용사피막의 다듬질 공정의 작업 시간도 반 이상 줄어드는 효과도 나타내었습니다.  

용사피막의 내식성은 일반 용사피막의 경우 염수분무시간 24시간을 넘기지 못하지만, 본 개발 기술인 나노분말 세라믹을 채워 넣은 용사피막은 염수분무시간 200 시간을 넘는 우수한 내식성을 나타내었습니다.

본 개발 기술이 적용될 수 있는 부품의 응용분야는 아래와 같습니다.

- 내 마모성 및 내 부식성 증대

- 마찰계수 저하

- 열 차단증대

- 전기 차폐성

- 마모 손상된 부품 원상 복귀

- 경량화 된 소재의 부품 대체화

- 전파 복사성

 

 

사진 용사 후의 코팅된 피막 표면 사진

 

사진 용사 피막에 개발 기술 적용 후의 표면 사진