KR100797823B1

KR100797823B1 - Ａｌ 도금 강관의 제조방법

Info

Publication number: KR100797823B1
Application number: KR1020060090621A
Authority: KR
Inventors: 김형준; 박동룡; 김주호
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원; (주)태광테크
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2008-01-24

Abstract

본 발명에 따른 Al 도금 강관의 제조방법은 Al 도금 강판 또는 Al 도금 스테인레스 강판을 성형롤을 이용하여 관상으로 성형하는 단계, 상기 성형된 강판의 양 끝단을 용접하는 단계, 상기 용접에 의해 돌출된 비드를 제거하는 단계 및 Al 분말 또는 Al-Si 합금 분말을 저온 분사 코팅의 방법으로 상기 비드가 제거된 부위에 코팅하는 단계를 포함한다.

Al 도금 강관, 저온 분사 코팅, 내식성

Description

Ａｌ 도금 강관의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF Al COATING PIPE}

도 1은 본 발명의 적용을 위한 분말 예열 장치를 포함한 저온 스프레이 시스템의 구성도이다.

도 2는 저온 분사 코팅 방법에 의하여 강관에 Al 분말을 코팅한 것을 나타내는 사진이다.

도 3은 도 2에서의 Al 코팅 강관의 내부 단면 조직의 사진이다.

도 4는 저온 분사 코팅 방법에 의하여 Al-Al₂O₃ 분말을 코팅한 강관의 단면 조직 사진이다.

본 발명은 Al 도금 강관의 제조방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 Al 도금 강관의 제조시 용접 비드가 제거된 부분에 저온 분사 코팅 방법으로 Al 분말을 코팅하여 내식성이 우수한 Al 도금 강관을 제조하는 방법에 대한 것이다.

일반적으로 자동차용 배기계 부재는 적설이 많은 지역에서 동결 방지용 염 살포에 의한 고온 염 부식 때문에, Al을 도금한 스테인레스를 사용하여 Al 층이 희 생 양극 역할을 하도록 하여 내식성을 향상하였다.

그러나, Al 도금 스테인레스 강판을 강관으로 제조하는 공정에서 용접부의 비드(bead)부를 제거하여야 하므로, 이 부위는 Al 도금층이 사라지게 된다. 따라서, 이 부위는 국부적인 부식이 진행되게 된다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 일본특개평 6-330280에서는 파이프 조관시의 용접 작업 후 용접 비드를 제거하여 국부적으로 Al 도금층이 제거된 부위에 아크용사 기법으로 Al을 코팅하는 방법에 의해 내식성을 향상시킨 배기계용 Al 도금 스테인레스 강관을 제조하는 방법을 개시하고 있다.

그러나, 상기 아크용사 방법은 용융된 Al이 비행하는 면적이 넓으므로 수 mm 정도의 국부적인 부위만을 코팅할 수 없어 Al이 강관 전체에 코팅되어 외관이 나빠지고, 국부적인 코팅을 위해서는 추가적인 마스킹 장치가 필요하다.

또한, 실제로 코팅되는 국부적인 부위 외에도 코팅되므로 불필요한 소재가 많이 소요되게 된다. 또한 용융된 Al이 대기중에서 산화하여 코팅 조직에 산화층과 기공이 많이 형성되어 내식성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 Al 도금 강관의 제조 시 용접 비드가 제거된 부분에 Al을 저온 분사 코팅 방법으로 코팅하여 내식성을 향상시키고, 용접 비드가 제거된 부위만 국부적인 코팅이 가능하도록 하는 Al 도금 강관의 제조방법에 대한 것이다.

이때, 상기 비드가 제거된 부위에 코팅하는 단계에서, 상기 Al 분말 또는 Al-Si 합금 분말은 크기가 5㎛ 내지 100㎛인 것이 바람직하다.

또한, 상기 비드가 제거된 부위에 코팅하는 단계에서는, 상기 Al 분말 또는 Al-Si 합금 분말에 SiC 또는 Al₂O₃ 분말을 더욱 혼합한 복합 분말을 이용하여 저온 분사 코팅을 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 복합 분말에서 SiC 또는 Al₂O₃의 부피비는 Al에 대하여 5% 내지 50%로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 비드가 제거된 부위에 코팅된 코팅층의 두께는 30㎛ 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 적용을 위한 분말 예열 장치를 포함한 저온 분사 시스템의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 저온 분사 시스템(100)은 가스 컨트롤부(10), 가스히터(20), 분말 송급장치(30), 분말 예열장치(40), 혼합챔버(50), 컨트롤부(60) 및 분사노즐(70)을 포함한다.

가스 컨트롤부(10)에서는 가스(11)를 가스 히터(20)로 이동시키며, 나머지 가스(13)를 분말 송급장치(30)로 이동시킨다.

가스(11)는 질소, 공기 및 질소와 공기의 혼합 가스 중 어느 하나를 사용할 수 있는데, 상기 가스는 가스 히터(20)에 의해 가열되어 혼합챔버(chamber)(50)로 전송한다. 분말 송급장치(30)는 코팅 분말을 혼합챔버(50)로 전송한다.

이 때, 분말 송급장치(30)와 혼합챔버(50) 사이에 위치한 분말 예열장치(40)는 코팅 분말을 가열한다. 분말을 예열시키면 적층율과 코팅두께가 상승하고, 코팅 조직이 더욱 치밀해 진다. 컨트롤부(60)는 가스 히터(20)와 분말 예열장치(40)의 온도를 조절하는 역할을 한다.

혼합 챔버(50)에서는 예열된 코팅 분말과 가스(11)를 혼합하고, 혼합된 코팅 분말과 가스(11)는 분사 노즐(70)을 통하여 피코팅재(80)에 분사되어 코팅된다.

즉, 본 발명은 이러한 저온 분사 시스템(100)을 이용하여 용접 비드가 제거된 부위를 코팅하여 Al 도금 강관을 제조한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 Al 도금 강관을 제조하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

우선, Al 도금 스틸 강관 또는 Al 도금 스테인레스 강판을 주행시키고, 성형 롤을 이용하여 관상으로 성형한다. 다음으로, 상기 강판의 양단 끝 부위를 맞대고 용접한다. 용접 방법은 고주파 열원에 의한 용접, 레이저 용접 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.

상기 용접에 의해 용접 부위가 약간 돌출되는, 소위 용접 비드(bead)가 형성된다. 이렇게 형성된 용접 비드는 비드 커터기 등으로 절삭하게 되므로, 이 용접 비드가 제거된 부분에서는 Al 도금 강관에서 국부적으로 Al 도금층이 사라지게 된다.

따라서, 다음으로 상기한 저온 분사 코팅 방법을 이용하여 상기 Al 도금층이 제거된 부위를 코팅한다. 이 경우, 상기 코팅 분말은 Al 분말 또는 Al-Si 합금 분말을 사용할 수 있는데, SiC나 Al₂O₃와 같은 세라믹이 혼합된 분말을 첨가하여 코팅의 적층효율 및 내마모성을 증대시킬 수 있으며, 분사 노즐이 막히는 현상을 제거할 수 있다.

이 경우 상기 SiC나 Al₂O₃의 부피비는 Al에 대하여 5% 내지 50%로 형성되는 것이 바람직하다. 5% 이하에서는 세라믹 첨가 효과가 미미하고, 50% 이상에서는 세라믹이 너무 많아서 조직에 기공이 증대하여 Al의 내식성 효과가 사라지게 된다.

이때, 상기 코팅 분말의 크기는 5㎛ 내지 100㎛인 것이 바람직하다. 상기 분말의 크기가 5㎛보다 작으면 상기 저온 분사 시스템에서 분말의 송급이 불량하게 되어 코팅이 불량하게 형성되고, 100㎛보다 크면 분말의 비행속도가 코팅이 되는 임계속도에 도달하지 못하므로 코팅이 불가능하게 된다

또한, 상기 코팅 분말이 코팅된 코팅층의 두께는 내식성을 유지하기 위해서 30㎛ 이상으로 형성되는 것이 좋다. 한번의 코팅 패스로 코팅시에 코팅층의 두께가 작은 경우에는 저온 분사 건을 두 대로 작동시켜 원하는 두께로 코팅 두께를 증대시킬 수 있다.

한편, 저온 분사 코팅 공정은 근본적으로 소재의 소성 변형에 의한 적층으로 이루어지는 공정이므로 코팅 소재의 인성이 증가할수록 적층율이 증가되고, 코팅 특성이 향상된다. 또한 금속은 온도가 상승되면 인성은 증가한다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 Al 도금 강관의 제조방법은 상기 Al 등의 코팅 분말을 코팅 전에 상기한 분말 예열장치(40)에 의해 예열하므로, 상기 비드가 제거된 부분을 블래스팅 처리하지 않고도 높은 적층율을 갖는 우수한 코팅층이 형성된 Al 도금 강관을 얻을 수 있게 된다.

또한, 저온 분사 코팅 시의 코팅 폭은 분사 건과 기판과의 거리를 조절하거나, 또는 분사 건의 출구 구멍을 조절하여 조절이 가능하다. 따라서, 추가적인 마스크 장치가 필요없어서 제조 공정이 단순화되고, 강관 전체를 코팅할 필요가 없으므로 강관의 외관이 미려해지는 효과가 있다.

또한, 저온 분사 코팅 공정을 이용하므로, Al이 대기중에서 산화되지 않아 Al 도금 강관의 내식성이 저하되지 않게 된다.

이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명은 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실험예에서는 5 mm 두께의 SUS 440 스테인레스 강판을 시편으로 사용하였으며, 상기 강판에 저온 분사 코팅 방법을 이용하여 Al 분말(실험예 1) 또는 Al 분말에 대하여 30%의 부피비를 갖는 알루미나를 함유한 복합 분말(실험예 2)을 코팅하였다.

이때 저온 분사 건의 이송 속도는 실제 일반적인 조관 속도인 60~80 mpm에 맞추어 1 m/sec의 이송 속도로 코팅하였다. 아래의 표 1은 상기 각각의 실험예에 따른 시편 제작에 사용된 저온 분사 공정의 조건을 정리하여 보여준다.

공정 조건	실험예1 (Al)	실험예 2 (Al-30%Al₂O₃)
사용 가스	질소	질소
메인 가스 온도	400℃	400℃
분말 예열 온도	무 예열	200 ℃
분말 송급 속도	4 kg/hr	5 kg/hr
메인 가스 압력	25 kg/cm²	25 kg/cm²
건과 기판과의 거리	20 mm	30 mm

도 2는 강관의 비드를 제거한 부위에 Al을 코팅한 부위의 마크로 사진이고, 도 3은 상기 도 2의 Al이 코팅된 시편의 단면 조직 사진을 나타낸다.

도 2에 도시된 것처럼, 코팅 폭은 10~15mm로 형성되어 있다. 출구 구멍이 10 mm인 경우에 저온 분사 건과 기판과의 거리가 10mm 이내로 아주 가까운 경우에는 코팅 폭이 10~11mm 정도로 형성되었고, 저온 분사 건과 기판과의 거리가 40~50mm인 경우에는 코팅 폭이 14~15mm로 증대되었다.

따라서, 코팅 폭은 저온 분사 건과 기판과의 거리를 조절하거나, 저온 분사 건의 출구 구멍을 조절하여 조절이 가능하므로, 용접 비드가 제거된 부위만 국부적으로 용접하는 것이 가능하다. 또한, 한번의 코팅 패스로 코팅 시에 코팅 두께가 작아서 Al 도금 강관이 충분한 내식성을 나타내지 못할 경우에는 저온 분사 건 두 대를 작동시켜 30㎛ 이상으로 코팅층을 형성하였다.

도 3 내지 도 4는 실험예 1 및 실험예 2에 의한 코팅 시편의 단면 조직 사진이다. 도시한 바와 같이, 산화물이 없고 코팅 결합력이 우수한 치밀한 조직을 관찰할 수 있다. 따라서, Al 도금 강관의 내식성을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

본 발명은 용접부의 비드 부가 제거된 부위를 저온 분사 코팅의 방법으로 Al 분말 등을 코팅하므로, 내식성이 우수한 Al 도금 강관 또는 Al 도금 스테인레스 강관을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명은 저온 분사 코팅 시의 코팅 폭을 추가적인 마스크 장치 없이 조절할 수 있으므로, 국부적으로 Al 분말의 내식 코팅이 가능하고, Al 도금 강관의 제조 공정을 단순화할 수 있다.

또한, 본 발명은 저온 분사 코팅을 이용하므로, Al이 대기중에서 산화되지 않아 Al 도금 강관의 내식성이 저하되지 않게 된다.

또한, 본 발명은 코팅 소재를 예열하여 인성을 증가시킨 후에 코팅하므로, 용접 비드 제거 후 브레스팅 처리 없이 코팅이 가능하고, 모재와의 높은 결합 강도 를 지닌다.

Claims

Al 도금 강판 또는 Al 도금 스테인레스 강판을 성형롤을 이용하여 관상으로 성형하는 단계;

상기 성형된 강판의 양 끝단을 용접하는 단계;

상기 용접에 의해 돌출된 비드를 제거하는 단계; 및

크기가 5㎛ 내지 100㎛인 Al 분말 또는 Al-Si 합금 분말에 SiC 또는 Al₂O₃ 분말을 더욱 혼합한 복합 분말을 저온 분사 코팅의 방법으로 상기 비드가 제거된 부위에 코팅하는 단계

를 포함하는 Al 도금 강관의 제조방법.
삭제
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제1 항에 있어서,

상기 SiC 또는 Al₂O₃의 부피비는 Al에 대하여 5% 내지 50%로 형성하는 Al 도금 강관의 제조방법.
제4 항에 있어서,

상기 비드가 제거된 부위에 코팅된 코팅층의 두께가 30㎛ 이상으로 형성되는 Al 도금 강관의 제조방법.