KR100946196B1 - Method of improving surface properties of the metal by spray coating and metal prepared by the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분말 코팅에 의한 금속표면 개질방법 및 이에 의하여 제조되는 금속에 관한 것으로, 특히 단일금속 또는 합금 기지를 표면에 포함하는 모재를 제공하는 단계, 상기 단일금속 또는 상기 합금의 금속원소와 금속간화합물을 형성하는 금속간화합물 형성용의 하나 또는 둘이상의 단일금속 또는 그 합금의 분말로 이루어진 코팅용 분말을 준비하는 단계, 상기 준비된 코팅용 분말을 콜드 스프레이 방법으로 상기 모재에 코팅하는 단계 및 상기 코팅된 코팅층 및 모재를 열처리하여 상기 금속간화합물을 형성하는 열처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속표면 개질방법 및 이에 의해 제조되는 금속에 관한 것으로 이를 통하여 코팅층의 형성과정에 의하여 모재에 열 변형 등의 손상을 발생하지 않으면서도 상기 표면을 개질하여 우수한 표면특성을 가지는 금속간 화합물 코팅층을 형성할 수 있으며, 저온에서 단시간내에 열처리가 가능하여 생산비용이 절감되며, 열처리 과정에서 금속간 화합물이 형성되므로 열처리에 따른 모재와 코팅층간의 잔류응력 발생을 최소화할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to a method of modifying a metal surface by powder coating and to a metal produced thereby, in particular, providing a base material including a single metal or an alloy base on a surface thereof, between the metal element of the single metal or the alloy and the metal Preparing a coating powder consisting of a powder of one or two or more single metals or alloys thereof for forming an intermetallic compound forming a compound, coating the prepared coating powder on the base material by a cold spray method and the coating It relates to a metal surface modification method and a metal produced by the heat treatment step of forming the intermetallic compound by heat-treating the coated layer and the base material, through which the thermal deformation of the base material by the process of forming the coating layer Excellent surface by modifying the surface without causing damage The intermetallic compound coating layer can be formed, and it can be heat-treated in a short time at low temperature, and the production cost is reduced. There is an advantage.
표면개질, 금속간 화합물, 콜드 스프레이 Surface Modification, Intermetallic Compounds, Cold Spray
Description
도 1은 본 발명에서 금속기지 복합체를 형성하기 위해 사용되는 저온 분사(Cold Spray) 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a cold spray device used to form a metal base composite in the present invention.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 금속표면 개질방법에 의하여 Al 기지에 대하여 형성 가능한 금속간화합물을 예시한 상태도이다.2A to 2D are state diagrams illustrating an intermetallic compound that can be formed on an Al matrix by the metal surface modification method of the present invention.
도 3은 본 발명의 금속표면 개질방법의 실시예 1을 진행한 경우에 대한 각 부분의 EDX촬영결과를 도시한 사진이다.FIG. 3 is a photograph showing EDX photographing results of respective portions of Example 1 of the metal surface modification method of the present invention.
도 4는 본 발명의 금속표면 개질방법의 실시예 2를 진행한 경우에 대한 각 부분의 EDX촬영결과를 도시한 사진이다.FIG. 4 is a photograph showing EDX photographing results of respective parts of Example 2 of the metal surface modification method of the present invention.
도 5는 본 발명의 금속표면 개질방법의 실시예 3을 진행한 경우에 대한 각 부분의 EDX촬영결과를 도시한 사진이다.FIG. 5 is a photograph showing EDX photographing results of respective parts of Example 3 of the metal surface modification method of the present invention.
도 6은 본 발명의 금속표면 개질방법의 실시예 4를 진행한 경우에 대한 각 부분의 EDX촬영결과를 도시한 사진이다.FIG. 6 is a photograph showing EDX photographing results of respective parts of Example 4 of the metal surface modification method of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
110 : 가스 압축기 120 : 가스히터110
130 : 분말 공급기 140 : 노즐130: powder feeder 140: nozzle
본 발명은 분무 코팅에 의한 금속표면 개질방법 및 이에 의하여 제조되는 금속에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코팅층의 형성과정에 의하여 모재에 열 변형 등의 손상을 발생하지 않으면서도, 상기 표면에 내마모성 및 피로 균열 특성과 같은 표면특성에 대하여 우수한 특성을 가지는 금속간 화합물 코팅층을 형성할 수 있으며, 저온에서 단시간내에 열처리가 가능하여 생산비용이 절감되며, 열처리 과정에서 금속간 화합물이 형성되므로 열처리에 따른 모재와 코팅층간의 잔류응력 발생을 최소화할 수 있는 금속표면 개질방법 및 이에 의하여 제조되는 코팅층을 구비한 금속에 관한 것이다.The present invention relates to a metal surface modification method by a spray coating and to a metal produced thereby, and more particularly, wear resistance and fatigue on the surface without causing damage such as thermal deformation to the base material by the formation process of the coating layer It is possible to form an intermetallic compound coating layer having excellent properties on surface properties such as cracking properties, and can be heat-treated in a short time at low temperature, thereby reducing the production cost, and the intermetallic compound is formed during the heat treatment process. The present invention relates to a metal surface modification method capable of minimizing the generation of residual stresses between coating layers, and a metal having a coating layer prepared thereby.
단일 금속이나 합금으로 이루어진 금속은 그 강도, 경도, 내마모성 등을 향상하기 위하여 일반적으로는 금속 내부 전체를 분산강화, 석출경화 등의 다양한 강화기구를 활용하여 강화시키는 방법을 적용하고 있다.In order to improve the strength, hardness, wear resistance, etc. of a metal made of a single metal or an alloy, a method of strengthening the entire metal interior using various reinforcing mechanisms such as dispersion hardening and precipitation hardening is generally applied.
그러나 이와 같은 모재 전체의 특성향상의 경우는 지나친 강도 또는 경도의 증가가 소재의 인성을 떨어뜨려 취성에 취약한 문제점이 있으므로 이를 개선하기 위하여 금속의 표면만을 개질하여 표면에서는 고강도, 고경도, 우수한 내마모성 등의 표면요구특성을 만족하고, 모재는 그대로 높은 인성을 확보하여 전체적인 기계적 성질은 모재를 따르도록 하여 양측의 장점만을 활용하기 위한 다양한 방법이 개 발되고 있다.However, in the case of the improvement of the properties of the entire base material, excessive strength or hardness increases the toughness of the material, there is a problem that is vulnerable to brittleness. To satisfy the surface requirements of the, the base material is secured high toughness as it is so that the overall mechanical properties to follow the base material has been developed a variety of methods to utilize only the advantages of both sides.
그러나 이러한 표면개질방법의 경우에 있어서, 증착의 경우는 고가의 장비를 필요로 하며, 생산비용이 높게 발생하며, 코팅층의 두께를 두껍게 구성하는 것이 불가능한 문제점이 있고, 금속의 표면에 상기 금속과 반응하는 분말이나 슬러리를 배치한 후에 이를 고온 열처리하여 표면에 고강도의 반응물질이 형성되도록 하는 방법이 있으나, 상기 반응을 위해서는 평형 상태도에 기초하는 고온의 열처리가 이루어지므로 열처리 과정에서 모재에 열 변형 등의 손상이 발생하거나, 평형 상태도를 기준으로 하는 경우에 반응이 일어나기 위해서는 분말 또는 모재가 용융되는 온도가 되므로 실질적으로 적용할 수 있는 모재와 분말간의 조합이 상대적으로 적은 문제점이 있다.However, in the case of such a surface modification method, deposition requires expensive equipment, high production costs, and it is impossible to construct a thick coating layer, and reacts with the metal on the surface of the metal. There is a method to form a high-strength reactive material on the surface by placing the powder or slurry to a high temperature heat treatment after the powder or slurry, but for the reaction, a high temperature heat treatment is performed based on the equilibrium diagram, In order to cause a reaction when the damage occurs or based on the equilibrium diagram, since the powder or the base material is melted, there is a problem that the combination between the base material and the powder that can be substantially applied is relatively small.
또한 고온에서 열처리가 이루어짐과 동시에, 낮은 구동력으로 인하여 장시간의 열처리 또는 반응시간이 필요하므로 이를 수행함에 있어서 생산비용이 증가하는 문제점이 있다.In addition, since the heat treatment is performed at a high temperature and a long driving time or reaction time is required due to the low driving force, there is a problem that the production cost increases in performing this.
이외에도 코팅층을 모재에 확산접합하거나 고온용사법 등의 방법으로 결합하는 방법이 있으나, 이 또한 고온에서 이루어지므로 생산비용이 높고, 확산을 위한 장시간의 열처리가 필요하며, 접합이나 용사후에 소재를 냉각과정에서 모재와 코팅층간에 잔류응력이 발생하여 결합면 강도가 떨어지는 문제점이 있다.In addition, there is a method of bonding the coating layer to the base material by diffusion bonding or high temperature spraying. However, since the coating layer is made at a high temperature, the production cost is high, and a long time heat treatment is required for diffusion, and the material is cooled in the cooling process after bonding or spraying. Residual stress is generated between the base material and the coating layer has a problem that the bonding surface strength is lowered.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 모재에 열적 변형 또는 열 충격에 의한 손상을 유발할 염려가 없도록 함과 동시에 분무 코팅에 의해 금속의 표면을 개질할 수 있는 금속표면 개질방법 및 이에 의하여 제조되는 금속을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention provides a metal surface modification method that can modify the surface of the metal by spray coating at the same time without fear of causing thermal deformation or damage by thermal shock to the base material It is an object to provide a metal produced by the present invention.
또한, 본 발명은 저렴한 비용으로 상대적으로 낮은 온도에서 표면개질을 수행할 수 있으며, 모재와 코팅층간에 잔류응력을 최소화하는 금속표면 개질방법 및 이에 의하여 제조되는 코팅층을 구비한 금속을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a metal surface modification method for performing a surface modification at a relatively low temperature at a low cost, and to minimize the residual stress between the base material and the coating layer and a metal having a coating layer prepared thereby. do.
이외에 본 발명은 열역학적 평형상태인 평형 상태도를 기준으로는 형성이 불가능한 다양한 조합 및 종류의 표면개질층을 형성할 수 있는 분무 코팅에 의한 금속표면 개질방법 및 이에 의하여 제조되는 금속을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a method for modifying the metal surface by spray coating that can form a surface modification layer of various combinations and types that cannot be formed on the basis of the equilibrium diagram of the thermodynamic equilibrium, and the metal produced thereby. do.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object, the present invention
단일금속 또는 합금 기지를 표면에 포함하는 모재를 제공하는 단계;Providing a base material comprising a single metal or alloy base on a surface;
상기 단일금속 또는 상기 합금의 금속원소와 금속간화합물을 형성하는 금속간화합물 형성용의 하나 또는 둘이상의 단일금속 또는 그 합금의 분말로 이루어진 코팅용 분말을 준비하는 단계;Preparing a coating powder comprising one or two or more single metals or powders of the alloys for forming an intermetallic compound which forms an intermetallic compound with the metal element of the single metal or the alloy;
상기 준비된 코팅용 분말을 콜드 스프레이 방법으로 상기 모재에 코팅하는 단계; 및 Coating the prepared coating powder on the base material by a cold spray method; And
상기 코팅된 코팅층 및 모재를 열처리하여 상기 금속간화합물을 형성하는 열처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분무 코팅에 의한 금속표면 개질방법을 제공한다.It provides a metal surface modification method by spray coating comprising the heat treatment step of forming the intermetallic compound by heat-treating the coated coating layer and the base material.
또한 본 발명은In addition, the present invention
상기 금속표면 개질방법에 의하여 제조되는 금속을 제공한다.It provides a metal produced by the metal surface modification method.
이하 본 발명에 대하여 도면 및 구체적인 실시예를 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and specific examples.
본 발명은 분무 코팅에 의한 금속표면 개질방법에 관한 것으로 단일금속 또는 합금 기지를 표면에 포함하는 모재를 제공하는 단계, 상기 단일금속 또는 상기 합금의 금속원소와 금속간화합물을 형성하는 금속간화합물 형성용의 하나 또는 둘이상의 단일금속 또는 그 합금의 분말로 이루어진 코팅용 분말을 준비하는 단계, 상기 준비된 코팅용 분말을 콜드 스프레이 방법으로 상기 모재에 코팅하는 단계 및 상기 코팅된 코팅층 및 모재를 열처리하여 상기 금속간화합물을 형성하는 열처리 단계를 포함하여 구성된다.The present invention relates to a method for modifying a metal surface by spray coating, the method comprising: providing a base material including a single metal or an alloy base on a surface; forming an intermetallic compound forming an intermetallic compound with a metal element of the single metal or alloy Preparing a coating powder consisting of a powder of one or two or more of a single metal or an alloy thereof, coating the prepared coating powder on the base material by a cold spray method and heat-treating the coated coating layer and the base material It comprises a heat treatment step of forming an intermetallic compound.
즉, 본 발명은 분무 코팅에 의한 금속표면 개질방법에 관한 것으로 상기 금속은 단일성분의 금속뿐만 아니라 합금을 포함하는 광의의 금속을 의미하는 것으로 이러한 금속의 표면특성을 개선하는 개질에 관한 방법이다.That is, the present invention relates to a metal surface modification method by spray coating, wherein the metal refers to a broad metal including an alloy as well as a metal of a single component, and a method for improving surface characteristics of such metal.
이를 위하여 표면개질의 대상이 되는 금속은 단일금속 또는 합금 기지를 표면에 포함하는 모재를 제공하며, 상기 단일금속은 1성분의 금속을 의미하며, 상기 합금은 둘이상의 금속이 포함되는 금속을 의미한다. 상기 합금에는 석출물이나 분산강화물이 포함되는 합금을 포함함은 물론이며, 따라서 상기 모재는 전체 표면이 금속간화합물 형성이 가능한 상기 기술한 단일금속 또는 합금으로 이루어질 수도 있고, 또는 일부의 표면만 금속간화합물 형성이 가능한 상기 기술한 단일금속 또는 합금으로 이루어질 수도 있으며, 이에는 이후 콜드 스프레이 코팅되는 금속 또는 합금과 금속간 화합물을 형성하는 일정한 단일 금속 또는 합금 기지를 표면에 가지는 복합체 또는 조합물 등을 포함하는 다양한 재료를 들 수 있다.For this purpose, the metal to be subjected to surface modification provides a base metal including a single metal or an alloy base on the surface, the single metal means a metal of one component, and the alloy means a metal including two or more metals. . Of course, the alloy includes an alloy containing precipitates or dispersion reinforcements, and thus, the base material may be composed of the above-described single metal or alloy, in which the entire surface can form an intermetallic compound, or only a part of the surface of the metal. It may be composed of the above-described single metals or alloys capable of forming a compound, which may include a complex or a combination having a single metal or alloy base on the surface which forms a metal-to-metal compound to be coated with a cold spray coating. Various materials to include are mentioned.
본 발명의 표면개질은 주로 모재 표면에 강도, 경도, 내마모성, 피로특성 등을 포함한 기계적 성질 향상에 초점을 두고 이를 최대한 향상시키기 위한 것이나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 내플라즈마성 등 다양한 표면특성 개선을 목적으로 할 수 있다. 이를 위하여 상기 모재의 표면에 상기 모재의 표면에 노출된 단일금속 또는 상기 합금의 금속원소와 금속간화합물을 형성하는 금속간화합물 형성용의 하나 또는 둘이상의 단일금속 또는 그 합금의 분말을 콜드 스프레이 방법으로 코팅한다.The surface modification of the present invention mainly focuses on the improvement of mechanical properties including strength, hardness, wear resistance, fatigue properties, etc. on the surface of the base material, but is not necessarily limited thereto. Various surface properties, such as plasma resistance, may be improved. You can do it for the purpose. To this end, cold spraying method of one or two or more single metals or powders thereof for forming an intermetallic compound which forms an intermetallic compound with a single metal exposed to the surface of the base material or a metal element of the alloy on the surface of the base material. To coat.
이를 위하여 상기 단일금속 또는 상기 합금의 금속원소와 금속간화합물을 형성하는 금속간화합물 형성용의 하나 또는 둘이상의 단일금속 또는 그 합금의 분말로 이루어진 코팅용 분말을 준비하는 단계를 수행한다.To this end, the step of preparing a coating powder consisting of one or two or more single metal or powder of the alloy for forming the intermetallic compound to form an intermetallic compound with the metal element of the single metal or the alloy.
상기 모재의 단일금속 또는 합금으로는 금속간화합물을 형성할 수 있는 금속원소를 포함하는 모든 단일금속 또는 상기 금속원소를 포함하는 합금이 이에 해당할 수 있으며, 상기 코팅용 분말의 단일금속 또는 합금으로는 상기 모재의 단일금속 또는 합금과 금속간화합물을 형성할 수 있는 금속원소를 포함하는 모든 단일금속 또는 상기 금속원소를 포함하는 합금이 이에 해당할 수 있다. 또한 상기 코팅용 분말은 하나의 단일금속분말도 가능하지만, 3성분계 또는 4성분계 등의 다성분계 금속간화합물을 형성하기 위해서는 둘이상의 단일금속분말을 혼합하여 사용할 수도 있다. 또는 필요에 따라서 반응을 촉진하거나, 3성분계 또는 4성분계 금속간 화합물을 형성하기 위해서, 또는 금속간화합물 형성후의 잔류층의 기계적 성질의 확보를 위해서 상기 기술한 바와 같이 상기 코팅용 분말은 하나의 합금분말, 둘이상의 합금을 각각 분말로 만든 둘이상의 합금 분말, 단일금속분말과 합금분말의 혼합물, 하나의 단일금속분말과 둘이상의 합금분말의 혼합물, 둘이상의 단일금속분말과 하나의 합금분말의 혼합물, 둘이상의 단일금속분말과 둘이상의 합금분말의 혼합물 등의 다양한 조합을 적용하여 사용할 수 있다.As the single metal or alloy of the base material, all single metals or alloys containing the metal elements, which include metal elements capable of forming intermetallic compounds, may correspond to the single metal or alloy of the coating powder. The single metal or alloy of the base metal and all the single metal including a metal element capable of forming an intermetallic compound or an alloy containing the metal element may correspond to this. In addition, the coating powder may be a single metal powder, but may be used by mixing two or more single metal powders to form a multi-component intermetallic compound such as a three-component or four-component system. Or as described above, in order to promote the reaction, to form a three-component or four-component intermetallic compound, or to secure the mechanical properties of the remaining layer after the intermetallic compound is formed, as described above. Powder, two or more alloy powders each of which makes two or more alloys into powder, a mixture of a single metal powder and an alloy powder, a mixture of one single metal powder and two or more alloy powders, a mixture of two or more single metal powders and one alloy powder, Various combinations, such as a mixture of two or more single metal powders and two or more alloy powders, may be used.
상기 모재의 단일금속 또는 합금과 코팅용 분말의 조합에 관한 예로는 바람직하게는 상기 모재의 단일금속 또는 합금은 알루미늄 또는 그 합금이고, 상기 코팅용 분말은 티타늄, 니켈, 크롬 및 철로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택되는 단일금속이거나, 상기 모재의 단일금속 또는 합금은 티타늄 또는 그 합금이고, 상기 코팅용 분말은 알루미늄 및 니켈로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택되는 단일금속이거나, 상기 모재의 단일금속 또는 합금은 니켈 또는 그 합금이고, 상기 코팅용 분말은 알루미늄인 것을 들 수 있다. 즉, 상기 기술한 합금의 경우에 내마모성 및 경도와 같은 표면개질을 요구하는 경우가 많고, 안정적인 금속간화합물을 생성할 수 있으므로 상기와 같은 조합을 적용하는 것이 바람직하며, 금속간화합물의 형성에 대한 그 구체적인 예로 Al 금속과 금속간 화합물의 형성이 가능한 전이 금속 원소 간의 예를 상태도에 근거하여 설명한다. 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 방법에 의해 형성 가능한 알루미늄과의 금속간화합물 형성의 일예로써 2원계 알루미늄 합금에 대한 상태도이다.An example of the combination of the single metal or alloy of the base material and the coating powder is preferably a single metal or alloy of the base material is aluminum or an alloy thereof, and the coating powder is one in the group consisting of titanium, nickel, chromium and iron. The single metal or alloy selected from above, or the single metal or alloy of the base material is titanium or an alloy thereof, and the coating powder is a single metal selected from at least one selected from the group consisting of aluminum and nickel, or the single metal or alloy of the base material is nickel Or an alloy thereof, and the coating powder is aluminum. That is, in the case of the alloy described above, surface modifications such as wear resistance and hardness are often required, and stable intermetallic compounds can be produced. Therefore, the above combination is preferable. As an example, the example between the transition metal element which can form an Al metal and an intermetallic compound is demonstrated based on a state diagram. 2A to 2D are state diagrams for binary aluminum alloys as an example of the formation of an intermetallic compound with aluminum which can be formed by the method of the present invention.
먼저 도 2a는 Al-Ti계의 상태도이다. 도 2a를 참조하면, Ti이 수 ~ 수십 중 량% 첨가되는 경우에 664 ℃(937 K)이하의 온도에서는 합금 내에 Ti이 소량 고용된 Al상과 Al-Ti 간의 금속간 화합물인 TiAl3상이 안정상으로 존재한다. 또한, Ti 함량이 증가함에 따라 (즉, 38 중량% 이상 첨가되면) Al3Ti상과 Al2Ti상이 합금의 안정상으로 존재하게 된다.2A is a state diagram of an Al-Ti system. Referring to FIG. 2A, when Ti is added in several to several ten percent by weight, at a temperature of 664 ° C. or lower (937 K), TiAl 3 phase, which is an intermetallic compound between Al phase and Al-Ti, in which a small amount of Ti is dissolved in the alloy, Exists as normal. In addition, as the Ti content is increased (ie, added at 38% by weight or more), the Al 3 Ti phase and the Al 2 Ti phase exist as a stable phase of the alloy.
도 2b는 Al-Ni계의 상태도이다. 도 2b를 참조하면, 636 ℃ 이하의 온도에서 Ni의 함량에 따라 Al3Ni, Al3Ni2, AlNi, AlNi3 등의 금속간 화합물이 합금의 안정상을 이루고 있음을 알 수 있다.2B is a state diagram of an Al-Ni system. Referring to FIG. 2B, it can be seen that intermetallic compounds such as Al 3 Ni, Al 3 Ni 2 , AlNi, and AlNi 3 form a stable phase of the alloy at a temperature of 636 ° C. or lower.
도 2c는 Al-Cr계의 상태도이다. 도 2c를 참조하면, 663 ℃(936 K)이하의 온도에서 Cr의 첨가에 따라 CrAl7의 금속간 화합물이 안정상을 이루고 있음을 알 수 있다.2C is a state diagram of an Al-Cr system. Referring to FIG. 2C, it can be seen that the intermetallic compound of CrAl 7 forms a stable phase with the addition of Cr at a temperature of 663 ° C. (936 K) or lower.
한편, 도 2d는 Al-Fe계의 상태도로서, 도시된 바와 같이, Al-Fe계의 경우에도 654 ℃(927 K) 이하의 온도에서 FeAl3와 같은 준안정상의 금속간 화합물이 형성될 수 있음을 알 수 있다. On the other hand, Figure 2d is a state diagram of the Al-Fe-based, as shown, even in the case of Al-Fe-based metastable intermetallic compounds such as FeAl 3 can be formed at a temperature of 654 ℃ (927 K) or less It can be seen.
이와 같은 성분의 코팅용 분말의 입자크기는 공지의 콜드 스프레이에 사용되는 다양한 크기의 입자가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 사용되는 분말의 종류에 따라 그 코팅효율 및 반응성이 다르므로 최적입자 크기가 달라 질 수 있으므로 이를 고려하여 적정한 입자크기를 선정하는 것이 필요하고 일반적으로 1 내지 200 ㎛의 크기를 가지는 것이 분산 및 혼합측면에서 좋다. 또한 더욱 바람직하게는 상기 코팅용 분말은 추후의 열처리 단계에 의하여 금속간화합물로 변화될 입자이므로 고르고 반응이 원활히 이루어지도록 하기 위해서는 미세한 입자일수록 더 좋으므로 1 내지 50 ㎛의 크기를 가지는 것이 좋다. 즉, 입자의 크기가 너무 작은 경우는 입자의 중량이 적으므로 빠른 속도에도 불구하고 코팅층에 대한 충돌시 충격량이 너무 적어 충돌에 따른 변형량이 적어 변형에너지의 축적이 적으며, 샷 핀닝(shot peening)과 같은 가공경화가 적게 일어난다. 또한, 입자의 크기가 너무 큰 경우에는 충격량은 크지만 충돌회수 및 면적이 적어 전체 변형량이 적고, 변형에너지의 축적이 적으며, 가공경화가 적으며, 금속간화합물 형성이 고르게 이루어지지 못하므로 상기 기술한 바와 같이 가공경화 및 금속간화합물 형성을 통한 개질효과를 최대화하는 최적의 중간크기 범위가 존재하게 된다.The particle size of the coating powder of such a component may be a particle of various sizes used in the known cold spray, and preferably the optimum particle size is different because the coating efficiency and reactivity is different depending on the type of powder used In consideration of this, it is necessary to select an appropriate particle size in consideration of this, and generally having a size of 1 to 200 μm is good in terms of dispersion and mixing. In addition, more preferably, the coating powder is a particle to be changed into an intermetallic compound by a subsequent heat treatment step, so that the fine particles are better in order to make the reaction smooth. In other words, if the particle size is too small, the particle weight is small, and despite the high speed, the impact amount is too small when impacting the coating layer, and the deformation amount due to the collision is small, so that the accumulation of deformation energy is small, and shot peening Less work hardening, such as In addition, if the particle size is too large, the impact amount is large, but the impact number and area are small, so that the total amount of deformation is small, the accumulation of deformation energy is small, the work hardening is small, and the formation of intermetallic compounds is not uniform. As described, there is an optimal medium size range that maximizes the effects of modification through work hardening and intermetallic compound formation.
이와 같은 준비가 완료되면, 상기 준비된 코팅용 분말을 콜드 스프레이 방법으로 상기 모재에 코팅하는 단계를 진행한다. 즉, 상기와 같이 준비된 코팅용 분말을 융사법이나 소결온도에 비하여 상대적으로 낮은 저온에서 콜드 스프레이 방법을 통하여 분사하여 코팅층을 형성한다.When the preparation is completed, the step of coating the prepared coating powder on the base material by a cold spray method. That is, the coating powder prepared as described above is sprayed through a cold spray method at a relatively low temperature compared to the melting method or the sintering temperature to form a coating layer.
콜드 스프레이 방법 자체는 공지의 기술로서 바람직하게는 상기 콜드 스프레이 방법은 상기 준비된 코팅용 분말을 코팅용 분사노즐에 주입하는 단계, 및 상기 분사노즐 내에 흐르는 운반가스의 유동에 의해 상기 코팅용 분말을 비용융 상태로 300 내지 1,200 ㎧의 속도로 가속하여 상기 모재의 표면에 코팅용 분말을 코팅하는 단계를 포함하여 구성할 수 있고, 이와 같은 콜드 스프레이를 위한 장치의 개략도는 도 1에 도시한 바와 같다. The cold spray method itself is a well-known technique. Preferably, the cold spray method costs the coating powder by injecting the prepared coating powder into a spray nozzle for coating and by flowing a carrier gas flowing in the spray nozzle. It can be configured to include the step of coating the coating powder on the surface of the base material by accelerating at a speed of 300 to 1,200 kPa in a molten state, a schematic diagram of such a device for cold spray is shown in FIG.
즉, 도 1은 본 발명에서 모재(S)에 코팅층을 형성하기 위한 저온 분사(콜드 스프레이) 장치(100)의 개략도를 도시한 도면이다. That is, Figure 1 is a view showing a schematic diagram of a low-temperature spray (cold spray)
상기 분사 장치(100)는 코팅층을 형성할 분말을 아음속 또는 초음속으로 가속하여 모재(S)에 제공한다. 이를 위해 상기 분사 장치(100)는 가스 압축기(compressor, 110), 가스히터(120), 분말 공급기(powder feeder, 130) 및 분사용 노즐(140)로 구성된다. The
가스 압축기(110)로부터 제공된 약 5 내지 20 kgf/cm2의 압축가스는 분말 공급기(130)로부터 제공되는 분말을 분사용 노즐(140)을 통해 약 300 ~ 1200 ㎧의 속도로 분출하여 코팅한다. 상기와 같은 아음속 내지 초음속의 유동을 발생시키기 위해서는 통상적으로는 상기 도 1 에 도시한 바와 같이 상기 분사용 노즐(140)은 수렴-발산형 노즐 (de Laval-Type)이 사용되고 이러한 수렴 및 발산 과정을 통하여 초음속 유동을 발생시킬 수 있다.Compressed gas of about 5 to 20 kgf / cm 2 provided from the
상기 분사장치(100)에서 압축가스 공급 경로상의 가스히터(120)는 압축가스의 운동에너지를 증가시켜 분사용 노즐에서의 분사속도를 높이기 위해 압축가스를 가열하기 위한 부가적인 장치로서 반드시 필요한 것은 아니다. 또한, 도시된 바와 같이, 분사용 노즐(140)로 분말의 공급을 보다 원활히 하기 위해 상기 가스압축기(110)의 압축가스 일부는 상기 분말 공급기(130)로 공급될 수 있다. The
상기 장치에서 압축가스로는 상용의 가스, 예컨대 헬륨, 질소, 아르곤 및 공기 등이 사용될 수 있으며, 사용 가스의 종류는 분사용 노즐(140)에서의 분사 속도 및 경제성 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.As the compressed gas in the apparatus, commercial gases such as helium, nitrogen, argon, and air may be used, and the type of gas to be used may be appropriately selected in consideration of the injection speed and economical efficiency of the
도시된 장치의 동작 및 구조에 대한 보다 구체적인 설명은 알키모프(Anatoly P. Alkimov) 등에 의한 미국특허 제5,302,414호에 상세히 기술되어 있으며, 여기서는 자세한 설명을 생략한다. A more detailed description of the operation and structure of the illustrated device is described in detail in US Pat. No. 5,302,414 to Antoly P. Alkimov et al., Which is not described herein.
상기 콜드 스프레이 코팅단계에서 상기 모재는 상온 또는 저온에서 진행할 수도 있으며, 바람직하게는 일정온도 이상으로 가열한 상태에서 진행하는 것이 코팅용 분말의 충돌에 따른 변형에너지(strain energy)축적과 코팅용 분말의 심도 깊은 충돌을 유도하므로 좋다. 즉, 분말이 이후의 열처리 단계에서 금속간화합물로 변하더라도 모재내에 깊숙이 박히는 것이 이후 모재의 사용시에 입자의 탈락을 방지할 수 있으므로 코팅용 분말은 가능한 모재에 깊이 박히는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는 상기 가열온도는 모재의 용융점의 1/2 이하인 것이 변형에너지의 축적 및 분말이 깊이 박히도록 하는데 좋다.In the cold spray coating step, the base material may proceed at room temperature or low temperature. Preferably, the base material may be heated at a temperature higher than a predetermined temperature. Good for inducing deep collisions. In other words, even if the powder is changed into the intermetallic compound in the subsequent heat treatment step, it is preferable that the coating powder be embedded in the base material as much as possible because it can prevent the particles from falling off during the use of the base material. More preferably, the heating temperature is 1/2 or less of the melting point of the base material, so that the accumulation of the strain energy and the powder may be deeply embedded.
이와 같은 코팅단계가 완료되면, 상기 코팅된 코팅층 및 모재를 열처리하여 상기 금속간화합물을 형성하는 열처리 단계를 수행한다. 상기 열처리 온도는 도 2에 도시한 바와 같은 평형 상태도를 기반으로 적절한 온도에서 진행할 수 있으며, 특히 본 발명의 경우는 콜드 스프레이 공정에 의하여 충돌입자와 그 부근의 모재는 높은 변형률(strain rate)을 가지고 심한 변형(strain)을 겪게 되며, 손상으로 인하여 높은 공공(vacancy)농도를 가짐에 따라 평형상태에 비하여 높은 구동력을 가지므로 평형 상태도에 나타난 공융온도나 포정온도보다도 훨씬 낮은 온도에서도 금속간화합물이 형성되는 반응이 일어나게 된다. 따라서 바람직하게는 상기 열처리 단계는 상기 금속간 화합물의 공융온도 또는 포정온도 이하에서 수행하는 것이 생산성 및 생산비용의 절감에서 좋다.When the coating step is completed, the heat treatment step of forming the intermetallic compound by heat-treating the coated coating layer and the base material. The heat treatment temperature may be carried out at an appropriate temperature based on the equilibrium state diagram as shown in Figure 2, in the case of the present invention in particular in the case of the impact particle and the base material in the vicinity by a cold spray process has a high strain rate (strain rate) Due to severe strain, and due to damage, it has a high vacancy concentration, and thus has a higher driving force than the equilibrium state. Reaction occurs. Therefore, preferably, the heat treatment step is carried out at the eutectic temperature or the trapping temperature of the intermetallic compound is good in the reduction of productivity and production cost.
즉, 상기 기술한 Al 금속과 금속간 화합물의 형성이 가능한 전이 금속 원소 간의 예 나타낸 상태도 도 2a 내지 도 2d는 평형 상태의 상태도이다.That is, an exemplary state diagram between the Al metal and the transition metal element capable of forming the intermetallic compound described above is a state diagram of an equilibrium state.
따라서 도 2a를 참조하면, Ti이 수 ~ 수십 중량% 첨가되는 경우에 664 ℃(937 K)이하의 온도에서는 합금 내에 Ti이 소량 고용된 Al상과 Al-Ti 간의 금속간 화합물인 TiAl3상이 열역학적 평형상태에서 안정상으로 존재한다. 따라서 이 경우에 열처리 온도를 664 ℃(937 K)이상으로 한 후에 이를 냉각할 수도 있지만, 본 발명의 경우는 이보다 낮은 온도에서의 열처리에서도 상기 금속간화합물을 형성할 수 있다.Therefore, referring to FIG. 2A, when Ti is added to several tens to several percent by weight, at a temperature of 664 ° C. or lower (937 K), the TiAl 3 phase, which is an intermetallic compound between an Al phase and Al-Ti in which a small amount of Ti is dissolved in the alloy, is thermodynamically It is stable at equilibrium. Therefore, in this case, the heat treatment temperature may be cooled after the heat treatment temperature is higher than 664 ° C. (937 K), but in the case of the present invention, the intermetallic compound may be formed even at the heat treatment at a lower temperature.
또한 도 2b의 Al-Ni계 상태도에서도 636 ℃ 이하의 온도에서 Ni의 함량에 따라 Al3Ni, Al3Ni2, AlNi, AlNi3 등의 금속간 화합물이 합금의 안정상을 이루고 있음을 알 수 있으며, 따라서 이 경우에 열처리 온도를 636 ℃이상으로 한 후에 이를 냉각할 수도 있지만, 본 발명의 경우는 이보다 낮은 온도에서의 열처리에서도 상기 금속간화합물을 형성할 수 있다. 이하, 도 2c는 Al-Cr계의 상태도 및 도 2d는 Al-Fe계의 상태도에서도 마찬가지로 각각 663 ℃ 이하 또는 654 ℃(927 K) 이하의 온도에서 수행되는 것이 가능하다.In addition, even in the Al-Ni-based state diagram of FIG. 2B, it can be seen that intermetallic compounds such as Al 3 Ni, Al 3 Ni 2 , AlNi, and AlNi 3 form a stable phase of the alloy at a temperature of 636 ° C. or lower. In this case, however, the heat treatment temperature may be cooled after the heat treatment temperature is 636 ° C. or higher. 2C shows a state diagram of the Al-Cr system and FIG. 2D shows a state diagram of the Al-Fe system, respectively, at a temperature of 663 ° C. or less or 654 ° C. (927 K) or less, respectively.
또한 보다 바람직하게는 상기 열처리 단계는 약 500 ℃ 이상에서 수행되는 것이 열처리의 용이성 및 금속간화합물의 형성시간을 적절하게 유지하므로 좋다.More preferably, the heat treatment step may be performed at about 500 ° C. or higher, so that the ease of heat treatment and the formation time of the intermetallic compound are properly maintained.
이와 같이, 상기 열처리 단계에 의해 금속간화합물은 고상 반응으로 고상확산에 의해 형성된다. 따라서 주조법 또는 융사법에서와 같이 금속간 화합물의 형성에 액상이 개재하지 않기 때문에 미세한 금속간화합물이 모재의 표면상에 분산된 모재를 얻을 수 있다As such, the intermetallic compound is formed by solid phase diffusion in a solid phase reaction by the heat treatment step. Therefore, since the liquid phase does not intervene in the formation of the intermetallic compound as in the casting method or the fusion method, it is possible to obtain a base material having fine intermetallic compounds dispersed on the surface of the base material.
한편, 종래의 분말 야금법에서는 900 ℃ 이하의 저온, 특히 공융 온도 이하에서는 알루미늄과 타 금속간의 금속간화합물의 형성이 극히 곤란한 것으로 알려져 있다. 이것은 알루미늄 분말의 표면에 형성되어 있는 산화물이 알루미늄과 다른 금속과의 반응을 방해하기 때문으로 보인다. 따라서 종래의 분말 야금법에서는 표면 피막이 파괴될 정도로 충분한 량의 액상이 형성되지 않으면 Al과 타 금속과의 반응에 의해 금속간화합물의 형성은 거의 이루어지지 않게 된다.On the other hand, in the conventional powder metallurgy, it is known that formation of an intermetallic compound between aluminum and another metal is extremely difficult at a low temperature of 900 ° C. or lower, particularly below the eutectic temperature. This seems to be because the oxide formed on the surface of the aluminum powder interferes with the reaction of aluminum with other metals. Therefore, in the conventional powder metallurgy, formation of an intermetallic compound is hardly achieved by the reaction between Al and another metal unless a sufficient amount of liquid phase is formed to destroy the surface coating.
그러나 본 발명에 따르면, Al과 타 금속 분말과의 반응이 보다 낮은 온도에서 이루어질 수 있다. 이것은 본 발명에서 분사된 분말이 모재 표면에 충돌시 충돌 에너지에 의해 표면 피막이 파괴되어 결국 Al과 타 금속간의 실질적인 접촉이 이루어짐에 기인하는 것으로 여겨진다. However, according to the present invention, the reaction between Al and other metal powder can be made at a lower temperature. This is believed to be due to the fact that when the powder sprayed in the present invention impinges on the surface of the base material, the surface coating is destroyed by the collision energy, and thus the actual contact between Al and the other metal is made.
또한, 본 발명의 방법에 의해 형성된 코팅층은 매우 높은 밀도를 갖고 있다. 따라서 열처리 과정에서 대기 또는 분위기 가스에 포함된 산소에 노출되더라도 개별 Al 분말 입자 표면에 산화 피막이 형성될 가능성은 줄어들게 된다. 이와 같은 이유로 본 발명의 상기 열처리 단계는 질소, 아르곤 등의 불활성 가스 분위기에서 뿐만 아니라 공기 중에서도 수행될 수 있다.In addition, the coating layer formed by the method of the present invention has a very high density. Therefore, even if exposed to oxygen contained in the atmosphere or atmosphere gas during the heat treatment process, the possibility of forming an oxide film on the surface of the individual Al powder particles is reduced. For this reason, the heat treatment step of the present invention may be performed in air as well as in an inert gas atmosphere such as nitrogen and argon.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서 열처리 단계가 공융 온도(포정 온도 포 함) 이하에서 수행되는 것이 바람직한 이유는, 이 온도 이하의 열역학적 평형 상태에서는 원칙적으로 액상이 개재되지 않기 때문에 미세한 분산상의 금속간 화합물을 얻기에 적합하며, 액상이 게재되거나 생성되면 곤란한 응용분야에도 적용이 가능하다는 것을 의미한다. 그러나 실제 시스템에 있어서는 공융 온도를 초과하는 어느 정도 범위의 온도에서도 액상의 개재가 미미하여 실제 금속간 화합물의 형성에 미치는 액상의 역할이 무시할만하다. 따라서 본 명세서의 청구 범위에 기재된 '공융 온도 이하'란 용어의 의미는 이러한 정도의 온도 범위를 배제하는 것으로 엄밀하게 해석되어서는 안 될 것이다.As described above, in the present invention, it is preferable that the heat treatment step is performed at the eutectic temperature (including the crystallization temperature), because in the thermodynamic equilibrium state below this temperature, in principle, liquid phase is not interposed, so that the finely dispersed intermetallic compound It is suitable to obtain and means that it can be applied to difficult applications if the liquid phase is created or produced. In practical systems, however, the liquid phase is negligible even at a range of temperatures above the eutectic temperature, and the role of the liquid phase in the formation of the actual intermetallic compound is negligible. Therefore, the meaning of the term 'below eutectic temperature' described in the claims of the present specification should not be interpreted strictly as excluding such a range of temperatures.
상기 열처리 단계는 금속간화합물의 형성과 아울러 표면 조도 조절을 위한 기계 가공이나 코팅층의 접착력 향상을 위한 열처리 효과를 함께 가질 수 있다.The heat treatment step may have a heat treatment effect for the formation of the intermetallic compound as well as for improving the adhesion of the machining or coating layer for controlling the surface roughness.
상기와 같은 열처리 단계를 거친 후의 모재는 그대로 바로 사용할 수도 있고, 코팅층 중에서 금속간화합물로 반응하지 않은 코팅용 분말을 제거하는 단계를 더 거친 후에 사용할 수도 있다.The base material after the heat treatment step as described above may be used directly, or may be used after the further step of removing the coating powder that did not react with the intermetallic compound in the coating layer.
또한 상기와 같은 방법에 추가하여 상기 코팅용 분말을 콜드 스프레이 코팅한 이후에 그 상부에 다시 상기 금속간화합물 형성반응과 무관한 입자를 더 콜드 스프레이 할 수 있다. 이러한 입자의 스프레이는 모재에 코팅이 되게 진행할 수도 있고, 단순히 충돌만 일으키고 코팅은 되지 않는 조건으로 진행할 수도 있으며, 이와 같은 입자의 스프레이 공정이후에 상기 입자를 제거하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 이를 통하여 코팅용 분말입자의 침투를 더욱 고르고 깊게 가져갈 수 있으므로 표면 개질효과를 증대시킬 수 있다. 상기 금속간화합물 형성반응과 무관한 입자는 바람직하게는 세라믹 입자 또는 고경도 세라믹 입자를 들 수 있다. 상기 고경도 세라믹 입자의 경우에는 이후 공정이후에도 모재의 표면에 잔류하는 경우에는 금속간 화합물과 함께 표면개질을 이룰 수 있는 장점도 있다.In addition to the method described above, after the cold spray coating the coating powder may be further cold sprayed on the top of the particles irrelevant to the intermetallic compound formation reaction. The spray of the particles may proceed to become a coating on the base material, may simply proceed to a condition that causes only a collision and no coating, it may further comprise the step of removing the particles after the spray process of such particles. Through this, the penetration of the coating powder particles can be more evenly and deeply increased, thereby improving the surface modification effect. Particles irrelevant to the intermetallic compound formation reaction are preferably ceramic particles or high hardness ceramic particles. In the case of the high-hardness ceramic particles, even after remaining on the surface of the base material even after the process there is an advantage that can achieve the surface modification with the intermetallic compound.
또한 본 발명은 상기와 같은 분무 코팅에 의한 금속표면 개질방법을 통하여 표면이 개질된 금속을 제공한다. 상기 금속은 상기 모재에 해당하는 것으로 단일성분의 금속뿐만 아니라 합금을 포함하는 광의의 금속을 의미하며, 이뿐만 아니라 단일금속 또는 합금 기지를 표면에 포함하는 모재를 다 포함하는 의미이다. 이는 1성분의 금속인 단일금속, 둘이상의 금속이 포함되는 금속인 합금은 물론 상기 합금에 석출물이나 분산강화물이 포함되는 합금을 포함함은 물론이며, 일정한 단일 금속 또는 합금 기지를 표면에 가지는 복합체 또는 조합물 등을 포함하는 다양한 재료를 포함할 수 있다.In another aspect, the present invention provides a metal surface is modified through the metal surface modification method by the spray coating as described above. The metal corresponds to the base material and means a broad metal including an alloy as well as an alloy of a single component, as well as a base metal including a single metal or an alloy base on the surface. This includes not only an alloy of one metal, a metal containing two or more metals, but also an alloy containing precipitates or dispersed reinforcements in the alloy, and a composite having a single metal or alloy base on a surface thereof. Or various materials including combinations and the like.
상기 코팅층은 금속간화합물의 형성에 따라서 균일한 층으로 형성될 수도 있고, 금속간화합물 입자가 분산되어 있는 형태로 구성될 수도 있다.The coating layer may be formed in a uniform layer according to the formation of the intermetallic compound, or may be configured in a form in which the intermetallic compound particles are dispersed.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상술한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention.
<실시예 1><Example 1>
평균입도가 77 ㎛인 Al분말을 제조하여, 표준 라발형(standard laval type) 노즐로서 어퍼쳐는 4×6 ㎜이고, 목부 갭(throat gap)은 1 ㎜인 노즐을 이용하여 압축가스로는 공기를 사용하여, 7기압, 330 ℃의 운반가스 유동에 상기 분말을 주입하여 Ni 모재에 코팅층을 형성하였다. 형성된 코팅을 약450 ℃에서 4시간 열처리하였다. 열처리는 질소 분위기에서 수행하였다.An Al powder with an average particle size of 77 µm was prepared, and a standard laval type nozzle was used as a standard laval type nozzle with an aperture of 4 × 6 mm and a throat gap of 1 mm. The powder was injected into a carrier gas flow at 7 atm and at 330 ° C. to form a coating layer on the Ni matrix. The formed coating was heat treated at about 450 ° C. for 4 hours. Heat treatment was carried out in a nitrogen atmosphere.
또한 Al분말과 Ni기지간의 금속간화합물 형성에 대한 EDX(back scattered electron microscope)촬영결과는 도 3에 도시한 바와 같다. 즉, Al분말 코팅층과 Ni기지간의 사이에 Al3Ni 금속간 화합물이 형성된 것을 관찰할 수 있었다.In addition, the results of the back scattered electron microscope (EDX) imaging for forming the intermetallic compound between the Al powder and the Ni base are shown in FIG. 3. That is, it was observed that the Al 3 Ni intermetallic compound was formed between the Al powder coating layer and the Ni base.
<실시예 2><Example 2>
열처리를 공기 분위기에서 수행하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 코팅층을 형성하고, 이와 같이 실시한 Al분말과 Ni기지간의 금속간화합물 형성에 대한 EDX촬영결과는 도 4에 도시한 바와 같다. 즉, 이 경우에도 Al분말 코팅층과 Ni기지간의 사이에 Al3Ni 금속간 화합물이 형성된 것을 관찰할 수 있었다.Except for performing the heat treatment in an air atmosphere, the coating layer was formed under the same conditions as in Example 1, and the EDX photographing results for the formation of the intermetallic compound between the Al powder and the Ni base were performed as shown in FIG. 4. That is, even in this case, it was observed that the Al 3 Ni intermetallic compound was formed between the Al powder coating layer and the Ni base.
<실시예 3><Example 3>
평균입도가 77 ㎛인 Ti분말을 제조하여, 표준 라발형(standard laval type) 노즐로서 애퍼쳐는 4×6 ㎜이고, 목부 갭(throat gap)은 1 ㎜인 노즐을 이용하여 압축가스로는 공기를 사용하여, 7기압, 330 ℃의 운반가스 유동에 상기 분말을 주입하여 Al 모재에 코팅층을 형성하였다. 형성된 코팅을 약450 ℃에서 4시간 열처리하였다. 열처리는 질소 분위기에서 수행하였다.A Ti powder having an average particle size of 77 µm was prepared, using a nozzle having a 4 × 6 mm aperture and a throat gap of 1 mm as a standard laval type nozzle. The powder was injected into a carrier gas flow at 7 atm and at 330 ° C. to form a coating layer on the Al substrate. The formed coating was heat treated at about 450 ° C. for 4 hours. Heat treatment was carried out in a nitrogen atmosphere.
또한 Ti분말과 Al기지간의 금속간화합물 형성에 대한 EDX촬영결과는 도 5에 도시한 바와 같다. 즉, Ti분말 코팅층과 Al기지간의 사이에 Al3Ti 금속간화합물이 형성된 것을 관찰할 수 있었다.In addition, EDX imaging results for the formation of the intermetallic compound between the Ti powder and the Al base are shown in FIG. 5. That is, it was observed that the Al 3 Ti intermetallic compound was formed between the Ti powder coating layer and the Al base.
<실시예 4><Example 4>
열처리를 공기 분위기에서 수행하는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 조 건으로 코팅층을 형성하고, 이와 같이 실시한 Ti분말과 Al기지간의 금속간화합물 형성에 대한 EDX촬영결과는 도 6에 도시한 바와 같다. 즉, 이 경우에도 Ti분말 코팅층과 Al기지간의 사이에 Al3Ti 금속간 화합물이 형성된 것을 관찰할 수 있었다.Except for performing the heat treatment in an air atmosphere, the coating layer was formed under the same conditions as in Example 3, and the EDX imaging results for the formation of the intermetallic compound between the Ti powder and the Al base as described above are shown in FIG. 6. That is, even in this case, it was observed that the Al 3 Ti intermetallic compound was formed between the Ti powder coating layer and the Al base.
상기와 같은 본 발명의 분무 코팅에 의한 금속표면 개질방법 및 이에 의하여 제조되는 금속에 따르면, 종래에 비해 저온에서 금속간 화합물 코팅층을 제조할 수 있으므로 모재에 열적 변형 또는 열 충격에 의한 손상을 유발할 염려가 없도록 하며, 금속간 화합물의 성장이 억제되므로 고온 강도 등의 기계적 특성이 향상되는 장점이 있으며, 코팅층에 열이 축적되는 것을 방지하고, 모재와 코팅층 간 또는 코팅층내의 균열생성을 억제하여 코팅층의 피로에 따른 균열발생에 대한 저항성을 향상시킬 수 있다.According to the metal surface modification method by the spray coating of the present invention as described above and the metal produced thereby, since the intermetallic compound coating layer can be prepared at a lower temperature than in the prior art, there is a concern that the base material may be damaged by thermal deformation or heat shock. Since the growth of the intermetallic compound is suppressed, mechanical properties such as high temperature strength are improved, and heat is accumulated in the coating layer, and crack formation between the base material and the coating layer or in the coating layer is suppressed to prevent fatigue of the coating layer. It can improve the resistance to the occurrence of cracks.
또한 본 발명은 기계적 강도가 우수한 부재의 제조에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 기존 부재의 표면을 분산 강화하는 데 사용될 수도 있다. 특히 낮은 열처리 온도에서 수행되기 때문에 표면 강화시 부재의 물성에 악영향을 미칠 가능성이 적다.In addition, the present invention can be used not only for the production of a member having excellent mechanical strength, but also for dispersion strengthening of the surface of an existing member. In particular, since it is performed at a low heat treatment temperature, it is unlikely to adversely affect the physical properties of the member when the surface is strengthened.
또한 본 발명은 상대적으로 낮은 온도의 열처리 온도에서 공정이 가능하므로 열역학적 평형상태인 평형 상태도를 기준으로는 형성이 불가능한 다양한 조합 및 종류의 표면개질층을 형성할 수 있으며, 제조비용이 저렴하며, 대형화가 용이한 장점이 있다.In addition, since the present invention can be processed at a relatively low heat treatment temperature, it is possible to form various combinations and types of surface modification layers that cannot be formed based on the equilibrium state diagram, which is a thermodynamic equilibrium state, and the manufacturing cost is low and the size is increased. There is an easy advantage.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 발명의 상세한 설명, 실시예 및 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.The present invention described above is not limited to the detailed description, examples, and drawings of the above-described invention, and various one of ordinary skill in the art without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. Of course, modifications and variations are also included within the scope of the present invention.
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