KR102466649B1 - Formation method of thermal spray coating - Google Patents

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Abstract

고속 프레임 용사법에 의하여, 비산화물 세라믹스 재료를 기판 상에 충돌시켜서 성막하는 용사피막의 형성방법이다. 평균 입자경이 0.1~5.0μm이며, 분말재료의 입도분포에 있어서 0.1μm 이상 1.0μm 미만의 범위, 및 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 각각에 1개 이상의 피크가 존재하는 비산화물 세라믹스 재료를 용매에 분산시켜서 슬러리(11)로 하고, 이 슬러리(11)를 용사건(2)에서 분출시키는 프레임(10)에 외부로부터 공급하고, 치밀한 용사피막의 피막조직을 형성한다.It is a method of forming a thermal sprayed coating by colliding a non-oxide ceramic material on a substrate by a high-speed flame spraying method. A non-oxide ceramic material having an average particle diameter of 0.1 to 5.0 μm and having one or more peaks in the range of 0.1 μm to less than 1.0 μm and 1.0 μm to less than 10.0 μm in the particle size distribution of the powder material is used as a solvent. is dispersed to form a slurry 11, and this slurry 11 is supplied from the outside to the frame 10 ejected from the thermal spray gun 2 to form a dense thermal spray coating film structure.

Figure R1020217006960
Figure R1020217006960

Description

용사피막의 형성방법Formation method of thermal spray coating

본 발명은 고속 프레임 용사법에 의해 비산화물 세라믹스 재료로 치밀한 용사피막을 기판 상에 성막하는 용사피막의 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a thermal sprayed coating by forming a dense thermal sprayed coating made of non-oxide ceramics on a substrate by a high-speed flame spraying method.

구조물 표면의 기능성을 향상시키기 위하여, 구성부재의 표면에 각종 용사피막을 형성하는 것이 널리 행해지고 있다. 용사법은 금속, 세라믹스, 써밋 등의 용사재료를 연소가스나 플라즈마 아크 등에 의해 생성한 프레임 중에 공급하고, 이것들을 연화 또는 용융한 상태로 하여 피용사체의 표면에 고속으로 분사함으로써, 그 표면에 용사피막을 코팅하는 표면처리 기술이다. In order to improve the functionality of the surface of a structure, it is widely practiced to form various thermal sprayed coatings on the surface of constituent members. The thermal spraying method supplies thermal spray materials such as metal, ceramics, and summit into a frame generated by combustion gas or plasma arc, etc., and sprays them in a softened or melted state at high speed on the surface of the target object, thereby forming a thermal spray coating on the surface It is a surface treatment technology that coats

용사에는 다양한 재료를 이용하는 것이 가능하지만, 한편으로 고온에서의 가열 용융 프로세스를 거치기 때문에, 프로세스 중에 용사재료의 증발, 산화가 일어나는 일이 있으며, 사용하는 재료에 맞추어서 용사 조건의 선정을 충분히 하지 않으면 양질의 피막을 얻을 수가 없다. 특히, 질화 알루미늄 등의 비산화물 세라믹스는, 일반적으로는 다른 재료와 비교하여 용사 조건의 선정이 어렵다고 알려져 있으며, 종래부터 다양하게 검토되어 왔다.It is possible to use various materials for thermal spraying, but on the other hand, since it undergoes a heating and melting process at a high temperature, evaporation and oxidation of the thermal spraying material may occur during the process, and if the thermal spraying conditions are not sufficiently selected according to the material used, good quality can not obtain the film of In particular, non-oxide ceramics such as aluminum nitride are generally known to be difficult to select thermal spraying conditions compared to other materials, and various studies have been made in the past.

특허문헌 1에는, 연소통과, 연료가스 등을 공급하는 가스 공급수단과, 연료가스의 혼합 기체에 점화를 하는 점화수단과, 액체 공급수단을 가지는 폭발 용사장치를 이용하여, 기재에 질화 알루미늄 피막을 형성하는 피막 제조방법이 기재되어 있다. 이 문헌에서는 공급 분체에 관하여, 평균 입자경이 1μm ~ 5μm인 질화 알루미늄 분체를, 20μm ~ 60μm의 조립분으로 한 것을 이용하고 있다.In Patent Document 1, an aluminum nitride film is formed on a substrate by using an explosion spraying apparatus having a gas supply means for supplying combustion passages, fuel gas, etc., an ignition means for igniting a mixed gas of fuel gas, and a liquid supply means. A method for producing a film to be formed is described. In this document, aluminum nitride powder having an average particle diameter of 1 μm to 5 μm is used as a powder to be supplied, and a coarse powder having an average particle diameter of 20 μm to 60 μm is used.

특허문헌 2에는, 질화 알루미늄 분말의 온도 및 비행 속도를 조절하여, 대기압 플라즈마 용사법으로 질화 알루미늄 용사피막을 기판 상에 형성하는 성막 방법이 기재되어 있다. Patent Document 2 describes a film formation method in which an aluminum nitride sprayed coating is formed on a substrate by an atmospheric pressure plasma spraying method by adjusting the temperature and flight speed of aluminum nitride powder.

특허문헌 3에는, 반도체 제조장치용 부품에 대하여, 질화물의 분말 입자를 용융하지 않고 기판에 연속침적시키는 피막의 형성방법이 기재되어 있다. Patent Literature 3 describes a method for forming a film of a component for semiconductor manufacturing equipment in which powder particles of nitride are continuously deposited on a substrate without melting.

특허문헌 4에는, 승화성을 가지며, 용융상을 가지지 않는 금속 질화물의 입자를 주성분으로 하는 원료 분말을, 유기용매에 분산시켜서 슬러리를 조제하고, 해당 슬러리를 소정의 용사 조건으로 프레임 용사하고, 기재의 표면에 피막을 형성하는 방법이 기재되어 있다.In Patent Document 4, a slurry is prepared by dispersing a raw material powder containing metal nitride particles as a main component, which has sublimation properties and does not have a molten phase, in an organic solvent, and flame spraying the slurry under predetermined spraying conditions. A method of forming a film on the surface of is described.

특허문헌 1 : 일본특허공개 2017-71835호 공보Patent Document 1: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-71835 특허문헌 2 : 일본특허공개 2009-235558호 공보Patent Document 2: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-235558 특허문헌 3 : 국제공개 제2010/027073호Patent Document 3: International Publication No. 2010/027073 특허문헌 4 : 일본특허공개 2014-198898호 공보Patent Document 4: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-198898

상기 문헌 1~4에 공통되는 문제점으로서, 용사재료의 사이즈가 너무 커지면 입자가 용융되지 않게 되어 성막하기 어려우며, 성막되었다고 하더라도 치밀한 막이나 기재에 대하여 충분한 밀착력을 가지는 막을 얻기가 어려운 점을 들 수 있다. 또한, 용사재료의 사이즈가 너무 작아지면, 입자의 산화가 과도하게 진행되고, 요구되는 조성의 피막을 얻는 것이 어렵다.As a problem common to the above documents 1 to 4, if the size of the thermal spray material is too large, it is difficult to form a film because the particles do not melt, and even if the film is formed, it is difficult to obtain a dense film or a film having sufficient adhesion to the substrate. . In addition, if the size of the thermal spray material is too small, the oxidation of the particles proceeds excessively, and it is difficult to obtain a coating of the required composition.

평균 입경을 조절한 질화 알루미늄 분체를 폭발 용사장치로 성막하는 특허문헌 1에 기재된 방법으로는, 사용하는 재료의 평균 입경이 커지기 때문에, 충분히 녹지 않아 성막할 수 없거나, 성막할 수 있었다고 하더라도 치밀한 막으로 되지 않는다. In the method described in Patent Document 1 in which aluminum nitride powder having an adjusted average particle size is formed into a film by an explosion spraying device, the average particle size of the material used increases, so that the film cannot be formed because it is not sufficiently melted, or even if it can be formed, a dense film can be obtained. It doesn't work.

질화 알루미늄을 대기 플라즈마 용사법으로 성막하는 특허문헌 2의 성막 방법에서는, 플라즈마 열원에 의해 프레임의 온도가 매우 높고, 질화 알루미늄이 승화해버린다. 또한, 치밀함을 향상시키기 위하여 희토류 금속 세라믹스의 첨가를 필수로 하고 있다. In the film formation method of Patent Document 2 in which aluminum nitride is formed into a film by the atmospheric plasma spraying method, the temperature of the frame is very high due to the plasma heat source, and the aluminum nitride sublimes. In addition, in order to improve the compactness, it is essential to add rare earth metal ceramics.

특허문헌 3에서는, 형성된 용사피막에서의 질화물 분말 입자가 미용융에서 90% 이상 침적하고 있다고 되어 있으며, 이것을 초고속 프레임 용사 설비의 용사노즐의 개조에 의해 실현했다는 기재가 있으나, 구체적으로 어떠한 개조를 한 것인지 기재되어 있지 않다.In Patent Document 3, it is said that 90% or more of the nitride powder particles in the formed thermal spray coating are deposited in non-melting, and there is a description that this was realized by remodeling the thermal spray nozzle of ultra-high-speed flame spray equipment, It is not stated whether

특허문헌 4에서는, 금속 질화물 입자의 입자경이 0.5~3μm 정도의 분말이 이용되고 있으며, 용사 조건을 매우 정교하게 설정하지 않으면, 상기와 같이 입자의 산화가 과도하게 진행되고, 요구되는 조성의 피막을 얻는 것이 어렵다. In Patent Literature 4, powder having a particle diameter of about 0.5 to 3 μm of metal nitride particles is used, and unless the spraying conditions are set very precisely, the oxidation of the particles proceeds excessively as described above, and a film of the required composition is obtained. It's hard to get.

본 발명은 종래기술의 문제점을 검토하여, 비산화물 세라믹스를 재료로 하여 사용하는 경우에 있어서도, 치밀하고 밀착력이 높은 피막을 얻을 수 있는 용사피막의 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to examine the problems of the prior art and to provide a method for forming a thermal spray coating capable of obtaining a dense and highly adhesive coating even when using non-oxide ceramics as a material.

본 발명자들은, 비산화물 세라믹스 재료를 기판 상에 충돌시켜서 성막하는 용사피막의 형성방법을 검토한 결과, 소정의 평균 입경과 입도분포를 가지는 재료를 이용한 고속 프레임 용사법을 적용함으로써, 치밀하고 밀착력이 높은 피막을 형성하는 것에 성공하고, 이에 의해 과제를 해결하기에 이르렀다.As a result of examining a method for forming a thermal sprayed coating formed by colliding a non-oxide ceramics material on a substrate, the present inventors have applied a high-speed frame thermal spraying method using a material having a predetermined average particle diameter and particle size distribution, resulting in a dense and high adhesion. Formation of the film was successful, thereby solving the problem.

즉, 본 발명의 용사피막의 형성방법은, 고속 프레임 용사법에 의하여, 비산화물 세라믹스 재료를 기판 상에 충돌시켜서 성막하는 용사피막의 형성방법에 있어서, 상기 비산화물 세라믹스 재료의 평균 입자경은 0.1~5.0μm이며, 상기 비산화물 세라믹스 재료의 입도분포는, 0.1μm 이상 1.0μm 미만의 범위, 및 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 각각에 1개 이상의 피크를 가지고 있는 것이다. That is, in the method for forming a thermal sprayed coating of the present invention, in which a non-oxide ceramics material is collided with a substrate to form a film by a high-speed flame spraying method, the average particle diameter of the non-oxide ceramics material is 0.1 to 5.0. μm, and the particle size distribution of the non-oxide ceramic material has at least one peak in the range of 0.1 μm or more and less than 1.0 μm, and in the range of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm, respectively.

본 발명에서는 고속 프레임 용사법을 적용하고 있기 때문에, 비산화물 세라믹스 재료가 용사 과정에서 과도하게 산화하는 것을 방지하고, 비산화물 세라믹스를 주체로 하는 용사피막을 얻을 수 있다. 여기서, "비산화물 세라믹스를 주체로 하는"이라는 것은, 용사피막의 구성 성분 중, 질량 단위로 비산화물 세라믹스가 가장 많은 것을 의미한다. 본 발명에서는 추가로, 비산화물 세라믹스 재료가 일반적인 용사재료보다도 평균 입자경이 작으며, 또한 그 중에서도 비교적 큰 사이즈의 입자군과 비교적 작은 사이즈의 입자군을 포함하도록 하고 있다. 구체적으로는, 비산화물 세라믹스 재료의 평균 입자경은 0.1~5.0μm이며, 비산화물 세라믹스 재료의 입도분포는, 0.1μm 이상 1.0μm 미만의 범위, 및 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 각각에 1개 이상의 피크를 가지고 있다. 고속 프레임 용사법을 적용했다고 하여도, 산소를 포함하는 환경(예를 들면 대기중)에서 용사를 한 경우에는, 입자의 외주측으로부터 약간의 산화가 진행된다. 이때, 0.1μm 이상 1.0μm 미만의 입자 사이즈를 가지는 각각의 입자 대부분은 용사 과정에서 산화되는 반면, 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 입자 사이즈를 가지는 각각의 입자는 전체가 산화되지 않으며 단지 일부만이 산화된다. 그리고, 이것들의 재료가 피막으로 될 때에는, 0.1μm 이상 1.0μm 미만의 범위의 입자가 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 입자를 서로 연결하는 바인더로 된다. 즉, 평균 입자경이 작은 비산화물 세라믹스 재료를 사용할 때에, 비교적 사이즈가 큰 입자와 비교적 사이즈가 작은 입자를 각각 일정량 포함함으로써, 비교적 사이즈가 작은 입자가 비교적 사이즈가 큰 입자를 서로 연결하는 바인더로서 기능하고, 그 결과, 치밀하고 밀착력이 높은 피막을 얻을 수 있다. Since the high-speed flame spraying method is applied in the present invention, it is possible to prevent excessive oxidation of the non-oxide ceramics material during the thermal spraying process and obtain a thermal sprayed coating mainly composed of non-oxide ceramics. Here, “mainly composed of non-oxide ceramics” means that non-oxide ceramics are the largest in terms of mass among the constituent components of the thermal sprayed coating. In the present invention, the non-oxide ceramics material has an average particle diameter smaller than that of general thermal spray materials, and among them, a group of relatively large-sized particles and a group of relatively small-sized particles are intended to be included. Specifically, the average particle diameter of the non-oxide ceramics material is 0.1 to 5.0 μm, and the particle size distribution of the non-oxide ceramics material is 0.1 μm or more and less than 1.0 μm, and 1.0 μm or more and less than 10.0 μm, respectively. has more peaks. Even if the high-speed flame spraying method is applied, when thermal spraying is performed in an oxygen-containing environment (for example, in the air), oxidation proceeds slightly from the outer circumferential side of the particles. At this time, most of each particle having a particle size of 0.1 μm or more and less than 1.0 μm is oxidized in the thermal spraying process, whereas each particle having a particle size of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm is not entirely oxidized, but only a part is oxidized. . And, when these materials are formed into a film, the particles in the range of 0.1 μm or more and less than 1.0 μm become a binder that connects the particles in the range of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm to each other. That is, when a non-oxide ceramics material having a small average particle size is used, a certain amount of relatively large particles and relatively small particles are included, so that the relatively small particles function as a binder for connecting the relatively large particles to each other. , As a result, a dense and highly adhesive film can be obtained.

상기 비산화물 세라믹스 재료에서 입경이 0.1μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 재료에 대하여, 입경이 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 재료의 체적비는 60% 이상인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 90% 이하이다. 이 경우, 더 치밀하고 밀착력이 높은 피막을 얻을 수 있다. In the non-oxide ceramic material, the volume ratio of the material having a particle size of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm to the material having a particle size of 0.1 μm or more and less than 10.0 μm is preferably 60% or more, more preferably 90% or less. to be. In this case, a more dense film with high adhesion can be obtained.

상기 비산화물 세라믹스 재료는, 용매에 분산된 현탁액으로서 프레임에 공급되는 것이 바람직하다. 이러한 서스펜션 고속 프레임 용사법에 의하여 성막함으로써, 용사재료의 반송 중에 재료가 서로 응집되는 것이 억제되고, 치밀한 피막을 더 확실하게 형성할 수 있다. Preferably, the non-oxide ceramic material is supplied to the frame as a suspension dispersed in a solvent. By forming a film by such a suspension high-speed flame spraying method, aggregation of the materials during transportation of the spraying material is suppressed, and a dense film can be formed more reliably.

상기 현탁액은, 용사노즐의 선단으로부터 분사하는 프레임에 공급되는 것이 바람직하다. 내부 공급 방식의 고속 프레임 용사법이라면, 용사재료가 노즐 내에서 침적하고, 침적물이 굳게 되어 토출되는 스피팅이 쉽게 발생한다. 이에 반하여, 현탁액을 용사노즐의 선단으로부터 분사하는 프레임에 공급하는 외부 공급 방식으로 하는 것에 의하여, 스피팅의 발생을 방지할 수 있다.The suspension is preferably supplied to a frame spraying from the front end of a thermal spray nozzle. In the case of the high-speed flame spraying method of the internal supply method, the spraying material is deposited in the nozzle, and the deposit is hardened and ejected spitting easily occurs. In contrast, the occurrence of spitting can be prevented by using an external supply method in which the suspension is supplied to the frame spraying from the front end of the spray nozzle.

상기 비산화물 세라믹스 재료는, 탄화물 세라믹스, 질화물 세라믹스 및 붕화물 세라믹스로 구성되는 군에서 선택되는 1개 이상의 세라믹스를 포함하는 재료로 구성되는 것으로 할 수 있다. 이것들의 비산화물 세라믹스는 산화물 세라믹스보다도 경질의 재료이지만, 일반적으로 용사로 형성하는 것은 어렵다. 본 발명의 용사피막의 형성방법에 의하면, 이러한 재료들일지라도 치밀하고 밀착력이 높은 피막을 형성하는 것이 가능하기 때문에, 경질이면서 양질의 피막을 얻을 수 있다.The non-oxide ceramic material may be made of a material containing one or more ceramics selected from the group consisting of carbide ceramics, nitride ceramics, and boride ceramics. Although these non-oxide ceramics are harder materials than oxide ceramics, it is generally difficult to form them by thermal spraying. According to the method for forming a thermal sprayed coating of the present invention, it is possible to form a dense and highly adhesive coating even with these materials, so that a hard and good quality coating can be obtained.

본 발명과 같이, 비산화물 세라믹스로 구성된 용사재료로서, 평균 입자경을 0.1~5.0μm, 입도분포를 1.0μm를 경계로 하여 이것보다 입도가 작은 소정 범위 및 입도가 큰 소정 범위의 각각에 1개 이상의 피크를 가지고 있는 재료를 사용하고, 이것을 고속 프레임 용사함으로써, 입도가 작은 소정 범위의 입자가 입도가 큰 소정 범위의 입자와 서로 연결되는 바인더로 되고, 치밀하고 밀착력이 높은 피막을 얻을 수 있다.As in the present invention, it is a thermal spray material composed of non-oxide ceramics, with an average particle diameter of 0.1 to 5.0 μm and a particle size distribution of 1.0 μm, and at least one in each of a predetermined range with a smaller particle size and a predetermined range with a larger particle size. By using a material having peaks and performing high-speed flame spraying, particles within a predetermined range of small particle sizes become a binder in which particles within a predetermined range of large particle sizes are interconnected, and a dense and highly adhesive film can be obtained.

[도 1] 용사피막의 형성방법에 사용하는 고속 프레임 용사법을 실시하기 위한 용사장치의 요부 개략도이다.
[도 2] 단일 피크와 이중 피크의 입도분포를 가지는 탄화 티탄 분말의 입도분포를 나타내는 그래프이다.
[도 3] 성막성의 결과를 나타내는 사진 이미지이다.
[도 4] 이중 피크의 입도분포를 가지는 질화 알루미늄 분말의 입도분포를 나타내는 그래프이다.
[도 5] 기재의 표면거칠기와 밀착력 간의 관계를 나타내는 표이다.
[도 6] 단면조직 관찰의 영상과 피막 성분을 나타내는 표이다.
[도 7] 성막 중 입자 간 결합 상태를 나타내는 단면조직 관찰의 영상이다.
[Fig. 1] It is a schematic view of the main parts of a thermal spraying apparatus for performing a high-speed frame thermal spraying method used in a method of forming a thermal sprayed coating.
2 is a graph showing the particle size distribution of titanium carbide powder having a single peak and a double peak particle size distribution.
[Fig. 3] A photographic image showing the result of film formability.
[Fig. 4] is a graph showing the particle size distribution of aluminum nitride powder having a double peak particle size distribution.
[Fig. 5] is a table showing the relationship between surface roughness and adhesion of a substrate.
[Fig. 6] is a table showing images of cross-sectional structure observation and film components.
[Fig. 7] It is an image of cross-sectional structure observation showing the bonding state between particles during film formation.

본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 용사피막의 형성방법에는, 고속 프레임(HVOF)용사법이 이용된다. 고속 프레임 용사법에 의하여 용사분말을 기판 상에 충돌시켜서 용사피막을 성막한다. 고속 프레임 용사법은 연소가스의 연소에너지를 열원으로 하는 용사법이며, 연소실의 압력을 높임으로써 초음속 프레임을 발생시키고, 초음속 프레임 제트류의 중심에 용사분말을 공급하여 가속시키고, 용융 또는 반용융상태로 하고, 고속으로 연속 분사하는 용사법이다. An embodiment of the present invention is described. The high-speed flame (HVOF) thermal spraying method is used for the method of forming the thermal sprayed coating of the present embodiment. The sprayed coating is formed by colliding the sprayed powder on the substrate by the high-speed flame spraying method. The high-speed flame spraying method is a thermal spraying method using combustion energy of combustion gas as a heat source, generating a supersonic flame by increasing the pressure in the combustion chamber, supplying sprayed powder to the center of the supersonic flame jet flow to accelerate it, and melting or semi-melting, It is a spraying method that continuously sprays at high speed.

용융한 용사입자가 초음속으로 기재에 충돌하기 때문에, 치밀하고 밀착력이 높은 용사피막을 형성할 수 있으며, 특히 연속적으로 용사피막이 형성되기 때문에, 균질한 용사피막을 얻을 수 있다. 열원으로 이용하는 연소가스에는, 수소나, 탄소와 수소를 주성분으로 하는 아세틸렌, 에틸렌, 프로판 등의 가연성가스와, 산소를 포함하는 지연성가스가 사용된다. 가연성가스 대신에 등유(케로신) 등의 액체연료를 이용하는 것도 좋다. Since the molten sprayed particles collide with the substrate at supersonic speed, it is possible to form a dense and highly adhesive sprayed coating, and in particular, since the sprayed coating is formed continuously, a homogeneous sprayed coating can be obtained. Combustible gases used as a heat source include hydrogen, combustible gases such as acetylene, ethylene, and propane containing carbon and hydrogen as main components, and retardant gases containing oxygen. It is also good to use liquid fuel such as kerosene (kerosene) instead of combustible gas.

구체적으로 연소가스로서는, 산소/프로판, 산소/프로필렌, 산소/천연가스, 산소/에틸렌, 산소/수소 등의 혼합가스를 이용하고, 프레임 속도가 900~2500m/초, 프레임 온도가 1800~3800℃인 초음속 프레임을 발생시키고, 용사거리는 100~350mm로 유지하고, 용사 중의 기재 온도를 200℃이하로 제어하여 용사를 할 수 있다.Specifically, as the combustion gas, mixed gases such as oxygen/propane, oxygen/propylene, oxygen/natural gas, oxygen/ethylene, and oxygen/hydrogen are used, and the frame speed is 900 to 2500 m/sec and the frame temperature is 1800 to 3800 ° C. The thermal spraying can be performed by generating a phosphorus supersonic frame, maintaining the thermal spraying distance at 100 to 350 mm, and controlling the substrate temperature during thermal spraying to 200 ° C or less.

기재는 한정되지 않으며 금속, 세라믹, 고분자 재료 등을 들 수 있다. 금속소재의 구체예로서, 예를 들면 Fe, Cr, Ni, Al, Ti, Mg로부터 선택된 금속 단일체, 또는 Fe, Cr, Ni, Al, Ti, Mg로부터 선택되는 원소를 1종 이상 포함하는 합금을 들 수 있다. 이러한 금속소재는, 압출 성형, 절삭 가공, 소성 가공, 단조에 의하여 형성된다. 금속소재 상에 오버레이 용접, 도금, 용사로 코팅을 형성한 기재이어도 좋다. 기재와 용사피막 사이에 언더코팅을 하여도 좋다.The substrate is not limited, and metals, ceramics, polymer materials, and the like can be cited. As specific examples of the metal material, for example, a single metal selected from Fe, Cr, Ni, Al, Ti, and Mg, or an alloy containing at least one element selected from Fe, Cr, Ni, Al, Ti, and Mg can be heard These metal materials are formed by extrusion molding, cutting, plastic working, and forging. It may also be a substrate on which a coating is formed on a metal material by overlay welding, plating, or thermal spraying. An undercoat may be applied between the substrate and the thermal sprayed coating.

용사재료로서 비산화물 세라믹스 재료를 이용한다. 비산화물 세라믹스 재료는 탄화물 세라믹스, 질화물 세라믹스 및 붕화물 세라믹스로 구성되는 군에서 선택되는 1개 이상의 세라믹스를 포함하는 재료로 구성된다.A non-oxide ceramics material is used as the thermal spraying material. The non-oxide ceramics material is composed of a material containing one or more ceramics selected from the group consisting of carbide ceramics, nitride ceramics, and boride ceramics.

구체적으로는, Ni, Cr, Co, Al, Ta, Y, W, Nb, V, Ti, B, Si, Mo, Zr, Fe, Hf, La의 군으로부터 선택되는 원소 중 1종 이상을 포함하는 탄화물 세라믹스, 질화물 세라믹스, 붕화물 세라믹스, 이것들의 혼합물을 들 수 있다.Specifically, containing at least one of the elements selected from the group of Ni, Cr, Co, Al, Ta, Y, W, Nb, V, Ti, B, Si, Mo, Zr, Fe, Hf, and La Carbide ceramics, nitride ceramics, boride ceramics, and mixtures thereof may be mentioned.

탄화물 세라믹스로는, TiC, WC, TaC, B4C, SiC, HfC, ZrC, VC, Cr3C2를 들 수 있다. 질화물 세라믹스로는, TiN, CrN, Cr2N, TaN, AlN, BN, Si3N4, HfN, NbN, YN, ZrN, Mg3N2, Ca3N2를 들 수 있다. 붕화물 세라믹스로는, TiB2, ZrB2, HfB2, VB2, TaB2, NbB2, W2B5, CrB2, LaB6를 들 수 있다.Examples of the carbide ceramics include TiC, WC, TaC, B 4 C, SiC, HfC, ZrC, VC, and Cr 3 C 2 . Nitride ceramics include TiN, CrN, Cr 2 N, TaN, AlN, BN, Si 3 N 4 , HfN, NbN, YN, ZrN, Mg 3 N 2 , and Ca 3 N 2 . Examples of boride ceramics include TiB 2 , ZrB 2 , HfB 2 , VB 2 , TaB 2 , NbB 2 , W 2 B 5 , CrB 2 and LaB 6 .

도 1은 본 실시형태의 용사피막의 형성방법에 사용하는 고속 프레임 용사법을 실시하기 위한 용사장치(1)의 요부 개략도이다. 이 용사장치(1)는 용사재료를 외부로부터 슬러리(현탁액)로 공급하는 서스펜션 HVOF 용사용 장치로서 구성된 것이다. 용사장치(1)는 용사분말을 용매에 분산시킨 슬러리로서, 이것을 외부로부터 공급하는 외부 공급식이며, 용사건(2) 및 슬러리 공급용 노즐(3)을 구비하고 있다.1 is a schematic view of the main parts of a thermal spraying apparatus 1 for carrying out the high-speed flame spraying method used in the method of forming a thermal sprayed coating according to the present embodiment. This thermal spraying device 1 is configured as a suspension HVOF thermal spraying device that supplies a thermal spraying material as a slurry (suspension) from the outside. The thermal spraying device 1 is a slurry in which thermal spray powder is dispersed in a solvent, and is an external supply type that supplies this from the outside, and is equipped with a thermal spray gun 2 and a nozzle 3 for supplying the slurry.

용사건(2)은 연소실(4)을 형성하는 연소용기부(5), 해당 연소용기부(5)에 연속하는 용사노즐(6) 및 착화장치(7)를 가지고 있다. 고압의 산소 및 연료를 포함하는 가스가 연소실(4)에 공급되도록 되어 있으며, 해당 가스가 착화장치(7)에 의해 착화된다. 그리고, 연소실(4)에서 발생시킨 프레임이 용사노즐(6)에 의하여 일단 수축한 뒤 팽창되어 초음속 프레임화되고, 용사노즐(6)의 선단으로부터 고속으로 분사된다. 분사된 프레임(10)에 대하여, 슬러리 공급용 노즐(3)로부터 슬러리(11)가 공급된다. 슬러리(11) 중의 용사분말이 용융 또는 반용융상으로 됨과 함께 프레임(10)에 의해 가속되고, 기재(100) 상에 고속으로 충돌함으로써, 기재(100) 상에 용사피막이 형성된다. The thermal spraying chamber 2 has a combustion container portion 5 forming a combustion chamber 4, a thermal spray nozzle 6 continuous to the combustion container portion 5, and an ignition device 7. Gas containing high-pressure oxygen and fuel is supplied to the combustion chamber 4, and the gas is ignited by the ignition device 7. Then, the frame generated in the combustion chamber 4 is once contracted by the spray nozzle 6 and then expanded to become a frame at supersonic speed, and is sprayed from the front end of the spray nozzle 6 at high speed. To the sprayed frame 10, the slurry 11 is supplied from the nozzle 3 for supplying the slurry. While the thermal sprayed powder in the slurry 11 is in a molten or semi-melted state, it is accelerated by the frame 10 and collides with the substrate 100 at high speed, thereby forming a thermal sprayed coating on the substrate 100.

슬러리(11)는, 알코올 또는 유기계 분산제로 이루어진 분산매를 포함하는 유기용매 혹은, 물에 용사분말을 분산시켜 얻어진다. 슬러리(11) 중에는 용사분말의 입자가 5~40%의 질량비로 포함된다. 슬러리(11)는 용사노즐(6)의 선단으로부터 분사하는 프레임(10)에 공급된다. The slurry 11 is obtained by dispersing the thermal spray powder in water or an organic solvent containing a dispersion medium composed of alcohol or an organic dispersant. In the slurry 11, particles of the thermal spray powder are included in a mass ratio of 5 to 40%. The slurry 11 is supplied to the frame 10 spraying from the front end of the spray nozzle 6.

슬러리를 용사노즐의 내부에서 공급하는 내부공급 방식이라면, 용사재료가 노즐관 내에서 침적하고, 그것이 굳게 되어 토출되는 스피팅이 발생할 우려가 있다. 이에 반하여, 본 실시형태에서는 도 1과 같이, 슬러리(11)를 외부로부터 프레임(10)에 공급하는 외부 공급 방식으로 하고 있으며, 스피팅의 발생을 방지할 수 있다. In the case of an internal supply method in which the slurry is supplied from the inside of the thermal spray nozzle, there is a risk that the spray material deposits in the nozzle tube and becomes hardened to cause spitting. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the external supply method of supplying the slurry 11 to the frame 10 from the outside is used, and the occurrence of spitting can be prevented.

용사분말인 비산화물 세라믹스 재료의 평균 입자경을 0.1~5.0μm로 하고, 해당 비산화물 세라믹스 재료의 입도분포를 0.1μm 이상 1.0μm 미만의 범위, 및 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 각각에 1개 이상의 피크를 가지는 것으로 하고 있다. 즉, 0.1μm 이상 1.0μm 미만의 범위의 입도분포에 피크 형상이 1개 이상 존재하고, 또한 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 입도분포에 피크 형상이 1개 이상 존재한다. 입자의 평균 입자경은 레이저 회절·산란법(마이크로트랙법)에 의하여 입도분포를 측정할 때에 누적값이 50%로 되는 입경(메디안 지름)으로서 정의된다.The average particle diameter of the non-oxide ceramics material, which is the thermal spray powder, is set to 0.1 to 5.0 μm, and the particle size distribution of the non-oxide ceramics material is in the range of 0.1 μm or more and less than 1.0 μm, and one particle in each of the ranges of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm. It is assumed to have the above peak. That is, one or more peak shapes exist in the particle size distribution in the range of 0.1 μm or more and less than 1.0 μm, and one or more peak shapes exist in the particle size distribution in the range of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm. The average particle diameter of the particles is defined as the particle diameter (median diameter) at which the cumulative value is 50% when the particle size distribution is measured by the laser diffraction/scattering method (microtrack method).

0.1μm 이상 1.0μm 미만의 범위, 및 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 각각에 2개, 또는 3개 이상의 피크가 존재하여도 좋다. 전형적인 예로서는 0.1μm 이상 1.0μm 미만의 범위에 1개의 피크가 존재하고, 또한 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위에 1개의 피크가 존재하고 있는 비산화물 세라믹스 재료를 들 수 있다. 그외 예로서는, 예를 들면 0.1μm 이상 1.0μm 미만의 범위에 복수개의 피크가 존재하고, 또한 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위에서도 복수개의 피크가 존재하고 있는 비산화물 세라믹스 재료를 들 수 있다.Two or three or more peaks may be present in each of the range of 0.1 μm or more and less than 1.0 μm, and the range of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm. A typical example is a non-oxide ceramic material in which one peak exists in a range of 0.1 μm or more and less than 1.0 μm, and one peak exists in a range of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm. Other examples include non-oxide ceramic materials in which a plurality of peaks exist in a range of 0.1 μm or more and less than 1.0 μm, and a plurality of peaks also exist in a range of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm, for example.

비산화물 세라믹스 재료의 입자가 입경으로 0.1μm 이상 1.0μm 미만의 범위에 상당수 있으며, 또한 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위에도 상당수 있는 것이 필요하다. 게다가 비산화물 세라믹스 재료에 있어서, 입경이 0.1μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 재료에 대하여, 입경이 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 재료의 체적비는 60% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 90% 이하이다.It is necessary that the particle size of the non-oxide ceramics material is substantially in the range of 0.1 μm or more and less than 1.0 μm, and also in the range of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm. Furthermore, in the non-oxide ceramic material, the volume ratio of the material having a particle size of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm to the material having a particle size of 0.1 μm or more and less than 10.0 μm is preferably 60% or more, more preferably is less than 90%.

입경으로 0.1μm 이상 1.0μm 미만의 범위의 입자는 매우 작은 것이기 때문에, 용사시에 대기와 접촉함으로써 산화가 진행되고, 그 대다수는 산화물로 된다. 비산화물 세라믹스 재료로 이루어진 용사분말의 평균 입자경을 0.1~5.0μm로 하고, 입도분포를 1.0μm를 경계로 하여, 이것보다 입도가 작은 소정 범위, 및 입도가 큰 소정 범위의 각각에 1개 이상의 피크를 가지고 있는 것으로 함으로써, 대다수가 산화물로 되는 입도가 작은 소정 범위의 입자에, 입도가 큰 소정 범위의 입자가 서로 연결되는 바인더 기능을 가지게 된다. 입도가 작은 입자로 입도가 큰 입자의 간격을 메워서 서로 연결하도록 된다. 이에 따라, 매우 치밀한 피막을 얻을 수 있다.Since the particles in the range of 0.1 μm or more and less than 1.0 μm in particle diameter are very small, oxidation proceeds by contact with the atmosphere during thermal spraying, and most of them become oxides. The average particle diameter of the thermal spray powder made of non-oxide ceramics is set to 0.1 to 5.0 μm, and the particle size distribution is 1.0 μm. One or more peaks in each of a predetermined range with a smaller particle size and a predetermined range with a larger particle size than this By having, it has a binder function in which particles of a predetermined range of a large particle size are connected to each other with a predetermined range of particles of a small particle size, most of which are oxides. Particles with a small particle size fill gaps between particles with a large particle size and are connected to each other. In this way, a very dense film can be obtained.

또한 비산화물 세라믹스 재료에 있어서, 입경이 0.1μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 재료에 대하여, 입경이 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 재료의 체적비를 60% 이상, 바람직하게는 90% 이하로 하면, 입자간 결합력이 매우 올라가기 때문에, 더 치밀하고 밀착력이 높은 피막을 형성할 수 있다. 이것들의 체적비는 레이저 회절·산란법(마이크로트랙법)으로 측정할 때 각각의 입도분포의 면적을 비교함으로써 산출할 수 있다.Further, in the non-oxide ceramic material, if the volume ratio of the material having a particle size of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm to the material having a particle size of 0.1 μm or more and less than 10.0 μm is 60% or more, preferably 90% or less, , Since the bonding force between particles is very high, a more dense and highly adhesive film can be formed. These volume ratios can be calculated by comparing the area of each particle size distribution when measured by the laser diffraction/scattering method (microtrac method).

일반적으로, 입경 0.1~1.0μm정도의 분말이 상당수 있다면, 용사분말의 유동성이 저하하고, 안정된 공급을 할 수 없게될 우려가 있다. 이에 대하여 본 실시형태에서는, 슬러리로 용사재료를 공급하는 서스펜션 고속 프레임 용사법으로 성막하기 때문에, 용사분말의 응집을 억제한 상태로 반송할 수 있으며, 용사분말의 안정된 공급이 가능하도록 되어 있다. 일반적으로, 비산화물 세라믹스를 용사하는 경우, 입경 10.0μm에 가까운 입자가 다량으로 포함되어 있다면, 과도하게 다공질화되어 막의 품질이 저하할 우려가 있으나, 본 실시형태에서는 작은 입경의 입자가 바인더로 되기 때문에, 고품질의 치밀한 용사피막을 성막할 수 있다.In general, if there is a significant amount of powder with a particle size of about 0.1 to 1.0 μm, the fluidity of the sprayed powder decreases and there is a risk that stable supply may not be possible. On the other hand, in the present embodiment, since the film is formed by the suspension high-speed flame spraying method in which the thermal spraying material is supplied as a slurry, the thermal sprayed powder can be conveyed in a state in which aggregation is suppressed, and the thermal sprayed powder can be supplied stably. In general, when non-oxide ceramics are thermally sprayed, if a large amount of particles with a particle size close to 10.0 μm are included, there is a risk that the film will be excessively porous and the quality of the film will deteriorate. Therefore, a high-quality and dense thermal sprayed coating can be formed.

상술한 용사피막의 형성방법으로 얻어진 용사피막의 두께는 50~2000μm 범위가 바람직하며, 그 두께는 사용 목적에 따라 적절히 설정된다. 일반적으로 두께를 50μm 이상으로 하면, 피막의 균일성이 유지되어 피막 기능을 충분히 발휘할 수 있으며, 2000μm 이하로 하면, 피막 내부의 잔류 응력의 영향에 의한 기계적 강도의 저하를 방지할 수 있다. The thickness of the sprayed coating obtained by the above-described method of forming the thermal sprayed coating is preferably in the range of 50 to 2000 μm, and the thickness is appropriately set according to the purpose of use. In general, when the thickness is 50 μm or more, the uniformity of the film is maintained and the film function can be fully exhibited, and when the thickness is 2000 μm or less, the decrease in mechanical strength due to the influence of residual stress inside the film can be prevented.

세라믹스 용사피막의 기공율은 0.1~5% 정도라면 좋으나, 본 실시형태에 있어 용사피막의 형성방법으로 얻어진 용사피막의 기공율은, 용사분말의 입도분포에도 따르나, 더욱이 0.1% 미만의 것을 얻을 수가 있다. 기공율이 크게 되면, 기계적 강도의 저하로 이어지거나, 예를 들면 가스 분위기에서 이용되는 경우에 가스가 피막 내로 쉽게 침입할 우려가 있다. 또한 성막 조건은 기재, 원료 분말, 막두께, 제조환경 등에 따라서 적절히 설정하면 좋다. The porosity of the ceramic sprayed coating may be about 0.1 to 5%, but in the present embodiment, the porosity of the sprayed coating obtained by the method of forming the sprayed coating depends on the particle size distribution of the sprayed powder, but less than 0.1% can be obtained. If the porosity is large, there is a risk that the mechanical strength will be lowered or, for example, when used in a gas atmosphere, gas can easily penetrate into the film. In addition, the film formation conditions may be appropriately set depending on the substrate, raw material powder, film thickness, production environment, and the like.

실시예 Example

이하, 본 발명에 기초하여 실제로 피막을 형성한 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, examples in which coatings are actually formed based on the present invention will be described.

재료분말의 사이즈와 성막성의 관계를, 상이한 입도분포를 가지는 2종류의 탄화 티탄 분말을 이용하여 조사하였다. 도 2에 나타난 입도분포로 조절된 2종류(재료 A, 재료 B)의 탄화 티탄 분말을 이용하였다. 한쪽의 탄화 티탄(재료 A)은 1~10μm 범위에 1개의 피크만을 가지며, 다른쪽의 탄화 티탄(재료 B)은 0.1~1.0μm 범위에 1개, 및 1.0~10.0μm 범위에 1개의 피크를 가지고 있다.The relationship between the size of the material powder and the film formability was investigated using two types of titanium carbide powders having different particle size distributions. Two types of titanium carbide powders (material A and material B) adjusted to the particle size distribution shown in FIG. 2 were used. One titanium carbide (material A) has only one peak in the range of 1 to 10 μm, and the other titanium carbide (material B) has one peak in the range of 0.1 to 1.0 μm and one peak in the range of 1.0 to 10.0 μm. Have.

재료 A의 평균 입자경은 3.7μm이며, 재료 B의 평균 입자경은 2.4μm이다. 재료 A에 있어서, 입경이 0.1μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 재료에 대한, 입경이 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 재료의 체적비는 100%이다. 재료 B에 있어서, 입경이 0.1μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 재료에 대한, 입경이 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 재료의 체적비는 74%이다.The average particle diameter of material A is 3.7 micrometers, and the average particle diameter of material B is 2.4 micrometers. In material A, the volume ratio of the material having a particle size of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm to the material having a particle size of 0.1 μm or more and less than 10.0 μm is 100%. In material B, the volume ratio of the material in the range of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm in particle size to the material in the range of 0.1 μm or more and less than 10.0 μm in particle size is 74%.

각각의 탄화 티탄 분말을 물에 현탁하여 슬러리로 하고, 이 재료를 서스펜션 HVOF 용사에 의하여 스텐레스 기판 상에 성막하는 실험을 실시하였다. 도 3은 성막성의 결과를 나타내는 사진 이미지이다. 표 중에서 SD는 용사거리(mm)이다. 동일한 정도의 평균 입자경을 가지는 분말을 이용하였다고 하여도, 단일 피크의 입도분포를 가지는 재료 A에서는 거의 성막되지 않은 것에 반하여, 이중 피크의 입도분포를 가지는 재료 B를 이용한 경우는 성막할 수 있음을 알 수 있었다.An experiment was conducted in which each titanium carbide powder was suspended in water to form a slurry, and a film was formed on a stainless substrate by suspension HVOF thermal spraying. 3 is a photographic image showing the result of film formability. In the table, SD is the spraying distance (mm). Even if powder having the same average particle diameter was used, it was found that film formation was possible in the case of material B having a double peak particle size distribution, whereas material A having a single peak particle size distribution hardly formed a film. could

계속하여, 도 4에 나타난 각각의 이중 피크의 입도분포를 가지는 2종류(재료 C, D)의 질화 알루미늄 분말을 이용하여, 재료분말의 사이즈와 성막성의 관계를 조사하였다. 재료 C의 평균 입자경은 1.8μm, 재료 D의 평균 입자경은 1.4μm이다. 재료 C에 있어서, 입경이 0.1μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 재료에 대한, 입경이 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 재료의 체적비는 83%이며, 재료 D에 있어서, 입경이 0.1μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 재료에 대한, 입경이 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 재료의 체적비는 70%이다. Subsequently, the relationship between the size and film formability of the material powder was investigated using two types of aluminum nitride powders (materials C and D) having particle size distributions of double peaks shown in FIG. 4 . The average particle diameter of material C is 1.8 micrometers, and the average particle diameter of material D is 1.4 micrometers. In material C, the volume ratio of the material in the range of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm in particle size to the material in the range of 0.1 μm or more and less than 10.0 μm in particle size is 83%, and in material D, the volume ratio of the material in the range of 0.1 μm or more and less than 10.0 μm in particle size is 83%. The volume ratio of the material in the range of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm in particle diameter to the material in the range of less than μm is 70%.

각각의 질화 알루미늄 분말을 알코올로 현탁하여 슬러리로 하고, 이 재료를 서스펜션 HVOF 용사에 의하여 스텐레스 기판 상에 성막하는 실험을 한 결과, 어느 재료로도 성막이 가능하였다. 여기서 재료 C를 이용하여 다시 피막 샘플을 제작하고, 기재의 표면거칠기와 밀착력 간의 관계를 조사하기 위한 인장 실험, 단면조직 관찰, 기공율 측정, 피막 성분 분석, 전기특성 조사 등의 피막 평가를 실시하였다. As a result of an experiment in which each aluminum nitride powder was suspended in alcohol to form a slurry and a film was formed on a stainless substrate by suspension HVOF spraying, film formation was possible with any material. Here, a film sample was again prepared using material C, and film evaluation such as tensile test, cross-sectional structure observation, porosity measurement, film component analysis, and electrical property investigation were performed to investigate the relationship between surface roughness and adhesion of the substrate.

기재의 표면거칠기와 밀착력 간의 관계를 조사하기 위하여, 인장 실험에서는 블라스트 처리에 의하여 임의의 표면거칠기로 조절한 복수개의 스텐레스 기재를 준비하였다. 도 5는 기재의 표면거칠기와 밀착력 간의 관계를 나타내는 표이다. 기재의 표면거칠기 Ra의 크기에 관계 없이, 또한, 전처리로서의 블라스트 처리의 유무에 관계없이, 샘플 어느 것도 충분한 밀착력을 가지고 있었다. 또한, 이것들의 일부는 표면거칠기 Ra가 1.0μm 이하인 매우 평평한 표면 상태의 피막이었다. In order to investigate the relationship between the surface roughness and adhesion of the substrate, in the tensile test, a plurality of stainless substrates adjusted to an arbitrary surface roughness by blast treatment were prepared. 5 is a table showing the relationship between surface roughness and adhesion of a substrate. Regardless of the size of the surface roughness Ra of the base material and regardless of the presence or absence of blast treatment as a pretreatment, all of the samples had sufficient adhesion. In addition, some of these were films in a very flat surface state with a surface roughness Ra of 1.0 μm or less.

도 6은 그 중 하나의 단면조직 관찰의 영상과 피막 성분을 나타내는 표이다. 피막 중의 각 성분의 존재비(질량%)는, N:23.52, O:17.58, Al:58.89이며, 질화물과 산화물이 밸런스 좋게 존재하고 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 피막 경도는 Hv 472, 열전도율은 7.4W/m·K, 기공율은 0.1%, 절연피막 전압은 135kV/mm, 체적저항율은 5.2×1013Ω·cm이었다. 이에 따라, 본 실시예에 의하여 형성된 용사피막은 치밀한 피막조직을 가지는 것이 확인되었고, 높은 전기절연성을 나타내었다.6 is a table showing an image of a cross-sectional structure observation and film components of one of them. The abundance ratios (mass%) of each component in the film were N: 23.52, O: 17.58, and Al: 58.89, and it was found that nitrides and oxides were present in a well-balanced manner. In addition, the film hardness was Hv 472, the thermal conductivity was 7.4 W/m·K, the porosity was 0.1%, the insulation film voltage was 135 kV/mm, and the volume resistivity was 5.2×10 13 Ω·cm. Accordingly, it was confirmed that the thermal sprayed coating formed according to this embodiment had a dense coating structure and exhibited high electrical insulation.

상기 피막조직을 FE-SEM을 이용하여 확대 관찰하였다. FE-SEM에서의 단면조직 관찰의 영상을 도 7에 나타내었다. 질화 알루미늄 입자의 경계에 산화물층이 형성되어 있으며, 이것이 접착층으로 되어 있다. 즉, 질화물을 주체로 하면서도, 질화물과 산화물이 크게 편중되지 않고 균일하고 랜덤하게 존재하는 점이, 치밀하고 밀착력이 높은 용사피막을 형성하는 데 있어 중요한 요인으로 되고 있다는 것을 알 수 있다. The film structure was observed under magnification using FE-SEM. An image of cross-sectional structure observation in FE-SEM is shown in FIG. 7 . An oxide layer is formed on the boundary between the aluminum nitride particles, and this serves as an adhesive layer. That is, it can be seen that the fact that nitrides and oxides are uniformly and randomly present without being largely biased is an important factor in forming a dense and highly adhesive thermal sprayed coating, even though nitrides are the main components.

상기 실시형태 및 실시예의 용사피막의 형성방법은 예를 든 것으로서 이에 제한되는 것이 아니다. 용사피막을 성막하는 대상물, 시공 형태에 따라서, 용사피막의 형성방법에 다른 공정이 포함되어 있어도 좋다. 상기 실시형태에서 설명한 구성 및 공정은 본 발명의 효과를 잃지 않는 한 변경 가능하며, 필요에 따라서 구비되는 타 구성 및 공정의 형태도 한정되지 않는다.The method of forming the thermal sprayed coating in the above embodiments and examples is exemplified and is not limited thereto. Depending on the object on which the thermal spray coating is to be formed and the type of application, other steps may be included in the method of forming the thermal spray coating. The configurations and processes described in the above embodiments can be changed without losing the effects of the present invention, and the types of other configurations and processes provided as needed are not limited.

1 용사장치
2 용사건
3 슬러리 공급용 노즐
4 연소실
5 연소용기부
6 용사노즐
7 착화장치
10 프레임
11 슬러리
100 기재
1 Thermal spray device
2 dragon case
3 Nozzle for supplying slurry
4 combustion chamber
5 Combustion container
6 Thermal spray nozzle
7 Ignition device
10 frames
11 slurry
100 registration

Claims (5)

고속 프레임 용사법에 의하여, 비산화물 세라믹스 재료를 기판 상에 충돌시켜서 성막하는 용사피막의 형성방법에 있어서,
상기 비산화물 세라믹스 재료는 탄화물 세라믹스, 질화물 세라믹스 및 붕화물 세라믹스로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 세라믹스를 포함하는 재료로 구성되고,
상기 비산화물 세라믹스 재료의 평균 입자경은 0.1~5.0μm이며,
상기 비산화물 세라믹스 재료의 입도분포는 레이저 회절·산란법(마이크로트랙법)에 의하여 측정된 것이고, 0.1μm 이상 1.0μm 미만의 범위, 및 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 각각에 1개 이상의 피크를 가지고 있는 용사피막의 형성방법.
In the method of forming a thermal sprayed coating in which a non-oxide ceramics material is collided on a substrate by a high-speed flame spraying method to form a film,
The non-oxide ceramic material is composed of a material containing at least one ceramic selected from the group consisting of carbide ceramics, nitride ceramics and boride ceramics,
The average particle diameter of the non-oxide ceramic material is 0.1 to 5.0 μm,
The particle size distribution of the non-oxide ceramic material is measured by the laser diffraction/scattering method (microtrack method), and has at least one peak in each of the range of 0.1 μm or more and less than 1.0 μm, and the range of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm. A method of forming a thermal sprayed coating having
제1 항에 있어서,
상기 비산화물 세라믹스 재료에 있어서, 입경이 0.1μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 재료에 대한, 입경이 1.0μm 이상 10.0μm 미만의 범위의 재료의 체적비는 60% 이상, 90% 이하인, 용사피막의 형성방법.
According to claim 1,
In the non-oxide ceramic material, the volume ratio of the material having a particle size of 1.0 μm or more and less than 10.0 μm to the material having a particle size of 0.1 μm or more and less than 10.0 μm is 60% or more and 90% or less, forming a thermal sprayed coating. Way.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 비산화물 세라믹스 재료는 용매에 분산된 현탁액으로 되어 프레임에 공급되는, 용사피막의 형성방법.
According to claim 1 or 2,
The method of forming a thermal sprayed coating, wherein the non-oxide ceramics material is supplied to the frame as a suspension dispersed in a solvent.
제3 항에 있어서,
상기 현탁액은 용사노즐의 선단으로부터 분사하는 프레임에 공급되는, 용사피막의 형성방법.
According to claim 3,
The method of forming a thermal spray coating, wherein the suspension is supplied to the frame spraying from the tip of the thermal spray nozzle.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 용사피막의 기공율은 0.1~5%인, 용사피막의 형성방법.
According to claim 1 or 2,
The porosity of the sprayed coating is 0.1 to 5%, a method of forming a sprayed coating.
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