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저온용사에 대한 최근의 기술개발 및 잠재적 응용 분야

전문가 제언: ○ 열용사기술이란 금속분말 혹은 금속계 복합재료를 고온열원으로부터 용융시켜 고속으로 기판 등에 충돌시켜 냉각함으로써 코팅피막을 형성시키는 기술이다. 여기에는 재료의 가열 및 용융을 위한 높은 화염, 아크 및 플라스마 등의 열원이 필요하다. 되도록 기판에 피막을 형성하더라도 기재가 갖고 있는 재료의 특성을 살리고, 결함 등을 보완할 수 있어야 한다.

– 그러나 열용사기술의 특성상 금속분말의 산화, 높은 기공도, 내부 잔류응력 및 낮은 접착력 등의 결함을 피할 수 없게 되었다. 이러한 결함에 대한 대안용으로 감압시킨 저압플라스마 용사기술이 대체되고 있기는 하나 고진공 유지로 인한 고가장비가 요구되는 단점이 있어 왔다.

○ 저온용사코팅기술이 열용사 대체기술로 발전하였다. 이는 평균입도 1~50μm급의 금속이나 복합재료 분말을 압축가스(He, N2, 혹은 혼합가스)의 초음속 제트로 가속시키면, 분말소재의 소성변형과 코팅결합을 줄만한 충분한 속도(보통 300~1,000m/sec)인 임계속도에 이르게 되어 코팅이 형성된다는 신 코팅공정기술이다. 코팅공정 시 압축가스의 온도를 가열하면 가스속도의 증대로 인하여 충돌입자의 부착률을 크게 증가시킬 수 있게 된다는 것이다.

– 또한 이 기술의 장점은 고상상태의 부착으로 인한 ① 산화를 피할 수 있고 열에 민감한 소재(Ti, Cu 등) 코팅에 용이, ② 금속 및 복합물 재료의 특성 유지 가능, ③ 낮은 잔류 응력 유지 가능, ④ Bulk 소재에 비해 높은 열 및 전기전도도 유지, ⑤ 높은 부착효율, 높은 생산성 및 분말 재사용 가능 등이다.

○ 입자속도를 가속하는 데는 각각의 재료에 대한 입자밀도, 크기, 입자형상, 원료 공급속도, 기판과의 거리, 노즐의 팽창 비율 및 발산 부분 길이 등에 달려있기 때문이다. 어떤 재료를 부착효율을 95% 이상으로 코팅하려면 각각의 재료에 따른 실험실적 자료 및 모사에 의한 최적화 노즐을 설계하는 것이 필수적인 관건이다.

저자: Gaartner, F; Schmidt, T; Stoltenhoff, T; Kreye, H
자료유형: 학술정보