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열 나노입자 용사 개발과 경사기능재료에 응용

전문가 제언: ○ 열 플라스마(Thermal plasma)는 주로 아크 방전에 의해 발생시킨 전자, 이온, 중성입자(원자 및 분자)의 부분 이온화된 기체이다. 국소열평형 상태를 유지하여 구성입자가 모두 수천에서 수만 도의 온도를 가지며 고속의 제트 불꽃 형태를 이루고 있다. 이러한 고온, 고열용량, 고속, 다량의 활성입자를 갖는 열 플라스마 특성을 이용하여, 고온 열원이나 물리화학 반응로로 사용되어 여러 산업분야에서 첨단기술에 활용되고 있다

○ 플라스마 용사 프로세스는 성숙된 공업기술이다. 이 방법은 금속이나 세라믹스 등의 분체를 불활성가스 플라스마에 도입하여, 용융입자를 기판에 불어서 필요 두께로 퇴적시키는 프로세스이다. 금속이나 세라믹 분체의 입경은 대부분 10~100㎛ 정도로 입자가 큰 편이다. 따라서 코팅 층을 형성하는 경우 균열이나 공공이 포함되는 점이 과제가 되고 있다.

○ 종래 플라스마 용사 프로세스에서 직경이 10㎛ 이하의 미립자를 도입할 수 없는 이유는 반송과정에 문제가 있다고 생각된다. 직경 10㎛ 이하 분체재료를 반송하면 튜브 내벽에 미립자가 부착하여 협착에 의해 흐름이 정지된다. 이 문헌에서는 새로운 프로세스로 체계화시키기 위해서 나노입자가 고농도로 포함된 슬러리인 고점도 페이스트를 안정하게 반송하는 방법을 고안하였다.

○ 코팅기술은 구조재료에 내열, 내마모 등의 기능을 줄뿐만 아니라 바이오, 정보 등의 새로운 산업분야에 이르기까지 재료보호, 비용절감, 신 기능 부여에 할 수 있다. 최근 단열·내열 및 내구성, 내식성 향상을 위한 용사코팅 기술은 발전용 가스터빈이나 항공기 내열·내구성 부품의 차열효과 특성을 효과적으로 활용하고 있다.

○ 선진국은 내열/내식/내마모와 열 차폐 코팅에 대하여 많은 연구를 수행하고 있다. 국내는 대부분이 용사코팅 등의 기초적인 연구에 머무르고 있어 재료 및 관련 연구인들의 노력이 필요하다고 생각된다. 또한 기능 인력 및 산학연 인프라 등이 부족하므로 이에 대한 지원이 필요하다고 생각된다.

저자: Soshu Kirihara
자료유형: 학술정보