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고온 산화와 코팅

전문가 제언: ○ 내열, 부식분야에서 적용하는 코팅재료는 열차폐 효과, 열적 안정성, 내박리성, 내부식성 및 내산화성이 요구되고 있다. 열차폐 효과나 열적 안정성의 내열재료는 1200℃급 가스터빈에 적용이 한계이다. 더욱이 과혹환경을 극복하기 위한 원자로시스템 등에 사용하는 새로운 재료의 표면처리기술이 요구되고 있다.

○ 고온 내열재료의 코팅법으로는 고출력 하이브리드 플라스마 용사법, 전자빔 물리증착법(EB-PVD), 고출력 레이저를 이용한 화학기상 석출법(CVD) 등을 활용하여 산화물, 탄화물 및 YSZ 등을 코팅하여 고온의 과혹한 환경에 적용하도록 표면처리 기술이 개발되고 있다.

○ 초합금 기지 금속 위에 본드 코팅(barrier coating)하고 이 위에 하프늄산화물(Y2O3-HfO2)을 톱 코팅한 재료는 고온에서 YSZ (Y2O3-ZrO2)을 톱 코팅한 재료보다 차열성이 높은 특징이 있다.

○ Ni기 초합금을 기지 금속으로 하여 DBC 시스템 코팅에서 기지 금속→ 장벽층→ 저장층(본드 코팅)→ TGO→ TBC(YSZ)로 코팅하여 차열성을 높이고 박리성을 개선하는 특징이 있다. 실제 가스터빈 블레이드 표면처리에서 TBC는 MCrAlY 본드 코팅과 YSZ 톱 코팅의 복층구조에서 YSZ의 균열 박리가 있었는데 기기지 금속위에 10㎛ 장벽층을 형성한 후 보호적 산화물 스케일의 균열과 박리 억제를 위해 저장 (TGO)층을 형성시키고 YSZ (TBC)를 코팅함으로서 박리를 억제하는 기술이 개발되고 있다.

○ 우리나라도 한국전력기술에서 고온재료의 표면처리를 용사법, CVD법등을 활용하고 있으며 각 대학이나 연구소에서 CVD법은 많이 연구하고 있으나 고온 플라스마, CVD 등의 연구는 희소하다. 또한 EB-PVD는 장치가 매우 고가여서 설치하기 용이하지 않으며 터빈 블레이드 같은 크기의 코팅은 고출력 플라스마 용사법이 사용되고 있다. 차열 코팅 중에도 하프늄산화물 차열코팅이 열팽창성이 낮기 때문에 더 개발할 필요가 있다고 생각된다

저자: Toshio NARITA
자료유형: 학술정보