[논문]다구찌 기법을 이용한 용사코팅의 공정 최적화

김균택; 김영식

doi:10.9726/kspse.2012.16.2.054

[국내논문] 다구찌 기법을 이용한 용사코팅의 공정 최적화
Optimization for Thermal spray Process by Taguchi Method 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.16 no.2, 2012년, pp.54 - 59

김균택 (Department of Mechanical & Automotive Engineering, Pukyong National University) , 김영식 (Department of Mechanical & Automotive Engineering, Pukyong National University)

Abstract ▼ AI-Helper

In the present study, process optimization for thermal-sprayed Ni-based alloy coating has been performed using Taguchi method and analysis of variance(ANOVA). Ni-based alloy coatings were fabricated by flame spray process on steel substrate, and the hardness test and wear test were performed. Experiments were designed as per Taguchi's L9 orthogonal array and tests were conducted with different Oxygen gas flow, Acetylene gas flow, Powder feed rate and Spray distance. Multi response signal to noise ratio (MRSN) was calculated for the response variables and the optimum combination level of factors was obtained simultaneously using Taguchi's parametric design.

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AI 본문요약
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문제 정의

측정된 마모율과 경도의 두 가지 응답변수 모두를 고려한 최적조건을 도출하기 위해 본 연구에서는 다음과 같이 데이터를 분석하였다.

제안 방법

본 연구에서는 다구찌 기법을 적용하여 니켈기 용사코팅을 제조함에 있어서 여러 가지 특성치를 함께 고려할 수 있는 다중응답변수를 적용하여 최적공정 설계를 하고, 또한 이들 공정변수가 코팅의 특성에 미치는 영향을 분석하였다.
다구찌 기법을 적용한 니켈기 용사코팅의 최적공정설계에 있어서 코팅 품질에 영향을 미치는 여러 가지 공정변수들 중 산소유량, 아세틸렌유량, 분말송 급량 및 용사거리의 4가지 변수를 인자로 선택하였다. 각 인자의 수준은 3수준으로 하였으며, 각각의 수준은 20%의 차이를 두었다.
4인자 3수준인 경우 전부실험에서는 총 81개의 조건에 대한 실험을 실시해야 하는 반면, 다구찌 기법에서는 Table 2의 직교배열표에 나타낸 바와 같이 9개의 조건에 대한 실험을 실시한다. 본 연구에서는 프레임 용사장치(Sulzer Metco Co. 6PII System) 를 사용하여 직교배열표에 제시된 9개의 조건에 따라 각각 3회의 코팅을 실시하여 시험편을 제작하였다. 실험순서는 무작위로 하였다.
실험순서는 무작위로 하였다. 제작된 시험편의 응답변수로는 마모율과 경도 두 가지를 선택하였다.
마모시험에 있어서는 제작된 시험편을 #2000 사포로 연마하여 표면의 조도를 균일하게 한 후 ballon-disk 방식의 건식마모시험기(Neo Plus, MPW 110)를 사용하여 시험을 실시하였다. 마모시험 시 미끄럼 속도는 0.
마모거리는 1000 m로 하였다. 경도시험에 있어서는 시험편의 단면에 대해 마이크로 비커스 경도 시험기 (Akashi, MVK-H1)를 사용하여 하중 500 gf, 압입 시간 10 sec의 조건으로 경도를 측정한 후 그 평균값을 취하였다. Fig.
먼저 구해진 마모율과 경도에 대해 손실함수를 적용하였다. 마모율에는 망소특성을, 경도에는 망대특성을 적용하였다. 망소특성과 망대특성에 대한 손실 함수는 다음 식과 같다.
본 연구에서는 두 가지 응답변수를 모두 고려한 최적공정설계를 위해 마모율과 경도에 각각 가중치를 두었다. 가중치를 적용한 최종 응답변수는 다음의 식으로 계산되었다.
비교를 위해 본 연구에서 사용한 용사장치의 제조사인 Sulzer Metco Co.에의해 제시되어 일반적으로 사용하는 공정조건(Normal condition)인 산소유량 44 ft³/h, 아세틸렌유량 55 ft³/h, 분말송급률 30lb/min, 용사거리 200 mm으로 시험편을 제작하여 마모율과 경도를 측정하였다.

대상 데이터

마모시험에 있어서는 제작된 시험편을 #2000 사포로 연마하여 표면의 조도를 균일하게 한 후 ballon-disk 방식의 건식마모시험기(Neo Plus, MPW 110)를 사용하여 시험을 실시하였다. 마모시험 시 미끄럼 속도는 0.1 m/s, 하중은 20 N으로 하고, 상대마모재로는 8 mm 직경의 Al2O3 ball을 사용하였다. 마모거리는 1000 m로 하였다.

성능/효과

본 연구에서는 마모율이 낮고 경도가 큰 두 가지 경우를 모두 고려한 최적조건 조합을 도출하고자 하였으므로, 마모율의 감소가 크고 경도의 증가가 큰 3-2-2-3 조건이 최적조건이다.
다구찌 기법에 의한 용사코팅의 공정설계에 있어서 다중응답변수를 고려한 최적공정설계는 매우 유효한 것을 확인할 수 있었다. 또한 각각의 응답변수에 대한 공정변수의 기여도 및 기여도에 대한 가중치의 영향을 손쉽게 분석할 수 있었다.
다구찌 기법에 의한 용사코팅의 공정설계에 있어서 다중응답변수를 고려한 최적공정설계는 매우 유효한 것을 확인할 수 있었다. 또한 각각의 응답변수에 대한 공정변수의 기여도 및 기여도에 대한 가중치의 영향을 손쉽게 분석할 수 있었다.
마모율과 경도를 함께 고려한 최적공정조건은 산소유량 53 ft³/h, 아세틸렌유량 55 ft³/h, 분말송급률 30 lb/min, 용사거리 240 mm로 확인되었다.
마모율과 경도에 각각 0.5의 가중치를 두어 도출된 최적공정조건에 의해 제작된 시험편의 경우 장치업체에서 제공한 코팅조건에 의해 제작된 시험편의 경우보다 마모율은 75.24 % 작고 경도는 11.05% 높은 매우 양호한 특성을 나타내었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	용사법이란 무엇인가?	용사법(thermal spray process)은 부재의 표면에 빠른 속도로 원하는 기능을 가진 코팅을 형성하여 표면성능을 향상시키는 방법으로, 우주·항공, 자동차, 기계 등의 다양한 산업분야에 널리 적용되고 있다1,2). 용사법에는 다양한 공정변수들이 있으며, 이 공정변수들이 코팅의 특성에 많은 영향을 미친다.
	용사법에서 코팅의 특성에 많은 영향을 미치는 것은 무엇인가?	5로 했을 경우의 분산분석표이다. 이 분산분석표에 의하면 산소유량, 아세틸렌유량, 분말송급률은 매우 유의한 인자이며, 기여도는 아세틸렌유량, 용사거리, 산소유량의 순이다. 또한 분말송급률의 영향은 매우 미미한 것을 알 수 있다.
	다구찌 기법에 의한 용사코팅의 공정설계에 있어 마모율과 경도를 함께 고려한 최적공정조건은 무엇으로 확인되었는가?	마모율과 경도를 함께 고려한 최적공정조건은 산소유량 53 ft3/h, 아세틸렌유량 55 ft3/h, 분말송급률 30 lb/min, 용사거리 240 mm로 확인되었다.

참고문헌 (10)

K. Ghosh, T. Troczynski and A. C. D. Chaklader, 1998, "Aluminum-silicon carbide coating by plasma spraying", J. of Thermal Spray Technology, No. 7, pp. 78-86.

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Kavian Cooke et al., 2007, "Optimisation of the electric wire arc-spraying process for improved wear resistance of sugar mill roller shells", Surface & Coatings Technology, Vol. 202, pp. 185-188.

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Robert L. Mason, Richard F. Gunst, James L. Hess, 2003, "Statistical Design and Analysis of Experiments, second Edition", A John Wiley and Sons Publication, Hoboken, New Jersey, pp. 406-409.
Nooryusmiza Yusoff, M. Ramasamy, Suzana Yusup, 2011, "Taguchi's parametric design approach for the selection of optimization variables in a refrigerated gas plant", Chemical Engineering Research and Design, Volume 89, Issue 6, pp. 665-675.

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Garima Kaushik, Indu Shekhar Thakur, 2009, "Isolation and characterization of distillery spent wash color reducing bacteria and process optimization by Taguchi approach", International Biodeterioration & Biodegradation, Volume 63, Issue 4, pp. 420- 426.

상세보기
W. Fang et al., 2011, "Processing optimization, surface properties and wear behavior of HVOF spraying WC-CrC-Ni coating", Journal of Materials Processing Technology, Volume 209, Issue 7, pp. 3561- 3567.
Poh Koon Aw et al., 2008, "Corrosion resistance of tungsten carbide based cermet coatings deposited by High Velocity Oxy-Fuel spray process", Thin Solid Films, Volume 516, Issue 16, pp. 5710-5715.

상세보기
K. T. Kim and Y. S. Kim, 2009, "Process Optimization for Thermal-sprayed Ni-based Hard Coating by Design of Experiments", Journal of Korea society for Power System Engineering, Vol, 13, No. 5, pp. 89-94.
K. T. Kim and Y. S. Kim, 2010, "Process Optimization of Thermal-sprayed STS316 Coating", Journal of Korean Society of Ocean Engineers, Vol. 24, No. 1, pp. 161-165.
K. T. Kim, J. D. Kim and Y. S. Kim, 2011, "Effect of Process Parameters on the Hardness and Wear Rate of Thermal Sprayed Ni-based Coatings", Journal of Korea society for Power System Engineering, Vol, 15, No. 1, pp. 51-56.

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