[논문]Co-base 분말을 적용한 SCM440과 GC250의 레이저 클래딩 가공성 평가

최병주; 이문구; 홍민성; 안병민; 정도현; 이광재; 이충근; 전용호

doi:10.7735/ksmte.2017.26.3.337

Co-base 분말을 적용한 SCM440과 GC250의 레이저 클래딩 가공성 평가
Feasibility Study of Laser Cladding for Co-based Coating on SCM440 and GC250 원문보기

한국생산제조학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, v.26 no.3, 2017년, pp.337 - 343

최병주 (Departmet of Mechanical Engineering, Ajou University) , 이문구 (Departmet of Mechanical Engineering, Ajou University) , 홍민성 (Departmet of Mechanical Engineering, Ajou University) , 안병민 (Department of Energy Systems Research, Department of Material Science and Engineering, Ajou University) , 정도현 (Korea Automotive Technology Institute) , 이광재 (EUROVISION LASER CO., LTD.) , 이충근 (Department of Mechanical Engineering, Inha University) , 전용호 (Departmet of Mechanical Engineering, Ajou University)

Abstract ▼ AI-Helper

The laser cladding process on structural steel (SCM440) and gray cast iron (GC250) substrates with Co-based powder (Stellite 12) was studied. A diode laser (2 kW) was used as a heat source, and the powder was supplied by a disc rotary powder feeder. The relationship between the laser cladding process and the cross-sectional analysis of coating was examined based on coating shape and microstructure. Additionally, the microhardness was measured to confirm the mechanical property improvements. As a result, proper laser cladding conditions were selected through this study and verified by cross-sectional analysis. In addition, the evaluation process for laser cladding feasibility was conducted on the selected materials.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 SCM440과 GC250에 Co-base 분말의 코팅층을 생성하여 가공성을 분석하였다. 레이저 조사 속도, 출력, 분말 공급량의 공정변수를 조절하여 실험하였으며, 시편을 절개하여 코팅 두께와 폭, 접착부(bonding zone)와 열영향부(heat affect zone)의 두께에 대하여 분석하였다.

제안 방법

레이저 조사 속도, 출력, 분말 공급량의 공정변수를 조절하여 실험하였으며, 시편을 절개하여 코팅 두께와 폭, 접착부(bonding zone)와 열영향부(heat affect zone)의 두께에 대하여 분석하였다. 또한 코팅, 경계, 열영향부, 모재부에 따른 미세조직을 분석하여 재료적인 접합 기작(mechanism)과 기계적인 경도를 측정하였다.
본 연구에서는 SCM440과 GC250에 Co-base 분말의 코팅층을 생성하여 가공성을 분석하였다. 레이저 조사 속도, 출력, 분말 공급량의 공정변수를 조절하여 실험하였으며, 시편을 절개하여 코팅 두께와 폭, 접착부(bonding zone)와 열영향부(heat affect zone)의 두께에 대하여 분석하였다. 또한 코팅, 경계, 열영향부, 모재부에 따른 미세조직을 분석하여 재료적인 접합 기작(mechanism)과 기계적인 경도를 측정하였다.

대상 데이터

본 연구는 구조용 강으로 사용되는 SCM440과 금형소재로 사용되는 GC250 시편에 대한 레이저 클래딩 특성을 분석하였으며, 화학 조성은 Table 1과 같다. SCM440은 1 %의 Cr과 0.
실험에는 970nm 파장의 다이오드 레이저(2kW Direct Diode Laser, Teradiode, Inc.)를 사용하였으며, 레이저 조사 속도, 레이저 출력, 분말 공급량을 조절하며 각 3회씩 수행하였다. 초기 시편을 100(W) × 100(L) × 12(H) mm의 크기로 제작하여 표면에 수직한 방향에서 레이저를 조사하고 동일한 축(Co-axial)에서 분말을 분사하였다.
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성능/효과

레이저 클래딩 가공성을 평가하여 다음의 공정 조건을 선정하였다. SCM440의 레이저 조사 속도는 15 mm/s, 레이저 출력은 80%, 분말 공급량은 10 RPM, GC250의 레이저 조사 속도는 5 mm/s, 레이저 출력은 60%, 분말 공급량은 5 RPM의 조건이 우수한 코팅을 형성하는 것을 확인하였다.
그러나 GC250은 코팅과 모재의 etching ratio 차이로 인하여 뚜렷한 경계를 확인 할 수 없었다. 두 재료 모두 Co-base 분말과의 레이저 클래딩에서 우수한 경도의 코팅을 형성하였다.
또한, 미세조직 분석에서 SCM440은 코팅과 모재의 경계에서 뚜렷한 결정립이 확인되며, 코팅으로부터 모재로의 확산 및 침투를 관찰 할 수 있다. 그러나 GC250은 코팅과 모재의 etching ratio 차이로 인하여 뚜렷한 경계를 확인 할 수 없었다.

후속연구

본 연구에서 Co-base 분말을 적용한 SCM440과 GC250의 레이저 클래딩을 공정 조건을 분석하였으며, 추후 다양한 레이저 클래딩 분석을 수행하여 최적공정 조건을 도출 할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	레이저 클래딩의 특징은?	대표적으로 내마모성, 내식성 및 내열성 등의 성질을 표면에 부여하기 위하여 이종 분말을 모재에 용융 접합하는 방식의 레이저 클래딩 기술이 적용되고 있다[1]. 레이저 클래딩은 신소재 개발의 관점에서 보았을 때 복합적인 특성을 지닌 재료를 얻을 수 없고, 또한 소재의 부족을 대체하고, 값 비싼 재료를 절약한다는 의미에서 바람직하다. 레이저 특성상 모재 전체에 전달되는 입열량이 아크용접이나 용사(thermal spray) 등에 비해 국부적으로 가능하기 때문에 가공물의 변형 또는 기계적 성질의 변화를 최소화 할 수 있다.
	부품의 수명은 어떻게 결정되는가?	부품의 수명은 기계적인 마모 또는 균열의 형성에 의해 결정되며, 이를 보완하기 위한 선제적인 방안으로 표면에 우수한 기계적 성질의 코팅층을 형성하는 방법이 널리 사용되고 있다. 대표적으로 내마모성, 내식성 및 내열성 등의 성질을 표면에 부여하기 위하여 이종 분말을 모재에 용융 접합하는 방식의 레이저 클래딩 기술이 적용되고 있다[1].
	부품의 수명을 향상시키기 위하여 어떠한 기술이 적용되는가?	부품의 수명은 기계적인 마모 또는 균열의 형성에 의해 결정되며, 이를 보완하기 위한 선제적인 방안으로 표면에 우수한 기계적 성질의 코팅층을 형성하는 방법이 널리 사용되고 있다. 대표적으로 내마모성, 내식성 및 내열성 등의 성질을 표면에 부여하기 위하여 이종 분말을 모재에 용융 접합하는 방식의 레이저 클래딩 기술이 적용되고 있다[1]. 레이저 클래딩은 신소재 개발의 관점에서 보았을 때 복합적인 특성을 지닌 재료를 얻을 수 없고, 또한 소재의 부족을 대체하고, 값 비싼 재료를 절약한다는 의미에서 바람직하다.

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