초록 ▼

고부가가치 용사코팅 기술개발 및 산업 적용을 위해 용사코팅 프로세스 구축 및 특성평가 기술의 확립은 소재개발 및 표면 개질 분야로부터 체계적으로 이루어져야한다. 본 연구에서는 용사코팅 시스템의 On-line Process Control 구축, TiO₂ 코팅 분말 제조기술 확립, 전자파 차폐용 자성분말 제조기술 확립 그리고 WC 코팅의 On-line Process Database 구축 및 특성평가에 관한 체계적인 연구를 수행하였다.
본 연구개발 결과는 다음과 같다. 용사코팅의 On-line Process 구축을 위하여 DPV-2

고부가가치 용사코팅 기술개발 및 산업 적용을 위해 용사코팅 프로세스 구축 및 특성평가 기술의 확립은 소재개발 및 표면 개질 분야로부터 체계적으로 이루어져야한다. 본 연구에서는 용사코팅 시스템의 On-line Process Control 구축, TiO₂ 코팅 분말 제조기술 확립, 전자파 차폐용 자성분말 제조기술 확립 그리고 WC 코팅의 On-line Process Database 구축 및 특성평가에 관한 체계적인 연구를 수행하였다.
본 연구개발 결과는 다음과 같다. 용사코팅의 On-line Process 구축을 위하여 DPV-2000을 이용한 용융입자의 온도, 속도, 입도 분포 및 유동상태 측정을 통한 코팅특성평가, 코팅내 기공률 제어를 위한 Shroud 노즐 및 고품질 코팅이 가능한 용사노즐을 개발을 하였다. TiO₂ 용사분말 제조 기술 확립을 위하여 Anatase상 96％이상의 용사 분말 제조기술의 재현성을 확보하고 Spray-Drying기법을 이용한 TiO₂-SiO₂ 용사용 분말 제조기술을 확립하였으며, 공정변수에 따른 코팅 특성 및 광촉매 특성평가를 완료하였고, 고효율 광촉매용 고속용사 코팅 기술을 개발하여 광촉매의 효율증가와 내구성 향상을 도모할 수 있는 코팅 기술을 개발하였다. 전자파 차폐용 자성분말의 성분 설계 및 Flame Spray 와 Plasma Spray법을 이용한 전자파 차폐용 분말의 최적 용사조건 확립을 통하여 40dB(99％)의 차폐효율을 얻을 수 있는 최적조건의 차폐용 코팅을 개발하였다. On-line Process Database 구축을 위한 용사코팅 물성 예측 프로그램과 코팅 표면의 특성을 최적화 할 수 있는 공정기술 개발을 하였고, 사용 환경의 변화에 따른 WC계 코팅의 부식 특성 평가 기술을 확립하여 기계적, 물리적 특성치의 Database 구축과 WC-CoCr, WC-NiCr계 코팅의 Cr 첨가에 따른 부식특성을 규명하였다. 이러한 용사코팅 기술개발과 On-line System의 구축은 산업현장에서 발생하는 다양한 문제점을 해결 할 수 있으며, 고부가가치의 용사코팅이 가능하도록 하였다.

Abstract ▼

To develop functional thermal sprayed coatings, thermal spray process and coating characterization is intensely researched. Previously, a coating process development is made via controlling thermal spray equipment parameters and coating characterization. In this research, thermal spray coating proce

To develop functional thermal sprayed coatings, thermal spray process and coating characterization is intensely researched. Previously, a coating process development is made via controlling thermal spray equipment parameters and coating characterization. In this research, thermal spray coating process is researched with information of molten thermal sprayed particles. With this information, accurate state of the molten particles are diagnosed. This is so called an on-line process control method. With this control method, WC-based coatings, TiO₂ coatings and electromagnetic field shielding coatings are researched and developed.
The detailed results of the research are as follows.
1. A new equipment to measure the molten particle properties are used to analyze the temperature, velocity and distribution of the molten particles. This information is used to get accurate data of the molten particles during spraying.This technology is intensely used to improve the coating properties of WC-based coatings.
2. To improve thermal spray processes, new nozzle designs of JP-5000 and a new shroud is proposed. (Patents are pending). Various nozzle design are proposed. Especially, an ellipse type nozzle improved a deposition efficiency about 20％. Because the new shroud stabilize thermal flame, coating reproducibility increased dramatically.
2. To get wear resistant photocatalytic coatings, TiO₂ based coatings are developed. This coatings are made of TiO₂-SiO₂ powders. After spraying, an anatase phase was about 60％. This results shows large increase of the anatase phase which is known to be an effective photocatalytic phase. In comparison, micron sized powders produced 20％ of an anatase phase after spraying. A patent concerning photocatalytic evaluation equipment is proposed.
3. For electromagnetic field shielding coatings, thermal spraying powders of Sr-Mn-Zn, Ni-Zn ferrite powders were processed and thermal sprayed. It has been found that these powders remained the same crystal structures after thermal spraying. When Al₂O₃ and SiO₂ was added about 1 - 5 ％, an improvement of widening of effective frequencies is observed. After thermal spraying of 100 um, 99％ of shielding is observed.
4. For corrosion coatings, the following coatings are evaluated such as WC-12Co, WC-12Ni, WC-l0Co-4Cr, WC-6Co-8Cr, and WC-20Cr-7Ni. Also, effects of base materials. (Carbon Steel and SUS 316) were studied. In addition, effects of bond coatings such as SUS316, FeCrNiMoB, and FeCrBSi researched. The evaluation was made in two conditions including 5％ H₂SO₄ solution and salt spray conditions. The best coating corrosion resistant performance was observed in a WC-CoCr(Top coating)／SUS316(Bond coating) system.
5. A prediction software of coating properties of thermal sprayed coating is proposed. The software was made using Response surface and Taguchi methods. Using the above statistical methods, the best properties of the coating was found. Using an equation, a prediction system of the software of WC-based coatings was proposed.
6. In addition to the above research achievement, the following are activities of the Thermal Spray National Research Lab.
( 〔 〕 : It shows achievements directly related to this projects)
- Academic Society Presentation in Korea - 22 presentations. 〔14 presentation〕
- Academic Society Presentation Abroad - 5 presentations 〔1 presentation〕
- Academic Submission of Paper in Korea - 18 papers 〔7 papers〕
- Academic Submission of Paper Abroad - 18 papers 〔2 papers〕
- Patent Registered in Korea - 6 patents 〔0 patents〕
- Patent Submitted in Korea - 14 patents 〔5 patents〕
- Thermal spray coating properties Prediction software
- Prototype: High Efficiency Thermal Spraying Nozzle, Flame Stabilization Shroud.
- NRL Home Page (www.rist.re.kr／nrl) - 81 Q／A are provided
- Organize Three Thermal Spray Workshops. (34 Papers, 183 attendees)
- Participation of Workshop of NRL′s ( 2002. 11.)
- Technology Transfer ( 2 transfers)
- International Collaboration
(Two Student from UTBM in France stayed in RIST for 6 months.)
- Memorandum of Understanding between for laboratories
( Fujimi Inc, Prof. Ohmori Lab, Osaka University, Dr. Kuroda′s Lab in NIMS.)
Numerous Technical Consulting to Companies.
Academic Invited Speech: 7 academic speeches
An thermal spray technology educational Class is held in April17, 2003
About 70 persons attended the course.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발의 개요...16
• 제 1 절 연구개발 개요...16
• 1. 용사코팅 프로세스...16
• 2. 해결하고자 하는 과제...17
• 제 2 절 연구개발 목표 및 내용...18
• 1. 연구개발의 최종목표...18
• 2. 단계별 목표...18
• 3. 1단계 연차별 연구목표 및 내용...19
• 제 3 절 연구의 필요성...20
• 1. 기술적인 측면...20
• 2. 경제 산업적인 측면...20
• 제 4 절 연구의 범위 및 추진 방법...22
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...23
• 제 1 절 용사코팅 On-line process control 기술...23
• 제 2 절 광촉매성 TiO₂ 코팅 기술...24
• 제 3 절 전자파 차폐 용사코팅 기술...26
• 제 4 절 WC-Co 용사 코팅 및 특성 평가 기술...28
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과...30
• 제 1 절 용사코팅 시스템의 On-line process 연구 성과...30
• 1. 연구개발 수행방법...30
• 가. High Velocity Oxygen-Fuel(Jp-5000)...30
• 나. DPV-2000의 특정 원리...31
• 다. 노즐 설계 및 제작...32
• 라. 기공률 제어를 위한 Shroud 노즐 개발...32
• 마. Taguchi 실험계획법...33
• 2. 연구 성과 및 결과...34
• 가. DPV-2000을 이용한 용융입자의 측정을 통한 코팅특성 파악...34
• (1) 분말의 입도 및 특성 분석...35
• (2) 용융입자의 유동특성...38
• (3) 용융입자의 온도, 속도 및 입경의 상호관계...41
• 나. 고품질 코팅이 가능한 노즐 설계 및 개발...43
• (1) 노즐 설계에 따른 코팅 표면적과 적층률...43
• (2) DPV-2000을 이용한 온도 및 속도 분석...44
• 다. 코팅내 기공률 제어를 위한 Shroud 노즐 개발...46
• 라. 용사코팅 공정의 최적화 및 특성의 Database 구축...47
• (1) 직교배엽법...47
• (2) 분산분석...48
• (3) Nano-WC/12Co 코팅 실험결과...48
• (4) 최적화 조건을 이용한 코팅특성 결과...48
• (5) 회귀분석...49
• (6) 용사코팅 공정의 최적화 도출...49
• 마. 용사장치의 On-line Process Control 구축...50
• 제 2 절 TiO₂ 코팅 분말 제소 기술 연구 결과...51
• 가. TiO₂-SiO₂ 용사용 분말 제조 및 분석...51
• 나. TiO₂계 고속용사 코팅 제조 및 분석...54
• 다. 광촉매 효율 측정...60
• 제 3 절 전자파 차폐용 페라이트계 자성재료 용사코팅...61
• 가. 페라이트 용사용 분말 제조 및 분석...61
• 나. 플라즈마 용사에 의한 코팅제조 및 분석...65
• 다. 전자기 차폐특성 측정...70
• 제 4 절 WC-Co계 마모성 용사코팅기술 및 특성평가...72
• 1. WC-l2Co 계 용사코팅...72
• 가. HVOF 이용한 WC-Co계 용사코팅 특성...72
• 나. DPV-2000을 이용한 용사입자의 온도와 속도관계 분석...75
• 다. DPV-2000을 이용한 속도측정 결과...76
• 2. 내식성, 내마모성 코팅 기술개발 및 특성평가...94
• 가. WC계 초경 용사코팅...94
• (1) WC계 용사코팅의 조직...94
• (2) WC 계 용사코팅의 수용액 내식성 연구동향...95
• 나. WC 계 코팅의 수용액 부식특성...96
• (1) 코팅방법에 의한 차이...96
• (2) 코팅층/모재사이의 부식...97
• (3) 코팅층내의 미세조직에 의한 부식...97
• (4) 코팅재의 종류에 관한 내식성...98
• (5) 사용 환경 조건에 따른 부식마모 현상...99
• 다. 연구내용 및 방법...100
• (1) 시편 제조 및 실험 방법...100
• 라. 연구 성과 및 결과...103
• (1) 용사 코팅층의 미세조직...103
• (2) 용사코팅층 전기화학 시험...104
• (3) 침적 실험...109
• (4) 부식-마모시험...112
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...114
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...117
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...119
• 제 7 장 참고문헌...121