KR20160026867A - 부품의 침식을 방지하도록 부품을 처리하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 부품(C)의 표면을 처리하는 고속 스프레이 방법은, 불활성 가스의 제1 부분을 550℃ 내지 800℃의 스프레이 온도(T3)까지 가열하는 가열 단계; Co를 15 질량% 내지 70 질량%로 포함하는 조성을 지닌 분말 재료를 준비하는 단계; 상기 분말 재료와 불활성 가스의 제2 부분의 혼합물을 준비하는 단계; 스프레이 제트(80)를 형성하기 위해, 상기 불활성 가스의 제1 부분과 상기 가스 및 분말의 혼합물을 스프레이 건(60)에서 혼합하는 단계; 및 상기 Co를 포함하는 재료의 코팅(S)을 성막하기 위해, 상기 스프레이 제트(80)를 처리 대상 표면쪽으로 지향시키는 단계를 포함한다.

Description

부품의 침식을 방지하도록 부품을 처리하는 방법{A METHOD FOR TREATING A COMPONENT TO PREVENT EROSION OF SUCH COMPONENT}

본 발명은 액체에 의한 침식 또는 캐비테이션 현상으로 인한 침식의 영향을 받는 부품의 표면을 처리하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기한 방법으로 처리되는 표면을 구비하는 부품과 상기한 방법을 행하는 장치에 관한 것이다.

기판 재료의 표면에 내마모성 합금 코팅을 도포하여 내식성을 향상시키는 것은 잘 알려져 있다. 증기 터빈, 원심 압축기, 축류 압축기, 펌프 및 그 밖의 회전 기계와 같은 회전 기계의 부품의 경우에, 액적 침식 또는 캐비테이션 현상으로부터 유래되는 침식에 대한 내성을 충분한 정도로 나타내는 것이 특히 중요하다. 예를 들어, 증기 터빈에서는, 액적 침식이 통상적으로 블레이드의 전연을 따라 일어난다(도 1 참조).

이러한 표면에 내식성 코팅을 도포하는 알려진 방법으로는, 표면 경화, 레이저 클래딩, 브레이징 및 용접 등이 있다.

상기한 기술들은 통상적으로 기판 재료에의 입열을 수반하는데, 이 입열은 통상적으로 다음과 같은 애로 사항을, 즉 부품이 NACE 표준을 따르지 않게 만들 수 있는 열 영향부의 존재, 코팅된 부품의 뒤틀림, 후열 처리에 대한 필요, 균열, 코팅에서의 철 희박, 및 불균일한 미세 구조 등을 결정짓는다.

또한, 상기한 기술은 용접할 수 없는 재료를 포함하는 코팅을 성막하는 데 사용할 수 없다.

따라서, 부품의 표면을 처리하기 위한 향상된 방법으로서, 상기한 애로 사항을 방지할 수 있는 방법을 제공하는 것은 바람직할 것이다.

제1 실시형태에 따르면, 본 발명은 부품의 표면을 처리하는 방법을 제공함으로써 상기한 목적을 달성하는데, 이 방법은: 불활성 가스의 제1 부분을 550℃ 내지 800℃의 스프레이 온도(T3)까지 가열하는 가열 단계; Co를 15 질량% 내지 70 질량%로 포함하는 조성을 지닌 분말 재료를 준비하는 단계; 상기 분말 재료와 불활성 가스의 제2 부분의 혼합물을 준비하는 단계; 스프레이 제트를 형성하기 위해, 상기 불활성 가스의 제1 부분과 상기 혼합물을 저온 건에서 혼합하는 단계; 및 상기 분말 재료의 코팅을 성막하기 위해, 상기 스프레이 제트를 상기 표면쪽으로 지향시키는 단계를 포함하는 것이다.

본 발명의 해결책은, 내식성을 향상시키기 위해, 기판 재료의 표면에 코팅을 성막할 수 있게 한다. 이렇게 하여 형성된 코팅에서는, 하기의 기계적 특성이 얻어질 수 있다. 경도(비커스): 400<HV<1000, 및 기공률: < 2%.

제2 실시형태에서, 상기한 이점은 장치에 의해 달성되는데, 이 장치는, 불활성 가스의 제1 부분을 400℃ 내지 500℃의 예열 온도(T1)까지 예열하는 제1 히터; 상기 불활성 가스의 제1 부분을 550℃ 내지 800℃의 스프레이 온도(T3)까지 가열하는 최종 히터와, 상기 불활성 가스와 Co를 15 질량% 내지 70 질량%로 포함하는 조성을 지닌 분말 재료를 포함하는 스프레이 제트를 형성하는 초음속 노즐을 구비하는 스프레이 건; 상기 분말 재료와 불활성 가스의 제2 부분의 혼합물을 준비하는 분말 피더; 상기 제1 히터를 상기 최종 히터에 연결하는 적어도 하나의 제1 덕트; 및 상기 분말 피더를 상기 초음속 노즐에 연결하는 적어도 하나의 제2 덕트를 포함하는 것이다.

본 발명의 그 밖의 객체 특징 및 이점은, 이하의 도면과 함께 본 발명의 실시형태들에 대한 이하의 설명을 읽음으로써 명백해질 것이다.
도 1a와 도 1b는 액적 침식의 영향을 받은 종래 기술에 따른 부품을 서로 다르게 보여주는 두 도면이고;
도 2는 본 발명에 따른 방법을 행하는 장치를 보여주는 개략도이며;
도 3은 도 2에 도시된 장치의 구성요소의 개략도이다.

본 발명은 내마모성, 특히 액적 침식과 캐비테이션 현상으로부터 유래되는 침식에 대한 내마모성을 향상시키기 위해, 부품의 표면을 처리하는 방법을 제공한다. 특히, 비록 배타적인 것은 아니지만, 본 발명은 회전 기계, 예컨대 증기 터빈, 원심 압축기, 축류 압축기 및 펌프 등의 부품에 적용된다.

상기 방법은 부품의 표면에 연성(延性) 재료의 코팅을 도포하기 위해 고속 스프레이 기술을 이용한다.

도 2를 참조해 보면, 본 발명에 따른 방법을 행하는 장치 전체가 도면부호 1로 표시되어 있다. 장치(1)는 압축 캐리어 가스의 가스 공급원(15)을 제1 가스 히터(20) 및 분말 피더(30)에 연결하는 상류측 덕트(10)를 포함하는데, 상기 가스 히터와 분말 히터는 모두 종래의 알려진 타입의 것이므로 상세히 설명하지는 않는다. 캐리어 가스는 질소 또는 헬륨 또는 그 밖의 편리한 불활성 가스이다. 캐리어 가스는 20 bar 내지 50 bar의 압력으로 장치 내에서 유동한다. 캐리어 가스의 가스 유량은 2 ㎥/시간 내지 6 ㎥/시간이다.

상류측 덕트(10)는 가스 공급원(15)을 제1 가스 히터(20)에 연결하는 제1 메인 브랜치(11)와, 가스 공급원(15)을 분말 피더(30)에 연결하기 위해 제1 메인 브랜치(11)로부터 나온 제2 브랜치(12)를 포함한다. 상류측 덕트(10)의 두 브랜치(11, 12)의 교차부 하류측에서, 제1 메인 브랜치(11)와 제2 브랜치(12)는, 캐리어 가스의 유량을 제1 메인 브랜치(11)와 제2 브랜치(12) 각각에서 조절 또는 정지시키는 제1 밸브(13)와 제2 밸브를 각각 포함한다.

제1 가스 히터(20)에서, 캐리어 가스의 제1 부분이 400℃ 내지 500℃의 예열 온도(T1)까지 예열된다. 제1 가스 히터(20)의 하류측에서, 예열된 캐리어 가스는, 제1 가스 히터(20)를 스프레이 건(60)에 연결하는 제1 하류측 덕트(40)에 흘러 들어간다. 제1 하류측 덕트(40)를 따라 갈수록, 캐리어 가스의 온도는 스프레이 건(60)의 바로 상류측에 있는 섹션에서의 릴리스 온도(T2)까지 내려간다. 릴리스 온도(T2)는 예열 온도(T1)보다 낮고, 350℃ 내지 450℃이다.

분말 피더(30)에서는, 상류측 덕트(10)의 제2 브랜치(12)로부터 흘러온 캐리어 가스의 제2 부분이, Co를 15 질량% 내지 70 질량%로 포함하는 조성을 지닌 연성 재료의 스프레이 분말과 혼합된다. 예를 들어, 본 발명에 따른 스프레이 분말에 사용될 수 있는 연성 재료로는, stellite® 6, stellite® 12, stellite® 21, 및 US6986951에 한정되어 있는 재료가 있다.

분말 피더(30)의 하류측에서, 캐리어 가스와 스프레이 분말의 혼합물은, 분말 피더(30)를 스프레이 건(60)에 연결하는 제2 하류측 덕트(50)에 흘러 들어간다.

스프레이 건(60)은, 길이방향 축(X)을 따라 연장되어 있고, 최종 히터(61)와, 이 최종 히터(61)의 하류측에서 이 최종 히터에 연결되어 있는 초음속 노즐(62)을 포함한다. 작동시에, 스프레이 건(60)은 스프레이 재료의 코팅(S)이 스프레이되는 부품(C)의 표면과 함께 스프레이 인클로저(70) 내에 수용된다. 스프레이되는 표면은 길이방향 축(X)에 수직하게 인클로저(70) 내에 배치된다.

도 3을 참조해 보면, 최종 히터(60)는 외부 하우징(67)과 가열 챔버(66)를 포함하고, 이 가열 챔버는 제1 하류측 덕트(40)에 연결되어 있는 입구 섹션으로부터 초음파 노즐(62)의 바로 상류측에 있는 출구 섹션(64)까지 길이방향 축(X)을 따라 연장되어 있다. 제1 하류측 덕트(40)로부터의 캐리어 가스는, 입구 섹션(63)으로부터 출구 섹션(64)쪽으로 가열 챔버(66)를 통과해 흐른다. 가열 챔버(66)에서, 캐리어 가스는 릴리스 온도(T2)보다 높은 550℃ 내지 800℃의 스프레이 온도(T3)까지 다시 가열된다. 제2 하류측 덕트(50)의 최종 하류 부분은 길이방향 축(X)과 동축 관계이고, 초음파 노즐(62)의 바로 상류측에 있는 최종 섹션(65)까지 가열 챔버(66)를 통과한다. 가열 챔버(66)의 출구 섹션(64)은 제2 하류측 덕트(50)의 최종 섹션(65)을 환형으로 둘러싼다. 이렇게 재가열된 캐리어 가스의 제1 부분과, 분말 및 캐리어 가스의 제2 부분의 혼합물은, 최종 히터(60)를 빠져나갈 때, 즉 가열 챔버(66)와 제2 하류측 덕트(50)의 맨 끝의 하류측 부분을 각각 빠져나갈 때, 혼합되어 스프레이 제트(80)를 형성하고 초음속 노즐(61)에 들어간다.

초음속 노즐(61)에서, 스프레이 제트(80)는 팽창하고 분말 입자는 속도 v에 도달한다. 초음속 노즐(61)을 통해, 스프레이 제트(80)는 코팅(S)을 형성하도록 부품(C)의 표면쪽으로 지향된다. 속도 v의 값은 통상적으로, 캐리어 가스가 질소인 경우에는 300 m/s보다 크며, 캐리어 가스가 헬륨인 경우에는 1000 m/s보다 크다.

성막의 효율은 통상적으로 80%보다 크다.

성막된 코팅(S)에서는, 하기의 기계적 특성이 얻어질 수 있다:

경도(비커스): 400<HV<1000, 기공률: < 2%.

Claims (7)

1. 부품(C)의 표면을 처리하는 고속 스프레이 방법으로서,
   불활성 가스의 제1 부분을 550℃ 내지 800℃의 스프레이 온도(T3)까지 가열하는 가열 단계;
   Co를 15 질량% 내지 70 질량%로 포함하는 조성을 지닌 분말 재료를 준비하는 단계;
   상기 분말 재료와 불활성 가스의 제2 부분의 혼합물을 준비하는 단계;
   스프레이 제트(80)를 형성하기 위해, 상기 불활성 가스의 제1 부분과 상기 혼합물을 스프레이 건(60)에서 혼합하는 단계; 및
   상기 분말 재료의 코팅(S)을 성막하기 위해, 상기 스프레이 제트(80)를 상기 표면쪽으로 지향시키는 단계
   를 포함하는 고속 스프레이 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 가열 단계는, 캐리어 가스의 상기 제1 부분이 상기 스프레이 온도(T3)보다 낮은 400℃ 내지 500℃의 예열 온도(T1)까지 예열되는 예열 단계에 앞서 행해지는 것인 고속 스프레이 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 불활성 가스는 질소 및/또는 헬륨인 것인 고속 스프레이 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프레이 제트의 상류측에서의 상기 캐리어 가스의 압력은 20 bar 내지 50 bar인 것인 고속 스프레이 방법.
5. 부품(C)의 표면용 스프레이 장치로서,
   불활성 가스의 제1 부분을 400℃ 내지 500℃의 예열 온도(T1)까지 예열하는 제1 히터(20);
   상기 불활성 가스의 제1 부분을 550℃ 내지 800℃의 스프레이 온도(T3)까지 가열하는 최종 히터(61)와, 상기 불활성 가스와 Co를 15 질량% 내지 70 질량%로 포함하는 조성을 지닌 분말 재료를 포함하는 스프레이 제트(80)를 형성하는 초음속 노즐(62)을 구비하는 스프레이 건(60);
   상기 분말 재료와 불활성 가스의 제2 부분의 혼합물을 준비하는 분말 피더(30);
   상기 제1 히터(20)를 상기 최종 히터(61)에 연결하는 적어도 하나의 제1 덕트(40); 및
   상기 분말 피더(30)를 상기 초음속 노즐(62)에 연결하는 적어도 하나의 제2 덕트(50)
   를 포함하는 스프레이 장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법에 따라 처리된 표면을 포함하는 부품(C).
7. 제6항에 있어서, 상기 부품은 증기 터빈 블레이드인 것인 부품.

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