저온 분사공정에서 분말 변수와 공정 변수가 복합재료 코팅 특성에 미치는 영향

Abstract

본 연구는 금속/비금속(브론즈/20vol.%다이아몬드)으로 구성된 복합재료와 금속/금속(W/30wt.%Cu)으로 구성된 복합분말을 이용하여 저온 분사 공정에서 분말 및 공정 변수가 복합재료의 조성 변화 및 코팅 특성에 미치는 영향을 연구 하였다. 공정 변수는 브론즈/다이아몬드 복합 분말을 이용하여 분말 송급량, 분사거리 그리고 입자 속도가 다이아몬드 분율과 접합강도에 미치는 영향을 고찰 하였다. 또한 분말 변수는 브론즈/다이아몬드에서 다이아몬드 크기와 Ti-coated 다이아몬드 그리고 복합분말 형태에 다른 코팅 특성 변화에 관한 연구를 수행 하였으며, 입자의 온도 변수 및 입도 분포에 따른 코팅 특성에 미치는 영향에 대한 연구는 텅스텐/구리 복합 분말을 이용하여 수행하였다. 각 변수에 따른 코팅 특성을 개별적으로 평가하기 위해서 다른 변수들은 일정하게 한 후 하나의 변수만을 변화 시키면서 각 각의 변수에 따른 최적의 공정을 찾았다. 본 연구의 결과로 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 복합재료 코팅에서 높은 다이아몬드 분율을 나타내는 최적의 분말 송급량과 분사거리가 존재 한다는 것을 알 수 있었으며, 뿐만 아니라 다이아몬드의 비행 속도가 증가 할수록 다이아몬드 분율과 접합강도가 증가 하는 결과를 얻었다. 초기 다이아몬드 입자 크기가 증가 할수록 코팅의 다이아몬드 분율은 감소하였다. 그리고 다이아몬드 표면에 티타늄 코팅을 한 분말을 사용 하였을 때 다이아몬드 깨짐 현상에 따른 다이아몬드 손실을 감소시킬 수 있었다. 뿐만 아니라 두 입자의 비행 속도 조절을 통하여 균일한 적층을 유도함으로써 코팅의 조성과 복합분말의 조성 차이를 최소화 할 수 있었으며, 입자의 온도 증가는 기공률을 감소시키고 접합강도를 증가 시킨다는 결론을 얻었다. 그러므로 복합재료 코팅에서 우수한 코팅 특성과 복합 분말과 코팅의 조성 차이를 최소화하기 위해서는 최적의 공정 조건에서 입자의 열/운동 에너지가 높아야 한다.; Differences in the deposition efficiency of individual powders in a mixed composite powder during kinetic spray processes can cause differences between the composition of the starting powder and the final coating. The objective of this study was to use two kinds of the composit feedstock as Bronze/20vol.%diamond and W/30wt.%Cu and ascertain an optimal process that minimized composition variation but also improved composite coating properties by process parameters such as feed rate, spray distance and particle velocity and particle parameters such as diamond size, Ti-coated diamond, particle temperature and particle size. The composite feedstock was deposited onto 6061Al substrate. The experimental results showed that the composition, deposition efficiency and bond strength were strongly dependent on process and particle parameters. It was found that spray distance and feed rate significantly affects the diamond fraction in the composite coating as well as the increase particle velocity resulted in a higher deposition efficiency, diamond fraction and bond strength. Also, the diamond breaking was decreased by using Ti-coated diamond. When the size distribution of soft copper was controlled and the powder was preheated, variation in the compositions of the starting powder the final coating was reduced.