오늘날 열분사 코팅은 다양한 산업에서 활용됩니다. 이 코팅은 와이어와 용융 분말이 플라즈마나 산소-연료 연소에 노출되어 구성됩니다. 분사 장치의 화염이 가열된 혼합물에 동력을 제공하며, 금속에 분사되면 혼합물이 견고한 코팅을 유지합니다.
열분사 코팅은 비행기, 건물, 기타 구조물을 극한 온도, 화학 물질, 습도 및 비와 같은 환경 조건으로부터 보호하는 등 광범위한 유용한 응용 분야에 사용됩니다. 이 기사에서는 열분사가 무엇인지, 어떻게 수행하는지, 그 응용 분야와 이점에 대해 논의합니다.
열분사 기술은 용융(또는 가열)된 재료를 표면에 분사하는 코팅 공정입니다. '피드스톡(Feedstock)'(코팅 전구체)은 전기적 수단(플라즈마 또는 아크) 또는 화학적 수단(연소 화염)에 의해 가열됩니다.
열분사는 전기도금, 물리적 및 화학적 기상 증착과 같은 다른 코팅 공정에 비해 넓은 영역에 높은 증착 속도로 두꺼운 코팅(약 20미크론~수 mm 두께 범위, 공정과 피드스톡에 따라 다름)을 제공할 수 있습니다.
열분사용 코팅 재료에는 금속, 합금, 세라믹, 플라스틱, 복합재료가 포함됩니다. 이들은 분말 또는 와이어 형태로 공급되어 용융 또는 반용융 상태가 되고, 미크로미터 크기 입자 형태로 기판을 향해 가속됩니다.
연소 또는 아크 방전이 열분사의 에너지원으로 일반적으로 사용됩니다. 결과 코팅은 수많은 분사 입자의 축적에 의해 형성됩니다. 표면이 크게 가열되지 않을 수 있어 인화성 물질 코팅도 가능합니다.
코팅 품질은 일반적으로 기공률, 산화물 함량, 거시 및 미시 경도, 결합 강도, 표면 거칠기 측정을 통해 평가됩니다. 일반적으로 입자 속도가 증가함에 따라 코팅 품질이 향상됩니다.
신규 장비 응용 분야 외에도 열분사 코팅은 마모 및 손상된 부품 수리, 가공 부품 치수 복원에 사용됩니다. 열분사 코팅은 마모 또는 부식된 인쇄 롤 및 언더사이즈 베어링과 같은 부품의 치수를 복원하는 데 사용됩니다.
열분사는 소모품을 미세하게 분할된 용융 또는 반용융 방울의 분사 형태로 도포하여 코팅을 생성하는 코팅 공정의 일반적인 범주입니다.
이는 금속, 서멧(Cermet), 세라믹, 폴리머 코팅을 일반적으로 엔지니어링 응용 분야에서 0.1~10mm 두께의 실질적인 두께 층으로 증착할 수 있는 능력으로 구별됩니다. 분사 작업 중에 재료가 녹거나 가소화되기만 하면 거의 모든 재료를 증착할 수 있습니다. 기판 표면에서 입자는 '스플랫(Splats)' 또는 '플레이틀릿(Platelets)'을 형성하여 서로 맞물리고 쌓여 코팅을 형성합니다.
증착물은 기판과 융합되지 않으며, 결합을 위해 고체 용액을 형성할 필요도 없습니다. 이는 아크 용접, 브레이징, 레이저 코팅 공정과 같은 많은 다른 코팅 공정과 비교하여 열분사의 중요한 특징입니다.
열분사 코팅과 기판 사이의 결합은 주로 기계적이며, 야금학적 또는 융합 결합이 아닙니다. 기판에 대한 접착력은 기판 표면 상태에 의존하며, 분사 전에 그릿 블라스팅 또는 가공으로 깨끗하고 거칠게 만들어야 합니다.
열분사 공정은 수년 동안 모든 주요 엔지니어링 산업 분야에서 부품 보호 및 재생을 위해 널리 사용되어 왔습니다. 최근 장비 및 공정 개발로 열분사 코팅의 품질이 향상되고 잠재적 응용 범위가 확대되었습니다.
열분사에는 여러 변형이 있습니다.
화염 분사와 와이어 아크 분사 같은 고전적(1910~1920년 개발)지만 여전히 널리 사용되는 공정에서는 입자 속도가 일반적으로 낮습니다(<150 m/s), 증착을 위해 원료가 용융 상태여야 합니다.
1970년대 개발된 플라즈마 분사는 아크 방전으로 생성된 고온 플라즈마 제트를 사용하며 일반적인 온도 >15,000K로 산화물, 몰리브덴 등 내열 소재 분사가 가능합니다.
여기서는 열분사 코팅을 생성하는 가장 일반적인 5가지 공정을 자세히 다룹니다.
HVOF는 노즐 사용 시 화염이 퍼지도록 하는 토치를 사용합니다. 이는 급속 가속을 생성하여 혼합물 입자를 가속시킵니다. 최종 결과는 균일하게 도포된 매우 얇은 코팅입니다. 얇음에도 불구하고 이 코팅은 강하고 잘 부착됩니다. 내식성은 플라즈마 코팅보다 우수하지만 고온에는 적합하지 않습니다.
연소 화염 분사는 극한 응력을 견디도록 설계되지 않은 표면에 훌륭한 옵션입니다. 분사 메커니즘이 낮은 화염 속도로 구동되므로 이 공정으로 생성된 코팅은 표면에 강하게 부착되지 않습니다.
산소와 연료를 결합하여 화염을 생성하고 혼합물을 녹입니다. 연소 화염 분사는 저비용으로 저강도 응용 분야에 인기가 있습니다.
플라즈마 분사는 플라즈마 토치를 가열 및 분사의 주 도구로 사용합니다. 분말 재료가 용융된 후 연소 화염 분사와 유사한 방식으로 제품에 도포됩니다.
플라즈마 분사로 생성된 코팅은 몇 마이크로미터에서 몇 밀리미터 두께까지 가능합니다. 분말이 가장 널리 사용되지만 금속과 세라믹도 사용됩니다. 플라즈마 분사 공정은 적응성 덕분에 매우 인기가 있습니다.
진공 플라즈마 분사는 제어된 환경에서 수행되지만 저온을 사용합니다. 이는 진공을 유지하면서 재료 손상도 줄입니다. 다양한 가스 조합을 사용하여 분사에 필요한 압력을 얻을 수 있습니다.
진공 플라즈마 분사는 자동차 범퍼, 대시보드, 도어 미러 하우징 등에 사용됩니다. 이 공정은 폴리에틸렌 몰딩의 전처리에도 사용되어 수성 에폭시 접착제의 접착력을 제공합니다.
이 분사 방법은 두 개의 전기 전도성 와이어 사이에 생성된 아크 포인트를 이용합니다. 와이어가 연결되는 지점에서 용융이 발생합니다. 아크는 가열을 허용하며, 이는 토치를 사용하는 연소 화염 분사와 유사하게 증착과 용융을 생성합니다.
압축 공기를 사용하여 코팅을 분사합니다. 이 절차는 비용 효율성으로 인해 인기가 있으며, 일반적으로 알루미늄이나 아연을 기본 재료로 사용합니다.
열분사 코팅의 일부 이점은 다음과 같습니다.
제조공정
저항 용접(Resistance Welding)이란? 저항 용접은 접합할 금속 영역에 압력 가하고 전류 일정 시간 통과시켜 금속 접합하는 방법. 핵심 장점: 결합 위해 다른 재료 불필요 → 극도로 비용 효율적 공정. 저항 용접 여러 형태(스팟/심, 프로젝션, 플래시, 업셋 용접) 존재. 주로 압력 가하고 전류 전도하는 용접 전극 종류·형상 차이. 전극은 보통 우수한 전도성 이유로 구리 기반 합금 제조. 전극 내부 공동과 저항 용접기 타 전도 툴링 통해 물 흐르며 냉각. 저항 용접기 자동차, 항공우주, 산업 용도 광범위 설계·제작. 자
마찰 용접(Friction Welding)이란? 마찰 용접은 공작물 간 상대 운동으로 기계적 마찰열을 발생시키고, 업셋(Upset)이라 불리는 측압력을 가해 소재를 소성 변위·융합시키는 고체 상태 용접(Solid-state Welding) 기법입니다. 용융이 없으므로 융합 용접이 아닌, 단조 용접과 유사한 고체 상태 용접에 속합니다. 금속과 열가소체 모두에 적용되며 항공우주, 자동차 등 다양한 분야에서 쓰입니다. 겉보기엔 매끄러워도 미시적으론 수많은 미세 돌기(Asperities)가 있습니다. 두 면이 상대 운동하면 이 돌기들이 상
