Pack Cementation법에 의한 KM 1557 합금의 알루미나이드 코팅층 형성에 관한 연구

A Study on the Formation of Aluminide Coating on KM 1557 Alloy by Pack Cementation Process

Pack cementation법을 이용하여 한국과학기술연구원에서 개발한 세계 최강의 고운 단조용 초내열합금인 KM 1557에 내산화성이 우수한 알루미나이드 코팅층 제조시 코팅처리 변수들이 코팅층의 형성과정에 미치는 영향을 연구하였다. 알루미나이드 코팅처리는 pure 알루미늄 분말을 사용한 high-activity process와 Codep 합금분말을 사용한 low-activity process로 나누어 실시하였다. High-activity process의 경우 활성제의 종류와 첨가량 및 알루미늄의 첨가량에 따라 알루미늄의 증착속도와 알루미나이드 코팅층의 형성속도 및 단면조직은 큰 영향을 받는다. Low-activity process의 경우 알루미늄의 증착속도와 알루미나이드 코팅층의 형성속도 및 단면조직은 활성제의 종류에 전혀 영향을 받지 않으며 단조 활성제의 첨가량에 영향을 받는다. 그러나 활성제의 종류에 따라 코팅층의 표면조직의 결정립 크기가 달라진다. 알루미늄의 활동도에 관계없이 알루미늄의 증착속도는 시간의 평방근에 비례하며, 활성제의 종류에 따라 parabolic rate constants인 $K_p$값이 달라진다. High-activity process의 경우 알루미늄 증착에 필요한 활성화에너지는 활성제의 종류에 따라 달라지나, low-activity process의 경우 활성제의 종류에 관계없이 알루미늄의 증착에 필요한 활성화에너지는 약 12~14 Kcal/mole 정도의 값이 된다.

The effects of coating variables on the formation of aluminide coating layer with good oxidation resistance on the strongest hot-forged superalloy in the world, KM 1557 developed at KIST by pack cementation process were studied. Pack aluminizing were performed by high-activity process with pure aluminium powders and by low-activity process with codep powders. For high-activity process, Al deposition rate, growth rate of coating layer, and cross-sectional microstructures were influenced by the species and additive amounts of activators and the additive amounts of pure aluminium powders. For low-activity process, Al deposition rate, growth rate of coating layer, and the cross-sectional microstructures were not influenced by the species but additive amounts of activators. Surface structures of coating layer were influenced by the species of activators. Regardless of aluminium activity, Al deposition rate was proportional to the square root of time and parabolic rate constants were different with the species of activators. The activation energy for deposition of aluminium was different with the species of activators for high-activity process. Regardless of the species of activators, the activation energy for deposition of aluminium was 12~14 Kcal/mole for low-activity process.