• Journal of Welding and Joining
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• v.15 no.5
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• pp.1-10
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• 1997

본 논문에서는 플라즈마 용사 코팅 기술에 대해 알아보기 위해서 고온의 열원인 플라즈마의 특성, 플라즈마 용사방법, 코팅 특성 및 응용에 대해 검토하고, 향후 연구방향에 대해 서술한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.161-161
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• 2014

열플라즈마는 주로 아크 방전에 의해 발생시킨 전자, 이온, 중성입자(원자 및 분자)로 구성된 부분 이온화된 기체로, 국소열평형상태를 유지하여 구성입자가 모두 수천에서 수만도에 이르는 같은 온도를 갖는 고속의 제트 화염 형태를 이루고 있다. 이렇게 고온, 고열용량, 고속, 다량의 활성입자를 갖는 열플라즈마의 특성을 이용하여, 종래 기술에서는 얻을 수 없는 다양하고 효율적인 산업적 이용이 활발히 진행되고 있다. 용사코팅은 노즐 출구를 통해서 외부로 방출되는 열 플라즈마 화염을 이용하는 것으로 이 화염의 와류 특성으로 인하여 외기의 가스가 화염내부로 침투하는 특성을 가진다. 이러한 현상은 열원의 냉각효과 외에도 외기를 구성하는 기체 분자의 내부 유입을 의미하는 것으로 대기 상태에서 공정이 이루어진다면 열원 내로 유입되는 대기 내의 산소가 모재 표면과 반응하여 산화가 진행된다. 이러한 산화과정은 용사 코팅의 품질을 저하시키는 요인이 되므로, W, Ti 등과 같은 반응성이 높은 재료의 코팅은 산화과정을 방지하기 위하여 진공에서 코팅을 하여야만 한다. 진공 플라즈마용사코팅은 진공 또는 저압의 불활성 분위기 중에서 열플라즈마 화염에 용사재료를 투입하여 플라즈마 화염 내부에서 순간적으로 이를 용융시킨 후 고속으로 분출, 모재에 적층시키는 코팅공정이다. 이때 분말상의 용사재료를 고속으로 화염 중심에 투입하여 최대 에너지 전달이 이루어지도록 하는 것이 적층효율 및 코팅품질을 향상에 필수적이다. 하지만 플라즈마 화염 내부를 고속으로 이동하는 입자의 온도와 속도 및 궤적을 측정하여 제어하는 것은 매우 어렵기 때문에, 통상 형성된 코팅의 구조와 두께로부터 경험적으로 파라미터를 결정하는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 초고속 레이저 카메라와 이미지 분석용 소프트웨어를 이용하여 플라즈마 화염내의 비행입자 궤적을 추적하고, 이를 통해 분말 이송가스의 유량이 코팅 효율 및 미세구조에 미치는 영향을 조사하였다. 플라즈마 화염은 중심부가 가장 높은 온도와 속도를 가지고 있기 때문에, 분말 이송가스의 유량이 적을 경우 투입된 분말은 단지 플라즈마 화염의 상부 경계면을 지나는 궤적을 갖게된다. 이로 인해 분말의 용융이 충분히 이루어지지 않아 적층 효율이 낮고 미용융 입자 및 기공이 많은 미세구조를 보였다. 이송가스 유량을 증가시키게 되면, 분말의 궤적은 플라즈마 화염의 중심부를 지나게 되어 적층 효율이 증가하고 미세구조 또한 개선되었다. 하지만 이송가스 유량이 지나치게 클 경우, 투입된 분말 입자는 플라즈마 화염을 조기에 관통하게 되어 비행궤적은 온도와 속도가 낮은 영역에 형성되었다.

• Journal of Surface Science and Engineering
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• v.29 no.1
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• pp.15-25
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• 1996

자동차엔진의 피스톤-링에 응용할 목적으로 플라즈마 용사 기술로 피막한 몰리부덴늄 및 코발트 합금 피막 층의 마모성질을 비교 조사하였다. Ball-on-disc 형태의 마모기를 사용하여 상온 및 대기 중에서의 마모 및 마찰거동에 대하여 조사하였다. 용사 층의 미세경도 시험도 행하였으며, 용사층의 결정구조를 알기 위해 용사층을 x-선 회절 방법으로 분석하였다. 주사전자현미경을 사용하여 마모면의 표면 형상을 관찰하였다. 여러 용사조건으로 만든 용사층의 미세경도치와 마모거동과의 상관관계를 이해하려고 시도하였다. 주사전자현미경과 EDX를 사용하여 마모시 화학반응층과 마모기구를 규명하고자 하였다. 모리부덴늄 및 코발트 합금 분말을 각각 플라즈마 용사층의 단면을 관찰하여 마모기구을 비교하였다.

• Journal of the Korea Institute of Building Construction
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• v.23 no.5
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• pp.559-570
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• 2023

The corrosion of structural steel used in the construction industry is increasing due to the industrialization where many aggressive ions released in the atmosphere. Therefore, in the present study Al coating was deposited by arc and plasma arc thermal spray process and compared their effectiveness in simulated weathering condition i.e. Society of Automotive Engineers(SAE) J2334 solution which mostly contain Cl^- and CO₃^2- ions. Different analytical techniques have been used to characterize the coating and draw the corrosion mechanism. The Al coating deposited by plasma arc thermal spray process exhibited uniform, dense and layer by layer deposition resulting higher bond adhesion values. The open circuit potential(OCP) of Al coating deposited this process is exhibited more electropositive values than arc thermal spray process in SAE J2334 solution with immersion periods. The total impedance of plasma arc thermal spray process exhibited higher than arc thermal spray process. The corrosion rate of the plasma arc thermal sprayed Al coating is reduced by 20% compared to arc thermal spray process after 23 days of immersion in SAE J2334 solution.

• Journal of the Korea Institute of Building Construction
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• v.21 no.6
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• pp.539-550
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• 2021

In this study, Zn and Zn-15Al were coated on general carbon steel by plasma arc metal spraying and then immersed in a 3.5wt.% NaCl solution similar to the seawater environment to evaluate the corrosion resistance properties. Through the surface shape analysis test by SEM and XRD, it was found that the Zn coating was porous and needle-shaped, so the penetration of the electrolyte was easy, and thus the corrosion rate was rapid. On the other hand, the Zn-15Al coating had a uniform and dense shape and was shown to suppress corrosion.

• Journal of Welding and Joining
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• v.20 no.4
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• pp.451-458
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• 2002

플라즈마 용사법에 의한 섬유강화 복합 소재를 개발하면서 독특한 미세구조가 발견되었다. 이러한 형상은 코팅의 물리적 특성과 직접적으로 관련이 있다고 사료된다 섬유강화 코팅의 구조를 밝히기 위해 고배율 전자현미경이 사용되었으며 분석을 통해 일반적 용사코팅 의 미세구조가 내부에 투입된 강화 섬유(FIBER 또는 WHISKER)에 의해 변형되며 열적으로 anisotropic한 상태로 되었음을 보여주었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.524-524
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• 2012

Thermal Barrier Coating (TBC)은 미사일, 로켓발사체와 같이 고온에 노출되는 장비를 열로부터 보호하기 위한 코팅이다. 일반적인 Thermal Barrier Coating (TBC)은 모재와 코팅층간의 낮은 접합력과 높은 열충격으로 인한 박리가 많이 나타난다. 그래서 접합력을 높이고, 열충격을 줄이기 위해 모재와 코팅층 사이에 본드코팅층을 만든 Duplex - Thermal Barrier Coating (Duplex-TBC)이 개발되었다. 그러나 Duplex - Thermal Barrier Coating (Duplex-TBC)은 금속재료인 본드코팅층과 세라믹재료인 탑코팅층 사이에서 박리가 많이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 두 가지 분말을 동시에 코팅하여 본드코팅과 탑코팅의 경계가 없는 Functional Gradient Material - Thermal Barrier Coating (FGM-TBC)의 연구가 필요하다. 본 연구에서는 Functional Gradient Material - Thermal Barrier Coating (FGM-TBC)의 열충격 특성에 미치는 진공 플라즈마 용사 조건의 영향을 조사하였다. Functional Gradient Material - Thermal Barrier Coating (FGM-TBC)는 진공 플라즈마 용사장치를 사용하여 Cu-Cr 합금위에 코팅하였다. 거리, Carrier gas flow, 그리고 챔버 내부의 압력을 달리하여 제조하였다. 사용한 분말은 본드코팅용으로 Amdry 962와 내열 세라믹코팅을 위해 204NS를 사용하였고, 각각 분말 공급조건을 조절하여 두 분말의 비율을 달리하였다. 제조한 Functional Gradient Material - Thermal Barrier Coating (FGM-TBC) 코팅은 전기로에서 50분간 가열한 후, 수조에서 10분간 냉각하는 열충격 실험을 통해 열차폐 성능을 평가 하였다. 이러한 과정에서 진공 플라즈마 용사 조건 및 FGM 조성과 비율이 내열충격 특성에 미치는 영향을 미세조직학적 관점에서 고찰하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 1997.10a
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• pp.29-29
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• 1997

화학반응 또는 화학증착분야에 주로 이용해 오던 유도플라즈마를 이용하여 고밀도의 두꺼운 세라믹 침적물을 제조하였다. Yttria Stabilized Zirconia 분말을 이용하여 최적조건에서 두께 약 5mm, 이론밀도 90% 이상의 침적물을 얻었다. 실험변수는 플라즈마 가스조성, 플라즈마동력, 입자의 크기, 용사거리 등으로 하였으며, 각각의 실험조건에서 용사된 spherodized particle을 수집하여 각 실험조건에서 용융된 입자의 상태를 비교하였다. 또, 침적물의 표면을 에칭시켜 각 실험조건에서의 침적상태를 관찰 및 비교하여 각각의 실험변수가 침적물의 밀도에 미치는 영향을 관찰하였다. 실험결과 높은 밀도의 침적물을 만들기 위해서는 분말의 용융상태, 용사챔버 내부압력, 분말분사거리가 중요한 변수임을 알 수 있었다. 실험에서 얻어진 결과는 ANOVA 통계기법으로 분석하여 단일변수의 영향뿐만 아니라 이들 영향이 서로 조합하여 결과에 미치는 조합효과도 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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• 1995.06a
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• pp.72-82
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• 1995

본 연구에서는 고온 내마모 부품에 사용되는 지르코니아계 세라믹을 이용하여 spray drying법으로 알루미나의 첨가량을 변화시킨 지르코니아-알루미나 복합 분말을 사용하여 플라즈마 용사법에 의해 코팅을 얻었다. 얻어진 코팅의 고온에서의 마모, 마찰 특성의 변화를 살펴보고자 하였다. 마모, 마찰실험은 상온~180$^{\circ}$C까지 수행하였으며 마모전과 후의 변화를 XRD, TEM, SEM 등을 이용하여 관찰하였다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 1998.10a
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• pp.253-256
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• 1998