• Title/Summary/Keyword: WC/C 코팅

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모재/중간층/박막의 H/E ratio 구배에 따른 Cr계 경질 박막의 기계적 특성에 관한 연구

  • Kim, Hoe-Geun;Song, Myeon-Gyu;Lee, Sang-Yul
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2018.06a
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    • pp.135-135
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    • 2018
  • 천이금속 질화물 코팅은 우수한 기계적 특성들로 인해 공구 코팅으로 많이 사용 되어왔다. 그 중에서도 특히 Cr계 경질 코팅은 높은 경도와 낮은 표면조도, 우수한 마찰특성 등 뛰어난 기계적 특성을 나타내므로 공구 코팅으로의 적용 가능성이 크다. 그러나 최근 공구산업의 발전으로 인해 공구가 더욱 가혹한 환경에서 사용됨에 따라, 공구의 수명을 향상시키고 보호하기 위해 코팅의 높은 밀착력이 요구되고 있으며, 모재와 코팅 사이에 중간층을 합성함으로써 공구의 밀착력을 향상시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이전 연구에서 모재/중간층/코팅간의 경도와 탄성계수 비율(H/E ratio)의 구배가 코팅의 밀착력에 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 그러므로, WC 모재와 Cr계 코팅의 중간값의 H/E ratio를 갖는 중간층의 합성을 통해 코팅의 밀착력을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는, 코팅의 밀착력을 향상시키기 위해 다양한 중간층을 증착한 CrZrN, CrAlN 코팅을 비대칭 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하여 합성하였다. 모재로는 디스크 형상의 WC-6wt.%Co 시편을 사용하였고 Cr, Zr, Si, Al single 타겟을 이용하여 Cr, CrN, CrZrN, CrZrSiN 등의 중간층이 증착된 코팅을 합성했다. 코팅의 합금상, 경도 및 탄성계수, 미세조직 및 조성, 표면 조도을 확인하기 위해 X-ray diffractometer (XRD), Fischer scope, field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), atomic force microscopy를 사용하였고, 코팅의 밀착 특성을 분석하기 위해 scratch tester와 optical microscopy (OM)를 이용하였다. 코팅의 내열성을 확인하기 위해 코팅을 furnace에 넣어 공기중에서 500, 600, 700, 800, 900, $1,000^{\circ}C$로 30분 동안 annealing 한 후에 nano-indentation을 사용하여 경도를 측정하였다. CrZrN 및 CrAlN 코팅을 나노 인덴테이션으로 분석한 결과, 모든 코팅의 경도(33.4-35.8 GPa)와 탄성계수(384.1-391.4 GPa)는 중간층의 종류에 상관없이 비슷한 값을 보인 것으로 확인됐다. 그러나, 코팅의 마찰계수는 중간층의 종류에 따라 다른 값을 보였다. CrZrN 코팅의 경우 CrN 합금상 중간층을 갖을 때 가장 낮은 값을 보였으며, CrAlN 코팅의 경우 CrN/CrZrSiN 중간층을 증착하였을때 마찰계수는 0.34로 CrZrN 중간층을 증착하였을 때(0.41)에 비해 낮은 값을 보였다. 또한, 코팅의 마모율 및 마모폭도 비슷한 경향을 보인 것으로 보아, CrN/CrZrSiN 중간층을 합성한 CrAlN 코팅의 내마모성이 상대적으로 우수한 것으로 판단된다. 코팅의 밀착력의 경우도 마찰계수와 비슷한 경향을 보였다. 이것은 중간층의 H/E ratio가 코팅의 내마모성에 미치는 영향에 의한 결과로 사료된다. H/E ratio는 파단시의 최대 탄성 변형율로써, 모재/중간층/코팅의 H/E ratio 구배에 따라 코팅 내의 응력의 완화 정도가 변하게 된다. WC 모재 (H/E=0.040)와 CrAlN 코팅(H/E=0.089) 사이에서 CrN, CrZrSiN 중간층의 H/E ratio는 각각 0.076, 0.083으로 모재/중간층/코팅의 H/E ratio 구배가 점차 증가함을 확인 할 수 있었고, 일정 응력이 지속적으로 가해지면서 진행되는 마모시험중에 CrN과 CrZrSiN 중간층이 WC와 CrAlN 코팅 사이에서 코팅 내부의 응력구배를 완화시키는 역할을 함으로써 CrAlN 코팅의 내마모성이 향상된 것으로 판단된다. 모든 코팅을 열처리 후 경도 분석 결과, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅은 $1,000^{\circ}C$까지 약 28GPa의 높은 경도를 유지한 것으로 확인 되었고, 이는 CrZrSiN 중간층 내에 존재하는 SiNx 비정질상의 우수한 내산화성에 의한 결과로 판단된다.

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A Study on the Erosion-Resistant Cermet Film Coating using the Detonation Spray Method (폭발용사에 의한 내에로젼성 서멧 피막 코팅에 관한 연구)

  • 김현근;남인철;오재환
    • Journal of Welding and Joining
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    • v.19 no.1
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    • pp.95-103
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    • 2001
  • The properties of the detonation sprayed cermet coating are investigated through the mechanical, corrosion and erosion test. The test results are also compared with the properties of the substrate materials, STS 329J1, dual phase stainless steel and the plasma sprayed cermet coatings. The two kinds of carbide cermet power, WC+NiCr, Cr$_3$C$_2$+NiCr were used in this experiment. The experimental results showed that the anti-corrosive and anti-erosive properties of the detonation sprayed cermet coatings are superior to the plasma sprayed cermet coatings. The WC+NiCr cermet coating appears to be more effective than Cr$_3$C$_2$+NiCr cermet coating in abrasive erosion environment, whereas the Cr$_3$C$_2$+NiCr cermet coatings are more effective in cavitation erosion environment.

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Cutting Performance of TiAlN coated WC Insert Tip (TiAlN을 코팅한 WC공구의 절삭성능에 관한 연구)

  • 김형자;최현철;이규용
    • Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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    • 2001.06a
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    • pp.281-286
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    • 2001
  • TiAIN was deposited onto ISO P2O Cutting Insert Tip substrate by FVAS at the substrate temperature of 80$^{\circ}C$. Cutting and wear test have been performed with TiAIN coated and uncoated WC cutting tools, respectively. Uncoated WC cutting tool has been tested under similar cutting condition for comparison. Cutting force and tool wear of coated and uncoated carbide cutting tools were investigated by cutting length. In cutting test, cutting force of the coated insert tip was larger than the uncoated insert tip by tool wear. Configuration and wear of the coated tool were more stable and resistant than the uncoated. In tool life by the tool wear, the coated cutting tool life was rather longer than the uncoated when tested at high speed (V=250 m/min) than low speed (V=200 m/min), Cutting force, tool wear and life were analysised by tool dynamometer amp(3ch) and oscilloscope.

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감귤과피를 이용한 유색미 제조중 동할미 발생에 관한 연구

  • 윤광섭;노홍균;김순동;이명예;이예경
    • Proceedings of the Korean Society of Postharvest Science and Technology of Agricultural Products Conference
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    • 2003.10a
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    • pp.158.2-159
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    • 2003
  • 최근 식생활의 서구화로 쌀 위주의 식생활에 많은 변화를 가져와 쌀 소비량은 해마다 줄어들고 있는 반면 기능성을 가미한 쌀의 소비가 늘고 있음을 감안하여, 우리나라 제주도에서 생산되고 있는 감귤과피의 물 균질액을 쌀에 코팅하여 아름다운 색상과 기능성을 지닌 유색미를 제조코자 하였다. 본 연구에서는 감귤과피에 존재하는 기능성 성분인 carotenoids 및 bioflavonoids가 물에 불용성이어서 균질화 기법을 통하여 유색미 제조에 편리한 물 추출용액을 제조하였으며 이를 이용하여 유색미를 제조할 경우 동할미 발생에 미치는 여러 가지 조건을 검토하였다. 물균질액 내의 감귤과피 농도(CC: 5-8%)와 쌀에 대한 물질액의 비율(WC: 20-80%)에 따른 동활미 발생정도를 조사한 결과 WC의 농도가 높을수록 동할미 발생율이 낮아졌으나 CC의 농도는 큰 영향을 미치지 않았다. WC와 처리온도(30-6$0^{\circ}C$)의 영향은 크지는 않았으나 온도가 높을수록 혼합회수(5-20분)가 적을수록 발생율이 낮았다. WC의 처리농도가 60-80%으로 높을 때는 dipping 시간(5-20분)이 길어질수록 발생율이 높아졌으나 WC의 농도가 20-40%일 때는 낮아졌다. 물균질액의 온도(30-6$0^{\circ}C$)는 높을수록 낮아졌으며, 건조온도(30-6$0^{\circ}C$)는 높을수록 동할미 발생율이 높았다.

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Characteristics of AlTiN coatings deposited by cathodic arc plasma process (음극 아크 플라즈마 공정으로 증착된 AlTiN 코팅막의 특성)

  • Kim, Seong-Hwan;Yang, Ji-Hun;Song, Min-A;Jeong, Jae-Hun;Jeong, Jae-In
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2015.05a
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    • pp.67-67
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    • 2015
  • 음극 아크 플라즈마 공정을 이용하여 증착된 AlTiN 코팅막의 공정 변화에 따른 물리적 특성 변화를 평가하였다. 또한 빗각 증착을 적용하여 제조한 AlTiN 코팅막의 특성을 평가하였다. Al-25at.%Ti 합금타겟을 음극 아크 소스에 장착하여 AlTiN 박막을 코팅하였다. 기판은 stainless steel(SUS304)과 초경(tungsten carbide; WC)을 사용하였다. 음극 아크 소스에 인가되는 전류가 낮을수록 AlTiN 코팅막 표면에 존재하는 거대입자의 밀도가 낮아졌으며, 공정 압력과 기판 전압이 높을수록 AlTiN 코팅막의 표면에 존재하는 거대입자의 밀도가 낮아지는 경향을 보였다. 코팅 공정 중 질소 유량을 변화했지만 AlTiN 코팅막의 특성은 변하지 았았다. AlTiN 코팅막 증착 시 빗각을 적용한 결과, $60^{\circ}$의 빗각을 적용한 다층 코팅막에서 약 33 GPa의 경도를 보였다. AlTiN 코팅막의 내산화성을 평가한 결과, $600^{\circ}C$이상에서 안정된 내산화성을 확인할 수 있었다.

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HVOF spray coating of WC-metal powder for the improvement of friction, wear and corrosion resistance of magnetic bearing shaft material of turbo blower (터보불로워 용 회전체 주축 소재의 마찰, 마모 및 부식 저항 향상을 위한 WC-metal 분말의 초고속화염용사코팅)

  • Joo, Y.K.;Yoon, J.H.;Cho, T.Y.;Chun, H.G.
    • Corrosion Science and Technology
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    • v.12 no.1
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    • pp.7-11
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    • 2013
  • High velocity oxy-fuel (HVOF) spray coating of WC-metal powder (powder) was carried out to improve the resistances of friction, wear and corrosion of magnetic bearing shaft material Inconel718 (In718) of turbo blower. A micron sized WC-metal powder (86.5% WC, 9.5% Co 4% Cr) was coated onto In718 surface using HVOF thermal spraying. During the spraying, the binder metals and alloy such as Co, Cr and Co-Cr alloy were molten and a small portion of WC particles were partially decomposed to $W_2C$ and free carbon at above its decomposition temperature of $1250^{\circ}C$. The free carbon and excessively sprayed oxygen formed carbon oxide gases, resulting a porous coating of porosity of $2.2{\pm}0.3%$. The surface hardness of substrate increased approximately three times from 400 Hv of In718 to $1260{\pm}30Hv$ of the coating The friction coefficients of the coating were approximately $0.33{\pm}0.03$ at $25^{\circ}C$ and $0.26{\pm}0.03$ at $450^{\circ}C$. These values were smaller than those of In718 substrate at both temperatures due to the lubrication from the free carbon and the cobalt oxide debris. The corrosion resistance of the coating was higher than that of In718 both in salt water of 3.5% NaCl and acid of 1 M HCl solutions, on the contrary, it was lower in base solution of 1 M NaOH. According to this study, the HVOF WC-metal powder coating is recommended for the durability improvement of magnetic bearing shaft of turbo blower.

Behaviors of Cavitation Damage in Seawater for HVOF Spray Coated Layer with WC-10Co4Cr on Cu Alloy (WC-10Co4Cr으로 초고속 화염용사 코팅된 Cu 합금의 해수내 캐비테이션 손상 거동)

  • Han, Min-Su;Kim, Min-Sung;Jang, Seok-Ki;Kim, Seong-Jong
    • Journal of the Korean institute of surface engineering
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    • v.45 no.6
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    • pp.264-271
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    • 2012
  • Due to the good corrosion resistance and machinability, copper alloy is commonly employed for shipbuilding, hydroelectric power and tidal power industries. The Cu alloy, however, has poor durability, and the seawater application at fast flow condition becomes vulnerable to cavitation damage leading to economic loss and risking safety. The HVOF(High Velocity Oxygen Fuel) thermal spray coating with WC-10Co4Cr were therefore introduced as a replacement for chromium or ceramic to minimize the cavitation damage and secure durablility under high-velocity and high-pressure fluid flow. Cavitation test was conducted in seawater at $15^{\circ}C$ and $25^{\circ}C$ with an amplitude of $30{\mu}m$ on HVOF WC-10Co4Cr coatings produced by thermal spray. The cavitation at $15^{\circ}C$ and $25^{\circ}C$ exposed the substrate in 12.5 hours and in 10 hours, respectively. Starting from 5 hours of cavitation, the coating layer continued to show damage by higher than 160% over time when the temperature of seawater was elevated from $15^{\circ}C$ to $25^{\circ}C$. Under cavitation environment, although WC-10Co4Cr has good wear resistance and durability, increase in temperature may accelerate the damage rate of the coating layer mainly due to cavitation damage.

Morphological Observation on Tribological Characteristic of Thermal Spray Coated Steel-Bar (용사 코팅된 스틸바의 트라이볼로지적 특성의 형상학적 관찰)

  • Lee, Duk Gyu;Cho, Hee Keun
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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    • v.38 no.5
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    • pp.559-566
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    • 2014
  • Plasma coatings have been conducted to improve the mechanical properties of thermal resistance, wear resistance, corrosion resistance and thermal shock with respect to Great-Bar which is used as a carrier device for ironstone sintering under $700^{\circ}C$. The surface coatings on the upper side of the Great-Bar exposed on extreme environments of high temperature, severe wear, corrosion and thermal shock extended the life time due to the barrier coating layer. $Al_2O_3$, $Cr_2O_3$, WC coatings were applied to Great-Bar and their mechanical and chemical properties are analyzed by several experimental tests such as thermal resistance, wear resistance, corrosion resistance and thermal shock resistance. It shows excellent advantages with respect to wear, thermal shock and corrosion.

The Mechanical Properties of WC-CoFe Coating Sprayed by HVOF (고속화염용사코팅으로 제조된 WC-CoFe 코팅의 기계적 특성에 관한 연구)

  • Joo, Yun-Kon;Cho, Tong-Yul;Ha, Sung-Sik;Lee, Chan-Gyu;Chun, Hui-Gon;Hur, Sung-Gang;Yoon, Jae-Hong
    • Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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    • v.25 no.1
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    • pp.6-13
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    • 2012
  • HVOF thermal spray coating of 80%WC-CoFe powder is one of the most promising candidate for the replacement of the traditional hard chrome plating and hard ceramics coating because of the environmental problem of the very toxic $Cr^{6+}$ known as carcinogen by chrome plating and the brittleness of ceramics coatings. 80%WC-CoFe powder was coated by HVOF thermal spraying for the study of durability improvement of the high speed spindle such as air bearing spindle. The coating procedure was designed by the Taguchi program, including 4 parameters of hydrogen and oxygen flow rates, powder feed rate and spray distance. The surface properties of the 80%WC-CoFe powder coating were investigated roughness, hardness and porosity. The optimal condition for thermal spray has been ensured by the relationship between the spary parameters and the hardness of the coatings. The optimal coating process obtained by Taguchi program is the process of oxygen flow rate 34 FRM, hydrogen flow rate 57 FRM, powder feed rate 35 g/min and spray distance 8 inch. The coating cross-sectional structure was observed scanning electron microscope before chemical etching. Estimation of coating porosity was performed using metallugical image analysis. The Friction and wear behaviors of HVOF WC-CoFe coating prepared by OCP are investigated by reciprocating sliding wear test at $25^{\circ}C$ and $450^{\circ}C$. Friction coefficients (FC) of coating decreases as sliding surface temperature increases from $25^{\circ}C$ to $450^{\circ}C$.

Evaluation of Cavitation Characteristics in Seawater on HVOF Spray Coated Layer with WC-27NiCr Material for Cu Alloy (구리합금에 대한 WC-27NiCr 초고속화염용사 코팅층의 해수내 캐비테이션 특성 평가)

  • Han, Min-Su;Kim, Min-Sung;Jang, Seok-Ki;Kim, Seong-Jong
    • Corrosion Science and Technology
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    • v.11 no.6
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    • pp.263-269
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    • 2012
  • Copper alloys are commonly applied to ship's propellers, pumps and valves which are serviced in seawater due to their good castability and corrosion resistance. In the environment of high flow velocity, however, erosion damage predominates over corrosion damage. In particular, the cavitation in seawater environment accelerates surface damage to copper alloys, resulting in degradation of products and economic losses and also threatening safety. The surface was coated with WC-27NiCr by high velocity oxygen fuel(HVOF) spraying technique to attain durability and cavitation resistance of copper alloys under high velocity/pressure flow. The cavitation test was performed for the WC-27NiCr coating deposited by HVOF in seawater at the amplitude of $30{\mu}m$ with seawater temperature. The cavitation at $15^{\circ}C$ caused exfoliation of the coating layer in 17.5 hours while that of $25^{\circ}C$ caused the exfoliation in 12.5 hours. When the temperature of seawater was elevated to $25^{\circ}C$ from $15^{\circ}C$, more damage was induced by over 160%. Although WC-27NiCr has good durability, corrosion resistance and eletrochemical stability, the cavitation damage rate of the coating layer could remarkably increase at the elevated temperatures under cavitation environments.