일반기술

레이저 클래딩 기술

현재 일상생활에서 접하는 자동차의 부품이나 산업 현장에 쓰이는 기계 부품은 사용 목적에 따라 부품 재료의 모재와 표면의 기계적 특성이 달라야 할 때도 있으며 부품 사용 환경에 맞는 특수한 기계적 특성을 갖도록 가공함으로써 생산비용 절감과 고품질화된 제품을 생산할 수 있다. 그러나 기존의 가공 방법은 표면에 전단력이 작용하는 경우 코팅층이 이탈하고 가공 공정시 넓은 열 영향 범위로 인하여 뒤틀림이 발생하는 단점이 있었다. 레이저 클래딩기술은 필요한 국부적인 부분을 사용 환경에 요구되는 기계적 특성을 가진 재료를 녹여 붙여 표면 개질 함으로써 사용 환경에 적합한 기계적 특성을 지닌 부품을 생산하는 기술이다. 레이저 클래딩 시스템은 금속 분말을 공급해주는 장치와 가공 부품 이송 테이블 및 고출력의 레이저가 필요하며 이종 금속을 용융 접합시키는 것이므로 금속 분말의 특성, 이송 테이블 속도, 분위기 가스의 영향, 모재의 반사 정도 등의 가공 변수에 관한 연구가 필요하다. 레이저 클래딩에 있어서 금속 분말의 공급 비율 및 속도는 클래드의 형상, 기공(porosity), 희석(dilution) 및 코팅 층과의 접합 구조를 결정하는 중요한 가공 변수이므로 금속 분말 자동공급장치는 압축 가스 이송 방식을 적용하여 정밀 제어가 가능하도록 설계 및 제작하였으며 레이저 클래딩 가공실험을 하였다. 본 연구에서 고출력의 2.8kW CO2레이저와 독자적으로 설계 및 제작한 금속 분말 자동공급장치를 이용한 결과 레이저를 이용하여 클래딩을 하였을 때 기존의 방법인 용사법(thermal spray)비하여 공정시간 단축과 표면접합이 우수한 표면 층을 얻게 되었다. 또한 레이저 클래딩 가공 시스템은 금속 분말만 바꾸면 언제든지 다른 특성의 우수한 부품을 얻을 수 있으므로 다품종 소량 생산에 적합하며 응용범위 또한 매우 넓다. 현재 여러 가지 금속 분말을 혼합하여 내열성 및 내마모성이 필요한 자동차 엔진 밸브시트에 본 기술을 적용 연구중에 있다.