일반기술

개선된 알루미나이징 처리방법 및 장치

본 기술은 철계모재 제품의 표면에 알루미늄(Aluminium)을 확산시켜 내열, 내산화특성을 향상시키기 위한 알루미나이징(Aluminizing) 처리 방법에 관한 것으로, 종래의 팩세멘테이션법, CVD등을 이용한 기상증착법, 슬러리법, 용융침적법 중 슬러리법을 응용, 개선한 기술로서 제2금속분말인 Ti, Mg, Mo등을 혼합하여 혼합비에 따른 알루미늄의 확산피복층의 양과 두께를 조절하는 것에 관한 것임.고온재료는 시스템의 효율을 높이는데 필요한 고온의 가동온도를 가능하게 하나, 가동온도가 증가할수록 필연적으로 재료의 표면손상은 가속화되므로 표면의 내열내식성이 고온재료의 유효수명을 결정하는 중요한 인자로 여겨지고 있으며 수명향상을 위하여 표면처리에 의한 표면물성의 개선에 대한 연구가 활발히 진행되고 있고, 고온내식코팅기술 개발은 가스터빈 엔진 부품의 선진화와 함께 중점적으로 개발되어 왔으며, 그 중 가장 활발히 개발되어 왔던 기술로서는 알루미나이징법이 있음.알루미나이징 기술로서 팩세멘이션법은 내식성이 비교적 우수하면서 제작 단가가 저렴하고 간단한 장비로 인해 80~90% 정도 사용되었으나, 고온에서 처리하기 때문에 제품의 기계적 성질 열위를 가져 올 수 있으며, 제품의 냉각통로의 처리가 용이하지 못하고, 작업성이 떨어지며, 또한 환경문제 등으로 인해 점차 기상증착법, 슬러리법으로 바뀌고 있는 실정임. 슬러리법(Slurry)은 알루미늄(Aluminium) 슬러리를 대기중에서 건조시킨 다음 피복시킬 재료의 확산이 일어나도록 하기 위해 대기중의 불활성분위기나 진공분위기에서 가열하며, 이 때 피복원료는 용융되지 않고 반응하여 기지금속으로 확산되어 알루미나이드가 형성됨. 그리고 또 다른 방법은 피복 원료를 700~760℃로 가열하여 알루미늄을 용융시켜 처리물 표면에 도포시킨 다음, 그것을 920~1200℃로 가열하여 알루미늄을 기지금속 내부로 확산시켜 알루미나이드를 형성시킴. 슬러리법은 팩세멘테이션법과 비교하여 보다 빠른 냉각속도를 얻을 수 있어 바람직한 미세 조직을 얻을 수 있으며, 처리하지 않는 부분의 마스킹이 용이하나, 한쪽이 막힌 구멍 내부의 확산피복이 어려워 일반적으로 팩세멘테이션법에 의한 알루미나이드의 국부적 손상부위를 보수하기 위해 사용되나 일부 블레이드 전체를 확산피복하기 위해 사용되기도 함. 본 기술은 슬러리법 중 전자의 기술을 응용, 개선한 것으로서 슬러리 제조시, Al 분말 이외에 Ti, Mg 및 Mo등의 제2금속 분말을 일정조성비(0:1~1:9의 원자비의 일정조성비)로 혼합한 다음, 아세톤 등의 유기용매와 혼합시켜 철계 모재 제품의 표면에 분사시키거나 또는 상기의 액상 슬러리에 피처리재를 침적시켜 액상의 슬러리를 피처리재의 표면에 부착시킨 다음, 항온건조기내에서 유기용매를 제거, 상자형 전기로와 같은 반응관에 장입한 후, 불활성 기체 분위기나 진공속에서 가열하여 일정시간 반응시켜 제품의 표면에 알루미나이징 처리하는 기술로서 혼합 금속물질의 조성비를 조절함으로써 확산피복층의 알루미늄 농도 및 두께 제어가 가능한 종래의 슬러리법을 응용 개선한 기술임.철중에 고용되지 않는 화합물(Al-Ti, Al-Mg등)을 형성시킴으로써 확산피복층 두께 제어, 표면평활도 증대라는 작업용이성, 제품 외관 품질 확보라는 기술적 이점이 있으나, 종래의 기술에 비해 고가의 Ti, Mg, Mo등의 분말을 사용한 확산피복층 두께 제어 방법은 경제성이 떨어질 것으로 판단됨.