H13 강철 세라믹 코팅의 핵심 공정에는 주로 플라즈마 분사(APS), 고속 화염 분사(HVOF), 물리 기상 증착(PVD)이 포함됩니다. 이 세 가지 방법은 각각 장비 원리, 공정 매개변수 및 적용 가능한 시나리오 측면에서 강조점이 있지만 모두 기판 전처리, 스프레이/증착 및 후{3}}처리라는 세 가지 주요 단계가 필요합니다.
I. 일반 전처리 공정(모든 공정 공유)
사용된 코팅 기술에 관계없이 H13 강철 기판은 결합 강도를 보장하기 위해 엄격한 전처리를 거쳐야 합니다.
탈지 및 세척: 아세톤 또는 초음파 세척을 사용하여 표면의 오일을 제거합니다.
샌드블라스팅 및 거칠기 처리: 표면 거칠기(Ra 3.2μm 이상)를 개선하고 기계적 접착력을 향상시키기 위해 Al2O₃ 연마재(60-80 메쉬)로 표면을 샌드블라스팅합니다.
예열 처리: 스프레이 중 열 응력 차이를 줄이기 위해 작업물을 150~200도까지 가열합니다.
II. 세 가지 주요 프로세스에 대한 자세한 설명
1. 플라즈마 분사(APS)
고온-플라스마 아크를 활용하여 세라믹 분말을 녹이고 고속으로 기판 표면에 분사합니다.
프로세스 단계:
1. 플라즈마 아크 생성: Ar/N2/H2 혼합 가스가 전기 아크에 의해 이온화되어 최대 15,000~20,000K 온도의 플라즈마 제트를 형성합니다.
2. 분말 공급 및 용융: Al2O₃, ZrO2 또는 Al2O₃-TiO2 분말을 제트에 공급하고 용융 또는 반{2}}용융 상태로 가열합니다.
3. 고속-증착: 분말이 200~600m/s의 속도로 기판에 충돌하고 빠르게 냉각되어 코팅을 형성합니다.
4. 제어 매개변수: 전류 100-600A, 전압 30-80V, 분말 공급 속도 10-30g/min
5. 특징: 다양한 세라믹 재료를 분사할 수 있습니다. 코팅 두께 100-200 μm, 다공성 약 2-5%.
6. 고-전압 화염 분사(HVOF): 연료(예: 등유 또는 수소)와 고압 산소의 연소를 통해 초음속 화염 흐름을 생성하여 조밀한 코팅 증착을 달성합니다.
2. 고-고전압 화염 분사(HVOF) 공정 단계:
연소 반응: 연료와 O2는 연소실에서 지속적으로 연소되어 2900~3000도의 고온 화염을 생성합니다.-
가스 가속: 가스는 라발 노즐을 통해 팽창하여 1500~2000m/s의 초음속 제트를 형성합니다.
분말 가속 및 증착: 세라믹 분말(예: WC-Co, Cr₃C₂-NiCr)을 가열하여 플라스틱 상태로 만들고 기판에 고속으로 충격을 가하여 높은 접착력 코팅을 형성합니다.-
일반적인 매개변수: 분사 거리 150-300mm, 코팅 접착 강도는 70MPa 이상에 도달할 수 있습니다.
특성: 다공성<1%, high bonding strength, suitable for high wear resistance and fatigue resistance conditions.
3. 물리적 기상 증착(PVD)
진공 환경에서 타겟 물질은 물리적으로 원자화되어 기판 표면에 증착되어 필름을 형성합니다.
프로세스 단계:
진공 청소: 깨끗한 환경을 보장하기 위해 챔버를 10⁻³ Pa 이상으로 대피시킵니다.
이온 세척: Ar 가스를 도입하고 음 바이어스를 적용하여 작업물 표면에 충격을 가하는 아르곤 이온을 생성하여 산화물을 활성화하고 제거합니다.
필름 증착: 아크 증발 또는 마그네트론 스퍼터링을 사용하여 Ti 및 Cr과 같은 금속 타겟을 기화합니다. 이는 N₂와 반응하여 TiN 및 CrN과 같은 하드 코팅을 형성합니다.
증착 제어: 온도 200~500도, 증착 속도 0.1~1μm/h, 필름 두께 일반적으로 2~5μm.
특징: 표면 마감이 높은 조밀한 비다공성 코팅으로 정밀 금형 및 접착 방지 용도에 적합합니다.-
III. 후-처리 및 품질 관리
서냉(Slow Cooling) : 열응력균열을 방지하기 위해 분사 후 천천히 실온으로 식힙니다.
표면 마무리: 치수 정확도를 보장하기 위해 필요에 따라 연삭 또는 연마합니다.
테스트 방법:
미세경도 시험(HV)
접착력 테스트(ASTM C633 표준)
코팅구조의 금속조직학적 분석 및 SEM 관찰
