• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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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.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2006년도 춘계학술발표회 초록집
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• pp.81-81
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• 2006

• 한국자동차공학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.99-106
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• 2006

High velocity oxygen-fuel thermal spray coating of the WC-Co cermet material is a well-established process for modifying the surface properties of the structural components exposed to the corrosive and wear attacks, and also these coating are well-known method to improve the fatigue strength of material. In this study, HVOF coated SM490B are prepared to evaluation of the effect of coating on tension and fatigue crack growth behavior. The pre-crack of the fatigue crack growth test specimens machined at deposited material area, heat affected zone and boundary, respectively. Through these test, the following results are obtained: 1) Tensile strength was about 498 MPa, and fracture occurred on base metal area. 2) The fatigue crack of coated specimens propagated more rapidly than non-coated specimen in all specimens. 3) In the same coating thickness specimens, the specimens with pre-crack at boundary more rapidly propagated than the specimens with pre-crack at HAZ and deposited material area. These results can be used as basic data in a structural integrity evaluation of rolled SM490B weldments considering HVOF coating.

• 한국공작기계학회논문집
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• 제15권6호
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• pp.32-37
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• 2006

Micron size Co-alloy(T800) powder was coated on Inconel 718 by HVOF thermal spraying for the studies of the improvement of durability of high speed spindle by using Taguchi program for the parameters of spray distance, flow rates of hydrogen and oxygen and powder feed rate. The optimal coating process was determined by the studies of coating properties such as micro-structure, porosity, surface roughness and micro hardness. Friction and wear behaviors of coatings were investigated by sliding wear test at room temperature and $1000^{\circ}F(538^{\circ}C)$. At both room temperature and $538^{\circ}C$ the sliding wear debris and friction coefficients of the coating were drastically reduced compared with the surface of non-coated parent material. This shows that Co-alloy powder coating is highly recommendable for the durability improvement surface coating of high speed air-bearing spindle. At high temperature wear traces and friction coefficients of both coating and non-coating were drastically reduced compared with those of room temperature since the brittle oxides were formed easily on the surface, and the brittle oxide phases were attrited by the reciprocating sliding wear according to the complicated mixed wear mechanisms These oxide particles, partially melts and the melts play role as lubricant and reduce the wear and friction coefficient. This also shows that Co-alloy powder coating is highly recommendable far the durability improvement surface coating on the surface vulnerable to frictional heat such as high speed spindles.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제22권5호
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• pp.20-28
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• 2014

The high velocity oxygen fuel spraying (HVOF) is a kind of surface modification process technology to form the sprayed coating layer after spraying the powder to molten or semi-molten state by the ultra-high speed at the high-temperature heat source and conflicting with a substrate. It is desirable to melt completely the thermal spray powder in order to produce the coating layer with an optimal adhesion, however, because a semi-molten powder in a spray process has the low efficiency and become a factor that degrades the mechanical property by the inducement of pore-forming within the coating layer. To improve the wear resistance, corrosion resistance and heat resistance, in this study, the plungers of high-speed and ultra-high pressure reciprocating hydraulic pumps for oil and water used in ironwork are produced with $420J_2$ and the coating layers of plungers are formed by the powders of WC-Co-Cr and WC-Cr-Ni including the high hardness WC. The surface of these plungers is modified by the super-mirror face grinding machine using variable air pressure developed in this laboratory, and then the characteristics of cross-sectional microstructure, and surface roughness and hardness values between no operation and 100 days-operation are examined and made a comparison. The fine tops and bottoms on surface roughness curve of oil-hydraulic pump plunger sprayed by WC-Cr-Ni are molded more and higher than those of water-hydraulic pump sprayed by WC-Co-Cr because the plunger diameter of oil-hydraulic pump is 0.4 times smaller than that of water-hydraulic pump and the pressure of oil-hydraulic pump exerted on the plunger is operated with the 70 bars higher than that of water-hydraulic pump. As a result, it is found that the values of centerline average surface roughness and maximum height for oil-hydraulic pump plunger are bigger than those of water-hydraulic pump plunger.

• 한국마린엔지니어링학회:학술대회논문집
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• 한국마린엔지니어링학회 2011년도 전기공동학술대회 논문집
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• pp.304-304
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• 2011

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2011년도 춘계학술대회 및 Fine pattern PCB 표면 처리 기술 워크샵
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• pp.80-80
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• 2011

세계 기후 변화와 불안정한 유가 변화에 대응하고 국내산업의 저탄소 녹색성장을 위해 신재생에너지 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 해양에너지 중에서 조류발전은 대규모 댐을 건설할 필요가 없어 비용이 적게 소요되고 특히 날씨 변화나 계절에 관계가 없고, 발전량이 예측 가능하므로 신뢰성 있는 에너지원으로 적용이 가능하다. 조류발전기 블레이드에 폴리머계 복합재료와 스테인리스강이 대부분인데, 이 재료는 특정 회사에서만 제작 가능하며, 충격에 약하고, 균열전파 속도가 빠르며, 대단히 고가이며, 수입에 의존하고 있는 실정이다. 이러한 조류발전에 사용되는 블레이드는 가혹한 부식, 캐비테이션 그리고 침식환경에 노출되어 있어 내구성이 우수한 제품개발이 대단히 중요하며, 조류발전 블레이드를 동합금으로 제작시, 내식성이 뛰어나며 구리의 특성상 해양생물 서식을 방지할 수 있고, 내캐비테이션 특성, 내구성, 가공성 및 유지보수가 용이한 장점이 있다. 이러한 동합금에 WC-27NiCr와 WC-10Co4Cr를 초고속 화염용사(HVOF)를 이용하여 코팅층의 캐비테이션 특성 및 전기화학적 거동을 연구하였다. 본 연구에서는 조류발전용 블레이드의 재료로 사용하려는 동합금에 WC-27NiCr와 WC-10Co4Cr이 용사코팅된 시험편을 사용하였다. 다채널 부식시험기인 WonA-tech WMPG-1000을 이용하여, 자연전위를 측정하였으며, 분극실험은 자체 제작한 홀더를 사용하여 $0.3318cm^2$를 노출 시켜 실험하였다. 기준전극은 은/염화은 전극을, 대극은 백금 전극을 사용하였다. 양분극과 음분극 실험을 통해 개로전위에서의 부식거동을 확인하였고, 정전위 실험도 실시하였다. 실험 종료 후 3D현미경 및 전자주사현미경(SEM)을 사용하여 코팅층 표면의 손상거동을 관찰하였다. 캐비테이션 실험은 ASTM-G32 규정에 의거하여 압전효과를 용한 진동발생 장치(RB 111-CE)를 사용하였다. 수조는 전기화학적 부식의 영향을 고려하여 아크릴로 제작하였고, 시험편은 실험장비에 맞게 파인커팅머신을 이용하여 $20mm{\times}20mm$로 절단하여 사용하였으며 혼과 대향하도록 하여 1mm 간격을 두어 실험하였다. 실험 실시 전, 미소전자저울을 사용하여 무게감소량을 측정하였으며 표면관찰을 통하여 캐비테이션 거동을 관찰하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제24권3호
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• pp.285-293
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• 2016

The high velocity oxygen fuel(HVOF) thermal spray is a kind of surface modification techniques to produce the sprayed coating layer. This process is to form the coating layer after spraying the powder to molten or semi-molten state by the ultra-high speed at the high-temperature heat source and conflicting with a substrate. The efficiency of thermal spraying is dropped, however, because the semi-molten powder in a spray process become a factor that degrades the mechanical property by the formed pore within the coating layer. Therefore, it is necessary to melt completely the thermal spray powder in order to produce the coating layer with an optimal adhesive force. In this study, to improve the wear resistance, corrosion resistance and heat resistance, the plungers of high-speed and ultra-high pressure reciprocating hydraulic pumps used in ironworks are manufactured with STS $420J_2$ and are coated by the powders of WC-Co-Cr and WC-Cr-Ni including the WC of high hardness using a HVOF thermal sprayer developed in this laboratory. These are called by the surface-modified plungers. The surface roughness, hardness, and surface and cross-sectional microstructure of these two surface-modified and conventional ceramic plungers are measured and compared before operation with after operation for 100 days. It is found that the values of centerline average surface roughness and maximum height for conventional ceramic plunger are 9.5 to 10.8 and 5.2 to 5.7 times higher than those of surface-modified ones coated by WC-Co-Cr and WC-Cr-Ni because the fine tops and bottoms on surface roughness curve of conventional ceramic plunger are approximately 100 times higher than those of surface-modified ones. In addition, the pores and scratches in the surface microstructure are considerably formed in the order of conventional ceramic, WC-Cr-Ni and WC-Co-Cr surface-modified plungers. The greater the WC content of high hardness powder is less the change in the plunger surface.

• 한국재료학회지
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• 제29권1호
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• pp.52-58
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• 2019

The microstructure, hardness, and wear behaviors of a High Velocity Oxygen Fuel(HVOF) sprayed WC-CoFe coating are comparatively investigated before and after laser heat treatments of the coating surface. During the spraying, the binder metal is melted and a small portion of WC is decomposed to $W_2C$. A porous coating is formed by evolution of carbon oxide gases formed by the reaction of the free carbon and the sprayed oxygen gas. The laser heat treatment eliminates the porosity and provides a more densified microstructure. After laser heat treatment, the porosity in the coating layer decreases from 1.7 % to 1.2 and the coating thickness decreases from $150{\mu}m$ to $100{\mu}m$. The surface hardness increases from 1440 Hv to 1117 Hv. In the wear test, the friction coefficient of coating decreases from 0.45 to 0.32 and the wear resistance is improved by the laser heat treatment. The improvement is likely due to the formation of oxide tribofilms.

• Corrosion Science and Technology
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• 제12권1호
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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.