Cold Spray법으로 제조된 Al-Ti, Al-Ni 코팅막의 합금화

Abstract

본 연구에서는 Cold-Spray 방법으로 Ni,Ti 과 Al 과의 혼합분말코팅과 Al-Ti-Al, Al-Ni-Al 의 층간 코팅후 열처리하여 Al과 Ni,Ti 간의 반응을 관찰하고 반응 후 코팅막의 성질을 분석하였다. 공정변수로는 Al-Ni,Ti 의 조성과 열처리온도, 열처리분위기(Air,N2)를 변화시켜주었다. 원료로서 Al, Ti, Ni 은 각각 77, 43, 3㎛인 분말을 사용하였다. Ni,Ti 과 Al 과의 혼합분말코팅과 Al-Ti-Al, Al-Ni-Al 의 층간코팅모두 Cold-Spray 법으로 성공적으로 코팅이 되었으며 이 코팅된 막을 Air,N2 분위기에서 450oC～630oC 의 온도에서 열처리하여 Al-Ti ,Al-Ni 간의 금속간 화합물생성을 확인할 수 있었다. Air 상태에서 열처리한 코팅막은 Al 부분이 산화된 곳들이 관찰되었고 N2 상태에서 열처리한 코팅막은 산화된 부분을 찾아볼 수 없었다. 열처리시 금속간 화합물이 생성되기 시작하는 특정온도가 존재하는데 그 온도는 상태도에서 볼 수 있는 두 물질간의 반응온도보다 낮은 온도에서 반응이 일어난 것을 확인할 수 있었다. 그 이유는 미립자의 충돌로 의해 기판과 코팅막에 excess vacancy 형성으로 인해 상태도상에 큰 액상선 강하가 일어나고 이에 따라 확산 계수 증가가 일어나기 때문으로 사료된다. Ni 의 경우 450oC이상에서 Al3Ni 와 Al3Ni2가 생성되었는데 Ni 의 조성이 높은 Al3Ni2 는 Ni Particle 근처에서 생성되어있었고 Al 의 조성은 상대적으로 높은 Al3Ni 의 경우 Al Particle 근처에서 생성되어 있었다. Ti 의 경우에는 Al3Ti 의 금속간 화합물이 생성되었는데 Ni 에 비하여 상대적으로 높은 온도인 550oC 이상에서만 반응이 관찰되었다. 이런 금속간 화합물의 생성은 코팅막의 기계적 성질의 변화를 가지게 하는데 금속간 화합물이 생성되는 온도 이상에서 열처리한 코팅막은 금속간 화합물의 생성량이 증가함에 따라 경도, 내마모성등이 매우 증가되는 것을 확인할수 있었다. 또한 Al-Ti-Al, Al-Ni-Al 의 층간 코팅을 통해 금속간 화합물 생성과정을 관찰하였는데 서로 다른 금속간에 상호 확산, 반응하면서 온도에 따라 일정한 두께를 가지고 금속간 화합물을 형성하는 것을 확인하였다.