Cold Spray법으로 제조된 pure Cu와 Cu-Sn composite 코팅막의 특성

Abstract

본 연구에서는 cold spray process를 이용하여 pure Cu와 Cu-Sn composite을 Al 기판 위에 코팅하고 코팅효율, 경도 등의 코팅막 특성과 열처리 시 확산 거동을 분석하는 연구가 진행되었다. 코팅에 사용된 Cu powder는 총 3종류로 각각 Cu 1, 2, 3 powder라 명명하였다. Cu 1 powder는 55μm 급 dendritic type, Cu 2 powder는 50μm 급 dendritic type, Cu 3 powder는 12μm 급 spherical type의 powder이며, Sn powder는 65μm 급 irregular type powder 였다. 코팅은 de Laval type nozzle을 사용하여 진행되었으며, carrier gas는 compressed air를 사용하였다. gas 온도와 압력은 450℃～650℃, 2MPa로 결정되었다. IMC 형성을 위한 열처리는 Cu의 산화 방지를 위하여 질소 분위기에서 진행되었으며, 300℃, 4시간의 조건으로 결정되었다. powder의 상태에 따라 코팅막의 특성이 달라지므로 다양한 분석기기를 이용하여 powder에 대한 분석이 진행되었다. pure Cu powder의 코팅막은 powder shape이나 powder pretreatment에 따라 코팅 효율, 경도 등의 코팅 특성의 변화를 관찰할 수 있었다. 특히 powder pretreatment 조건에 따라 powder surface oxide 함량과 내부 응력 상태를 제어할 수 있었다. Cu-Sn composite 코팅막은 powder shape에 따라 코팅 mechanism이 달라지며 이에 따른 IMC 형성 거동에 차이를 보인다. feedstock ratio에 따라 matrix type을 제어할 수 있으며, matrix에 따른 확산 거동의 확연한 차이를 관찰할 수 있다.