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Composite Coating

Composite Coating. 변 지 영 한국과학기술연구원 금속공정연구센터. Composite Coating: - 제 2 상의 존재로 기계적 성질 및 내마모성 향상 - 제 2 상의 분율 변화 : 물리적 성질 변화 - 열 및 전기전도도 - 열팽창계수 , 등  Application: 내마모 코팅 , 열관리 코팅 , 내열코팅 , 등등 Purpose: - 제 2 상의 분율 제어 가능 ? - 어떤 종류의 composite 이 가능 ?

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Presentation Transcript

  1. Composite Coating 변 지 영 한국과학기술연구원 금속공정연구센터

  2. Composite Coating: • - 제 2상의 존재로 기계적 성질 및 내마모성 향상 • - 제 2상의 분율 변화: 물리적 성질 변화 • - 열 및 전기전도도 • - 열팽창계수, 등 •  Application: 내마모 코팅, 열관리 코팅, 내열코팅, 등등 • Purpose: • - 제 2상의 분율 제어 가능 ? • - 어떤 종류의 composite이 가능? • 코팅방법: 기존의 PVD & CVD • - 전기도금 • - 치환반응을 이용하는 2단 CVD법

  3. 전기도금에 의한 복합체 코팅 • Electrolyte: • - Ni Sulfamate : 200 g/L • - Ni Chloride : 15.5 g/L • - Boric Acid : 2.5 g/L • - Additives : A or/and B • - Sulfuric Acid : 0 ~ 1.0 mol/L • Temperature: 40°C • Particle Loading • - SiC (1.0 mm) : 50 g/L • - Al2O3 (0.4 mm) : 100 g/L • Current Density: 200 mA/cm2 • Stirring Rate : 200 rpm Anode Ni → Ni 2+ + 2e (Nickel oxidation) Cathode Ni 2+ + 2e -→ Ni (Nickel reduction) 2H+ + 2e → H2 (H2 evolution) SiC or Al2O3 co-deposition

  4. 40 5 20 10 20min경과 30min경과 7Hr경과

  5. Ni-SiC Effect of Sulfuric Acid in the Presence of Additives (A) & (B) 100 80 60 40 20 0 Additive ( A ) + ( B ) Vol.% of SiC in the coating 0.0 0.15 0.30 0.50 0.70 Amount of Sulfuric Acid (Mol/L)

  6. Ni-SiC Effect of Sulfuric Acid (Additives (A) & (B)) 0.15 mol/L 0.30 mol/L 0.70 mol/L 0.50 mol/L

  7. Ni-Al2O3 Effect of Sulfuric Acid (Additives (A) & (B)) 0.15 mol/L 0.30 mol/L 1.00 mol/L 0.50 mol/L

  8. Ni-Diamond Composite

  9. Diamond Ni-SiC Composite Piano 선 Summary & Future Work • 전기도금을 이용하여 MMC (Metal Matrix Composite) Coating이 가능함을 확인. •  Ni-based composite electroplating을 위한 전해질 개발 • Ni-Alumina, Ni-SiC, Ni-Si, Ni-Diamond, etc. • 향후 연구: • (1) Additives 효과 구명: composite electro-deposition mechanism 구명 • (2) 타 system에 적용: • - Ni-based composite에서의 제 2상의 변화: 예, CNT, Diamond(nano) • - Cu- & Fe-based composites • - Alloy matrix • (3) Coating층 평가 및 Application탐색 : 기계적 성질 및 내마모 특성 (1) 원자력발전 증기발생기 IN 690 보수 (2) Wire Saw: Ni-SiC-Diamond Composite

  10. TWO-STEP CVD Principle ; in-situ formation of nanocomposite coating by solid-state displacement reaction between metal carbides, nitrides, oxides, etc and silicon or aluminum. 1) Metal silicide-carbide nanocomposite coatings ex) (1)M2C + 5Si 2MSi2 + SiC (where M = Mo, W, Nb, Ta, Ni, Fe, Co, etc.) (2) MC + 3Si MSi2 + SiC 2) Metal silicide-nitride nanocomposite coatings ex) (1) 4M2N + 19Si 8MSi2 + Si3N4 (2) 4MN + 11Si 4MSi2 + Si3N4 3) Metal silicide or aluminide-oxide nanocomposite coatings ex) (1) 2MO + 5Si 2MSi2 + SiO2 (2) 3MO + 5Al 3MAl + Al2O3 제 2상이 기지재의 결정입계에 균일하게 석출됨으로 인해 기지재의 결정입 성장 억제

  11. Equiaxed grain Si3N4 MoSi2 Columnar grain 10 mm 1) Columnar MoSi2 coating formed by conventional reactive process Thermal expansion coefficient MoSi2 ; 8.5 x 10-6/K Mo ; 5.8 x 10-6/K Si3N4 ; 2.9 x 10-6/K MoSi2 Average size Columnar MoSi2 grains ; 2.2 mm Mo substrate 2) Crack-free MoSi2–Si3N4 nanocomposite coating formed by displacement reaction Average size Equiaxed MoSi2 grains ; 90 nm Si3N4 particles ; 60 nm nanocomposite coating Mo substrate

  12. 내식/내열/내산화/내침식 특성이 우수한 다상 나노 구조 복합 코팅층의 설계 및 경제적 신공정 기술 개발 용도 ; 발전소, 우주-항공, 원자력, 고효율 가스터빈, 유리, 석유화학산업, 석탄가스화 및 초고온로 등의 고온소재 표면보호 피복층 Applications 활용처 ; 내식/내열/내산화/내침식 후막 코팅분야

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