Abstract
Surface treatments and their effects on high temperature properties for the Hastelloy X, which is a promising candidate alloy for high temperature heat-transport system, have been evaluated. For TiAlN and $Al_2O_3$ overlay coatings, the two different PVD (physical vapor deposition) methods using an arc discharge and a sputtering, were applied, respectively. In addition, a different surface treatment method of the diffusion coating by a pack cementation of Al (aluminiding) was also adopted in this study. To achieve enhanced thermal oxidation resistance at $1000^{\circ}C$ by suppressing the inhomogeneous formation of thick $Cr_2O_3$ crust at the surface region, a study for the surface modification methods on the morphological and structural properties of Hastelloy X substrates has been conducted. The structural and compositional properties of each sample were characterized before and after heat-treatment at $1000^{\circ}C$ under air and He environment. The results showed that the Al diffusion coating showed the more enhanced high temperature properties than the overlay coatings such as the suppressed thick $Cr_2O_3$ crust formation and lower wear loss.
고온 열수송용 재료로 이용되는 Hastelloy X의 표면처리에 따른 고온물성 개선에 대한 연구를 수행하였다. Hastelloy X 기판 상에 각각 PVD법인 Arc discharge 및 Sputtering을 이용하여 TiAlN 및 $Al_2O_3$ 박막을 표면 코팅(overlay coating) 하였고, 분위기 분말을 이용하여 Al을 금속표면을 통해 확산시키는 방법인 Pack cementation법을 이용한 Al 확산코팅(diffusion coating: aluminiding)법을 이용한 표면처리를 수행하였다. 이들 표면처리가 Ni-Cr계 합금의 고온열처리에서 생성되는 두꺼운 불균질 산화물($Cr_2O_3$)형성 억제에 미치는 효과와 조성 및 표면미세구조가 물성에 미치는 영향에 대해 알아보기 위해, 표면처리 된 Hastelloy X 샘플들을 공기 및 헬륨가스 분위기에서 $1000^{\circ}C$로 열처리 하였으며, 열처리된 전후 시편들에 대해 상형성, 미세구조 및 고온 물성 변화를 측정하였다. 이러한 실험결과를 통하여 표면코팅법에 의한 TiAlN 및 $Al_2O_3$ 박막에 비해 Al 확산코팅한 경우 두꺼운 불균질 산화물($Cr_2O_3$)형성이 억제되어 보다 균질한 미세구조와 높은 내마모성 등 높은 고온 안정성을 보여주는 것을 확인할 수 있었다.
