Korean Journal of Materials Research (한국재료학회지)

Materials Research Society of Korea (한국재료학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Improvement of Adhesion Strength of High Temperature Plasma Coated Aluminum Substrate with Aluminum-Alumina Powder Mixture

알루미늄 기지에 알루미늄-알루미나 혼합분말을 이용한 고온플라즈마 열분사 코팅층의 밀착강도 향상기구

  • Received : 2015.03.24
  • Accepted : 2015.05.04
  • Published : 2015.05.27
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

High temperature plasma coating technology has been applied to recover damaged aluminum dies from wear by spraying pure aluminum and alumina powder. However, the coated mixed powder layer composed of aluminum and alumina often undergoes a detachment from the substrate, making the coated substrate die unable to maintain its expected life span. In this study, in order to increase the bonding strength between the substrate and the coating layer, a pure aluminum layer was applied as an intermediate bond layer. In order to prepare the specimen with variable bond coating conditions, the bond coat layers with a various gun speed from 10 cm/sec to 30 cm/sec were prepared with coating cycle variations ranging from three to nine cycles. The specimen with a bond coat layer coated with a gun speed of 20 cm/sec and three coating cycles exhibited ~13MPa of adhesion strength, while the specimen without a bond coat layer showed ~6 MPa of adhesion strength. The adhesion strength with a variation of bond coat layer thickness is discussed in terms of coating parameters.

본 연구에서는 손상된 알루미늄 금형의 복원을 위해 고온플라즈마 용사법을 이용하여 금형의 표면에 $Al/Al_2O_3$ 혼합분말을 용사한 후 코팅층과 모재의 증착강도에 대한 평가를 수행하였다. 증착강도의 평가는 분사노즐의 이동속도, 순수한 알루미늄 bond coat 층의 유무에 따라 평가되었으며, bond coat 층을 생성시키지 않았을 때, 코팅층의 두께는 열팽창에 의한 잔류인장응력의 감소를 위해 두껍지 않아야 하지만 일정두께 이상이 되어야 최대의 증착강도를 얻을 수 있음이 나타났다. 또한 순수한 알루미늄 bond coat 층은 내부 결함이 없는 응고된 금속이기 때문에 두께에 따른 증착강도의 영향을 그대로 받아 두께가 두꺼울수록 bond coat 층을 생성시키지 않은 시험편보다 증착강도가 매우 낮게 측정되었다. 반면, 가장 얇게 bond coating 된 시험편 Bc3(3회의 bond coating층과 분사건의 이동속도가 20 cm/sec인 시험편) 는 bond coating을 하지 않은 시험편 중 가장 높은 증착강도를 가지는 시험편 Wbc20(bond coating층이 없고 분사건의 이동속도가 20 cm/sec인 시험편)보다 약 2배 이상증착강도가 향상되었다. 따라서 금형의 복원시에 중간층의 형성이 반드시 필요하며, 이는 코팅층의 잔류 인장응력을 보완시키며 고인성의 순수한 알루미늄과 같은 코팅층과 유사한 층을 코팅하는 것이 필요한 것으로 사료된다.

Keywords

References

  1. Handbook of Thermal Spray Technology, ed. J. R. Davis, ASM international, USA, (2004).
  2. L.-M. Berger, Int. J. Refract. Met. H. Int., 49(3), 350 (2015). https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2014.09.029
  3. D. Chicot, H. Ageorges, M. Voda, G. Louis, M. A. Ben Dhia, C. C. Palacio and S. Kossman, Surf. Coat. Technol., in press (2015).
  4. L. Gu, X. Fan, Y. Zhao, B. Zou, Y. Wang, S. Zhao and X. Cao, Surf. Coat. Technol., 206(21), 4403 (2012). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2012.04.070
  5. A. Kawasaki and R. Watanabe, Compos. Pt. B Eng., 28(1-2), 29 (1997). https://doi.org/10.1016/S1359-8368(96)00017-0
  6. Y. Chakravarthy, S. Bhandari, V. Chaturvedi, A. Pragatheeswaran, A. Nagraj, T. K. Thiyagarajan, P. V. Ananthapadmanaban and A. K. Das, J. Eur. Ceram. Soc., 35, 787 (2015). https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2014.09.012
  7. F. Ghadami, M. HeydarzadehSohi and S. Ghadami, Surf. Coat. Technol., 261, 289 (2015). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.11.016
  8. C. C. Berndt, Ph. D. Thesis, "The adhesion of flame and plasma sprayed coatings", Monash University, 1980.
  9. O. Sarikaya, S. Anik, S. Aslanlar, S. C. Okumus and E. Celik, Mater. and Des., 28, 2443 (2007). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2006.09.007
  10. O. Sarikaya, E. Celik, S. C. Okumus, A. Aslanlar and S. Anik, Surf. Coat. Technol., 200, 2497 (2005). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.08.071
  11. O. Sarikaya, E. Celik, S. C. Okumus, A. Aslanlar and S. Anik, Surf. Coat. Technol., 200, 2497 (2005). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.08.071
  12. E. Fleury, S. M. Lee, W. T. Kim and D. H. Kim, J. Non-Cryst. Solids, 278, 194 (2000). https://doi.org/10.1016/S0022-3093(00)00321-5

Cited by

  1. Effect of Ni Bond Coat on Adhesive Properties of Fe Coating Thermal Sprayed on Al Substrate vol.26, pp.10, 2016, https://doi.org/10.3740/MRSK.2016.26.10.542