CuAl10 레이저 클래딩 특성에 대한 Ni의 영향

CuAl10 레이저 클래딩 특성에 대한 Ni의 영향

레이저 클래딩 CuAl10 구리 합금의 미세구조 및 물성에 대한 니켈 첨가의 영향

해양 공학, 화학 설비 등의 분야에서 구리 합금은 뛰어난 열전도성과 내식성 덕분에 널리 사용되고 있지만, 표면 경도와 내마모성이 부족하여 수명이 제한되는 경우가 많습니다. 레이저 클라딩용 구리 합금의 합금 조성 설계를 통해 표면 개질을 실시하면 성능을 향상시킬 수 있습니다.

최근 연구에 따르면, Ni 원소를 첨가하면 CuAl10 구리 합금의 레이저 클래딩 코팅 성능을 최적화할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이를 통해 해당 합금의 미세구조, 기계적 특성 및 내식성을 현저히 향상시킬 수 있다. 본 논문에서는 Ni 원소 첨가를 통한 최적화 메커니즘을 심층적으로 분석할 것이다.

Ni 첨가 후 CuAl10 코팅의 미세구조 변화

Ni 함량이 다른 클래딩 코팅의 미세구조0% (b) 1.5% (c) 3.0% (d) 4.5%

니켈(Ni)이 첨가되지 않은 CuAl10 클래딩 층에서는 제2상이 수지상 또는 구형 형태로 무작위적으로 분포하여 불균일한 구조를 형성합니다. 1.5%~6.0%의 Ni를 첨가한 후, Ni는 “확산 촉매” 역할을 하여 α-Cu 매트릭스 내 원소들의 고체 용해를 촉진하고 제2상의 침전을 억제합니다. Ni 함량이 4.5%에 도달하면 클래딩 층의 표면에는 입자 결함이 거의 없으며, 연속적이고 매끄러운 미세 구조를 나타냅니다.

Ni 첨가 후 CuAl10 코팅의 미세경도 변화

Ni 함량이 다른 클래딩 코팅의 경도 곡선0#: 0%, 1#: 1.5%, 3#: 4.5%

Ni를 첨가하면 미세경도가 “변동” 상태에서 “균일”한 상태로 변화합니다. Ni가 포함되지 않은 코팅의 경도는 제2상의 불균일한 분포로 인해 국부적인 응력 집중이 발생하여 극심한 변동(157~268 HV)을 보입니다. 니켈(Ni)을 첨가하면 용체 강화 효과가 현저하게 나타나며, 경도 분포의 균일성이 향상된다.

결론

니켈(Ni) 원소의 도입은 용체 강화와 전기화학적 패시베이션이라는 이중 기전을 통해, 레이저 클래딩 CuAl10 코팅의 성능에 질적인 도약을 가져왔다.

향후, CuAl10 레이저 클래딩 코팅에 Ni+Cr+Mo와 같은 여러 원소를 추가하고 공정 매개변수를 최적화함으로써 성능 한계를 한층 더 뛰어넘을 수 있을 것으로 기대된다.

TRUER에서 생산하는 기타 레이저 클래딩용 분말:

구리 기반: CuSn10, CuSn15, CuSn12Ni2, CuAl10, CuAl10Fe1, Cu-1, Cu-2, CuAlNiFe

니켈 기반: C22, C276, 모넬 400, 모넬 K500, 인코넬 600, 인코넬 625, 인코넬 825, 하스텔로이 C, 하스텔로이 B, NiCr 80/20, NiCrAlY, Ni60A, Ni60B, Ni40

코발트 기반: 스텔라이트 1, 스텔라이트 3, 스텔라이트 6, 스텔라이트 12, 스텔라이트 21, 스텔라이트 25, 스텔라이트 31, 트리볼로이 T400, T800, T900

철계: D2, H13, M2, T15, T15M, 18Ni300, M35, M42, S390, M390

텅스텐 기반: WC-12Co, WC-10Ni, WC-65Ni60, WC-10Co-4Cr