열분사 기술이란 무엇인가요?

열분사 기술은 국가 표준 GB/T18719-2002 「열분사 용어 및 분류」에서 다음과 같이 정의됩니다. 열분사 기술은 열원을 사용하여 분사 재료를 용융 또는 반용융 상태로 가열한 후, 일정한 속도로 전처리된 모재 표면에 분사·퇴적하여 코팅을 형성하는 방법입니다. 열분사 기술은 일반 재료의 표면에 특수한 작업 표면을 만들어 내식성, 내마모성, 마찰 감소, 내고온성, 내산화성, 단열성, 절연성, 전도성 및 마이크로파 방사 보호 등 다양한 기능을 구현함으로써 재료와 에너지를 절약할 수 있습니다. 이러한 특수한 작업 표면을 코팅이라 하고, 코팅을 만드는 작업 방식을 열분사라고 합니다. 열분사 기술은 표면 공정 기술의 중요한 구성 요소 중 하나로, 표면 공학 기술의 약 3분의 1을 차지합니다.

I.장점

장비가 가볍고 현장에서 시공할 수 있습니다.
공정이 유연하고 작업 절차가 적습니다. 신속하게 수리할 수 있어 가공 시간이 단축됩니다.
적응성이 뛰어나며 일반적으로 작업물의 크기와 작업 장소에 제한을 받지 않습니다.
코팅 두께를 제어할 수 있습니다.
분사 용접을 제외하면 모재의 가열 온도가 낮고 작업물의 변형이 작으며, 결정 구조와 성능 변화도 적습니다.
다양한 모재로 제작된 부품에 적합하며, 거의 모든 고체 재료의 표면에 다양한 보호 코팅과 기능성 코팅을 형성할 수 있습니다.

II.특징

열분사 기술의 원리와 공정을 분석하면 열분사 기술은 다음과 같은 특징을 갖습니다.

열원의 온도 범위가 매우 넓기 때문에 분사할 수 있는 코팅 재료에는 금속, 합금, 세라믹, 서멧, 플라스틱 및 이들로 구성된 복합재 등 거의 모든 고체 공업 재료가 포함됩니다. 따라서 모재 표면에 다양한 기능(예: 내마모성, 내식성, 내고온성, 내산화성, 절연성, 단열성, 생체 적합성, 적외선 흡수 등)을 부여할 수 있습니다.
분사 과정에서 모재 표면의 가열 정도가 작고 제어 가능하므로 금속, 세라믹, 유리, 천, 종이, 플라스틱 등 다양한 재료에 분사할 수 있습니다. 또한 모재의 조직과 성능에 미치는 영향이 거의 없고 작업물의 변형도 작습니다.
장비가 간단하고 조작이 유연합니다. 대형 부품의 넓은 면적에 분사하거나 지정된 영역에 분사할 수 있으며, 공장 내부 또는 실외에서도 시공할 수 있습니다.
분사 작업은 절차가 적고 시공 시간이 짧으며 효율이 높고 경제적입니다. 열분사 적용 요구가 높아지고 적용 분야가 확대됨에 따라, 특히 열분사 장비의 고에너지화·정밀화, 코팅 재료의 다양화, 성능의 점진적인 향상 등 열분사 기술 자체가 발전하면서 열분사 기술은 지난 10년 동안 빠르게 발전했습니다. 적용 분야가 크게 확대되었을 뿐만 아니라, 기술도 초기의 일반 보호 코팅 제조에서 다양한 기능성 코팅 제조로, 단일 작업물의 보수에서 대량 제품 제조로, 단일 코팅 제조에서 제품 고장 분석, 표면 전처리, 코팅 재료 및 장비의 연구개발, 선정, 코팅 시스템 설계와 코팅 후처리를 포함하는 분사 시스템 엔지니어링으로 발전했습니다. 또한 재료 표면 과학 분야에서 매우 활발한 학문 분야가 되었습니다. 현대 산업에서는 주조, 단조, 용접 및 열처리와 같은 독립적인 재료 가공 기술과 점차적으로 융합되었으며, 귀중한 재료와 에너지를 절약하고 제품 품질을 향상시키며 제품 수명을 연장하고 비용을 절감하며 작업 효율을 높이는 중요한 공정이 되었습니다. 현재 국민 경제의 다양한 분야에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다.

III. 기술적 장점

금속 재료의 인성 및 가공 용이성과 세라믹 재료의 내고온성, 내마모성 및 내식성을 유기적으로 결합할 수 있습니다.
코팅 재료와 적절한 분사 공정을 합리적으로 선택하면 다양한 기능을 갖춘 표면 강화 코팅을 얻을 수 있습니다.
모재의 제한을 받지 않습니다. 열분사에 사용되는 모재는 금속, 세라믹, 시멘트, 내화 재료, 석재, 석고와 같은 무기 재료뿐만 아니라 플라스틱, 고무, 목재, 종이 등 유기 재료일 수도 있습니다.
작업물의 크기와 시공 장소에 제한을 받지 않습니다.
코팅 퇴적 속도가 빠르고 두께를 제어할 수 있으며 공정이 간단합니다.
세라믹 코팅은 가공성이 우수하며, 손상된 후에도 코팅을 다시 분사할 수 있습니다.

IV.발전 동향

열분사 기술은 중국에서 널리 보급되고 적용되었습니다. 최근 몇 년간의 발전 동향과 특징은 다음과 같습니다.

⑴대면적 장기 보호 기술의 광범위한 적용

실외 대기에 장기간 노출되는 강철 구조물에 대해 기존 도장 방식 대신 알루미늄, 아연 및 그 합금 코팅을 분사하고 음극 보호를 실시하여 장기간 대기 부식으로부터 보호하는 기술이 최근 몇 년 동안 빠르게 발전했습니다. TV 타워, 교량, 고속도로 시설, 수문, 마이크로파 타워, 고압 송전탑, 지하 케이블 지지대, 항해 부표, 갱도 등 대형 프로젝트에서 알루미늄, 아연 및 그 합금을 분사하여 부식을 방지하고 있습니다. 중국에는 이 작업에 종사하는 전문 분사 공장이 수십 곳 있으며, 매년 분사 면적은 수백만 제곱미터 이상에 이릅니다. 이 기술은 중국에서 널리 보급·적용되었을 뿐만 아니라 대외 원조 프로젝트에서도 성공적으로 보급·적용되었습니다.

⑵대형 장비의 보수·강화 및 수입 부품의 국산화

대형 장비의 보수·강화 및 수입 부품의 국산화와 관련하여 최근 몇 년 동안 1.7m 압연기, 고속 팬 로터, 대형 압출기 플런저, 대형 기어, 전극 압출 성형 노즐, 고출력 자동차 크랭크축 등 많은 성공적인 적용 사례가 있었습니다. 이러한 작업을 시행함으로써 첫째, 생산의 긴급한 요구를 해결하고, 둘째, 많은 외화를 절약할 수 있었습니다.

⑶초음속 화염 분사 기술의 적용 중국의 열분사 기술이 발전하고 향상됨에 따라 분사 코팅에 대한 품질 요구가 점점 높아지고 있습니다. 최근 몇 년 동안 미국 및 기타 국가에서 개발된 고속 가스(HVAF) 방식은 고품질 코팅을 제조하는 새로운 공정입니다. 초음속 화염 분사 방식은 많은 장점을 갖고 있기 때문에 중국은 해외에서 장비를 거의 10대 도입했으며, 이는 다양한 산업 부문에서 중요한 역할을 하고 있습니다.

⑷가스 폭굉 분사 기술의 추가 적용

이 분사 기술은 입자 비행 속도가 800m/s 이상에 달하고 코팅과 모재 사이의 결합 강도가 100MPa 이상이며 기공률이 <1%이기 때문에 일부 분야에서 다른 분사 방식보다 우수합니다. 중국에서는 10개 이상의 기관에 이 장비가 설치되었습니다.

⑸산소 아세틸렌 화염 플라스틱 분말 분사 기술의 빠른 발전

앞서 언급한 바와 같이 최근 몇 년 동안 중국에는 산소 아세틸렌 화염 플라스틱 분말 분사 장비 제조업체가 많이 생겼습니다. 이 공정 기술은 화학 저장 탱크, 배관, 세라믹 산업의 슬러리 기계 프레임, 인쇄·염색 산업의 포 안내 롤러, 석탄 산업의 벨트 컨베이어 주철 지지 휠, 석유 산업의 주입 장비 및 표면 장식에 성공적으로 적용되었습니다. 이는 정전 분사의 단점을 보완하고 플라스틱 코팅 적용을 위한 새로운 길을 열었습니다.

⑹화학 방식 부식 방지 공학에서의 열분사 기술 적용

부식은 주변 매질의 화학적 또는 전기화학적 작용으로 인해 기계 부품이 고장 나는 주요 원인 중 하나입니다. 부식은 많은 금속 재료를 손실시킬 뿐만 아니라 생산 중단으로 인한 손실도 발생시키며, 그 규모를 추정하기가 더욱 어렵기 때문에 사람들은 화학적 부식 방지 작업에 각별한 관심을 기울이고 있습니다. 열분사 코팅은 부식성 매질, 특히 강한 부식성 매질에 사용됩니다. 과거에 큰 발전을 이루지 못했던 주된 이유는 밀봉제가 해결되지 않았기 때문입니다. 잘 알려진 바와 같이 분사 코팅에는 기공이 있습니다. 기공을 밀봉하지 않으면 각종 산, 알칼리 및 유기 매질이 기공으로 침투하여 코팅이 벗겨지고 부식 방지 효과가 저하됩니다. 중국은 최근 부식 방지 공학의 요구에 따라 산, 알칼리, 염 및 유기물의 부식 환경에 적합하고 사용 온도가 80~350℃인 폴리에스터계, 유기 고분자계, 수지계, 플라스틱계, 접착제계 등 수십 종류의 밀봉제를 성공적으로 개발했습니다. 세라믹 코팅, 산화물 코팅 또는 금속·합금 코팅에 대해 매질에 따라 적절한 밀봉제를 선택하면 여러 화학적 부식 매질에서 우수한 효과를 얻을 수 있습니다. 이 밀봉제 시리즈는 특허를 취득했으며 국가 발명상을 수상했습니다. 이러한 밀봉제의 성공적인 연구로 열분사 기술을 화학적 부식 방지 공학에 적용하는 데 새로운 진전이 이루어졌습니다.

⑺레이저 재용융 기술의 적용 시작

고주파 유도 재용융과 진공 유도 재용융은 일정한 범위에서만 적용됩니다. 레이저 재용융 기술은 지난 몇 년 동안 소규모 영역에서 시험되었으나 널리 사용되지는 않았습니다. 최근 칭화대학교는 밸브 생산에 레이저 재용융 기술을 사용했으며, 상하이 제2방직기계공장은 방직 기계에 레이저 재용융 기술을 적용했습니다.

⑻건축 장식 및 의료·보건 분야에도 적용

열분사 기술은 건축 장식 및 의료·보건 분야에도 적용되었습니다. 최근 몇 년 동안 쓰촨, 상하이, 선양, 윈난 등지에서는 열분사 기술을 사용하여 각종 조각상, 장식품, 대형 벽면 등을 분사했으며, 좋은 결과를 얻었습니다. 예를 들어 선양 국제쇼핑몰의 대형 벽화인 ‘꼬리를 펼친 공작’에는 열분사 기술이 사용되었습니다. 열분사 기술이 발전하고 향상됨에 따라 이 기술은 다른 분야에도 진출했습니다. 예를 들어 생물학 분야에서는 열분사 방식을 사용하여 인공 뼈를 제조합니다. 중국에서는 200건 이상의 임상 사례에 사용되었으며 효과가 매우 좋았습니다. 또한 열분사 방식으로 제작한 인공 치아도 초기 단계에서 적용되고 있습니다.

VI.열분사의 분류 방법

새로운 실용 공학 기술인 열분사에는 표준화된 분류 방법이 없습니다. 일반적으로 열원의 종류, 분사 재료의 형태 및 코팅의 기능에 따라 분류합니다. 예를 들어 코팅의 기능에 따라 내식성 코팅, 내마모성 코팅, 단열 코팅 및 기타 코팅으로 나눌 수 있습니다. 가열 및 결합 방식에 따라 분사와 분사 용융으로 나눌 수 있습니다. 전자는 모재가 용융되지 않고 코팅과 모재가 기계적으로 결합하는 방식이며, 후자는 코팅을 다시 가열하여 재용융하고 코팅과 모재가 서로 용해·확산되어 야금학적 결합을 형성하는 방식입니다.