등압 프레스는 극심한 열과 균일한 고압을 결합하는 기술인 열간 등압 성형(HIP)을 통해 냉간 용사 Ni–20Cr 샘플을 처리함으로써 후처리를 촉진합니다.
구체적으로, 900°C의 온도와 약 104 N/mm²의 압력을 가함으로써 프레스는 재료의 내부 미세 구조를 붕괴시키고 결합하도록 합니다. 이 공정은 증착층 내부의 미세 기공과 구멍을 적극적으로 닫아 재료를 상당히 치밀화하고 기계적 특성을 향상시킵니다.
핵심 요점 냉간 용사는 본질적으로 기공이 포함된 코팅을 생성합니다. 등압 성형은 이를 치밀화하는 보정 단계입니다. 열과 압력을 동시에 가함으로써 Ni–20Cr의 겉보기 기공률을 약 9.54%에서 2.43%로 줄여 다공성 증착물을 벌크 합금과 유사한 밀도와 연성을 가진 재료로 변환할 수 있습니다.
치밀화 메커니즘
동시 열 및 압력
등압 프레스의 효과는 두 가지 힘을 동시에 가하는 능력에 있습니다. 냉간 용사 공정은 입자 결합을 위해 운동 에너지에 의존하는 반면, HIP를 사용한 후처리는 열 에너지와 기계적 힘을 도입합니다.
온도는 900°C로 상승하여 Ni–20Cr 매트릭스를 연화시킵니다. 동시에 104 N/mm²의 압력이 가해집니다.
균일한 힘 적용
단일 방향에서 힘을 가하는 단축 압축과 달리, 등압 프레스는 가압 매체를 사용하여 모든 방향에서 균일하게 힘을 가합니다.
이 전방향 압력은 복잡한 형상이나 코팅을 처리하는 데 중요합니다. 왜냐하면 기공이 단순히 납작해지거나 왜곡되는 것이 아니라 균일하게 붕괴되도록 보장하기 때문입니다.
재료 특성에 미치는 영향
기공률의 급격한 감소
이 후처리 단계의 주요 목표는 기공 폐쇄입니다. 고압은 재료를 효과적으로 압착하여 내부 기공을 닫도록 합니다.
데이터에 따르면 이 공정은 Ni–20Cr 샘플의 겉보기 기공률을 초기 9.54%에서 단 2.43%로 감소시킵니다.
연성 향상
냉간 용사 재료는 입자의 고속 충돌 중에 발생하는 가공 경화로 인해 종종 취성을 겪습니다.
압착 주기 동안 샘플을 고온에 노출시키면 재료는 연성을 향상시키는 미세 구조 변화를 겪습니다.
개선된 미세 구조 균일성
열과 압력의 조합은 용사된 입자 간의 확산 결합을 촉진합니다.
결과적으로 더 균질한 구조가 형성되어 재료 밀도가 벌크 합금에 가까워지고 as-sprayed 코팅에서 흔히 볼 수 있는 뚜렷한 입자 경계가 제거됩니다.
한계 이해
밀도는 향상되지만 완벽하지는 않음
등압 성형은 재료를 상당히 향상시키지만 100% 이론적 밀도를 달성하지는 않는다는 점에 유의해야 합니다.
이 공정은 기공률을 2.43%로 낮추는데, 이는 엄청난 개선이지만 잔류 미세 기공이 여전히 존재할 수 있습니다.
공정 강도
이것은 수동적인 처리가 아닙니다. 900°C와 극심한 압력을 유지할 수 있는 전문 환경이 필요합니다.
기공률 감소는 부피 변화를 의미합니다. 기공이 닫히면서 구성 요소의 전체 치수가 약간 줄어들 수 있으며, 이는 설계 및 용사 단계에서 고려해야 합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
Ni–20Cr 구성 요소의 성능을 최대화하려면 특정 기계적 요구 사항에 맞게 후처리 전략을 조정하십시오.
- 주요 초점이 구조적 무결성인 경우: 열간 등압 성형(HIP)을 사용하여 기공률을 약 2.4%로 낮추고 코팅의 하중 지지 능력을 최대화하십시오.
- 주요 초점이 연성 및 피로 저항인 경우: 공정의 고온 측면(900°C)에 의존하여 내부 응력을 완화하고 재료가 파손 없이 변형되는 능력을 향상시키십시오.
요약: 등압 성형은 원시의 다공성 냉간 용사 코팅과 조밀하고 고성능인 야금 구성 요소 사이의 중요한 다리 역할을 합니다.
요약 표:
| 특징 | 냉간 용사 (As-Sprayed) | 등압 성형 (HIP) 후 |
|---|---|---|
| 기공률 수준 | ~9.54% | 2.43% |
| 미세 구조 | 다공성 및 가공 경화됨 | 조밀하고 균질함 |
| 연성 | 낮음 (취성) | 높음 (개선됨) |
| 결합 유형 | 운동 충돌 | 확산 결합 |
| 처리 조건 | 상온/저온 | 900°C @ 104 N/mm² |
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참고문헌
- Parminder Singh, Anand Krishnamurthy. Characterization and High-Temperature Oxidation Behavior of Ni–20Cr Deposits Fabricated by Cold Spray-Based Additive Manufacturing. DOI: 10.3390/coatings13050904
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