본 연구는 상압 열플라즈마 용사에서 텅스텐카바이드 용사의 비행 중 산화 방지효과를 활용하여 깊이 방향 균일도가 확보된 고순도의 텅스텐 피막을 제조하기 위한 텅스텐 카바이드 용사 조건 해석 기법을 제시하고, 텅스텐 피막 내에 형성되는 산화균일도 저해 원인인 토치 내부 아크 전압의 Helmholtz 진동 영향을 평가한다. 상압 열플라즈마 용사에서 피막 내 산화도를 지배하는 요인은 비행 중 산화작용이나 기존의 외장가스주입기법 등은 산화방지효과에 한계 (~10%)를 가진다. 따라서 기존 연구들과는 달리 재료적 산화방지효과를 도입하여 본질적인 해결을 강구하기 위해 Auto-shroud 라고 알려진 산화방지효과를 지니는 텅스텐카바이드 코팅법을 도입하였다. Auto-shroud 효과란, WC 입자의 비행 중 탈탄 반응이 W 입자의 산화 반응보다 높은 활성도를 가짐으로 인해 W의 산화가 방지되는 현상을 일컫는다. 상압 용사 공정을 통한 실험적인 피막 물성 확보 및 플라즈마와 입자간 에너지 균형식을 포함하는 용사 해석 전산 모사를 진행하였다. 실험적으로 획득된 피막의 깊이 방향의 산화도 분포는 XPS depth 기법을 통해 측정하였다. 실험적으로 획득된 최소 산화도 형성 조건과 전산해석에서 획득된 산화방지효과 극대화 조건은 38.5 kW로 일치하며, 이는 분말의 최대온도를 4000 K 영역으로 형성하는 조건임을 확인하였다. 깊이 방향 산화도 분포가 미세한 진동폭을 지니는 것은 토치 내부 아크전압의 진동에 의한 제트 엔탈피 변화로부터 기인한 것임을 유추하였고, 토치 내부 구조 및 방전 가스, 운전 조건 등에 영향을 받는 Helmholtz 진동수의 제곱에 비례하여 플라즈마 제트의 엔탈피가 증가함을 이론적으로 확인하였다. 상압 열플라즈마 용사 결과 및 전산해석, Helmholtz 진동 영향에 대한 이론적 분석을 통해 균일도가 확보된 저산화 텅스텐 코팅막을 형성함으로써 텅스텐카바이드 용사법의 기존 텅스텐 용사법 대체 가능성 및 정량적인 Auto-shroud 효과를 확인하였다.

2011_KPS_fall_abstract_진영길.pdf

2011_KPS_fall_poster_진영길.pdf