High-Velocity Oxygen Fuel 공정으로 제조된 Fe계 반비정질 합금의 미세조직 및 마모 특성

초록

반비정질 합금은 외력(Load 또는 heat cycle)에 의해 결정질에서 비정질로의 상변태가 발생할 수 있는 합금이다. 이 합금은 용사 코팅 공정으로 제조하는 경우, 합금의 화학 조성과 공정의 빠른 냉각속도로 인해 비정질화가 가능해 벌크 비정질의 제조 한계를 극복할 수 있다. 본 연구에서는 high-velocity oxygen fuel 공정을 이용해 Fe 계 반비정질 합금 코팅 소재를 제조하였다. 코팅 소재는 성공적으로 제조되었으며 그 두께는 약 260 μm였다. 제조된 코팅 소재의 초기 미세조직은 비정질, 결정질 및 boride 석출물로 구성되어 있었다. Un-melted 영역에서는 대부분 결정질 상이 관찰되었으며 splat 영역에서는 비정질 상이 관찰되었다. boride 석출물은 비정질 및 결정질 기지에 균일하게 분포하였으며 그 평균 크기는 약 320 nm로 측정되었다. 반비정질 코팅 소재의 평균 경도는 870 HV였다. Pin-on-disk 마모 테스트는 상온 및 대기 분위기에서 수행되었다. 마모 특성을 비교하기 위해 WC-12Co, WC-4Cr-10Co, Cr 도금재 및 steel substrate를 사용했다. Relative wear rate [mm3/Nm] (steel : 1)는 반비정질: 0.048, WC-12Co: 0.057, WC-4Cr-10Co: 0.043, Cr: 0.574로 얻어졌다. 반비정질 합금은 대표적인 내마모재인 WC-12Co, WC-4Cr-10Co에 비해 우수한 내마모 특성을 보였으며 장시간 시험 중에도 coefficient of friction이 안정적으로 유지되어 실제 산업에의 적용 가능성을 보였다. 상기의 결과를 기반으로 반비정질 소재의 미세조직과 마모 특성 간의 상관관계를 규명하고자 하였다.