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KR20230132480A - Implanted thermal barrier coating system - Google Patents

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KR20230132480A
KR20230132480A KR1020237025106A KR20237025106A KR20230132480A KR 20230132480 A KR20230132480 A KR 20230132480A KR 1020237025106 A KR1020237025106 A KR 1020237025106A KR 20237025106 A KR20237025106 A KR 20237025106A KR 20230132480 A KR20230132480 A KR 20230132480A
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KR
South Korea
Prior art keywords
tbc
layer
microns
sand core
based polymer
Prior art date
Application number
KR1020237025106A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
아리포비크 하릴
프란티세크 자할카
제임스 윌리엄 거굴리스
Original Assignee
오엘리콘 멧코 아게, 볼렌
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Filing date
Publication date
Application filed by 오엘리콘 멧코 아게, 볼렌 filed Critical 오엘리콘 멧코 아게, 볼렌
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Abstract

성형 부품(molded part)을 형성하는 방법 및 성형 부품이 개시된다. 방법은 샌드 코어(sand core)에 열 장벽 코팅(TBC: thermal barrier coating) 시스템을 적용하는 단계; TBC 코팅된 샌드 코어를 몰드(mold)에 삽입하는 단계; 및 TBC 코팅된 샌드 코어가 삽입된 몰드에 주철(cast iron) 부품을 형성하는 단계를 포함한다.A method of forming a molded part and a molded part are disclosed. The method includes applying a thermal barrier coating (TBC) system to a sand core; Inserting the TBC coated sand core into a mold; and forming a cast iron part in a mold into which the TBC coated sand core is inserted.

Description

이식된 열 장벽 코팅 시스템Implanted thermal barrier coating system

구현예는 성형(molding) 공정에서 샌드 코어(sand core)에 열 장벽 코팅 시스템(thermal barrier coating system)을 적용하는 것에 관한 것이다.An embodiment relates to applying a thermal barrier coating system to a sand core in a molding process.

재생은 예를 들어 디젤 미립자 필터와 같은 필터로부터 축적된 그을음을 제거하기 위해 디젤 엔진 매니폴드(manifold)에서 사용되는 공정이다. 재생은 예를 들어 배기 열에서 수동적으로 또는 필터에 촉매를 첨가하거나 배기 시스템에 능동적으로 열을 첨가하여 수행될 수 있다. 예를 들어 다이 캐스팅(die casting) 및/또는 사출 성형 공정에 의해 생산될 수 있는 이러한 매니폴드는 예를 들어 부품에서 열-기계적 피로, 예를 들어 균열을 초래할 수 있는 약 760℃와 같은 극한 열에 노출될 수 있으며, 이는 가스와 열이 빠져나갈 수 있게 한다. 도 7은 이 균열이 발생할 가능성이 있는 배기 매니폴드(exhaust manifold) 및 터보 매니폴드(turbo manifold)의 중요한 영역을 보여준다. 이러한 균열의 존재는 배기 매니폴드 및/또는 터보 매니폴드가 매니폴드 내부에 열을 유지하는 것을 방지하여 재생 공정이 축적된 그을음을 적절하게 제거하지 못하게 한다.Regeneration is a process used in diesel engine manifolds to remove accumulated soot from filters, for example diesel particulate filters. Regeneration can be carried out, for example, passively in the exhaust heat or by adding catalyst to the filter or actively adding heat to the exhaust system. These manifolds, which can be produced, for example, by die casting and/or injection molding processes, are subjected to extreme heat, such as about 760°C, which can result in thermo-mechanical fatigue, for example cracking, in the part. exposed, allowing gases and heat to escape. Figure 7 shows critical areas of the exhaust manifold and turbo manifold where these cracks are likely to occur. The presence of these cracks prevents the exhaust manifold and/or turbo manifold from retaining heat within the manifold, preventing the regeneration process from properly removing accumulated soot.

열 장벽 코팅(TBC)은 연소기, 고압 터빈 블레이드, 베인(vane), 슈라우드(shroud) 등과 같은 구성요소에 적용된다. TBC는 고온 가스 경로 구성요소의 작동 온도를 높이기 위해 구성요소에 적용되어 더 높은 에너지 출력과 개선된 엔진 효율을 얻을 수 있다. TBC는 TBC 코팅 구성요소가 더 높은 작동 온도에서 견딜 수 있도록 하는 단열을 제공하여 구성요소 내구성을 높이고 엔진 신뢰성을 개선시킨다. 또한 TBC가 매니폴드에 적용될 때, 하기 이점이 달성되었다:Thermal barrier coatings (TBC) are applied to components such as combustors, high-pressure turbine blades, vanes, shrouds, etc. TBC can be applied to components to increase the operating temperature of hot gas path components, resulting in higher energy output and improved engine efficiency. TBC provides thermal insulation that allows TBC-coated components to withstand higher operating temperatures, increasing component durability and improving engine reliability. Also when TBC is applied to the manifold, the following advantages are achieved:

구현예는 샌드 코어를 사용하여 제품을 성형하는 것에 관한 것이다. 특히, 성형 제품(molded product)은 예를 들어 엔진에서 높은 열을 유지하도록 특수 설계된 부품일 수 있지만 균열 형성을 방지한다.An embodiment relates to forming a product using a sand core. In particular, molded products may be parts specifically designed to maintain high heat, for example in engines, but prevent crack formation.

이식된 열 장벽 코팅(TBC) 시스템은 주조(casting) 또는 성형 공정 전에 샌드 코어에 적용된다. TBC 시스템은 샌드 코어에 적용된 탑 코트(top coat)로서 세라믹층 및 상기 탑 코트 상에 적용된 본드 코트(bond coat)로서 금속층을 포함할 수 있다. 바람직하게는, TBC 시스템은 또한 샌드 코어에 적용된 접착 코트로서 마모성 층(abradable layer)을 포함할 수 있고, 그 후에 탑 코트가 접착층 상에 적용된다.A transplanted thermal barrier coating (TBC) system is applied to the sand core prior to the casting or forming process. The TBC system may include a ceramic layer as a top coat applied to the sand core and a metal layer as a bond coat applied on the top coat. Preferably, the TBC system may also include an abradable layer as an adhesive coat applied to the sand core, after which a top coat is applied on the adhesive layer.

TBC는 열 용사 공정(thermal spraying precess)을 사용하여 샌드 코어에 적용될 수 있다. 바람직하게는, TBC 시스템의 각 구성요소에 대해 동일한 열 용사 공정이 사용된다.TBC can be applied to the sand core using a thermal spraying process. Preferably, the same thermal spray process is used for each component of the TBC system.

구현예는 샌드 코어에 열 장벽 코팅(TBC) 시스템을 적용하는 단계; TBC 코팅된 샌드 코어를 몰드(mold)에 삽입하는 단계; 및 TBC 코팅된 샌드 코어가 삽입된 몰드에 주철(cast iron) 부품을 형성하는 단계를 포함한다.Embodiments include applying a thermal barrier coating (TBC) system to a sand core; Inserting the TBC coated sand core into a mold; and forming a cast iron part in a mold into which the TBC coated sand core is inserted.

구현예에서, TBC 시스템은 세라믹층과 금속층을 포함할 수 있다. 방법은 에어 플라즈마 용사 열 용사 공정(air plasma spary thermal spray process)을 이용하여 샌드 코어에 걸쳐 세라믹층을 적용하는 단계; 및 에어 플라즈마 용사 열 용사 공정을 이용하여 세라믹층 상으로 금속층을 적용하는 단계를 포함한다. 세라믹층은 이트리아(yttria) 안정화 지르코니아를 포함할 수 있고, 금속층은 주철에 대한 본드 코트를 형성하는 저합금 탄소강을 포함할 수 있다. 또한, 세라믹층이 적용되기 전에, 에어 플라즈마 용사 열 용사 공정을 이용하여 샌드 코어를 예열하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In embodiments, the TBC system can include a ceramic layer and a metal layer. The method includes applying a ceramic layer over a sand core using an air plasma spary thermal spray process; and applying a metal layer onto the ceramic layer using an air plasma spray thermal spray process. The ceramic layer may include yttria stabilized zirconia, and the metal layer may include low alloy carbon steel that forms a bond coat to the cast iron. In addition, before the ceramic layer is applied, the step of preheating the sand core using an air plasma spray thermal spray process may be additionally included.

다른 구현예에 따르면, TBC 시스템은 접착층을 추가로 포함할 수 있다. 더욱이, 세라믹층이 적용되기 전에, 방법은 또한 에어 플라즈마 용사 열 용사 공정을 이용하여 샌드 코어 상으로 접착층을 적용하는 단계를 추가로 포함할 수 있고, 상기 세라믹층은 접착층 상에 적용된다. 접착층은 NiC(니켈 흑연) 또는 금속과 중합체의 혼합물, 에컨대 금속 기반 중합체 복합물, 특히 Al 기반 중합체, 바람직하게는 MCrAlY 기반 중합체(여기서 M은 예를 들어 Co, Ni 또는 Co/Ni와 동일함), NiCrAl 기반 중합체, NiAl 기반 중합체, Al-청동 기반 중합체 또는 AlSi 폴리에스테르 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 접착층의 중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌(PFTE)과 같은 열가소성 중합체를 포함한다.According to another embodiment, the TBC system may further include an adhesive layer. Moreover, before the ceramic layer is applied, the method may also further include applying an adhesive layer onto the sand core using an air plasma spray thermal spray process, wherein the ceramic layer is applied on the adhesive layer. The adhesive layer is NiC (nickel graphite) or a mixture of metals and polymers, such as metal-based polymer composites, especially Al-based polymers, preferably MCrAlY-based polymers, where M is for example equal to Co, Ni or Co/Ni. , it may include at least one of NiCrAl-based polymer, NiAl-based polymer, Al-bronze-based polymer, or AlSi polyester. Preferably, the polymer of the adhesive layer includes a thermoplastic polymer such as polytetrafluoroethylene (PFTE).

다른 구현예에 따르면, 샌드 코어는 실리카 샌드, 크로마이트 샌드 또는 지르콘 샌드 중 하나; 벤토나이트; 물; 및 불활성 슬러지를 포함할 수 있다. 샌드 코어는 또한 무연탄(anthracite)을 포함할 수 있다. 추가로, 실리카 샌드, 크로마이트 샌드 또는 지르콘 샌드 중 하나는 감람석(olivine), 십자석(staurolite) 또는 흑연을 추가로 포함할 수 있다.According to another embodiment, the sand core is one of silica sand, chromite sand, or zircon sand; bentonite; water; and inert sludge. The sand core may also contain anthracite. Additionally, either the silica sand, chromite sand or zircon sand may further include olivine, staurolite or graphite.

구현예는 주철 본체; 및 상기 주철 본체의 내부 표면과 일체로 성형된 TBC 시스템을 포함하는 성형 부품에 관한 것이다. 바람직하게는 TBC 시스템은 성형 부품을 형성하는 방법에 따라 적용된다.Embodiments include a cast iron body; and a molded part comprising a TBC system integrally molded with the inner surface of the cast iron body. Preferably the TBC system is applied according to the method of forming the molded part.

또 다른 구현예에 따르면, TBC 시스템은 세라믹층 및 금속층을 포함한다. 세라믹층은 이트리아 안정화 지르코니아를 포함할 수 있고, 금속층은 저합금 탄소강을 포함할 수 있다. TBC 시스템은 접착층을 추가로 포함할 수 있고, 접착층은 NiC(니켈 흑연) 또는 금속과 중합체의 혼합물, 에컨대 금속 기반 중합체 복합물, 바람직하게는 Al 기반 중합체, 더 바람직하게는 MCrAlY 기반 중합체(여기서 M은 예를 들어 Co, Ni 또는 Co/Ni와 동일함), NiCrAl 기반 중합체, NiAl 기반 중합체, Al-청동 기반 중합체 또는 AlSi 폴리에스테르 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to another embodiment, the TBC system includes a ceramic layer and a metal layer. The ceramic layer may include yttria stabilized zirconia, and the metal layer may include low alloy carbon steel. The TBC system may further comprise an adhesive layer, the adhesive layer being NiC (nickel graphite) or a mixture of metal and polymer, such as a metal-based polymer composite, preferably an Al-based polymer, more preferably a MCrAlY-based polymer (where M (e.g. the same as Co, Ni or Co/Ni), a NiCrAl based polymer, a NiAl based polymer, an Al-bronze based polymer or an AlSi polyester.

본 발명의 다른 예시적인 구현예 및 이점은 본 개시내용 및 첨부된 도면을 검토함으로써 확인될 수 있다.Other exemplary embodiments and advantages of the present invention may be identified by reviewing the present disclosure and accompanying drawings.

본 발명은 본 발명의 예시적인 구현예의 비제한적 예를 통해 언급된 복수의 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명에서 추가로 설명되며, 동일한 참조 번호는 도면의 여러 도면 전체에 걸쳐 유사한 부분을 나타내고, 도면에서:
도 1은 예시적인 구현예를 위한 샌드 코어를 예시하며;
도 2a 내지 도 2f는 이식된 TBC 시스템이 샌드 코어에 적용되는 공정을 예시하고;
도 3a 내지 도 3e는 이식된 TBC 시스템이 본드 코트 없이 샌드 코어에 적용되는, 도 2a 내지 도 2f에 도시된 공정에 대한 대안을 예시하며;
도 4a 내지 도 4g는 이식된 TBC 시스템이 샌드 코어에 적용되는 또 다른 공정을 예시하고;
도 5a 내지 도 5f는 이식된 TBC 시스템이 본드 코트 없이 샌드 코어에 적용되는, 도 4a 내지 도 4g에 도시된 공정에 대한 대안을 예시하며;
도 6은 몰드에 이식된 TBC 시스템을 갖는 샌드 코어의 단면을 예시하고;
도 7은 공지된 엔진 매니폴드의 균열에 대한 임계 영역을 예시한다.
The invention is further described in the following detailed description with reference to a plurality of drawings, to which reference is made by way of non-limiting examples of exemplary embodiments of the invention, wherein like reference numerals designate like parts throughout the several views of the drawings. at:
1 illustrates a sand core for an example implementation;
Figures 2A-2F illustrate the process by which an implanted TBC system is applied to a sand core;
Figures 3A-3E illustrate an alternative to the process shown in Figures 2A-2F where the implanted TBC system is applied to the sand core without a bond coat;
Figures 4A-4G illustrate another process in which an implanted TBC system is applied to a sand core;
Figures 5A-5F illustrate an alternative to the process shown in Figures 4A-4G where the implanted TBC system is applied to the sand core without a bond coat;
Figure 6 illustrates a cross-section of a sand core with a TBC system implanted in a mold;
Figure 7 illustrates a known critical area for cracking in an engine manifold.

본 명세서에 도시된 세부사항은 예로서 그리고 본 발명의 구현예의 설명을 위한 논의의 목적을 위한 것이며, 본 발명의 원리 및 개념적 측면의 가장 유용하고 쉽게 이해되는 설명이라고 생각되는 것을 제공하기 위해 제시된다. 이와 관련하여, 본 발명의 기본적인 이해에 필요한 것보다 더 상세하게 본 발명의 구조적 세부 사항을 나타내려는 시도는 하지 않으며, 도면과 함께 기재된 설명은 여러 형태의 본 발명이 실제로 구현될 수 있는 방법을 당업자에게 명백하게 한다.The details shown herein are for purposes of discussion, by way of example and in explanation of embodiments of the invention, and are presented to provide what is believed to be the most useful and easily understood explanation of the principles and conceptual aspects of the invention. . In this regard, no attempt is made to present the structural details of the invention in more detail than is necessary for a basic understanding of the invention, and the description, taken together with the drawings, will provide those skilled in the art with the understanding of how the invention in its various forms may be practically implemented. Make it clear to

코어는 다이 캐스팅 및/또는 사출 성형 공정에서 구성요소, 특히 복잡한 형상을 가진 구성요소의 내부 표면을 생성하는 데 사용된다. 도 1은 엔진 매니폴드에 대한 예시적인 코어(10)를 도시하지만, 코어는 예를 들어 자동차, 스포츠 유틸리티 차량, 경량 및 대형 트럭, 농기구, 해양 차량, 상업용 및 비상업용 차량 등을 위한 터보차저(turbocharger) 부품 및 구성요소와 같은 가솔린 또는 디젤 엔진용 구성요소를 형성하는 임의의 수의 주조 및/또는 성형 공정에 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예시적인 구현예에서, 코어(10)는 샌드 조성물로 제조되며, 상기 샌드 조성물은 75 내지 85 중량%의 실리카 샌드(SiO2), 크로마이트 샌드(FeCr2O4) 또는 지르콘 샌드(ZrSiO4); 5 내지 11 중량%의 벤토나이트(점토); 2 내지 4 중량%의 물; 및 3 내지 5 중량%의 비활성 슬러지 3 내지 5%의 혼합물이다. 구현예에서, 실리카 샌드, 크로마이트 샌드 또는 지르콘 샌드는 감람석, 십자석 또는 흑연의 비율을 포함할 수 있으며 그리고/또는 조성물은 최대 1 중량%(>0 내지 1 중량%)의 무연탄을 포함할 수 있다.Cores are used in die casting and/or injection molding processes to create the internal surfaces of components, especially those with complex geometries. 1 shows an exemplary core 10 for an engine manifold, the core may be used as a turbocharger for, for example, automobiles, sport utility vehicles, light and heavy trucks, farm equipment, marine vehicles, commercial and non-commercial vehicles, etc. It should be understood that any number of casting and/or molding processes can be used to form components for gasoline or diesel engines, such as turbocharger parts and components. In an exemplary embodiment, the core 10 is made of a sand composition comprising 75 to 85 weight percent silica sand (SiO2), chromite sand (FeCr2O4), or zircon sand (ZrSiO4); 5 to 11% by weight bentonite (clay); 2 to 4% water by weight; and 3 to 5% by weight of inert sludge. In embodiments, the silica sand, chromite sand or zircon sand may comprise a proportion of olivine, pyrophyllite or graphite and/or the composition may comprise up to 1% by weight (>0 to 1% by weight) anthracite. .

예를 들어 엔진에 사용되는 부품과 같은 주조 및/또는 성형 부품은 예를 들어 부품에 균열과 같은 열-기계적 피로를 초래할 수 있는 약 760℃와 같은 극한 열에 노출될 수 있으며, 이는 가스와 열이 빠져 나갈 수 있게 한다. 또한, 매니폴드와 같이 열을 유지하거나 보유하도록 설계된 구성요소에서, 구성요소 하우징 또는 벽을 통한 열 전달이 가능한 한 최대한 방지되도록 구성요소가 형성되는 것이 바람직한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 구현예는 주조 및/또는 성형 부품의 내부 표면에 열 장벽 코팅(TBC) 시스템을 형성하는 것에 관한 것이다. TBC 시스템은 분말 제품을 증착시켜 적어도 세라믹층 및 금속층을 형성하기 위한 열 용사, 예를 들어 플라즈마 용사, 고속 산소 연료(HVOF) 용사 또는 다른 적합한 용사 공정에 의해 형성된 복수의 층 또는 코팅을 포함할 수 있다. 현재 설명된 해결방안에 의해, 주조 및/또는 성형 부품의 내부 표면의 완전하고 균열이 없는 커버리지는 샌드 코어와 조합된 TBC의 용사 공정을 사용하여 달성된다.For example, cast and/or molded parts, such as those used in engines, can be exposed to extreme heat, for example around 760°C, which can cause thermo-mechanical fatigue, such as cracking in the part, as gases and heat Allows you to get out. Additionally, in components designed to retain or retain heat, such as a manifold, it is desirable for the component to be formed to prevent heat transfer through the component housing or walls to the greatest extent possible. To address these issues, embodiments relate to forming a thermal barrier coating (TBC) system on the interior surfaces of cast and/or molded parts. The TBC system may include a plurality of layers or coatings formed by thermal spraying, such as plasma spraying, high velocity oxyfuel (HVOF) spraying, or other suitable spraying processes, to deposit the powder product to form at least a ceramic layer and a metal layer. there is. By the presently described solution, complete and crack-free coverage of the inner surface of the cast and/or molded part is achieved using a thermal spraying process of TBC in combination with a sand core.

도 2a 내지 2f는 주조 및/또는 성형 부품 상에 수송된 TBC를 형성하기 위한 예시적인 공정을 도시한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 성형될 부품의 내부에 도 1에 도시된 코어와 같은 샌드 코어(20)가 형성된다. 도 2b에서, TBC(21)(또는 세라믹층)는 열 용사 공정을 통해 샌드 코어(20)에 적용된다. TBC(21)를 적용하기 전에, 샌드 코어(20), 특히 벤토나이트를 포함하는 샌드 코어를 예열하여 TBC 적용 동안 샌드 내 결합 화학물질 또는 물의 증발을 방지하는 것이 유리할 수 있으며, 이는 불리하게는 불량한 접착, 균열 및 파열을 초래할 수 있다. 비제한적인 예로서, 예를 들어 OERLIKON METCO(US) INC의 SINPLEXPRO-90과 같은 캐스케이드(cascaded) 플라즈마 토치로부터 에어 플라즈마 용사에 의해 분말을 공급하지 않고 플라즈마 토치 또는 플럼(plum)으로 코어(20)의 예열을 달성할 수 있다.2A-2F illustrate exemplary processes for forming TBC transported on cast and/or molded parts. As shown in FIG. 2A, a sand core 20, such as the core shown in FIG. 1, is formed inside the part to be molded. In Figure 2b, TBC 21 (or ceramic layer) is applied to sand core 20 through a thermal spray process. Prior to applying the TBC 21, it may be advantageous to preheat the sand core 20, especially the sand core containing bentonite, to prevent evaporation of bonding chemicals or water within the sand during TBC application, which may unfavorably lead to poor adhesion. , may cause cracks and rupture. As a non-limiting example, the core 20 can be formed by a plasma torch or plume without supplying powder by air plasma spraying, for example from a cascaded plasma torch such as the SINPLEXPRO-90 from OERLIKON METCO (US) INC. preheating can be achieved.

열 장벽 코팅(21)은 열-기계적 피로(균열)로부터 생산될 부품을 보호하고 부품 내부에 열을 유지하는 기능을 한다. 비제한적인 예로서, 생산되는 부품이 엔진 매니폴드인 경우, 적용되는 TBC(21)는 연료 소비 감소를 위한 열 관리 효율을 증가시킨다. 바람직하게는, TBC(21)는 예를 들어 도 2e를 참조하여 아래에서 논의되는 바와 같이 주조 공정 동안 액체 금속의 침투를 방지하기 위해 15% 내지 25% 미만의 다공도를 가지며, 이는 고체화 후 주조 부품 내부에서 증착물의 의도치 않은 생성을 초래할 수 있다(스캐빙 효과(scabbing effect)). 대안적으로, TBC(21)는 샌드 코어(20)에 적용된 다공성 TBC 층 및 상기 다공성 TBC 층, 특히 15% 내지 25%의 다공도를 갖는 다공성 TBC 층에 적용된 비다공성(non-porous)(치밀) TBC 층을 갖는 이중층 시스템으로서 적용될 수 있으며, 상기 비다공성 TBC 층은 주조 공정 동안 액체 금속의 침투를 방지하기 위해 1% 내지 15% 미만, 더 바람직하게는 5% 내지 10%의 다공도를 갖는다. 또한, TBC(21)는 주조 공정 동안 액체 금속의 침투를 방지하기 위해 샌드 코어(20)로부터 다공성이 감소하는 구배층(gradient layer)으로 적용될 수 있다. TBC의 다공도를 조정하기 위해 코팅 매개변수는 조정될 수 있으며, 즉, 플라즈마의 전력 및 선택적으로 2차 가스의 흐름, 증착 입자의 속도 및/또는 온도가 그에 따라 제어될 수 있다. 예시적인 구현예에서, TBC(21)는 분말 제품, 예를 들어 OERLIKON METCO(US) INC.에 의한 METCO 204NS 분말과 같은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)를 100 내지 1000 미크론, 바람직하게는 200 내지 800 미크론, 더 바람직하게는 400 내지 500 미크론의 두께를 갖는 샌드 코어(20) 상으로 열 용사함으로써 형성된다.The thermal barrier coating 21 protects the part to be produced from thermo-mechanical fatigue (cracking) and functions to retain heat inside the part. As a non-limiting example, if the part being produced is an engine manifold, the applied TBC 21 increases thermal management efficiency for reduced fuel consumption. Preferably, the TBC 21 has a porosity of 15% to less than 25% to prevent ingress of liquid metal during the casting process, as discussed below, for example with reference to Figure 2E, which allows the cast part to remain after solidification. This may lead to unintended creation of deposits internally (scabbing effect). Alternatively, the TBC 21 may be a porous TBC layer applied to the sand core 20 and a non-porous (dense) layer applied to the porous TBC layer, especially a porous TBC layer having a porosity of 15% to 25%. It can be applied as a double-layer system with a TBC layer, wherein the non-porous TBC layer has a porosity of from 1% to less than 15%, more preferably from 5% to 10%, to prevent penetration of liquid metal during the casting process. Additionally, TBC 21 may be applied as a gradient layer of decreasing porosity from the sand core 20 to prevent infiltration of liquid metal during the casting process. To adjust the porosity of the TBC the coating parameters can be adjusted, i.e. the power of the plasma and optionally the flow of the secondary gas, the speed and/or temperature of the deposited particles can be controlled accordingly. In an exemplary embodiment, the TBC 21 is a powder product, e.g., yttria-stabilized zirconia (YSZ), such as METCO 204NS powder by OERLIKON METCO (US) INC., having a particle size of 100 to 1000 microns, preferably 200 to 800 microns. It is formed by thermal spraying onto a sand core 20 having a thickness of microns, more preferably 400 to 500 microns.

TBC(21)의 적용 후, 도 2c에서와 같이 본드 코트(22) 또는 금속층이 적용된다. 본드 코트(22)는 도 2e의 주조 부품에 대한 TBC(21)의 접착을 보장한다. 구현예에서, 본드 코트(22)는 분말 제품, 예를 들어 OERLIKON METCO (US) INC.로부터의 METCO XPT 512 분말과 같은 FeCrMnC(Fe 1.4-1.6Cr 1.4-1.6Mn 1.0-1.3C) 또는 OERLIKON METCO (US) INC.로부터의 AMDRY 920 분말과 같은 CoCrAlY(Co 29Cr 6Al 2Si 0.3Y)의 열 용사에 의해 TBC 21에 적용된 저합금 탄소강일 수 있고, 최대 100 미크론, 바람직하게는 최대 50 미크론, 더 바람직하게는 약 15 내지 30 미크론으로 적용될 수 있다. 그러나, 주조 공정 동안 액체 금속의 침투를 방지하기 위해 최대 500 미크론, 바람직하게는 약 100 내지 500 미크론, 더 바람직하게는 약 100 내지 350 미크론의 두께를 갖는 더 두꺼운 본드 코트(22)가 적용될 수 있다. 바람직하게는, 본드 코트(22)는 TBC(21)를 적용하는 데 사용되는 것과 동일한 방식, 즉 OERLIKON METCO(US) INC.의 SINPLEXPRO-90과 같은 캐스케이드 플라즈마 토치로부터의 에어 플라즈마 용사로 적용된다.After application of TBC 21, a bond coat 22 or metal layer is applied as shown in Figure 2c. Bond coat 22 ensures adhesion of TBC 21 to the cast part in Figure 2e. In embodiments, the bond coat 22 is a powder product, such as FeCrMnC (Fe 1.4-1.6Cr 1.4-1.6Mn 1.0-1.3C) such as METCO XPT 512 powder from OERLIKON METCO (US) INC. or OERLIKON METCO It can be a low alloy carbon steel applied to TBC 21 by thermal spraying of CoCrAlY (Co 29Cr 6Al 2Si 0.3Y), such as AMDRY 920 powder from (US) INC., up to 100 microns, preferably up to 50 microns, more preferably Typically, it can be applied at about 15 to 30 microns. However, a thicker bond coat 22 having a thickness of up to 500 microns, preferably about 100 to 500 microns, more preferably about 100 to 350 microns, may be applied to prevent penetration of liquid metal during the casting process. . Preferably, the bond coat 22 is applied in the same manner used to apply the TBC 21, i.e., by air plasma spraying from a cascade plasma torch such as a SINPLEXPRO-90 from OERLIKON METCO (US) INC.

그 후에, 코팅된 샌드 코어(20)는 도 2d에 도시된 바와 같이 몰드(24), 예를 들어 샌드 몰드에 삽입되어, 몰드(24) 내에 개구부(23)가 형성되어 주조 재료를 수용한다. 도 2e에서, 주조될 부품에 적합한 주조 재료(25), 예를 들어 페라이트 주철 SiMo51, 오스테나이트 주철 D5S 및 오스테나이트 주조 스테인리스 강 HK30과 같은 회주철이 부품을 주조하기 위해 개구부(23)에 증착된다. 통상적인 방식으로, 이식된 TBC 코팅 주조 부품은 샌드 몰드(24)에서 제거되고 샌드 코어(20)도 마찬가지로 제거된다.The coated sand core 20 is then inserted into a mold 24, for example a sand mold, as shown in Figure 2d, so that an opening 23 is formed in the mold 24 to receive the casting material. In Figure 2e, a casting material 25 suitable for the part to be cast, for example gray cast iron such as ferritic cast iron SiMo51, austenitic cast iron D5S and austenitic cast stainless steel HK30, is deposited in the opening 23 for casting the part. In a conventional manner, the implanted TBC coated cast part is removed from the sand mold 24 and the sand core 20 is likewise removed.

도 2a 내지 도 2f에 도시된 것에 대한 대안적인 구현예에서. 방법은 도 2c 없이, 즉 TBC(21) 후에 본드 코트를 적용하지 않고 수행될 수 있다. 도 3a 내지 도 3e에 예시된 이러한 대안적인 구현예에서, 도 3b에서 TBC(31)의 적용 후, 코팅된 샌드 코어(30)는 도 3c에서 몰드(34)에 삽입되고, 주조 재료(35)는 도 3d에서 몰드(34)의 개구부(33)에 증착된다. 통상적인 방식으로, 이식된 TBC 코팅된 주조 부품은 몰드(34)로부터 제거되고, 샌드 코어(30)는 마찬가지로 도 3e에서 제거된다.In an alternative implementation to the one shown in Figures 2A-2F. The method can be performed without Figure 2c, i.e. without applying a bond coat after TBC 21. In this alternative embodiment illustrated in FIGS. 3A-3E , after application of the TBC 31 in FIG. 3B , the coated sand core 30 is inserted into the mold 34 in FIG. 3C and the casting material 35 is deposited in the opening 33 of the mold 34 in FIG. 3D. In a conventional manner, the implanted TBC coated cast part is removed from the mold 34 and the sand core 30 is also removed in Figure 3E.

주조 및/또는 성형된 부품이 균열로부터 보호되고 생산된 부품이 부품 내에서 열을 유지하도록 보장하기 위해, 부품의 내부 표면을 형성할 샌드 몰드의 모든 부품에 TBC 및 본드 코트층이 적용되어야 하며, 따라서 액체 주철은 샌드 몰드에 직접 접촉하지 않는다. 그러나, 샌드 몰드의 기능 영역, 예를 들어 몰드에 코어를 배치하거나 몰드를 조립하는 영역에서의 용사는 피해야 한다.To protect the cast and/or molded part from cracking and to ensure that the produced part retains heat within the part, a layer of TBC and bond coat should be applied to all parts in the sand mold that will form the inner surface of the part; Therefore, the liquid cast iron does not come into direct contact with the sand mold. However, thermal spraying should be avoided in functional areas of the sand mold, for example in areas where cores are placed in the mold or where the mold is assembled.

도 4a 내지 도 4g는 주조 및/또는 성형 부품 상에 수송된 TBC를 형성하기 위한 또 다른 예시적인 공정을 보여준다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 성형될 부품의 내부에 도 1에 도시된 코어와 같은 샌드 코어(40)가 형성된다. 도 2a 내지 도 2f의 예시적인 구현예와 대조적으로, TBC 시스템은 열 용사 공정, 예를 들어 ERLIKON METCO (US) INC.의 SINPLEXPRO-90과 같은 캐스케이드 플라즈마 토치로부터의 에어 플라즈마 용사를 통해 샌드 코어(40)에 적용되는 마모성 층 또는 접착(접착제)층(46)을 추가로 포함한다. 접착층(46)은 다양한 중합체(AlSiPolyester)를 포함하는 알루미늄 실리케이트 마모성 층일 수 있으며, 분말 제품, 예를 들어 모두 OERLIKON METCO(US) INC.의 METCO 1606, METCO 601, AMDRY 2010, AMDRY XPT 268, 또는 AMDRY 2000의 열 용사에 의해 샌드 코어(40)에 20 내지 500 미크론, 바람직하게는 약 100 내지 400 미크론, 더 바람직하게는 약 200 내지 350 미크론의 두께로 적용된다. 접착층(36)을 샌드 코어(40)에 적용하면 샌드 코어(46)에 대한 친화도가 양호하고 열 효과에 대한 민감도가 낮기 때문에 제1 층으로서 용이한 증착이 보장된다. 유리하게는, 전술한 구현예와 대조적으로, 접착제 층(40) 또는 후속 층을 적용하기 전에 샌드 코어(40)의 예열이 필요하지 않다.4A-4G show another example process for forming TBC transported on cast and/or molded parts. As shown in FIG. 4A, a sand core 40, such as the core shown in FIG. 1, is formed inside the part to be molded. In contrast to the exemplary embodiment of FIGS. 2A-2F, the TBC system is a thermal spray process, e.g., air plasma spray from a cascade plasma torch such as a SINPLEXPRO-90 from ERLIKON METCO (US) INC. It further includes an abrasive layer or adhesive (adhesive) layer 46 applied to 40). The adhesive layer 46 can be an aluminum silicate abrasive layer containing various polymers (AlSiPolyester), powder products such as METCO 1606, METCO 601, AMDRY 2010, AMDRY XPT 268, or AMDRY, all from OERLIKON METCO (US) INC. 2000 is applied to the sand core 40 by thermal spraying at a thickness of 20 to 500 microns, preferably about 100 to 400 microns, more preferably about 200 to 350 microns. Applying the adhesive layer 36 to the sand core 40 ensures easy deposition as a first layer because it has good affinity for the sand core 46 and has low sensitivity to thermal effects. Advantageously, in contrast to the previously described embodiments, no preheating of the sand core 40 is required before applying the adhesive layer 40 or subsequent layers.

도 4c에서, TBC(41) 또는 세라믹층은 열 용사 공정, 바람직하게는 접착층(46)을 적용하는 데 이용되는 동일한 열 용사 공정, 즉 OERLIKON METCO (US) INC.의 SINPLEXPRO-90과 같은 캐스케이드 플라즈마 토치로부터 에어 플라즈마 용사를 통해 접착층(46)에 적용된다. 전술한 구현예에서와 같이, TBC(41)는 열-기계적 피로(균열)로부터 제조될 부품을 보호하고 부품 내부에 열을 유지하는 기능을 한다. 이전에 기술된 바와 같이, TBC(41)는 예를 들어 도 4e를 참조하여 아래에서 논의되는 바와 같이 주조 공정 동안 액체 금속의 침투를 피하기 위해 바람직하게는 15% 내지 25% 미만의 다공도를 가지며, 이는 고체화 후 주조 부품 내부에 의도하지 않은 증착물의 생성을 초래할 수 있다(스캐빙 효과). 대안적으로, TBC(41)는 이중층 시스템 또는 구배층(다공성 TBC층 또는 더 높은 다공성을 갖는 TBC층이 접착층(46)에 적용됨)으로서 증착될 수 있다. 예시적인 구현예에서, TBC(41)는 분말 제품, 예를 들어 OERLIKON METCO(US) INC.에 의한 METCO™ 204NS 분말과 같은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)의 열 용사를 100 내지 1000 미크론, 바람직하게는 200 내지 800 미크론, 더 바람직하게는 400 내지 500 미크론의 두께를 갖는 샌드 코어(40) 상에 적용함으로써 형성된다.In FIG. 4C, the TBC 41 or ceramic layer is formed using a thermal spray process, preferably the same thermal spray process used to apply the adhesive layer 46, i.e., a cascade plasma such as SINPLEXPRO-90 from OERLIKON METCO (US) INC. It is applied to the adhesive layer 46 through air plasma spraying from a torch. As in the previously described embodiments, the TBC 41 functions to protect the part to be manufactured from thermo-mechanical fatigue (cracking) and to retain heat within the part. As previously described, TBC 41 preferably has a porosity of less than 15% to 25% to avoid infiltration of liquid metal during the casting process, as discussed below, for example, with reference to Figure 4E; This can lead to the creation of unintended deposits inside the cast part after solidification (scabbing effect). Alternatively, TBC 41 may be deposited as a bilayer system or as a gradient layer (a porous TBC layer or a TBC layer with higher porosity is applied to the adhesive layer 46). In an exemplary embodiment, the TBC 41 is a powder product, e.g., thermal spraying of yttria-stabilized zirconia (YSZ), such as METCO™ 204NS powder by OERLIKON METCO (US) INC., with a particle size of 100 to 1000 microns, preferably is formed by applying it on a sand core 40 having a thickness of 200 to 800 microns, more preferably 400 to 500 microns.

TBC(41)의 적용 후, 본드 코트(42) 또는 금속층은 도 4d에서와 같이 적용된다. 본드 코트(42)는 도 4f에서 주조된 부품에 대한 TBC(41)의 접착을 보장한다. 구현예에서, 본드 코트(42)는 OERLIKON METCO (US) INC.의 METCO XPT 512 분말과 같은 FeCrMnC(Fe 1.4-1.6Cr 1.4-1.6Mn 1.0-1.3C) 또는 OERLIKON METCO (US) INC.의 AMDRY 920과 같은 CoCrAlY(Co 29Cr 6Al 2Si 0.3Y) 분말을 열 용사에 의해 TBC(41)에 적용된 저합금 탄소강일 수 있으며, 최대 100 미크론, 바람직하게는 최대 50 미크론, 더 바람직하게는 약 15 및 30 미크론으로 적용될 수 있다. 그러나, 주조 공정 동안 액체 금속의 침투를 방지하기 위해 전술한 바와 같이 더 두꺼운 두께를 갖는 더 두꺼운 본드 코트(42)가 적용될 수 있다. 다시, 본드 코트(42)는 바람직하게는 TBC(41)를 적용하는 데 사용되는 것과 동일한 방식으로 적용되며, 즉, OERLIKON METCO (US) INC.의 SINPLEXPRO-90과 같은 캐스케이드 플라즈마 토치로부터의 에어 플라즈마 용사에 의해 적용된다.After application of TBC 41, a bond coat 42 or metal layer is applied as in Figure 4d. Bond coat 42 ensures adhesion of TBC 41 to the cast part in Figure 4f. In embodiments, the bond coat 42 is FeCrMnC (Fe 1.4-1.6Cr 1.4-1.6Mn 1.0-1.3C), such as METCO CoCrAlY (Co 29Cr 6Al 2Si 0.3Y) powder, such as 920, may be applied to the TBC 41 by thermal spraying, with a thickness of up to 100 microns, preferably up to 50 microns, more preferably about 15 and 30 microns. Can be applied in microns. However, a thicker bond coat 42 with a greater thickness may be applied as described above to prevent penetration of liquid metal during the casting process. Again, the bond coat 42 is preferably applied in the same manner as used to apply the TBC 41, i.e., with an air plasma from a cascade plasma torch such as a SINPLEXPRO-90 from OERLIKON METCO (US) INC. Applied by the warrior.

그 후에, 코팅된 샌드 코어(40)는 도 4e에 도시된 바와 같이 몰드(43), 예를 들어 샌드 몰드에 삽입되어, 몰드(43) 내에 개구부(44)가 형성되어 주조 재료를 수용한다. 도 4f에서, 주조될 부품에 적합한 주조 재료(45), 예를 들어 페라이트 주철 SiMo51, 오스테나이트 주철 D5S 및 오스테나이트 주조 스테인리스강 HK30과 같은 회주철이 부품을 주조하기 위해 개구부(44)에 증착된다. 통상적인 방식으로, 이식된 TBC 코팅 주조 부품은 샌드 몰드(44)에서 제거되고 샌드 코어(40)도 마찬가지로 제거된다. 그러나, 이 구현예에서, 접착층(46)은 샌드 코어(40)와 접착층(46) 사이의 파단 구역을 강화함으로써 주조 공정 후에 샌드 코어(40)의 기계적 제거 동안 TBC(41)의 무결성을 보장하는 기능을 한다. 접착층(46)이 없으면, TBC(41)의 파단 위험이 높다.The coated sand core 40 is then inserted into a mold 43, for example a sand mold, as shown in Figure 4e, so that an opening 44 is formed within the mold 43 to receive the casting material. In Figure 4f, a casting material 45 suitable for the part to be cast, for example gray cast iron such as ferritic cast iron SiMo51, austenitic cast iron D5S and austenitic cast stainless steel HK30, is deposited in the opening 44 for casting the part. In a conventional manner, the implanted TBC coated cast part is removed from the sand mold 44 and the sand core 40 is likewise removed. However, in this embodiment, the adhesive layer 46 reinforces the fracture zone between the sand core 40 and the adhesive layer 46, thereby ensuring the integrity of the TBC 41 during mechanical removal of the sand core 40 after the casting process. It functions. Without the adhesive layer 46, there is a high risk of fracture of the TBC 41.

도 4a 내지 도 4g에 도시된 것에 대한 대안적인 구현예에서. 방법은 도 4d 없이, 즉 TBC(41) 후에 본드 코트를 적용하지 않고 수행될 수 있다. TBC(51)의 적용 후 도 5a 내지 도 5f에 예시된 이러한 대안적인 구현예에서, 코팅된 샌드 코어(50)는 몰드(54)에 삽입되고, 주조 재료(55)는 몰드(54)의 개구부(53)에 증착된다. 통상적인 방식으로, 이식된 TBC 코팅된 주조 부품은 몰드(54)에서 제거되고 샌드 코어(50)도 마찬가지로 제거된다.In an alternative implementation to that shown in Figures 4A-4G. The method can be performed without Figure 4d, i.e. without applying a bond coat after TBC 41. In this alternative embodiment, illustrated in FIGS. 5A-5F after application of the TBC 51, the coated sand core 50 is inserted into the mold 54 and the casting material 55 is placed in the opening of the mold 54. (53) is deposited. In conventional fashion, the implanted TBC coated cast part is removed from the mold 54 and the sand core 50 is likewise removed.

주조 및/또는 성형 부품이 균열로부터 보호되고 생산된 부품이 부품 내에서 열을 유지하도록 보장하기 위해, 접착층, TBC 및 본드 코트층은 부품의 내부 표면을 형성할 샌드 몰드의 모든 부품에 적용되어야 하며, 따라서 액체 주철은 샌드 몰드에 직접 접촉하지 않는다. 그러나, 샌드 몰드의 기능 영역, 예를 들어 주형에 코어를 배치하거나 주형을 조립하는 영역의 용사는 방지되어야 한다.To protect the cast and/or molded part from cracking and to ensure that the produced part retains heat within the part, a layer of adhesive, TBC and bond coat must be applied to all parts of the sand mold that will form the inner surface of the part. , Therefore, the liquid cast iron does not directly contact the sand mold. However, thermal spraying of the functional areas of the sand mold, for example the areas where cores are placed in the mold or where the mold is assembled, must be prevented.

상기 예시적인 공정은 코어(20)가 코팅을 위한 거친 표면을 제공하기 때문에 그릿 블라스팅(grit blasting)과 같은 전처리가 필요하지 않고, 코팅을 위한 부품이 용사된 상태로 사용되며, 즉 머시닝(machining)과 같은 후가공이 필요하지 않다.The exemplary process does not require pretreatment such as grit blasting because the core 20 provides a rough surface for coating, and the parts for coating are used in a sprayed state, i.e., machining. There is no need for post-processing like this.

도 6은 아직 몰드에 있는 부품의 단면을 보여준다. 이 예에서, 두께가 264 내지 300 미크론인 접착 코트(66)(마모성 기반 재료층)가 샌드 코어(60) 상으로 적용되고, 두께가 435 내지 438 미크론인 TBC(61)(탑 코트-세라믹층)이 접착 코트(66) 상으로 적용되고, 두께가 19 내지 23 미크론인 본드 코트(62)(금속층)가 TBC(61) 상으로 적용된다. 주조 재료(65)는 본드 코트(62) 상에 주조된 것으로 도시되어 있다.Figure 6 shows a cross section of the part still in the mold. In this example, an adhesive coat 66 (wearable base material layer) having a thickness of 264 to 300 microns is applied onto the sand core 60 and a TBC 61 (top coat-ceramic layer) having a thickness of 435 to 438 microns. ) is applied onto the adhesive coat 66 , and a bond coat 62 (metal layer) having a thickness of 19 to 23 microns is applied onto the TBC 61 . Casting material 65 is shown as cast on bond coat 62.

TBC 시스템이 이식된 주조 및/또는 성형 부품이 대형 트럭용 엔진 매니폴드인 경우, 엔진 효율은 0.5%만큼 개선되는 것으로 밝혀졌다. 냉각 시스템으로의 방열을 4% 내지 12%만큼 줄이고 후처리(터보) 시스템의 온도를 약 2% 더 높여 연료 소비를 개선하여, 보다 효율적인 전환 및 보다 효율적인 터보 시스템을 제공하였다. 이러한 절감은 상당할 수 있다. 예를 들어, 단순 계산을 기반으로 10년의 수명에 걸쳐 차량당 비용 절감은 0.2%의 연료를 절감하면서 약 1000 유로이다. 특히 보수적으로 0.2%의 연료 절감을 가정하면, 대형 트럭의 경우 연간 평균 연료 소비량이 50,000 리터인 디젤의 경우 최대 1,000 리터가 절감될 수 있다. 그러나, 테스트 결과 0.5%의 연료 절감이 나타났으므로, 차량 수명에 걸쳐 최대 2,500 리터까지 절감될 수 있다.When the cast and/or molded parts implanted with the TBC system are engine manifolds for heavy-duty trucks, engine efficiency has been found to improve by as much as 0.5%. Fuel consumption was improved by reducing heat dissipation into the cooling system by 4% to 12% and raising the temperature of the aftertreatment (turbo) system by approximately 2%, providing more efficient conversion and a more efficient turbo system. These savings can be significant. For example, based on simple calculations, the cost savings per vehicle over a 10-year lifespan is approximately €1000 with a fuel saving of 0.2%. In particular, assuming a conservative fuel saving of 0.2%, this could result in savings of up to 1,000 liters for diesel, with an average fuel consumption of 50,000 liters per year for large trucks. However, tests have shown fuel savings of 0.5%, which could lead to savings of up to 2,500 liters over the life of the vehicle.

전술한 구현예는 단지 설명의 목적으로 제공된 것이며 결코 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않는다는 점에 유의한다. 본 발명은 예시적인 구현예를 참조하여 설명되었지만, 여기에서 사용된 단어는 설명 및 예시를 위한 단어이지 한정적인 단어가 아닌 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 특허청구범위 내에서, 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고, 현재 기재되고 변형된 바와 같이 변화가 이루어질 수 있다. 본 발명이 특정 수단, 재료 및 구현예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 본원에 개시된 특정 사항으로 제한되지 않으며; 오히려, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위 내에 있는 것과 같이 기능적으로 동등한 모든 구조, 방법 및 용도로 확장된다.Note that the above-described embodiments are provided for illustrative purposes only and are in no way to be construed as limiting the invention. Although the invention has been described with reference to exemplary embodiments, the words used herein are to be understood as words of description and illustration and not of limitation. Within the scope of the appended claims, changes may be made as described and modified without departing from the scope and spirit of the invention. Although the invention has been described with reference to specific means, materials and embodiments, the invention is not limited to the specific details disclosed herein; Rather, the invention extends to all functionally equivalent structures, methods and uses as come within the scope of the appended claims.

Claims (24)

성형 부품을 형성하는 방법으로서,
샌드 코어에 열 장벽 코팅 (TBC) 시스템을 적용하는 단계;
TBC 코팅된 샌드 코어를 몰드에 삽입하는 단계; 및
TBC 코팅된 샌드 코어가 삽입된 몰드에 주철 부품을 형성하는 단계
를 포함하는, 방법.
A method of forming a molded part, comprising:
Applying a thermal barrier coating (TBC) system to the sand core;
Inserting the TBC coated sand core into the mold; and
Forming a cast iron part in a mold with a TBC coated sand core inserted.
Method, including.
제1항에 있어서,
상기 TBC 시스템은 세라믹층 및 금속층을 포함하는, 방법.
According to paragraph 1,
The method of claim 1, wherein the TBC system includes a ceramic layer and a metal layer.
제2항에 있어서,
에어 플라즈마 용사 열 용사 공정을 이용하여 샌드 코어에 걸쳐 세라믹층을 적용하는 단계; 및
에어 플라즈마 용사 열 용사 공정을 이용하여 세라믹층 상으로 금속층을 적용하는 단계
를 추가로 포함하는, 방법.
According to paragraph 2,
applying a ceramic layer over the sand core using an air plasma spray thermal spray process; and
Applying a metal layer onto the ceramic layer using an air plasma spray thermal spray process.
A method further comprising:
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 세라믹층은 샌드 코어에 걸쳐 적용된 다공성 TBC 층 및 다공성 TBC 층 상으로 적용된 비다공성 TBC 층을 갖는 이중층 시스템으로 적용되는, 방법.
According to paragraph 2 or 3,
The method of claim 1 , wherein the ceramic layer is applied as a two-layer system with a porous TBC layer applied over the sand core and a non-porous TBC layer applied over the porous TBC layer.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 세라믹층은 샌드 코어로부터 감소하는 다공도를 갖는 구배층으로서 적용되는, 방법.
According to paragraph 2 or 3,
The method of claim 1, wherein the ceramic layer is applied as a gradient layer with decreasing porosity from a sand core.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세라믹층은 100 내지 1000 미크론, 바람직하게는 200 내지 800 미크론, 더 바람직하게는 400 내지 500 미크론의 두께로 적용되는, 방법.
According to any one of claims 2 to 5,
Wherein the ceramic layer is applied at a thickness of 100 to 1000 microns, preferably 200 to 800 microns, more preferably 400 to 500 microns.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속층은 100 내지 500 미크론, 바람직하게는 100 내지 350 미크론의 두께로 적용되는, 방법.
According to any one of claims 2 to 6,
Wherein the metal layer is applied with a thickness of 100 to 500 microns, preferably 100 to 350 microns.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속층은 최대 100 미크론, 바람직하게는 최대 50 미크론, 더 바람직하게는 15 내지 30 미크론의 두께로 적용되는, 방법.
According to any one of claims 2 to 6,
wherein the metal layer is applied with a thickness of at most 100 microns, preferably at most 50 microns, more preferably between 15 and 30 microns.
제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세라믹층은 이트리아 안정화 지르코니아를 포함하고, 상기 금속층은 주철에 대한 본드 코트를 형성하는 저합금 탄소강을 포함하는, 방법.
According to any one of claims 2 to 8,
The method of claim 1, wherein the ceramic layer comprises yttria stabilized zirconia and the metal layer comprises a low alloy carbon steel forming a bond coat to cast iron.
제3항에 있어서,
상기 세라믹층이 적용되기 전에, 에어 플라즈마 용사 열 용사 공정을 이용하여 샌드 코어를 예열하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
According to paragraph 3,
The method further comprising preheating the sand core using an air plasma spray thermal spray process before the ceramic layer is applied.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 TBC 시스템은 접착층을 추가로 포함하는, 방법.
According to any one of claims 1 to 9,
The method of claim 1, wherein the TBC system further comprises an adhesive layer.
제11항에 있어서,
상기 접착층은 20 내지 500 미크론, 바람직하게는 100 내지 400 미크론, 더 바람직하게는 200 내지 350 미크론의 두께로 적용되는, 방법.
According to clause 11,
Wherein the adhesive layer is applied with a thickness of 20 to 500 microns, preferably 100 to 400 microns, more preferably 200 to 350 microns.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 세라믹층이 적용되기 전에, 에어 플라즈마 용사 열 용사 공정을 이용하여 샌드 코어 상으로 접착층을 적용하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 세라믹층은 접착층 상에 적용되는, 방법.
According to claim 11 or 12,
Before the ceramic layer is applied, the method further comprises applying an adhesive layer onto the sand core using an air plasma spray thermal spray process, wherein the ceramic layer is applied on the adhesive layer.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접착층은 NiC 또는 금속과 중합체의 혼합물 중 적어도 하나, 에컨대 금속 기반 중합체 복합물, 바람직하게는 Al 기반 중합체, 더 바람직하게는 MCrAlY 기반 중합체, NiCrAl 기반 중합체, NiAl 기반 중합체, Al-청동 기반 중합체 또는 AlSi 폴리에스테르 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
According to any one of claims 11 to 13,
The adhesive layer is at least one of NiC or a mixture of metal and polymer, such as a metal-based polymer composite, preferably an Al-based polymer, more preferably an MCrAlY-based polymer, a NiCrAl-based polymer, a NiAl-based polymer, an Al-bronze-based polymer or A method comprising at least one of AlSi polyester.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샌드 코어는
실리카 샌드, 크로마이트 샌드 또는 지르콘 샌드 중 하나;
벤토나이트;
물; 및
불활성 슬러지
를 포함하는, 방법.
According to any one of claims 1 to 14,
The sand core is
either silica sand, chromite sand, or zircon sand;
bentonite;
water; and
inert sludge
Method, including.
제15항에 있어서,
상기 샌드 코어는 무연탄을 추가로 포함하는, 방법.
According to clause 15,
The method of claim 1, wherein the sand core further comprises anthracite.
제15항 또는 제16항에 있어서,
상기 실리카 샌드, 크로마이트 샌드 또는 지르콘 샌드 중 하나는 감람석, 십자석 또는 흑연을 추가로 포함하는, 방법.
According to claim 15 or 16,
wherein one of the silica sand, chromite sand, or zircon sand further comprises olivine, chromite, or graphite.
성형 부품으로서,
주철 본체; 및
상기 주철 본체의 내부 표면과 일체로 성형된 TBC 시스템
을 포함하는, 성형 부품.
As a molded part,
Cast iron body; and
TBC system molded integrally with the inner surface of the cast iron body
Including, molded parts.
제18항에 있어서,
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 형성되는, 성형 부품.
According to clause 18,
A molded part formed by the method according to any one of claims 1 to 17.
제18항에 있어서,
상기 TBC 시스템은 세라믹층 및 금속층을 포함하는, 성형 부품.
According to clause 18,
The molded part, wherein the TBC system includes a ceramic layer and a metal layer.
제18항 및 제20항에 있어서,
상기 세라믹층은 이트리아 안정화 지르코니아를 포함하고, 상기 금속층은 저합금 탄소강을 포함하는, 성형 부품.
According to claims 18 and 20,
The molded part, wherein the ceramic layer comprises yttria stabilized zirconia and the metal layer comprises low alloy carbon steel.
제18항, 제20항 및 제21항에 있어서,
상기 TBC 시스템은 접착층을 추가로 포함하는, 성형 부품.
According to claims 18, 20 and 21,
The molded part, wherein the TBC system further comprises an adhesive layer.
제22항에 있어서,
상기 접착층은 NiC 또는 금속과 중합체의 혼합물 중 적어도 하나, 에컨대 금속 기반 중합체 복합물, 바람직하게는 Al 기반 중합체, 더 바람직하게는 MCrAlY 기반 중합체, NiCrAl 기반 중합체, NiAl 기반 중합체, Al-청동 기반 중합체 또는 AlSi 폴리에스테르 중 적어도 하나를 포함하는, 성형 부품.
According to clause 22,
The adhesive layer is at least one of NiC or a mixture of metal and polymer, such as a metal-based polymer composite, preferably an Al-based polymer, more preferably an MCrAlY-based polymer, a NiCrAl-based polymer, a NiAl-based polymer, an Al-bronze-based polymer or A molded part comprising at least one of AlSi polyester.
제18항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성형 부품은 터보차저 부품, 배기 매니폴드 또는 터보 매니폴드 중 하나인, 성형 부품.
According to any one of claims 18 to 23,
The molded part is one of a turbocharger part, an exhaust manifold or a turbo manifold.
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