열교환기용 플라즈마 전해 질화 코팅: 표면 엔지니어링의 발전

Conflux R&D 책임자, 이안 포다이스 박사

금속 적층 제조에서 표면 엔지니어링은 종종 설계와 생산의 혁신을 따라잡는 역할을 합니다. Conflux는 제작하는 구조와 이를 개선하는 방법 모두에서 가능성의 경계를 넓히기 위해 최선을 다하고 있습니다. Conflux의 최신 R&D 혁신은 판도를 바꾸는 표면 처리입니다: 바로 플라즈마 전해 질화(PEN) 코팅입니다.

이 유망한 발전은 다음을 통해 상당한 지원을 확보했습니다. 호주 연구 위원회'의 연계 프로젝트 보조금 제도입니다. 처음에 디킨 대학교에서 시작되어 현재 RMIT 대학교에서 진행되고 있는 PEN은 3D 프린팅 금속을 빠르고 에너지 효율적이며 매우 효과적으로 보호할 수 있는 기술을 제공합니다.

기준 높이기: 열교환기 코팅 개선이 필수적인 이유

아노다이징이나 플라즈마 전해 산화(PEO)와 같은 기존의 후처리 코팅은 특히 복잡한 3D 프린팅 형상에 적용할 때 분명한 한계가 있습니다. (적층 제조에 자주 사용되는) 고실리콘 알루미늄 합금의 경우 아노다이징은 균일성과 접착력에 어려움을 겪습니다. 더 중요한 것은 막힘이나 성능 손실의 위험 없이 내부 채널이나 마이크로 핀에 도달할 수 없다는 점입니다.

PEN은 이러한 한계에 대한 대응책입니다. PEO의 핵심 과학을 기반으로 하지만 한 단계 더 나아가 질소를 도입하여 조밀하고 얇은 금속 질화물 층을 형성합니다. 이 층은 열전도율의 저하 없이 내식성, 표면 경도 및 내마모성을 크게 향상시킵니다. 그리고 결정적으로, 정확하고 빠르게 적용할 수 있습니다.

복잡한 3D 프린팅 형상에 Conflux PEN 코팅을 적용한 SEM(주사 전자 현미경) 이미지. PEN 코팅은 크기에 관계없이 복잡한 피처에 강력한 접착력을 발휘합니다.

플라즈마 전해 질화 코팅이란?

플라즈마 전해 질화는 질소 함유 전해질에서 고전압 플라즈마 방전을 사용하여 금속 표면에 질소 이온을 도입합니다. 그 결과 2~5미크론 두께의 세라믹과 같은 질화물 층이 생성됩니다. 이는 내부 기능을 가리지 않을 만큼 얇으면서도 내식성을 획기적으로 향상시킬 수 있을 만큼 밀도가 높습니다.

이는 초박형 벽이나 내부에 고밀도 핀 어레이가 포함된 Conflux의 고성능 열교환기와 같은 제품에 특히 중요합니다. PEN을 사용하면 내부 흐름 경로의 무결성을 유지하면서 외부 표면을 부식, 침식 및 기계적 마모로부터 보호할 수 있습니다.

어떻게 할 수 있습니까? 플라즈마 전해 질화 열교환기에서 재료 선택의 자유를 강화할 수 있을까요?

소재 선택은 모든 열교환기 설계 및 제조에서 매우 중요한 요소입니다. 알루미늄은 가용성, 유연성 및 제조 가능성으로 인해 적층 가공 분야에서 오랫동안 널리 선택되어 왔습니다. 열교환기의 경우 뛰어난 열전도율, 높은 질량 대비 성능, 비용 효율성을 제공하며 가볍습니다. 이러한 특성으로 인해 알루미늄 합금은 항공우주, 자동차, 전기차 및 산업 분야에서 인기가 높습니다.

PEN 코팅의 장점은 알루미늄 및 기타 합금의 내식성과 내구성을 높이고 작업 수명을 연장할 수 있다는 것입니다. 이를 통해 열교환기 애플리케이션에 선택할 수 있는 잠재적 소재의 범위가 더욱 넓어집니다. 내부 청결, 외부 내구성 및 장기적인 신뢰성이 요구되는 열교환기의 경우 매우 유망한 결과를 기대할 수 있습니다. 이는 또한 이전에는 열악한 환경에 적합하지 않았던 알루미늄 기반 AM 열교환기의 잠재적 응용 분야가 확장되었음을 의미합니다.

PEN이 알루미늄 부품/기판과 가스/유체 사이에 표면 코팅 장벽을 만드는 과정을 클로즈업하여 보여줍니다.

주요 이점은 무엇입니까? 플라즈마 전해 질화 코팅?

• 뛰어난 내식성: PEN은 특히 열 또는 화학적 환경이 열악한 환경에서 아노다이징과 표준 PEO보다 뛰어난 성능을 발휘합니다.
• 표면 경도 및 내마모성 향상: 질화물 층은 기본 형상을 변경하지 않고도 부품의 내구성을 향상시킵니다.
• 빠르고 효율적인 처리: PEN 코팅은 기존 방식보다 화학 물질 사용량과 에너지 투입량을 줄이면서 몇 분 안에 형성됩니다.
• 더 넓은 합금 호환성: 아노다이징에 적합하지 않은 합금에서도 작동하므로 엔지니어의 설계 및 재료 선택의 폭이 넓어집니다.
• 환경 배려: 유해 화학물질 사용량을 줄여 지속 가능한 제조 목표를 지원합니다.

왜 플라즈마 전해 질화 고객에게 가치를 제공하는 전략적 도약, 코팅

이 기술은 특히 항공우주, 자동차, 에너지 및 방위 산업 분야의 고부가가치 고성능 부품을 위해 조정되었습니다. R&D 프로젝트로서 더 나은 표면은 더 나은 열 성능, 더 긴 수명 주기, 더 큰 설계 자유도를 의미한다는 Conflux의 시스템적 사고와 일치합니다. PEN 코팅은 단순한 기술 발전이 아니라 오래 지속되는 고성능 부품, 유지보수 감소, 총 소유 비용 절감을 통해 고객에게 더 큰 가치를 제공하고자 하는 Conflux의 노력의 일환입니다.

엔지니어에게 PEN은 신뢰성과 최적화를 향한 경쟁에서 우위를 점할 수 있는 새로운 지렛대를 제공합니다. 이는 열교환 기술의 최첨단을 지속적으로 혁신하고 발전시키려는 우리 팀의 문화이자 노력의 일부입니다.

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