금속 용사 방법

금속 용사 방법

본 발명은, 철 등의 금속 또는 콘크리트 또는 모르타르로 이루어지는 기재(基材)의 표면에 금속 용사(溶射)를 행하는 방법에 관한 것이다.

종래의 금속 용사 방법으로서, 하기 특허 문헌 1은, 철로 이루어지는 기재의 표면에 금속 용사 피막을 형성하고, 상기 용사 피막에 실란 커플링제를 함침(含浸)하고 경화시켜 봉공(封孔) 처리를 행하고, 상기 실란 커플링제의 피막 상에 도료를 도포하여 도막(塗膜)을 형성하는 금속 용사 방법을 개시하고 있다.

또한 하기 특허 문헌 2는, 철로 이루어지는 기재의 표면에 금속 용사 피막을 형성하고, 상기 용사 피막에 방향족 올리고머, 에폭시 폴리올 수지, 이소시아네이트 수지, 안료 및 유기 용제를 포함하는 봉공 처리제를 함침하고 경화시켜 봉공 처리를 행하는 금속 용사 방법을 개시하고 있다.

상기 특허 문헌 1의 금속 용사 방법은 실란 커플링제의 경화에 의해 봉공 처리를 행하고, 또한 상기 봉공 처리에 의해 용사 피막 자체의 강도를 향상시킬 수 있고, 상기 특허 문헌 2의 금속 용사 방법은 방향족 올리고머에 의해 봉공 처리제의 함침성을 개선하면서 에폭시 폴리올 수지와 이소시아네이트 수지와의 반응에 의해 봉공 처리제를 경화 반응시켜 봉공 처리를 행하고, 또한 상기 봉공 처리에 의해 용사 피막 자체의 강도를 향상시킬 수 있다.

그러나, 상기 특허 문헌 1·2의 금속 용사 방법에 있어서는, 사전에 기재 표면을 블라스트(blast) 처리에 의해 조면화(粗面化)하여 요철 형상을 형성하고, 상기 요철 형상을 가지는 기재 표면에 금속 용사를 행하여 앵커 효과(anchor effect)를 얻는 것에 의해, 용사 피막의 기재 표면에 대한 부착 강도를 확보할 필요가 있다.

또한 상기 특허 문헌 1·2의 금속 용사 방법에 있어서는, 기재가 철인 경우로 한정하고 있고, 기재가 콘크리트 또는 모르타르인 경우를 일체 상정하고 있지 않다.

본 발명은, 기재 표면에 사전에 요철 형상을 부여하는 공정을 배제하고, 용사 피막에 대하여 특유의 배합에 의한 도료를 도포하고 함침시킴으로써, 상기 용사 피막의 봉공 처리 및 강도 증강에 더하여, 상기 용사 피막의 기재 표면에 대한 부착 강도의 증강도 도모할 수 있고, 또한 기재가 콘크리트 또는 모르타르인 경우라도 확실하게 용사 피막을 기재 표면에 부착시킬 수 있는, 획기적인 금속 용사 방법을 제공한다.

요약하면, 본 발명에 따른 금속 용사 방법은, 기재의 표면에 금속 용사를 행하고, 상기 용사에 의해 형성된 용사 피막에, 알콕시기, 글리시드기 및 고분자 알킬기를 함유하는 실리콘 화합물 혼합체와 헥사메틸계(HDI계) 폴리이소시아네이트를 1:1∼7의 중량비로 배합하여 이루어지는 1액형 도료, 즉 경화 전에는 함침성이 높은 한편, 경화 후에는 높은 접착 강도를 발휘하는 도료를 함침하고 경화시킴으로써, 상기 용사 피막에 봉공 처리를 행하면서 상기 용사 피막의 강도를 증강하고, 또한 상기 용사 피막의 기재 표면에 대한 부착 강도의 증강을 도모할 수 있다. 또한 상기 도료는 용사 피막 상에 내열성·내후성이 현저하게 양호하고, 또한 고강도의 도막을 형성한다.

여기서 상기 실리콘 화합물에 함유되는 고분자 알킬기에 대하여 설명하면, 고분자 알킬기란 탄소수가 6∼10인 알킬기를 일컬으며, 상기 고분자 알킬기는 상기 실리콘 화합물 혼합체와 헥사메틸계 폴리이소시아네이트 등의 다른 폴리머, 모노머와의 상용성(相溶性)을 현저하게 향상시킨다.

바람직하게는, 상기 도료에 촉매로서 티타늄알코올레이트 또는 주석 지방산을 배합하여, 상기 도료를 효율적으로 경화 반응시킨다.

또한 상기 실리콘 화합물 혼합체에서의 상기 알콕시기의 비율을 중량비로 35%∼40%로 하고, 상기 실리콘 화합물 혼합체에서의 상기 글리시드기의 비율을 중량비로 10%∼15%로 하고, 상기 도료의 경화 반응성, 강도 물성, 소포성(消泡性) 등의 성능 물성을 향상시킨다. 부가하여 상기 실리콘 화합물 혼합체에서의 상기 고분자 알킬기의 비율을 중량비로 10%∼22%로 함으로써, 상기 실리콘 화합물 혼합체와 헥사메틸계 폴리이소시아네이트와의 상용성을 현저하게 향상시킨다.

또한 상기 실리콘 화합물 혼합체로서, 바람직하게는 장쇄(長鎖) 알킬알콕시실란과 글리시드기 함유 알콕시실란의 혼합체를 사용한다.

본 발명에 있어서는, 기재가 콘크리트 또는 모르타르인 경우에는, 상기 기재 내에 매설되어 있는 보강 철근과 상기 용사 피막 사이를 연결하는 도전 부재를 설치하고, 상기 도전 부재의 일단부(一端部)를 상기 보강 철근에 걸어맞추고, 또한 상기 도전 부재의 타단부를 상기 기재의 표면으로부터 돌출시켜 상기 용사 피막 내에 매설함으로써, 상기 용사 피막과 상기 보강 철근 사이의 통전을 촉진하고, 유효하게 기재 및 보강 철근을 보호한다.

본 발명에 따른 금속 용사 방법에 의하면, 알콕시기, 글리시드기 및 고분자 알킬기를 함유하는 실리콘 화합물 혼합체와 헥사메틸계 폴리이소시아네이트를 1:1∼7의 중량비로 배합한, 경화 전에는 함침성이 높고 경화 후에는 높은 접착 강도를 발휘하는 도료를 용사 피막에 함침하고 경화시킴으로써, 상기 도료가 용사 피막에 존재하는 미세공에 들어가서 경화되어 상기 미세공을 적절하게 봉공하면서 상기 용사 피막 자체의 강도를 증강할 수 있고, 또한 상기 도료가 상기 용사 피막의 이면(裏面)과 기재 표면의 사이에 경계를 가지고 형성되는 미세 공극(空隙)에 충전되고 경화하여 상기 용사 피막의 부착 강도를 증강할 수 있다.

또한 상기 도료에 의해 용사 피막의 기재 표면에 대한 부착 강도를 증강할 수 있으므로, 기재가 콘크리트 또는 모르타르인 경우라도, 기재 표면에 금속 용사를 적절하게 행할 수 있다.

도 1은 기재 표면에 금속 용사를 행하여 용사 피막을 형성한 상태를 모시적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 용사 피막에 도료를 함침하고 경화시킨 상태를 모시적으로 나타낸 단면도이다.
도 3의 (A)는 콘크리트 또는 모르타르로 이루어지는 기재에 도전 부재를 설치한 상태를 기재를 절결하여 모시적으로 나타내는 설명도, (B)는 (A)을 측면에서 본 설명도, (C)는 도전 부재의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
도 4는 콘크리트 또는 모르타르로 이루어지는 기재 표면에 용사 피막을 형성하고, 상기 용사 피막 내에 도전 부재의 타단부를 매설한 상태를 기재를 절결하여 모시적으로 나타내는 설명도면이다.
도 5는 콘크리트 또는 모르타르로 이루어지는 기재 표면에 형성한 용사 피막에 도료를 함침하고 경화시킨 상태를 기재를 절결하여 모시적으로 나타내는 설명도면이다.
도 6은 도 5의 주요부 확대 단면도이다.

이하 본 발명에 따른 금속 용사 방법의 실시 형태를 도 1 내지 도 6에 따라 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 금속 용사 방법에 있어서는, 필요에 따라, 기재(1)의 표면(1a)에 대하여 기지(旣知)의 디스크 샌더(dick sander) 등을 사용하여 녹이나 이물질 제거 처리를 행하여, 오염이나 유분(油分), 열화된 도막(塗膜), 들뜬 녹 등을 제거하고, 상기 기재(1)의 표면(1a)에 기지의 용사기를 사용하여 금속 용사를 행하여 용사 피막(2)을 형성한다.

상기 용사 피막(2)은 50∼500 ㎛의 두께가 되도록 형성한다. 가장 바람직한 두께는 50∼150 ㎛이다.

상기 용사하는 금속으로서는, 기재(1)가 금속로 이루어지는 경우에는 상기 기재(1)를 구성하는 금속보다 이온화 경향이 큰(비(卑)한) 금속을 사용한다. 예를 들면, 기재(1)가 철(강(鋼))으로 구성되어 있는 경우에는, 아연, 알루미늄, 마그네슘 또는 이들의 합금 등을 용사한다. 또한 기재(1)가 콘크리트 또는 모르타르로 이루어지는 경우에도, 보강 철근(철)보다 이온화 경향이 큰 금속, 즉 상기한 바와 같이, 아연, 알루미늄, 마그네슘 또는 이들의 합금 등을 용사한다. 그리고, 본 발명에 있어서는, 용사 방식은 특별히 구애받지 않는다.

도 1의 상태에서는, 용사 피막(2)의 이면(2b)은 기재 표면(1a)에 밀착되어 있는 부분과, 상기 기재 표면(1a)으로부터 이격되고 상기 기재 표면(1a)과의 사이에 미세 공극(4)을 경계를 가지고 형성하고 있는 부분이 존재하며, 상기 미세 공극(4)의 존재에 의해 용사 피막(2)의 기재 표면(1a)에 대한 부착 강도는 약한 상태이다. 또한 용사 피막(2) 중에는 미세공(3)이 형성되어 있다.

본 발명에 있어서는, 도 1의 상태로부터, 용사 피막(2)의 표면(2a)에 실리콘 화합물 혼합체와 헥사메틸계 폴리이소시아네이트를 배합하여 이루어지는 1액형이며 또한 무용제형의 도료(5)를 솔, 롤러, 스프레이 등의 기지의 도포 수단에 의해 도포하여, 상기 용사 피막(2) 내에 도료(5)를 함침한다.

상기 실리콘 화합물 혼합체는, 알콕시기, 글리시드기 및 고분자 알킬기(탄소수가 6∼10인 알킬기)를 함유하고, 바람직하게는, 상기 실리콘 화합물 혼합체에서의 상기 알콕시기의 비율을 중량비로 35%∼40%로 하고, 상기 실리콘 화합물 혼합체에서의 상기 글리시드기의 비율을 중량비로 10%∼15%로 하고, 상기 도료(5)의 경화 반응성, 강도 물성, 소포성 등의 성능 물성을 향상시킨다. 부가하여 상기 실리콘 화합물 혼합체에서의 상기 고분자 알킬기의 비율을 중량비로 10%∼22%로 함으로써, 상기 실리콘 화합물 혼합체와 헥사메틸계 폴리이소시아네이트와의 상용성(相溶性)을 현저하게 향상시킨다.

상기 실리콘 화합물 혼합체의 구체예로서는 장쇄 알킬알콕시실란과 글리시드기 함유 알콕시실란의 혼합체를 들 수 있다.

또한 상기 실리콘 화합물 혼합체와 상기 헥사메틸계 폴리이소시아네이트는 1:1∼1:7의 중량비로 배합한다. 전술한 비율의 범위에서 배합함으로써 경화 전의 함침성과 경화 후의 접착 강도를 겸비한 도료(5)로 만든다. 역으로 말하면, 전술한 비율의 범위 밖에서는 원하는 함침성, 접착 강도를 얻을 수 없다.

바람직하게는 상기 도료(5) 중에 촉매로서 티타늄알코올레이트 또는 주석 지방산을 배합함으로써, 상기 도료(5)를 효율적으로 경화 반응시킬 수 있고, 경화 시간을 단축할 수 있는 동시에 유효하게 경화시키는 것이 가능하다.

상기 도료(5)는 실리콘 화합물 혼합체가 변질되어 생성되는 실라놀과. 헥사메틸계 폴리이소시아네이트가 변질되어 생성되는 폴리우레아가 경화 반응하여, 경화 후에는 높은 접착 강도를 발휘한다.

또한 상기 도료(5)는 실리콘 화합물 혼합체의 양을 조정하고 기온 25℃에서 50∼500 mPa·s, 바람직하게는 200 mPa·s 이하의 저점도의 액체가 되도록 조정한다.

상기한 바와 같이 함침성이 높고 또한 저점도인 도료(5)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 용사 피막(2)에 형성되어 있는 미세공(3)에 용이하게 들어가고, 또한 상기 미세공(3)을 통하여, 상기한 용사 피막 이면(2b)와 기재 표면(1a)의 사이에 경계를 가지고 형성된 미세 공극(4)에 용이하게 도달하여 상기 미세 공극(4) 내에 충전되고 경화한다.

그리고, 상기 도료(5)는 미세공(3) 내에서 간극없이 경화하고, 또한 미세 공극(4) 내에서 간극없이 경화하고 경화 후에는 높은 접착 강도를 발휘한다. 상기 미세 공극(4) 내에서 경화한 도료(5)는 기재 표면(1a)과 견고하게 접착하고, 또한 용사 피막(2)에 앵커 효과를 부여한다. 또한 상기 도료(5)의 미함침분은 상기 용사 피막(2)의 표면(2a) 상에 내열성·내후성이 양호하고, 또한 견고한 도막(5')을 형성한다.

즉, 상기 도료(5)는 미세공(3)에 들어가서 경화함으로써, 상기 미세공(3)을 적절하게 봉공함과 동시에 용사 피막(2) 자체의 강도를 증강한다. 부가하여 용사 피막 이면(2b)과 기재 표면(1a)의 사이의 미세 공극(4)에 충전되고 경화함으로써 용사 피막(2)과 기재 표면(1a)을 견고하게 결합하여 기재 표면(1a)에 대한 부착 강도를 증강할 수 있다. 또한 용사 피막(2)의 표면(2a) 상에 도막(5')을 형성하여 상기 용사 피막(2)을 적절하게 보호한다.

또한 본 발명에 따른 금속 용사 방법에 있어서는, 도 1·도 2에 나타낸 바와 같이, 용사 피막(2)의 이면(2b)의 일부는 기재(1)의 표면(1a)에 밀착되어 있고, 기재(1)가 금속인 경우에는, 기재(1)로부터 용사 피막(2)으로의 전류의 흐름이 저해되지 않아, 기재(1)의 금속보다 이온화 경향이 큰 금속로 이루어지는 용사 피막(2)이 희생이 되어 용해하여, 기재(1)를 적절하게 보호한다.

또한 기재(1)가 콘크리트 또는 모르타르인 경우에는, 도 3 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 기재(1) 내에 매설되어 있는 보강 철근(7)과 용사 피막(2)의 사이를 연결하는 볼트, 앵커 핀 등의 도전 부재(6)를 설치하여, 상기 보강 철근(7)과 용사 피막(2)의 사이의 통전을 촉진하고, 상기 용사 피막(2)이 희생 양극이 되어 유효하게 기재(1) 및 상기 보강 철근(7)을 보호한다.

상세하게 설명하면, 도 3의 (A)·(B)에 나타낸 바와 같이, 먼저 기재(1)에 구멍을 천설(穿設)하고, 상기 구멍에 도전 부재(6)인 볼트를 끼워넣고, 상기 도전 부재(6)의 일단부(6a)를 기재(1) 내에 매설되어 있는 보강 철근(7)(횡근(橫筋)(7a))과 접촉시키고 걸어맞추고, 또한 상기 도전 부재(6)의 타단부(6b)를 기재(1)의 표면(1a)으로부터 돌출시킨 상태로 하고, 상기 구멍에 주입하는 접착제 등으로 고정시킨다.

또는 구체적으로는 도시하지 않지만, 기재(1)의 표층을 보강 철근(7)이 노출될 때까지 치핑(chipping)하고, 도전 부재(6)의 일단부(6a)와 보강 철근(7)을 결속 한 후, 상기 치핑한 부분을 모르타르로 매립함으로써 도전 부재(6)를 고정시킬 수도 있다.

또한 도전 부재(6)의 다른 예로서, 도 3의 (C)에 나타낸 바와 같이, 일단부(6a)가 확개(擴開)하는 앵커 핀을 도전 부재(6)로서 이용하고, 상기 일단부(6a)를 확개시켜 보강 철근(7)(횡근(7)a)과 걸어맞추는 것도 실시에 따라 임의로 행할 수 있다.

그리고, 도 3의 (A) 내지 (C)는 도전 부재(6)의 일단부(6a)를 보강 철근(7) 중 횡근(7a)과만 걸어맞추어진 예를 나타내고 있지만, 이에 부가하여 종근(縱筋)(7b)과도 걸어맞추는 경우 혹은 종근(7b)과만 걸어맞추는 경우도, 실시에 따라 임의로 행할 수 있다. 또한 본 발명에서의 도전 부재(6)의 일단부(6a)와 보강 철근(7)과의 걸어맞춤은, 상기 도전 부재(6)와 보강 철근(7)의 사이에서 통전 가능하면, 형태는 특별히 상관없다.

이어서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 기재 표면(1a)에 금속 용사를 행할 때, 상기 도전 부재(6)의 타단부(6b) 상에도 금속 용사를 행하고, 형성된 용사 피막(2) 내에 상기 도전 부재(6)의 타단부(6b)를 매설하고, 상기 보강 철근(7)과 용사 피막(2)의 사이를 연결한다.

그리고는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 형성한 용사 피막(2)의 표면(2a)에 상기 도료(5)를 도포하고, 상기 용사 피막(2) 내에 도료(5)를 함침한다.

이 경우에도, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 도료(5)는 용사 피막(2)의 미세공(3) 내에서 간극없이 경화하고, 또한 미세 공극(4) 내에서 간극없이 경화하고 경화 후에는 높은 접착 강도를 발휘한다. 미세 공극(4) 내에서 경화한 도료(5)는 기재 표면(1a)과 견고하게 접착하고, 또한 용사 피막(2)에 앵커 효과를 부여한다.

또한 도 6 중에서 5''로서 나타낸 바와 같이, 상기 도료(5)의 일부는 기재 표면(1a)에 스며들어 경화하고, 상기 미세 공극(4) 내에서 경화한 도료(5)와 일체화하여, 상기 앵커 효과를 보완한다. 또한 상기 도료(5)의 미함침분은 상기 용사 피막(2)의 표면(2a) 상에 내열성·내후성이 양호하고, 또한 견고한 도막(5')을 형성한다.

상기한 바와 같이, 기재(1)가 콘크리트 또는 모르타르인 경우에도 용사 피막(2)의 부착 강도의 증강을 도모할 수 있고, 또한 용사 피막(2)과 보강 철근(7)의 사이를 연결하여 양자 사이의 통전을 촉진하는 도전 부재(6)를 설치함으로써, 용사 피막(2)이 희생 양극이 되어 기재(1) 및 보강 철근(7)을 유효하게 보호한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 금속 용사 방법에 있어서는, 종래와 같이, 앵커 효과를 얻기 위하여 기재 표면에 요철 형상을 부여하는 전처리(前處理)는 불필요하다.

그리고, 요철 형상을 부여하지 않는 기재의 표면에 직접 금속 용사를 행하고, 용사 피막 형성 후에 경화 전에는 함침성이 높고 또한 저점도이며 경화 후에는 고도의 접착 강도를 발휘하는 도료를 미세공을 통해 함침하고, 상기 미세공의 봉공, 상기 용사 피막 자체의 강도 증강 및 상기 용사 피막의 기재 표면에 대한 부착 강도 증강을 동시에 도모하는 탁월한 용사 방법이다.

또한 기지의 방식으로 기재 표면에 금속 용사를 행하고, 상기 용사에 의해 형성한 용사 피막에 도료를 도포하고 함침시키는 간단한 방법이므로, 특히 기설(旣設) 구조물에 금속 용사를 행할 때는 현장에서 용이하게 실시할 수 있어 효과적이다.

또한 기재(1)가 콘크리트 또는 모르타르인 경우에도, 상기 기재의 표면에 적절하게 용사 피막을 형성하고, 상기 용사 피막의 기재 표면에 대한 부착 강도를 증강할 수 있고, 또한 상기 용사 피막과 기재 내의 보강 철근을 연결하는 도전 부재에 의해 기재 및 보강 철근을 유효하게 보호할 수 있다.

그리고, 본 서면에 있어서, 하한값과 상한값의 사이를 「∼」으로 나타낸 수치 범위는, 상기 하한값과 상한값의 사이의 모든 수치(정수값과 소수값)를 나타낸 것이다. 청구항의 기재에 있어서도 마찬가지이다.

1… 기재, 1a… 기재 표면, 2… 용사 피막, 2a… 용사 피막 표면, 2b… 용사 피막 이면, 3… 미세공, 4… 미세 공극, 5… 도료, 5'… 도막, 5''… 기재 내에 함침하고 경화한 도료, 6… 도전 부재, 6a… 도전 부재의 일단부, 6b… 도전 부재의 타단부(돌출부), 7… 보강 철근, 7a… 횡근, 7b… 종근