크롬 광석 분말(주로 크롬철광으로 구성되며, Cr₂O₃·FeO 함유)은 높은 내화성, 우수한 내식성, 그리고 열화학적 안정성으로 인해 정밀 주조 코팅의 핵심 소재로 자리 잡았습니다. 크롬 광석 분말은 주물의 표면 품질을 크게 향상시키고 결함률을 감소시킬 수 있습니다. 다음은 적용 원리, 공정 핵심 사항, 배합 설계 및 실제 사례에 대한 체계적인 설명입니다.
🔬 1. 핵심 적용 원리 및 장점
모래 부착 방지 및 침투 방지 메커니즘
크롬 광석 분말이 고온(>1900℃)에서 용탕과 접촉하면 함유된 FeO가 우선 산화되어 치밀한 스피넬상(예: FeCr₂O₄)을 형성하여 용탕이 모래 주형의 기공으로 침투하는 것을 차단하여 기계적 부착을 제거합니다.14 동시에 Cr₂O₃는 코팅의 소결 및 박리를 촉진하여 주입 후 코팅이 자동으로 조각조각 떨어져 세척 비용을 절감합니다.
열 안정성 및 수축 최적화
높은 융점(1890~2100℃)과 낮은 열팽창 계수 덕분에 크롬 광석 분말은 고온에서 치수 안정성을 유지하며, 특히 두껍고 큰 주물 부품에 적합합니다. 열 저장 계수가 석영 모래보다 높아 용탕의 응고 시간을 연장하고, 수축 효과를 향상시키며, 수축/수축 결함을 감소시킵니다.
화학적 불활성 및 차폐 효과 질소
함유 수지모래(예: 푸란 수지)에서 크롬광석 코팅은 N, C 원소가 주물 내로 확산되는 것을 차단하여 저탄소강 주물 내 탄소 증가 및 피하 기공 발생을 방지하고 내식성을 향상시킬 수 있습니다.
⚙️ 2. 적용 공정 및 기술 사항
입자 크기 선택 및 등급 적용
조립입자(80~280메시): 내화성 골재로, 용융금속 세척에 대한 저항성을 강화하며 대형 주물의 뜨거운 부분에 사용됩니다.
초미립 분말(>320메시, 15~20% 차지): 코팅의 기공을 채우고 밀도를 향상시키며, 높은 차폐 요구 사항이 있는 강철 주물에 사용됩니다.
페인트 캐리어 적응
수성 페인트: 현탁율 최대 98%(24h), 가스 방출량 ≤16ml/g(1000℃), 거품 손실 등 저온 건조가 필요한 장면에 적합하며, 거품 변형을 방지하기 위해 건조 온도를 40~60℃로 조절해야 합니다.
알코올계 도료 : 현탁율 ≥95% (8h), 점화 후 즉시 건조되어 빠른 생산에 적합하지만, 균열을 방지하기 위해 에탄올 휘발 속도를 제어해야 합니다.
공식 시너지 최적화
복합 충전재: 규조토, 버미큘라이트 등과 결합(특허 배합: 크롬철광 65~85% + 규조토 15~20%)하여 공기 투과성을 개선하고 소결 온도를 낮춥니다.
결합제 시스템: 복합 결합(에틸 셀룰로오스 + 페놀 수지 등)은 저온 강도와 고온 세라믹화(트리폴리인산나트륨은 소결을 촉진함)를 모두 고려하는 데 사용됩니다.
기능성 첨가제 : 산화피막 형성을 촉진하고 박리성을 향상시키기 위해 Fe₂O₃ 분말(1~3%)을 첨가하고, 평탄성을 향상시키기 위해 스테아르산(0.1~0.15%)을 첨가합니다.
📊 3. 공식 설계 및 성능 최적화
다음은 일반적인 크롬 광석 분말 코팅 공식 및 성능 비교입니다.
표: 수성 및 알코올 기반 크롬 광석 분말 코팅의 성능 비교
구성 요소/성능 수성 코팅 알코올 기반 코팅 기능
크롬 광석 분말 비율 50~70%(280메시보다 굵음) 60~80%(280~325메시) 내화 골격, 침투 방지
현탁제 리튬 기반 벤토나이트(3~6%) 유기 벤토나이트(2~4%) 침하 방지, 균일성
유지 결합제 실리카졸(2~3%) 페놀 수지(3~5%) 코팅 강도 향상
현탁 속도(24h) ≥98% ≥95%(8h) 저장 안정성
가스 발생(1000℃) ≤16 ml/g ≤19 ml/g 기공 결함 감소
균열 저항성(1200℃) 2분간 균열 없이 급속 가열 왼쪽과 동일 금속 액체가 균열로 침투하는 것을 방지
🧪 IV. 품질관리의 핵심사항
현탁액 안정성 관리: 증점제(CMC 0.15~0.5%) 및 틱소트로피제(나노-SiO₂)를 사용하여 침전을 방지하고, 코팅의 균일성을 확보하기 위해 틱소트로피율이 30% 이상이어야 합니다.
소결박리 조정: 플럭스(탄산리튬 0.3~0.5%)를 첨가하여 도막이 주입온도에서 적당히 녹아 유리질이고 쉽게 벗겨지는 층을 형성하도록 한다.
환경 보호 및 안전: 환기 및 먼지 제거 장비가 필요하며(크롬 광석 먼지는 유해함), Cr이 포함된 폐수는 중화해야 합니다.
🏭 V. 일반적인 적용 시나리오 및 효과
대형 강철 주물(지지대, 스프로킷)
크롬 광석 분말 복합 코팅을 사용한 후 모래 부착률이 <3%로 감소하고, 샷 블라스팅 후 표면 거칠기가 Ra≤12.5μm이며, 필적이 선명하고 고기가 빠지지 않습니다(코팅되지 않은 부품 Ra≥25μm과 비교).
고크롬 주철(라이닝 플레이트, 해머헤드)
에 나노 FeCr₂O₄ 복합분말(15~20%)을 코팅하면 주물 표면경도가 약 3배(HV 800→2200) 증가하고, 마모수명이 2배 연장됩니다.
정밀 합금강 부품
푸란 수지 모래 주형에 적용 후 피하 기공률은 8%에서 0.5%로 감소하고 저탄소 스테인리스 강의 탄소 증가는 0.02% 이하로 제어됩니다.
