KR0171242B1 - Method for scratching hard metals for coating diamond - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교체가 가능한 금속판 위에 다이아몬드 분말을 유기 또는 무기 접착제로 접착 시킨 후 초경 또는 세라믹 모재의 스크래칭할 면을 접촉하여 초음파 진동 시킴으로써 짧은 시간에 큰 효과를 얻을 수 있는 다이아몬드 코팅 공구용 모재의 스크래칭 처리 방법에 관한 것이다.According to the present invention, the diamond powder is bonded onto the replaceable metal plate with an organic or inorganic adhesive, and then the surface is scratched by the ultrasonic vibration by contacting the scratched surface of the cemented carbide or ceramic base material. It is about a method.

Description

다이아몬드 코팅 공구용 모재의 스크래칭 방법Scratch Method of Base Material for Diamond Coating Tools

제1도는 본 발명의 방법으로 다이아몬드 코팅 공구용 모재를 스크래칭하기 위한 초리조의 측면도이다.1 is a side view of a chorizo for scratching a base material for a diamond coating tool by the method of the present invention.

제2도는 종래의 방법으로 다이아몬드 코팅 공구용 모재를 스크래칭하기 위한 처리조의 측면도이다.2 is a side view of a treatment tank for scratching a base material for a diamond coating tool by a conventional method.

제3도는 다이아몬드 코팅 공구용 초경 모재의 표면을 종래의 방법 및 본 발명의 방법으로 스크래칭 처리를 한 후, 전자현미경으로 촬영한 사진이다.3 is a photograph taken with an electron microscope after scratching the surface of the cemented carbide base material for diamond-coated tools by the conventional method and the method of the present invention.

제4도는 제3도의 초경 모재 표면에 다이아몬드 코팅을 행하고 입자 시험(indentation test)을 한 후, 그 압흔을 촬영한 현미경사진이다.4 is a photomicrograph of the indentation after the diamond coating on the surface of the cemented carbide substrate of FIG. 3 and after the particle test (indentation test).

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

11,21 : 처리조 12,22 : 용액11,21: treatment tank 12,22: solution

13,27,23 : 다이아몬드 분말 14,24 : 초경 또는 세라믹 모재13,27,23: diamond powder 14,24: cemented carbide or ceramic base material

15 : 금속판 16 : 접착제15 metal plate 16: adhesive

본 발명은 다이아몬드 코팅 공구용 모재의 스크래칭 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 다이아몬드 분말을 고정시킨 상태에서 스크래칭(Scratching)을 하고자 하는 초경 합금 모재를 진동 시켜서 보다 짧은 시간에 균일한 스크래칭 효과를 얻을 수 있는 다이아몬드 코팅 공구용 모재의 스캐래칭 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of scratching a base material for a diamond coating tool. More specifically, the present invention relates to a method of scratching a base material for a diamond coating tool, which can obtain a uniform scratching effect in a shorter time by vibrating the cemented carbide base material to be scratched in a state where the diamond powder is fixed.

다이아몬드 코팅 공구는 일반 공구로 사용되는 물질을 모재로 하여 여기에 다이아몬드 막을 코팅한 것이다. 고경도, 내마모 특징을 갖는 다이아몬드 막을 코팅 함으로써 공구의 절삭 성능을 크게 향상시킬 수 있다.A diamond coating tool is a coating of a diamond film on the base material of a general tool. By coating a diamond film having high hardness and wear resistance, the cutting performance of the tool can be greatly improved.

이러한 다이아몬드 코팅은 기상 화학 증착법(CVD)에 의하여 이루어지면, 모재로는 주로 초경 합금(WC-Co)이 사용되는데, 일반적인 공정에서는 코팅 전처리 과정으로 모재 표면에 스크래칭(scratching)처리를 행한다. 스크래칭 처리를 함으로써 모재 표면에 인위적으로 결함을 생성시킬 수 있는데 이러한 결함들은 다이아몬드 증착 시 많은 핵생성점(nucleation site)을 제공하며, 모재 표면에 미세한 요철을 생성하여 다이아몬드 막과 모재 사이의 접착 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 모재의 스크래칭 처리는 다이아몬드 막의 접착 강도를 향상시키고, 더 나아가 코팅 공구의 절삭 성능에 영향을 미친다.When the diamond coating is made by a chemical vapor deposition method (CVD), cemented carbide (WC-Co) is mainly used as a base material. In a general process, the surface of the base material is scratched by coating pretreatment. Scratching can artificially create defects on the surface of the substrate. These defects provide many nucleation sites for diamond deposition, and produce fine concavities and convexities on the surface of the substrate to reduce the adhesion area between the diamond film and the substrate. Can be increased. Therefore, the scratching treatment of the base material improves the adhesive strength of the diamond film and further affects the cutting performance of the coating tool.

종래의 스크래칭 처리 방법은 첨부 도면 제2도에 나타낸 바와 같다. 이 방법은 기존의 특허(일본 공고 특허 제 043280/1994호 및 공개 특허 제 226889/1987호)에서 언급된 바와 같이 처리조(21) 내에서 다이아몬드 분말(23)이 분산된 용액(22)속에 초경 합금(24)을 넣고 초음파 진동을 가하는 방법이다.The conventional scratch processing method is as shown in FIG. 2 of the accompanying drawings. This method is carried out in the solution 22 in which the diamond powder 23 is dispersed in the treatment tank 21, as mentioned in the existing patents (Japanese Patent Publication No. 043280/1994 and Published Patent No. 226889/1987). The alloy 24 is put in and ultrasonic vibration is applied.

이때, 다이아몬드 분말(23)이 진동하여 초경 합금(24) 표면에 충돌하게 됨으로써 스크래칭 효과를 가져오게 된다.At this time, the diamond powder 23 vibrates and collides with the surface of the cemented carbide 24, resulting in a scratching effect.

그러나, 초경 합금(24)과 같이 경도가 높은 다이아몬드 코팅 공구용 모재의 경우, 미세한 분말에 의한 충돌 효과는 매우 미미하여 충분한 스크래칭 효과를 얻기 위해서는 수시간의 처리를 필요로 한다. 이렇게 처리 시간이 증가할수록 스크래칭 처리의 균일도는 떨어지게 되고 처리조(21) 내부 벽의 스크래칭에 따른 오염의 가능성은 증가하게 된다.However, in the case of a high hardness diamond-coated base material such as cemented carbide 24, the collision effect by the fine powder is very small and requires several hours of treatment in order to obtain a sufficient scratching effect. As the treatment time increases, the uniformity of the scratching treatment decreases, and the possibility of contamination due to scratching of the inner wall of the treatment tank 21 increases.

따라서, 최근에는 짧은 시간에 균일한 스크래칭 효과를 얻을 수 있는 새로운 방법이 요구되고 있다.Therefore, recently, a new method for obtaining a uniform scratching effect in a short time is required.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 종래와 같이 다이아몬든 분말의 진동에 의한 충돌 효과를 이용하는 대신에 다이아몬드 분말을 고정시킨 후 초경 합금을 진동 시키는 방법에 의해 스크래칭을 실시함으로써 짧은 시간 안에 균일한 스크래칭 효과를 얻을 수 있는 다이아몬든 코팅 공구용 모재의 스크래칭 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve such a problem, instead of using the impact effect of the vibration of the diamond powder as in the prior art by fixing the diamond powder and then scratching by vibrating the cemented carbide alloy in a short time It is an object of the present invention to provide a scratching method of a base material for a diamond coating tool which can achieve a scratching effect.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 다이아몬드 코팅 공구용 모재의 스크래칭 방법은 용액이 채워진 처리조 바닥에 다이아몬드 분말이 접착된 교체 가능한 금속판을 설치하고 그 위에 스크래칭을 하고자 하는 초경 합금 모재를 놓은 후에 초음파 진동에 의해 상기 초경 합금 모재를 진동시켜 상기 다이아몬드 분말과 접촉하고 있는 상기 모재의 밑면에 대해 스크래칭을 실시하여서 되는 것임을 특징으로 한다.The method of scratching the base material for a diamond coating tool of the present invention is to install a replaceable metal plate bonded with diamond powder on the bottom of a treatment tank filled with a solution, and then place a cemented carbide base material to be scratched on the cemented carbide base material by ultrasonic vibration. It is characterized in that by vibrating to scratch the bottom surface of the base material in contact with the diamond powder.

이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in more detail based on the accompanying drawings of the present invention as follows.

본 발명은 종래와 같이 초경 합금 모재를 고정시킨 상태에서 다이아몬드 분말의 진동에 의한 충돌 효과를 이용하는 대신에 다이아몬드 분말을 고정시킨 후 초경 모재를 진동 시키는 방법에 의해 스크래칭을 실시함으로써 짧은 시간 안에 균일한 스크래칭 효과를 얻을 수 있고 다이아몬드 코팅의 접착 강도도 향상시킬 수 있는 다이아몬드 코팅 공구용 모재의 스크래칭 방법인 것이다.The present invention is uniform scratching in a short time by performing a scratch by a method of vibrating the cemented carbide base material after fixing the diamond powder instead of using the impact effect of the vibration of the diamond powder in the state fixed to the cemented carbide base material as in the prior art It is a scratching method of the base material for diamond coating tools which can obtain an effect and can also improve the adhesive strength of a diamond coating.

본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 공구용 모재의 스크래칭 방법은 첨부 도면 제1도에 예시한 바와 같이 교체가 가능한 금속판(15) 위에 다이아몬드 분말(13)을 균일하게 접착 시킨다. 이때 사용하는 접착제(16)로는 증류수 혹은 알코올 등과 같은 사용 용액(12)에 따라 각각 일반 유기 접착제(공업용 본드) 또는 무기(예를 들면, 알루미나 분산액, 아론 세라믹 등) 접착제를 사용할 수 있다.In the scratching method of the base material for a diamond coating tool according to the present invention, the diamond powder 13 is uniformly adhered on the replaceable metal plate 15 as illustrated in FIG. At this time, as the adhesive 16 to be used, a general organic adhesive (industrial bond) or an inorganic (for example, alumina dispersion, an aron ceramic, etc.) adhesive may be used depending on the used solution 12 such as distilled water or alcohol.

상기 금속판(15)은 초음파 진동의 전파를 용이하게 할 수 있으며, 금속판(15)의 교체만으로 쉽게 보수를 할 수 있다.The metal plate 15 may facilitate the propagation of ultrasonic vibrations and may be easily repaired only by replacing the metal plate 15.

상기 금속판(15)을 처리조(11)의 바닥에 놓고 초경 합금 모재(14)의 스크래칭할 면을 아래로 위치시킨 후 28 내기 30㎑ 정도의 주파수로 초음파 진동을 가한다.The metal plate 15 is placed on the bottom of the treatment tank 11 and the surface to be scratched of the cemented carbide base 14 is placed downward, and ultrasonic vibration is applied at a frequency of about 28 to 30 kHz.

초음파 진동에 의해 상기 초경 합금 모재(14)가 다이아몬드 분말(13)위에서 진동하게 되며, 작은 진도으로도 큰 스크래칭 효과를 얻을 수 있다.Ultrasonic vibration causes the cemented carbide base 14 to vibrate on the diamond powder 13, and a large scratching effect can be obtained even at a small magnitude.

또한, 다이아몬드 분말(17)을 처리조(11) 내에 추가로 투입함으로써 기존의 스크래칭 방법과 같이 초경 합금 모재(14)의 측면도 스크래칭 처리를 할 수 있다.In addition, the diamond powder 17 is further introduced into the treatment tank 11, so that the side surface of the cemented carbide base metal 14 can be scratched as in the conventional scratching method.

이하 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples.

[실시예]EXAMPLE

첨부 도면 제3도는 초경 합금(WC-6%Co) 모재를 에탄올 20 ㎖에 다이아몬드 분말 1 g이 분산된 용기 내에 놓고 종래의 방법과 본 발명의 방법으로 600 W의 공급 전력과 28 ㎑의 주파수로 진동시켜 스크래칭을 행한 후, 그 표면을 주사 전자 현미경(SEM) 으로 촬영한 사진이다. 여기서, 스크래칭 처리에 사용한 다이아몬드 분말의 입도는 22∼36㎛이다.FIG. 3 shows a cemented carbide (WC-6% Co) base material in a container in which 1 g of diamond powder is dispersed in 20 ml of ethanol, using a conventional power source and a method of the present invention, at a power supply of 600 W and a frequency of 28 Hz. After vibrating and scratching, it is the photograph which image | photographed the surface with the scanning electron microscope (SEM). Here, the particle size of the diamond powder used for the scratching process is 22-36 micrometers.

제3(a)도는 스크래칭 처리를 하기 전 초경 합금의 표면 상태로서, 세로 줄은 초경 합금 가공시 생긴 휠(wheel) 자국이며, 가공 과정에서 결정 입자들이 부분적으로 파괴되어 있는 것을 볼 수 있다. 제3(b)도는 종래의 방법으로 30분 처리한 것으로 부분적으로 결함이 생겼지만 큰 변화는 없다. 제3(c)도는 종래의 방법으로 120분 처리한 것으로 휠 가공시 생긴 취약한 결정 입자들이 떨어져 나가고 그 자리에 공간 결함들이 뚜렷이 형성되어 있다. 그러나 본 발명의 방법으로 처리할 경우 단지 20분 처리만으로도 제3(d)도에서와 같이 많은 결함들을 생성시킬 수 있다.Figure 3 (a) is a surface state of the cemented carbide before the scratching process, the vertical stripe is a wheel mark generated during the cemented carbide process, it can be seen that the crystal grains are partially broken during the process. FIG. 3 (b) shows a partial defect caused by 30 minutes of treatment by a conventional method, but no significant change. FIG. 3 (c) shows that the vulnerable crystal grains generated during wheel processing are separated by 120 minutes of the conventional method, and space defects are clearly formed there. However, treatment with the method of the present invention can produce many defects as in FIG. 3 (d) with only 20 minutes of treatment.

한편, 천부 도면 제4도는 제3도에 나타낸 각각의 초경 합금에 동일 조건에서 다이아몬드 막을 증착시킨 후, 입자 경도 시험기(Rockwell A scale Indentation Tester)에 의해 60㎏의 하중으로 약 10초 동안 다이아몬드 막에 가해진 압흔을 전자현미경으로 촬형한 사진이다. 다이아몬드 막의 접착 강도가 클수록 압흔 주위의 다이아몬드 막의 박리는 작게 된다. 제4도의 정성적인 관찰에서 다이아몬드 막의 박리는 스크래칭 처리가 되지 않는 초경 합금에서 가장 크고 (제4(a)도), 종래의 방법으로 30분 및 120분간 스크래칭 처리한 초경 합금에 있어서 처리 시간이 긴 경우(제4(c))가 처리 시간이 짧은 경우 (제4(b)도)보다 더 작다.On the other hand, FIG. 4 shows that the diamond films are deposited on the cemented carbides shown in FIG. 3 under the same conditions, and then applied to the diamond films for about 10 seconds with a load of 60 kg by a Rockwell A scale Indentation Tester. A photograph of the applied indentation taken with an electron microscope. The greater the adhesive strength of the diamond film, the smaller the peeling of the diamond film around the indentation. In the qualitative observation of FIG. 4, the peeling of the diamond film is the largest in the cemented carbide which is not scratched (FIG. 4 (a)), and the treatment time is long in the cemented carbide which is scratched for 30 minutes and 120 minutes by the conventional method. The case (fourth (c)) is smaller than the case where the processing time is short (fourth (b) also).

또한, 본 발명의 방법으로 20분간 처리한 초경 합금의 코팅면 압흔 상태(제4(d)도)는 종래의 방법으로 120분간 처리한 모재의 경우(제4(c)도)와 거의 같다. 막의 접착 강도를 정량적으로 비교하기 위하여 코팅 표면에 가해진 압흔 중심으로부터 박리된 다이아몬드 막의 최대 반경을 측정하였으며 그 결과는 다음 표1과 같다.In addition, the coating surface indentation state (fourth (d)) of the cemented carbide treated for 20 minutes by the method of the present invention is almost the same as the case of the base material (fourth (c)) treated for 120 minutes by the conventional method. In order to quantitatively compare the adhesive strength of the film, the maximum radius of the diamond film peeled from the center of the indentation applied to the coating surface was measured. The results are shown in Table 1 below.

그러므로, 본 발며의 방법으로 스크래칭 처리를 할 경우, 짧은 시간에 효과적으로 초경 합금과 같은 모재의 표면에 결함이 생성됨으로써 다이아몬드 막의 접착 강도를 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that when the scratching treatment is performed by the method of the present invention, defects are generated on the surface of the base metal such as cemented carbide in a short time, thereby increasing the adhesive strength of the diamond film.

Claims (2)

증류수와 알코올 중에서 선택된 한가지 용액(12)이 채워진 처리조(11) 바닥에 다이아몬드 분말(13)이 접착된 교체가 가능한 금속판(15)을 설치하고, 그 위에 스크래칭을 하고자 하는 초경 합금 모재(14)를 놓은 후에 초음파로 진동시켜서 상기 다이아몬드 분말(13)과 접촉하고 있는 초경 합금 모재(14)의 밑면에 대해 스크래칭을 실시하여서 되는 것임을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 공구용 모재의 스트래칭 방법.Carbide alloy base material 14 to be installed on the bottom of the treatment tank 11 filled with one selected from distilled water and alcohol, a replaceable metal plate 15 bonded with diamond powder 13, and to be scratched thereon. And then scratching the underside of the cemented carbide base metal material (14) in contact with the diamond powder (13) by ultrasonic vibration. 제1항에 있어서, 상기 용액(12)에는 추가로 다이아몬드 분말(17)을 포함시켜서 상기 초경 합금 모재(14)의 측면에 대해서도 스크래칭을 실시하여서 되는 것임을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 공구용 모재의 스크래칭 방법.The method of scratching a base material for a diamond coating tool according to claim 1, wherein the solution (12) further comprises diamond powder (17) to scratch the side surface of the cemented carbide base material (14). .
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