KR0176294B1

KR0176294B1 - 공업용 다이아몬드의 결합 금속

Info

Publication number: KR0176294B1
Application number: KR1019960016600A
Authority: KR
Inventors: 박종구
Original assignee: 박원훈; 한국과학기술연구원
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 1999-02-18
Also published as: KR970074960A

Abstract

공업용 다이아몬드 공구의 제조에 사용되는 공업용 다이아몬드의 결합 금속이 개시된다. 결합 금속은 텅스텐(혹은 몰리브덴늄)이 25.0 내지 45.0중량%, 니켈이 15.0 내지 30.0중량%, 철이 10.0 내지 25.0중량%, 구리가 10.0 내지 40.0중량%, 주석이 3.5 내지 15.0중량% 및 기타 0 내지 5.0 중량%로 이루어진다. 기타는 코발트, 은, 아연 및 인으로 이루어진 그룹으로부터 한가지 이상으로 선택되는 것이 바람직하다.

Description

공업용 다이아몬드의 결합 금속

본 발명은 석재, 아스팔트, 콘크리트의 절단에 사용되는 다이아몬드 휠 등의 다이아몬드 공구의 제조시 분산 다이아몬드 입자를 결합시키는 금속에 관한 것으로서, 특히 다이아몬드 입자와 결합 금속 기지와의 결합력을 높이는 동시에 절단 성능을 개선할 목적으로 사용되는 결합 금속 기지에 관한 것이다.

공업용 다이아몬드 공구의 제조에는 일반적으로 분말 야금 공정이 이용된다(다이아몬드 공업협회 편집, 다이아몬드 공구 매뉴얼, 공업 조사회, 1979(동경); 세다까 노부오, 난바 요시가쯔, 마쯔나가 마사히사, 와까쯔끼 마사오(편집), 인조 다이아몬드 기술 핸드북, 제2장 가공 공구에의 이용, 사이언스 포럼(1989); 박종구, 다이아몬드와 그 응용, 분말 야금 기술(VI), 대한 금속 학회, p.249(1992)). 결합 금속의 분말과 다이아몬드 지립을 일정 비율(집중도(concentration)로 표시함)로 균일하게 섞은 다음 일정한 형상의 금형으로 성형하여 고온에서 소결하면 결합 금속의 기지 중에 다이아몬드 지립들이 분산되어 있는 소결체(소결팁)가 얻어진다. 이 소결체를 금속 원판의 끝에 브레이징법이나 레이저 용접법 등으로 접합한 것이 절단용 다이아몬드 휠이다. 경우에 따라서는 혼합 분말을 금속 원판의 가장자리에 연속 혹은 불연속(세그먼트(segment)형)으로 성형하여 동시에 소결할 수도 있다. 소결 방법으로는 진공 소결법, 수소 분위기를 사용하는 분위기 소결법, 진공 소결 혹은 분위기 소결 중에 압력을 가하는 가압 소결법(hot pressing) 등이 이용된다. 다이아몬드는 고온으로 가열시 흑연으로 변환되는 성질이 있으므로 소결 온도를 1000℃ 이하로 하는 것이 필요하다. 따라서 결합 금속의 조성 선택시 가급적 낮은 온도에서 소결될 수 있도록 하는 것이 필요하며 아울러 절단시 발생하는 외력에도 다이아몬드 지립을 견고히 지탱할 수 있는 충분한 결합력(보지력)과 소결 강도를 가져야 한다. 소결 온도는 소결시에 압력을 추가로 가함으로써 통상의 소결 온도보다 낮출 수 있지만, 결합력과 소결 강도는 결합 금속의 조성이나 미세 조직 등의 성질과 직접 관계되므로 적정한 합금 조성의 결합 금속을 개발하는 것은 매우 중요하다.

종래의 다이아몬드 공구에서 사용된 결합 금속에는 구리(Cu)와 주석(Sn)을 포함하는 구리(Cu)-주석(Sn)계 합금을 기본으로 하고, 여기에 코발트(Co), 니켈(Ni), 철(Fe), 은(Ag), 아연(Zn), 인(P), 텅스텐(W) 또는 탄화텅스텐(W₂C) 등이 소량 첨가된 조성을 가진 합금계가 많이 쓰이고 있으며, 코발트(Co)를 사용하는 합금계, 텅스텐(W)-니켈(Ni)을 기본으로 하는 합금계가 사용되기도 한다. 이러한 종래의 결합 금속 중 구리(Cu)-주석(Sn)계 합금을 기본으로 한 것은 주로 큰 인성이 요구되지 않는 경우에 활용되는 반면, 코발트(Co)를 주로 사용하는 것은 큰 인성이 요구되는 경우에 활용된다. 그러나 이러한 결합 금속의 조성은 다이아몬드 공구의 절삭성과 내구성(수명)을 함께 고려하지 않은 단점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 공업용 다이아몬드 공구의 제조시 공업용 다이아몬드 입자와 결합하여 공구의 절삭성 및 내구성을 동시에 크게 향상시키는 새로운 조성의 결합 금속을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 공업용 다이아몬드의 결합 금속은 텅스텐 또는 몰리브데늄이 25.0 내지 55.0중량%, 니켈이 20.0 내지 50.0중량%, 철이 10.0 내지 40.0중량%, 구리가 11.5 내지 41.5중량%, 주석이 3.5 내지 33.5중량%로 이루어지거나, 텅스텐 또는 몰리브데늄이 25.0 내지 50.0중량%, 니켈이 20.0 내지 50.0중량%, 철이 10.0 내지 40.0중량%, 구리가 11.5 내지 41.5중량%, 주석이 3.5 내지 33.5중량%, 잔부는 코발트(Co), 은(Ag), 아연(Zn) 및 인(P)으로 이루어진 그룹으로부터 한 가지 이상으로 선택된 것으로 이루어진다. 만일 결합 금속이 상기의 조성 범위를 벗어나면 소결체의 인성이 급격히 저하되거나 소결자체가 어려워지는 문제점이 발생하게 되므로 상기와 같은 조성 범위를 적용한 것이다. 한편, 철의 양이 니켈의 양보다 많을 경우 제조 과정 중 탄화물이 생성되면서 소결체에 취성이 증가하게 되고, 다이아몬드 지립과의 반응도 심해지는 문제점이 발생하므로 철의 양은 니켈의 양을 초과하지 않도록 해야 한다.

본 발명에 따른 결합 금속을 사용하여 공업용 다이아몬드 공구, 예컨대 다이아몬드 휠을 제조하기 위해서는, 우선 결합 금속을 구성하는 각각의 분말을 조성에 맞게 혼합하여 결합 금속 기지를 만든 다음, 다이아몬드 지립을 혼합한다. 혼합된 분말을 성형 프레스에 넣어 성형한 다음, 성형체를 분위기 가압 소결로 혹은 진공 가압 소결로에 장입하고, 700 내지 900℃의 온도 범위에서 5 내지 60분 동안 소결한다. 그 다음에, 소결체(소결팁)를 강으로 된 회전판의 원주부에 접합하여 공업용 다이아몬드 휠을 제조한다.

다음의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

[실시예 1]

텅스텐 45.0중량%, 니켈 20.0중량%, 철 10.0중량%, 구리 20.0중량%, 주석 5.0중량%가 되도록 각각의 분말을 균일하게 혼합하여 결합 금속 분말을 제조하였다. 주석 분말의 크기는 -325 메쉬(mesh)이었으며 나머지 분말들은 평균 직경이 모두 10㎛ 이하로 미분이였다. 균일하게 혼합된 결합 금속 분말에 다이아몬드 지립을 집중도 12.0이 되도록 혼합하고 약 50 내지 150 MPa의 압력으로 성형하였다. 성형체는 수소 분위기, 750℃에서 1시간 동안 가압 소결하였다. 소결시 가한 압력은 50 MPa이었다. 제조된 소결체를 써서 제조한 다이아몬드 휠은 절단 성능이 매우 우수하였다.

[실시예 2]

텅스텐 25.0중량%, 니켈 25.0중량%, 철 10.0중량%, 구리 30.0중량%, 주석 10.0중량%가 되도록 각각의 분말을 균일하게 혼합하여 결합 금속 분말을 제조하였다. 각 분말의 크기 및 나머지 공정은 실시예 1에서와 같았다. 제조된 다이아몬드 휠의 성능은 실시예 1에서의 것과 비슷하였으나 소결체의 취성이 실시예 1에서의 것보다 약간 더 심하였다.

[실시예 3]

텅스텐 35.0중량%, 니켈 25.0중량%, 철 25.0중량%, 구리 11.5중량%, 주석 3.5중량%가 되도록 각각의 분말을 균일하게 혼합하여 결합 금속 분말을 제조하였다. 혼합된 분말에 다이아몬드 지립을 혼합할 때 소량의 인을 함께 혼합하였다. 각 분말의 크기 및 나머지 공정은 실시예 1에서와 같았다. 제조된 다이아몬드 휠의 성능은 실시예 1에서의 것과 유사하였다.

[실시예 4]

텅스텐 30.0중량%, 니켈 25.0중량%, 철 25.0중량%, 구리 11.5중량%, 주석 5.0중량%, 은 3.5중량%가 되도록 각각의 분말을 균일하게 혼합하여 결합 금속 분말을 제조하였다. 나머지 제조 공정은 실시예 3에서와 같았다. 제조된 다이아몬드 휠의 성능은 실시예 1에서의 것보다 우수하였다.

[실시예 5]

몰리브데늄 35.5중량%, 니켈 25.0중량%, 철 25.0중량%, 구리 11.5중량%, 주석 3.5중량%가 되도록 각각의 분말을 균일하게 혼합하여 결합 금속 분말을 제조하였다. 나머지 제조 공정은 실시예 3에서와 같았다. 텅스텐을 몰리브데늄으로 대체 하였을 때 특별한 차이는 없었으며, 제조된 다이아몬드 휠의 성능은 실시예 3에서의 것과 유사하였다.

이와 같이 본 발명은 공업용 다이아몬드의 결합 금속으로 앞서 기술한 바와 같은 조성 범위를 가지는 텅스텐-니켈-철-구리-주석계 합금 또는 몰리브데늄-니켈-철-구리-주석계 합금을 사용함으로써 공업용 다이아몬드 공구의 절삭성을 향상시키고, 철의 양이 니켈의 양을 초과하지 않는 범위 내에서 니켈을 첨가함으로써 취성이 강한 금속간 화합물(WNi₄) 또는 철탄화물(FeC, Fe₃C)의 생성을 방지하여 소결체에 인성을 증가시키는 등 우수한 효과를 가진다.

Claims

공업용 다이아몬드의 결합 금속에 있어서, 텅스텐 25.0 내지 55.0중량%, 니켈 20.0 내지 50.0중량%, 철 10.0 내지 40.0중량%, 구리 11.5 내지 41.5중량%, 주석 3.5 내지 33.5중량%로 이루어져 있고, 철의 양이 니켈의 양을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 결합 금속.
공업용 다이아몬드의 결합 금속에 있어서, 몰리브데늄 25.0 내지 50.0중량%, 니켈 20.0 내지 50.0중량%, 철 10.0 내지 40.0중량%, 구리 11.5 내지 41.5중량%, 주석 3.5 내지 33.5중량%로 이루어져 있고, 철의 양이 니켈의 양을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 결합 금속.
공업용 다이아몬드의 결합 금속에 있어서, 텅스텐 25.0 내지 50.0중량%, 니켈 20.0 내지 50.0중량%, 철 10.0 내지 40.0중량%, 구리 11.5 내지 41.5중량%, 주석 3.5 내지 33.5중량%, 잔부는 코발트, 은, 아연 및 인으로 이루어진 그룹으로부터 한 가지 이상 선택된 것으로 이루어져 있고, 철의 양이 니켈의 양을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 결합 금속.
공업용 다이아몬드의 결합 금속에 있어서, 몰리브데늄 25.0 내지 50.0중량%, 니켈 20.0 내지 50.0중량%, 철 10.0 내지 40.0중량%, 구리 11.5 내지 41.5중량%, 주석 3.5 내지 33.5중량%, 잔부는 코발트, 은, 아연 및 인으로 이루어진 그룹으로부터 한 가지 이상 선택된 것으로 이루어져 있고, 철의 양이 니켈의 양을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 결합 금속.