KR0184417B1 - 고온상에서의 가압공정이 첨가된 스프레이법에 의한 분말소결층 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 고탄소강 또는 주철 뿐만 아니라 탄소함유량이 적은 일반 저탄소강이나 침탄이 잘 안되는 특수강재질로 된 시편에, 액상체로 된 합금분말 및 탄소분말과 합성수지의 혼합물들을 순차적으로 스프레이 해주어 합금분말층과 탄소분말층을 각긱 형성한 다음 가열시켜 고온상태에서 프레스등과 같은 가압수단을 이용하여 인위적으로 압력을 가하여 밀도를 향상시킨 후 소결작업을 실시함에 따라서, 고경도의 경화층으로 된 내마모재보다 충격에 강하면서 표면조도가 우수하며 밀도가 높으며 내마모성도 우수한 분말소결층을 간편하게 얻을 수 있도록 된 고온상에서의 가압공정이 첨가된 스프레이법에 의한 분말소결층 형성방법에 관한 것이다.

Description

고온상에서의 가압공정이 첨가된 스프레이법에 의한 분말소결층 형성방법

제1도는 본 발명에 따른 분말소결층 형성방법의 개략적인 공정흐름도.

제2도는 본 발명 소결공정의 작업도.

제3도는 본 발명에 따른 소결처리후에 있어서의 분말소결층의 단면의 조직을 100배로 확대하여 나타낸 현미경사진들.

제4도는 종래의 분말소결층 형성방법의 공정흐름도.

제5도와 제6도는 상온가압 및 무가압에 있어서의 분말소결층의 단면조직을 100배로 확대하여 나타낸 현미경사진들이다.

본 발명은 금속표면에 분말소결층을 형성시켜 주는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 금형재질로 많이 사용되는 특수강 재질로 된 시편표면의 스프레이피복층을 가열시켜 온도를 올리고 압력을 가한 다음 소결작업을 실시함에 따라 모재와의 접착성을 보다 향상시키고 표면조도와 내마모성이 우수한 분말소결층을 간편하게 얻을 수 있도록 된 고온상에서의 가압공정이 첨가된 스프레이법에 의한 분말소결층 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차부품 중에서 로커아암, 캠샤프트 캠부, 기어, 밸브등과 같은 부품이나 각종 기계부품에서의 작동부표면, 또는 금형에서의 작업표면은 높은 내마모성이 요구됨에 따라 표면을 경화시켜 주기 위하여 물리적, 화학적인 방법을 이용한 여러가지 표면경화법이 사용되고 있다.

한편 이와 같은 표면경화법의 하나로 본 발명의 출원인이 특허 제93-4222호로 제안한 것이 있는 바, 즉 제4도에서와 같이 합성수지와 탄소분말을 일정비율로 섞은 각각의 혼합물들을 용제로 녹여 적당한 점성을 갖는 액상체들로 만들고 이 액상체들을 스프레이건에 담아서 시편중 내마모성이 요구되는 부위의 표면에 일정두께의 피복층을 형성시켜 주는 탄소 및 합금분말 도장단계와, 상온에서 프레스등에 의하여 피복층을 가압시켜 밀도를 향상시키는 가압공정단계 및, 고밀도피복층이 형성된 시료를 가열로 내에서 300℃까지 1차예열 후 소정시간동안 유지시킨 다음 1050~1200℃에서 소결작업을 실시해 주는 소결단계로 구성되어서, 시편의 표면형상에 구애됨이 없이 시편의 원하는 표면부위에 내마모성이 큰 소결분말층을 간편하게 형성시켜 줄 수 있도록 되어 있다.

한편, 이와 같은 스프레이법에 의한 분말소결층 형성방법에 있어서는 상온에서 프레스등과 같은 가압수단을 이용하여 피복층을 가압시키게 되므로, 피복층의 밀도를 높이는 데에 한계가 있고, 첨가되는 합성수지가 금속분말과 결합되어 모재표면에 초기밀착성을 부여하는 역할을 하고 있어서 첨가되는 합성수지의 함량이 많아지면 그만큼 금속분말의 결합력도 높아져서 스프레이피복층의 밀도가 향상되어지는반면, 합성수지가 차지하는 부피가 커질 경우 1차예열과정중 300~400℃에서 이들 합성수지가 대량으로 분해되면서 많은 량의 기공을 만들어 표면조도를 거칠게 하는 특성으로 인하여 합성수지의 함량은 적을수록 바람직하게 되어 있다.

그러나 만일 합성수지함량이 적을 경우에는 스프레이피복층의 밀도가 떨어져 소결후 많은 기공이 형성될 뿐만 아니라 표면조도도 나빠지게 되고, 특히 시편이 금형재질로 많이 사용되는 특수강인 경우 탄소의 침탄이 잘 안되기 때문에 스프레이되어진 탄소분말층이 합금분말층과 반응하여 복합탄화물을 형성한후, 남은 탄소가 모재에 완전히 침탄되지 않고 남아 분리막층을 형성하면서 분말소결층과 모재를 분리시키는 역할을 하게 되는 문제점들이 있어 왔다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소시켜주기 위하여 발명된 것으로, 첨가시키는 수지의 함량을 최소의 초기밀착성을 부여할 정도로 극소화된 함량으로 첨가시킨 상태에서 스프레이에 의한 도장단계가 이루어진 후, 온도를 부여하면서 프레스와 같은 도구를 매개로 기계적으로 스프레이피복층을 가압하는 가압공정을 거쳐 소결단계가 이루어지도록 됨으로써, 고온상에서 가압공정이 이루어져 수지의 연화가 발생되어 피복층의 밀도가 보다 높아지고 가압시에 피복층에 파괴되는 것을 방지하여 기공형성이 방지될 뿐 아니라, 표면조도도 향상되도록 된 고온상에서의 가압공정이 첨가된 스프레이법에 의한 분말소결층 형성방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

따라서 상기한 바의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 소정의 합금분말과 합성수지 그리고 탄소분말과 합성수지를 일정비율로 섞은 각각의 혼합물을 용제로 녹여, 적당한 점성을 갖는 액상체들로 만들고, 이 액상체들을 스프레이건에 담아서 시편중 내마모성이 요구되는 부위의 표면에 일정두께의 피복층을 형성시켜 주는 탄소 및 합금분말층의 도장단계와, 스프레이층의 밀도를 향상시켜주기 위하여 약 150℃까지 가열한 후 가압시켜주는 고온가압공정단계, 그리고 피복층이 형성된 시료를 가열로내에서 300℃까지 1차 예열후 소정시간 유지시킨 다음 1050~1200℃에서 소결작업을 실시하여주는 소결단계로 구성되어서, 시편의 표면형상과 재질에 구애됨이 없이 시편의 원하는 표면부위에 우수한 조도와 함께 밀도와 내마모성이 큰 분말소결층을 간편하게 형성시켜 줄 수 있도록 되어 있다.

또한 이와 같은 피복층의 가압으로 합성수지를 연화시켜 상온에서 가압시키는 것 보다 피복층의 밀도를 향상시키고 피복층이 파괴되는 것도 방지할 수 있다.

이하 본 발명은 첨부된 예시도면을 참조하며 실시예를 들어 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 개략적인 공정흐름도들로서, 본 발명은 제1도에서와 같이 탄소분말과 합성수지만의 혼합물을 먼저 시편에 스프레이하여 일정두께의 탄소분말층을 형성한 다음, 그 위에 금속합금분말(86.29%Fe-6.5%Cr-4.96%Mo-1.25%P-1%-C)과 합성수지의 혼합물을 스프레이하여 합금분말층을 형성하는 도장단계와, 소결공정을 실시하여 금속복합탄화물의 분말소결층을 형성시키는 소결단계 사이에 고온상에서 프레스등에 의해 스프레이 피복층에 가압을 실시하여 피복층의 밀도를 향상시키는 가압공정단계가 신설되어진다.

또한 상기 고온상에서의 가압공정단계를 거쳐 보다 높은 밀도의 피복층을 형성시킨 시편은 가열로에서 소결작업을 받게 되는 바, 즉 제2도에 도시된 것과 같이 시편을 질소가스 또는 불활성가스 분위기에서 가열속도 3℃/분으로 300℃까지 서서히 가열해 준 다음 300℃에서 약 20분간 유지시켜서 합성수지가 열분해됨과 더불어 수소가스가 충분히 방출되도록 해주고 나서, 다시 가열하여 1150℃까지 올린 후 이 온도에서 약 60분간 유지시키면서 소결작업을 실시하여준 다음 1150℃에서 소결작업을 완료시키고, 다시 시편을 질소가스내에서 상온까지 냉각시켜주면 본 발명에 따른 분말소결층 형성작업이 완료되게 된다.

한편, 제3도는 상기와 같은 방법에 의하여 소결처리한 후 특수강(SKD-11재)에 형성된 분말소결층의 단면조직을 100배로 확대시켜 관찰한 현미경사진들로서, 단면은 분말소결층이 모재와 완전한 금속학적 결합을 이루며 양호하게 형성되어 있음을 알 수가 있다.

따라서 상기와 같은 본 발명은, 고경도의 금속복합탄화물과 중간정도의 경도를 나타내는 일반분말층이 혼합적으로 형성되어 있어서 고경도의 경화층으로만 된 내마모재보다 충격에 강하면서 내마모성도 우수하게 될 뿐만 아니라, 모재가 주철재가 아닌 일반 저탄소강이나 특수강에서도 분말소결층이 안정되게 형성됨으로서, 모재의 강성을 요구하는 분야의 자동차부품은 물론 산업전반에 걸쳐 폭넓게 적용될 수 있는 효과를 갖게 된다.

Claims (1)

1. 중량%로 6.5%Cr, 4.96%Mo, 1.25%P, 1%C, 86.29%Fe로 된 탄소분말을 각각 합성수지 1~10중량%와 혼합한 혼합물들에 각기 용제를 넣어 적당한 점성을 갖는 액상체들로 만든 다음, 이 액상체들을 스프레이건을 사용하여 시편의 표면에 일정두께로 피복시켜 순차적으로 탄소분말층과 합금분말층을 형성시켜 주는 도장단계를 거쳐, 스프레이된 피복층을 불활성분위기 내에서 300℃까지 1차 예열후 소정시간동안 유지시킨 다음 1050~1200℃에서 소결단계로 처리되는 스프레이법에 의한 분말소결층 형성방법에 있어서, 상기 시편의 표면에 스프레이된 피복층이 소결단계에 투입되기 전에 시편을 가열시켜 고온상태에서 프레스등에 의한 가압공정단계를 거치도록 된 것을 특징으로 하는 가압공정이 첨가된 스프레이법에 의한 소결분말층 형성방법.