KR100189331B1 - 금형의 피복층 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고온의 용융 금속을 저장하기 위한 금형의 공동부 표면상에 피복층을 형성시키기 위한 방법에 관한 것으로, 금형에 강한 결합력을 갖는 재료로 이루어지는 제1피복층을 금형 상에 형성시키는 단계, 제1피복층의 재료에 강한 결합력을 갖는 재료로 이루어지는 제2피복층을 제1피복층 상에 형성시키는 단계, 제2피복층의 재료에 강한 결합력을 가지며, 성형제품과의 분리가 용이한 재료로 이루어지는 제3피복층을 제2피복층 상에 형성시키는 단계 및 제1, 제2 및 제3피복층간의 열팽창계수 차이를 감소시키기 위한 열처리 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것에 의해, 피복층이 금형의 표면으로 박리되는 것을 방지할 수 있다.

Description

금형의 피복층 형성 방법
본 발명은 중력 주조 금형의 공동부 표면상에 피복층을 형성시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 특히 단열과 이형을 목적으로 형성된 피복층의 박리를 방지시킬 수 있고 금형의 내구성을 향상시킬 수 있는 금형의 피복층 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 금형의 공동부는 고온의 용융 금속을 저장하기 위한 공간으로서 그의 표면상에는 상기 용융 금속으로 불순물로 유입되는 것을 방지하고 주물의 지향성 응고와 주물의 이형을 도우며 또한 금형의 내구성을 향상시키기 위하여 내열성 및 내마모성이 우수한 재질로 이루어진 피복층이 형성되어 있다.
한편, 제1도에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 금형(11)의 공동부 표면상에 피복층(12)을 형성시키기 위하여 상기 금형(11)을 약 250℃ 내지 300℃ 정도의 온도로 가열시킨 후 물을 과량으로 함유하고 있는 피복재를 에어 건(air gun)(13)으로 상기 금형(12)의 공동부 표면상에 분무시킨다.
이때, 상기 금형(11)에 대한 상기 피복층(12)의 부착성이 불량한 경우에 상기 금형 재질과 상기 피복층 재질의 열팽창계수 차이에 의하여 상기 피복층(12)은 상기 금형(11)의 표면으로부터 용이하게 박리되며 이에 의해서 상기 금형(11)의 공동부에 저장되어 있는 용탕에 불순물이 유입되어서 상기 용탕의 특성을 저하시키거나 또는 변경시킨다.
또한, 상기된 바와 같이 피복층(12)이 박리된 금형을 수리하기 위하여 많은 시간을 요하게 되므로 전체적인 작업 시간을 증가시킨다는 문제점이 야기된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로 그 목적은 금형의 공동부가 고온의 용융 금속을 저장할 때 상기 금형으로부터 상기 용융 금속으로 불순물이 유입되는 것을 방지시키기 위하여 상기 금형의 공동부의 표면상에 세라믹 조성의 피복층을 형성시킬 때 상기 피복층이 상기 금형의 표면으로부터 용이하게 박리되는 것을 방지시키기 위한 금형의 피복층 형성 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 상기의 목적은 고온의 용융 금속을 저장하기 위한 금형의 공동부에 플라즈마 용사 피복 공정에 의하여 경사 코팅 방식으로 다수의 층을 형성시키는 단계와, 상기 다수의 층을 열처리시켜서 피복층을 형성시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 금형의 피복층 형성 방법에 의해서 달성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고온의 용융 금속을 저장하기 위한 금형의 공동부에 피복층을 형성시키기 위한 방법은 금형에 강한 결합력을 갖는 재료로 이루어지는 제1피복층을 금형 상에 형성시키는 단계, 제1피복층의 재료에 강한 결합력을 갖는 재료로 이루어지는 제2피복층을 제1피복층 상에 형성시키는 단계, 제2피복층의 재료에 강한 결합력을 가지며, 성형제품과의 분리가 용이한 재료로 이루어지는 제3 피복층을 제2피복층 상에 형성시키는 단계 및 제1, 제2 및 제3피복층간의 열팽창계수 차이를 감소시키기 위한 열처리 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제1도는 종래 실시예에 따른 피복층 형성 방법을 도시한 단면도,
제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 피복층 형성 방법을 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 금형 22 : 피복층
22a : 제1피복층 22b : 제2피복층
22c : 제3피복층 23 : 플라즈마 건
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형의 피복층 형성 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형의 피복층 형성 방법은 고온의 용융 금속을 저장하기 위한 금형의 공동부에 플라즈마 용사 피복 공정에 의하여 경사 코팅 방식으로 다수의 층을 형성시키는 단계와, 상기 다수의 층을 확산 열처리시켜서 피복층을 형성시키는 단계로 이루어진다.
이때, 상기 플라즈마 용사 피복 공정은 상기 금형(21)(SKD11)을 상온 또는 소정 온도로 가열시킨 상태에서 플라즈마 건(plasma gun)(23)안에 아르곤(Ar) 또는 수소(H2)와 같은 불활성 가스를 주입시키고 상기 플라즈마 건(23)에 내장된 캐소드와 애노드에 고전압을 부가시켜서 상기 불활성 가스를 방전시키며 그 결과 플라즈마 이온화된 가스 분자 화염을 발생시킨다.
이때, 상기 가스 분자 화염이 상기 애노드 측의 노즐을 통하여 분사될 때 상기 노즐의 선단부에 피복 조성물을 낙하시켜서 용융시키며 그 결과 상기 피복 조성물은 상기 가스 분자 화염과 같이 상기 금형(21)상에 분사 이송되어서 압착 코팅되며 이에 의해서 상기 금형(21)상에 피복층(22)을 형성시킨다.
한편, 상기 경사 코팅 방식은 상기 금형 재질과 상기 피복층 재질의 물리적 화학적 특성 차이를 감소시키기 위하여 상기 금형 재질과 상기 피복층 재질을 상이한 조성비로 혼합된 혼합 조성물을 피복시키는 방식이다.
즉, 상기 금형의 표면상에는 상기 금형의 재질을 상기 피복층 재질에 비하여 상대적으로 많이 함유한 피복 조성물이 피복되고 또한 상기 금형의 표면상에 형성되는 층의 두께가 증가될수록 상기 피복층 재질이 상기 금형 재질에 비하여 상대적으로 많이 함유된 피복 조성물이 피복된다.
이하, 본 발명에 따른 피복층 형성방법을 단계별로 설명한다.
우선, 금형(21)이 소정 온도까지 가열된 후, 금형(21)에 대해 강한 결합력을 갖는 재료, 예를들면 5-10%Al+90-95%Ni가 플라즈마 건(23)에 의해 금형(21)에 용사되어, 10-60㎛의 두께를 갖는 제1피복층(22a)을 형성한다.
다음에, 제1피복층(22a)의 재료에 대해 강한 결합력을 갖는 재료, 예를들면1-5%Al+30-40%Ni+45-55％ZrO2+MgO로 이루어진 제2피복층(22b)을 플라즈마 건(23)에 의해 제1피복층(22a)상에 형성한다. 이 제2피복층(22b)의 두께는 10-60㎛이다.
그후, 제2피복층(22b)의 재료에 대해 강한 결합력을 갖고 성형제품과 용이하게 분리되는 재료, 예를들면 15-40%MgO+85-60%ZrO2로 이루어지는 제3피복층(22c)을 플라즈마 건(23)에 의해 제2피복층(22b)상에 형성한다.
마지막으로, 상기된 바와 같이 상기 금형 재질에 대한 상기 피복층 재질의 조성비가 상이한 피복 조성물을 플라즈마 용사 피복 공정에 의하여 상기 금형(21)의 표면상에 피복시킴으로서 다수의 층(22a,22b,22c)을 형성시킨 상태에서 상기 다수의층 사이의 계면에서의 접착력을 향상시키기 위하여 확산 열처리를 수행한다. 이 열처리 공정은 1000℃-1200℃에서 3-5시간 동안 수행된다.
즉, 상기 확산 열처리에 의하여 상기 다수의 층 사이의 계면에서 상기 피복조성물을 구성하는 재질이 확산되며 그 결과 상기 다수의 층 사이에 형성된 계면이 제거되며 이에 의해서 상기 금형(21)과 상기 피복층(22)의 열팽창계수 차이를 감소시킨다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라서 피복층(22)이 형성된 금형(21)의 공동부에 고온의 용융 금속을 저장시킬 때 상기 금형(21)에 대한 피복층(22)의 접착력이 향상되고 또한 상기 금형(21)과 피복층(22)사이의 열팽창계수 차이가 감소되므로 상기 피복층(22)이 상기 금형(21)의 표면으로부터 용이하게 박리되는 것을 방지시킬 수 있다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 상이한 재질로 각각 이루어진 금형과 피복층 사이의 열팽창계수 차이를 경사 코팅 방식 및 확산 열처리에 의하여 감소시킴으로서 상기 금형의 표면상에 형성된 피복층이 상기 금형으로부터 용이하게 박리되는 것을 방지시킬 수 있다.

Claims (1)

  1. 고온의 용융 금속을 저장하기 위한 금형의 공동부에 피복층을 형성시키기 위한 방법에 있어서, 금형에 강한 결합력을 갖는 재료로 이루어지는 제1피복층을 금형 상에 형성시키는 단계; 상기 제1피복층의 재료에 강한 결합력을 갖는 재료로 이루어지는 제2피복층을 제1피복층 상에 형성시키는 단계; 상기 제2피복층의 재료에 강한 결합력을 가지며, 성형제품과의 분리가 용이한 재료로 이루어지는 제3피복층을 제2피복층 상에 형성시키는 단계 및 상기 제1, 제2 및 제3피복층간의 열팽창계수 차이를 감소시키기 위한 열처리 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 금형의 피복층 형성방법.
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