KR100250209B1 - 다이아몬드 초경공구의 제조방법 - Google Patents

다이아몬드 초경공구의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다이아몬드 초경공구의 제조방법에 관한것으로, 특히 각종 소재 및 부품의 고성능, 고정밀도 가공에 사용되는 다이아몬드 공구를 폭발용사건을 이용하여 제조하는 방법에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명은 용사건으로 다이아몬드와 금속분말을 용사하여 초경코팅하는 방법에 있어서, 10∼40㎛의 입자크기를 갖는 다이아몬드 분말과 결합제인 금속분말로써는 20∼80㎛크기의 코발트계 합금분말을 사용하여 2종류 분말의 가열온도 및 속도를 조정하여 공구표면에 우수한 초경폭발용사코팅을 형성하도록 하여서 된 것이다.

Description

다이아몬드 초경공구의 제조방법
제1(a),(b)도는 일반적인 다이아몬드 초경공구의 사시도.
제2도는 본 발명을 구현하기 위한 폭발용사건의 개략도.
제3도는 폭발용사건에 의해 형성된 코팅층의 조직도.
제4도는 용사건 관통내의 가스 속도 및 온도분포도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 절삭공구 2 : 연삭공구
3 : 다이아몬드 코팅층 4 : 관통
5 : 분말공급기 6 : 가스공급기
7 : 점화장치 8 : 금속코팅층
9 : 다이아몬드
[발명의 목적]
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은 다이아몬드 초경공구의 제조방법에 관한것으로, 특히 각종 소재 및 부품의 고성능, 고정밀도 가공에 사용되는 다이아몬드 공구를 폭발용사건을 이용하여 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근에 급속히 발달하고 있는 자동차, 항공기, 전자산업등은 고성능화 되어 가고 있으며, 부품의 정밀도는 더욱 엄격하여 지고 수명 또한 증대되고 있는 실정이다.
이러한 부품 가공을 위하여서는 고성능, 고정밀도의 다이아몬드 공구가 사용되고 있으나, 최초 공구 구입단가가 높기 때문에 활성화 되지 못하고 있다.
따라서, 폭발용사코팅건을 사용하여 경제적으로 다이아몬드공구를 제작하여 생산성 및 제품의 품질 향상이 시급히 요구되고 있는 실정이다.
공구용 다이아몬드는 천연과 인공다이아몬드를 사용하고 있으나, 현재는 인공 다이아몬드가 연마용공구에서는 주종을 이루고 있다.
일반적으로 다이아몬드 분말을 사용하여 공구를 제작하는 방법에는 수지접착, 금속접착, 전기도금접착법등이 있으며, 작업소재의 종류나 가공조건에 따라 제조방법이 결정된다.
다이아몬드 농도는 단위 부피당 포함하고 있는 다이아몬드 량으로 결정되며, 부피비로 25% 일때를 농도 100으로 부르며, 4.4 ct/㎤에 해당된다.
공구의 거칠기 정도에 따라 다이아몬드 분말의 량 및 크기가 결정되며, 금속 결합인 경우가 다이아몬드의 결합력이 가장 크다.
금속 결합은 금속 및 다이아몬드 분말을 혼합시켜 소결하여 제작하는 방법이다.
제1도는 일반적인 다이아몬드 공구 형상의 사시도를 보여주고 있다.
그러나, 금속과 다이아몬드의 접착이 불충분하여 작업중 다이아몬드가 떨어져 나가므로 가공특성 및 수명에 한계가 있다.
또한, 금속과의 접착력을 향상 시키기 위하여 다이아몬드 표면에 Ni금속등을 무전해도금하여, 금속 분말과 혼합성형하는 방법이 개발되었으나 공정이 복잡하여 원가가 상승되는 문제점이 지적되고 있다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 발명한 것으로 폭발용사코팅건을 이용하여 용해온도 및 밀도가 틀린 다이아몬드와 금속분말을 분리시켜 용사 함으로써 간단하게 다이아몬드와 결합제인 금속간의 접착력이 큰 초경코팅을 형성시킬 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 갖는 본 발명은 용사건으로 다이아몬드와 금속분말을 용사하여 초경코팅하는 방법에 있어서, 10∼40㎛의 입자크기를 갖는 다이아몬드 분말과 결합제인 금속분말로써는 20∼80㎛크기의 코발트계 합금분말을 사용하여 2종류 분말의 가열온도 및 속도를 조정하여 공구표면에 우수한 초경폭발용사코팅을 형성하도록 함에 의한다.
[발명의 구성]
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다이아몬드 초경공구의 제조방법은, 용사건으로 다이아몬드 분말과 코발트계 분말을 용사하여 초경 코팅하는 방법에 있어서, 코발트계 분말과 다이아몬드 분말을 분리공급하여 각 분말의 가열온도 및 속도를 조정하여 폭발용사법에 의해 공구표면에 용사코팅하되, 상기 다이아몬드 분말의 입자 크기는 10∼40㎛이고, 용사속도는 400 m/sec이상으로 하며, 상기 코발트계 분말의 입자크기는 20∼80㎛이고, 용사 속도는 800∼1000m/sec로 하며, 상기 다이아몬드 분말은 전체부피의 25% 이하로 하여 코팅함을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 폭발용사코팅 기술은 종래의 폴라즈마용사나 고속용사코팅 기술과는 달리 아세틸렌, 수소, 프로판, 산소, 질소 가스등을 사용할 수 있으며, 한쪽 끝이 막힌 길이 1.2m정도의 관통(4)안에서 폭발시켜 약 4000℃ 이상의 고온과 음속의 10배(3400m/sec.)이상의 가스 유속을 얻어 각종 분말을 용해 비산시켜 코팅시키는 기술이다.
그러나, 종래의 기술로는 다이아몬드 초경코팅이 불가능하여 장치를 개조하였다.
본 발명은 제2도에서 도시된 바와 같이 2개의 분말공급기(5)를 관통(4)끝에서 일정한 거리를 두고 설치하여 다이아몬드 분말과 금속 분말인 코발트계 분말을 분리하여 공급하고, 따라서 각분말은 폭발가스흐름 속에서 유지되는 시간이 틀려짐으로써 공급위치에 따라 각분말의 가열 온도 및 속도 조정이 가능 하다.
분말 공급위치는 용사코팅입자의 가열온도 및 속도를 예측 할 수 있는 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램에 의하여 결정한다.
관통(4) 끝에서 분사될 때 금속 분말은 용융온도인 1500℃, 다이아몬드는 400∼600℃에 도달 할 수 있으며, 속도는 분말의 최대속도인 800∼1000m/sec를 갖도록 분말공급기(5)의 위치를 조정한다.
따라서, 고속의 금속과 다이아몬드 분말이 공구 표면에 충돌하여 치밀한 층을 형성하고 충돌 에너지에 의해 금속과 다이아몬드 분말의 결합력이 향상된다.
용사 코팅에 의한 초경코팅의 조직도를 제3도에 나타내었다.
금속분말의 고속 충돌에 의하여 판상 형태로 용융 웅고된 사이에 다이아몬드 분말이 단단히 결합되는 형상을 보여준다.
이하, 수치한정 이유를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 다이아몬드 분말 속도를 400m/sec 이상으로 한 이유는 속도가 400m/sec 이하로 하면, 금속 분말 즉, 코발트계 분말과의 결합력 및 접착 강도가 현저히 떨어지기 때문이고, 코발트계 분말의 속도를 800∼1000m/sec로한 이유는, 800m/sec 이하가 되면 접착력이 감소하고 1000m/sec 이상은 현재의 기술로써는 불가능 하기 때문에 1000m/sec로 하였다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예]
폭발용사건에 아세틸렌:산소의 비가 1 :1.1 되게 공급하고, 이때의 관통(4) 위치에 따른 분말공급 입자의 온도 및 속도를 컴퓨터 프로그램에 의하여 계산 하였다.
결합재로는 코발트분말을 사용하였으며, 다이아몬드는 G. E의 40㎛정도의 공업용 다이아몬드를 사용하였다.
[표 1]
상기 표 1 에서의 컴퓨터 프로그램 계산치를 기준하여 금속 분말공급기(5)의 위치는 관통(4)끝에서 30㎝, 다이아몬드 분말공급기(5)는 14㎝후방에 설치하였다.
각 분말공급기(5)는 컴퓨터 컨트롤에 의하여 폭발코팅시에는 동시에 4msec. 과 2msec. 동안 각각의 일정량의 분말을 공급하게 되고, 분말은 관통(4)내 유지시간에 따라서, 금속분말은 1450℃, 850m/sec., 다이아몬드 분말은 300℃, 420m/sec. 의 온도와 속도로 분사되어 코팅된 것이다.
[표 2]
상기의 조건으로 초경 다이아몬드 코팅을 폭발용사건을 사용하여 제작하였으며, 상기 표 2 에 초경코팅의 기계적 특성을 나타내었다.
초경 다이아몬드 코팅은 다이아몬드 농도의 증가에 따라서 결합 특성은 감소하고 있으나, 경도 및 절단능력은 향상 되었다.
또한, 폭발용사코팅시 분말의 음속이상의 고속분사에 의하여 소결에 의한 초경코팅 보다 코팅층이 매우 치밀하여 기공율도 감소하였다.
[발명의 효과]
이상과 같은 본 발명은 초경 다아이몬드 코팅을 개조한 폭발용사건을 사용하여 간단한 공정으로 우수한 초경코팅을 제조할 수 있으며, 고속용사로 제조함으로써, 다이아몬드와 금속 결합재의 접착강도를 더욱 향상 시키는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 용사건으로 다이아몬드 분말과 코발트계 분말을 용사하여 초경 코팅하는 방법에 있어서, 코발트계 분말과 다이아몬드 분말을 분리공급하여 각 분말의 가열온도 및 속도를 조절하여 폭발용사법에 의해 공구표면에 용사코팅하되, 상기 다이아몬드 분말의 입자 크기는 10∼40㎛이고, 용사속도는 400 m/sec이상으로 하며, 상기 코발트계 분말의 입자크기는 20∼80㎛이고, 용사속도는 800∼1000m/sec로 하며, 상기 다이아몬드 분말은 전체부피의 25% 이하로 하여 코팅함을 특징으로 하는 다이아몬드 초경공구의 제조방법.
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