KR100327795B1

KR100327795B1 - 복합 교반법에 의한 금속복합재료의 연속 제조장치

Info

Publication number: KR100327795B1
Application number: KR1020000006906A
Authority: KR
Inventors: 강충길
Original assignee: 강충길
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2002-03-15
Also published as: KR20000024436A

Abstract

본 발명은 금속복합재료의 반용융 단조와 반용융 캐스팅 공정을 위하여 금속복합재료를 연속적으로 제조하는 장치를 제공코자 하는 것이다.

즉, 본 발명은 용해로(22)에서 용해한 알루미늄 합금에 강화입자를 균일하게 주입함과 동시에, Al재료 내에 강화재를 균일하게 분산시킬 수 있는 시스템을 제공한다. 용해로(22)에서 Al을 용해한 후 가스투입구(23), 강화재 투입모터(24), 강화재 투입 및 교반 임펠러(27) 등으로 구성된 분산 시스템을 보온로(1)의 바로 위에 설치하여 Al 용탕 내에 강화재를 균일하게 분산시킨 후 연속주조 작업을 하여 빌렛(billet)을 제조하는 구조로 구성된 것이며, 또한 용탕의 양과 빌렛의 크기에 따라서 용해로(22) 내에서 강화재를 균일하게 분산시킨 후 보온로(1)에 주입한 후 강화재의 부상과 침전만을 방지하기 위하여 강화재의 부상 및 침전 방지용 임펠러 구동모터(29)를 작동시켜 강화재의 부상 및 침전 방지용 임펠러(28)의 회전을 이용하여 교반을 시키면서 연속주조 작업을 수행할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 일정한 양의 용탕이 보온로(1)에 주입되도록 보온로(1)의 탕면에 레벨센서가 설치되며, 또한 용탕 배출을 위한 잔탕 도출구(2)가 보온로(1)에 마련되어 있고, 탕도(6)를 통하여 전자교반장치(8) 내부로 용탕을 주입시켜 복합재료의 연주봉(20)을 제조하는 장치에 있어서, 보온로(1)와 탕도(6) 사이에 누수 방지를 위하여 설치되는 실링(Sealing)재료(3)와, 불순물이 유입되는 것을 방지하기 위하여 탕도(6)에 부착된 용탕의 필터(4)와, 수평상의 몰드(14)에 결합되어 용탕을 교반, 회전시키는 전자교반장치(8)에 열이 가해지는 것을 방지하고, 용탕의 고상율을 제어하기 위한 몰드 냉각수 구멍(12)과 몰드(14)를 빠져나온 소재를 2차 냉각시켜 금속 복합재료의 연주봉(20)을 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

Description

복합 교반법에 의한 금속복합재료의 연속 제조장치{A manufacturing apparatus for metalic compound materials by the continuity of a compound grinding method}

본 발명은 주로 단조용 및 반용융 다이캐스팅으로 사용되는 반용융 금속복합재료의 제조장치에 있어서, 몰드 상에 수평식 전자교반장치를 설치하여 금속 복합재료의 연주봉을 연속적으로 생산할 수 있도록 한 반용융 소재의 연속제조장치를 제공하고자 하는 것으로서, 보온로의 용탕 내부에 강화재를 균일하게 분산시킬 수 있는 시스템을 발명하여 복합재료의 연주봉을 연속 제조하는 시스템을 포함하여 제공코자 하는 것이다.

(1) 부품개발의 환경변화

자동차 부품산업에서 CO₂규제 때문에 금속복합재료를 응용한 부품산업의 영역이 확대되어 가고 있다. 자동차엔진의 실린더 블록이 알루미늄화 되면서부터 내마모성, 마내열성을 요구하는 라이너도 알루미늄화 추세로 변화해 가고 있다.

라이너의 두께도 약 2∼4mm로 설계되고 있을 뿐만 아니라 Si입자의 균일 분포를 요구하고 있기 때문에 틱소포밍(Thixoforming) 공정이 더욱 더 필요시 되고 있다.

압축기의 경우 대용량의 공조용은 로타리(Rotary)식에서 스크롤(Scroll)식, 터보(Turbo)식으로, 소용량의 가전 냉동용은 레시프로(Recipro)식에서 리니어(Linear)식으로 상업화되어 가고 있고, 사용영역도 각각의 기능과 효율에 따라 오버랩 되면서 기능이 변화되고 있다.

특히 사용대수의 증가와 대용량화에 따라 소비전력이 많아지고, 환경규제에 의해 대체냉매의 적용성이 필수적으로 되게 됨에 따라 압축기의 습동부품(실린더블록, 피스톤, 커넥팅로드)에 대한 경량화, 내마멸, 고윤활성이 점차 중요하게 되어지고 있다.

고환율, 고금리시대에 있어 생산성 향상은 생존의 밑바탕이 되므로 고정밀의 압축기 재료가공을 최소화하고 가공성을 높게 하는 것이 절실한 과제로 대두되고 있다.

기존의 압축기 습동부품은 회주철이나 철계 소결합금을 절삭가공하고 표면처리하여 사용하고 있으나, 환경변화에 대한 대응력이 미흡하다고 할 수 있다.

선진국의 경우 자동차 엔진부품을 중심으로 주철재료의 대체재로 내마멸성이 있는 알루미늄 합금으로 대체하려는 많은 노력을 기울이고 있고, 가전 냉동분야도 알루미늄을 적용하고 있으나, 소재가 난가공성이거나 혹은 소재의 내마멸성이 부족하여 확대 적용이 되지 못하고 있는 실정이다.

(2) 알루미늄 소재로의 대체

기존의 다이케스팅 방법은 두께가 얇고 형상이 복잡하면서 비교적 강도가 필요하지 않은 부품을 대량으로 생산할 때 용이한 제조법이다. 그러나 제품 내부에 편석 및 기공 등의 결함을 함유하기 쉽기 때문에 고강도를 요구하는 기능 부품에는 적합하지 않다.

단조공정에 의한 부품들은 비교적 기계적 성질들이 안정되어 있지만 성형시 몇 단계의 공정을 거쳐야 하기 때문에 생산량이 한정돼 있고, 니어 넷 셰이프(Near Net Shape) 부품의 생산이 어려운 단점이 있다.

고체와 액체가 동시에 공존하는 상태에서 주조공정과 단조공정이 복합화된 틱소포밍(Thixoforming)법은 복잡한 형상을 가진 부품을 생산하고자 할 때 구상화 조직(결정립의 크기: 60∼80μm)을 가진 반용융 소재를 금형에 완전히 충전(두께2mm정도까지 충전가능)시키는 것이 가능하다고 알려져 있다.

반용융 소재의 충전시 고상과 액상이 공존하기 때문에 순수 액상만 존재하는 경우에 비해서 응고 시간이 짧아지므로 수축공 결함을 줄이는 데 있어서 보다 유리한 성형방법이다.

반용융 성형 온도에서 소재의 점성이 액상 상태보다 더 높으므로 충전시 유동형태가 난류로 발달하지 않기 때문에 재료가 금형 내부에 충전될 때 속도장이 균일하며, 두께가 얇은(2mm이하) 부분까지도 충전을 시킬 수 있다. 따라서 충전시 용탕의 흐름에 기인하는 가스 결함이 적어지는 등 여러 가지 장점을 가지고 있고 내마모성, 내열성 때문에 소재의 부품성형공정에 활용되어지고 있다.

(3) 틱소포밍(Thixoforming) 제품의 개발

틱소포밍(Thixoforming)공정은 복잡한 형상의 제품일지라도 기공 등과 같은 결함들이 거의 없는 넷 셰이프(Net Shape) 부품을 생산할 수 있다고 알려져 있다.

주조 및 단조공정에 의하여 생산하는 제품들은 기계 가공을 많이 필요로 하기 때문에 부품의 원가 상승 요인 중의 하나가 되고 있다. 그러나 틱소포밍(Thixoforming)법에 의하여 내마모계 제품(자동차용 실린더 라이너)을 개발하게 되면 가공이 적은 성형제품을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 기계 가공의 공정을 생략할 수 있다.(기계가공의 허용치수는 300μm 이내로 가능)

(4) 기존 복합재료의 제조공정에서의 문제점

입자 강화형 금속 복합재료는 강화재의 가격이 단섬유에 비하여 저렴하고, 용탕단조, 다이캐스팅(die casting) 및 원심주조 등을 이용하면 대량생산과 소성가공이 가능하기 때문에 실용화의 가능성이 가장 높은 금속 복합재료이다.

금속 복합재료의 제조 방법중 고상선 온도 이상에서 제조하는 액상법은 용융 상태의 금속을 교반과 동시에 고상율을 제어한 후 입자나 섬유를 첨가하여 금속복합재료를 제조하는 콤포캐스팅 프로세스(Compocasting Process)와 예비성형체에 기지재의 용탕을 가압 침투시켜 짧은 시간 내에 최종형상에 가까운 제품제조가 가능한 가압용침법(Squeeze Infiltration method) 등이 있다.

그러나 기지재와 강화재의 밀도차이로 인하여 강화재가 침전 혹은 부상되어 전체적으로 강화재가 균일하게 분산된 제품을 얻기가 어렵다. 복합 소재의 재현성이 확보되지 않아 실용화가 되지 않고 있다.

(5) 기존 성형방법의 문제점

콤포캐스팅(Compocasting), 용탕단조 및 다이캐스팅에 의하여 복합재료를 현재 제조하고 있다. 이러한 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

1) 다이캐스팅의 경우 용탕이 금형 내부로 유입될 때 난류로 인한 공기의 포집과 수축에 의한 결함이 생기기 용이함.

2) 용탕단조법의 경우는 케비티의 입구 크기가 다이캐스팅에 비하여 클 뿐만 아니라 고압으로 가압 지연을 시키기 때문에 재료손실 및 금형의 온도 상승으로 인해 수명이 단축되는 결점이 있음.

3) 용탕단조, 콤포캐스팅(compocasting) 방법 모두 응고시 수지상정 조직이 발생 및 예비성형체의 변형 때문에 기계적 성질이 균일하지 못한 단점이 있음.

4) 강화재를 용융 상태의 기지재에 혼합한 후 다이캐스팅을 할 경우는 강화재의 침전, 부상 및 기지재로부터의 분리 현상 때문에 강화재가 균일하게 분산될 수가 없음.

5) 용탕단조법을 이용한 금속 복합재료의 부품개발은 예비성형체(Preform)를 제조하여야 하며, 제품의 형상에 한계가 있으며, 성형시 예비성형체의 변형으로 인하여 강화재의 분포가 균일하지 못함.

6) 용탕주입시 초기에 삽입된 예비성형체의 상부면 공간에 용탕이 먼저 충전됨과 동시에 응고 현상이 일어나 비성형부를 유발할 수 있음.

(6) 틱소포밍(Thixoforming)의 장점

반용융 상태에서 금속복합재료를 성형하게 되면 다음과 같은 장점이 있다.

1) 임의 형상의 입자강화형 금속 복합재료의 부품 제조가 가능함.

2) 기존의 단조공정에 비해 적은 하중으로도 복잡한 형상의 부품을 한 공정으로 제조할 수 있음.

3) 액체상태보다 높은 점성으로 인해 충진시 유동 형태가 난류로 발달하지 않기 때문에 가스 결함이 적음.

4) 초기 온도가 낮기 때문에 금형의 열피로를 줄일 수 있음.

5) 응고가 진행중인 상태이기 때문에 응고 완료 시에도 수축에 의한 결함이 적음.

이상에서 서술한 바와 같이 본 발명의 발명자는 반용융 소재의 알루미늄 재료를 이용하여 반용융 단조와 캐스팅 공정을 할 수 있도록 하기 위하여 빌렛을 제조하는 방법과 단조 기법에 관하여 선출원(1997년 실용신안등록출원 제23639호) 및선등록(특허 제0225802호, 특허 제0227415호) 받은 바 있다.

이에 본 발명에서는 금속복합재료의 연속제조장치에 있어서 생산하고자 하는 빌렛의 크기와 용해로의 능력에 따라서 알루미늄의 용탕에 강화재를 균일하게 분산시키기 위한 시스템을 제공함과 동시에 연속적으로 빌렛을 생산하기 위한 전자교반장치와 몰드의 부착 위치, 장비의 전체적인 구조를 제공함에 본 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 금속복합재료의 연속 제조장치를 보인 개략도로서 용해로에서 강화재를 균일 분산시키는 경우의 정면도

도 2는 본 발명에서 제공하는 금속복합재료의 연속 제조장치를 보인 개략도로서 보온로에서 강화재를 분산시키는 경우의 정면도

도 3은 본 발명에서 제공하는 금속복합재료의 연속 제조장치에 있어서 강화재 주입 및 분산시스템의 확대도

도 4는 상기 강화재 주입 및 분산시스템의 임펠러를 발췌한 확대도

도 5는 상기 임페러의 구조를 발췌한 평면, 단면, 저면 및 종단면도

■ 도면의 주요부분에 사용된 부호에 대한 설명 ■

1:보온로 2:잔탕도출구

3:실링재료 4:용탕의 필터

6:노즐 8:전자교반장치

9:냉각수 노즐

10:전자교반장치의 보호 냉각수관

13:윤활제 주입 홀(Hole) 14:몰드 냉각수 구멍

15:냉각수 박스

16:냉각노즐 배관시스템 및 유량측정장치

17:에어실린더 18:핀치로울러 구동D/C 모터

19:핀치로울러 20:복합재료의 연주봉

21:가스보온장치 22:용해로

23:가스 투입구 24:강화재 투입 모터

25:강화재 투입 용기 26:교반임펠러 구동모터

27:강화재의 주입 및 교반 임펠러

28:강화재의 부상 및 침전 방지용 임펠러

29:강화재의 부상 및 침전 방지용 임펠러 구동모터

본 발명에 있어서 입자 강화형 금속기지 복합재료(MMC; metal matrix composit)의 복합재료의 연주봉(20)을 제조하기 위해 사용되어진 기지재는 알루미늄 합금을 사용하였으며, 입자형 강화재는 Al₂O₃, SiC, Gr 등을 이용한다.

제조되어질 입자 강화형 금속기지 복합재료 연주봉(20)의 체적 함유율은 반용융 공정(Thixoforming process)을 이용하여 개발하고자 하는 성형품의 기계적 성질 등을 고려하여 결정한다.

강화재의 체적 함유율을 계산하여 기지재에 포함될 강화재 량을 정하며, 강화재의 수분 제거 및 혼합될 기지재의 용융 온도를 고려하여 400℃까지 전기로에서 강화재를 예열한다.

도시한 도 1은 용해로(22)에서 강화재를 균일 분산시킨 후 보온로(1)에 주입하여 복합재료의 연주봉(20)을 제조하는 방법으로서 강화재가 예열되는 동안 알루미늄 기지재를 아세톤 용액으로 세척한 후 용해로(22)에 넣는다.

용탕의 온도를 제어하기 위해 열전대를 용해로(22)에 삽입한 다음 알루미늄 기지재를 용융 온도까지 가열한다. 가열 방식을 취하는 것은 현장에서 생산성과 사이클 시간에 의존한다. 기지재의 용융 중 불활성 분위기를 유도하기 위해 가스보온장치(21)를 통하여 예열된 가스를 강화재 투입 및 교반임펠러(27)를 통해 강화재와 같이 분사시킨다. 흑연 재질 혹은 스테인레스(SUS) 재질의 임펠러를 기지재의 용융 표면에서부터 일정한 위치에서 예열한다. 온도 제어기로부터 기지재의 실제 용융온도가 최종 유지 온도일 때 기지재는 완전 액상 상태이며, 아르곤 가스의 공급을 일시 중단하고 예열된 강화재를 강화재 투입 용기(25)에 투입한 후 아르곤 가스를 다시 분사한다.

용탕 내부로 예열된 강화재 투입 및 교반임펠러(27)를 삽입하고 교반임펠러 구동모터(26)를 구동하여 일정한 속도로 회전시켜 알루미늄 기지재의 수지상 조직을 파괴하며, 가스의 적정 압력을 파악한다. 아르곤 가스의 적정 압력을 확인한 다음 강화재 투입 및 교반임펠러(27)의 회전 속도를 상승시키면서 강화재의 정량 투입을 위하여 강화재 투입모터(24)를 구동시켜 용해로(22) 내의 용탕 속으로 아르곤 가스와 함께 분사한다. 가스압이 약할 경우 강화재는 삽입된 강화재 투입 및 교반임펠러(27) 중공 부위의 융융 금속 표면 위에 모이게 되어 기지재의 표면 장력과 세라믹-금속의 비젖음성으로 인해 강화재는 분산되지 못한다.

강화재의 투입이 완료되면 균일한 강화재의 분산 정도를 향상시키기 위해 일정 시간 강화재 투입 및 교반임펠러(27)의 회전을 지속한다. 교반 완료 후 강화재 투입 및 교반임펠러(27)를 용해로(22) 내의 용융 기지재로부터 상승시키고, 삽입된 열전대를 제거하고, 용탕 내부에 잔존하는 가스 함유량을 일부 제거하기 위해 일정 시간 유지 후 용해로(22)를 이동 및 회전시켜 용탕을 보온로(1) 내로 신속히 주입한다.

알루미늄 기지재와 실리콘 파티컬(SiCp) 강화재의 경우 상호간의 비젖음성 및 중량차로 인하여 균일 분산된 상태에서 시간이 경과됨에 따라 용탕 내의 강화재는 침전하거나 부상하게 되므로 강화재 부상 및 침전방지용 임펠러 구동모터(29)를 작동하여 강화재 부상 및 침전방지용 임펠러(28)를 일정 속도로 회전시킨다.

이상과 같은 방법으로 용해로(22) 내에서 강화재를 분산시킨 후 보온로(1) 내에서 강화재의 침전 및 부상을 방지하면서 연속 주조 작업을 수행한다.

이어서 균일 교반된 금속기지 복합재료의 연주봉(20)을 제조하기 위한 작업으로서의 수평 연속 연주방법은 아래와 같다.

보온로(1)에는 용탕의 온도를 조절할 수 있도록 온도제어기가 부착되며, 작업 완료후 용탕이 배출되게 잔탕도출구(2)가 형성된다.

보온로(1)와 탕도(6) 사이에 실링재료(3)가 삽입되어 있으며, 몰드(14) 내에 불순물이 유입되는 것을 방지하기 위하여 용탕의 필터(4)가 탕도(6) 입구에 부착된다.

실링재료(3)는 탕도(6)와 보온로(1) 사이의 누수현상을 방지하는 데 필요하다.

또한, 몰드(14) 상에는 용탕을 교반, 회전시켜 결정립이 미세한 조직을 얻기 위하여 전자교반장치(8)가 부착된다.

몰드(14)의 내부는 몰드(14) 재질에 따라 경질도금(니켈 또는 크롬), 내산화 처리를 하여 복합재료의 연주봉(20) 윤활 및 몰드(14)의 내마모성을 가지도록 한다.

상기 몰드(14)의 도금은 30∼100㎛ 이내로 하며, 몰드(14)의 소재는 순수 구리, 흑연 재료 및 내열성 스테인레스로도 할 수 있으나 열전도도가 각각 다르기 때문에 조업조건에 따라서 냉각수를 다르게 하여야 한다.

그리고, 복합재료의 연주봉(20)의 원활한 인발을 위하여 몰드(14)의 표면에 윤활재 주입 홀(13)을 통해 윤활유를 주입할 수 있도록 설계하여야 한다.

소재의 원활한 인발을 위하여 윤활재 주입 홀(13)을 통하여 윤활유를 계속 주입하면서 작업을 수행한다.

상기 전자교반장치(8)의 용량은 복합재료의 연주봉(20)의 직경, 고상율의 제어범위에 따라 달리 실시한다.

작업 중 결정립이 일정한 봉을 생산하기 위해서는 몰드(14)를 일정한 온도로 유지시켜야 하기 때문에 온도조절기[몰드(14)의 온도를 일정하게 제어할 수 있는 유니트]를 이용하여 일정한 온도로 제어된 냉각수를 몰드(14) 내에 유입시킬 수도 있다.

한편, 몰드(14)를 빠져나온 합금과 복합재료는 조직결정립을 미세화하기 위하여 2차 냉각이 필요로 하게 되는 바, 상기 2차 냉각을 위하여 냉각수 노즐(9)과냉각수 박스(15), 냉각수 노즐 배관 시스템 및 유량측정장치(16)가 부착된다.

유량의 제어는 몰드(14)에서 바로 빠져나온 알루미늄 표면 온도 및 몰드(14) 온도에 따라서 자동으로 제어되도록 한다.

또, 상기 2차 냉각된 복합재료의 연주봉(20)의 연속적인 인발작업을 위하여 핀치로울러 구동 D/C 모터(18) 및 핀치로울러(19)가 설치된다.

그리고 합금봉에 일정한 하중을 가하기 위하여 에어실린더(17)가 부착되는 바, 상기 에어실린더(17)는 유압실린더로 대체할 수 있는 것으로서, 이러한 인발장치의 구성 등은 일반적인 것이나 일정한 속도와 힘으로 인발되도록 하여야 한다.

이와 같은 본 발명은 수평상으로 전자교반장치(8)를 설치한 예로 도시하고 있으나, 이는 몰드(14)와 함께 수직상으로도 설치 가능한 것으로, 이와 같이 수직상으로 설치한 경우는 지하로 복합재료의 연주봉(20)이 들어가야 되기 때문에 기초공사가 필요한 반면 복합재료의 연주봉(20)의 인발장치, 즉 에어실린더(17) 및 핀치로울러 구동 DC모터(18)를 생략할 수 있는 이점은 주어지는 것이다.

그리고 상기 냉각수 노즐(9)로 냉각수를 공급하는 냉각수박스(15)를 좌우로 이동 가능하게 구성하면 2차 냉각조건을 제어할 수 있는 시스템으로 보완되어질 수 있다.

이상과 같은 본 발명 중 도 1은 용해로(22)에서 기지재를 용해하여 용탕으로 만든 후 예열된 강화재를 강화재 투입 용기(25)에 넣은 후 강화재 투입 모터(24)를작동시켜 강화재의 정량 주입을 실행하여 가스보온장치(21)를 통과한 예열된 가스와 함께 강화재 투입 및 교반임펠러(27)로 용탕 내에 강화재와 기지재를 분산 및 회전시켜 강화재가 균일 분산된 용탕을 얻는다.

상기 용해로(22)를 이동 및 회전시켜 보온로(1)로 출탕시킨 후 강화재의 부상 및 침전방지용 임펠러 구동 모터(29)를 작동시켜 강화재의 부상 및 침전방지용 임펠러(28)를 회전시키면서 용탕이 탕도(6)를 따라 용탕의 필터(4)에 의해 불순물이 걸러진 상태에서 몰드(14) 내로 주입된다.

상기 몰드(14)로 주입되는 용탕은 온도제어기에 의해 적정의 온도로 조절되어 적정온도를 유지하면서 몰드(14) 내로 주입된다.

몰드(14)로 주입된 용탕은 전자교반장치(8)에 의하여 용탕이 교반, 회전되어 결정립이 미세한 구상화의 조직을 가진 복합재료의 연주봉(20)을 생산할 수 있게 된다.

그리고 상기 전자교반장치(8) 외측에 설치된 전자교반장치의 보호 냉각수관(10)은 전자교반장치(8)에 열이 가해지는 것을 방지하고 용탕의 고상율을 제어하게 된다.

한편, 온도조절기는 몰드(14)를 일정한 온도로 유지시키고, 몰드(14)를 빠져나온 합금은 냉각수 노즐(9)에 의하여 2차 냉각되어 조직 결정립이 미세하게 되고, 에어실린더(17)와 핀치로울러(19)에 의하여 연속적인 인발작업이 이루어진다.

또한, 몰드(14)를 수직으로 설치하였을 경우는 복합재료의 연주봉(20)이 지하로 들어감으로서 기초공사가 필요로 하게 되나 복합재료의 연주봉(20) 인발을 위한 인발장치(즉, 전기한 에어실린더 및 핀치로울러 구동 DC모터)의 구성이 생략된다.

도면중에서 부호 5는 가열히터, 7은 몰드케이스, 11은 몰드지지대, 12는 몰드 냉각수 구멍을 도시한 것이다.

한편, 도 2는 용해로(22)에서 용해한 알루미늄 용탕을 보온로(1)에 주입한 후 보온로(1)에서 입자를 균일 분산시킨 후 복합재료를 생산하는 방식을 보인 개략적인 구성도이다.

즉, 강화재를 일정한 온도로 예열하고 알루미늄 기지재를 용해로(22)에서 용융시킴과 동시에 불활성 분위기를 유도하기 위해 아르곤 가스를 용해로(22) 내에 분사한다.

알루미늄 기지재가 완전 용탕 상태로 되면 용해로(22)를 이동 및 회전시켜 보온로(1)에 용탕을 주입한다. 불활성 분위기에서 보온로(1) 내의 용탕 온도를 보온 및 유지하면서 예열된 강화재를 강화재 투입 용기(25)에 넣는다. 강화재 투입 용기(25) 속으로 강화재를 투입한 후 강화재를 균일 분산시키기 위해 강화재 투입 및 교반임펠러(27)를 용탕 내로 주입하고, 동시에 알루미늄 기지재의 수지상 조직을 파괴하기 위해 강화재 투입 및 교반임펠러(27)를 회전시키고 가스투입구(23)로 통과하는 가스를 가스보온장치(21)로 예열하여 강화재 투입 및 교반 임펠러(27)를 통해 보온로(1)내의 용탕 속으로 분사시킨다.

용탕 내부에서의 강화재 투입 및 교반 임펠러(27)의 회전과 가스의 적정 압력을 파악한 후 강화재 투입 및 교반 임펠러(27)의 회전 속도를 상승시키면서 강화재의 정량 투입을 위하여 강화재 투입 모터(24)를 구동시켜 보온로(1) 내의 용탕 속으로 아르곤 가스와 함께 강화재를 정량 주입 및 분사한다.

강화재의 투입이 완료되면 균일한 강화재의 분산 정도를 향상시키기 위해 일정 시간 강화재 투입 및 교반임펠러(27)의 회전을 지속한다. 교반 완료 후 강화재 투입 및 교반임펠러(27)를 보온로(1) 내의 용융 기지재로부터 상승시키고, 삽입된 열전대를 제거한다.

알루미늄 기지재와 실리콘 파티컬(SiCp) 강화재의 경우 상호간의 비젖음성 및 중량차로 인하여 균일 분산된 상태에서 시간이 경과됨에 따라 용탕 내의 강화재는 침전하거나 부상하게 되므로 강화재 투입 및 교반 임펠러(27)의 회전을 일정 시간동안 유지한다.

이어서 균일 교반된 금속기지 복합재료의 연주봉(20)을 제조하기 위해서 상기 도 1과 같이 서술한 방법과 동일하게 수평 연속 연주작업을 실행한다.

이상과 같은 본 발명 중 도 2는 아르곤 가스를 분사하여 불활성 분위기로 되어진 용해로(22)에서 기지재를 용해하여 용탕으로 만든 후 보온로(1)에 주입한다. 보온로(1) 내의 알루미늄 기지재의 온도를 보온 및 유지함과 동시에 예열된 강화재를 강화재 투입용기(25)에 넣은 후 강화재 투입모터(24)를 작동시켜 강화재의 정량 주입을 실행한다.

강화재의 투입과 함께 가스보온장치(21)를 통과하면서 예열된 가스를 회전하고 있는 강화재 투입 및 교반 임펠러(27) 내로 분사시켜 용탕 내에 주입하여 강화재가 균일하게 분산되도록 한다.

상기 용해로(22)를 이동 및 회전시켜 용탕을 보온로(1) 내부로 출탕시킨 후 강화재의 부상 및 침전방지를 위해 강화재 투입 및 교반 임펠러(27)를 회전시키면서 용탕이 탕도(6)를 따라 필터(4)에 의해 불순물이 걸러진 상태에서 몰드(14) 내로 주입된다.

상기 몰드(14)로 주입되는 용탕은 온도제어기에 의해 적정의 온도로 조절되어 적정의 온도를 유지하면서 몰드(14) 내로 주입된다.

몰드(14)로 주입된 용탕은 전자교반장치(8)에 의하여 용탕이 교반, 회전되어 결정립이 미세한 구상화의 조직을 가진 복합재료의 연주봉(20)을 생산할 수 있는 것이다.

도 3은 강화재 주입 및 분사시스템의 상세도를 발췌 도시한 것으로서, 강화재 정량 주입 및 가스 분사 방식은 상기 도 1과 도 2에서의 설명과 같다.

도면중의 부호 24-1은 고정지그, 24-2는 강화재 저장용기를 나타낸 것이다.

이상에서 상세히 살펴 본 바와 같이 본 발명은 강화재가 알루미늄 재료에 균일하게 분산된 상태에서 복합재료의 연주봉(20)을 연속적으로 생산할 수 있는 장치를 제공하게 되어 하기와 같은 효과를 갖는 것이다.

즉, 본 발명은 복합재료를 이용하여 각종 자동차 부품, 유압, 항공기, 가전 제품 등을 생산하기 위하여 원가 절감 및 생산성의 능률면에서 그 효과가 극히 현저한 발명이다.

Claims

일정 높이의 용탕이 주입되도록 탕도 상부로 레벨센서가 설치되고 온도 제어기가 부착되며, 용탕 배출을 위한 잔탕 도출구(2)가 마련되어 탕도(6)를 통하여 몰드(14) 내로 용탕을 주입시키는 복합재료의 연주봉(20) 제조 장치에 있어서;

상기 보온로(1)와 탕도(6) 상간에는 누수방지를 위하여 실링재료(3)를 설치하고, 불순물 유입방지용의 필터(4)를 탕도(6) 상에 부착하며, 수평상으로 설치된 몰드(14) 내부에서 강화재가 균일 분산된 용탕을 교반, 회전시키는 전자교반장치(8)에 열이 가해지는 것을 방지하고 용탕의 고상율을 제어하기 위한 몰드냉각수 구멍(12)과 몰드(14)를 빠져나온 소재를 2차 냉각시켜 금속 복합재료의 연주봉(20)을 제조할 수 있도록 구성하며,

상기 보온로(1) 상부의 설치되는 용해로(22)에는 선택적으로 강화재를 투입할 수 있도록 입자형 강화재를 일정 온도까지 예열하는 강화재 투입용기(25)와, 상기 강화재 투입용기(25)상의 강화재를 정량 투입하기 위한 강화재 투입모터(24)를 구비하며,

불활성 가스 투입구(23)를 구비하여 교반 임펠러 구동 모터(26)에 의해 회전하는 강화재 투입 및 교반 임펠러(27)상으로 공급토록 구성하며, 상기 강화재 투입 및 교반 임펠러(27)상의 중공축으로 강화재 및 가스를 분사하여 용해로(22)의 알루미늄 용탕 내로 투입하여 강화재를 균일 분산시킬 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 복합 교반법에 의한 금속복합재료의 연속 제조장치.
제 1 항에 있어서;

상기 보온로(1)에는 강화재 부상 및 침전방지용 임펠러 구동모터(29)에 의해 구동되는 강화재 부상 및 침전방지용 임펠러(28)가 설치된 것을 특징으로 하는 복합 교반법에 의한 금속복합재료의 연속 제조장치.