KR100400133B1 - 고 탈사성 주조용 코어의 제조방법과 코어 및 그 코어의추출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주조용 코어의 제조방법과 코어 및 그 코어의 추출방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 코어의 제조과정이 간편하고 주조품의 표면조도가 우수하게 보장되며 탈사성이 우수하여 코어소재의 재활용이 가능으로 경제성이 확보되는 경질분말과 용해성 염을 코어 재료로 사용한 고 탈사성 주조용 코어의 제조방법과 이러한 제조방법으로 제조되는 코어 및 이러한 코어의 추출에 의한 코어소재의 재활용이 가능한 추출방법을 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 상기 목적은 주조용 코어의 제조방법에 있어서, 내열성 경질분말과 용해성 염 분말을 혼합하여 코어 형틀에 주입시킨 후, 상기 용해성 염 분말의 용융온도 이상에서 가열 용해시킨 다음 응고시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 고 탈사성 주조용 코어의 제조방법과 이러한 제조방법으로 제조된 고 탈사성 주조용 코어, 이러한 코어를 재활용이 가능한 고 탈사성 코어의 추출방법에 의하여 달성된다.

이러한 본 발명은 내열성 경질 분말에 용해성 염을 혼합시킨 코어 재료를 코어 형틀에 주입 후 가열한 다음 응고시키는 코어 제조방법과 포화 용해시킨 용액을 균일하게 혼합시킨 코어재료를 코어 형틀에 주입 후 건조시키는 방법으로 코어를 간단히 제조할 수 있어 매우 유용한 기술이고,

이러한 제조방법에 의하여 제조된 코어를 금속의 주조용 코어로 활용하고 주조품에서의 코어 추출방법도 용매로 염을 용해시키는 방법으로 간단히 추출시킬 수 있음으로서 코어재료는 재활용이 가능한 효과가 있다

Description

고 탈사성 주조용 코어의 제조방법과 코어 및 그 코어의 추출방법{A METHOD FOR MANUFACTURING A FALLING OFF CASTING SANDS CORE FOR A CASTING, A CORE AND A METHOD FOR EXTRACTURING THE CORE}

본 발명은 주조용 코어의 제조방법과 이을 이용한 주조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코어의 제조과정이 간편하고 주조품의 표면조도가 우수하게 보장되며 탈사성이 우수하여 코어소재의 재활용이 가능으로 경제성이 확보되는 경질분말과 용해성 염을 코어 재료로 사용한 고 탈사성 주조용 코어의 제조방법과 코어 및 그 코어의 추출방법에 관한 것이다.

일반적으로 내부의 구조가 복잡하거나 언더 컷(undercut)이 형성되어 있는 주조품을 제조하기 위해서는 코어(core)기술이 필요하다.

즉, 페놀수지를 코팅한 모래 혹은 세라믹 등의 경질 분말을 형틀에 장입한 후 경화가스 혹은 열을 이용하여 코어를 성형하거나, 세라믹 분말에 물, 유리등의 바인더와 경화재를 혼합하여 높은 온도에서 소성하는 방법들이 있다.

또한, 선원의 US Patent No. 3645491에서와 같이 분말 상태의 수용성 염에 약 10%의 합성수지를 결합제로 사용하여 코어를 성형하거나, US Patent No.4629708에서와 같이 염화나트륨, 염화칼륨 등의 수용성 염에 알루미나 등의 세라믹을 혼합하고 결합제로서 실리콘 수지를 사용하여 코어를 제조하는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 이들 선원의 방법들은 예를 들면, 페놀수지를 코팅한 지르콘사 등의 경질분말을 형틀에 장입한 다음에 경화가스로 성형한 코어의 경우에는 용융금속을 주조할 때 높은 열에 의하여 페놀수지가 분해되면서 다량의 가스가 발생된다.

따라서, 가스의 통기성을 확보하기 위해서는 입도가 큰 모래를 사용해야 함으로 제품의 표면조도가 거칠어진다. 또한, 페놀수지가 열 변형되어 주조 후의 탈사성이 매우 나쁘고, 열 변형된 페놀수지가 코팅된 주물사는 재활용이 어렵다.

또한, 세라믹 코어를 사용하는 정밀주조의 경우에는 주조시 가스가 발생되지 않아 주조품의 표면조도를 향상시킬 수는 있으나, 코어 사출 및 고온 소성 등에 따른 코어의 제조 공정이 복잡하고, 주조 후에는 화학약품으로 코어를 녹여 내거나, 기계적으로 추출해야만 한다.

또한, 염 코어의 경우에는 가압 성형할 수 있는 코어의 크기와 형상에 한계가 있고, 염 분말의 입도를 매우 세밀하게 조절돼야 함으로 제조 코스트가 비싸며, 주조 후 코어 전부를 물 혹은 수증기로 녹여내야만 하므로 사실상 재활용이 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 효과적으로 해소하고자 연구 개발된 것으로서,

본 발명의 목적은 코어의 제조 공정이 간편하고 주조시 가스의 발생이 없으며, 탈사성이 매우 우수하고 코어의 재활용이 가능한 주조용 코어의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 상기 제조방법에 의해 제조된 주조용 코어를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 상기 제조방법에 의해 구현된 주조용 코어를 사용한 주조품으로부터 코어 소재의 변형이 없는 용매로 탈사 및 세척하는 주조용 코어의 추출방법을 제공함에 있다.

본 발명의 상기 목적은 경질입자 분말에 용해성 염을 점결재로 사용하여 경질분말과 균일하게 혼합한 상태로 코어 형틀에 장입하여 가열 성형시켜 주조용 코어를 제조하는 방법과 이러한 방법으로 제조된 주조용 코어 및 이 코어가 적용된 주조품으로부터 추출하는 방법에 의하여 구현된다.

이하, 본 발명의 주조용 코어의 제조방법과 이러한 제조방법으로 제조된 코어를 이용한 주조 및 이 주조품으로부터 상기 코어의 추출방법에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.

즉, 본 발명은 아연합금과 저융점 금속, 알루미늄합금, 마그네슘합금과 같은 경금속, 주철, 동합금 및 니켈합금과 같은 고융점 금속의 주조에 적용할 수 있는 코어의 제조방법에 있어서, 지르콘, 규소, 세라믹 등의 내열성 경질 분말에 점결제로서 용해성 염 분말을 균일하게 혼합한 재료를 코어 형틀에 주입시킨 후, 용해성염의 용융온도 이상에서 가열한 다음 냉각시켜 코어를 제조한다.

이때, 상기 점결제로 사용한 용해성 염 분말은 상기 경질분말들 사이에 균일하게 분산되도록 혼합하는 단계를 취하고

이렇게 혼합된 재료를 상기 용해성 염의 용융온도 이상으로 가열하는 단계를 취하게 된다.

이때, 경질분말들 사이의 염 분말들은 서서히 용융되고 이 용융상태의 염은 모세관 현상에 의하여 상기 경질 분말들 사이의 공극에 균일하게 침투되며, 경질 분말들은 상기 용융 염에 의하여 표면이 균일하게 코팅된다.

즉, 경질 분말과 용해성 염을 균일하게 혼합한 재료를 열전도가 우수한 코어 형틀에 장입시킨 상태로 가열하면 열전도가 우수한 형틀 표면의 염부터 서서히 용융되며, 가열시간에 따라서 용융 염에 코팅되는 경질분말 층이 두꺼워 진다.

이렇게 용융염에 코팅된 경질분말 층의 두께가 적당해 지면, 코어 형틀을 냉각시키는 단계를 취하게 된다.

이때, 상기 내열성 경질 분말에 코팅되어 있는 용융 염은 응고되어 상기 경질분말들이 견고하게 결합되고, 반면에 염이 용해되지 않은 코어 중심부의 경질 분말과 용해성 염은 전혀 결합되지 않은 상태로 존재함으로 쉽게 분리시켜 중공 형태의 코어 제조가 가능하게 된다.

또한, 이러한 코어의 제조방법에 있어서, 상기 용해성 염을 용매에 포화 용해시킨 용액을 내열성 경질 분말 표면에 균일하게 도포 시킨 코어용 재료를 코어 형틀에 장입시켜 건조시키어서 코어의 제조도 가능하다.

이러한 제조방법은 상기 용매에 용해되어 있던 염이 건조과정에서 결정화되면서 경질 분말들이 견고하게 결합되어 일정 형상의 코어 제조가 가능하게 되는 것이다.

이러한 본 발명의 제조방법에 의하여 구현된 코어는 이 코어에 사용되는 용해성 염의 용융점이 주조하는 용융금속보다 높은 경우뿐만이 아니고, 낮은 경우에도 주조용 코어로서 적용이 가능하다.

즉, 상기 코어에 사용한 용해성 염의 열전도계수(к)는 9.8×10^-2~1.2×10¹w/m·℃ 정도이며, 내열성 경질 분말의 열전도계수(к)는 270~460w/m·℃ 정도로서 용융금속을 주조용 형틀에 주입하면, 용탕이 가지고 있는 열은 주조용 형틀과 코어 쪽으로 전달되면서 용융금속은 응고가 시작된다.

이러한 코어에서의 응고과정을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

즉, 용융금속 주입 초기에는 상기 코어와 접촉되는 용융금속의 열이 열전도계수가 낮은 염을 통해 전달되기보다는 비교적 그 량이 많으면서 열전도계수가 높은 내열성 경질 분말을 통해 코어의 내부로 전달된다.

이러한 상태에서 시간이 더욱더 경과되어 많은 열량이 코어에 전달되어 코어 외부의 염 일부가 액상이 될 때는 이미 코어와 접촉되어 있는 용융금속이 응고된 후 이라서 그 형상이 변화되거나, 용융된 염이 주조품 내부에 혼입되질 않는다.

또한, 본 발명에서 내열성 경질 분말과 함께 점결제로 사용되는 수용성 염은 용융되더라도 가스가 발생되지 않으므로 통기성을 확보할 필요가 없어 매우 미세한 내열성 경질 분말을 사용할 수 있다. 따라서, 주조품의 표면조도를 획기적으로 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 내열성 경질 분말과 용해성 염을 이용해 제조한 상기 코어를 사용한 주조품으로부터 상기 코어를 추출하는 방법은 상기의 용해성 염이 용해되는 용매로 코어를 용해시키면, 경질 분말들의 결합력이 상실되어 주조품에서 추출되어 코어를 간단히 제거할 수 있다. 이렇게 추출된 재료는 코어 재료로부터 재활용이 가능함으로 경제적인 효과가 탁월하다.

(실시예)

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 기재한다. 그러나, 하기의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 실시예의 제시로서 본 발명이 하기의 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

내열성 경질 분말로서 직경이 10~50㎛ 정도인 알루미나(Al₂O₃: ICI 제품)분말에 직경이 5~20㎛ 정도이며, 용융점이 140℃ 인 수용성 염 AS140(일본 파카열처리공업주식회사 상품명)을 전체함량에서 3~50wt% 정도 균일하게 혼합시켰다.

이때, 상기 수용성 염이 3wt% 이하가 되면 상기 내열성 경질 분말의 결합력이 약해지고, 50wt% 이상이 되면 가열 성형시 상기 내열성 경질 분말의 유동이 발생하는 단점이 있었다.

이렇게 혼합한 코어 재료를 열전도성이 우수한 직경 60mm, 높이 120mm인 흑연 코어 형틀에 장입한 다음, 주입구는 단열재로 피복 시켰다.

이러한 상태의 코어 형틀을 240℃에서 3분 정도 가열한 다음 냉각시켜 용융된 염을 완전히 응고 시켰다.

이러한 상태에서 주입구의 단열재를 제거한 후, 미 결합된 염 분말과 알루미나 분말을 제거하여 두께가 약 6mm 정도인 중공 형태의 코어를 성형하였다.

이러한 실시 예에 의해 제조된 코어를 원통형의 금형에 고정시킨 다음 540℃로 가열한 Zn-22wt%Al 합금을 중력주조 했다. 이러한 주조 후 코어추출은 50℃의 온수에 침적시켜 코어를 추출했으며, 그 결과 코어 형상은 변형되지 않았으며, 주조품의 표면 상태는 매우 양호했고, 주조품의 내부의 조직도 매우 건전함을 확인할 수 있었다.

실시예 2

내열성 경질 분말로서 직경이 20~100㎛ 정도인 지르콘 분말에 직경이 20~80㎛ 정도이고 용융점이 380℃인 질산나트륨(NaNo₃)을 전체함량에서 3~50wt% 정도 균일하게 혼합시켰다.

이때, 상기 수용성 염이 3wt% 이하가 되면 상기 내열성 경질 분말의 결합력이 약해지고, 50wt% 이상이 되면 가열 성형시 경질 분말의 유동이 발생하는 단점이 있었다.

이렇게 혼합한 코어 재료를 직경 60mm, 높이 120mm인 금형에 장입한 다음 주입구는 단열재로 피복 시켰다.

이러한 상태에서 상기 코어 형틀을 400℃에서 4분 정도 가열한 후 서냉하여 용융된 염을 완전히 응고 시켰다.

이러한 상태에서 주입구의 단열재를 제거하고, 미결합된 염 분말과 지르콘분말을 제거하여 두께가 6mm 정도인 중공 형태의 코어를 제조하였다.

이러한 실시 예에 의해 제조된 상기 코어를 원통형의 금형에 고정시킨 다음 710℃로 가열한 AC4A 알루미늄합금을 게이트 속도 0.04m/sec, 최종 가압력은 12kg/cm²의 주조조건으로 저압주조 했다.

이러한 저압주조 후, 상기 코어의 추출은 50℃의 온수에 침적시켜 코어를 추출했으며, 그 결과 코어 형상은 변형되지 않았으며, 주조품의 표면상태는 매우 양호했고, 주조품의 내부의 조직도 매우 건전함을 확인할 수 있었다.

실시예 3

내열성 경질 분말로서 직경이 10~50㎛ 정도인 알루미나(Al₂O₃: ICI 제품)분말에 직경이 5~20㎛ 정도이며, 용융점이 801℃인 염화나트륨(NaCl)을 전체함량에서 3~50wt% 정도로 균일하게 혼합시켰다.

이때, 상기 수용성 염이 3wt% 이하가 되면, 내열성 경질 분말의 결합력이 약해지고, 50wt% 이상이 되면 가열 성형시 경질 분말의 유동이 발생하는 단점이 있었다.

이렇게 혼합한 코어 재료를 직경 60mm, 높이 120mm인 금형에 장입한 다음880℃에서 10준 정도 가열한 후 서냉시켜 코어를 제조하였다.

이러한 실시예에 의해 제조된 코어를 원통형의 금형에 고정시킨 후 710℃로 가열한 AC4A 알루미늄합금을 게이트 속도 0.04m/sec, 최종 가압력은 12kg/cm²의 주조조건으로 저압주조 했으며, 주조 후 상기 코어의 추출은 50℃의 온수를 고속으로분사하여 코어를 추출했다.

그 결과 코어 형상은 변형되지 않았으며, 주조품의 표면상태는 매우 양호했고, 또한 주조품 내부의 조직도가 매우 건전함을 확인할 수 있었다.

실시예 4

내열성 경질 분말로서 직경이 10~50㎛ 정도인 알루미나(Al₂O₃: ICI 제품)분말에 용융점이 747℃인 브롬화나트륨(NaBr)을 포화 용해시킨 수용액을 균일하게 혼합시켰다.

상기 혼합한 코어 재료를 직경60mm, 높이 120mm인 금형에 장입한 다음 200℃에서 20분 정도 서냉시켜 코어를 제조하였다.

이러한 실시예에 의해 제조된 코어를 원통형 금형에 고정시킨 후 710℃로 가열한 AC4A 알루미늄합금을 게이트 속도 0.04m/sec, 최종 가압력은 12kg/cm²의 주조조건으로 저압주조 했다.

이러한 저압주조 후 코어의 추출은 50℃의 온수를 고속으로 분사하여 상기 코어를 추출했다.

그 결과 상기 코어의 형상은 변형되지 않았으며, 주조품의 표면상태는 매우 양호했고, 또한 주조품 내부의 조직도가 매우 건전함을 확인할 수 있었다.

실시예 5

내열성 경질 분말로서 직경이 10~50㎛ 정도인 알루미나(Al₂O₃: ICI 제품)분말에 용융점이 714℃인 염화마그네슘(MgCl₂)을 포화 용해시킨 알코올 용액을 균일하게 혼합시켰다.

상기 혼합한 코어 재료를 직경 60mm, 높이 120mm인 금형에 장입한 후, 100℃에서 20분 정도 건조시킨 후 서냉시켜 코어를 제조하였다.

이러한 실시 예에 의해 제조된 코어를 원통형의 금형에 고정시킨 다음 710℃로 가열한 AC4A 알루미늄합금을 게이트 속도 0.04m/sec, 최종 가압력은 12kg/cm²의 주조조건으로 저압주조 했다.

이러한 주조 후 코어 추출은 에틸 알코올에 침적시켜 코어를 추출했다.

그 결과 코어형상은 변형되지 않았으며, 주조품의 표면상태는 매우 양호했고, 또한 주조품의 내부의 조직도가 매우 건전함을 확인할 수 있었다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 본 발명은 내열성 경질 분말에 용해성 염을 혼합시킨 코어 재료를 코어 형틀에 주입 후 가열한 다음 응고시키는 코어 제조방법과 포화 용해시킨 용액을 균일하게 혼합시킨 코어재료를 코어 형틀에 주입 후 건조시키는 방법으로 코어를 간단히 제조할 수 있어 매우 유용한 기술이고,

이러한 제조방법에 의하여 제조된 코어를 금속의 주조용 코어로 활용하고 주조품에서의 코어 추출방법도 용매로 염을 용해시키는 방법으로 간단히 추출시킬 수 있음으로서 코어재료는 재활용이 가능하여 생산적인 측면과 경제적인 측면에서 매우 뛰어난 효과가 있다.

Claims (10)

1. 주조용 코어의 제조방법에 있어서, 지르콘, 규소, 세라믹 또는 알루미나로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 내열성 경질분말 50 내지 97중량%와 NaNO₃, NaCl, NaBr 또는 MgCl₂로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 용해성 염 분말 3 내지 50중량%를 혼합하여 코어 형틀에 주입시킨 후, 상기 용해성 염 분말의 용융온도 이상에서 가열 용해시킨 다음 응고시켜 주조용 코어를 제조하는 것을 특징으로 하는 고 탈사성 주조용 코어의 제조방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 용해성 염이 용매에 포화 용해된 용액을 상기 내열성 경질분말의 표면에 균일하게 도포한 다음 코어 형틀에 주입한 후, 건조시켜 주조용 코어를 제조하는 것을 특징으로 하는 고 탈사성 주조용 코어의 제조방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 용해성 염으로서 물 용매에 용해되는 염을 사용하는 것을 특징으로 하는 고 탈사성 주조용 코어의 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 용해성 염으로서 알코올 용매에 용해되는 염을 사용하는 것을 특징으로 하는 고 탈사성 주종용 코어의 제조방법.
8. 지르콘, 규소, 세라믹 또는 알루미나로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 내열성 경질분말 50 내지 97중량%와 NaNO₃, NaCl, NaBr 또는 MgCl₂로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 용해성 염 분말 3 내지 50중량%를 혼합하여 코어 형틀에 주입시킨 후, 상기 용해성 염 분말의 용융온도 이상에서 가열로 용해시키고 응고시켜 형성된 것을 특징으로 하는 고 탈사성 주조용 코어.
9. 제8항에 있어서, 상기 내열성 경질분말에 상기 용해성 염이 용매에 포화 용해된 용액을 그 표면에 균일하게 도포한 다음 코어 형틀에 주입한 후 건조시켜 형성된 것을 특징으로 하는 고 탈사성 주조용 코어
10. 제8항의 주조용 코어를 용매로서 상기 용해성 염을 녹여 주조품으로부터 추출시키는 것을 특징으로 하는 주조용 코어의 추출방법.