KR100413282B1 - 용탕반응 분무주조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 분무주조장치에 단지 용해로를 한 개 더 추가 함으로써 미세한 제 2상입자가 고루 혼합되어 있는 합금성형체를 제조할 수 있는 분무주조장치를 제공하여 기존의 분무주조장치를 이용하여 별다른 추가 설비비 없이 고부가가치의 합금성형체를 분무주조할 수 있도록 한 용탕반응 분무주조장치에 관한 것이다.

특히, 금속용탕(2)을 고압의 가스를 이용하여 분무주조챔버(13) 내에 위치한 회전기판(11)에 분무 적층시켜 합금성형체(10)를 제조하는 분무주조장치에 있어서,

서로 상이한 금속용탕(2)을 용해하는 두개의 용해로(1a),(1b)와;

두개의 용해로(1a),(1b) 하부에서 유출되는 이종의 용탕(2)들을 혼합 반응시켜 반응용탕(4)으로 형성시키는 턴디쉬(3)와;

턴디쉬(3)에서 유출되는 반응용탕(4)을 액적 스프레이(9) 형태로 만드는 가스분무장치(6)와;

낙하하는 액적 스프레이(9)를 적층시켜 합금성형체(10)로 만들어 줄 수 있도록 회전기판구동장치(12)에 의해 회전 및 상하운동을 하는 회전기판(11)을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

용탕반응 분무주조장치 {MELT REACTION SPRAY CASTING DEVICE}

본 발명은 용탕반응 분무주조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 분무주조장치를 그대로 사용하되, 단지 용해로를 한 개 더 추가 함으로써 미세한제 2상입자가 고루 혼합되어 있는 합금성형체를 제조할 수 있는 분무주조장치를 제공하여 기존의 분무주조장치를 이용하여 별다른 추가 설비비 없이 고부가가치의 합금성형체를 분무주조할 수 있도록 한 용탕반응 분무주조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 종래의 분무주조장치에서는 단일한 합금 용탕을 사용하였는바, 단일 합금 용탕을 이용하여 제조할 수 있는 분무주조 합금은 대부분 단상 합금으로 제 2상이 고르게 분산된 분무주조 합금 성형체를 제조할 수 없는 문제점이 있었다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 종래의 분무주조장치를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2a와 도 2b은 미국특허 제 4,905,899호(1990)와 미국특허 제4,938,275호(1990)에 개시된 종래의 분무주조법이다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같은 종래의 기술은 고압가스공급관(7)을 통해 유입되는 고압의 가스를 이용하여 금속용탕(2)을 액적 스프레이(9)화 하여 분무주조챔버(13) 내에 위치한 회전기판(11)에 분무 응고시켜 금속성형체(10)를 이루는 공정으로서, 단일 공정으로 급냉 응고 효과로 인한 균일한 내부 조직을 갖는 고합금 빌렛을 제조할 수 있는 방법이다.

이러한 분무조법은 편석이 심해서 종래의 주조공정으로는 제조가 곤란하거나 난가공성 합금이기 때문에 제조가 곤란한 소재의 제조가 가능하여 새로운 합금 제조 공법으로 각광을 받고 있는 반면, 주로 단일한 합금의 제조 공정에 국한된 것으로 합금 내부에 미세한 세라믹입자 혹은 제 2의 분산상이 균일 분포한 분산 강화 합금의 제조에는 부적합하였다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 종래에는 도 2b에 도시된 바와 같이 입자인젝터(13)를 이용하였다. 이는 입자인젝터(13)를 이용하여 미세한 제 2상입자(14)를 금속용탕(2)을 분무시 함께 혼합하여 분무주조챔버(13)의 내부에 고르게 분산시킨후 함께 적층시켜 제 2상입자(14)가 혼합된 합금성형체(10)를 제조하는 방법이다.

그러나 이러한 방법으로 제조를 행할 경우 제 2상입자(14)의 분산이 균일하지 못하고 제 2상입자(14)에 의해서 합금성형체(10)의 표면이 급냉하여 합금성형체(10) 내부에 기공이 발생하는 문제점이 있어 사실상 상업적으로는 이용이 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 개선하기 위해 안출한 것으로서, 그 목적은 기존의 분무주조장치를 그대로 사용하되, 단지 용해로를 한 개 더 추가 함으로써 미세한 제 2상입자가 고루 혼합되어 있는 합금성형체를 제조할 수 있는 분무주조장치를 제공하여 기존의 분무주조장치를 이용하여 별다른 추가 설비비 없이 고부가가치의 합금성형체를 분무주조할 수 있도록 한 용탕반응 분무주조장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적은 금속용탕을 고압의 가스를 이용하여 분무주조챔버 내에 위치한 기판에 분무 적층시켜 합금성형체를 제조하는 분무주조장치에 있어서,

서로 상이한 금속용탕을 용해하는 두개의 용해로와; 두개의 용해로 하부에서 유출되는 이종의 용탕들을 혼합 반응시켜 반응용탕으로 형성시키는 턴디쉬와; 턴디쉬에서 유출되는 반응용탕을 액적 스프레이 형태로 만드는 가스분무장치와; 낙하하는 액적 스프레이를 적층시켜 합금성형체로 만들어 줄 수 있도록 회전기판구동장치에 의해 회전 및 상하운동을 하는 회전기판을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 용탕반응 분무주조장치의 구성상태를 도시한 개략정면도,

도 2a와 도 2b는 종래의 분무주조장치의 구성상태를 도시한 개략정면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1a, 1b :용해로 2 :금속용탕

3 :턴디쉬 4 :반응용탕

5 :오리피스관 6 :가스분무기

7 :고압가스공급관, 8 :고압가스 제트

9 :용탕 액적 스프레이 10 :합금성형체

11 :회전기판 12 :회전기판구동장치

13 :분무주조챔버

이하, 첨부도면을 참조하여 본발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 용탕반응 분무주조장치의 구성상태를 도시한 개략정면도이다.

도시된 바와 같이 서로 상이한 금속용탕(2)을 용해하는 두개의 용해로(1a),(1b)가 최상부에 설치되어 있고, 상기 두개의 용해로(1a),(1b) 하부에는 용해로(1a),(1b)에서 유출되는 이종의 금속용탕(2)을 전달받아 혼합 반응시켜 반응용탕(4)으로 조성한 후 하부에 형성되어 있는 오리피스관(5)을 통해 분무주조챔버(13) 내로 유출시켜 줄 수 있도록 하는 턴디쉬(3)가 설치되어 있다.

또한, 상기 턴디쉬(3)의 하부에는 분무주조챔버(13)의 상부에 설치되어 유출되는 반응용탕(4)을 액적 스프레이(9) 형태로 만드는 가스분무장치(6)가 설치되어 있고, 상기 분무주조챔버(13)의 내측에는 낙하하는 액적 스프레이(9)를 적층시켜 합금성형체(10)로 만들어 줄 수 있도록 회전기판구동장치(12)에 의해 회전 및 상하운동을 하는 회전기판(11)이 구성되어 있다.

이와 같이 구성되어 있는 본 발명의 작동과 이에 의해 나타나는 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 서로 반응하여 제 2상입자(14)을 만들 수 있는 두개의 합금계를 선택한다.

예를 들어 서로 혼합되면 Fe 용탕 내부에 미세한 TiC 입자를 생성하게 되는 Fe-Ti합금과 Fe-C합금을 두개의 용해로(1)에서 각각 용해하여 두개의 용해로(1) 하부로 이종의 금속용탕(2)을 동시에 유출하면 이를 전달받는 턴디쉬(3)는 이 이종의 금속용탕(2)을 반응시켜 TiC입자를 생성하는 반응용탕(4)으로 혼합하게 된다.

이와 같이 반응용탕(4)으로 혼합을 종료한 후에는 하부에 형성되어 있는 오리피스관(5)을 통해서 분무주조챔버(13) 내로 전달하게 된다.

이때 가스분무장치(6)의 고압 불활성 가스에 의해서 전달되는 반응용탕(4)은 액적 스프레이(9) 형태로 변화를 취해 낙하하게 되어 회전기판(11) 위에 적층되어 제 2상입자(여기서는 TiC:(14))이 고루 분산된 Fe-TiC 합금성형체(10)로 성장하게 된다.

이러한 예는 Fe-Ti + Fe-C -> Fe-TiC 이외에도

Fe-Ti + Fe-B -> Fe-TiB₂,

Cu-Cr + Cu-B -> Cu-CrB 등을 들 수 있으며 그 외에도 반응성이 강한 이종의 합금은 모두 적용이 가능하다.

본 발명의 경우 제 2상입자(14)는 매우 짧은 시간안에 생성되고 바로 분무화되기 때문에 종래의 방법에 비해서 그 크기와 분포가 매우 미세하고 균일한 장점이 있다.

또한 종래의 방법에서는 원하는 제 2상입자(14)를 직접 주입하게 되기 때문에 분포가 나쁘게 형성되는 문제현상 및 입자가 조대하여 최종 물성이 열악하게 되고 때로는 제 2입자(14)가 너무 고가이어서 경제성이 없는 문제가 있었다.

그러나 본 발명의 경우 제 2상입자(14)는 이종의 합금 반응에 의해 생성되기 때문에 매우 저렴한 가격으로 제 2상입자(14)를 혼합한 합금성형체(10)를 제작할 수 있도록 하는 장점이 있다.

참고적으로, 본 발명을 설명하기 위해 도시하고 설명한 용탕반응 분무주조장치는 단지 예로 들기 위한 기본 형태를 나타낸 것이므로, 본 발명은 유사한 형태와 목적을 가지고 있는 다른 형태의 용탕반응 분무주조장치를 근본적으로 포함한다 할 수 있다.

이는 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있기 때문이다 .

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명은 기존의 분무주조장치를 그대로 사용하되, 단지 용해로를 한 개 더 추가 함으로써 미세한 제 2상입자가 고루 혼합되어 있는 합금성형체를 제조할 수 있는 분무주조장치를 제공하여 기존의 분무주조장치를 이용하여 별다른 추가 설비비 없이 고부가가치의 합금성형체를 분무주조할 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 금속용탕(2)을 고압의 가스를 이용하여 분무주조챔버(13) 내에 위치한 회전기판(11)에 분무 적층시켜 합금성형체(10)를 제조하는 분무주조장치에 있어서,

   서로 상이한 금속용탕(2)을 용해하는 두개의 용해로(1a),(1b)와;

   상기 두개의 용해로(1a),(1b) 하부에서 유출되는 이종의 용탕(2)들을 혼합 반응시켜 반응용탕(4)으로 형성시키는 턴디쉬(3)와;

   상기 턴디쉬(3)에서 유출되는 반응용탕(4)을 액적 스프레이(9) 형태로 만드는 가스분무장치(6)와;

   낙하하는 액적 스프레이(9)를 적층시켜 합금성형체(10)로 만들어 줄 수 있도록 회전기판구동장치(12)에 의해 회전 및 상하운동을 하는 회전기판(11)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 용탕반응 분무주조장치.