KR100447898B1 - Surface modification method of cast product - Google Patents
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Abstract
주조제품을 형성하고 있는 금속재라함은, 하나 이상의 물성치가 다른 기능선택소재의 표면에 적어도 반분이상을 피복용 금속재로 피복시켜서 중간재를 형성하고, 그 중간간재를 제품의 주조시에 주조금속재를 가지고 주조복합화 시키도록하였다.A metal material forming a casting product is a metal material having at least one surface of a function selecting material having at least one property value covered with a covering metal material to form an intermediate material and the intermediate material is cast with the casting metal material at the time of casting the product. Respectively.
Description
본 발명은 주조제품에서 필요한 부분의 표면만을 기능적으로 개질하기 위한 주조제품의 표면개질방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of surface modification of a cast article for functionally modifying only the surface of a part required in the cast article.
주조제품의 경우 제품의 특정 부분에만 특정 기능이 요구되며, 제품 전체가 그와 같은 기능을 구비할 필요는 없는 경우가 많다. 예컨대, 엔진블록에서는 실린더부분의 슬라이딩면에는 높은 내마모성이 요구되지만, 다른 부분에는 내마모성이 요구되지 않는다. 따라서 그와 같은 경우에는 필요한 부분에만 요구되는 기능을 부가하여 개질하는 것으로 충분하다.In casting products, a specific function is required only for a specific part of the product, and the whole product does not need to have such a function. For example, in the engine block, the sliding surface of the cylinder portion is required to have high wear resistance, while the other portion is not required to have wear resistance. Therefore, in such a case, it is sufficient to add and modify the function required only in a necessary portion.
이와 같은 경우 종래에는 예컨대 주조제품의 일부에 내마모성을 부가하는 방법으로서, 금속캐비티 내에 섬유형상의 알루미나, 질화규소, 탄화규소 혹은 이들의 위스커로 이루어지는 프리폼(preform)을 셋트하여 각 섬유의 간극에 용융금속을 압입하는 방법이 제안되었다.In this case, conventionally, for example, as a method of imparting wear resistance to a part of a cast product, a preform made of fiber-shaped alumina, silicon nitride, silicon carbide or whiskers thereof is set in a metal cavity, Is proposed.
그러나 이 방법은 제품형상의 제약이 많고, 제조공정이 길고, 주조 제품의 기계가공성이 나쁘기 때문에 제조비용이 높아진다는 문제점이 있었다.However, this method has a problem in that the manufacturing cost is increased because of restrictions on the product shape, a long manufacturing process, and poor machinability of the cast product.
그래서 본원 출원인은 먼저 일본 특허공개 평 7-l24739호 공보에서 개시한 바와 같이 내마모성 미세입자를 주조금속재로 직접 주조함으로써 주조제품의 표면에 내마모성층을 형성하는 방법을 제안하였다. 그러나, 이 종래 방법에서는, 내마모성 미세입자의 입경이 커지면 주조 후에 절삭 등의 기계가공을 행할 때 가공성이 나빠진다. 반면, 내마모성 미세입자의 입경이 작아지면, 형성된 내마모성층의 두께가 너무 얇아진다. 또한, 내마모성 미세입자를 주조금속재로 주조할 때, 내마성 미세입자를 보유하고 있던 바인더가 주조제품 중에 잔류하여, 주조된 제품의 기능을손상할 염려가 있고, 또한 주조제품의 표면에 형성된 내마모성층을 두껍게 형성하기 어 려웠다.Therefore, the applicant of the present application first proposed a method of forming a wear resistant layer on the surface of a cast article by directly casting the wear resistant fine particles with the cast metal material as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-124739. However, in this conventional method, when the particle diameter of the wear resistant fine particles is increased, the workability is poor when machining such as cutting is performed after casting. On the other hand, if the particle size of the wear-resistant fine particle is small, the thickness of the formed wear-resistant layer becomes too thin. Further, when the wear-resistant fine particles are cast with the cast metal material, the binder retaining the wear-resistant fine particles remains in the cast product, thereby deteriorating the function of the cast product. Further, It was difficult to form thick.
본 발명의 제1의 목적은, 통상의 가압주조법에 의해 용이하고, 저렴하게 제품 표면에 내마모성 등의 필요한 기능을 부가하여 개질할 수 있는 주조제품의 표면 개질방법을 제공함에 있다.A first object of the present invention is to provide a method for modifying the surface of a cast product which can be modified easily and inexpensively by a conventional pressing casting method by adding necessary functions such as abrasion resistance to the product surface.
또, 본 발명의 제2의 목적은, 매우 미세한 기능선택소재를 사용한 경우에도 주조제품의 표면에 형성되는 개질층의 두께를 실용상 충분한 두께로 형성할 수 있고, 제품주조 후의 기계가공성이 뛰어난 주조제품의 표면개질방법을 제공함에 있다.It is a second object of the present invention to provide a method for manufacturing a casting product which can form a modified layer formed on the surface of a cast product with a sufficient thickness practically even when a very fine function selecting material is used, And a method for surface modification of the product.
이러한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 주조제품의 표면개질방법은, 주조제품을 형성하는 금속재(주조금속재)와 하나 이상의 물리적 성질이 다른 기능선택소재의 표면을 피복용 금속재로 피복시켜서 중간재를 형성하고, 금형캐비티 내에 주조금속재를 넣기 전에 이 중간재를 금형 캐비티 내의 소정 위치에 위치시켜 복합화한 것을 특징으로 하는 것이다.In order to achieve the above object, the surface modification method of the cast product of the present invention is characterized in that a surface of a function selecting material having at least one physical property different from that of a metal material (casting metal material) forming the casting product is coated with a covering metal material to form an intermediate material And the intermediate material is positioned at a predetermined position in the mold cavity before the casting metal material is placed in the mold cavity.
이 때, 2종 이상의 기능선택소재를 혼합하여 1종의 입자 형상의 중간재를 형성하여도 좋고, 기능선택소재가 각각 다른 2종 이상의 입자 형상 중간재를 사용하여도 좋다. 또한, 1종 또는 2종 이상의 기능선택소재나 1종 또는 2종 이상의 입자형상 중간재를 조합하여 혼합사용하여도 좋고, 기능선택소재와 피복용 금속재로 이루어지는 금속용탕을 아토마이즈하여 콜렉터(collector) 표면에 중간재를 형성시키도록 하여도 좋다.At this time, two or more types of function selection materials may be mixed to form one type of intermediate material, or two or more types of particle type intermediate materials having different function selection materials may be used. In addition, one or two or more functional selective materials and one or two or more particulate intermediate materials may be mixed and used, or a metal melt comprising a function selecting material and a covering metal material may be atomized to form a collector surface The intermediate member may be formed.
그리고 상기 중간재를 제품의 주조 시에 금형캐비티 내에 위치시켜 복합화할 경우에는, 상기 중간재에 접착재를 혼합하여 치중자(置中子, preset core)를 형성하고, 상기 치중자를 금형캐비티 내의 소정 장소에 설치하여 고압주조한다. 또는 미리 형성한 치중자 표면에 상기 입자 형상 중간재를 접착재로 부착시키고, 상기 치중자를 금형캐비티 내의 소정 장소에 설치하여 고압주조한다. 혹은, 상기 입자형상 중간재를 금형캐비티 표면의 소정 장소, 즉, 주조제품에서 기능화하고자 하는 부분에 직접 부착시켜서 고압주조거나, 또는 콜렉터 표면에 형성시킨 중간재를 콜렉터로부터 분리하거나, 또는 분리하지 않고 금형캐비티 내의 소정 장소에 설치하여 고압주조하도록 한 것을 특징으로 한 것이다.When the intermediate material is placed in the mold cavity during casting of the product, the adhesive is mixed with the intermediate material to form a preset core, and the center rod is placed in a predetermined position in the mold cavity So that high-pressure casting is performed. Alternatively, the particle-shaped intermediate member is adhered to the surface of the preformed preform with an adhesive, and the preform is placed in a predetermined position in the mold cavity to perform high-pressure casting. Alternatively, the particulate intermediate material may be directly adhered to a predetermined place on the surface of the mold cavity, that is, a portion to be functionalized in the cast product, and the intermediate material formed on the surface of the collector may be separated from the collector, So that high-pressure casting is performed.
도 1은, 본 발명에 관한 입자 형상 중간재를 형성하여 사용하는 조합예를 설명하기 위한 모식도이다.Fig. 1 is a schematic view for explaining a combination example in which a particulate intermediate material according to the present invention is formed and used. Fig.
도 2는, 본 발명에 관한 입자 형상 중간재의 조직을 표시하는 모식도이다.Fig. 2 is a schematic diagram showing the structure of the particulate intermediate material according to the present invention. Fig.
도 3은, 본 발명에 관한 방법으로 주조한 제품의 내마모성의 시험결과를 표시하는 그래프이다.Fig. 3 is a graph showing test results of abrasion resistance of a product cast by the method according to the present invention. Fig.
도 4는, 본 발명에 관한 주조제품(실시예1)의 개질층의 금속조직을 표시하는 현미경사진이다.4 is a microscope photograph showing the metal structure of the modified layer of the cast product (Example 1) of the present invention.
도 5는, 본 발명에 관한 주조제품(실시예3)의 개질층의 금속조직을 표시하는 현미경사진이다.5 is a microscope photograph showing the metal structure of the modified layer of the cast product (Example 3) according to the present invention.
도 6은, 본 발명에 관한 주조제품(실시예4)의 개질층의 금속조직을 표시하는 현미경사진이다.6 is a microscope photograph showing the metal structure of the modified layer of the cast product (Example 4) according to the present invention.
도 7은, 본 발명에 관한 주조제품(실시예5)의 개질층의 금속조직을 표시하는 현미경사진이다.7 is a microscope photograph showing the metal structure of the modified layer of the cast product (Example 5) of the present invention.
본 발명에서 「주조제품」이라 함은, 다이캐스트주조법이나 용탕단조법 또는 반용융주조법 등의 가압주조법에 의하여 주조되는 제품을 말한다. 따라서, 본 발명에 관한 주조제품은, 상기한 주조법에 의해 주조되는 제품을 말한다. 따라서 본 발명에 관한 주조제품은 상기한 주조법에서 통상 사용되는 금속재, 즉, 알루미늄이나 그 합금, 또는 마그네슘합금 또는 아연합금 혹은 구리 또는 그 합금 등의 금속재를 사용하여 제조되며, 이들 금속재를 이하에서 주조금속재라고 칭한다.In the present invention, the term " cast product " refers to a product cast by a pressure casting method such as a die casting method, a casting forging method, or an semi-molten casting method. Therefore, the cast product according to the present invention refers to a product cast by the casting method described above. Therefore, the cast product according to the present invention is manufactured by using a metal material commonly used in the casting method, that is, aluminum or an alloy thereof, or a magnesium alloy or a zinc alloy or a metal such as copper or an alloy thereof, It is called a metal material.
그리고, 본 발명에 관한 주조제품의 대부분은 주조금속재로 성형되지만, 필요로 되는 부분의 표면에만 요구되는 기능을 구비한 층(이하, 개질층이라고 칭한다)이 소정의 두께로 상기 주조제품의 주조와 동시에 형성되어 필요로 되는 부분이요구된 기능으로 개질된다.Most of the casting products according to the present invention are formed of a cast metal material, but a layer (hereinafter referred to as a modified layer) having a function required only on the surface of a necessary portion is formed into a predetermined thickness with the casting of the casting product At the same time, the parts that are formed and needed are modified with the required functions.
따라서, 본 발명에서 주조금속재라 함은, 하나 이상의 물리적 성질이 다른 소재 즉, 목적으로 하는 기능(물리적 성질)을 보유하는 소재(이하, 기능선택소재라고 칭한다.)와, 그 기능선택소재의 표면을 피복하기 위한 금속재(이하, 피복용 금속재라고 칭한다.)로 중간재를 형성하여, 제품 주조 시에 상기 중간재를 주조금속재와 함께 직접 주조하여 복합화한 것이다.Therefore, in the present invention, the term "cast metal material" refers to a material having at least one physical property (that is, a material having a desired function (physical property)) (hereinafter referred to as a function selecting material) (Hereinafter referred to as a covering metal material) for casting the intermediate product, and directly casting the intermediate material together with the cast metal material at the time of casting the product.
기능선택소재와 피복용 금속재로 중간재를 형성하여 사용하는 경우, 도 1(a)와 표시하는 바와 같이, 1종 또는 2종 이상의 기능선택소재 표면의 절반 이상을 1종 또는 2종 이상의 피복용 금속재로 피복시켜서 입경이 큰 입자 형상중간재를 형성하여 사용한다. 또는 도 1(b)에 표시하는 바와 같이, 2종 이상의 기능선택소재 표면의 절반 이상을 각각 1종 또는 2종 이상의 피복용 금속재로 피복시켜서 입경이 큰 2종 이상의 입자 형상 중간재를 형성한다. 또는 도 1(c)에 표시하는 바와 같이, 1종 또는 2종 이상의 기능선택소재의 절반 이상을 1종 또는 2종 이상의 피복용 금속재로 피복시켜 입경이 큰 입자 형상 중간재를 형성하고, 이 입자 형상 중간재와 상기 입자 형상중간재를 구성하고 있는 기능선택소재와는 하나 이상의 물리적 성질이 다른 1종 또는 2종 이상의 기능선택소재를 혼합하여 사용하거나, 또는 기능선택소재와 피복용 금속재로 이루어지는 금속용탕을 아토마이즈하여 콜렉터의 표면에 중간재를 형성시켜 사용한다.When an intermediate member is formed by using a function selecting material and a covering metal material, as shown in Fig. 1 (a), at least one half of the surface of one or more function selecting materials is coated with one or two or more coating metal materials To form a particulate intermediate material having a large particle size. As shown in Fig. 1 (b), at least half of the surfaces of two or more functional selective materials are coated with one or two or more kinds of metallic materials for coating to form two or more kinds of particulate intermediate materials having large particle diameters. As shown in Fig. 1 (c), at least half of the function selecting materials may be coated with one or two or more coating metal materials to form a particulate intermediate material having a large particle size, It is possible to mix one or more function selection materials having at least one physical property different from that of the function selection material constituting the particulate intermediate material or to mix the metal selection material of the function selection material and the metal material for coating with the ato- It is used to form an intermediate material on the surface of the collector.
도 1(a)에 표시하는 바와 같이 중간재를 형성하여 사용하면, 1종 또는 2종 이상의 기능선택소재를 균일하게 분포시키기 쉽게 된다. 또, 도 1(b)에 표시하는바와 같이 중간재를 형성하여 사용하면, 사용하는 기능선택소재들이 융화하기 어렵거나 비중차가 커서 하나의 중간재 내에 2종 이상의 기능선택소재를 균일하게 분포시키기 어려운 경우, 또는 2종 이상의 기능선택소재를 혼합시킨 결과 점도가 너무 높아져서 아토마이즈 등에 의해 중간재를 형성할 수 없는 경우에 특히 유효하다. 또, 도 1(c)에 표시하는 바와 같이 중간재를 형성하여 사용하면, 입자 형상 중간재와 1종 또는 2종 이상의 기능선택소재를 균일하게 분포시키기 쉽게 되고, 기능선택소재의 크기가 작은 경우에도, 두꺼운 복합층(개질층)을 얻을 수 있게 된다. 그리고, 기능선택소재와 피복용 금속재를 포함하는 금속용탕을 아토마이즈하여 콜렉터 표면에 중간재를 형성시켜서 사용함으로써 제품의 주조 시에 주조금속이 침입할 수 있는 공극을 무수하게 형성할 수 있게 된다.As shown in Fig. 1 (a), when an intermediate member is formed and used, it is easy to uniformly distribute one or more function selection materials. If an intermediate material is used as shown in Fig. 1 (b), it is difficult to uniformly distribute two or more types of function selection materials in one intermediate material because the function selection materials to be used are difficult to integrate or the specific gravity difference is large. Or when two or more kinds of function selection materials are mixed, the viscosity becomes too high and the intermediate material can not be formed by atomization or the like. When the intermediate material is used as shown in Fig. 1 (c), it is easy to uniformly distribute the particulate intermediate material and one or more function selection materials. Even when the size of the function selection material is small, A thick composite layer (modified layer) can be obtained. In addition, by using an intermediate material formed on the surface of the collector by atomizing the metal melt containing the function selecting material and the covering metal material, it is possible to form a large number of voids through which the casting metal can enter during casting of the product.
여기에서 "아토마이즈"(atomizing)라 함은, 금속용탕을 작은 액적(small droplet)으로 만드는 기술(분무화)을 말하고, 압력분사식 아토마이즈법이나 가스아토마이즈법 등이 알려져 있다.The term " atomizing " refers to a technique (atomization) of making a metal droplet into a small droplet, and a pressure jet atomization method or a gas atomization method is known.
"압력분사식 아토마이즈법"이라 함은, 금속용탕에 압력을 가하여 진동하는 노즐로부터 금속용탕을 분사시키는 아토마이즈법이고, "가스아토마이즈법"이라 함은, 흘러내리는 금속용탕에 공기나 질소가스 등의 불활성가스를 불어 넣어서 금속용탕을 작은 액적화(분무화)하여, 비산(飛散) 중에 급속하게 냉각응고시키는 아토마이즈법을 말한다.The " pressure atomization type atomization method " is an atomization method for spraying a molten metal from a vibrating nozzle by applying pressure to the molten metal. The " gas atomization method " (Spraying) a molten metal into the molten metal and blowing the molten metal rapidly, and cooling and solidifying the molten metal rapidly during scattering.
본 발명에서는, 작은 액적화(분무화)한 금속용탕을 콜렉터 표면에 부착고화시켜서 중간재(프리폼)를 형성하는데 이들 아토마이즈법을 응용하였다. 그리고, 이하의 설명에서는 가스아토마이즈법에 의한 예를 개시한다.In the present invention, these atomization methods are applied to solidify a metal droplet (atomized) on a surface of a collector to form an intermediate material (preform). In the following description, an example by the gas atomization method is described.
이것을 상세하게 설명하면, 1종 또는 2종 이상의 기능선택소재와 피복용 금속재로 이루어지는 금속용탕에 공기나 불활성가스를 불어 넣어서, 그 금속용탕을 작은 액적화(분무화)한다. 그리고, 미세한 액적이 된 금속용탕을 비산 중에 급속하게 냉각·응고시킴과 동시에 작은 액적을 소망 형상으로 형성한 콜렉터 표면에 부착 고화시켜서 중간재(프리폼)를 형성한 것이다. 이 때, 작은 액적화(분무화)한 금속용탕 중 비교적 미세한 액적은 비산 중에 완전히 응고된 상태로 콜렉터의 표면에 부착 퇴적한다. 반면, 비교적 큰 액적은 용융상태로 콜렉터 표면에 부착 퇴적하고, 또한 이들의 중간 크기인 액적은 반용융상태(액상과 고상이 혼재한 상태)로 콜렉터 표면에 부착 퇴적하여 반용융막을 형성한다. 상기 반용융막이 응고하여, 중간재(프리폼)가 형성되는 것이다. 상기 중간재(프리폼)의 형성 시, 금속용탕의 온도, 아토마이즈 가스의 압력, 스프레이거리, 노즐지름 등을 적당한 값으로 설정함으로써 반용융막의 온도 및 고상율을 일정하게 유지한다. 상기 반용융막의 고상율은 80% 정도로 설정하는 것이 바람직하다. 반용융막의 고상율을 80% 정도로 하면, 반용융막이 중간재(프리폼)로서 응고될 때, 제품의 주조 시에 주조금속재가 침입할 수 있는 공극이 무수히 형성되는 결과, 중간재(프리폼)와 주조금속재의 밀착성이 좋게 되어 개질층의 강성이 향상된다. 그러나 반용융막의 고상율이 80%정도 미만일 때에는 제품의 주조 시에 중간재(프리폼)가 주조금속재에 단순히 포위되기 때문에 중간재(프리폼)와 주조금속재의 밀착성이 좋지 않다. 또, 반용융막의 고상율이 80% 이상이 되면 콜렉터의 표면에 부착 퇴적될 수 없는 오버스프레이 입자가 증가하여 수율이나쁘게 된다. 또한, 반용융막의 고상율을 80%정도로 하는 것이 어려운 금속용탕에 대하여는, 콜렉터의 표면에 부착 퇴적하는 액적에 물을 분무하여 응고를 촉진시키면 좋다.To explain this in detail, air or an inert gas is blown into a molten metal consisting of one or more function selecting materials and a covering metal material, and the molten metal is small-sized (atomized). Then, the molten metal which has become a minute droplet is rapidly cooled and solidified during scattering, and a small droplet is adhered and solidified on the surface of a collector formed in a desired shape to form an intermediate member (preform). At this time, relatively fine liquid droplets in the metal droplets which have been small dropletized (sprayed) are deposited and deposited on the surface of the collector in a completely solidified state during scattering. On the other hand, a relatively large liquid droplet adheres to and deposits on the surface of the collector in a molten state, and the liquid droplets having a medium size are adhered to and deposited on the surface of the collector in a semi-molten state (a mixed state of liquid and solid phases) to form a semi-molten film. The semi-molten film solidifies to form an intermediate material (preform). In forming the intermediate member (preform), the temperature and the solid phase ratio of the semi-molten film are kept constant by setting the temperature of the molten metal, the pressure of the atomizing gas, the spray distance, the nozzle diameter, and the like to appropriate values. It is preferable that the solid phase ratio of the semi-molten film is set to about 80%. When the solid phase ratio of the semi-molten film is set to about 80%, voids can infiltrate into the casting metal material at the time of casting the product when the semi-molten film coagulates as an intermediate material (preform) The adhesion is improved and the rigidity of the modified layer is improved. However, when the solid phase ratio of the semi-molten film is less than about 80%, the intermediate material (preform) is simply surrounded by the casting metal material during casting of the product, so that the adhesion between the intermediate material (preform) and the casting metal material is poor. When the solid phase ratio of the semi-molten film is 80% or more, overspray particles that can not be deposited on the surface of the collector are increased, resulting in a poor yield. In addition, for a molten metal in which it is difficult to make the solid phase ratio of the semi-molten film about 80%, water may be sprayed onto the surface of the collector to deposit and accumulate, thereby promoting solidification.
또, 기능선택소재와 피복용 금속재로 이루어지는 금속용탕을 가스아토마이즈하여 콜렉터의 표면에 부착고화시키는 경우, 피복용 금속재의 용탕 중에 기능선택소재를 미리 혼합하여 두고, 그 용탕에 공기나 불활성가스를 불어 넣어서 가스아토마이즈하여도 좋다. 또는 피복용 금속재의 용탕에 기능선택소재를 포함하는 공기나 불활성가스를 불어 넣어서 아토마이즈하여도 좋고, 금속간화합물(intermetallic compound)의 결정으로 정출되는 금속용탕에 공기나 불활성가스를 불어 넣어 가스아토마이즈하여도 좋다.When the function selecting material and the metal molten metal made of the covering metal material are gas-atomized and solidified on the surface of the collector, the function selecting material is preliminarily mixed in the molten metal to be coated, and air or an inert gas It is also good to breathe gas atomization. Alternatively, air or an inert gas containing a function selecting material may be blown into the molten metal to be coated and atomized, or air or an inert gas may be blown into a molten metal crystallized in the form of an intermetallic compound, May also be good.
본 발명에 적용 가능한 기능선택소재는, 과공정(過共晶, hyper-eutectic) Al-Si합금분말로 정출되는 초정(初晶)실리콘 입자나 주물분말로 정출되는 카본입자 SiC, Al2O3, Si3N4, SiO2, TiC 흑연, 납, 이황화몰리브덴, 철, 알루미늄계합금으로 정출되는 금속간화합물, K2O· 6TiO2, 니켈합금, 코발트합금, 페라이트자석, 자석강, 코발트, 경석(輕石, pumice), 시라스발룬(shirasu balloon), 알루미나발룬, 카본발룬, 중공유리비이즈에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 것을 들 수 있다. 이들 중에서 목적으로 하는 기능에 따라서 적절하게 선택하여 사용한다.The function selecting material applicable to the present invention is a primary crystal silicon particle which is crystallized in a super-eutectic Al-Si alloy powder, carbon particles SiC crystallized in a casting powder, Al 2 O 3 , Si 3 N 4, SiO 2, TiC, graphite, lead, molybdenum disulfide, iron, intermetallic compounds crystallized in the aluminum-based alloys, K 2 O · 6TiO 2, nickel alloys, cobalt alloys, ferrite magnet, jaseokgang, cobalt, pumice And one or more selected from the group consisting of pumice, shirasu balloon, alumina balun, carbon balun and hollow glass beige. Of these, suitable selection is made according to the objective function.
즉, 주조제품을 예컨대 내마모성을 구비한 것으로 개질하고 싶은 경우에는 과공정 Al-Si합금분말로 정출하는 초정실리콘입자나 주철분말로 정출되는 카본입자, SiC, Al2O3나 Si3N4, SiO2, TiC, 철, 알루미늄계합금으로 정출하는 금속간화합물 등을 기능선택소재로서 사용하고, 내열성을 구비한 것으로 개질하고 싶은 경우에는 K2O· 6TiO2, Al2O3, 니켈합금, 코발트합금 등을 사용한다. 또 자기윤활성(self lubricity)을 구비한 것으로 개질하고 싶은 경우에는, 흑연이나 납, BN, 이황화몰리브덴을 사용하고, 또 자성을 구비한 것으로 개질하고 싶은 경우에는 페라이트자석이나 자석강, 코발트 등을 사용하고, 방진성이나 방음성을 구비한 것으로 재질하고 싶은 경우에는 경석, 실라스발룬, 알루미나발룬, 카본발룬, 중공유리비이즈를 사용한다. 또한, 발색성을 구비한 것으로 개질하고 싶은 경우에는 Sr2P2O7:EU(청자색), BaMg2,All6O27:Eu(청색), MgWO4(청백색), MgGa2O4:Eu(청록색), Zn2SiO4:Eu(녹색), Y2O3:EU(적색), (Sr,Mg,Ba)3(PO4)2:Sn(오렌지색)을 사용한다. 또한, 이들 기능을 복수개 필요로 하는 경우에는 2종 이상의 기능선택소재를 사용한다.In other words, when it is desired to modify the cast product to have a wear resistance, carbon particles formed of super-fine silicon particles or cast iron powder which are purged with an excessive Al-Si alloy powder, SiC, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , In the case of using an intermetallic compound crystallized with SiO 2 , TiC, iron or an aluminum based alloy as a function selecting material and modifying it to have heat resistance, K 2 O · 6TiO 2 , Al 2 O 3 , a nickel alloy, Cobalt alloy or the like is used. When it is desired to modify it to have a self-lubricating property, graphite, lead, BN or molybdenum disulfide is preferably used. When it is desired to modify it by magnetic property, a ferrite magnet, magnet steel, cobalt or the like is used , Pumice stone, siliceous balun, alumina balun, carbon balun and hollow glass beige are used when it is desired to be made of a material having a dustproof property or a soundproof property. When it is desired to modify it to have a coloring property, Sr 2 P 2 O 7 : EU (bluish purple), BaMg 2 , Al 16 O 27 : Eu (blue), MgWO 4 (blue white), MgGa 2 O 4 : Eu turquoise), Zn 2 SiO 4: uses a Sn (orange): Eu (green), Y 2 O 3: EU ( red), (Sr, Mg, Ba ) 3 (PO 4) 2. When a plurality of these functions are required, two or more function selection materials are used.
이들 기능선택소재의 형상에는 특별한 제한은 없지만, 크기는 1㎛∼50㎛가 바람직하고, 제품 제조 후에 절삭 등의 기계가공을 행하는 경우에는, 특히 1㎛∼40㎛의 범위인 것이 바람직하다. 이 때, 기능선택소재의 크기가 작은 경우에는 문제가 없지만, 50㎛ 이상이 되면 제품주조 후의 기계가공성이 나쁘게 되어 바람직하지 않다.There is no particular limitation on the shape of these function selection materials, but the size is preferably from 1 탆 to 50 탆, and particularly preferably from 1 탆 to 40 탆 when machining such as cutting is performed after manufacturing the product. At this time, there is no problem when the size of the function selecting material is small. However, when the size of the function selecting material is 50 m or more, the machinability after the casting of the product becomes bad, which is not preferable.
특히, 기능선택소재로서 과공정 Al-Si합금분말로 정출하는 초정실리콘입자를 사용하는 경우에는, 과공정Al-Si합금을 아토마이즈함으로써 급냉·응고하여 미세한초정실리콘입자를 정출시키고, Si성분을 l2중량%∼50중량%, 바람직하게는 2O중량%∼30중량% 함유시키는 것이 바람직하다. 그리고, 기능선택소재로서 주철분말로 정출하는 카본입자를 사용하는 경우에는 주철을 응고하여 카본입자를 정출시킨다.Particularly, in the case of using ultrafine silicon particles which are crystallized with a high-process Al-Si alloy powder as a function selecting material, the ultrafine silicon particles are quenched by atomizing the over-process Al-Si alloy, by weight, preferably 12% by weight to 50% by weight, and more preferably 20% by weight to 30% by weight. In the case of using carbon particles to be casted with cast iron powder as a function selection material, the cast iron is solidified to crystallize the carbon particles.
또, 기능선택소재로서 알루미늄계합금으로 정출하는 금속간화합물을 사용하는 경우에는 하기의 표 1에 표시하는 주조금속재를 아토마이즈함으로써 급냉응고시켜 미세한 금속화합물을 정출시켜 요구되는 기능에 따라서 적절한 주조금속재를 선택한다.When an intermetallic compound to be crystallized with an aluminum-based alloy is used as the function selecting material, the casting metal material shown in the following Table 1 is atomized to quench and coagulate the fine metal compound to form a suitable casting metal material .
표 1Table 1
또, 본 발명에 사용하는 피복용 금속재로서는, 알루미늄 또는 그 합금, 마그네슘합금, 아연합금, 구리 또는 그 합금, 철 또는 합금에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 금속재를 사용한다. 바람직하게는, 주조금속재와 같은 종류 또는 같은 계의 금속재를 사용한다. 구체적으로는 주조금속으로서 예컨대 알루미늄합금을 사용한 경우에는 알루미늄 또는 그 합금, 마그네슘합금 또는 아연합금 등을 피복용 금속재로서 사용한다. 주조금속재로서 마그네슘합금을 사용한 경우에는 피복용 금속재로서 마그네슘합금을 사용하는 등 주조금속재와 같은 종류 내지는 합금화하기 쉬운 금속재를 사용한다. 그렇게 하면, 중간재를 입자 형상으로 형성한 경우에도, 또한 금속 프리폼으로 형성한 경우에도 중간재가 주조제품의 표면으로부터 탈락하기 어렵게 된다. 또, 기능선택소재의 표면을 피복용 금속재로 피복하여 입자형상 중간재를 형성할 때에는 기능선택소재의 표면의 절반 이상을 피복용 금속재러 피복시킬 필요가 있다. 그렇지 않으면 주조금속재에 대한 밀착성능이 저하하여 기능선택소재가 주조제품으로부터 탈락하기 쉽게 된다. 입자 형상 중간재는 용융한 피복용 금속재 중에 기능선택소재를 혼입시키고 이것을 분쇄하거나, 또는 액상예서 분산시켜 아토마이즈(분무입자화법)하거나, 기능선택소재와 피복용 금속재를 메카니컬 어로잉(mechanical alloying)함으로써 형성한다.As the metallic material for covering used in the present invention, a metallic material composed of one or more kinds selected from aluminum or an alloy thereof, a magnesium alloy, a zinc alloy, copper or an alloy thereof, iron or an alloy is used. Preferably, a metal material of the same or the same type as the cast metal material is used. Specifically, when an aluminum alloy is used as a casting metal, for example, aluminum or an alloy thereof, a magnesium alloy, or a zinc alloy is used as a metal material for covering. When a magnesium alloy is used as the casting metal material, a metallic material such as a casting metal material or a metal material which is easily alloyed is used such as a magnesium alloy as a covering metal material. This makes it difficult for the intermediate material to fall off from the surface of the cast product even when the intermediate material is formed into a particle shape or when it is formed of a metal preform. When the surface of the function selecting material is covered with the covering metallic material to form the particulate intermediate material, it is necessary to coat at least half of the surface of the function selecting material with the covering metallic material. Otherwise, the adhesion performance to the cast metal material is lowered, and the function selection material is easily detached from the cast product. The particle-shaped intermediate material can be obtained by atomizing a function selection material into a melted metal material for coating and pulverizing it or dispersing it in a liquid phase by mechanical atomization (mechanical atomization), or by mechanical alloying a function selection material and a covering metal material .
이때, 입자 형상중간재를 50㎛∼1000㎛정도의 입경을 갖는 입자 형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 입자 형상 중간재의 크기(입경)는 상기 입자 형상 중간재를 치중재나 금형 캐비티 표면에 부착시킬 때의 밀도에 영향을 미치고, 그 밀도(입자간의 간격)는 생성되는 개질층의 두께에 큰 영향을 미치므로 요구되는 개질층의 두께에 따라 적절하게 선택한다.At this time, it is preferable to form the particulate intermediate material in a particle shape having a particle size of about 50 mu m to 1000 mu m. That is, the size (particle diameter) of the particulate intermediate material affects the density when the particulate intermediate material is adhered to the surface of the core material or the mold cavity, and the density (intergranular spacing) greatly affects the thickness of the resulting modified layer It is appropriately selected according to the thickness of the required reforming layer.
실험 결과, 요구되는 개질층의 두께가 1mm 이하인 경우에는 입자 형상중간재의 크기(입경)를 5O㎛ 이상으로 하고, 개질층의 두께를 1mm∼2mm정도로 하는 경우에는 입자 형상중간재의 크기(입경)를 IOO㎛ 이상으로 하고, 개질층의 두께를 2mm이상으로 하는 경우에는 입자 형상중간재의 크기(입경)를 300㎛이상으로 하면 좋다는 것을 알게 되었다.As a result of the experiment, when the required thickness of the modified layer is 1 mm or less, the size (particle size) of the particulate intermediate material is set to 50 mu m or more, and when the thickness of the modified layer is 1 mm to 2 mm or so, (Particle diameter) of 300 mu m or more when the thickness of the modified layer is made to be not less than 10 mu m and the thickness of the modified layer is not less than 2 mm.
또, 입자 형상 중간재의 입자 형상으로서는, 표면이 매끄러운 구형상보다는 표면에 요철이 있는 다각형상이 바람직하다. 입자 형상 중간재를 표면에 요철이 있는 다각형상으로 형성할 경우, 매트릭스(주조금속재)와의 결합에 화학적 결합력 외에 기계적 결합력을 부가할 수가 있으므로 입자 형상 중간재의 탈락을 방지하여 주조제품에 대한 개질층의 밀착성을 보다 향상시킬 수 있다. 도 2에 입자 형상 중간재의 조직을 표시한 모식도를 표시한다.The particle shape of the particulate intermediate material is preferably a polygonal shape having irregularities on the surface, rather than a smooth spherical shape. When the particulate intermediate material is formed into a polygonal shape having irregularities on the surface, it is possible to add a mechanical bonding force in addition to the chemical bonding force to the bond with the matrix (cast metal material), thereby preventing the particulate intermediate material from falling off, Can be further improved. Fig. 2 is a schematic view showing the structure of the particulate intermediate material.
그리고, 입자 형상 중간재를 사용하여 치중자를 형성하거나, 입자 형상 중간재를 치중자의 표면이나 금속형 캐비티의 소정 장소에 부착시키기 위한 접착재로서는, 용융 주조금속재에 접촉할 때의 가스 발생이 적은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 페놀수지, 푸란수지, 불포화 폴리에스테르수지, 우레탄수지, 폴리초산비닐수지, 폴리염화비닐수지, 무기시멘트, 규산나트륨, 저융점 금속 등에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 것을 사용한다.It is preferable that an adhesive used for forming a pinch roller by using the particulate intermediate material or for attaching the particulate intermediate material to a surface of the pinch roller or a predetermined position of the metallic cavity is less likely to generate gas when it contacts the molten cast metal material. Concretely, one or two or more selected from phenol resin, furan resin, unsaturated polyester resin, urethane resin, polyvinyl acetate resin, polyvinyl chloride resin, inorganic cement, sodium silicate and low melting point metal is used .
또, 입자 형상중간재를 사용하여 치중자를 형성할 경우에는, 종래 주지의 모래중자조형법(sand core forming process), 예컨대 셀중자조형법(shell core forming process)이나 콜드박스중자조형법(cold box core forming process), CO2중자조형법(CO2core forming process) 등을 적용할 수 있다. 또, 아토마이즈에 의해 표면에 중간재(프리폼)를 형성하기 위한 콜렉터는 알루미늄이나 철등의 금속재를사용하여 주조 혹은 기계가공 혹은 소성가공(딥 드로잉가공이나 임팩트가공) 등에 의해 소망 형상으로 형성된다. 그리고, 입자 형상중간재를 부착(도포)시키기 위한 치중자(preset core)로서는, 규사, 알루미나샌드, 세라비이즈(cerabeads), 크로마이트샌드 등의 모래를 사용한 모래중자나 콜드박스중자 혹은 저융점금속중자 등의 주지의 치중자를 사용할 수 있을 뿐 아니라, 알루미늄이나 철등의 금속재를 사용하여 주조 또는 기계가공 혹은 소성가공(딥 드로잉가공이나 임팩트가공) 등에 의해 제작한 금속중자도 사용할 수 있다.In the case of using a particulate intermediate material to form a crusher, a sand core forming process such as a shell core forming process or a cold box core forming process (cold box core forming process) process), CO 2 cores molding method (CO 2 core forming process), etc. can be used. The collector for forming an intermediate material (preform) on the surface by atomization is formed into a desired shape by casting, machining or plastic working (deep drawing or impact processing) using a metal material such as aluminum or iron. Examples of preset cores for attaching (applying) the particulate intermediate material include sand or cold box sand or low melting point metal such as silica sand, alumina sand, cerabeads, chromite sand, It is possible to use not only a known metal such as aluminum, iron or the like but also a metal produced by casting, machining or plastic working (deep drawing or impact processing) using a metal material such as aluminum or iron.
그리하여, 주조 제품을 제조하여 필요한 부분의 표면을 기능적으로 개질할 경우, 입자 형상중간재를 가하여 형성한 치중자를 금형 캐비티의 소정 장소에 설치하거나, 또는 미리 형성한 치중자 표면에 입자 형상 중간재를 부착(도포)시키고, 상기 치중자를 금형 캐비티의 소정 장소에 설치한다. 또는 입자 형상 중간재를 금형 캐비티 표면의 소정 장소 즉, 주조제품에서 기능화하고자 하는 부분에 직접 부착(도포)시킨다. 또는 콜렉터 표면에 형성시킨 중간재(프리폼)를 콜렉터로부터 분리 또는 분리하지 않고, 금형 캐비티의 소정의 장소에 설치하고, 금형 캐비티 내에 용융한 주조금속재를 충전하여 고압으로 가압한다. 입자 형상 중간재를 사용한 경우에는 입자 형상 중간재를 구성하고 있는 기능선택소재 및 피복용 금속재 이외의 접착제 성분이 용융된 주조금속재의 열에 의해 적어도 그 일부가 분해 내지 융해하고, 또한 입자 형상 중간재 사이에 용융한 주조금속재가 침입하여 입자 형상중간재와 복합일체화됨으로써 주조제품의 소정 부분의 표면에 일정한 두께(깊이)에 걸쳐서 기능선택소재와 피복용 금속재 및 주조금속재가 복합일체화된 개질층이 형성된주조금속재가 얻어진다. 또, 아토마이즈에 의해 콜렉터 표면에 형성시킨 중간재(프리폼)를 사용한 경우에는, 중간재(프리폼)가 용융된 주조금속재와 함께 주조되어서 복합일체화되거나 또는 상기 중간재(프리폼)에 무수한 공극이 형성되어 있는 경우에는, 상기 무수한 공극 내에 용융된 주조금속재가 침입하여 복합일체화된 결과, 주조제품의 소정부분의 표면에 일정한 두께(깊이)에 걸쳐 기능선택소재와 주조금속재가 복합일체화된 개질층이 형성된 주조제품이 얻어진다.Thus, when the casting product is manufactured and the surface of a necessary part is functionally modified, a pinch formed by applying a particulate intermediate material is placed at a predetermined position of the mold cavity, or a particulate intermediate material is attached to the surface of the pinch And the above-mentioned crimper is installed at a predetermined position of the mold cavity. Or directly adheres (applies) the particulate intermediate material to a predetermined place on the surface of the mold cavity, that is, a portion to be functionalized in the cast product. Alternatively, the intermediate member (preform) formed on the surface of the collector is placed at a predetermined position of the mold cavity without separating or separating from the collector. The molten casting metal material is filled in the mold cavity and pressurized at a high pressure. In the case of using the particulate intermediate material, at least a part of the particulate intermediate material is decomposed and melted by the heat of the function selecting material constituting the particulate intermediate material and the casting metallic material in which the adhesive component other than the covering metallic material is melted, The cast metal material is inte- grated to be integrated with the particulate intermediate material to obtain a cast metal material on the surface of a predetermined portion of the cast product with a modified layer formed by integrating the function selection material, the coating metal material and the cast metal material over a predetermined thickness . When an intermediate material (preform) formed on the surface of the collector by atomization is used, the intermediate material (preform) is cast together with the molten cast metal material to form a composite integrated body or a void is formed in the intermediate material , A cast product having a modified layer formed by integrating a function selection material and a cast metal material over a predetermined thickness (depth) on the surface of a predetermined portion of the cast product as a result of intrusion of the molten cast metal material into the innumerable voids .
(실시예)(Example)
다음에 본 발명에 관한 개질방법에 의하여 주조제품의 표면에 내마모성을 부가하여 개질한 구체적인 실시예에 대하여 설명하지만, 본 발명은 그러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상술한 바와 같이 기능선택소재를 적절하게 선택하여 사용함으로써 목적하는 개질(기능화)이 가능하게 된다.Next, concrete embodiments in which abrasion resistance is added to the surface of the cast product by the modifying method according to the present invention will be described. However, the present invention is not limited to such an embodiment, So that desired modification (functionalization) becomes possible.
(실시예1)(Example 1)
입경 5㎛ 전후의 SiC를 알루미늄합금(ADCl2)의 용탕에 10중량% 혼입시키고 이것을 액상분산시켜서 아토마이즈법에 의하여 입경이 200㎛∼300㎛의 입자 형상중간재로 형성하고, 이 중간재 l2OOg에 폴리초산비닐수지 5OOg을 메탄올 6OOg에 용해시킨 용액을 첨가하여 혼련하였다. 이것을 미리 형성한 지르콘 샌드 셀중자 표면에 약 4mm의 두께로 도포하고, 상기 치중자를 금형 캐비티의 소정 장소에 설치하여 알루미늄합금(ADCl2)를 사용한 다이캐스트주조에 의해 실린더블록을 주조하였다. 그리고, 이때의 주조압력은 5OMPa로 설정하였다. 그리고, 주조한 제품을 금형으로부터 꺼내고 주조제품으로부터 치중자를 꺼낸후, 치중자가 위치하였던 부분의 주조제품 표면에 형성된 개질층(내마모성층)의 두께를 측정하고, 내마모성시험을 행하였다.10% by weight of SiC having a particle diameter of about 5 占 퐉 was mixed with a molten aluminum alloy (ADCl2) at 10% by weight, and the resultant mixture was liquid-dispersed and formed into a particulate intermediate material having a particle diameter of 200 占 퐉 to 300 占 퐉 by atomization. A solution prepared by dissolving 500 g of vinyl resin in 600 g of methanol was added and kneaded. This was applied to the surface of a zircon-sand cell in advance to a thickness of about 4 mm, and the cylinder block was cast by die-casting using an aluminum alloy (ADCl2) provided on the predetermined position of the mold cavity. The casting pressure at this time was set at 5OMPa. Then, after the molded product was taken out of the mold and the weight was taken out from the casting product, the thickness of the modified layer (abrasion-resistant layer) formed on the surface of the cast product at the position where the weight was placed was measured and the abrasion resistance test was conducted.
(실시예2)(Example 2)
Al-20% Si합금 용융금속을 사용하여 입경이 IO㎛ 전후로 분포된 초정실리콘을 아토마이즈법에 의해 입경 300㎛전후로 균일하게 분포된 입자 형상 중간재를 제작하고, 이 중간재 3OOg에 페놀수지 l3g를 첨가하여 약 1분간 혼련하였다. 이것을 철제치중자의 표면에 부착도포시키고, 치중자를 금형 캐비티의 소정 위치에 설치하여 실시예1과 마찬가지로 주조하고, 치중자가 위치하였던 부분의 주조제품 표면에 형성된 개질층(내마모성층)의 두께 등을 측정하였다.A particulate intermediate material uniformly distributed in a particle size of about 300 탆 was prepared by atomization method using a molten metal of Al-20% Si alloy and distributed in a particle size of about 10 탆, and 3 g of a phenol resin And kneaded for about 1 minute. The thickness of the modified layer (abrasion-resistant layer) formed on the surface of the cast product at the position where the cantilever was placed was measured in the same manner as in Example 1, and the thickness was measured Respectively.
(실시예3)(Example 3)
입경이 IO㎛전후의 SiC를 사용한 이외는 실시예1과 동일하게 하여 입경이 300㎛으로 전후의 입자 형상 중간재에 페놀수지를 첨가한 것을 철제 치중자 표면에 부착·도포시켜서 주조하고, 치중자가 위치하였던 부분의 주조제품 표면에 형성된 개질층(내마모성층)의 두께를 측정함과 아울러 내마모성시험을 행하였다.A granular intermediate material having a particle size of 300 占 퐉 and having a phenolic resin added thereto was adhered and coated on the surface of the iron core rod and cast and molded in the same manner as in Example 1 except that SiC having a particle diameter of about 10 占 퐉 was used. The thickness of the modified layer (abrasion-resistant layer) formed on the surface of the cast product was measured, and a wear resistance test was performed.
(실시예4)(Example 4)
입경이 IO㎛전후의 SiC를 알루미늄합금(ADCl2)의 용탕에 10중량% 혼입시키고, 이것을 액상분산시켜 아토마이즈법에 의해 입경이 300㎛전후로 균일하게 분포된 입자 형상 중간재를 제작하였다. 또 이것과 별도로 150㎛전후의 입경을 갖는 흑연을 자기윤활성을 구비한 기능선택소재로서 사용하였다. 그리고, 이들 입자 형상 중간재와 흑연을 동량씩 가해서 혼합분산시켜 3OOg로 하고, 이하, 상기 실시예3과동일하게 주조하여 치중자가 위치하였던 부분의 주조제품표면에 형성된 개질층(내마모성층)의 두께를 측정함과 아울러 내마모성시험을 행하였다.10% by weight of SiC having a particle diameter of about 10 mu m was mixed with a molten aluminum alloy (ADCl2) in an amount of 10% by weight, and the mixture was dispersed in a liquid phase to prepare a particulate intermediate material uniformly distributed around the particle diameter of about 300 mu m by an atomization method. Separately, graphite having a particle size of about 150 mu m was used as a function selection material having self-lubricating properties. The weight of the modified layer (abrasion-resistant layer) formed on the surface of the part where the cobweb was located by casting to be the same as that of the above-mentioned Example 3 was measured as follows. And the abrasion resistance test was performed.
(실시예5)(Example 5)
상기 실시예1에서 제작한 입자 형상중간재와 폴리초산비닐수지와의 혼합물을 실린더블록을 주조하는 금형 캐비티의 실린더성형부분의 표면에 약1mm의 두께로 도포하여 다이캐스트주조에 의하여 실린더블록을 주조하였다. 그리고, 주조제품을 금형으로부터 꺼내고, 상기 혼합물을 도포한 실린더부분의 표면에 형성된 개질층(내마모성층)의 두께를 측정함과 아울러 내마모성시험을 행하였다.The mixture of the particulate intermediate material and the polyvinyl acetate resin prepared in Example 1 was applied to the surface of the cylinder molding portion of the mold cavity for casting the cylinder block to a thickness of about 1 mm and the cylinder block was cast by die casting . Then, the cast product was taken out of the mold, and the thickness of the modified layer (abrasion resistant layer) formed on the surface of the cylinder portion coated with the mixture was measured, and the abrasion resistance test was performed.
상기 실시예1∼5에서 얻어진 시험 결과를 간추려서 하기의 표 2에 형성된 개질층(내마모성층)의 경도(HRB)와, 개질층에 있어서의 기능선택소재의 면적율(%) 및 개질층의 두께(㎛)를 표시하고, 또 내마모성 시험의 결과를 도 3의 그래프에 각각 표시한다.The hardness (HRB) of the modified layer (abrasion-resistant layer) formed in the following Table 2, the area ratio (%) of the function-selective material in the modified layer and the thickness of the modified layer Mu m), and the results of the abrasion resistance test are shown in the graph of Fig. 3, respectively.
그리고, 표 2 중의 비교예는, 흔히 사용되는 알루미늄(ADCl2)을 사용하여 통상의 다이캐스트주조법으로 주조한 제품의 예를 표시한다. 또, 도 3에 있어서, 통상의 실린더블록의 실린더부분에는 주철라이너(FC25)가 사용되고, 피스톤에 부착한 피스톤링(S45C에 크롬도금한것)과 슬라이딩접촉하도록 되어 있으므로, 비교예로서 주철라이너(FC 25)를, 내마모성시험의 상대로 상기의 피스톤링을 사용하였다.The comparative example in Table 2 shows an example of a product cast using a commonly used die casting method using aluminum (ADCl 2) which is commonly used. 3, a cast iron liner FC25 is used for a cylinder portion of a normal cylinder block, and sliding contact is made with a piston ring (chrome plated with S45C) attached to the piston. As a comparative example, a cast iron liner FC 25), and the above-mentioned piston ring was used for the abrasion resistance test.
표 2Table 2
상기의 표 2 및 도 3에서, 본 발명의 개질방법으로 개질된 부분(개질층)의 내마모성이 크게 향상된 것을 알 수 있다. 더욱이 도 3의 그래프를 보면 실시예(1) 및 (3)에서는 라이너재보다 크게 뛰어난 내마모성을 나타내는 반면, 상대재에 흠집을 내게 되지만, 실시예(4)에서는 기능선택소재(흑연)가 구비한 기능(자기윤활성)이 발휘된 결과, 내마모성이 뛰어날 뿐 아니라 상대재에 흠집을 내지 않아 2 종류 이상의 기능이 구현된 것을 알 수 있다. 또, 상기 실시예(1) 및 (3)∼(5)에 있어서의 주조제품의 표면에 형성된 개질층(내마모성층)의 금속조직의 현미경사진을 도 4 내지 도 7에 표시한다. 이들 현미경사진에 있어서, 검게 보이는 부분이 기능선택소재(SiC나 흑연)이고, 회색 내지 희게 보이는 부분이 주조금속과 복합일체화한 피복용 금속재 전체, 희게 보이는 부분이 주조금속재(알루미늄합금:ADCl2)이다. 그리고, 개질층(내마모성층)의 두께를 L1∼L4로 표시한다.In Table 2 and FIG. 3, it can be seen that the abrasion resistance of the modified portion (modified layer) was greatly improved by the modification method of the present invention. The graph of FIG. 3 shows that wear resistance of the comparative material is superior to that of the liner material in Examples (1) and (3), while in Example (4) As a result of the function (self-lubricating) being exerted, not only the abrasion resistance is excellent but also the relative material is not scratched, so that it can be understood that two or more kinds of functions are implemented. 4 to 7 show microscopic photographs of the metal structure of the modified layer (abrasion-resistant layer) formed on the surface of the cast product in Examples (1) and (3) to (5). In these microscope photographs, the entire black metal covering material in which the black portion is the function selecting material (SiC or graphite), the gray or whitening portion is integrated with the cast metal, and the whitening portion is the cast metal material (aluminum alloy: ADCl2) . The thickness of the modified layer (abrasion-resistant layer) is represented by L 1 to L 4 .
이들 현미경사진에 나타난 금속조직을 관찰하면, 기능선택소재와 피복용 금속재 및 주조금속재가 복합일체화되고, 개질층이 500㎛ - 2OOO㎛ 이상의 두께로 형성되어 있는 것을 알 수 있다.Observing the metal structure shown in these micrographs, it can be seen that the function selecting material, the coating metal material and the cast metal material are integrated into a single body, and the modified layer is formed to a thickness of 500 탆 to 200 탆 or more.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 주조제품의 표면개질방법에 의하면 고압주조법에 의해 제품을 주조하는 것만으로, 주조제품에서 필요한 부분의 표면에 내마모성 등 요구되는 기능을 부가하여 개질할 수 있다. 따라서, 주조제품의 표면개질을 용이하고, 또한 염가로 행할 수 있다. 더욱이, 기능선택소재로서 미세한 입자(예컨대 1㎛∼IO㎛정도)를 사용하여도, 주조제품의 필요한 부분의 표면에 기능선택소재와 피복용 금속재 및 주조금속재가 복합일체화된 개질층을 실용상 충분한 두께(5OO㎛∼4OOO㎛이상)로 형성하는 것이 용이하게 가능하게된다. 덧붙여서 제품주조후에 기계가공을 필요로 하지 않는 경우에는 300㎛∼5OO㎛이, 가공대가 필요한 경우에는 IOOO㎛이상이 실용적인 두께가 된다. 따라서, 본 발명에 관한 주조제품의 표면개질방법에 의하여 필요에 따라서 마무리가공값이 취해져 개질층부분의 치수정밀도를 향상시킬 수 있다.As described above, according to the method for modifying the surface of a cast product according to the present invention, it is possible to modify the surface of a part required in a cast product by adding a desired function such as abrasion resistance only by casting the product by a high-pressure casting method. Therefore, the surface of the cast product can be easily modified and at low cost. Moreover, even if fine particles (for example, about 1 탆 to about 1 탆) are used as the function selecting material, a modified layer in which the function selecting material, the coating metal material and the casting metal material are integrated with each other is practically sufficient (500 탆 to 400 탆 or more). Incidentally, when machining is not required after casting the product, 300 to 500 [mu] m are required, and when a machining table is required, a practical thickness of 100 [mu] m or more becomes practical. Therefore, by the surface modification method of the cast product according to the present invention, the finishing processing value can be taken as needed, and the dimensional accuracy of the modified layer portion can be improved.
또, 대단히 미세한 기능선택소재를 사용하는 것이 가능하게 되므로, 제품주조후에 절삭 등의 기계가공이 필요한 경우에 기계가공성이 양호하게 되어 생산성을 향상시킬 수 있다.Further, since it is possible to use a very fine function selection material, when machining such as cutting is required after casting the product, the machinability is improved and the productivity can be improved.
또한, 대단히 미세한 기능선택소재를 사용하는 것이 가능한 것에 덧붙여서 기능선택소재를 적당하게 선택하여 복수개 사용함으로써 복수의 기능을 구비한 표면개질을 용이하게 행할 수 있다.Further, in addition to being able to use extremely fine function selection materials, surface modification with a plurality of functions can be easily performed by using a plurality of function selection materials appropriately selected.
또, 기능선택소재와 피복용 금속재로 이루어지는 금속용탕을 아토마이즈하여 콜렉터의 표면에 중간재(프리폼)를 형성시키고, 이 중간재(프리폼)를 주조하여 개질층을 형성하는 경우에는, 기능선택소재를 포함하는 개질층이 주조제품을 형성하고 있는 주조금속재와 완벽하게 복합일체화하고, 이로써, 기능선택소재가 탈락할 염려가 없고, 개질층 전체의 강도를 향상시킬 수 있음과 아울러, 개질층의 내부에는 주조금속재와 기능선택재 이외의 이질한 물질이 존재하지 않으므로 주조 후의 제품 기능을 손상할 우려도 없다.In the case of forming an intermediate material (preform) on the surface of a collector by atomizing the function-selecting material and a metal melt made of the metal material for covering and forming the modified layer by casting the intermediate material (preform) The modified layer can be completely integrated with the cast metal material forming the cast product, thereby preventing the function selection material from falling off and improving the strength of the entire modified layer. In addition, There is no possibility that the function of the product after casting is impaired because no heterogeneous substance other than the metal material and the function selecting material exists.
그 뿐 아니라, 주조금속에 주조되는 선택기능소재를 주조금속재와 함께 아토마이즈에 의해 콜렉터 표면에 부착 고화시킬 때에 금속용탕온도나 노즐지름 등의 아토마이즈조건을 적당한 값으로 설정함으로써 콜렉터의 표면에 형성되는 중간재(프리폼)에 무수한 공극을 형성할 수 있으므로 공극 내에 주조금속이 침입하여 중간재(프리폼)와 주조금속의 밀착성이 좋게 되어 개질층의 강성을 향상시킬 수 있다.In addition, when the selective functioning material cast on the casting metal is adhered to the surface of the collector by atomization together with the casting metal material, atomization conditions such as the temperature of the molten metal and the nozzle diameter are set to appropriate values to form on the surface of the collector (Preform), it is possible to improve the rigidity of the modified layer because the cast metal penetrates into the cavity and the adhesion between the intermediate material (preform) and the cast metal is improved.
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