KR100529969B1 - 전해주조 기술을 이용한 할로우 주얼리 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전해주조(Electroforming) 기술을 이용한 할로우 주얼리(Hollow Jewelry) 형성 방법에 관한 것으로 정밀원심주조를 통해 모델을 제작하고, 연마, 도금, 용출 및 열처리 단계를 거쳐 속이 빈 귀금속 장신구를 제작하는 기술에 관한 것이다.

Description

전해주조 기술을 이용한 할로우 주얼리 형성 방법{A method for producing hollow jewelry by electroforming process}

본 발명은 전해주조 기술을 이용한 할로우 주얼리 형성 방법에 관한 것으로, 속이 빈 펜던트, 메달, 귀걸이 등의 장신구와 의류 장식물 및 액세서리 등을 제작하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 속이 빈 귀금속 장신구의 제작은 크게 프레스 공정과 왁스 공정의 두 가지 부류로 나뉜다.

첫째는 프레싱 기술을 이용하여 금 박판을 원하는 모양의 금형으로 프레싱한 후 양쪽 면을 용접하여 안쪽을 비게 만드는 방법이다. 이는 모델이 바뀔 때마다 고가의 금형을 교체하여야 한다는 단점과 복잡한 형상을 갖는 제품과 분리선 양쪽면이 상이한 제품의 제조에는 부적합하다는 단점이 있다.

둘째는 왁스를 이용하여 이루어진다. 미리 제작된 몰드에 왁스주입기로 왁스를 주입하여 다량의 모델을 제작하며, 전도성 왁스인 경우에는 직접 왁스 트리에 결합되고, 비전도성 왁스일 경우에는 왁스 트리에 결합한 후 전도성을 부여하기 위해 왁스 표면에 은 페이스트를 브러싱하거나 스프레이 하게 된다. 이후 도금 공정을 거치고 안쪽의 왁스를 열풍으로 녹여내어 제작하게 된다.

그러나 위의 방법은 왁스 자체의 강도가 낮아 취급에 상당한 주의가 필요하며, 원부자재인 전도성 왁스의 경우에는 고가의 수입품으로 원가의 급상승을 야기한다. 또한 비전도성 왁스일 경우에는 전도성을 부여하기 위한 전도성 부여 방법인 페이스트의 브러싱이나 스프레이 방법에 있어서 불균일한 도포가 이루어질 수 밖에 없다는 단점이 있다. 게다가 왁스의 수명도 명확치 않아 재사용 기간이 짧다는 단점도 있다. 또 제조 공정이 복잡하여 불량률이 증가하게 되고, 소형의 복잡한 표면의 제품을 제조하는데 곤란한 문제가 있고, 또 외관상 미려감이 떨어지는 문제 등이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기 제반 결점들을 해소하고, 복잡한 형상의 제품 제조를 가능하게 하고, 안정된 제조 공정과 가격으로 대량생산이 가능하여 경제성을 갖게 하는 할로우 주얼리 형성 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적의 달성을 위해 본 발명에서는 왁스 대신 저융점 합금을 이용하고, 실리콘 고무를 경화하여 몰드로 사용, 원심 주조하는 1단계, 제작된 다량의 모델을 회전 배럴을 이용하여 연마하는 2단계, 도금 랙에 결합하여 전처리 및 구리 도금, 전해주조 도금 용액을 이용하여 전해주조 귀금속 도금, 귀금속 도금 표면을 보호하기 위한 도금 후의 구리 도금 공정을 거치는 3단계, 내부의 저융점 합금을 제거하는 용출 공정 4단계, 표면의 구리를 화학적으로 박리하여 최종적으로 금만 남게 하는 구리 박리 공정 5단계, 건조 및 열처리 공정을 거쳐 적당한 강도와 색을 갖는 최종 제품을 제작하는 6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

1단계에서 왁스 대신 저융점 합금을 사용함으로써 전도성 부여를 위한 어떠한 조치도 필요치 않게 되며, 적당한 강도를 갖게 되어 취급에 큰 주의를 기울이지 않아도 된다. 또한 4단계에서 용출된 합금은 1단계에서 무한 재사용이 가능하며, 1단계의 원심주조공정은 소형의 표면이 복잡한 어떠한 제품도 정밀하게 다량 복제할 수 있는 큰 장점을 갖게 된다.

본 발명의 위와 같은 방법은 어떠한 크기, 형상에 구애됨이 없이 적용하여 속이 빈 장신구, 장식물을 제조할 수 있으며, 또 고품위의 미려감과 아울러 안정된 공정과 가격으로 대량 생산이 가능하여 경제성을 갖는 효과가 있다. 이렇게 제작된 제품은 볼륨감을 갖게 되고, 속이 비게 되어 같은 크기의 제품에 비해 금의 중량이 적어 소비자로써는 보다 저렴한 가격에 구매할 수 있다는 큰 장점이 있다.

이하에서 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 전해주조 기술을 이용한 할로우 주얼리 형성 방법의 보다 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

우선, 각 도면을 설명함에 있어, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 도시되더라도 가능한 한 동일한 참조부호를 갖는다. 또한 하기된 전처리나 도금, 전해주조와 관련된 기술적인 이론이나 원리는 일반적 기술이므로 본 실시예에서는 구체적인 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 전해주조 기술을 이용한 할로우 주얼리 형성 과정의 공정을 나타낸 공정 단계도이다.

디자인과 세공에 의해 제작, 준비된 원본[단계:10]으로 적절한 압력(50∼100bar)과 온도(130∼200℃)하에서 약 30∼60분간 원형의 실리콘 고무를 경화시켜 몰드를 제작한다[단계:20]. 이때 원본의 재질은 약 200℃의 온도에서 용융되거나 변형되어서는 안되는 재질을 선정하여야 하며, 원본이 여러 개일 경우 한 판의 실리콘 고무 위에 최대한의 원본을 배열하여 동시에 경화시켜 원심주조 한 사이클에 다량의 모델을 제작할 수 있다는 장점이 있다. 실리콘 고무는 그 사용 용도에 따라 여러가지 특성을 갖는 제품이 있는데 본 발명에서는 고인열강도와 내열성을 갖고 있는 일반적인 실리콘 고무를 사용하게 된다. 제작된 몰드에 용탕의 주입구와 게이트, 러너를 조각도로 형성한 후 원심주조기에 안착시켜 용해된 저융점합금[단계:30]을 주입, 고속으로 회전하여 용탕이 몰드의 빈 공간으로 채워지며 모델이 제작되게 된다[단계:40]. 상기 저융점 합금은 납, 주석, 비스무스, 아연, 은 중에서 2, 3가지를 선택하여 사용하게 된다. 본 실시예에서는 주석과 비스무스를 이용한 2원 합금을 이용한다.

다음 단계인 연마 단계에서, 제작된 다량의 모델은 모델 크기와 형상에 적합한 연마석과 함께 회전 배럴 연마기에 넣어져 주조 후 발생된 버(burr)나 표면 결함을 제거하여 매끈하게 처리한다[단계:50].

연마 완료 후 모델은 도금용 지그에 결합하기 위해 홀 드릴링 가공되며, 드릴링 후 2시간 가량 광택 연마를 행하여 드릴링으로 생긴 버(burr)를 제거한다. 이후 모델은 도금용 랙에 결합되어 3단 탈지 및 3단 수세를 실시한다. 주조에서부터 연마, 드릴링을 함으로써 모델의 표면에 발생된 오염물이나 유지, 지문 등을, 순수를 이용한 초음파 탈지 공정 1차(상온, 5∼10분), 알칼리 약품을 이용한 알칼리 화학 침적 탈지 2차(5∼10분, 30∼50℃), 탈지 효과가 큰 음극 전해 방식의 전해탈지 3차(1∼5V, 30∼50℃, 10초∼1분)에 걸친 3단계 탈지와 탈지 공정 중간의 3단 수세를 행하여 완벽히 제거한다. 이후 앞 공정의 알칼리를 중화하고, 가벼운 에칭, 산화피막의 제거와 활성화를 위해 주로 황산을 포함한 활성화 용액에 30초∼1분간 침적한다[단계:60].

구리도금 과정[단계:70]은 알칼리 구리 도금과 산성 구리 도금으로 2차에 걸쳐 실시한다. 1차 알칼리 구리 도금은 스트라이크 도금 개념으로 밀착력 향상과 더불어 연마로 해결되지 않는 표면의 미세한 요철에 대하여 도금으로서 평활성을 부여하기 위해 전류밀도 0.5∼3 ASD, 30∼50℃, 10∼60분간, 두께 약 5미크론 실시한다. 이후에 황산구리를 포함하는 산성 구리 도금 욕에서 1∼10 ASD, 상온, 30∼90분간, 두께 약 50미크론 실시한다.

3단 수세 후 전해 주조 도금 액에 침적하여 30∼80℃, 1∼6시간, 두께 약 100미크론 이상으로 귀금속 도금을 실시한다[단계:80].

이후 수반되는 용출과 박리 공정에서의 귀금속 표면을 보호하기 위하여 도금된 표면에 다시 구리 도금을 실시한다. [단계:70]의 구리도금 중 산성 구리 도금만이 해당되며, 도금 조건도 두께 약 50미크론으로 동일하게 실시한다[단계:90].

전처리[단계:60]와 도금[단계:70,단계:80,단계:90]을 거친 제품은 건조 오븐에서 50∼100℃, 10∼60분간 건조한 후, 도금 랙에서 분리한다. 그러므로 최종적으로 도 2와 같이 저융점 합금(1)의 표면에는 구리 도금층(2), 귀금속 도금층(3), 구리 도금층(4)이 순서대로 존재하게 되며, 초기 도금 랙 결합을 위한 랙홀은 랙과 분리됨으로써 용출을 위한 용출홀로써 적용된다.

용출 단계에서는 도금된 모델의 용출홀을 아래 방향으로 하여 용출랙에 결합시켜 용출로에 넣는다. 용출(湧出)이라 함은 도금층 안쪽에 존재하는 저융점 합금을 녹여 밖으로 빼내는 공정을 말한다. 용출로는 일반적인 저융점 합금을 녹일수 있는 온도까지 승온(昇溫)이 가능하도록 히터(heater)를 통한 히팅(heating) 기능과 작은 크기의 용출홀에서 녹아있는 저융점 합금을 수월하게 빼내기 위해 고안된 진동 장치가 결합된 장치이다. 진동장치는 모터의 회전운동을 상하운동으로 변화해주는 캠에 의해서 용출랙에 진동이 전달된다. 용출로 내부가 200℃로 가열되면 저융점합금은 녹아 진동에 의해서 용출홀을 통해 모두 제거된다[단계 100]. 이때 용출된 저융점 합금은 용해로에 넣어 무한 재사용이 가능하며, 도금된 모델은 이 단계를 수행함으로 속이 비게 되어 구리-귀금속-구리의 얇은 도금층만을 갖게 된다.

용출이 완료된 모델은 상온에서 냉각시킨 후 용출랙에서 분리하여 박리시킨다. 질산이 주성분인 구리박리액에 침적하여 외층의 구리층을 박리시키며(이때 구리박리액이 귀금속 표면을 침식시키지는 않는다.), 내층의 구리층은 용출홀의 사이즈가 작아 침적만으로는 박리가 어려우므로, 진공펌프를 이용하여 박리시킨다. 펌프를 작동하여 챔버 내를 진공으로 만들면 구리박리액은 용출홀을 통하여 모델 내부로 유입하게 되어 내부의 구리층을 박리시키고, 박리 과정에서 발생하는 가스는 박리액 속으로 유출하게 된다. 공정은 한 사이클로 이루어지기 보다는 단순 침적박리와 진공펌프를 이용한 침적박리를 교대로 행하여 박리가 수월해지도록 한다[단계:110]. 그러므로 모델은 내외층의 구리 도금층을 모두 박리하여 오로지 귀금속 단층만을 갖는 속이 빈 제품으로 형성되어진다.

다만 이렇게 만들어진 제품은 취약하여 깨지기 쉬우므로, 산화되지 않는 환원성 분위기에서 열처리하게 된다. 약 500∼800℃의 고온 하에서 1∼10분간 열처리 함으로써 연성을 부여하게 된다[단계:120].

이러한 상기의 단계를 경유함에 의해 후술하는 바와 같이, 전해주조 기술을 이용하여 할로우 주얼리를 형성할 수 있다.

상기 실시예 이후의 공정은 용접과 광택 등이 있을 수 있으나 본 발명의 주제와 다소 요원하며, 일반적인 기술이라 생략한다.

도 3 내지 도 4는 본 발명의 방법에 따라 할로우 주얼리로 형성된 장신구의 외관 사진이다. 본 사진은 목에 치장하는 목걸이의 펜던트, 메달들을 상기와 같은 본 발명의 방법에 따라 형성한 것을 일례로서 나타낸 것인데, 이러한 형성 방법은 복잡한 형상, 크기, 귀금속의 순도에 상관없이 가능하며, 또한 본 발명의 공정 이후 행해질 수 있는 최종 도금으로 로듐(백색), 루테늄(검정색) 도금을 단색 또는 투톤으로 실시하여 다양한 디자인의 장신구를 제작할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면 본 발명과 구별되는 할로우 주얼리 형성 방법에 있어서의 상기 기술한 제반 단점들인 전도성 부여 문제, 취급 주의 문제, 왁스의 재사용 수명 기간이 짧고, 표면이 복잡한 제품은 형성이 곤란하다는 여러 단점들을 해결함으로써 가장 큰 장점을 갖게 된다.

또한 고품위의 미려감과 아울러 안정된 공정과 가격으로 대량 생산이 가능하여 경제성을 갖는 효과가 있다. 이렇게 제작된 제품은 여타 제품에 비해 볼륨감을 갖게 되고, 속이 비게 되어 같은 크기의 제품에 비해 소비자로써는 보다 저렴한 가격에 구매할 수 있고, 착용 시 중량에 의한 부담감을 덜 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 공정 단계도이다.

도 2는 본 발명의 제품 단면도이다.

도 3,4는 본 발명의 방법에 따라 형성된 장신구의 외관 사진이다.

<도면의 부호에 대한 상세한 설명>

1. 모재 : 저융점 합금

2,4. 구리 도금 층

3. 금 또는 금합금 및 귀금속 도금 층

5. 랙홀, 용출홀

Claims (3)

1. 저융점 합금을 이용하고, 실리콘 고무를 몰드로 사용, 원심 주조하는 단계;

   회전 배럴을 이용하여 연마하는 단계;

   도금 랙에 결합하여 전처리 및 구리 도금, 전해주조 도금 용액을 이용하여 전해주조 귀금속 도금하는 단계;

   귀금속 도금 후의 구리 도금 단계;

   내부의 저융점 합금을 제거하는 용출 단계;

   도금된 귀금속 만을 얻기 위한 구리 도금 층 박리 단계; 및

   건조 및 열처리 공정 단계를 포함하는 할로우 주얼리 형성 방법.
2. 제 1항에 있어서, 주조에 사용되는 상기 저융점 합금은 납, 주석, 비스무스, 아연, 은 중에서 선택한 2원, 3원 및 다원 합금을 사용하여 주조하는 방법을 특징으로 하는 할로우 주얼리 형성 방법
3. 제 1항에 있어서, 상기 단계에서 용출은 히팅 기능과 진동 기능이 있는 용출로에서 실시되고, 히팅을 통한 열에 의해 저융점 합금이 녹으며 녹은 저융점 합금은 진동에 의해서 용출홀을 통해 빠져 나오는 것을 특징으로 하는 할로우 주얼리 형성 방법.