KR100776044B1 - 용탕인출 직접주조법을 이용한 복합재료 판재 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용탕인출 직접주조법으로 제조된 고강도 금속기지 복합재료 판재 의 제조장치로서, 특히 용탕인출용 슬릿형 노즐과 주조롤 사이의 틈새로 보강재 입자를 주입함으로써 제조되는 금속기지 복합재료 제조장치에 관한 것이다.

특히 상기 용탕인출용 슬릿형 노즐을 형상을 비대칭으로 형성하여 압력을 분산시킴에 따라 복합재료용 보강재를 투입할 수 있는 공간을 형성하여 용탕인출 직접주조법을 이용하더라도 고강도 복합재료 판재를 용이하게 제조할 수 있도록 하여, 중심편석등으로 인해 고강도화가 용이하지 못했던 마그네슘 및 알루미늄 합금의 고강도 판재를 상기 용탕인출 직접주조법으로 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있는 용탕인출 직접주조법을 이용한 복합재료 판재 제조 장치이다.

비대칭형 노즐, 보강재 투입구, 용탕인출 직접주조, 마그네슘, 알루미늄

Description

용탕인출 직접주조법을 이용한 복합재료 판재 제조 장치{Apparatus for Metal metrix composite sheet by sheet casting}

도 1은 대칭형 용탕 인출용 노즐과 보강재 투입구를 도시한 개념도,

도 2는 비대칭형 용탕 인출용 노즐과 보강재 투입구를 도시한 개념도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 대칭형 용탕 인출용 슬릿형 노즐 11 : 상부 노즐

12 : 하부 노즐

20 : 비대칭형 용탕 인출용 슬릿형 노즐 21 : 상부 노즐

22 : 하부 노즐

30 : 보강재 투입구

본 발명은 용탕인출 직접주조법으로 제조된 고강도 금속기지 복합재료 판재 의 제조장치로서, 특히 용탕인출용 슬릿형 노즐과 주조롤 사이의 틈새로 보강재 입자를 주입함으로써 제조되는 금속기지 복합재료 제조장치에 관한 것이다.

근래에 마그네슘이나 알루미늄 판재의 생산단가를 낮추기 위한 공정기술 개 발이 활발히 진행되고 있으며, 그 중에서도 회전하는 롤 사이로 용탕을 직접 주입함으로써 용탕으로부터 광폭의 판재를 직접 제조할 수 있는 용탕인출 직접주조 기술이 주목을 받고 있다. 이 경우, 별도의 압연, 압출공정이 생략될 수 있으므로 금속판재의 제조단가를 크게 낮출 수 있으며, 특히 판재가공이 어려운 마그네슘 판재의 제조단가를 획기적으로 낮출 수 있을 것으로 기대되고 있다.

그러나, 용탕인출 주조법으로 합금판재를 제조하면 중심편석에 의한 품질저하가 초래되므로 용탕인출 직집주조법으로 제조가 가능한 마그네슘이나 알루미늄 합금의 합금원소 첨가량은 통상 최대 3~4wt%로 제한되고 있는 실정이므로 용탕인출 직접주조 판재의 고강도화 방안수립이 절실한 싯점이다. 용탕인출 직접주조 판재의 고강도화 방안으로 여러가지 방법이 제시될 수 있으나, 그 중 가장 유력한 방법중의 하나가 이종 분말에 의한 복합재료화이다.

그렇지만 용탕인출 직접주조법은 그 공정상 복합재료 제조에 부적법한 제조기법으로 알려져 있다. 왜냐하면, 복합재료용 보강재 분말을 투입할 수 있는 방법이 용탕에 직접 첨가하는 것 외에는 불가능하기 때문이며, 용탕에 직접 첨가하는 경우에는 보강재 분말이 분산되지 않고 덩어리상태로 뭉치므로 오히려 판재의강도를 증가시키기보다는 취성에 의한 강도저하를 유발하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 용탕인출용 슬릿형 노즐고 주조롤사이의 틈새로 복합재료용 보강재 입자를 투입함으로써 고강도 금속기지 복합재료를 제조할 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적은 용탕인출용 슬릿형 노즐과 상기 주조롤사이에 장치되는 보강재 투입구를 더 포함하여 상기 용탕에 복합재료용 보강재를 투입하는 용탕인출 직접주조법을 이용한 복합재료 판재 제조 장치에 의해 달성될 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 용탕인출용 슬릿형 노즐과 상기 주조롤사이에 장치되는 보강재 투입구를 더 포함하여 상기 용탕에 복합재료용 보강재를 투입하는 용탕인출 직접주조법을 이용한 복합재료 판재 제조 장치에 관한 것으로서, 이하 실시예와 첨부된 도면을 통해 설명하기로 한다.

실시예1

본 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 용탕인출용 노즐로서 상부 노즐(11)과 하부 노즐(12)의 길이가 동일한 대칭형 용탕인출용 노즐(10)을 사용하였다. 그리고 상기 대칭형 용탕인출용 노즐(10)과 상부롤(R1) 및 하부롤(R2)로 구성되는 주조롤(R)사이에 보강재 투입구(30)를 장치하여 상기 보강재 투입구(30)를 통해 복합재료용 보강재를 투입하도록 하였다.

그런데 이러한 실시예1을 통해 시험해본 결과 상기 노즐(10)과 주조롤(R)사이에 상기 보강재 투입구(30)를 장치할 수 있는 틈새를 확보하는 것이 어려웠다.

왜냐하면, 상기 대칭형 용탕인출용 노즐(10)을 사용하는 경우 상기 노즐(10)을 통해 용탕이 인출되자마자 상부롤(R1)과 하부롤(R2)의 압축응력에 의해 용탕이 역류될 수 있는 역방향 압력을 받게 되므로 용탕이 노즐(10)과 주조롤(R) 틈새로 역류하지 못하도록 틈새를 가급적 줄이던가 심한 경우에는 상기 노즐(10)이 주조롤(R) 표면에 접촉하도록 하여야 하기 때문에 상기 보강재 투입구(30)를 장치할 수 있는 공간을 확보할 수 없게 되었다. 따라서 상기 대칭형 노즐(10)을 사용하는 경우 상기 용탕인출 직접주조법으로서는 복합재료용 보강재를 투입할 수 있는 보강재 투입구(30)를 장치하기가 어렵고 그 결과 고강도 복합재료의 제조가 용이하지 않았다.

실시예2

본 실시예2에서는 도 2에 도시된 바와 같이 용탕인출용 노즐로서 노즐 상부(21)와 노즐 하부(22)의 길이가 상이하여 비대칭 형상을 가지는 용탕인출용 노즐(20)을 사용하였다.

이와 같은 경우 용탕이 상기 비대칭형 용탕인출용 노즐(20)을 통해 인출되더라도 상부롤(R1)과 하부롤(R2)에 의한 압력이 비대칭적으로 작용되므로 역방향 압력이 감소되고, 이러한 효과로 인해 상기 비대칭형 용탕인출용 노즐(20)의 짧은 측 즉 본 실시예에서는 상부 노즐(21)끝단과 주조롤(R)사이의 간격이 0.5mm까지 확장된 상태에서도 판재제조가 가능한 것으로 확인되었다.

다시 말해서, 상기 상부 노즐(21)의 길이가 상기 하부 노즐(22)의 길이보다 짧은 비대칭 형상으로 인하여 상기 노즐(20)로부터 용탕이 인출되는 순간 상부롤(R1)과 하부롤(R2)에 의해 상기 용탕(혹은 반용융 판재)에 가해지는 압력은 상기 비대칭 형상의 상부 노즐(21)과 하부 노즐(22)의 구조에 의해 압력이 분산되고 이는 상기 상부롤(R1)과 하부롤(R2)에 의한 압력 또한 비대칭으로 작용된다는 것을 뜻한다.

이러한 작용에 의해 상술한 바와 같이 역방향 압력이 감소되고, 이러한 효과로 인해 상기 비대칭형 용탕인출용 노즐(20)의 짧은 측 즉 본 실시예에서는 상부 노즐(21)끝단과 주조롤(R)사이의 간격 정확하게는 상기 상부 노즐(21) 끝단과 상하부롤(R1,R2)이 가장 근접한 롤 립(roll lip)까지의 간격이 0.5mm까지 확장된 상태에서도 판재제조가 가능한 것으로 확인되었다.

따라서, 본 실시예2에 나타난 비대칭형 용탕인출용 노즐(20)을 이용하여 상기 보강재 투입구(30)를 장치할 공간을 확보할 수 있게 된다.

상술한 방법으로 주입되는 복합재료용 보강재 분말이 판재내부로 혼입될 수 있는 원인은 용탕이 상기 주조롤(R)의 표면과 접촉하기 이전에는 액상으로 유지되기 때문이다.

즉, 상기 비대칭형 노즐(20)의 짧은 측 본 실시예에서는 상부 노즐(21) 끝단과 주조롤(R)과의 간격에 상기 복합재료용 보강재 분말을 주입하면, 상기 주입된 보강재 분말이 상기 주조롤(R) 표면과 접촉하기 이전의 액상을 통해 판재 내부로 혼입되고, 상기 혼입된 보강재 분말이 상기 주조롤(R) 회전에 의해 판재 내부에 자동교반된다.

한편 상기 복합재료용 보강재로서 활용할 수 있는 종류는 기존의 금속기지 복합재료 제조에 활용되었던 실리콘카바이드(SiCp, SiCw)나 알루미나 입자(Al2O3), 나이트라이드계 분말(BN, TiN, VN등), 카바이드계 분말(VC, WC등)이 있다.

이상 상술한 본 실시예2에 의해 다음과 같은 시험을 실시하였다. 이때 사용 된 복합재료용 보강재는 실리콘카바이드 입자(SiCp이며, 상기 비대칭형 용탕인출용 노즐(20)은 짧은 측,본 실시예에서는 상부 노즐(21)끝단과 주조롤(R)의 롤 립사이의 간격을 0.3mm로 조절하였다.

그리고 마그네슘 용탕온도는 상기 보강재 분말을 투입하지 않을 때보다 20도 가량 증가시켜 통상의 녹는점보다 70도 높게 유지하였으며, 상기 주조롤(R)의 선속도는 보강재 분말을 투입하지 않을때보다 낮은 속도인 6m/min으로 설정하였다.

이러한 조건에서 제조된 판재의 단면조직을 관찰한 결과 첨부된 도 3과 같이 보강재 분포가 균일한 금속기지 복합재료가 관찰되어 본 실시예2에 의해 강도가 우수한 금속기지 복합재료 제조가 가능함을 알 수 있었다.

이상 상술한 본 발명에 의해, 용탕인출 직접주조법을 이용하더라도 고강도 복합재료 판재를 용이하게 제조할 수 있었으므로 중심편석등으로 인해 고강도화가 용이하지 못했던 마그네슘 및 알루미늄 합금의 고강도 판재를 상기 용탕인출 직접주조법으로 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 용탕이 공급되는 용탕인출용 슬릿형 노즐과, 상기 용탕인출용 슬릿형 노즐에서 토출된 용탕을 가압하는 주조롤에 의해 금속판재를 제조하는 용탕인출 직접주조장치에 있어서,

   상기 용탕인출용 슬릿형 노즐은 상부 노즐과 하부 노즐의 길이가 상이하여 비대칭 형상을 구비하고,

   상기 용탕인출용 슬릿형 노즐과 상기 주조롤사이에 장치되는 보강재 투입구를 더 포함하여 상기 용탕에 복합재료용 보강재를 투입하는 것을 특징으로 하는 용탕인출 직접주조법을 이용한 복합재료 판재 제조 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 보강재는 실리콘카바이드 입자 또는 알루미나 입자 또는 나이트라이드계 분말 또는 카바이드계 분말인 것을 특징으로 하는 용탕인출 직접주조법을 이용한 복합재료 판재 제조 장치.

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