KR100985088B1 - 레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치에 관한 것으로서, 합금화가 요구되는 모재의 코팅층에 압력을 가하게 되는 프레스물과, 프레스물을 통과하여 모재 코팅 층의 합금화를 위한 열원이 되는 레이저빔을 포함한다. 따라서 본 발명에 의하면 합금화 또는 결정화시킬 코팅층을 레이저 주사와 동시에 전자장의 분위기에서 프레스물을 통하여 압력을 가함으로써, 단순히 레이저를 주사시켜 합금화하는 것보다 압력과 전자장의 분위기를 통한 합금화 조건의 추가로 합금의 진행 속도가 향상되면서도 최적의 합금화를 이룰 수 있는 병렬 효과를 가진다.

레이저, 코팅, 합금화, 결정화

Description

레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치{ALLOYING DEVICE USING LASER AND PRESS}

본 발명은 레이저를 열원으로 이용하는 금속 합금화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저와 프레스물을 이용하여 최적의 합금화를 형성시킬 수 있는 레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치에 관한 것이다.

근래에 레이저 가공 기술로 원래 절단, 용접, 코팅 등 표면 처리 열처리 등에도 많은 범위의 사용이 늘어나고 있는 추세이다. 특히, 레이저 코팅의 경우 코팅의 단순화, 제어의 정확성 등 많은 장점이 있어 새로운 기술로 확립되어 나가고 있다.

이는 고 에너지 밀도의 레이저를 이용하여 모재의 표면에 내식성 내마모성 등의 표면 특성을 향상시키는 기술을 원천으로 하고 있다. 특히, 자동차 산업, 전자 가전 산업 등의 경쟁력이 심화될수록 부품의 정밀도와 열악한 환경에 따른 내구성 등이 더욱 요구되고 있다. 레이저 표면 처리 합금화 방법은 기존 열처리와 표면처리 방법에 비하여 사이클 타임의 축소의 장점이 있을 뿐만 아니라 품질의 균일성 등이 우수하다.

여기서 종래 기술로 챔버 내부를 진공 분위기로 만들고서 코팅 물질을 레이저로 주사하고, 레이저에 의한 열원으로 코팅 물질이 기체화되면서 증착 될 모재에 코팅이 이루어진다. 이때, 레이저 이외의 방법으로도 PVD(Physical Vapor Depositin) 또는 PCV 및 도체이온 플레이팅 등으로 코팅될 수도 있다.

이러한 박막을 다시 레이저로 표면 처리하여 여러 금속의 코팅층을 합금화나 결정화를 시키게 된다.

한편, 레이저 광선을 사용하여 합금화시키는 선행 기술로서 US PAT No 4177302에서와 같이 레이저를 사용하여 재료를 열원으로 녹여 바로 열의 재료를 코팅시키는 기술이 있다.

또한, US PAT No 401500에서 보면 두꺼운 금속 분말을 레이저 광선을 주사시켜 금속 표면에 부착시켜 합금화를 진행시키고 있다.

또, US PAT No 4157923에서는 금속분말을 프라즈마 분사빔으로 합금화와 열처리를 사용하여 금속표면을 부착시켜 이후 레이저 광선을 이용하여 금속표면에 합금화를 진행시키고 있다.

그러나, 종래 기술은 레이저 빔을 단순히 주사하여 합금화하는 기술로 결정화가 취약하고, 합금화의 진행 속도가 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명에서의 레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치는, 합금화 또는 결정화시킬 코팅층을 레이저 주사와 동시에 전자장의 분위기에서 프레스물을 통하여 압력을 가함으로써, 합금화 또는 결정화가 최적 조건에서 이루어질 수 있도록 한 레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 합금화가 요구되는 모재의 코팅층에 압력을 가하게 되는 프레스물과, 프레스물을 통과하여 모재의 합금화를 위한 열원이 되는 레이저빔을 포함하는 레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치를 제공한다.

그리고 바람직하게 프레스물은, 공압실린더 또는 모터를 통하여 작동되며, 투명한 석영이나 유리, 결정유리 중 어느 하나의 재질로 구성된다.

그리고 바람직하게 프레스물과 모재의 사이에 챔버를 구성하고, 챔버의 내부에는 유체 또는 불활성 기체가 충진되어 모재에 가해지는 압력이 유체 또는 기체를 매개로 하여 이루어지게 된다.

또한, 프레스물과 근접하여 전기 배선이 설치되며 모재의 주변에 전자장을 조성하여 합금화가 진행되며, 프레스물로부터 가해지는 압력으로 발생하는 온도 상승을 방지할 수 있도록 프레스물의 주변으로 냉각수 라인이 배치된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치에 따르면, 합금화 또는 결정화시킬 코팅층을 레이저 주사와 동시에 전자장의 분위기에서 프레스물을 통하여 압력을 가함으로써, 단순히 레이저를 주사시켜 합금화하는 것보다 압력과 전자장의 분위기를 통한 합금화 조건의 추가로 합금의 진행 속도가 향상되면서도 최적의 합금화를 이룰 수 있는 효과를 가진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치의 구성도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 모재에 압력이 가해지는 것을 개략적으로 보여주는 단면도이다.

도 2에 도시된 레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치는, 합금화가 요구 되는 모재(100)의 코팅층(110)에 압력을 가하게 되는 프레스물(120)과, 프레스물(120)을 통과하여 합금화의 열원이 되는 레이저빔(130:레이저 장치는 미도시)으로 크게 구성된다.

프레스물(120)은, 가압을 할 수 있는 일정의 틀 형상을 가질 수 있으나 대상물에 따라 최적의 다양한 형태로 사용가능하다. 바닥면은 편평한 것이 바람직하다. 더욱이 재질은 레이저빔(130)이 통과할 수 있도록 투명한 석영이나 유리, 결정유리 등 투명한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 프레스물(120) 상면으로는 공압실린더(122) 또는 전자식모터가 설치되어 프레스물(120)에 압력을 가하면서 하강 및 승강할 수 있도록 하며, 이외에도 승하강이 가능한 구동 수단이면 가능하다.

프레스물(120)은 합금화가 요구되는 모재(100)의 코팅층(110)에 직접 압력을 가할 수 도 있으나, 유체 또는 불활성 기체를 매개로 하여 모재(100)에 압력을 가할 수 도 있다.

따라서 프레스물(120)과 모재(100)의 사이 즉, 프레스물(120)의 하단으로 내부에 일정 공간이 마련되는 챔버(140)를 구성한다.

상, 하면이 개구된 챔버(140)는 프레스물(120)을 내부에 포함할 수 있는 크기이면 가능하고, 프레스물(120)과 모재(100)의 사이인 내부에 물 또는 유기용매의 유체 가 되기도 한다. 또는 합금 생성 또는 결정의 분위기 조절을 위하여 코팅층(110)과의 반응을 위한 화학적 조성을 가진 기체가 되는 경우도 있고 때에 따라서는 불활성 기체가 충진되어 진다.

한편, 챔버(140)의 양측으로 케이스(150)가 설치되며, 이 무반응을 위한 장치(150)의 내부에는 전기 배선(152)이 배치되어 챔버(140)의 주변 또는 모재에 전자장을 조성할 수 있다.

또한, 챔버(150)에는 외부에서 냉각수가 공급되어 순환될 수 있도록 냉각수 라인(154)이 배치되어 프레스물(120) 또는 전자장 장치로부터 가해지는 압력으로 발생하는 온도 상승을 방지하게 된다.

이와 같은 구조로 이루어진 레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치의 작용은 다음과 같이 이루어진다.

먼저, 도 2a에 도시된 것과 같이, 코팅층(110)이 형성된 모재(100)의 상면으로 직접 프레스물(120)이 일정 압력으로 압력을 가하게 된다. 이때 프레스물(120)은 공압 실린더(122)로 하여 작동이 이루어지며, 이와 같은 프레스물(120)을 레이저빔(130)이 통과하여 코팅층(110)에 합금화를 진행시키게 된다.

그리고 케이스(150)내의 전기 배선(152)에는 전기가 인가되어 프레스물(120)과 모재(100)의 주변에 전자장을 조성하게 된다.

이로 인하여 코팅층(110) 및 합금 내부의 합금화 결정 변수인 온도는 레이저빔(130)을 통하여 제어되고, 압력은 모재(100)에 가해지는 프레스물(120)에 의해 제어되며, 또한 전자장의 분위기를 통하여 합금화 또는 결정화의 최적 조건을 조성하게 된다.

그리고 도 2b에 따르면, 도 2a와 동일하나 챔버(140)내의 유체나 기체를 매개로 하여 모재(100)에 간접적인 압력을 가하게 되며, 이들 유체나 기체는 코팅 층(110)과 반응되어 합금 생성 또는 결정의 분위기 조절이 이루어지게 된다.

그러므로 본 발명은, 모재(100)의 코팅층(110)에 프레스물(120)로 압력을 가하는 동시에 레이저빔(130)이 프레스물(120)을 통과하면서 코팅층(110)의 온도 상승으로 합금화 또는 결정화가 진행된다. 이때, 전자장을 조성하여 합금화의 진행을 촉진시키게 된다. 이는 단순히 레이저빔을 주사시키는 경우 보다 압력과 전자장의 분위기 조성으로 합금화의 진행 속도가 향상된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치는 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치의 구성도이고,

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 모재에 압력이 가해지는 것을 개략적으로 보여주는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 모재 110 : 코팅층

120 : 프레스물(press) 122 : 공압실린더

130 : 레이저빔 140 : 챔버

150 : 케이스 152 : 전기배선

154 : 냉각수 라인

Claims (5)

1. 합금화가 요구되는 모재의 코팅층에 압력을 가하게 되는 프레스물과,

   상기 프레스물을 통과하여 상기 모재의 합금화를 위한 열원이 되는 레이저빔을 포함하는 레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치에 있어서,

   상기 프레스물은,

   공압실린더 또는 모터를 통하여 작동되며, 투명한 석영이나 유리, 결정유리 중 어느 하나의 재질로 구성되는 레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 프레스물과 상기 모재의 사이에 챔버를 구성하고,

   상기 챔버의 내부에는 유체 또는 불활성 기체가 충진되어 상기 모재에 가해지는 압력이 상기 유체 또는 기체를 매개로 하여 이루어지는 레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 프레스물과 근접하여 전기 배선이 설치되며 상기 모재의 주변에 전자장을 조성하여 합금화가 진행되는 레이저와 프레스물을 이용하는 합금화장치.
5. 삭제

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