KR101161906B1 - 유성 다이 캐스팅용 이형제, 용제 혼합 비율의 설정 방법, 주조 방법 및 스프레이 장치 - Google Patents

유성 다이 캐스팅용 이형제, 용제 혼합 비율의 설정 방법, 주조 방법 및 스프레이 장치 Download PDF

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히로아키 고마쓰바라
도시아키 시미즈
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마사유키 하라다
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마사유키 기토
게이고 요리오카
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아이산 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 소정의 인화점을 갖는 용제 70 내지 98질량부, 고점도의 광유 및/또는 합성유 1 내지 10질량부, 실리콘유 15질량부 이하, 및 윤활 성능을 갖는 첨가제 1 내지 5질량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유성 다이 캐스팅용 이형제를 제공한다. 이러한 유성 다이 캐스팅용 이형제는 70 내지 170℃의 인화점 및 2 내지 30㎟/s의 40℃에서의 동점도를 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은, 상기 이형제를 사용할 때 용제의 혼합 비율을 설정하는 방법, 주조 방법 및 스프레이 장치를 제공한다.

Description

유성 다이 캐스팅용 이형제, 용제 혼합 비율의 설정 방법, 주조 방법 및 스프레이 장치{OIL TYPE RELEASE AGENT FOR DIE CASTINGING, METHOD FOR SETTING SOLVENT MIXING RATIO, CASTING METHOD, AND SPRAY UNIT}
본 발명은 유성 다이 캐스팅용 이형제, 용제 혼합 비율의 설정 방법, 상기 이형제를 이용한 주조 방법 및 스프레이 장치에 관한 것이다. 본 발명은 플런저 칩용 윤활제로서 사용가능하다.
공지된 바와 같이, 다이 캐스팅 주조에서는 금형내 캐비티 부에서 윤활을 실시하기 위하여, 금형의 개방 후에 이형제로서 지칭되는 윤활제를 스프레이함으로써 캐비티 표면 상에 유막을 형성하고, 이 유막은 알루미늄, 마그네슘, 아연 등의 비철금속 용탕이 캐비티에 용착(soldering)되는 것을 방지하여 연속 주조를 가능하게 한다. 이 다이 캐스팅용 이형제는 유성 이형제와 수용성 이형제로 분류되지만, 생산성과 안전성 및 작업환경 면에서 최근에는 수용성 이형제가 많이 사용되고 있다.
그런데, 약 40년 전에는 이형제는 고형물을 포함하는 유성(이하, "구형 유성이형제"라 지칭됨)이었으며, 흑연 또는 알루미늄의 분체 또는 사용 후 기계를 끈적 거리게 하는 라드를 함유하였고, 사용자가 저렴한 등유 등의 용제로 희석하여 도포하였다. 그러나, 구형 유성 이형제는 분체를 함유함으로써 주조 중에 금형 주변에 비산하는 분체로 인해 작업 환경이 악화되고 금형에 퇴적되어 자주 청소를 해야만 했다. 또한, 인화점이 낮은 등유를 혼합하여 사용하는 구형 유성 이형제는 화재의 위험성이 높고, 다이 캐스팅의 자동화를 곤란하게 함과 동시에, 수동으로 도포되기 때문에 생산 효율이 낮은 원인이 되었다. 또한, 상기 등유의 정제도가 낮으며 황 성분 등과 같은 미량 성분을 포함하기 때문에, 인체에 부정적인 영향을 주며, 강한 기름 냄새를 방출하였다. 즉, 구형 유성 이형제는 연소 및 폭발의 위험이 있어서 자동화에 부합되지 않으며, 작업 환경이 기름 및 분체로 오염되고, 정기적인 청소를 필요로 하였다.
이러한 이유 때문에, 자동화를 위해 구형 유성 이형제 대신에 화재의 위험성이 없는 수용성 이형제로 대체되어 현재에까지 이르렀다. 현재, 시판되는 제품의 99%가 수용성 이형제이다. 한편, 고형물을 포함하지 않는 몇몇 유성 이형제(이하에서는, 간단하게 "고점도 유성 이형제"라 지칭함)가 계속 사용되고 있다. 이러한 종래 유성 이형제는 우수한 윤활성을 갖는다. 그러나, 고점도(4O℃에서의 동점도가 1OO㎟/s 이상)이며, 스프레이하는 경우 미스트의 직경이 커서 자동 스프레이에 적합하지 않고, 따라서 소비량이 크고, 유분이 용탕(molten metal)의 흐름에 포획 및 가스화되어 주조 제품 중에 가스를 잔류시켜 주소(鑄巢)가 증가한다. 따라서, 종래의 유성 이형제의 양호한 윤활성을 사용하여 수용성 이형제를 사용하기 전의 가온 구동을 위해 구형 유성 이형제가 현재 사용되고 있다.
한편, 화재의 위험성이 없는 수용성 이형제에서는 결정적인 성능 상의 결점이 있다. 즉, 그 결점이란, 이형제가 사용시에 약 80배의 물로 희석되기 때문에, 주성분(99%)이 물이며, 약 150℃의 온도에서 금형 상에 라이덴프로스트(Leidenfrost) 현상을 일으킨다는 것이다. 즉, 이형제 미스트가 약 150℃의 금형 표면에서 폭발적으로 증발하여 금형 표면을 수증기 막으로 덮고, 따라서 다음에 오는 이형제 미스트가 금형 표면에 도달하지 않으며, 그 결과 이형제 중의 유효 성분의 금형 표면에의 부착량이 감소한다. 따라서, 부착량을 증가시키기 위해서 금형 온도를 라이덴프로스트 온도 이하로 유지하기 때문에, 부착 효율을 희생하면서 다량의 수용성 이형제를 스프레이하여야 한다. 사실, 1 숏(shot)당, 주조 장치의 체결력의 톤수와 거의 동량의 이형제(예컨대, 350톤 장치에서는 약 350cc, 2500톤 장치에서는 약 2500cc)가 도포되고 있다. 당연하게도, 장치 주위는 오염되고, 폐액의 양도 크며, 청소 및 폐수 처리에 노동력 및 비용이 비례하여 증가한다. 또한, 대부분 수용성 이형제가 왁스를 포함하기 때문에, 금형 표면이나 장치 부근에 고화된 왁스가 부착되어 잦은 청소를 필요로 한다. 이형제 성분의 석출 및 퇴적에 의한 기계 주위의 오염뿐만 아니라, 성분의 산화 열화도 염려된다. 특허문헌 1(일본 특허공개 제1996-103913호 공보)에는, 고무 가황 작업시의 금형의 오염 방지를 목적으로, 수용성 이형제 중의 유분의 열화를 억제하기 위해 산화방지제를 배합하여 금형의 오염을 저감하는 방법을 개시하고 있다.
또한, 1 숏마다 금형은 알루미늄의 용탕으로 약 200 내지 350℃로 가열되고, 그 후 수용성 이형제의 도포로 약 100 내지 150℃로 냉각되기 때문에, 금형 표면에 100 내지 200℃의 온도 변화가 매 숏마다 일어난다. 따라서, 장기간 연속 주조 후(대규모 금형에서는 수천회, 소규모 금형에서는 수만회), 금형 표면에 열피로가 축적하고 소위 크랙이 형성되고, 최종적으로는 고가의 금형이 파손된다.
또한, 수용성 이형제는 강한 냉각 능력을 갖기 때문에, 캐비티에 주입된 알루미늄의 용탕이 단시간에 냉각되고, 용탕의 점도가 증가하여 용탕 흐름이 악화되고, 캐비티의 세부까지 용탕이 도달할 수 없다. 그 결과, 「용탕 흐름의 불량」 또는 「수축」이라고 불리우는 현상이 발생하여 완전한 주조 제품의 제조가 불가능한 경우가 있다. 또한, 수용성 이형제의 부착 효율이 불량하기 때문에 금형 표면 상에서 유막이 얇고, 고온의 금형 부위, 특히 코어 핀과 같은 세부 부분에서는 소부(燒付) 및 용착이 종종 발생할 수 있다.
한편, 주조 제품의 강도를 저하시키는 주소가 또한 문제가 되고 있다. 주소의 원인은 유기물 및 물이 용탕의 난류에 포획되고 주조 제품에서 가스화되기 때문이며, 이형제가 과도하게 도포되면 주소가 증가한다. 종래, 이러한 주소를 저감할 목적으로, 특허문헌 2(일본 특허공개 제2000-33457호 공보)에서는 윤활성 및 이형성이 우수한 유분이 적은 분체 함유의 이형제를 제안하고 있다.
이러한 상황에서, 수용성 이형제의 결점인 낮은 부착 효율을 개선시키고, 또한 종래 형태의 고점도 유성 이형제의 장점인 우수한 윤활성을 유지하면서 단점인 스프레이성을 개선시키고, 소량 도포, 금형의 긴 수명, 적은 폐액 등을 달성할 수 있는 것이 요구되고 있다.
발명의 개시
본 발명은 물의 배합이 없는 이형제에 의해서 금형의 수명을 연장되고, 또한 폐액이 적고, 인화점을 적절한 범위로 함으로써 고온 이형 윤활성이 우수하며, 40℃에서의 동점도를 적절한 범위로 설정할 수 있어 적절한 스프레이가 가능하며, 공기 중으로의 비산의 저감을 가능하게 할 수 있는 유성 다이 캐스팅용 이형제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 유성 다이 캐스팅용 이형제를 사용하여 다이 캐스팅 주조할 때, 2종 용제, 또는 용제와 광유 및/또는 합성유를 적정한 혼합 비율로 설정함으로써 라이덴프로스트 현상을 피할 수 있는 용제 혼합 비율의 설정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 종래 방법에 비해 소량으로 스프레이가 가능함과 동시에, 갈링(galling), 주름 형상, 파문 모양 및 주소와 같은 문제를 해소할 수 있는 유성 다이 캐스팅용 이형제, 주조 방법 및 스프레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
1) 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명(제 1 발명)의 유성 다이 캐스팅용 이형제는, (a) 40℃에서의 동점도가 2 내지 10㎟/s이며 인화점이 70℃ 내지 170℃의 범위인 용제 70 내지 98질량부, (b) 40℃에서의 동점도가 100㎟/s 이상인 고점도의 광유 및/또는 합성유 1 내지 10질량부, (c) 4O℃에서의 동점도가 150㎟/s 이상인 실리콘유 15질량부 이하, 및 (d) 윤활 성능을 갖는 첨가제 1 내지 5질량부를 포함하고, 인화점이 70 내지 170℃이며, 40℃에서의 동점도가 2 내지 30㎟/s인 것을 특 징으로 한다.
제 1 발명에 따른 유성 다이 캐스팅용 이형제는 윤활성을 저해하는 물이 배합되지 않고 유분으로 인해 윤활하기 때문에, 특히 고온 이형 윤활성이 우수하다. 또한, 물을 포함하지 않기 때문에, 이형제로 금형이 냉각되지 않고, 따라서 금형 수명이 연장됨과 동시에, 공기 중으로의 비산이 저감되고 폐액이 형성되지 않는다. 특히, 자동 연속 스프레이에 적합함과 동시에 원액의 미량 도포에 적합하고, 습윤성도 우수하다. 또한, 제 1 발명에 따라, 종래에 비해 소량으로 스프레이가 가능하고, 갈링, 주름 형상, 파문 모양 및 주소와 같은 문제를 해소할 수 있는 유성 다이 캐스팅용 이형제가 수득된다.
2) 본 발명(제 2 발명)에 따른 용제 혼합 비율의 측정방법은, 상기 1)의 유성 다이 캐스팅용 이형제를 사용하여 다이 캐스팅 주조할 때, 라이덴프로스트(Leidenfrost) 현상을 피하기 위해 유성 이형제 중의 용제의 혼합 비율을 설정하는 방법으로서, 상기 용제는 2종류 이상이며, 하기 수학식 1 및 2에 기대하는 최고 사용 온도(S)를 대입하여 배합될 이형제의 필요한 인화점(F)을 구하는 공정; 각각의 용제의 농도가 다른 3종류 이상의 이형제를 준비한 후, 각 이형제의 인화점을 각기 조사하는 공정; 상기 각 이형제 중의 용제의 질량%와 상기 이형제의 각 인화점과의 관계를 그래프화하는 공정; 및 수학식 1 및 2로 구한 인화점과 그래프로부터 상기 이형제 중의 용제의 질량%를 구하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다:
Figure 112007017424504-pct00001
Figure 112007017424504-pct00002
상기 식에서, S는 이형제의 최고 사용 온도, L은 라이덴프로스트 온도, F는 이형제의 인화점을 나타낸다.
제 2 발명에 따라, 유성 다이 캐스팅용 이형제를 사용하여 다이 캐스팅 주조할 때, 라이덴프로스트 현상을 피할 수 있다.
3) 본 발명(제 3 발명)에 따른 용제 혼합 비율의 측정방법은, 상기 1)의 유성 다이 캐스팅용 이형제를 사용하여 다이 캐스팅 주조할 때, 라이덴프로스트 현상을 피하기 위해 상기 용제와, 상기 광유 및/또는 상기 합성유의 혼합 비율을 설정하는 방법으로서, 상기 수학식 1 및 2에 기대하는 최고 사용 온도(S)를 대입하여 이형제의 인화점(F)을 구하는 공정; 용제와 광유 및/또는 합성유의 농도가 다른 3종류 이상의 이형제를 준비한 후, 각 이형제의 인화점을 각기 조사하는 공정; 상기 각 이형제 중의 용제의 질량%와 상기 이형제의 각 인화점과의 관계를 그래프화하는 공정; 및 상기 수학식 1 및 2로 구한 인화점과 그래프로부터 상기 이형제 중의 용제의 질량%를 구하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제 3 발명에 의하면, 제 2 발명과 동일한 효과가 제공된다.
4) 본 발명(제 4 발명)에 따른 주조 방법은, 상기 1)의 유성 다이 캐스팅용 이형제를 사용하여 이형제 도포 장치에 의해 다이 캐스팅 주조하는 것을 특징으로 한다. 제 4 발명에 따라, 상기 제 1 발명의 유성 다이 캐스팅용 이형제를 사용하여 다이 캐스팅 주조가능한 주조 방법이 제공된다.
5) 본 발명(제 5 발명)에 따른 스프레이 장치는, 상기 1)의 유성 다이 캐스팅용 이형제를 금형에 스프레이하여 도포하기 위한 스프레이 장치로서, 상기 이형제를 금형에 도포하기 위한 스프레이 노즐을 복수 구비한 스프레이 유닛; 및 상기 이형제를 저압력으로 상기 스프레이 유닛에 공급하고 상기 소량의 이형제를 금형에 도포하는 압송 압력 유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다. 제 5 발명에 따라, 상기 제 1 발명의 유성 다이 캐스팅용 이형제를 사용하여 스프레이를 할 수 있다.
6) 본 발명(제 6 발명)에 따른 주조 방법은, 상기 4)의 스프레이 장치를 사용하여 유성 다이 캐스팅용 이형제에 의해 다이 캐스팅 주조하는 것을 특징으로 한다.
도 1A는 본 발명의 실시예에 사용된 가동 금형의 정면도이다.
도 1B는 본 발명의 실시예에 사용된 고정 금형의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스프레이 장치의 개략적인 설명도이다.
도 3은 도 2의 스프레이 장치의 구성체 중 하나인 스프레이 유닛의 설명도이다.
도 4는 도 2의 스프레이 장치의 구성체 중 하나인 압송 압력 유닛의 설명도이다.
도 5는 본 발명에 따른 이형제의 부착량의 측정에 사용되는 부착 시험기의 개략적인 설명도이다.
도 6A는 시험편의 마찰력을 측정하기 위한 노즐로부터 이형제를 분사하는 상태의 설명도이다.
도 6B는 시험대을 통해서 링을 시험기 본체 상에 위치시킨 상태의 설명도이다.
도 6C는 마찰력을 측정하는 상태의 설명도이다.
도 7은 각종의 이형제의 인화점과 라이덴프로스트 온도 및 최고 사용 온도와의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 8은 라이덴프로스트 온도를 측정하기 위한 장치의 설명도이다.
도 9는 용제 농도와 인화점과의 관계를 나타내는 특성도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
(1) 본 발명(제 1 발명)에 따른 유성 다이 캐스팅용 이형제는, (a) 40℃에서의 동점도가 2 내지 10㎟/s이며 인화점이 70℃ 내지 170℃의 범위인 용제 70 내지 98질량부, (b) 40℃에서의 동점도가 100㎟/s 이상인 고점도의 광유 및/또는 합성유 1 내지 10질량부, (c) 40℃에서의 동점도가 150㎟/s 이상인 실리콘유 15질량부 이하, 및 (d) 윤활 성능을 갖는 첨가제 1 내지 5 질량부를 포함하며, 인화점이 70 내지 170℃임과 동시에, 40℃에서의 동점도가 2 내지 30㎟/s인 것을 특징으로 한다.
(2) 상기 (1)의 (a) 성분은 고휘발성 및 저점도 성분이며, 금형 표면에서 증발하는 성분이다. 한편, 인체에 대한 영향을 고려하여, 알콜, 에스터, 케톤 등의 극성이 강한 용제는 사용해서는 안되며, 석유계 중에서는 또한 대부분 포화 성분을 함유한 용제 및 저점도 기유가 바람직하다. 이러한 예로서는, 예컨대 황 성분이 1ppm 이하인 고도로 정제된 포화계의 용제 또는 저점도의 합성유를 들 수 있다. 상기 (a)에서 「40℃에서의 동점도가 2 내지 10㎟/s」라고 설정한 것은, 2㎟/s 미만에서는 이형제 전체의 점도가 저하되어서 분무용 펌프의 마모 내구성에 악영향이 있으며, 1O㎟/s를 초과하면 이형제 전체의 점도가 상승하여 본 조성물을 스프레이로 적절하게 분무할 수 없기 때문이다. 또한, 상기 (a) 성분의 배합 비율을 70 내지 97질량부로 설정한 것은, 휘발성을 최적화하기 위해서이다.
(3) 또한, 상기 (1)의 (a) 성분으로 인화점을 70℃ 내지 170℃의 범위로 설정한 것은, 다음과 같은 이유 때문이다. 즉, 금형 표면에서 두꺼운 유막을 형성하기위해서는, 즉시 건조성 페인트에서와 같이, 일단 부착한 성분이 금형 표면으로부터 떨어지는 것을 피할 수 있도록 용제를 기화시키는 것이 바람직하며, 따라서 증발속도가 빠른 것이 바람직하다. 그러나, 증발속도가 너무 빠르면 수용성 이형제에서 발생하는 바와 같이 라이덴프로스트 현상이 발생할 수 있다는 염려가 있어, 가솔린과 같은 증발이 지나치게 빠른 것은 바람직하지 못하다. 또한, 증발이 빠르면, 인화점이 낮기 때문에 화재의 위험성이 높아진다. 따라서, 구형 유성 이형제에 많이 사용된 등유의 인화점인 43℃보다는 높고, 자동차용 연료인 경유의 인화점(70℃)보다 높은 것이 실용적이기 때문에, 본 조성물에서는 70℃ 이상의 인화점을 사용하였다.
한편, 온도가 높은 금형의 경우, 이형제의 기화성을 억제하기 위해서 인화점은 높은 것이 좋지만, 점도가 높아진다. 점도가 더 높으면 이형제의 스프레이 상태가 악화하기 때문에 점도에는 상한이 필요하다. 상기 상한 점도는 170℃의 인화점에 상당하는 것으로, 인화점이 170℃ 이하로 결정된다.
한편, 상기 용제에 저점도의 광유 및/또는 합성유를 첨가하여 상기 (1)의 (a) 성분을 총 70 내지 98질량부로 조정할 수 있다. 또한, (a) 성분이 용제만으로 구성되는 경우, 2종 이상의 용제를 사용할 수 있다. 단, 라이덴프로스트 현상을 기본으로 하여 조정되지 않는 경우, 용제는 1종류만 사용할 수 있다.
(4) 상기 (1)의 (b) 성분인 고점도의 광유 및/또는 합성유는 도포 후에 금형 표면에 부착하며, 그 결과 약 150 내지 300℃의 범위에서 윤활막을 두껍게 하여 윤활성을 유지하는 역할을 한다. 실제의 금형 온도에서 이형제가 도포된 후 용탕이 유입되기까지의 수초의 시간 동안 부착된 기름이 떨어지는 정도의 점도가 이 성분에서 필요한다. 그러나, 금형 온도는 개개의 장치에서 서로 다르며, 또한 같은 장치에서도 금형의 부위에 따라 온도가 다르기 때문에, 전체로서 150℃ 이상의 금형 온도를 가정하여 고점도의 광유 및/또는 합성유의 40℃에서의 동점도를 100㎟/s 이상이라고 설정하였다.
또한, (b) 성분의 배합량이 적으면, 금형 표면에서의 윤활막이 얇아지고, 너무 많으면 이형제 점도의 상승에 의한 스프레이 상태의 불안정화 또는 주조 제품의 외형 변화(잔색)가 부분적으로 일어날 수 있다. 이러한 문제에 대응하기 위해, (b) 성분의 배합량을 1 내지 10질량부로 하였다. 상기 (b) 성분으로서는 예컨대 석유계 광유, 합성유 및 실린더유를 들 수 있다.
(5) 상기 (1)의 (c) 성분인 실리콘유는 고온에서의 윤활성을 확보하기 위한 것으로, 「40℃에서의 동점도가 150 ㎟/s 이상인 실리콘유 15질량부 이하」로 규정하였다. 이러한 성분은 금형 표면에 부착하여 약 250℃ 내지 400℃의 고온에서 윤활성을 유지하는 성분이며, (b) 성분의 고점도 광유보다 고온의 범위에서 윤활성을 유지할 수 있는 것으로 기대되기 때문에, (b) 성분보다 더욱 높은 40℃에서의 동점도, 즉 150㎟/s 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 (1)의 (c) 성분의 「실리콘유」에 있어서, 주조 제품이 도장되지 않는 경우에서는 다이메틸 실리콘을 비롯한 시판 중인 어떠한 실리콘유라도 사용가능하다. 그러나, 도장된 경우에는 도장을 형성하기 어려운 경우가 있기 때문에 도포량에 따라 다이메틸 실리콘이 바람직하지 않을 수 있다. 도장하는 경우, 실리콘유로서는 예컨대 알킬-아르알킬 또는 다이메틸보다 장쇄의 알킬기를 갖는 알킬 실리콘유가 바람직하다.
또한, 상기 (1)의 (c) 성분을 「15질량부 이하」로 설정한 것은, 15질량부를 초과하면 금형 표면에 실리콘 또는 실리콘 분해물이 퇴적하여 주조 제품의 형상에 악영향을 미치기 때문이다. 한편, 금형을 저온 내지 중온(250℃ 미만)에서 사용하는 경우, (d) 성분으로서 윤활 성능을 갖는 첨가제를 첨가하기 때문에 실리콘유는 불필요하며, 고온(250℃ 이상)에서 사용하는 경우에는 분해하기 어려운 실리콘유를 사용할 필요가 있다. 그러나, 비용의 관점에서, 실리콘유의 배합량을 저감하는 것이 바람직하다. 윤활 성능을 갖는 (d) 성분의 첨가제로서, 예컨대 유기 몰리브덴을 들 수 있다.
(6) 상기 (1)의 (d) 성분인 윤활 성능을 갖는 첨가제는 저온 내지 중온에서 윤활성을 확보시켜 준다. 이러한 첨가제로서는, 예컨대 평지씨유, 대두유, 코코넛유, 야자유, 우지유, 라드 등의 동식물 유지; 지방산 에스터, 야자유 지방산, 올레산, 스테아르산, 라우르산, 팔미트산, 및 우지 지방산 등의 고급 지방산의 1가 알콜 에스터 또는 다가 알콜 에스터; 유기 몰리브덴; 유용성 비누; 및 유성 왁스를 들 수 있다. 유기 몰리브덴으로서는, 예컨대 MoDDC 및 MoDTC가 바람직하지만, 알루미늄과 인 성분이 반응할 가능성이 있는 MoDDP 및 MoDTP는 그다지 바람직하지 못하다. 유용성 비누로서는, 예컨대 Ca 또는 Mg의 설폰화 염, 핀네이트 염, 살리실레이트 염을 들 수 있으며, 또한 용해성에 난점은 있지만, 유기산 금속염을 들 수 있다.
(7) 본 발명에 있어서, 상기 점도 및 인화점을 갖는 용제와, 광유 및/또는 합성유와의 조합에는, 용제 단독, 용제와 광유, 용제와 합성유, 용제와 광유 및 합성유의 4종류가 있다. 상기 용제는 1종으로 한정되지 않으며, 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있으며, 석유계 용제가 작업자의 건강 면에서 바람직하다. 상기 광유로서 예컨대 기계유, 터빈유, 스핀들유 및 실린더유가 있으며, 합성 에스터를 또한 사용할 수 있다.
(8) 본 발명에 있어서, 이형제의 인화점은 70 내지 170℃일 필요가 있다. 여기서, 하한치 70℃는 이형제의 인화점을 종래의 구형 이형제에 사용된 등유(약 40℃)보다 높게 하여 화재의 위험성을 감소시키고, 다이 캐스팅의 자동화를 꾀하기 위해서이다. 또한, 인화점의 상한치를 170℃로 설정한 것은 다음 이유 때문이다. 즉, 점성이 높은(즉, 인화점이 높음) 광유 또는 합성유를 사용하면, 금형에 부착된 유막이 건조되지 않고 금형 표면으로부터 흘러 떨어져서 폐액이 증가하기 때문에 금형 표면에의 부착 효율의 악화 및 환경의 악화의 원인이 된다. 따라서, 이것을 피하기 위해서 인화점은 170℃ 이하가 되어야 한다.
(9) 또한, 이형제의 동점도는 40℃에서 2 내지 30㎟/s이어야 한다. 그 이유는, 2㎟/s 미만의 동점도에서는 이형제를 도포할 때 펌프 마모가 증대하며, 3O㎟/s를 초과하는 경우에서는 이형제의 도포시에 펌핑이 곤란하여 도포량 20cc 이하의 제어가 곤란하기 때문이다. 이때, 제어가 곤란하게 되면, 이형제의 공급이 숏마다 변동하고, 따라서 안정한 주조성을 유지할 수 없게 된다. 한편, 동점도의 보다 바람직한 범위는 2 내지 20㎟/s인데, 이 경우 보다 안정한 도포량을 확보할 수 있고, 또한 보다 미세한 입자의 이형제를 분무할 수 있기 때문이다.
(10) 제 1 발명의 유성 이형제는, 종래의 수용성 이형제에 비해 다음과 같은 장점을 갖는다: 1) 유성 이형제는 켄칭 반응을 유발하지 않는다; 2) 유성 이형제는 높은 내열성 및 소부 저항성을 갖는다; 3) 유성 이형제는 금형 수명을 연장할 수 있고, 또는 폐액이 없다; 4) 인화점을 70 내지 170℃로 조정함으로써 부착 효율이 유지되고 고온 윤활성이 확보될 수 있다; 5) 40℃에서의 동점도를 2 내지 3O㎟/s의 적절한 범위로 설정함으로써 적절한 스프레이가 가능하여 공기 중으로의 비산이 저감된다; 6) 본 발명의 유성 이형제는 소량으로 금형 표면에 균일하고 얇은 막을 형성할 수 있기 때문에, 다이 캐스팅 주조 제품의 금형에의 용착(갈링 및 소부)과 같은 문제를 감소시킨다; 7) 얇은 유막의 형성으로 다이 캐스팅 주조 제품의 열처리 시의 팽창을 감소시킬 수 있다.
(11) 제 1 발명에 있어서, 이형제의 금형에의 도포량은 원액 기준으로 1 숏당 20cc 이하로 하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1cc 이하, 더욱 더 바람직하게는 0.5cc 이하이다. 그 이유는, 도포량이 20cc를 초과하면, 폐액의 발생을 피할 수 없으며, 또한 주조 제품 중의 가스의 포획이 높아져서 주소가 커지기 때문이다. 상술한 바와 같이, 본 유성 이형제의 도포 사용량이 20cc 이하로 매우 적기 때문에, 폐액의 발생을 피할 수 있다. 또한, 동일한 이유로 인해, 주조 제품 중의 가스 포획량도 감소된다. 또한, 분체 또는 왁스를 사용하지 않기 때문에, 금형에의 퇴적 및 고화가 방지된다.
(12) 주조 제품과 금형 표면 사이의 유막이 얇아서 상술한 용착의 원인의 발생이 억제된다. 특히, 용착은 코어 핀과 같은 융기부에서 자주 발생한다. 일반적으로, 코어 핀은 스프레이된 미스트가 적고, 다른 부위보다 유막이 얇은 부위에 있다고 생각된다. 부가적으로, 유성 이형제를 사용하여 연속 주조를 시작하면, 외부 냉각 능력이 없기 때문에 금형은 서서히 고온으로 된다. 고온에서는 이형제의 금형 표면에의 부착은 적고, 또한 유막이 열 열화를 일으켜서 유막은 더욱 얇아진다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 젖음성 향상제를 첨가하여 부착량을 증가시켜 유막을 두껍게 하는 방법, 또는 유막의 열 열화를 지연시키기 위해서 산화방지제를 배합시키는 방법이 있다.
따라서, 제 1 발명에 있어서, 상기 (1)의 각 성분 (a) 내지 (d) 이외에, 젖음성 향상제 또는 산화방지제를 포함하는 것이 바람직하다. 젖음성 향상제로서는, 예컨대 아크릴 공중합체 또는 인화점이 100℃ 이하인 아크릴 변성 폴리실록산을 0.1 내지 3질량부로 포함할 수 있다. 이러한 첨가 범위에서, 젖음성 향상제는 습윤성을 향상시키기 위한 물질이면서 접착 효과를 갖는다. 이때, 젖음성 향상제를 첨가하면, 금속 표면에의 이형제의 습윤성이 증가하여 금속 표면 상의 접착량을 증가시킬 수 있다. 특히, 금속 표면이 매우 고온인 경우, 이형제의 경질 성분이 급격하게 비등하여 유적이 금속 표면을 습윤하는 것을 방해하는 현상(라이덴프로스트 현상)이 발생하여 금속 표면 상에서의 유막 생성을 저해한다. 그러나, 젖음성 향상제로 인해 습윤성이 증가되기 때문에, 상기 현상은 억제되고 유막이 더욱 두껍게 된다.
(13) 또한, 산화방지제로서는 예컨대 아민계, 페놀계, 크레졸계 산화방지제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 합계 0.2 내지 2질량부로 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 성분은, 고온시의 산화 열화를 방지 또는 지연시켜 고온시의 유막 두께를 유지하고 윤활성을 확보하여 용착을 저지할 목적으로 배합된다.
상기 아민계 산화방지제로서는, 예컨대, 모노노닐다이페닐아민 등의 모노알킬다이페닐아민계; 4,4'-다이뷰틸페닐아민, 4,4'-다이펜틸다이페닐아민, 4,4'-다이헥실다이페닐아민, 4,4'-다이헵틸다이페닐아민, 4,4'-다이옥틸다이페닐아민, 4,4'-다이노닐다이페닐아민 등의 다이알킬다이페닐아민계; 테트라뷰틸다이페닐아민, 테트라헥실다이페닐아민, 테트라옥틸다이페닐아민, 테트라노닐다이페닐아민 등의 폴리알킬다이페닐아민계; α-나프틸아민, 페닐-α-나프틸아민, 뷰틸페닐-α-나프틸아민, 펜틸페닐-α-나프틸아민, 헥실페닐-α-나프틸아민, 헵틸페닐-α-나프틸아민, 옥틸페닐-α-나프틸아민 등을 들 수 있다.
페닐계 산화방지제로서는, 예컨대 2,6-다이-3급-뷰틸-4-메틸페놀, 2,6-다이-3급-뷰틸-4-에틸페놀, 4,4-메틸렌비스(2,6-다이-3급-뷰틸페놀), 2,2-메틸렌비스(4-에틸-6-뷰틸페놀), 고분자량 단환식 페놀, 다환식 3급-뷰틸페놀, BHT(부틸화 하이드록시 톨루엔) 및 BHA(뷰틸화 하이드록시 아니솔)을 들 수 있다. 크레졸계 산화방지제로서는, 예컨대, 다이-3급-뷰틸-p-크레졸, 2-6-다이-3급-뷰틸-다이메틸아미노-p-크레졸을 들 수 있다. 상술한 산화방지제 중에서, BHT와 알킬다이페닐아민계의 혼합물이 바람직하다.
한편, 본 발명에서는 방청제, 계면활성제, 방부제, 소포제 및 기타 첨가제(예컨대, 극압 첨가제, 점도 지수 향상제, 청정 분산제, 착색제, 향료제)를 적절히 배합하여 사용할 수 있다.
(14) 본 발명에 있어서, 상기 (a) 내지 (d)의 각 성분을 포함하는 상기 유성 다이 캐스팅용 이형제에서, 이들의 각 성분 중 임의의 1 내지 3개의 성분을 미리 혼합하여 혼합물로 한 후, 나머지의 성분을 상기 혼합물에 혼합하여 이형제를 구성할 수 있다. 구체적으로는, 예컨대 성분 (b), (c) 및 (d)를 미리 혼합하여 혼합물 1로 하고, 이어서 사용자가 성분 (a)를 혼합물 1과 혼합하여 이형제를 구성할 수 있다. 또한, 성분 (a) 및 (b)를 혼합하여 혼합물 2로 하고, 이어서 사용자가 성분 (c) 및 (d)로부터 형성된 혼합물 3을 혼합물 2와 혼합하여 이형제를 구성시킬 수 있다.
또한, 상기 각 성분 (a), (b), (c) 및 (d)에 젖음성 향상제 또는 산화방지제(성분 (e)로 한다)를 포함한 5 성분 중에서 임의의 1 내지 4개의 성분을 미리 혼합하여 혼합물로 한 후, 나머지의 성분을 상기 혼합물과 혼합하여 이형제를 구성할 수 있다.
(15) 저점도 유성 이형제는 많은 장점을 갖지만, 물을 함유하지 않는 이형제를 소량으로 도포하기 때문에 결점도 있다. 즉, 금형 표면이 외부적으로 냉각되지 않으며, 기존의 금형 장치로는 다이 캐스팅의 1 사이클 내의 금형 온도 변화가 적고, 고온에서 정상 상태(steady state)가 된다. 여기서, 온도가 약 350℃ 이하인 경우에는 전혀 문제가 없고, 저점도 유성 이형제의 장점을 유지할 수 있다. 그러나, 상기 온도 보다 높은 온도에서는 주조 제품과 금형 사이에 용착이 발생하고 연속 주조가 곤란한 경우가 있다. 그 밖의 결점으로서는, 다량의 수용성 이형제를 금형으로 스프레이하여 외부 냉각하는 방식으로 주로 작동하는 기존의 주조 장치에서 유성 이형제를 사용할 때, 때때로 내부 냉각 강화를 위해 금형을 개조할 필요가 있다. 또한, 금형 구조 또는 제품 형상의 이유로 내부 냉각이 불가능한 경우도 있다. 따라서, 장치 개조없이 고온 윤활성이 제공되고 라이덴프로스트 문제를 해결할 수 있는 유성 이형제를 개발하는 것이 요구되고 있다.
본 발명(제 2 발명)의 용제 혼합 비율의 설정 방법은, 이러한 배경에 근거하여 실시된 것이다. 즉, 제 2 발명은, 제 1 발명의 유성 다이 캐스팅용 이형제를 사용하여 다이 캐스팅 주조할 때, 라이덴프로스트 현상을 피하기 위해 상기 용제의 혼합 비율을 설정하는 방법으로서, 2종 이상의 용제가 사용되며, 하기 수학식 1 및 2에 기대하는 최고 사용 온도(S)를 대입하여 이형제의 인화점(F)을 구하는 공정; 각각의 용제의 농도가 다른 3종 이상의 이형제를 준비한 후, 각 이형제의 인화점을 각기 조사하는 공정; 상기 각 이형제 중의 용제의 질량%와 상기 이형제의 각 인화점과의 관계를 그래프화하는 공정; 및 수학식 1 및 2에서 구한 인화점과 그래프로부터 상기 이형제 중의 용제의 질량%를 구하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다:
수학식 1
Figure 112007017424504-pct00003
수학식 2
Figure 112007017424504-pct00004
상기 식에서, S는 이형제의 최고 사용 온도, L은 라이덴프로스트 온도, F는 이형제의 인화점을 나타낸다.
또한, 제 3 발명의 용제 혼합 비율의 설정 방법은, 제 1 발명의 유성 다이 캐스팅용 이형제를 이용하여 다이 캐스팅 주조할 때, 라이덴프로스트 현상을 피하기 위해 용제와, 광유 및/또는 합성유의 혼합 비율을 설정하는 방법으로서, 상기 수학식 1 및 2에 기대하는 최고 사용 온도(S)를 대입하여 이형제의 인화점(F)을 구하는 공정; 용제와, 광유 및/또는 합성유의 농도가 다른 3종 이상의 이형제를 준비한 후, 각 이형제의 인화점을 각기 조사하는 공정; 상기 각 이형제 중의 용제의 질량%와 상기 이형제의 각 인화점과의 관계를 그래프화하는 공정; 및 상기 수학식 1 및 2로 구한 인화점과 그래프로부터 상기 이형제 중의 용제의 질량%를 구하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
(16) 다음, 상기 (15)의 라이덴프로스트 현상에 대하여 설명한다.
유성 다이 캐스팅용 이형제가 고온의 금형과 접촉하면, 경질 탄화수소 성분이 급격하게 비등하고, 발생한 탄화수소 가스의 상승 기류에 의해 이형제의 유적이 금형 표면에서 떠올라서 금형 표면과의 접촉이 나빠진다. 그 결과, 유적에 열이 전달되지 않아서 증발속도가 늦어짐과 동시에, 유적의 유효 성분이 금형에 부착하지 않기 때문에 부착량의 저하를 일으키고, 이형성이 악화된다. 이것을 라이덴프로스트 현상이라고 지칭하고, 수용성 이형제에서는 잘 알려진 현상이다. 수용성 이형제에서는 약 150 내지 200℃ 온도에서 이러한 현상이 발생하며, 본 유성 이형제의 경우에는 350℃ 이상에서 이러한 현상이 일어나는 것으로 본 연구 결과 밝혀졌다.
본 발명자들은, 이러한 점을 고려하여, 실험적인 라이덴프로스트 현상이 생기는 온도와, 실질적인 장치에서의 최고 사용 온도 및 이형제의 인화점과의 상관을 조사했다. 도 7은 그 결과를 나타낸다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 인화점이 높아지면, 라이덴프로스트 온도가 상승하고, 또한 실질적인 장치에서의 최고 사용 온도도 높아진다. 이러한 경우, 라이덴프로스트 현상이 생기는 온도는 증발 속도가 가장 느리게 되는 지점으로서 정의하고 있지만, 그 지점 이전에서도 온도가 여전히 낮은 경우 증발 속도가 지연되는 것으로 관측되었다. 즉, 라이덴프로스트 온도보다 약 80℃ 낮은 온도에서 이형제가 실질적인 사용 한계에 도달한다고 말할 수 있다. 도 7로부터 다음 관계가 도출될 수 있다:
수학식 1
Figure 112007017424504-pct00005
수학식 2
Figure 112007017424504-pct00006
상기 식에서, S는 유성 이형제의 최고 사용 온도(℃), L은 라이덴프로스트 온도(℃), F는 이형제의 인화점(℃)을 나타낸다.
도 7로부터 추측되는 바와 같이, 이형제의 라이덴프로스트 점을 높이면, 실질적인 최고 사용 온도가 높아진다. 여기서, 실질적인 최고 사용 온도를 높이기 위한 방법은, 이형제의 인화점을 상승시켜 실질적인 장치에서의 실용성을 확인하는 방법(전자); 및 인화점을 상승시켜 라이덴프로스트 온도를 높이는 방법(후자)이 있다. 그러나, 실질적인 장치에서의 실용성을 확인하는 것은 대규모적인 실험이 필요하며, 실험실적인 규모에서의 라이덴프로스트 온도의 측정이 간편하기 때문에 후자를 채용하기로 했다. 그러나, 인화점을 증가시키고, 도포량이 과도하게 증가하면, 도포 시에 연기가 짙게 되기 때문에 주의가 필요하다.
다음으로, 라이덴프로스트 온도의 측정방법에 대하여 도 8를 참조하여 설명한다. 본 측정을 위해, 일본기계학회(The Japan Society of Mechanical Engineers) 논문집(B 편), 70권 700호(2004-12) No. 03-1248에 기재되어 있는 「수중유적형 에멀젼 액적의 가열면 상에서의 증발에 관한 연구」("Study on Evaporation of Oil-in-Water type Emulsion Droplets on Heated Face"), 다카시마 다케오, 시오타 히로시 저서 속에 도시된 도 1의 장치를 사용하였다.
우선, 직경 60mm, 높이 30mm의 원통이고, 또한 상면의 곡율 반경(R) 200의 접시형 구조로서 중심부의 접시의 깊이가 4mm인 황동제 접시(51)를 히터(52) 위에 배치한다. 또한, 상기 접시(51)를 절연물(53)로 덮고, 히터(52)에 변압기(54)를 연결시키고, 접시(51)의 중앙으로부터 2mm 아래에 열전대(55)를 삽입하고, 온도 기록계(56)와 연결시킨다. 또한, 비등 상태를 촬영하기 위해서 비디오 카메라(57)를 설치한다. 또한, 가는 관이 부착된 폴리에틸렌제 주사기(58)에 이형제를 주입하고, 가는 관의 선단을 접시 중앙 위에 40mm 높이로 배치한다. 이 때, 액적(59)의 직경은 약 2.7mm이다. 접시(51)가 소정의 온도에 도달하였을 때, 실온의 액적(59)을 떨어뜨린 후, 스톱워치로 증발시간을 계측한다. 또한, 액적의 상태를 비디오 카메라(57)로 관찰한다. 10℃ 마다 상기의 계측을 실시하여, 온도 대 증발 시간의 그래프를 그린다. 가장 긴 증발시간에 상당하는 온도를 라이덴프로스트 온도로서 규정한다.
(17) 상기 이형제에 대하여 또한 자세히 설명하자면, 유성 이형제는 물, 분체 또는 유화제를 함유하지 않는다. 물을 포함하지 않으면 금형의 냉각이 적고 열피로가 작기 때문에, 금형 수명이 크게 개선되는 것으로 이해된다. 예컨대, 실질적인 장치의 사용에 의해 생산된 작은 다이 캐스팅 주조 제품에 있어서는, 수용성 이형제의 경우, 2만 숏 마다 금형의 수리 및 보전이 필요한데 비하여, 유성 이형제의 경우는 32만 숏 후에서도 금형의 수리는 불필요하며, 16배 이상 수명이 길다는 것이 실증되고 있다. 이러한 경제적인 효과는, 소형의 350톤 장치의 예에서는 수백만엔의 금형 경비의 삭감에 해당하는 효과이다. 또한, 물이 없으며 소량의 스프레이가 가능하기 때문에, 폐액이 없고, 폐액 처리비가 대폭적으로 삭감된다. 또한, 소량의 스프레이이기 때문에, 연기가 격감하고, 작업환경이 대폭 개선된다.
또한, 본 발명의 유성 이형제는, 수용성 이형제에서 반드시 사용하던 유화제를 포함하지 않기 때문에, 배수 처리가 그다지 없으며, 환경 호르몬 문제에도 대응할 수 있다. 또한, 본 발명의 이형제는 분체를 포함하지 않기 때문에, 장치의 오염의 저감, 저장시의 침강에 의한 이형제의 품질 변화 방지, 및 주조 제품의 표면의분체로 인한 손상이 없는 표면 광택의 유지에 유효하다.
(18) 본 발명(제 4 발명)에 따른 주조 방법은, 제 1 발명의 유성 다이 캐스팅용 이형제를 사용하여 이형제 도포 장치에 의해 다이 캐스팅 주조하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 유성 다이 캐스팅용 이형제를 이용하여 다이 캐스팅 주조하는 것이 가능하다. 도 1A는 본 발명에 사용되는 금형의 가동 금형의 정면도를 도시한 것이며, 도 1B는 본 발명에 사용되는 금형의 고정 금형의 정면도를 도시한 것이다. 상기 금형은 가동 금형(1)과 고정 금형(2)으로 구성되며, 상기 가동 금형(1)은 상부 슬라이드(3), 하부 슬라이드(4) 및 가동 가능한 코어(5)를 구비하고 있다. 한편, 도면 중에서 번호 6은 가이드 핀(guide pin)이며, 번호 7은 리턴 핀(return pin)이며, 번호 8은 러너(runner)용 압출 핀이며, 번호 9는 고정 코어이다.
(19) 본 발명(제 5 발명)에 따른 스프레이 장치는, 유성 다이 캐스팅용 이형제를 금형에 도포하기 위한 스프레이 장치로서, 이형제를 금형에 도포하기 위한 스프레이 노즐을 복수개 구비한 스프레이 유닛과, 이형제를 낮은 압력으로 상기 스프레이 유닛에 공급하여 이형제를 소량으로 금형에 도포하는 압송 압력 유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다. 스프레이 장치는, 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 스프레이 노즐(21)을 갖는 스프레이 유닛(22)을 구비하고 있다. 에어가 도입되는 에어 도입용 관(23)과, 유성 다이 캐스팅용 이형제가 도입되는 이형제 도입용 관(24)은 상기 스프레이 유닛(22)에 접속되어 있다. 유성 다이 캐스팅용 이형제를 수용하는 탱크(25)는 이형제 압송 감압 밸브(26) 및 이형제 펌핑용 펌프(27)를 통해서 상기 이형제 도입용 관(24)에 접속되어 있다. 상기 압송 압력 유닛은, 탱크(25), 이형제 압송 감압 밸브(26), 이형제 펌핑 펌프(27), 및 도시하지 않은 이형제 압송 호스로 구성된다. 한편, 도면 중의 번호 29는 캐비티 부(28)를 갖는 금형을 도시한 것이다.
(20) 상기 유성 이형제를 수용성 이형제용의 기존의 스프레이 장치, 즉 다수노즐을 갖는 유닛 유형의 스프레이 장치에 적용하는 경우, 1) 유성 이형제가 수용성 이형제보다 점도가 높기 때문에, 노즐 마다 스프레이 양에서 균형이 이루어지지 않으며, 2) 스프레이 양을 미량으로 조정하기 어렵다는 문제가 있다. 이러한 이유 때문에, 수용성 이형제용의 기존의 스프레이 장치를 개조하지 않고서 유성 이형제를 자동도포하여 다이 캐스팅 주조하는 경우, 갈링, 주름 형상, 파문 모양, 제품내의 가스 잔량(주소)이 많다는 문제가 발생한다. 이러한 문제에 대응하기 위하여, 이형제를 금형에 균등하게 도포하는 것이 필요하다.
본 발명에 따른 스프레이 장치에 있어서, 이형제 스프레이 유닛은, 이형제 및 에어가 각각 공급되는 스프레이 유닛 본체, 이 스프레이 유닛 본체에 각각 연결된 이형제 도입용 관 및 에어 도입용 관을 구비하며, 상기 이형제 도입용 관과 상기 에어 도입용 관의 세트가 두 지점 이상에서 대향하여 배치되어 스프레이 노즐로부터의 이형제가 금형에 균등하게 도포될 수 있다.
상기 스프레이 유닛(22)은 예컨대 도 3에 도시된 바와 같은 구성을 갖는다. 도면 중에서 번호(31)는 스프레이 유닛 본체를 나타낸다. 상기 에어 도입용 관(23)으로부터 분지된 에어 도입용 관(23a) 및 (23b)은 상기 스프레이 유닛 본체(31)의 양단에 연결되어 있다. 또한, 상기 이형제 도입용 관(24)으로부터 분지된 이형제 도입용 관(24a) 및 (24b)는, 스프레이 유닛 본체(31)의 양 측면에 연결되어 있다. 따라서, 스프레이 유닛 본체(31)의 양단에서, 분지된 에어 도입용 관(23a)과 이형제 도입용 관(24a), 및 분지된 에어 도입용 관(23b)과 이형제 도입용 관(24b)이 각각 대향하여 배치된다. 한편, 도 3에서는 2개소에서 에어 도입용 관과 이형제 도입용 관이 대향하여 배치되어 있지만, 3개소 이상에서 대향하여 배치될 수 있다.
상기 이형제 도입용 관과 상기 에어 도입용 관의 세트를 2개소 이상에서 서로 대향하여 배치시키는 이유가 하기에 설명된다.
(21) 즉, 수용성 다이 캐스팅용 이형제를 사용하는 스프레이 유닛에는, 다수의 이형제 도포 노즐을 갖는 스프레이 노즐이 부착되어 있다. 종래, 이형제의 공급구(이형제 도입용 관)와 에어 공급구(에어 도입용 관)의 세트는 1개소에 있었다. 결과적으로, 이 장치를 개질없이 그대로 유성 이형제의 도포에 사용하는 경우, 이형제가 소량으로 스프레이되고 수용성 이형제에 비해 유성 이형제의 점도가 높기 때문에, 유성 다이 캐스팅용 이형제 공급구와 에어 공급구의 세트에 가까운 스프레이노즐로부터는 필요량보다 많은 이형제가 도포되지만, 노즐로부터 멀어짐에 따라 도포량이 감소하여 균일하게 도포될 수 없게 된다. 따라서, 본 발명에서와 같이 이형제 도입용 관과 에어 도입용 관 세트를 대향하여 2개소 이상으로 설치하는 것에 의해 각 스프레이 노즐에 의해 균등하게 압력이 인가되고 노즐로 유성 다이 캐스팅용 이형제와 에어의 공급이 균등하게 분배된다. 따라서, 유성 다이 캐스팅용 이형제를 소량으로 금형 표면에 균일하게 도포할 수 있다.
본 발명에 따른 스프레이 장치에 있어서, 상기 압송 압력 유닛은 유성 다이 캐스팅용 이형제를 수용하는 탱크와, 이 탱크와 상기 이형제 스프레이 유닛을 접속하는 압송 호스를 구비하고, 상기 탱크의 스프레이 정지 시의 유면의 선단 위치가 상기 스프레이 노즐이 대기하고 있는 경우의 상부 한계 위치와 스프레이 노즐로부터 이형제를 스프레이할 때의 하부 한계 위치 사이에 설정되어 있는 구성으로 할 수 있다.
(22) 압송 압력 유닛(40)은 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이 구성된다. 도 4 중의 번호(41)는 다이 캐스팅 주조기를 나타낸다. 도 1의 가동 금형(1) 및 고정 금형(2)은 상기 다이 캐스팅 주조기(41)에서 서로 이격되어 배치된다. 유성 다이 캐스팅용 이형제를 수용한 탱크(25)는, 이형제 압송 호스(42)를 통해 상기 스프레이 유닛(22)에 접속되어 있다. 한편, 도시되어 있지 않지만, 도 3에 도시된 감압 밸브 또는 이형제 펌핑 펌프는 상기 탱크(25)에 배치되어 있다. 상기 스프레이 유닛(22)은, 상하(화살표 Y) 방향으로 이동가능한 지주(43; supporting pole)에 의해 상하로 이동하게 된다. 지주(43)는 다이 캐스팅 주조기(41)의 일부에 지지된 지주(44)와, 이 지주(44)에 연결된 가로 막대(45)에 의해 지지되어 있다.
탱크의 스프레이 정지 시의 유면 선단 위치를 상기한 바와 같이 설정한 것은, 다음 이유 때문이다. 즉, 유성 다이 캐스팅용 이형제를 소량으로 도포하기 위하여, 유성 다이 캐스팅용 이형제를 펌프에 의해 저압력으로 스프레이 유닛에 이송할 필요가 있으며, 유성 다이 캐스팅용 이형제의 이송 압력은 0.02 내지 0.05MPa로 매우 낮다. 따라서, 유성 다이 캐스팅용 이형제 중에 혼입되어 있는 미량의 공기가 이형제와 함께 펌프에 의해 이송되는 경우, 배관 중의 가장 높은 위치에서 에어 스폿(air spot)이라 불리우는 다소 큰 공기층이 형성된다. 이러한 에어 스폿이 유성 다이 캐스팅용 이형제의 흐름을 방해하여 도포량의 안정성이 상실된다. 그 결과, 다이 캐스팅 주조 제품의 대량 생산에 있어서, 유성 다이 캐스팅용 이형제의 도포량 조정의 반복 정밀도가 악화되고, 제품의 품질에 악영향을 준다.
한편, 탱크의 스프레이 정지 시의 유면 선단 위치를, 상기 스프레이 노즐이 대기하고 있을 때의 상부 한계 위치(탱크보다 높은 위치) L1과 상기 스프레이 노즐로부터 이형제를 스프레이할 때의 하부 한계 위치 L2의 사이로 설정함으로써(도 4 참조), 상술한 문제를 해소하는 것으로 밝혀졌다. 즉, 스프레이 노즐이 하면 위치에 대기하고 있는 동안, 탱크 위치에 대해 본 이형제의 액압(높이)에 대응하여 압력이 증가하고, 이에 따라 이형제의 유량이 증가하고, 축적한 에어도 쉽게 유출되어서 에어 스폿도 감소한다. 그러나, 상기 위치보다 더욱 낮은 위치로 유면 선단 위치를 설정하면, 에어는 보다 빠르게 유출하지만, 이형제도 다량으로 유출되어 이형제의 소량의 도포가 실현되지 않는다. 따라서, 하부 한계 위치를 설정해야 한다. 한편, 스프레이 노즐이 상면 위치에서 대기하고 있는 동안에는 압력이 낮기 때문에 이형제의 흐름도 적어지고, 따라서 에어는 노즐의 선단 위치로부터 유출되기 어렵다. 또한, 상기보다 높은 위치로 유면 선단 위치를 설정하면, 이형제의 액압이 저하되고, 최종적으로는 이형제가 탱크로 되돌아 가서, 때때로 유면 선단 위치로부터 에어를 흡입할 수 있다. 이러한 이유 때문에, 스프레이 노즐의 상부 위치에도 한계가 있다. 이형제의 탱크 위치를 상기 하한과 상한의 중간으로 설정함으로써 소량으로의 도포와 에어 스폿 문제를 동시에 해소할 수 있다. 또한, 필요 최저의 압송 압력으로 스프레이 유닛에 이형제를 공급할 수 있게 된다. 이 효과에 때문에, 노즐로부터의 도포량은 노즐 1개당 0.1cc 내지 0.2cc로서 미량 도포가 가능하고, 다이 캐스팅 제품 표면에 균일하게 소량 도포가 가능하다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하에 기재된 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(I) 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3
(A) 성분과 시험 측정결과
하기 표 1은 실시예 1, 2, 3, 4, 및 5의 성분, 물성치, 부착 시험결과 및 마찰 시험결과를 기재한 것이다. 또한, 하기 표 1에는, 비교예 1, 2, 및 3으로서 본 출원인에 의해 제조된 수용성 다이 캐스팅용 이형제, 즉 각각 수용성 피그먼트 이형제(상품명: 루브롤렌(Lubrolene) A-704), 수용성 이형제(상품명: 루브롤렌 A-201), 및 수용성 이형제(상품명: 루브롤렌 A-1609)의 성분, 물성치, 부착 시험결과 및 마찰 시험결과가 기재되어 있다.
(B) 제조방법
고점도 광유, 실리콘유, 평지씨 오일 및 유기 몰리브덴을 표 1에 기재된 질량%로 혼합한 후, 40℃로 가열하고 10분간 교반하였다. 다음, 이들 혼합물에 용제를 표 1에 기재된 질량%로 첨가하고, 다시 10분간 혼합하여 유성 다이 캐스팅용 이형제를 제조하였다.
Figure 112007017424504-pct00007
표 1에서의 세부 사항은 다음과 같다:
용제: 쉘 가가쿠 케이케이(Shell kagaku K.K)에 의해 제조된 상품명: 셀졸(Shellsol).
고점도 광유: 저팬 에너지 코포레이션(Japan Energy Corporation)에 의해 제조된 상품명: 브라이트 스톡(Bright stock).
유지: 메이토 유시 캄파니 리미티드(Meito Yushi Co., Ltd)에 의해 제조된 평지씨 유.
실리콘유: 아사히가세이 와커 실리콘 캄파니 리미티드(Asahikasei Wacker Silicone Co., Ltd)에 의해 제조된 릴리이즈 에전트(Releaseagent)TN.
유기 몰리브덴: 아사히 덴카 고교(Asahi Denka Kogyo)에 의해 제조된 아데카(Adeka) 165.
(C) 인화점의 측정방법
시료의 인화점은 JIS-K-2265에 따라 펜스카이-마틴(Pensky-Martin) 방법에 의해 측정하였다.
(D) 동점도의 측정방법
40℃에서의 동점도는 JIS-K-2283에 따라 측정하였다.
(E) 부착량의 측정방법
(E-1) 준비
시험편으로서, 철판(SPCC, 100mm×100mm×1mm 두께)을 200℃에서 30분간 오븐에서 소성하고, 데시케이터(desiccator)에서 밤새 냉각한 후, 철판의 중량을 O.1mg 단위까지 계측하였다.
(E-2) 유성 다이 캐스팅용 이형제의 도포
도 5의 부착 시험기의 조작은 다음과 같다.
우선, 전원 온도 조절 장치(12)를 소정의 온도로 설정하고, 히터(13)로 시험편용 스탠드(14)를 가열하였다. 이때, 제 1 열전대(17)가 설정온도에 도달하였을 때, 시험편 지지 금속 프릿(15)에 시험편으로서의 철판(16)을 놓고, 제 2 열전대(18)를 철판(16)에 밀착시켰다. 이어서, 철판(16)의 온도가 소정의 온도에 도달하였을 때, 스프레이(20)로부터 소정량의 이형제(19)가 철판(16)에 자동적으로 분무되었다. 이어서, 철판(16)을 꺼내고, 공기 중에서 수직으로 일정시간 동안 방냉시켜 철판(16)으로부터 유분을 떨어뜨렸다.
(E-3) 부착량의 측정방법
부착물이 코팅된 철판(16)을 소정의 온도에서 소정의 시간 동안 오븐에 놓은 후, 철판을 꺼내어 공기 냉각하고, 데시케이터에서 일정시간 동안 방냉하였다. 그 후, 부착물이 코팅된 철판(16)의 질량을 0.1mg 단위까지 측정하고, 블랭크 시험과 시험편의 질량 변화로부터 부착물의 양을 계산하였다.
(E-4) 시험조건
시험기: 부착량 시험기(야마구치 기켄 캄파니 리미티드(Yamaguchi Giken Co., Ltd)에 의해 제조됨)
측정조건: 하기 표 2에 제시된 바와 같다.
Figure 112007017424504-pct00008
(F) 마찰력의 측정방법
(F-1) 마찰 시험방법
도 6A 내지 6C를 참조한다. 먼저, 맥 인터내셔날 캄파니 리미티드(MEC International Co., Ltd)에 의해 제작된 자동 인장 시험기(상표명: 루브 테스터(Lub Tester) U)에 부착된 열전대(1)를 갖는 마찰 시험대(2)(SKD-61 모델, 200mm×200mm×34mm)를 시판의 히터로 소정의 온도까지 가열하였다. 다음, 도 6A에 도시된 바와 같이, 시험대(2)를 수직으로 세우고, 상기 부착성 시험에 나타내는 조건에서 노즐(3)로부터 이형제(4)를 도포하였다. 다음, 즉시 시험대(2)를 시험기 본체(5) 상에 수평으로 놓은 후, 맥 인터내셔날 캄파니 리미티드에 의해 제작된 링(6)(S45C, 내경 75mm, 외경 100mm, 높이 50mm)를 중앙에 놓았다(도 6B 참조). 계속하여, 상기 링(6) 내에 도예용 용해노에서 용해시킨 알루미늄 용탕(7)(ADC-12, 온도 670℃)을 90cc 붓고, 40초 동안 방냉하여 고화시켰다. 또한, 고화된 알루미늄(ADC-12) 상에 8.8kg의 철제추(8)를 즉시 조용하게 놓은 후, 링(6)을 상기 시험기의 기어에 의해 화살표 X 방향으로 인장시키면서 마찰력을 계측하였다(도 6C 참조).
(F-2) 마찰력 측정조건
마찰력 측정조건은 하기 표 3에서와 같다.
Figure 112007017424504-pct00009
(G) 측정결과의 정리(유성 이형제)
상기 실시예 및 비교예에서의 인화점, 동점도, 부착량(300℃) 및 300℃, 350℃에서의 마찰력이 상기 표 1에 기재되어 있다.
또한, 상기 자동 인장 시험기에서의 결과는 실질적인 장치에 의해 실시된 결과와 우수한 상관 관계를 가지며, 시험기에서의 10kgf 값은 실질적인 장치에서의 이형성의 허용가능한 최대 값에 대응하며, 시험기에서의 10kgf보다 큰 값은 실질적인 장치에서 용착 및 갈링과 같은 문제를 갖는다는 것을 확인하였다.
성능 비교 시험의 결과에 따라, 실시예 1 내지 5의 유성 이형제는 비교예 1 내지 3의 수용성 이형제보다 부착량이 크고, 마찰력은 낮으며, 우수한 이형 성능을 갖는 것을 알게 되었다. 또한, 수용성 이형제에서는 용착이 발생하는 높은 350℃ 온도에서도, 유성 이형제에서는 매우 우수한 이형 성능을 갖는다는 것이 밝혀졌다.
(II) 실시예 6 내지 11, 비교예 4 내지 7
이하, 젖음성 향상제를 함유하는 실시예 6 내지 11을 비교예 4 내지 7과 함께 설명한다.
(A) 성분 및 시험 측정결과
하기 표 4에는 실시예 6, 7, 8, 9, 10 및 11에 따른 유성 다이 캐스팅용 이형제의 물성치, 성분, 부착 시험결과 및 마찰 시험결과를 기재하였다. 하기 표 5에는 비교예 4, 5, 및 6에 따른 유성 다이 캐스팅용 이형제 및 비교예 7에 따른 수용성 이형제(가부시키가이샤 아오키 가가쿠겐큐쇼(AOKI SCIENCE INSTITUTE Co, Ltd)에 의해 제작된 상품명 루브롤렌 A-1609)의 물성치, 성분, 부착 시험결과 및 마찰 시험결과를 기재하였다.
Figure 112007017424504-pct00010
Figure 112007017424504-pct00011
(B) 제조방법
젖음성 향상제가 용제를 첨가하기 전에 혼합되는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
(C) 인화점의 측정방법
실시예 9와 비교예 6은 클리블랜드 오픈(Cleveland Open) 방법으로 측정하였고, 실시예 6, 7, 8, 10 및 11과 비교예 4 및 5는 펜스카이-마틴 방법에 의해 측정하였다.
(D) 동점도의 측정방법
실시예 1과 동일하다.
(E) 부착량의 측정방법
준비 및 부착량의 계측은 실시예 1에서와 동일하지만, 시험 조건은 하기 표 6에 기재되어 있다.
Figure 112007017424504-pct00012
(F) 마찰력의 측정방법
마찰 시험 방법은 실시예 1과 동일하고, 마찰력 측정조건은 상기 표 3에 기재된 바와 동일하다.
(G) 측정결과의 정리(젖음성 향상제의 효과)
실시예 6(젖음성 향상제 함유)과 비교예 4(젖음성 향상제 비함유); 실시예 7(젖음성 향상제 함유)과 비교예 5(젖음성 향상제 비함유); 및 실시예 8(젖음성 향상제 함유)과 비교예 6(젖음성 향상제 비함유)을 비교하면, 젖음성 향상제가 부착량을 상당히 증가시키고, 마찰력을 저하시킨다는 것을 알 수 있다.
이형제가 실질적인 장치의 금형 표면에 반드시 균일하게 도포되는 것이 아니며, 소량의 유적으로 습윤된 약간의 은폐된 금형 부위도 있고, 이 경우 부착량이 큰 실시예 6 내지 11의 이형제가 우수한 이형성을 발휘할 수 있다. 또한, 점도가 3 내지 5 ㎟/s인 실시예 6, 7, 8, 및 10의 이형제에서만 젖음성 향상제가 효과적인 것은 아니며, 24 ㎟/s의 고점도의 실시예 9의 이형제에서도 상기 젖음성 향상제는 효과적이었다. 또한, 참고용인 비교예 7의 수용성 이형제는 300℃에서 10kgf의 마찰력 사용 한계를 갖지만, 유성 이형제는 300℃에서 1 내지 3kgf의 마찰력을 가져서 사용가능하다.
젖음성 향상제가 배합된 본 발명의 이형제는 금형 표면에의 부착량을 증가시키는데 효과적이다. 때때로, 이형제 미스트가 거의 분산되지 않아 금형의 세부에서 용착을 발생하는 경우, 부착량이 많은 이형제에서는 상기와 같은 문제의 발생을 회피할 수 있는 가능성이 높고, 따라서 본 발명의 유성 이형제는 우수하다고 할 수 있다. 또한, 이형제는 부착 효율이 높기 때문에, 부착된 유막을 두껍게 하지 않고 소량으로 사용할 수 있으며, 또한 상기 성분 (a)으로 희석하는 경우라도 저점도의 스프레이성이 우수한 이형제로서 사용할 수 있다.
실시예 12
다음으로, 본 발명의 다이 캐스팅용 유성 이형제를 균일하게 도포하기 위한 스프레이 장치에 대하여 설명한다. 장치의 설명은 상술한 바와 같다. 또한, 실시예 12에서는 실질적인 장치에서의 성능의 비교를 실시하였다.
하기 표 7은 본 발명의 실시예 13 내지 16에 따른 이형제 및 비교예 8 및 9에 따른 이형제, 및 상기 스프레이 장치를 이용하여 알루미늄 다이 캐스팅 주조에 의해 제조된 제품의 특성에 대하여 기술한 것이다. 이 경우, 실시예 13 및 14에서는 실시예 4의 이형제를, 실시예 15 및 16에서는 실시예 6의 이형제를, 비교예 8에서는 비교예 7의 이형제를, 비교예 9에서는 비교예 4의 이형제를 각각 사용하였다. 한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예 12에 사용된 금형은 동시에 두 개의 제품을 제조할 수 있고, 가동 금형과 고정 금형으로 이루어지는 캐비티 부에 상부 슬라이드 및 하부 슬라이드가 구비된 주조 구조를 갖는다.
상기 캐비티 영역에의 유성 다이 캐스팅용 이형제의 도포 방법은, 본 발명의 스프레이 유닛을 자동 도포 장치에 부착하여 실시하였다. 또한, 유성 다이 캐스팅용 이형제 전용의 스프레이 유닛(도 3에 도시) 및 압송 압력 유닛(도 4에 도시)를 사용하였다. 또한, 이형제는 펌프에 의해 펌핑되고, 0.02 내지 0.05MPa의 낮은 압력에서 스프레이 유닛으로 이송되었다. 또한, 공장에서 사용하는 에어에 의해 유성 이형제가 분무되며, 금형 표면에 미량으로 도포되었다.
Figure 112007017424504-pct00013
표 7의 결과로부터, 실시예 13 내지 16의 이형제(전자)는 비교예 8 및 9의 이형제(후자)와 비교하여 하기 점에서 더욱 우수하다는 것을 알 수 있다:
1) 이형제의 우수한 확산성으로 인한 갈링, 소부, 주름 형상, 파문 모양, 및 버발생의 점에서의 우수한 이형 성능;
2) 다이 캐스팅 주조 제품에서의 더욱 적은 주소(기공);
3) 적은 도포량으로 인한 짧은 도포 시간;
4) 각 노즐당 안정한 분출량으로 인한 압송 압력의 우수한 제어성;
5) 분출량의 적은 편차로 인한 분출량 제어에 대한 적은 일상 정비:
6) 일상 정비성, 치수 정밀도의 유지, 및 금형 크랙의 발생의 점에서 동등이상의 우수성; 및
7) 금형 유지 보수 및 정밀도 점에서의 우수성.
또한, 본 발명은, 상기 실시 양태로 한정되는 것이 아니라, 실시 단계에서는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 구성요소를 변형하여 구현시킬 수 있다. 예컨대, 상기 실시예에서는 2개소에서 에어 도입용 관과 이형제 도입용 관이 대향하여 배치되어 있지만, 3개소 이상에서도 대향하여 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 이러한 관들은 될 수 있는 한 균일하게 서로 대향되게 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 배치함으로써 스프레이 노즐의 선단에서부터 이형제를 금형에 한층 더 균일하게 도포할 수 있고, 파문 모양, 제품내 가스량 및 도포량도 개선할 수 있다.
또한, 상기 실시예 12에서는, 이형제용 탱크의 스프레이 정지 시의 유면 선단 위치가, 상기 스프레이 노즐이 대기하고 있을 때의 상면 위치와 상기 스프레이노즐에 의해 이형제가 스프레이될 때의 하부 한계 위치의 사이에 설정되었다. 그러나, 이것으로 한정되지 않는다. 이형제용 탱크를 상기 위치 사이에 위치시키지 않고, 압력을 부가함으로써 유성 다이 캐스팅용 이형제의 유면 선단 위치 L3를 상기 위치에 설정할 수도 있다. 이렇게 구성함으로써, 이형제를 도포하지 않은 경우는, 스프레이 유닛의 정지 위치(상승 한계)는 유면 위치의 상부에 위치하기 때문에, 이형제가 떨어지지 않는다. 한편, 이형제를 도포하는 경우, 스프레이 유닛의 하강 한계인 정지 위치에서 스프레이 유닛이 정지하기 때문에 압력은 유성 이형제가 자발적으로 떨어지기에 충분하다. 따라서, 유압 호스 내부에서 에어 스폿이 형성되지 않고 공장에서의 에어압에 의해 유성 이형제를 분무할 때의 편차가 적어진다.
(III) 실시예 17 및 비교예 10 및 11
이하, 본 발명의 실시예 17을 비교예 10 및 11과 함께 설명한다.
(A) 성분과 시험 측정결과
하기 표 8은 실시예 17 및 비교예 10 및 11에 따른 유성 다이 캐스팅용 이형제의 성분, 배합 비율 및 시험결과를 나타낸 것이다.
Figure 112007017424504-pct00014
(B) 제조방법
실시예 6의 젖음성 향상제 대신에 산화방지제를 사용하는 점을 제외하고는, 실시예 6에서와 같이 실시하였다.
(C) 인화점의 측정방법
시료의 인화점의 측정은 실시예 1에서와 같이 실시하였다.
(D) 동점도의 측정방법
시료의 점도의 측정은 실시예 1에서와 같이 실시하였다.
(E) 실험실 산화시험, ROBT 법
JIS-K-2514에 따라, 회전식 밀폐형 펌프에서 시료를 채취하고, 이어서 산소를 봉입하고, 150℃ 조건 하에서 산화시키고, 급격하게 산소 압력의 저하를 일으키기까지의 시간을 측정하였다.
(F) 마찰력의 측정방법
마찰의 시험 방법 및 마찰력 측정조건은 실시예 1에 기술된 바와 동일하다.
(G) 측정결과의 정리(산화방지제의 효과)
실시예 17 및 비교예 10 및 11에서, 인화점(℃), 40℃에서의 동점도(㎟/s), 실험실 산화시험, 350℃ 및 400℃ 에서의 실험실 마찰 시험 및 실질적인 장치에 있어서의 연속 주조성에 대하여 측정한 바, 상기 표 8에 예시된 결과가 얻어졌다.
실시예 17(산화방지제 함유)과 비교예 11(산화방지제 없음)을 비교하면, 실험실 산화 시험의 관점에서, 비교예 11의 측정치(열화시간)는 240분이지만, 실시예17에서는 890분으로 약 4배의 내구성 및 적은 열화를 보여준다. 따라서, 실시예 17의 경우, 산화방지제는 유성 이형제의 산화 열화를 억제한다는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 마찰 시험의 관점에서, 비교예 11의 마찰력은 350℃에서 5kgf로서 실질적으로 사용할 수 있을 정도로 충분히 낮지만, 400℃에서는 소부를 발생하여 고착되었다. 반대로, 실시예 17의 경우, 400℃에서도 9kgf로 낮은 마찰력을 가지며, 비교예 11에서보다 고온 윤활성이 분명히 우수하였다. 따라서, 실시예 17의 경우, 산화방지제가 효과를 발휘하여 소부가 방지됨을 확인할 수 있었다.
상기 두 가지의 실험에서, 산화방지제는 고온에서 유성 이형제 성분의 산화열화를 지연시키기 때문에, 유막 두께의 유지에 기여하고, 두꺼운 유막으로 인하여 마찰 저항이 낮게 유지된다고 생각된다.
또한, 실질적인 장치를 사용하여 비교예 11의 이형제를 평가한 바, 10회째에 용착이 발생하여 연속 주조를 할 수 없었다. 이에 반하여, 실시예 17에서는 220회 이상 연속 주조가 가능하였다. 이러한 결과로부터, 산화방지제는 용착의 저감에 기여하고, 연속 주조 회수를 대폭 증가시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 한편, 이러한 경우에 사용된 실질적인 장치의 경우에 있어서, 제품 취득 직후의 코어 핀의 온도는 410℃이며, 실질적인 장치와 비교예 11의 배합의 편성의 경우 약 380℃가 연속 주조의 한계이었다. 이러한 결과에 따르면, 산화방지제의 배합에 의해, 약 30도 더 고온 측에서의 내구성이 개선되었다고 말 할 수 있다.
또한, 저온 내지 중온에서 윤활성을 확보하기 위해서, 실시예 17 및 비교예 11에서는 유기 몰리브덴을 배합하였다. 한편, 비교예 10에서는 유기 몰리브덴을 배합하지 않았다. 비교예 10과 비교하여 비교예 11에서는 산화 안정성이 약간 향상하였으며, 실험실 마찰시험에서는 350℃에서의 마찰력이 약간 저하되었으며, 실질적인 장치에서의 주조 회수도 약간 증가하였다. 따라서, 이러한 결과로부터, 유기 몰리브덴의 부차적인 효과로서 산화방지성이 나타나지만, 페놀계 또는 아민계의 산화방지제의 효과만큼 우수하지 않다는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 18
이하에, 제 2 발명에 따른 용제 혼합 비율의 설정 방법에 대하여 설명한다.
도 7로부터 분명한 바와 같이, 이형제의 인화점을 변경함으로써 간단하게 라이덴프로스트 온도를 조정할 수 있다. 본 연구로부터, 유성 이형제의 인화점(F)(수학식 1)과 최고 사용 온도(S)(수학식 2) 및 라이덴프로스트 온도(L) 사이에는 상관 관계가 있고, 그 관계는 다음과 같다고 규정할 수 있다:
수학식 1
Figure 112007017424504-pct00015
수학식 2
Figure 112007017424504-pct00016
Figure 112007017424504-pct00017
1) 우선, 상기 수학식 1에 최고 사용 온도(S)를 대입하여 라이덴프로스트 온도(L)를 계산한 후, 계산된 온도(L)를 상기 수학식 2에 대입하여 유성 이형제에 필요한 인화점(F)를 구하였다.
2) 다음으로 유성 이형제의 조성 중에서, 용제와 광유의 혼합 비율을 변경한 3종류의 이형제(시료 1, 시료 2, 시료 3)를 제조하였다. 상기 표 9는 3개의 시료의 성분 및 인화점을 기재하고 있다. 권장되는 혼합 비율은 용제 80%, 70%, 60%이었다.
3) 다음, 상기 3종류의 이형제 혼합물의 인화점을 측정하여, 도 9에 나타낸 바와 같이, 용제(%)와 인화점의 관계를 나타내는 그래프를 만들었다.
4) 또한, 상기 수학식 1에서 구한 인화점(F)을 그래프에 대입하여 필요한 용제%(부피)를 구하였다.
5) 다음, 용제와 첨가제의 비율을 빼서 구한 나머지 값으로부터 경질 성분(저점도 광유 및/또는 합성유)을 계산하였다.
상술된 바에 따라, 실시예 18에서는, 용제와 광유의 혼합 비율을 적당히 설정함으로써 라이덴프로스트 현상을 피할 수 있었다.
한편, 실시예 18에서는 용제와 광유를 이용한 경우에 대하여 기술하였지만, 본 발명을 용제와 합성유를 사용하는 경우, 또는 용제, 광유 및 합성유를 사용한 경우, 또는 두 가지의 용제를 사용한 경우에 대해서도 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 유성 다이 캐스팅용 이형제를 제 1 발명을 기준으로 설명하였지만, 각 성분의 조합, 배합 비율, 조건 등을 적절하게 설정함으로써 하기의 유성 다이 캐스팅용 이형제를 사용할 수 있다. 즉, 이 유성 다이 캐스팅용 이형제는 용제, 광유, 합성유, 유지, 지방산 및 지방산 에스터로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 성분 총 50중량부 이상, 실리콘유 40중량부 이하, 및 윤활 성능을 갖는 첨가제를 포함하고, 인화점이 50 내지 250℃이며, 40℃에서의 동점도가 2 내지 50㎟/s인 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의해, 종래와 다르게 급냉이 발생하지 않고, 또한 유성 이형제로서도 내열성이 높아서 소부가 거의 발생하지 않고, 따라서 금형의 수명을 연장하는 것이 가능하다. 또한, 이러한 유성 이형제의 사용으로 인해 소량으로 금형 표면에 균일하고 얇은 막을 형성할 수 있고, 다이 캐스팅 주조 제품의 금형에의 용착(갈링, 소부) 및 열처리시의 팽창을 억제할 수 있다. 한편, 상기 유성 이형제의 각 성분의 종류, 특성 등은 상술한 바와 같다.
본 발명의 유성 다이 캐스팅용 이형제는, 다이 캐스팅 주조 동안 윤활제를 스프레이하여 금형 표면을 윤활하는 경우, 또는 용탕을 주입할 때의 플런저 칩을 윤활하는 경우 적합하다. 또한, 본 발명의 유성 다이 캐스팅용 이형제는 자동 연속 스프레이 및 원액을 미량으로 도포하는 경우에 적합하다.

Claims (18)

  1. (a) 40℃에서의 동점도가 2 내지 10㎟/s이며 인화점이 70℃ 내지 170℃의 범위인 용제 70 내지 98질량부, (b) 40℃에서의 동점도가 100㎟/s 이상인 고점도의 광유 및/또는 합성유 1 내지 10질량부, (c) 4O℃에서의 동점도가 150㎟/s 이상인 실리콘유 15질량부 이하, 및 (d) 윤활 성능을 갖는 첨가제 1 내지 5질량부를 포함하고, 인화점이 70 내지 170℃이며, 40℃에서의 동점도가 2 내지 30㎟/s인 것을 특징으로 하는 유성 다이 캐스팅용 이형제.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용제에 저점도의 광유 및/또는 합성유를 첨가함으로써 상기 (a) 성분이 총 70 내지 98질량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 유성 다이 캐스팅용 이형제.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    금형에의 도포량이 원액 기준으로 1 숏당 20cc 이하인 것을 특징으로 하는 유성 다이 캐스팅용 이형제.
  4. 제 1 항에 있어서,
    젖음성 향상제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유성 다이 캐스팅용 이형제.
  5. 제 4 항에 있어서,
    젖음성 향상제로서 아크릴 공중합체 또는 인화점이 100℃ 이하인 아크릴 변성 폴리실록산을 0.1 내지 3질량부로 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유성 다이 캐스팅용 이형제.
  6. 제 1 항에 있어서,
    산화방지제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유성 다이 캐스팅용 이형제.
  7. 제 6 항에 있어서,
    산화방지제로서 아민계, 페놀계 및 크레졸계 산화방지제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 0.2 내지 2질량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 유성 다이 캐스팅용 이형제.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘유는 알킬-아르알킬 또는 다이메틸보다 장쇄의 알킬기를 갖는 알킬 실리콘유인 것을 특징으로 하는 유성 다이 캐스팅용 이형제.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 성분 (a), (b), (c) 및 (d)의 4성분 중 임의의 1 내지 3 성분을 미리 혼합 하여 혼합물을 수득한 후, 나머지의 성분을 상기 혼합물에 혼합시켜 이형제를 수득하는 것을 특징으로 하는 유성 다이 캐스팅용 이형제.
  10. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 각 성분 (a), (b), (c) 및 (d)에 젖음성 향상제를 포함한 5성분 중 임의의 1 내지 4 성분을 미리 혼합하여 혼합물을 수득한 후, 나머지의 성분을 상기 혼합물에 혼합시켜 이형제를 수득하는 것을 특징으로 하는 유성 다이 캐스팅용 이형제.
  11. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 각 성분 (a), (b), (c) 및 (d)에 산화방지제를 포함한 5성분 중 임의의 1 내지 4 성분을 미리 혼합하여 혼합물을 수득한 후, 나머지의 성분을 상기 혼합물에 혼합시켜 이형제를 수득하는 것을 특징으로 하는 유성 다이 캐스팅용 이형제.
  12. 제 1 항 및 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 유성 다이 캐스팅용 이형제를 사용하여 다이 캐스팅 주조할 때, 라이덴프로스트(Leidenfrost) 현상을 피하기 위해 용제의 혼합 비율을 설정하는 방법으로서,
    용제로서 2종 이상의 용제를 사용하며,
    하기 수학식 1 및 2에 기대하는 최고 사용 온도(S)를 대입하여 이형제의 인화점(F)을 구하는 공정; 각각의 용제의 농도가 다른 3종 이상의 이형제를 준비한 후, 각 이형제의 인화점을 각기 조사하는 공정; 상기 각 이형제 중의 용제의 질량%와 상기 이형제의 각 인화점과의 관계를 그래프화하는 공정; 및 수학식 1 및 2로 구한 인화점과 그래프로부터 상기 이형제 중의 용제의 질량%를 구하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 용제 혼합 비율의 설정 방법:
    수학식 1
    Figure 112010044454972-pct00018
    수학식 2
    Figure 112010044454972-pct00019
    상기 식에서, S는 이형제의 최고 사용 온도, L은 라이덴프로스트 온도, F는 이형제의 인화점을 나타낸다.
  13. 제 2 항에 따른 유성 다이 캐스팅용 이형제를 사용하여 다이 캐스팅 주조할 때, 라이덴프로스트 현상을 피하기 위해 용제와, 광유 및/또는 합성유의 혼합 비율을 설정하는 방법으로서,
    하기 수학식 1 및 2에 기대하는 최고 사용 온도(S)를 대입하여 이형제의 인화점(F)을 구하는 공정; 용제와, 광유 및/또는 합성유의 농도가 다른 3종 이상의 이형제를 준비한 후, 각 이형제의 인화점을 각기 조사하는 공정; 상기 각 이형제 중의 용제의 질량%와 상기 이형제의 각 인화점과의 관계를 그래프화하는 공정; 및 수학식 1 및 2로 구한 인화점과 그래프로부터 상기 이형제 중의 용제의 질량%를 구하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 용제 혼합 비율의 설정 방법:
    수학식 1
    Figure 112007017424504-pct00020
    수학식 2
    Figure 112007017424504-pct00021
    상기 식에서, S는 이형제의 최고 사용 온도, L은 라이덴프로스트 온도, F는 이형제의 인화점을 나타낸다.
  14. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 유성 다이 캐스팅용 이형제를 사용하여 이형제 도포 장치에 의해 다이 캐스팅 주조하는 것을 특징으로 하는 주조 방법.
  15. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 유성 다이 캐스팅용 이형제를 금형에 스프레이하여 도포하기 위한 스프레이 장치로서,
    상기 이형제를 금형에 도포하기 위한 스프레이 노즐을 복수 구비한 이형제 스프레이 유닛; 및 상기 이형제를 저압력으로 상기 스프레이 유닛에 공급하고 소량의 이형제를 금형에 도포하는 압송 압력 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 스프레이 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 이형제 스프레이 유닛은, 상기 이형제 및 에어가 각각 공급되는 스프레이 유닛 본체; 및 상기 스프레이 유닛 본체에 연결된 이형제 도입용 관 및 상기 스프레 이 유닛 본체에 연결된 에어 도입용 관을 구비하되, 상기 이형제 도입용 관과 에어 도입용 관의 세트가 2개소 이상에서 대향하여 배치되어 상기 스프레이 노즐로부터 이형제가 금형에 균등하게 도포되는 것을 특징으로 하는 스프레이 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 압송 압력 유닛은, 유성 다이 캐스팅용 이형제를 수용하는 이형제용 탱크 및 이 이형제용 탱크와 상기 이형제 스프레이 유닛을 연결하는 압송 호스를 구비하고,
    상기 이형제용 탱크의 스프레이 정지 시의 유면 선단 위치가, 상기 스프레이 노즐이 대기하고 있을 때의 상면 위치와 상기 스프레이 노즐에 의해 이형제를 스프레이할 때의 하부 한계 위치 사이에 설정되는 것을 특징으로 하는 스프레이 장치.
  18. 제 15 항에 따른 스프레이 장치를 사용하여 유성 다이 캐스팅용 이형제에 의해 다이 캐스팅 주조하는 것을 특징으로 하는 주조 방법.
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