KR101225123B1 - Method for manufacturing plate article made of armophous alloy or armophous composite - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미려한 외관으로 제조할 수 있고 주조 결함을 최소화할 수 있으며 판재 두께의 조절이 용이하여 상용화에 필요한 여러 요구사항을 만족시킬 수 있는 비정질 합금(또는 비정질 복합재료)의 판상 제품의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 제조방법의 하나는 (a) 용탕을 주조하여 비정질 합금 투입재를 제조하는 단계; (b) 상기 투입재의 유리천이온도(Tg) ~ 결정화온도(Tx) 범위로 상기 투입재를 가열하는 단계; 및 (c) 가열된 투입재를 판상으로 성형 및 냉각시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a method for producing a plate-shaped product of an amorphous alloy (or amorphous composite material) that can be produced with a beautiful appearance, can minimize casting defects, and can easily control the thickness of the plate to satisfy various requirements for commercialization It is about.
One of the manufacturing method according to the present invention comprises the steps of (a) casting the molten metal to prepare an amorphous alloy input material; (b) heating the input material within a glass transition temperature (Tg) to a crystallization temperature (Tx) of the input material; And (c) molding and cooling the heated input material into a plate shape.
Description
본 발명은 비정질 합금 또는 비정질 복합재료의 판재를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 미려한 외관으로 제조할 수 있고 주조 결함을 최소화할 수 있으며 판재 두께의 조절이 용이하여 상용화에 필요한 여러 요구 사항을 만족시킬 수 있는 비정질 합금 또는 비정질 복합재료의 판상 제품의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a sheet of amorphous alloy or amorphous composite material, and more specifically, it can be produced in a beautiful appearance, to minimize casting defects, and to easily control the thickness of the plate, various requirements required for commercialization It relates to a method for producing a plate-shaped product of amorphous alloys or amorphous composite materials that can satisfy the requirements.
현대 산업사회에서 사용되는 재료는 자동차, 항공, 중장비, 전자 등의 산업이 고도화됨에 따라 기존 금속 재료의 한계 특성을 뛰어 넘는 금속 재료의 개발이 절대적으로 요구되고 있다.As the materials used in the modern industrial society are advanced in industries such as automobiles, aviation, heavy equipment, and electronics, the development of metal materials that exceed the limit characteristics of existing metal materials is absolutely required.
이러한 요구에 대응하여 지금까지는 다양한 합금설계, 응고법의 개선 및 후속 열처리 등의 방법을 통해 금속 재료의 성질을 개선하여 왔고, 이러한 노력으로 개발된 재료들이 실제 산업현장에서 유용하게 활용되고 있다. 그런데, 현대 산업은 더 극한의 상황에서도 우수한 성질을 보이는 재료들을 원하고 있으며, 이러한 요구에 기존의 결정질 금속 재료 및 이를 이용한 복합재료는 한계를 보이고 있다.In response to these demands, the properties of metal materials have been improved so far through various alloy designs, improvement of solidification methods, and subsequent heat treatment, and the materials developed through such efforts are usefully used in actual industrial sites. However, the modern industry wants materials that exhibit excellent properties even in more extreme conditions, and the existing crystalline metal materials and composite materials using the same have been limited in such a demand.
한편, 비정질 합금은 결정을 이루지 않은 무질서하고 불규칙한 원자 배열 상태를 갖는 합금으로서, 이와 같은 구조적 특징으로 인해, 강도, 경도, 강성(stiffness) 및 내식성 등의 다양한 물성에 있어서 기존의 금속 소재의 한계를 넘는 특성을 얻을 수 있는 첨단 신소재이다.On the other hand, the amorphous alloy is an alloy having a disordered and irregular atomic arrangement state that does not form a crystal, due to such a structural feature, in the various physical properties such as strength, hardness, stiffness and corrosion resistance limit the limitations of the existing metal material It is a high-tech new material that can get the characteristics over.
이러한 비정질 합금(내지는 비정질 복합재료)을 다양한 제품의 기초재료로 사용되는 판재로 제조함에 있어서는, 종래 한국 공개특허 제2006-73358호에 공개된 용융된 비정질 합금 조성의 용탕을 급속냉각되는 한 쌍의 주조롤에 통과시키는 스트립 캐스팅법과 같이 비정질 합금 조성의 용탕을 만든 후 용탕을 주조장치를 통해 급속냉각시키는 방법이 주로 사용되어 왔다.In manufacturing such an amorphous alloy (or amorphous composite material) into a plate used as a base material of various products, a pair of rapid cooling of molten amorphous alloy composition disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2006-73358 As a strip casting method of passing through a casting roll, a method of making a molten alloy of an amorphous alloy composition and then rapidly cooling the molten metal through a casting apparatus has been mainly used.
그런데, 상기 공개특허와 같이, 융점(Tm, melting temperature) 이상에서 급속냉각을 통해 판재를 제조할 경우, 지나치게 낮은 용탕의 점도와 난류(turbulence) 및 고온 작업에 따른 합금 성분의 과산화 등의 영향으로 외관상 미려한 판재를 제조하기 어려울 뿐 아니라, 주조결함이 생성되기 쉬워, 후처리 없이 주조된 상태로 상용화에 이용하기에는 부적합한 점이 있었다.However, when the plate is manufactured through rapid cooling at a melting point (Tm, melting temperature) or more, as disclosed in the above-mentioned patent, due to the effects of too low melt viscosity, turbulence and peroxidation of alloying components due to high temperature work, etc. Not only is it difficult to manufacture a beautiful sheet material in appearance, it is easy to produce casting defects, and it is not suitable for commercial use in a state of being cast without post-treatment.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로서, 상용화에 적합하도록 외관적으로 미려하고 주조결함을 최소화할 수 있는 비정질 합금 또는 비정질 복합재료를 판상의 제품으로 제조하는 방법을 제공하는 것을 해결하려는 과제로 한다.The present invention was developed to solve the above-mentioned problems of the prior art, and provides a method of manufacturing an amorphous alloy or amorphous composite material into a plate-like product that can be visually beautiful and minimize casting defects for commercialization. To solve the problem.
또한, 본 발명의 다른 과제는 비정질 합금 또는 비정질 복합재료를 최종 제품의 형상으로 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for producing an amorphous alloy or amorphous composite material in the shape of the final product.
또한, 본 발명의 또 다른 과제는 비정질 합금을 판상 제품으로 제조하는 과정에서 이종의 재료를 복합화할 수 있는 복합재료의 제조방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for producing a composite material that can composite different materials in the process of manufacturing an amorphous alloy into a plate-like product.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1 측면은, 비정질 합금으로 이루어진 판상 제품의 제조방법으로, (a) 용탕을 주조하여 비정질 합금 투입재를 제조하는 단계와, (b) 상기 투입재의 유리전이온도(Tg) ~ 결정화온도(Tx) 범위로 상기 투입재를 가열하는 단계, 및 (c) 가열된 투입재를 판상으로 성형 및 냉각시키는 단계를 포함하는 방법을 제공하는 것이다.The first aspect of the present invention for solving the problems of the present invention is a method for producing a plate-shaped product made of an amorphous alloy, (a) casting the molten metal to prepare an amorphous alloy input material, and (b) the glass of the input material It is to provide a method comprising the step of heating the input material in the transition temperature (Tg) ~ crystallization temperature (Tx) range, and (c) forming and cooling the heated input material in the form of a plate.
본 발명에 있어서, '비정질 합금'이란 원자구조가 95%이상 비정질 상태인 합금을 의미하며, 일부 불순물 또는 결정화된 조직을 포함할 수 있다.In the present invention, the term 'amorphous alloy' refers to an alloy having an atomic structure of 95% or more in an amorphous state, and may include some impurities or crystallized structure.
결정질 재료(crystalline materials)에 대비한 비정질 재료(amorphous materials)의 가장 독특한 차이점은 비정질 재료가 결정질 재료에는 없는 유리전이온도(Tg: glass transition temperature)와 결정화 온도(Tx: crystallization temperature)을 나타내는 것인데, 이 두 온도의 구간 즉, △T(Tg-Tx)에서는 비정질 재료가 조청이나 꿀과 같이 끈적끈적한 높은 점성을 갖는 상태로 변하며 이 상태에서는 외부의 가해지는 힘을 상온일 때에 비해서 약하게 하여도 쉽게 원하는 형상으로 성형할 수 있다.The most distinctive difference between amorphous materials over crystalline materials is the glass transition temperature (Tg) and crystallization temperature (Tx), which are not found in crystalline materials. In these two temperature ranges, ΔT (Tg-Tx), the amorphous material changes into a sticky high viscosity state such as crude texture or honey, and in this state, the external applied force can be easily weakened even at room temperature. It can be shaped into a shape.
본 발명에 따른 비정질 합금의 판상 제품의 제조방법은, 융점 이상으로 가열된 용탕을 회전하는 롤 사이를 통과시켜서 판재를 만드는 종래기술과 달리, 먼저 소정 형상의 비정질 합금을 투입재(feed stock)를 제조한 후, 투입재를 상기 △T 구간으로 가열하고 이 온도에서 가압성형하는 방법을 통해, 판재는 물론 복잡한 형상을 갖는 판상 제품을 만드는데 가장 큰 차이점이 있다.Method for producing a plate-like product of the amorphous alloy according to the present invention, unlike the prior art to make a plate by passing the molten metal heated above the melting point between the rotating rolls, first to prepare a feed stock of the amorphous alloy of a predetermined shape (feed stock) Then, through the method of heating the input material in the ΔT section and press-molded at this temperature, there is the biggest difference in making a plate-like product having a complicated shape as well as a plate.
본 발명의 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 2 측면은, 비정질 복합재료로 이루어진 판상 제품의 제조방법으로, (a) 용탕을 주조하여 비정질 복합재료의 투입재를 제조하는 단계와, (b) 상기 투입재의 결정질 구조의 핵생성 온도(Tn) ~ 융점(Tm) 범위로 가열하는 단계, 및 (c) 가열된 투입재를 판상으로 성형 및 냉각시키는 단계;를 포함하는 방법을 제공하는 것이다.A second aspect of the present invention for solving the other problem of the present invention is a method for producing a plate-shaped product made of an amorphous composite material, (a) casting the molten metal to prepare the input material of the amorphous composite material, and (b) It is to provide a method comprising the step of heating to the nucleation temperature (Tn) ~ melting point (Tm) of the crystalline structure of the input material, and (c) forming and cooling the heated input material in the form of a plate.
본 발명에 있어서, '비정질 복합재료'란 비정질 구조와 결정질 구조가 복합화된 재료를 의미하며, 이중 비정질 구조가 25 ~ 85vol.%이고, 나머지는 수지상(dendrite phase)과 같은 결정질 구조로 이루어진 재료이다.In the present invention, 'amorphous composite material' refers to a material in which an amorphous structure and a crystalline structure are combined, of which the amorphous structure is 25 to 85 vol.%, And the rest is a material composed of a crystalline structure such as a dendrite phase. .
비정질 복합재료는 비정질과 결정질이 공존하여 완전 비정질 합금 재료에 비하여 융점이 높고 동일한 가열 온도에서 점성이 높기 때문에, 비정질 합금과 동일한 온도 구역에서 성형할 경우 외관적으로 미려한 판상 제품을 제조하기 어려울 뿐 아니라, 성형 후에 결정질 구조의 조직이 비정질 기지 내에 균일하게 재분포되기도 어렵다. 이러한 점을 고려하여, 비정질 복합재료의 경우, 성형시 가열온도를 결정질 구조의 핵생성 온도(Tn) ~ 융점(Tm) 범위로 한다. 이 온도범위는 액상선과 고상선의 사이의 고/액 공존영역으로 초소성이 가능할 뿐 아니라 성형 후 비정질 액상 기지 내에서 균일하게 재분포한 결정질 구조를 얻을 수 있기 때문이다.Because amorphous composites coexist amorphous and crystalline and have a higher melting point and higher viscosity at the same heating temperature than full amorphous alloy materials, it is not only difficult to produce an apparently beautiful plate-shaped product when molded in the same temperature range as an amorphous alloy. It is also difficult for the crystalline structure to be uniformly redistributed within the amorphous matrix after molding. In view of this point, in the case of the amorphous composite material, the heating temperature during molding is in the range of nucleation temperature (Tn) to melting point (Tm) of the crystalline structure. This temperature range is a solid / liquid coexistence area between the liquidus and the solidus, and not only can be superplasticized, but also obtain a crystalline structure that is uniformly redistributed within the amorphous liquid matrix after molding.
또한, 본 발명의 제 1 및 제 2 측면에 있어서, 상기 (a) 단계에서 투입재는 봉상 또는 판상으로 제조되는 것을 특징으로 한다. 투입재의 형상은 다양하게 제조될 수 있으나, 봉상 또는 판상의 형태로 제조되는 것이 상기 (c)단계의 성형에 유리하기 때문이다. 또한 본 발명에 있어서, '봉상'은 길이방향으로 길게 연장한 형태를 말하며 그 단면형상은 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 형태를 이룰 수 있다. 또한 본 발명에 있어서, '판상'은 두께에 비해 너비가 넓은 형태를 말하며, 그 표면 구조는 평탄하거나 전부 또는 부분적인 요철구조 등을 포함할 수 있다.In addition, in the first and second aspects of the present invention, in the step (a) is characterized in that the input material is produced in the shape of a rod or plate. Although the shape of the input material may be variously manufactured, it is because the shape of the rod or plate is advantageous to the molding of the step (c). In addition, in the present invention, the 'rod' refers to a form extending in the longitudinal direction and its cross-sectional shape may form a variety of forms, such as circular, oval, polygonal. In addition, in the present invention, the 'plate-like' refers to a form having a wider width than the thickness, the surface structure may include a flat or full or partial uneven structure.
또한, 본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 (b)단계에서 투입재의 점도는 1×105 ~ 1×1010 PaS로 유지하는 것을 특징으로 한다. 상기 투입재의 점도가 1×105 PaS 미만일 경우에는 점도가 낮아 성형에는 유리하나 이 정도의 점도를 유지하기 위해서는 결정화 온도에 근접하거나 그 이상이 될 수 있어 결정화될 가능성이 있고, 점도가 1×1010 PaS를 초과할 경우에는 성형이 어렵기 때문이다.In addition, in the first aspect of the present invention, the viscosity of the input material in the step (b) is characterized in that it is maintained at 1 × 10 5 ~ 1 × 10 10 PaS. If the viscosity of the input material is less than 1 × 10 5 PaS, the viscosity is low, which is advantageous for molding, but in order to maintain this viscosity, it may be close to or above the crystallization temperature, and the crystallization may have a viscosity of 1 × 10 5 PaS. This is because molding is difficult when it exceeds 10 PaS.
또한, 본 발명의 제 1 또는 제 2 측면에 있어서, 상기 (c)단계의 성형은 서로 반대방향으로 회전하는 2개의 회전 롤로 이루어진 1 이상의 회전 롤 쌍에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 (c)단계의 성형은 1쌍의 회전 롤을 통해 곧바로 최종 제품으로 성형할 수도 있으나, 2쌍 이상의 회전 롤을 통해 점진적으로 최종 제품으로 성형하는 방식을 사용할 수도 있다. 또한, 최초의 1쌍의 회전 롤은 성형만을 수행하고, 그 후단에 배치되는 회전 롤은 냉각을 수행하는 등 다양한 형태로 성형을 행할 수 있다.In addition, in the first or second aspect of the present invention, the forming of the step (c) is characterized by one or more rotating roll pairs consisting of two rotating rolls rotating in opposite directions. That is, the molding of the step (c) may be molded directly into the final product through a pair of rotary rolls, but may be a method of gradually forming the final product through two or more pairs of rotary rolls. In addition, the first pair of rotary rolls can perform molding in various forms, such as performing only molding, and the rotary rolls arranged at the rear end thereof perform cooling.
또한, 본 발명의 제 1 또는 제 2 측면에 있어서, 상기 회전 롤들은 비정질 합금의 Tg 또는 비정질 복합재료의 Tn 이하로 유지되는 것을 특징으로 한다.Further, in the first or second aspect of the present invention, the rotating rolls are characterized in that they are maintained at or below the Tg of the amorphous alloy or the Tn of the amorphous composite material.
또한, 본 발명의 제 1 또는 제 2 측면에 있어서, 상기 회전 롤 쌍은 최초의 회전 롤 쌍은 최종 판재의 두께보다 넓게 벌려져 있다가 상기 투입재가 롤을 통과하기 전에 최종 두께로 조정되는 것을 특징으로 한다.Further, in the first or second aspect of the present invention, the rotary roll pair is characterized in that the first rotary roll pair is wider than the thickness of the final plate and then adjusted to the final thickness before the feed is passed through the roll. It is done.
또한, 본 발명의 제 1 또는 제 2 측면에 있어서, 상기 최종 두께는 0.1 ~ 1.0mm인 것을 특징으로 한다.In addition, in the first or second aspect of the present invention, the final thickness is characterized in that 0.1 ~ 1.0mm.
또한, 본 발명의 제 1 또는 제 2 측면에 있어서, 상기 회전 롤의 표면에, 판재로 성형될 투입재에 소정 형상 또는 패턴을 전사할 수 있도록, 소정 형상 또는 무늬가 가공되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 회전 롤의 표면에는 원하는 형상의 임의의 패턴(pattern)을 형성하여 상기 투입재가 상기 회전 롤을 통과할 때 회전 폴 표면에 형성된 패턴이 전사되도록 함으로써, 형성되는 판상 제품의 표면에 다양한 패턴을 넣을 수도 있다. 본 발명에 따른 성형은 비정질 재료의 초소성 가공이 가능한 영역에서 이루어지기 때문에, 마이크로 내지는 나노 크기의 패턴을 전사시킬 수 있어, 예를 들어 최종 판상 제품 표면에 홀로그램을 형성할 수 있다.Moreover, in the 1st or 2nd side surface of this invention, the predetermined shape or pattern is processed so that the predetermined shape or pattern can be transferred to the input material to be shape | molded by a plate on the surface of the said rotary roll. The pattern of the desired shape is formed on the surface of the rotating roll so that the pattern formed on the surface of the rotating pole is transferred when the input material passes through the rotating roll to transfer various patterns to the surface of the plate-shaped product to be formed. It may be. Since the molding according to the invention is carried out in a region capable of superplastic processing of the amorphous material, it is possible to transfer micro- or nano-sized patterns, for example to form holograms on the surface of the final plate-shaped product.
또한, 본 발명의 제 1 또는 제 2 측면에 있어서, 상기 회전 롤 쌍 중 하나 이상에, 일 측의 표면에는 소정 형상의 양각 가공이 되어 있고, 타 측의 표면에는 상기 양각 가공에 대응되는 음각 가공이 되어 있는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 양각 및 음각 가공이 되어 있는 회전 롤을 사용하게 되면, 계란판 형상 또는 벌집 모양의 판재를 만들 수 있고, 이와 같이 제조된 판재를 서로 겹쳐서 붙이면 우수한 에너지 흡수재를 만들 수 있다.Further, in the first or second aspect of the present invention, at least one of the rotary roll pairs is embossed with a predetermined shape on the surface of one side, and intaglio processing corresponding to the embossing is performed on the surface of the other side. It is characterized by being. When using the rotary rolls embossed and engraved in this way, it is possible to make an egg plate-shaped or honeycomb-shaped plate material, it is possible to make an excellent energy absorber by pasting the plate material thus prepared.
또한, 본 발명의 제 1 또는 제 2 측면에 있어서, 상기 회전 롤 쌍의 회전 속도는 1 ~ 10 cm/sec인 것이 바람직한데, 이는 회전 속도가 1 cm/sec 미만일 경우 투입재가 회전 롤을 빠져나가지 못하고 롤 위에서 굳어서 고체화될 우려가 있고, 회전 속도가 10 cm/sec를 초과할 경우, 회전 롤의 회전이 너무 빨라서 충분한 냉각효과를 주지 못하기 때문이다.In addition, in the first or second aspect of the present invention, the rotational speed of the rotary roll pair is preferably 1 ~ 10 cm / sec, which is when the feed material exits the rotary roll when the rotational speed is less than 1 cm / sec There is a risk of solidification on the roll and solidification, and when the rotational speed exceeds 10 cm / sec, the rotation of the rotational roll is too fast to give a sufficient cooling effect.
또한, 본 발명의 제 1 또는 제 2 측면에 있어서, 상기 (a) ~ (c)단계는 진공 또는 불활성 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는데, 이는 비정질 합금 또는 비정질 복합재료의 제조과정에서 합금 성분의 산화를 방지하기 위한 것이다. 본 발명에 있어서, '진공'이란 진공도 1x10-1 torr 이하의 진공상태를 의미한다. 또한, '불활성 분위기'란 Ar, He, N등의 불활성 가스분위기로 300torr 이상의 기압상태를 유지한 것을 의미한다.In addition, according to the first or second aspect of the present invention, the steps (a) to (c) is characterized in that it is carried out in a vacuum or inert atmosphere, which is characterized in that the alloy component in the manufacturing process of the amorphous alloy or amorphous composite material It is to prevent oxidation. In the present invention, the 'vacuum' means a vacuum state of 1x10 -1 torr or less. In addition, the term "inert atmosphere" refers to maintaining an atmospheric pressure of 300 torr or more in an inert gas atmosphere such as Ar, He, or N.
또한, 본 발명의 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 3 측면은, 비정질 합금과 이종 재료와의 복합재료 제조방법으로, (a) 용탕을 주조하여 비정질 합금 투입재를 제조하는 단계와, (b) 상기 투입재를 Tg ~ Tx 사이로 가열하는 단계, 및 (c) 가열된 투입재를 서로 대향되게 배치되며 상호 반대방향으로 회전하는 쌍롤에 투입하여 성형할 때, 상기 쌍롤과 투입재의 사이에 상기 이종 재료를 함께 투입함으로써, 상기 이종 재료와 투입재를 결합시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.In addition, a third aspect of the present invention for solving another object of the present invention is a method of manufacturing a composite material of an amorphous alloy and a dissimilar material, (a) casting the molten metal to prepare an amorphous alloy input material, ( b) heating the feed material between Tg and Tx, and (c) forming the heated feed material by placing the heated feed material in a pair of rolls arranged opposite to each other and rotating in opposite directions, between the pair roll and the feed material. By introducing together, it provides a method comprising the step of combining the dissimilar material and the input material.
본 발명에 따른 비정질 합금 또는 비정질 복합재료의 판상 제품 제조방법은 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.The method for producing a plate-shaped product of an amorphous alloy or an amorphous composite material according to the present invention can be expected the following effects.
첫째, 용탕으로부터 직접 판재를 직접 제조하는 종래의 방법에 비해, 비정질 합금을 융점에 비해 상당히 낮은 온도인 △T 구간에서 최종 제품으로의 성형이 이루어지고 성형과정에 단조효과를 부여할 수 있어, 주조결함이 최소화되고 미려한 외관을 갖는 제품을 제조할 수 있어 직접 상용화가 가능하게 된다.First, compared with the conventional method of manufacturing a plate directly from the molten metal, the amorphous alloy is formed into the final product in the ΔT section, which is considerably lower than the melting point, and can be forged in the forming process. It is possible to manufacture a product having a minimal appearance and a beautiful appearance, which enables direct commercialization.
둘째, 초소성이 가능한 △T 구간에서 성형이 이루어지므로, 판재의 두께 조절이 용이할 뿐 아니라, 회전 롤에 다양한 2D/3D의 형상을 미리 가공해 둘 경우, 홀로그램과 같은 미세패턴에서 마크로한 복잡한 형상까지 다양한 형태의 판상 제품을 하나의 공정을 통해 제조할 수 있다.Second, since molding is performed in the ΔT section where superplasticity is possible, not only the thickness of the plate can be easily adjusted, but also the various 2D / 3D shapes are pre-processed on the rotating rolls, so that the complexities of the macro patterns in the fine patterns such as holograms are complicated. Plate-shaped products of various shapes up to the shape can be manufactured through one process.
셋째, 비정질 합금을 회전하는 롤에 통과시킬 때 다른 종류의 재료를 함께 클래딩할 경우, 별도의 복합재료를 쉽게 제조할 수 있다.Third, when different types of materials are clad together when the amorphous alloy is passed through a rotating roll, a separate composite can be easily produced.
도 1은 본 발명에 따른 제조공정도이다.
도 2는 본 발명에서 사용한 성형장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 압연 온도 및 시간과 타임노즈와의 관계를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조한 비정질 합금 투입재의 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조한 비정질 합금 판재의 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조한 비정질 합금 투입재 및 비정질 합금 판재의 XRD 분석결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조한 비정질 복합재료 판재의 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 비정질 합금 또는 비정질 복합재료 판상 제품에 사용된 압연롤의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 3에 따라 제조한 비정질 합금 판상 제품의 사진이다.1 is a manufacturing process chart according to the present invention.
2 is a schematic view of a molding apparatus used in the present invention.
3 is a view showing a relationship between a rolling temperature and time and a time nose in the manufacturing method according to the present invention.
4 is a photograph of an amorphous alloy input material prepared according to Example 1 of the present invention.
5 is a photograph of an amorphous alloy plate prepared according to Example 1 of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an XRD analysis result of an amorphous alloy input material and an amorphous alloy plate material prepared according to Example 1 of the present invention. FIG.
7 is a photograph of an amorphous composite plate prepared according to Example 2 of the present invention.
8 is a schematic diagram of a rolling roll used in an amorphous alloy or an amorphous composite plate-shaped product according to an embodiment of the present invention.
9 is a photograph of an amorphous alloy plate-shaped product prepared according to Example 3 of the present invention.
이하에서는 본 발명의 대표적인 실시 예를 기초로 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to exemplary embodiments of the present invention. However, the technical spirit of the present invention is not limited thereto, but may be variously modified and modified by those skilled in the art.
[실시예 1]Example 1
도 1은 본 발명에 실시예 1에 따른 판재 제조공정도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따른 판재 제조는, 투입재 제조, 투입재 가열, 판상 성형 및 냉각 공정을 통해 이루어진다.1 is a plate manufacturing process according to the first embodiment of the present invention. As shown in Figure 1, the plate material production according to the first embodiment is made through the input material production, input material heating, plate-forming and cooling process.
비정질 합금 투입재를 제조하기 위한 비정질 합금의 용해는 주로 VIM(Vacuum Induction Melting)이나 아크 용해(Arc Melting) 방법이 사용된다.The melting of the amorphous alloy for preparing the amorphous alloy input material is mainly performed by vacuum induction melting (VIM) or arc melting (Arc Melting) method.
본 발명의 실시예에서는 VIM법을 사용하였는데, 칭량된 비정질 원재료를 흑연도가니에 넣고 진공가열이 가능한 챔버에 장입한 후, 진공 및 Ar 퍼징(purging)을 2~3차례 실시하여서 Ar가스를 약 350torr 정도로 채워놓아 불활성 가스 분위기를 만든 후에, 진공챔버의 온도를 올려 원재료를 녹인다. 이때 가열온도는 균일한 액상 조성물을 얻기 위하여 비정질 합금의 액상선 온도(약 750℃)보다 높은 약 1000 ℃까지 올리고, 이후 총 1시간 정도의 합금작업을 통해, Zr: 42.1원자%, Ti: 13.8원자%, Cu: 12.5원자%, Ni: 10원자%, Be: 22.5원자%의 조성을 갖는 약 10Kg의 용탕을 제조하였다.In the embodiment of the present invention, the VIM method was used. The weighed amorphous raw material was placed in a graphite crucible, charged in a chamber capable of vacuum heating, and then vacuum and Ar purging was performed two or three times, thereby arranging Ar gas at about 350 torr. After filling to an inert gas atmosphere, the temperature of the vacuum chamber is raised to melt the raw materials. At this time, the heating temperature is raised to about 1000 ℃ higher than the liquidus temperature (about 750 ℃) of the amorphous alloy in order to obtain a uniform liquid composition, and after a total of 1 hour of alloying work, Zr: 42.1 atomic%, Ti: 13.8 About 10 Kg of molten metal having a composition of atomic%, Cu: 12.5 atomic%, Ni: 10 atomic% and Be: 22.5 atomic% was prepared.
한편, 본 발명에 있어서 비정질 합금은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 비정질 합금의 특징인 Tg와 Tx를 나타내는 합금이면 Zr계, Ti계, Ni계, Fe계, Mg계, Cu계 또는 Al계 등 어느 것이나 본 발명의 대상이 될 수 있다. In the present invention, the amorphous alloy is not limited to the above embodiments, and Zr-based, Ti-based, Ni-based, Fe-based, Mg-based, Cu-based, Al-based, etc. as long as the alloy exhibits Tg and Tx, which are the characteristics of the amorphous alloy. Either can be a subject of the present invention.
또한, 본 발명의 실시예에서는 비정질 합금 용탕의 제조에 흑연도가니를 사용하였으나, 알루미나, 마그네시아, 실리카, 지르코니아 등의 다양한 종류의 도가니를 사용할 수 있음은 물론이다.In addition, although the graphite crucible was used in the preparation of the amorphous alloy molten metal in the embodiment of the present invention, various types of crucibles such as alumina, magnesia, silica, and zirconia may be used.
상기와 같이 제조한 용탕을 수냉되는 구리금형에 주입하여, 도 4에 보여진 것과 같은 판상 형상의 비정질 투입재를 만들었다. 본 발명의 실시예에 사용된 합금 조성은 비정질 형성능이 아주 우수하여 수냉 금형에 주입하는 것으로도, 두께 약 2cm 이상의 판상의 비정질 합금 투입재를 제조할 수 있었다. 한편, 비정질 형성능이 낮은 비정질 합금을 사용할 경우에는 비정질 합금 용탕을 유도가열로 녹인 후에 사출시스템을 통해 봉상이나 판상과 같은 형상의 투입재를 제조하는 다이캐스팅과 같은 방법을 사용할 수도 있다.The molten metal prepared as described above was injected into a water-cooled copper mold, thereby forming a plate-shaped amorphous input material as shown in FIG. 4. The alloy composition used in the embodiment of the present invention was excellent in amorphous forming ability, and even when injected into a water-cooled mold, a plate-shaped amorphous alloy input material having a thickness of about 2 cm or more could be produced. On the other hand, in the case of using an amorphous alloy having a low amorphous forming ability, it is also possible to use a method such as die casting for melting an amorphous alloy molten metal by induction heating and then preparing an input material having a rod or plate shape through an injection system.
상기와 같이 제조한 판상의 비정질 합금 투입재의 비정질화 여부를 확인하기 위하여 XRD분석을 실시하였으며, 도 6에 나타낸 바와 같이, XRD 분석결과 브로드한 피크에서 확인되는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 제조된 판상의 투입재는 비정질 상태로 되어 있다.XRD analysis was performed to confirm the amorphous state of the plate-shaped amorphous alloy input material prepared as described above. As shown in FIG. 6, the XRD analysis result was prepared according to the embodiment of the present invention as confirmed by the broad peak. The plate-like input material is in an amorphous state.
도 2는 본 발명의 실시예에서 상기한 비정질 합금 투입재를 사용하여 판상 제품을 제조하는데 사용한 성형장치(10)의 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 성형장치(10)는 크게, 챔버(100)와, 이 챔버(100)에 비정질 합금 투입재(F)를 투입하기 위한 투입수단(200), 비정질 합금 투입재(F)를 가열하기 위한 가열수단(300), 압연하는 압연수단(400) 및 압연된 판재를 냉각하기 위한 냉각수단(500)으로 이루어진다.2 is a schematic diagram of a
상기 챔버(100)는 대략 직육면체로 형성되며, 일측에는 챔버 내부를 확인할 수 있는 창(110)이 형성되어 있고, 하측에는 제조된 비정질 합금 판재(P)를 취출하기 위한 취출구(미도시)가 형성되어 있다.The
상기 투입수단(200)은 상기 가열수단(300)의 상부에 배치되며, 하단부에 투입재(F)를 고정하는 고정부가 형성되어 있고 상하로 운동하는 이송봉(210)과, 상기 이송봉(210)을 사이에 두고 배치된 2개의 슬라이드봉(220)과 상기 슬라이드봉(220)에 슬라이딩가능하게 고정되며 상기 이송축(210)과 연결된 슬라이드(221)와, 상기 이송봉(210)의 내측에 배치되는 구동축(222)을 구동하는 구동모터(223)를 포함하여 이루어진다. 상기 구동모터(223)가 구동축(222)을 회전구동하면 이와 연동되게 맞물린 이송봉(210)이 상하 운동을 하게 되고, 이에 따라 상기 이송봉(210)의 하단부에 고정된 투입재(F)가 상기 이송봉(210)의 이송속도로 투입된다. 이때 이송봉(210)의 이송속도를 통해 투입재(F)의 가열온도를 조절할 수 있다.The feeding means 200 is disposed on the upper portion of the heating means 300, a fixed portion for fixing the input material (F) is formed at the lower end and the
상기 가열수단(300)은 일반적인 가열챔버와 동일한 구조로 되어 있으며, 상기 챔버(100)의 상부에 배치되고 특히 상기 투입재(F)를 가열하기 위한 저항코일(310)은 수직으로 상기 압연수단(400)의 직상부에 배치된다.The heating means 300 has the same structure as a general heating chamber, the
상기 압연수단(400)은 상기 챔버(100)의 상부에 위치하며, 1쌍의 회전롤(410a,410b)로 이루어진다. 상기 회전롤(410a,410b)의 간격은 최종 판재의 두께를 고려하여 조절될 수 있다.The rolling means 400 is located above the
상기 냉각수단(500)은 상기 1쌍의 회전롤의 하부에 배치되어 상기 회전롤(410a,410b)로부터 배출된 판재에 아르곤과 같은 기체를 송풍하도록 되어 있다. 한편, 본 발명의 실시예에서는 냉각을 위해 기체를 사용하나, 회전롤을 사용하거나 유냉 등 다양한 공지의 냉각방법을 사용할 수도 있다.The cooling means 500 is disposed below the pair of rotary rolls to blow gas such as argon to the plate discharged from the rotary rolls 410a and 410b. On the other hand, in the embodiment of the present invention to use a gas for cooling, it is also possible to use a variety of known cooling methods such as using a rotary roll or oil cooling.
이상과 같은 구조로 이루어진 성형장치(10)의 가열수단(200)을 이용하여, 먼저 비정질 투입재(F)를 약 400℃로 가열하였는데 이 온도는 △T 구간의 높은 부위에 해당한다. 이어서 2cm/sec의 롤 속도로 회전롤(410a,410b)에 통과시키고 이후 아르곤 기체를 통해 냉각시킴으로써, 도 5에 보여진 두께 0.1mm의 비정질 합금 판재(P)를 제조하였다. By using the heating means 200 of the
이때 회전롤(410a,410b)의 표면온도는 가열하지 않고 상온을 유지하거나 일정온도까지 가열하는 방법을 택할 수 있는데, 상온보다는 Tg 이하의 온도로 가열하는 편이 압연을 용이하게 한다. 또한, 압연 시 중요한 점은 회전롤(410a)과 회전롤(410b)이 투입재(F)를 개재하여 맞닿는 부분의 면적이 매우 작기 때문에, 반드시 투입재의 온도가 △T 구간이어야만 미려한 표면의 비정질 판재를 얻을 수 있다는 것이다. 또한, 투입재(F)를 가열할 때 원하는 온도까지 도달시키는 시간을 너무 지체하면 결정화가 진행될 수 있으므로, 결정화가 진행되기 전에 빠른 속도로 롤에 투입해야 한다. 즉, 도 3에 나타낸 바와 같이 압연 과정이 결정화를 이루는 타임노즈(Time nose)를 지나지 않도록 해야 하는데, 본 발명의 실시예에 사용된 비정질 합금 조성은 타임노즈가 약 100초 정도이므로 가열시간이 충분하였으나, 타임노즈가 짧은 합금의 경우에는 유도가열과 같은 방법을 통해서 회전롤 위에서 곧바로 급속가열을 한 후에 투입하여야만 결정화를 막을 수 있다.At this time, the surface temperature of the rotary rolls (410a, 410b) may be a method of maintaining the room temperature or heating up to a constant temperature without heating, it is easier to heat to a temperature of less than Tg than room temperature. In addition, an important point in rolling is that the area of the contact area between the
이와 같은 방법을 통해 도 5에 보여진 바와 같은 얇은 두께의 판재를 제조할 수 있었으며, 도 6에서 확인되는 바와 같이, XRD측정 결과 제조된 비정질 합금 판재가 그 제조과정에서 결정화되지 않고 비정질 상태를 유지하였다.
Through this method, it was possible to produce a thin plate as shown in Figure 5, as shown in Figure 6, the XRD measurement result of the amorphous alloy plate produced as a result of the crystallization in the manufacturing process was maintained in an amorphous state .
[실시예 2][Example 2]
실시예 1과 동일한 방법으로 비정질 복합재료 투입재를 제조하기 위한 용탕을 준비하였다.In the same manner as in Example 1, a molten metal for preparing an amorphous composite material input material was prepared.
상기한 과정을 통해, 본 발명의 실시예 2에서 제조한 용탕의 조성은 Zr: 56.25원자%, Ti: 11.25원자%, Cu: 6.88원자%, Ni: 5.63원자%, Be: 12.5원자%, Nb: 7.5원자%이다. 한편, 이 조성 외에 Ti계, Fe계, Mg계 등에 비정질과 결정질의 혼합 상태를 만들 수 있는 조성이라면, 어느 것이나 사용할 수 있음은 물론이다.Through the above process, the composition of the molten metal prepared in Example 2 of the present invention is Zr: 56.25 atomic%, Ti: 11.25 atomic%, Cu: 6.88 atomic%, Ni: 5.63 atomic%, Be: 12.5 atomic%, Nb : 7.5 atomic%. On the other hand, any composition can be used as long as it is a composition capable of producing an amorphous and crystalline mixed state in addition to the Ti-based, Fe-based, and Mg-based compounds.
다만, 상기 조성의 경우, 실시예 1의 비정질 합금 조성과 달리 융점과 점성이 높은 점을 고려하여, 용탕의 온도는 1200℃로 유지하였다. 이와 같이 제조한 용탕을 상기 실시예 1과 동일하게 수냉되는 구리금형에 주입하여, 판상의 비정질 투입재를 제조하였다. 이와 같은 과정을 통해 수지상(dendrite phase)으로 이루어진 결정질 조직과 비정질 조직이 인-시추(in-situ)로 복합화된 복합조직의 투입재를 얻을 수 있다.However, in the case of the composition, considering the high melting point and viscosity, unlike the amorphous alloy composition of Example 1, the temperature of the molten metal was maintained at 1200 ℃. The molten metal thus prepared was injected into a copper mold to be cooled in the same manner as in Example 1 to prepare a plate-shaped amorphous input material. Through this process, an input material of a composite tissue in which crystalline and amorphous tissues composed of a dendrite phase is combined in-situ can be obtained.
이와 같이 얻어진 비정질 복합재료 투입재를 실시예 1과 동일한 판상 성형장치(10)를 사용하여 동일한 방법으로 판재를 제조하였으며, 다만 압연 전 투입재는 이 투입재의 Tn(약 850℃)보다 높은 880℃로 가열하였으며, 그 결과 도 7에 보여진 바와 같은 1mm 이하의 얇은 두께의 판재의 제조할 수 있었으며, 이 과정을 통한 후에도 비정질 복합재료의 조직은 유지되었다.
The amorphous composite material input material thus obtained was manufactured in the same manner using the same plate-forming
[실시예 3] [Example 3]
본 발명의 실시예 3은 본 발명의 판상 제품 제조방법을 통해, 최종 형상의 제품을 곧바로 제조할 수 있음을 보여주는 예이다.Example 3 of the present invention is an example showing that through the method of manufacturing a plate-shaped product of the present invention, the final shape of the product can be produced immediately.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 비정질 합금 또는 비정질 복합재료 판상 제품에 사용된 압연롤의 개략도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 압연롤의 표면에는 다양한 형상 또는 무늬가 가공될 수 있다.8 is a schematic diagram of a rolling roll used in an amorphous alloy or an amorphous composite plate-shaped product according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 8, the surface of the rolling roll may be processed in a variety of shapes or patterns.
도 9는 상기 실시예 1의 비정질 합금 투입재를 사용하여 상기 성형장치(10)의 회전 롤(410a,410b)의 표면에 각각 피라미드 형상의 돌출부와 홈을 번갈아 가공한 후, 실시예 1과 동일한 공정 조건으로 성형한 제품의 사진이다. 도 9에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 추가 가공이 필요 없는 최종 형상의 제품을 얻을 수 있는데, 이와 같이 판재를 제조함과 동시에 최종 형상을 얻을 수 있는 것은, 비정질 특유의 표면 리플리케이션 (replication) 특성을 본 발명에서 이용할 수 있기 때문이다.9 is alternately processed into pyramidal protrusions and grooves on the surfaces of the rotary rolls 410a and 410b of the
Claims (16)
(a) 용탕을 주조하여 비정질 복합재료의 투입재를 제조하는 단계;
(b) 상기 투입재의 결정질 구조의 핵생성 온도(Tn) ~ 융점(Tm) 범위로 가열하는 단계; 및
(c) 가열된 투입재를 판상으로 성형 및 냉각시키는 단계;를 포함하는 방법.In the manufacturing method of the plate-shaped product consisting of amorphous composite material,
(a) casting a molten metal to prepare an input of an amorphous composite material;
(b) heating the nucleation temperature (Tn) to melting point (Tm) of the crystalline structure of the input material; And
(c) forming and cooling the heated input material into a plate shape.
상기 (a) 단계에서 상기 투입재는 봉상 또는 판상으로 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 2,
In the step (a), the input material is characterized in that the rod or plate manufactured.
상기 (c)단계의 판상으로의 성형은 서로 반대방향으로 회전하는 2개의 회전 롤로 이루어진 1 이상의 회전 롤 쌍에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 2,
Forming into the plate shape of step (c) is characterized by one or more rotary roll pairs consisting of two rotary rolls rotating in opposite directions to each other.
상기 회전 롤 쌍의 온도는 상기 비정질 복합재료의 Tn 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 5, wherein
The temperature of the pair of rotary rolls is maintained below the Tn of the amorphous composite material.
상기 회전 롤 쌍은 최초의 회전 롤 쌍은 최종 판재의 두께보다 넓게 벌려져 있다가 상기 투입재가 롤을 통과하기 전에 최종 두께로 조정되는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 5, wherein
The rotating roll pair wherein the first rotating roll pair is wider than the thickness of the final plate and then adjusted to the final thickness before the feed passes through the roll .
상기 최종 두께는 0.1 ~ 1.0mm인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 8,
The final thickness is 0.1 to 1.0 mm.
판재로 성형될 투입재에 소정 형상 또는 패턴을 전사할 수 있도록, 상기 회전 롤의 표면에 소정 형상 또는 무늬가 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 5, wherein
And a predetermined shape or pattern is processed on the surface of the rotating roll so as to transfer the predetermined shape or pattern to the input material to be molded into the sheet material.
상기 회전 롤 쌍 중, 일 측의 표면에는 소정 형상의 양각 가공이 되어 있고, 타 측의 표면에는 상기 양각 가공에 대응되는 음각 가공이 되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 5, wherein
The surface of one side of the said rotary roll pair is embossed of a predetermined shape, The surface of the other side is embossed corresponding to the said embossing.
상기 회전 롤 쌍은 2 이상으로 이루어지고,
상기 투입재와 최초로 접하는 회전 롤 쌍 이외의 회전 롤 쌍의 표면에, 판재로 성형된 투입재에 소정 형상 또는 패턴을 전사할 수 있도록, 소정 형상 또는 무늬가 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 5, wherein
The rotary roll pair is made of two or more,
And a predetermined shape or pattern is processed on the surfaces of the rotary roll pairs other than the rotary roll pair first contacted with the input material so that the predetermined shape or pattern can be transferred to the input material formed of a sheet material.
상기 투입재와 최초로 접하는 회전 롤 쌍 이외의 회전 롤 쌍의 일 측의 표면에는 소정 형상의 양각 가공이 되어 있고 타 측의 표면에는 상기 양각 가공에 대응되는 음각 가공이 되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.13. The method of claim 12,
A method of embossing a predetermined shape on the surface of one side of the rotary roll pair other than the rotary roll pair first contacted with the input material, and the surface of the other side is embossed corresponding to the embossing.
상기 회전 롤 쌍의 회전 속도는 1 ~ 10 cm/sec인 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 5, wherein
The rotational speed of the rotary roll pair is 1-10 cm / sec .
상기 (a) ~ (c)단계는 진공 또는 불활성 가스 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 2,
Step (a) ~ (c) is characterized in that it is carried out in a vacuum or inert gas atmosphere.
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