KR101495852B1 - 에코 마그네슘 합금 및 그의 제조방법 - Google Patents

에코 마그네슘 합금 및 그의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101495852B1
KR101495852B1 KR1020140019802A KR20140019802A KR101495852B1 KR 101495852 B1 KR101495852 B1 KR 101495852B1 KR 1020140019802 A KR1020140019802 A KR 1020140019802A KR 20140019802 A KR20140019802 A KR 20140019802A KR 101495852 B1 KR101495852 B1 KR 101495852B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnesium alloy
alloy melt
gas
exhaust member
exhaust
Prior art date
Application number
KR1020140019802A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140034884A (ko
Inventor
김태윤
Original Assignee
김태윤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김태윤 filed Critical 김태윤
Priority to KR1020140019802A priority Critical patent/KR101495852B1/ko
Publication of KR20140034884A publication Critical patent/KR20140034884A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101495852B1 publication Critical patent/KR101495852B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C23/00—Alloys based on magnesium
    • C22C23/06—Alloys based on magnesium with a rare earth metal as the next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B22D21/04—Casting aluminium or magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/02—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working in inert or controlled atmosphere or vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C2202/00—Physical properties

Abstract

에코 마그네슘 합금 및 그의 제조방법과 제조장치에 관한 것으로, SF6 등의 보호가스 사용을 극단적으로 줄이면서도 발화온도를 높여 난연성을 향상시키고 기계적 강도를 보강한 동시에, 마그네슘 합금 용탕에 내포된 가스를 신속하고 효과적으로 추출 및 배출함으로써 친환경적이면서도 고품질의 주조품 제조할 수 있는 것이다.
이러한 본 발명은, 에코 마그네슘 합금 제조방법의 경우, 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 도가니에 장입하여 용융하는 단계와, 용융된 마그네슘 합금 용탕에 난연화를 위해 칼슘을 첨가하는 단계와, 용융된 마그네슘 합금 용탕에 강도 보강을 위해 원자번호 57에서 71 중 하나 이상의 원소로 이루어진 희토류 금속을 첨가하는 단계와, 칼슘, 희토류 금속이 첨가된 마그네슘 합금 용탕을 주형 속에 분사하여 주조품을 성형하는 단계와, 마그네슘 합금 용탕을 주형 속에 분사하기 직전에 마그네슘 합금 용탕으로부터 가스를 추출하여 배출하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

에코 마그네슘 합금 및 그의 제조방법{ECO MAGNESIUM ALLOY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 마그네슘 합금에 관한 것으로, 특히 SF6 등의 보호가스 사용을 극단적으로 줄이면서도 발화온도를 높여 난연성을 향상시키고 기계적 강도를 보강한 동시에, 마그네슘 합금 용탕에 내포된 가스를 신속하고 효과적으로 추출 및 배출함으로써 친환경적이면서도 고품질의 주조품을 제조하는데 적당한 에코 마그네슘 합금 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어 플라스틱(plastics)의 대체물로서 경량 금속인 마그네슘 및 마그네슘 합금(이하, 마그네슘 합금)이 크게 각광을 받고 있다. 마그네슘 합금은 철과 대비해보면 그 우수성을 알 수 있는데, 마그네슘 합금은 휨, 비강도가 철의 8.3 배이고 휨, 비강성은 철의 18.13 배일 정도로 우수한 기계적 성질을 갖고 있다. 또한 플라스틱(plastics)과 대비해보면 리사이클(recycle)성, 전자 실드(shield)성, 내열성, 방열성, 강도, 강성 측면에서 모두 플라스틱(plastics)을 능가하며, 촉감이나 미관의 경우에도 플라스틱(plastics)보다 고급스런 느낌을 전달해준다.
나아가, 상기 마그네슘(magnesium)은 알루미늄과 철에 이어 자원량이 풍부한금속인데 특히 해수중에 0.13%정도 포함되어 있는 것은 물론 마그네사이트나 백운석(dolomite) 등에 포함되어 있을 정도로 자원량이 풍부한 장점이 있다.
그러나 상기 마그네슘 합금을 제조하기 위한 과정에서의 마그네슘 합금 용탕은 쉽게 발화되는 특성을 가지고 있다. 따라서, 이러한 마그네슘 합금 용탕의 발화를 방지하는 방법으로 용제(Flux)의 사용과 보호가스의 사용이 제안되고 있다.
상기 용제(Flux)는 용탕과 산소와의 반응차단으로 조업 중 발화를 방지하는 역할을 하는 것으로, 용제의 조성은 MgCl2, KCl 및 기타 금속염화물의 혼합물이며, 경우에 따라서는 소량의 CaF2 와 MgO를 포함하기도 한다.
상기 보호가스는 용탕 표면 산화막의 치밀화 및 특성 변화등에 의하여 노출 용탕면적을 최소화함으로써 용탕을 보호하는 역할을 하며, 보호가스 종류로는 SO2, CO2, 비활성기체, SF6, HFC-134a, Novec™612 및 이들의 혼합 가스등을 들 수 있다.
그러나, 상술한 용제의 사용은 마그네슘 용탕과 용제와의 반응에 의해 용탕 일부가 손실될 뿐만 아니라, 주조 과정에서 반응 생성물이 유입되어 최종 제품의 기계적 특성과 내식 특성을 떨어뜨린다.
또한, 보호가스로 이용되는 SO2 가스는 인체에 유해하며, 철제 장비를 부식시켜 장비의 수명을 단축시키는 문제점을 지니고 있으므로 사용에 제한이 되고 있으며, 특히, SF6 가스는 GWP(Global Warming Potential)가 23,900로 온실가스로 분류되고 있는 가스 중 가장 그 효과가 큰 가스이다.
또한, 대기 중에서 분해되지 않고 남아 있는 기간으로 볼 때 이산화탄소 및 프레온 가스등이 약 100년으로 추정되는 반면, SF6 가스는 3,200년으로 극히 오랜기간 분해되지 않고 대기 중에 잔존하기 때문에 연간 방출되는 양이 적더라도 오랜 기간 누적되면 그 파장이 엄청난 가스이다.
따라서, 지구온난화를 억제할 수 있는 마그네슘 용탕 보호방법으로는 첨가원소를 이용하여 마그네슘 용탕 자체의 산화를 근본적으로 억제하는 기술을 개발하는 것이라 할 수 있으며, 이를 통하여 보호가스의 사용을 극단적으로 줄이는 동시에 합금 자체의 난연성을 도모하여 공정 및 사용중의 발화를 억제하는 것이 요구된다.
통상적으로 마그네슘에 첨가원소인 칼슘(Ca)등을 첨가하게 되면 고온에서도 마그네슘 용탕의 산화 및 발화가 억제되는 것으로 알려져 있으며, 또한 소량의 희토류 금속을 첨가하면 기계적 강도까지 향상되는 것으로 알려져 있다.
그러나, 마그네슘 합금 용탕을 주형 속에 분사하여 빌렛 또는 주조품을 제조하는 과정에서 마그네슘 합금 용탕에 내포된 다량의 가스로 인해 만족할만한 고품질의 결과물을 얻지 못하는 문제점이 있었다. 이는 마그네슘 합금의 경우 단위 체적당 열용량이 작아 응고가 빠르게 진행되기 때문에 주형 속으로 마그네슘 용탕의 주입 및 성형이 고속으로 이루어지는 관계로 빌렛 또는 주조품의 성형 제조시 짧은 시간동안 마그네슘 합금 용탕으로부터 가스의 배출이 충분히 이루어져야 하나 현재의 기술로는 역부족이었던 것이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 SF6 등의 보호가스 사용을 극단적으로 줄이면서도 발화온도를 높여 난연성을 향상시키고 기계적 강도를 보강한 동시에, 마그네슘 합금 용탕에 내포된 가스를 신속하고 효과적으로 추출 및 배출함으로써 친환경적이면서도 고품질의 주조품을 제조하는데 적당한 에코 마그네슘 합금 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 에코 마그네슘 합금 제조방법은, 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 도가니에 장입하여 용융하는 단계와; 상기 용융된 마그네슘 합금 용탕에 난연화를 위해 칼슘을 첨가하는 단계와; 상기 용융된 마그네슘 합금 용탕에 강도 보강을 위해 희토류 금속을 첨가하는 단계와; 상기 칼슘, 희토류 금속이 첨가된 마그네슘 합금 용탕을 주형 속에 분사하여 주조품을 성형하는 단계와; 상기 마그네슘 합금 용탕을 주형 속에 분사하기 직전에 상기 마그네슘 합금 용탕으로부터 가스를 추출하여 배출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 마그네슘 합금 용탕으로부터 가스를 추출하여 배출하는 단계는, 상기 마그네슘 합금 용탕을 일정 구간 흐르도록 안내하면서, 그 일정 구간 외측을 링 형태로 형성된 복수의 배기부재가 감싸도록 함으로써 상기 마그네슘 합금 용탕으로부터 배기가 이루어지도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 배기부재는 일측면 외주면에 길이방향으로 돌출된 제1돌기와, 일측면 내주면에 길이방향으로 돌출되고 방사방향으로 형성된 배기용 미세홈을 구비한 제2돌기와, 상기 제1돌기와 제2돌기 사이에 형성된 가스 챔버를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1돌기는 제2돌기에 비해 길이방향으로 높게 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 배기부재는 복수개의 조각으로 분할된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 배기부재의 제1돌기에는 가스를 배출할 수 있는 복수의 배기공이 더 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 배기부재의 제1돌기는 가스를 배출할 수 있도록 이격을 두고 분할된 다수의 돌기들로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 마그네슘 합금 용탕을 일정 구간 흐르도록 안내하기 위하여, 외측면에 길이방향을 따라 마그네슘 합금 용탕의 이동을 안내하는 가이드홈을 구비한 안내부재를 구비하여 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 배기부재의 외측을 둘러싸는 진공펌프를 설치하여 진공압에 의해 상기 마그네슘 합금 용탕으로부터 가스를 강제 추출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 배기부재의 미세홈은 에칭, 방전 가공, 레이저 가공 중 어느 한 방법으로 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 미세홈을 에칭으로 형성하는 방법은, 배기부재 상에 레지스트층을 형성하는 단계; 상기 레지스트층에 마이크로 패턴을 형성하는 단계; 상기 배기부재의 표면 일부를 부식시키는 단계; 및 상기 레지스트층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 첨가되는 칼슘은 0.3 내지 3중량%인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 칼슘의 첨가를 위해 산화칼슘(CaO) 분말을 첨가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 첨가되는 희토류 금속은 0 내지 3.0 중량%(0은 제외)의 원자번호 57에서 71 중 하나 이상의 원소로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 첨가되는 희토류 금속은 가돌리늄(Gd), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm) , 디스프로슘(Dy) 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 마그네슘 합금 용탕의 발화 및 연소 억제를 위하여 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논 중에서 선택된 희유가스(rare gas) 또는 질소가스를 상기 도가니 내에서 마그네슘 합금 용탕이 채워지고 남은 상부 공간에 주입하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 희유가스 또는 질소가스를 상기 마그네슘 합금 용탕에 의해 채워진 상기 도가니 내의 하부 공간에도 주입하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 용융된 마그네슘 합금 용탕에 가공성을 부여하기 위하여 리튬(Lithium)을 더 첨가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 용융된 마그네슘 합금 용탕에 결정립을 미세화하기 위해 지르코늄(Zr)을 더 첨가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 용융된 마그네슘 합금 용탕에 상기 칼슘 첨가로 인한 내식성을 저하를 회복시키기 위해 아연을 더 첨가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 에코 마그네슴 합금은, 상기 에코 마그네슘 합금 제조방법에 의해 제조된 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 에코 마그네슘 제조장치는, 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 용융하여 용탕을 형성하는 도가니와; 상기 도가니에서 형성된 마그네슘 합금 용탕을 분사하는 분사어셈블리와; 상기 분사어셈블리에서 분사되는 마그네슘 합금 용탕을 받아 주조품으로 성형하는 금형을 포함하여 이루어지고, 상기 분사어셈블리는, 상기 마그네슘 합금 용탕을 일정 구간 흐르도록 안내하면서, 그 일정 구간 외측을 감싸주는 링 형태로 형성된 복수의 배기부재를 구비하여 마그네슘 합금 용탕으로부터 가스를 추출하여 배출할 수 있도록 하되, 상기 배기부재는 일측면 외주면에 길이방향으로 돌출된 제1돌기와, 일측면 내주면에 길이방향으로 돌출되고 방사방향으로 형성된 배기용 미세홈을 구비한 제2돌기와, 상기 제1돌기와 제2돌기 사이에 형성된 가스 챔버를 포함하여 이루어진 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1돌기는 제2돌기에 비해 길이방향으로 높게 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 도가니의 상부 덮개를 관통하여 삽입되고 하측으로 연장되어 마그네슘 합금 용탕으로 채워진 도가니 내부의 하부 공간에서 희유가스를 주입할 수 있도록 한 역티자형의 주입노즐을 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 에코 마그네슘 합금 및 그의 제조방법과 제조장치는, SF6 등의 보호가스 사용을 극단적으로 줄이면서도 발화온도를 높여 난연성을 향상시키고 기계적 강도를 보강한 동시에, 마그네슘 합금 용탕에 내포된 가스를 신속하고 효과적으로 추출 및 배출함으로써 친환경적이면서도 고품질의 주조품을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 마그네슘 합금 용탕이 제2가이드홈에서 제1가이드홈으로 넘어갈 때 얇고 고르게 펴지면서 가스가 효과적으로 추출된다.
또한, 본 발명은 추출된 가스가 배기부재들간의 틈뿐만 아니라 배기부재를 구성하는 각 조각들 사이의 틈을 통하여 외부로 배출되므로 효과적인 배출이 이루어진다.
또한, 본 발명은 별도의 장치가 필요 없으므로 금형 전체적으로 간단한 구성 및 가격의 절감을 이룰 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 에코 마그네슘 합금 제조장치 전체를 설명하기 위한 개략의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 에코 마그네슘 합금 제조방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 분사어셈블리의 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 분사어셈블리의 분해사시도.
도 5은 본 발명에 따른 분사어셈블리의 종단면도.
도 6는 본 발명에 따른 안내부재의 구성을 설명하기 위한 시시도.
도 7는 본 발명에 따른 배기부재를 설명하기 위한 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 배기부재의 정면도.
도 9은 본 발명에 따른 배기부재의 미세홈을 에칭으로 형성하는 방법을 설명하기 위한 일련의 참조도.
도 10은 본 발명에 따른 배기부재의 미세홈을 에칭으로 형성하는 것을 설명하기 위한 흐름도.
도 11와 도 12은 본 발명에 따른 배기부재에 레이저 가공으로 미세홈을 형성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 13은 진공펌프를 이용하여 마그네슘 합금 용탕으로부터 가스를 강제로 분리할 수 있도록 한 구성을 설명하기 위한 사용상태도.
도 14는 본 발명에 따른 안내부재의 변형된 구성을 설명하기 위한 참조사시도.
도 15은 도 14의 I-I에 따른 단면도.
도 16 내지 도 17은 변형된 형태의 배기부재를 설명하기 위한 참조 정면도.
이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 에코 마그네슘 합금 제조장치 전체를 설명하기 위한 개략의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 에코 마그네슘 합금 제조장치는 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 용융하여 용탕을 만들고 이를 공급하기 위한 도가니(10)와, 상기 도가니(10)로부터 마그네슘 합금 용탕(13)을 공급받아 주조품을 성형하기 위한 금형(20), 상기 금형(20)에 마그네슘 합금 용탕(13)을 분사하기 위한 분사어셈블리(100)를 포함하여 구성된다.
주목할 것으로, 본 발명에 따른 상기 분사어셈블리(100)는 단순히 마그네슘 합금 용탕(13)을 분사하는 역할만을 하는 것이 아니라 마그네슘 합금 용탕(13)에 내포된 다량의 가스를 짧은 시간동안 신속하고 효과적으로 추출 및 배출할 수 있도록 구성된다는 점이다. 이처럼 본 발명에 의한 에코 마그네슘 합금 제조장치는 마그네슘 합금 용탕(13)에 내포된 가스의 추출 및 배출을 효과적으로 수행하는 독특한 구성의 분사어셈블리(100)를 구비하여 내포된 가스를 효과적으로 제거함으로써 고품질의 마그네슘 합금 주조품을 성형하는 것이 가능하게 된다. 이같은 분사어셈블리(100)의 구성에 대해서는 차후에 상세히 설명하도록 한다.
한편, 상기 도가니(10)는 마그네슘 합금 용탕(13)이 채워지고 난 상부 공간(14)에 희유가스를 주입하기 위해 희유가스 공급원(30)과 연결된 가스 주입구(17a) 및 주입된 희유가스를 사용한 후 외부로 배출하기 위한 가스 배출구(17b)를 구비한다. 상기 가스 주입구(17a)는 희유가스 공급원(30)과 연결시켜주는 공급배관(16b)이 연결되고, 상기 가스 배출구(17b)는 외부와 연결되는 배출배관(16c)이 연결된다.
이에 더해 본 발명은 마그네슘 합금 용탕(13)이 채워져 있는 하부 공간에 희유가스를 주입하기 위한 역티자형의 주입노즐(15)이 추가적으로 설치된 독특한 구성을 갖는다. 상기 주입노즐(15)은 도가니(10)의 상부 덮개를 관통하여 삽입되고 하측으로 연장되어 그 하단부가 마그네슘 합금 용탕(13)으로 채워진 도가니(10) 내부의 하부 공간에까지 이른다. 그리고 상기 주입노즐(15)은 가스 공급배관(16a)에 의해 희유가스를 저장하고 있는 희유가스 공급원(30)과 연결된다.
이같은 구성에 의하면 도가니(10)의 상부 공간(14)뿐만 아니라 마그네슘 합금 용탕(13)으로 인해 배제된 하부 공간까지도 동시다발적으로 희유가스를 주입할 수 있게 되어 마그네슘 합금 용탕(13)의 발화 및 연소를 더욱 억제할 수 있게 된다.
나아가 상기 주입노즐(15)은 미도시된 모터에 의해 회전할 수 있도록 추가적인 구성이 가능하다. 이같은 구성에 의하면 역티자형으로 형성된 상기 주입노즐(15)이 회전하여 마그네슘 합금 용탕(13)을 휘저으면서 하단부에 구비된 분사공(15a)을 통해 희유가스를 분사하기 때문에 마그네슘 합금 용탕(13)에 대한 희유가스의 교반이 원활하게 이루어진다.
한편, 상기 도가니(10)의 하부에는 마그네슘 합금 용탕(13)을 상기 금형(20)으로 공급하기 위한 용탕 배출구(17c)를 구비한다. 상기 용탕 배출구(17c)는 용탕 공급배관(16d)을 통해 분사어셈블리(100) 및 금형(20)과 연결된다.
계속해서 아래에서는 전술된 에코 마그네슘 합금 제조장치를 이용하여 진행되는 에코 마그네슘 합금 제조방법에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 에코 마그네슘 합금 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 에코 마그네슘 제조방법은, 마그네슘 합금 용융단계(S11), 희유가스 주입단계(S12), 칼슘 첨가단계(S13), 희토류 금속 첨가단계(S14), 리튬 첨가단계(S15), 지르코늄 첨가단계(S16), 아연 첨가단계(S17), 가스 추출 및 배출단계(S18), 마그네슘 합금 용탕 분사단계(S19)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 마그네슘 합금 용융단계(S11)는, 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 도가니(10)에 장입하여 용융한다.
상기 희유가스 주입단계(S12)는, 고온 상태에 있는 상기 마그네슘 합금 용탕(13)의 발화 및 연소 억제를 위하여 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논 중에서 선택된 희유가스(rare gas) 또는 질소가스를 상기 도가니(10) 내에서 마그네슘 합금 용탕(13)이 채워지고 남은 상부 공간(14)에 주입한다.
그리고 이에 더해 상기 희유가스 또는 질소가스를 상기 마그네슘 합금 용탕(13)에 의해 채워진 도가니(10) 내의 하부 공간에도 주입한다. 이를 위해 역티자형으로 상기 도가니(9910) 내의 하부 공간까지 드리워지고 회전 가능하게 설치되어 교반기능도 겸하는 주입노즐(15)을 사용하여 희유가스를 주입한다. 이로써, 도가니(10)의 상부 공간(14)뿐만 아니라 마그네슘 합금 용탕(13)으로 인해 배제된 하부 공간까지도 동시다발적으로 희유가스를 주입할 수 있게 되어 마그네슘 합금 용탕(13)의 발화 및 연소를 더욱 억제할 수 있게 된다.
상기 칼슘 첨가단계(S13)는, 상기 용융된 마그네슘 합금 용탕(13)에 난연화를 위해 칼슘을 첨가한다. 희유가스나 질소가스가 주입되어 형성된 불활성 분위기에서 마그네슘 합금을 발화 및 연소 없이 용탕으로 용해하려면 드로스(dross) 내부조직과 응고 후의 합금표면층 조직이 치밀해지도록 제어해야 한다. 이를 위해 마그네슘 합금 용탕(13)에 칼슘을 첨가하면 마그네슘 합금 용탕(13) 드로스의 내부조직이 치밀해지고, 응고된 합금의 표면에 조밀한 CaO 또는 CaO + MgO 의 조직을 형성하게 된다. 이때 난연화를 지향하는 마그네슘 합금의 용해와 주조의 경우 마그네슘 합금 용탕이 산소와 접촉하지 않도록 치밀하고 안정된 드로스층이 표면에 형성되어야 하므로, 마그네슘 합금 용탕(13)과 산화물의 체적비 및 산화물의 성장방향, 여러 종류의 산화물간의 반응 및 역할 규명 등이 선행되어야 한다. 이러한 영향들을 고려하여 상기 단계에서는 마그네슘 합금 용탕(13)에 적정량의 칼슘을 첨가한다. 만일 성형하고자 하는 주조품이 모합금인 경우라면 35중량% 이하의 칼슘을 첨가하여야 하며, 성형하고자 하는 주조품이 모합금을 기반으로 하는 잉곳(ingot), 빌렛(billet) 등의 반제품이거나 완제품인 경우 0.3 내지 3중량% 범위의 칼슘을 첨가함으로써 마그네슘 합금 용탕(13)에 필요로 하는 난연성을 부여한다. 다만 본 실시예는 주조품이 모합금을 기반으로 하는 잉곳(ingot), 빌렛(billet) 등의 반제품이나 완제품을 주로 염두하여 설명하고 있으나, 주조품이 모합금인 경우도 배제하지는 않는다.
상기 희토류 금속 첨가단계(S14)는, 상기 용융된 마그네슘 합금 용탕(13)에 강도 보강을 위해 희토류 금속을 첨가한다. 상기 첨가되는 희토류 금속은 0 내지 3.0 중량%(0은 제외)의 원자번호 57에서 71 중 하나 이상의 원소로 이루어진다.
이처럼 희토류 금속을 첨가함으로써 마그네슘 합금을 제조할 때 불규칙적인 조직이 형성되는 것을 억제하는 반면, 균일하고 미세한 층상조직(lamella structure)의 형성을 증대시킬 수 있다. 또한, 결정립 미세화에 의한 고강도와 고연성이 향상되며 미세한 금속간 화합물의 형성으로 내열성이 향상되는 복합적인 장점을 갖게 된다.
*한편, 마그네슘 합금 용탕(13)에 알루미늄이 더해지는 경우 상기 희토류 금속은 가돌리늄(Gd), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 디스프로슘(Dy) 중 하나인 것이 바람직하다. 이는 상기 가돌리늄(Gd), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 디스프로슘(Dy)의 경우 알루미늄과 결합되면서 균일한 Al2RE금속간 화합물을 형성하게 되어 미세한 층상조직 형성 및 고강도 고연성의 성질을 얻는데 유리하기 때문이다.
상기 리튬 첨가단계(S15)는, 상기 용융된 마그네슘 합금 용탕(13)에 가공성을 부여하기 위하여 0.01 내지 1중량%의 리튬(Lithium)을 더 첨가한다. 이처럼 마그네슘 합금 용탕(13)에 소량의 리튬을 첨가하게 되면 성형시 주조성을 개선하는 메커니즘을 형성하게 된다. 즉, 금형(20)의 주형(21)에 눌어붙지 않도록 억제되는데, 이는 란타노이드(lanthanoids), 이트륨(yttrium), 스칸듐(scandium), 칼슘(calcium) 등의 활성 금속이 철과 반응하기 때문에 생기는 것이지만, 소량의 리튬(Lithium)을 포함시켜주면 마그네슘 합금 용탕(13) 표면에 얇은 수산화 리튬(Lithium) 막이 형성되면서 이 막이 주조시 이형제로 작용하여 눌어붙는 문제를 자연스럽게 해소하기 때문이다.
또한 열간 균열과 관련하여는 마그네슘(magnesium)은 300℃부근에서 수소를 배출하고, 이것이 어떠한 형태로인지 열간 균열의 원인이 되는 것으로 추측 되는데, 리튬(Lithium)이 첨가되면 리튬(Lithium)과 수소와의 친화성이 강하기 때문에 수소의 배출 온도가 마그네슘 합금 용탕(13)의 온도 이상이 되면서 수소의 배출이 억제되어 열간 균열을 억제할 수 있다.
상기 지르코늄(Zr) 첨가단계(S16)는, 상기 용융된 마그네슘 합금 용탕(13)에 결정립을 미세화 하기위해 0.05 내지 3중량%의 지르코늄(Zr)을 더 첨가한다. 지르코늄은 일반적으로 금속에서 강력한 결정립을 미세화하는 기능을 부여하는 것으로 알려져 있으며 마그네슘 합금의 경우에도 첨가제로 인해 저하된 결정립을 미세화하는데 유용하게 사용될 수 있다.
상기 아연 첨가단계(S17)는, 상기 용융된 마그네슘 합금 용탕(13)에 상기 칼슘 첨가로 인한 내식성 저하를 회복시키기 위해 아연을 더 첨가한다. 아연은 일반적으로 금속에서 강력한 녹방지 기능을 부여하는 것으로 알려져 있으며 마그네슘 합금의 경우에도 칼슘 첨가로 인해 저하된 내식성을 보강하는데 유용하게 사용될 수 있다.
상기 가스 추출 및 배출단계(S18)는, 상기 마그네슘 합금 용탕(13)을 주형(21)에 분사하기 직전에 상기 마그네슘 합금 용탕(13)으로부터 가스를 추출하여 배출한다. 상기 가스 추출 및 배출단계(S18)에서는, 상기 마그네슘 합금 용탕(13)을 일정 구간 흐르도록 안내하면서, 그 일정 구간 외측을 링 형태로 형성된 복수의 배기부재가 감싸도록 함으로써 상기 마그네슘 합금 용탕(13)으로부터 배기가 원활하게 이루어지도록 한다. 상기 배기부재는 상기 분사어셈블리(100)에 포함된 핵심적인 구성요소 가운데 하나로서 짧은 시간동안 마그네슘 합금 용탕(13)에 내포된 가스를 추출하고 배출하는데 중요한 역할을 수행한다. 이같은 가스 추출 및 배출단계에서 사용되는 분사어셈블리(100)의 구성에 대해서는 차후에 상세히 설명하도록 한다.
나아가, 상기 가스 추출 및 배출단계(S18)에서 상기 배기부재의 외측을 둘러싸는 진공펌프를 설치하여 진공압에 의해 상기 마그네슘 합금 용탕(13)으로부터 가스를 강제 추출한다면 가스를 더욱 신속하게 추출하고 배출할 수 있게 된다. 상기 진공펌프의 구성에 대해서도 차후에 분사어셈블리(100)를 설명할 때 함께 설명하기로 한다.
이후, 상기 마그네슘 합금 용탕 분사단계(S19)가 진행된다. 상기 마그네슘 합금 용탕 분사단계(S19)는 상기 가스 추출 및 배출단계와 거의 동시에 이루어지며, 칼슘, 희토류 금속을 비롯하여 각종 첨가물이 첨가된 마그네슘 합금 용탕(13)을 금형(20)의 주형(21) 속에 분사하여 주조품을 성형하게 된다. 여기서, 상기 주조품은 마그네슘 합금의 모합금을 포함하여 반제품인 잉곳, 빌렛 그리고 완제품 모두를 포괄한다.
계속해서, 본 발명에 의한 마그네슘 합금 제조장치 및 제조방법에서 핵심적인 비중을 차지하고 있는 분사어셈블리의 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 분사어셈블리의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 분사어셈블리의 분해사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 분사어셈블리의 종단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 분사어셈블리(100)는, 메인몸체(110), 헤드(120), 안내부재(130), 배기부재(140)를 포함하여 이루어지며, 상기 안내부재(130)와 배기부재(140)의 협력 작업에 의하여 메인몸체(110) 내부의 통로(111)로 흐르는 마그네슘 합금 용탕(13)으로부터 가스를 효과적으로 추출하여 외부로 배출할 수 있게 된다.
아래에서는 상기 안내부재(130) 및 배기부재(140)를 중심으로 본 발명에 따른 분사어셈블리(100)의 구성에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 상기 메인몸체(110)는 내부가 관통된 원통 형상이다. 상기 메인몸체(110)는 그 일단이 상기 도가니(10)에 연결되어 마그네슘 합금 용탕(13)을 공급받으며, 그 타단은 헤드(120)와 결합된다. 상기 메인몸체(110)의 내부에는 용탕 통로(111)가 형성되어 있다. 따라서, 상기 메인몸체(110)의 일단을 통해 공급된 마그네슘 합금 용탕(13)은 상기 통로(111)를 통해 상기 헤드(120)에 공급된다.
또한, 상기 메인몸체(110)의 내부공간에는 마그네슘 합금 용탕(13)에 포함된 가스를 배출하기 위한 배기부재(140)가 삽입 설치된다.
또한, 상기 메인몸체(110)에는 다수의 가스 배기구(112)가 형성된다. 상기 가스 배기구(112)는 상기 메인몸체(110)의 내주면에서 외주면까지 연통되어 마그네슘 합금 용탕(13)에 포함된 가스를 상기 메인몸체(110)의 외부로 최종 배출하는 역할을 한다.
상기 헤드(120)는 그 일단이 상기 메인몸체(110)와 결합하고 그 타단에는 분사구(121)가 형성되어 있어, 마그네슘 합금 용탕(13)을 금형(20)의 주형(21)을 향해 분사하는 역할을 수행한다. 여기서, 상기 메인몸체(110)와 헤드(120)의 결합은 나사결합일 수도 있고 단순히 억지끼움 방식일 수도 있다. 하지만, 도면에 도시된 것처럼 메인몸체(110)의 일측 내주면과 헤드(120) 외주면에 나사산이 형성되어 서로 나사결합할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 헤드(120)는 필요로 하는 직경을 가지며 마그네슘 합금 용탕(13)을 분출시키기 위해 상기 메인몸체(110)측 단부로부터 상기 분사구(121)로 점차 내경이 축소되도록 구성된다.
도 6은 본 발명에 따른 안내부재의 구성을 설명하기 위한 시시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 안내부재(130)는 양 단부에 콘(135a,135b)이 형성되어 있으며, 상기 안내부재(130)의 외주면에는 길이 방향으로 제1가이드홈(131)과 제2가이드홈(132)이 형성되어 있다. 또한, 안내부재(130)의 일측부에 배기부재(140)를 지지하기 위한 지지부(133)가 일체로 형성되어 있다. 상기 지지부(133)에는 복수개의 연결공(134)이 형성되어 있다.
또한, 상기 안내부재(130)의 외주면에는 길이 방향으로 형성된 제1가이드홈(131)은 상기 헤드(120) 방향으로 뚫려 있으며, 상기 제2가이드홈(132)은 상기 헤드(120) 방향으로 막혀 있다.
또한, 상기 연결공(134)은 상기 용탕 통로(111)와 상기 제2가이드홈(132)을 연결하는 역할을 한다.
이같은 구성에 따르면, 상기 용탕 통로(111)로 공급된 마그네슘 합금 용탕(13)이 상기 제2가이드홈(132)을 통하여 헤드(120) 방향으로 이동하는 것이 가능해진다. 그 후, 상기 마그네슘 합금 용탕(13)은 막혀있는 제2가이드홈(132)에 의해 그 이동을 제한 받게 되고, 그 주위에 형성된 제1가이드홈(131)으로 넘어가게 된다. 이 과정에서 마그네슘 합금 용탕(13)은 얇고 고르게 펴지면서 마그네슘 합금 용탕(13)에 포함되어 있는 가스가 효과적으로 추출된다.
이 후, 마그네슘 합금 용탕(13)은 제1가이드홈(131)을 따라 헤드(120)로 이동하게 되고, 상기 분사구(121)를 통해 금형으로 분사된다.
도 7은 본 발명에 따른 배기부재를 설명하기 위한 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 배기부재의 정면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배기부재(140)는 상기 안내부재(130)에 끼워지며, 추출된 가스를 메인몸체(110)의 외부로 배출시키는 역할을 한다. 이를 위해 상기 배기부재(140)는 제1돌기(143), 제2돌기(144), 그리고 가스 챔버(145)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1돌기(143)는 상기 배기부재(140)의 일측면 외주면에 길이방향으로 돌출되고, 상기 제2돌기(144)는 상기 배기부재(140)의 일측면 내주면에 길이방향으로 돌출된다. 또한, 상기 가스 챔버(145)는 상기 제1돌기(143)와 상기 제2돌기(144) 사이에 형성된다.
상기 배기부재(140)는 복수개 구비되어 일렬로 연접하여 정렬되며, 상기 제2돌기(144)에는 미세홈(142)이 형성된다. 이로써 마그네슘 합금 용탕(13)에 포함된 가스는 압력에 의하여 상기 미세홈(142)을 통해 가스 챔버(145) 내로 수집된다.
여기서, 상기 배기부재(140)는 방사상으로 분할된 복수개의 조각들로 구성될 수 있다. 각각의 조각 사이에는 미세한 틈이 존재하게 되고, 이 틈을 통하여 가스가 배출된다. 도면에 따르면 상기 배기부재(140)는 8개의 조각으로 분할된 것으로 도시되었으나 분할된 개수는 조절 가능하다. 또한, 상기 배기부재(140)의 제1돌기(143)에는 가스를 배출할 수 있도록 복수의 배기공(147)이 형성된다.
또한, 상기 제2돌기(144)는 제1돌기(143)에 비해 길이방향으로 짧게 형성될 수 있다. 이로써 상기 배기부재(140)가 서로 연접했을 때 상기 제1돌기(143)의 짧은 폭으로 인해 가스가 흐를 수 있는 통로가 마련되어 상기 안내부재(130)를 따라 이동하는 마그네슘 합금 용탕(13)으로부터 추출된 가스가 가스 챔버(145)에 보다 원활하게 유입될 수 있다.
또한, 상기 미세홈(142)의 깊이는 상기 마그네슘 합금 용탕(13)으로부터 가스가 원활하게 분리되면서도 상기 마그네슘 합금 용탕(13)이 유출되지 않는 깊이로 형성되며, 0.001~0.02mm의 깊이면 적당하다.
상기 배기부재(140)에 상기 미세홈(142)을 형성하는 것은 대단히 정밀한 가공을 필요로 하는 것으로, 통상의 금속 가공 방법으로 미세홈(142)이 형성된 배기부재(140)를 대량으로 생산하는 것은 상당한 비용과 시간을 요한다. 따라서, 생산 단가를 낮추고 생산 시간을 단축하기 위한 방법으로 본 발명에 따른 배기부재(140)의 미세홈(142)을 에칭(etching)으로 형성하는 것을 제안하는 바이다. 이에 대해 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 9a에 도시한 바와 같이 배기부재(140)를 준비한다.
이후, 도 9b에 도시된 바와 같이 배기부재(140) 상에 레지스트층(161)을 형성한다. 이 때 레지스트층(161)을 이루는 물질은 포토 레지스트 또는 열경화성 레지스트 등 일반적으로 사용되는 다양한 종류의 레지스트가 적용될 수 있으며, 필름 형식이나 스프레이 도포 등으로 형성될 수 있다.
이후, 도 9c에 도시된 바와 같이 레지스트층(161)에 마이크로 패턴을 형성한다. 마이크로 패턴 형성 방법은 광 리소그래피, 임프린트 리소그래피, 연성 식각, 사출 성형 등 다양한 방법이 적용될 수 있다.
이후, 도 9d에 도시된 바와 같이 에칭을 하여 상기 배기부재(140)의 표면 일부를 부식시킨 후 상기 배기부재(140)의 표면에 존재하는 레지스트층(161)을 제거한다. 이때 에칭은 건식 에칭, 또는 습식 에칭 등 다양한 방식의 에칭이 적용될 수 있다. 즉, 상기 배기부재(140)를 부식액(solution)에 노출시켜 부식시키거나, 플리즈마(plasma)에 노출시켜 상기 미세홈(142)을 형성할 수도 있다.
도 10은 본 발명에 따른 배기부재에 에칭으로 미세홈을 형성하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도시된 바와 같이 배기부재(140) 상에 레지스트층을 형성하는 단계(S110), 상기 레지스트층에 마이크로 패턴을 형성하는 단계(S120), 상기 배기부재(140)의 표면 일부를 부식시키는 단계(S130) 및 상기 레지스트층을 제거하는 단계(S140)를 통해 상기 미세홈(142)을 형성할 수 있다.
이때 티타늄 코팅 단계(S150)를 추가할 수 있으며, 티타늄 코팅에 의하여 부식 방지하고, 미세홈(142)이 확장되는 것을 방지할 수 있다.
이처럼 배기부재(140)에 에칭으로 미세홈(142)을 형성하게 되면 마그네슘 합금 용탕(13)과 가스를 원활히 분리하여 배출할 수 있다.
또한, 상기 배기부재(140)의 미세홈(142)은 레이져(light amplification by stimulated emission of radiation) 가공을 통해 형성할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 상기 미세홈(142)의 깊이는 0.001~0.02mm의 범위인 것이 바람직하므로, 이러한 정밀도를 갖도록 하기 위해서는 정밀 가공에 적합한 레이저 가공을 적용할 수 있다.
도 11과 도 12는 본 발명에 따른 배기부재에 레이저 가공으로 미세홈을 형성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도시된 바와 같이, 배기부재(140) 표면을 연마하는 단계(S210), 배기부재(140) 표면의 이물질 제거하는 단계(S220), 배기부재(140) 표면에 레이저 가공을 하여 미세홈(142)을 형성하는 단계(S231), 폴리싱(polishing) 단계(S233), 배기부재(140) 표면에 티타늄 코팅하는 단계(S235)를 통해 미세홈(142)을 형성할 수 있다.
여기서, 배기부재(140) 표면의 이물질 제거하는 단계(S220)는 배기부재(140) 미세홈(142)의 정밀도를 높일 수 있도록 각각의 단계 중간에 실시할 수도 있고, 상기 폴리싱(polishing) 단계(S233) 또한 제작 공정 중간에 삽입 될 수 있다.
상기 배기부재(140) 표면에 티타늄 코팅하는 단계(S235)를 거치게 되면, 배기부재(140)의 표면에서 발생할 수 있는 부식을 방지할 수 있고, 미세홈(142)이 커지는 현상을 방지할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 레이저 가공 단계(S239) 전후에 티타늄 코팅 단계(S237)를 거칠 수 있으며, 이는 표면 정밀도를 높이며 가공 후 부식을 방지할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 마찬가지로, 배기부재(140) 표면의 이물질 제거하는 단계(S220)가 배기부재(140)에 형성되는 미세홈(142)의 정밀도를 높일 수 있도록 각각의 단계 중간에 실시할 수도 있다. 상기 폴리싱(polishing) 단계(S233) 또한 제작 공정 중간에 삽입 될 수도 있다.
이처럼 레이저 가공으로 미세홈(142)을 형성하게 되면 표면 가공 단계를 거쳐 표면 보다 매끄럽게 가공되어 가스 배출이 보다 원활해 질 수 있다.
소형 기계에 사용될 기어 같은 작은 금속부품을 만드는 경우처럼 몇몇 경우에는 주조를 하면 상당히 많은 기계 가공을 해야 하며, 손실되는 금속조각이 많기 때문에 분말야금을 이용하는 것이 보다 경제적일 수 있다. 또한 텅스텐 같은 금속처럼 녹는점이 매우 높거나, 또는 구리와 흑연처럼 서로 녹지 않는 물질로 이루어진 합금을 만드는 경우에도 용융시키는 것이 비실용적이다. 이러한 분말야금법은 액체나 기체가 투과할 수 있는 다공성 물체를 만드는 데 이용되기도 한다.
이러한 분말야금법 중 소결(sintering)방법을 이용하여 상기 미세홈(142)이 형성된 배기부재(140)를 만들 수 있다. 소결방법으로 배기부재(140)를 형성하게 되면, 정밀하게 상기 배기부재(140)를 형성할 수 있고, 이에 추가하여 상기 미세홈(142)을 형성하면 마그네슘 합금 용탕(13)에 포함된 가스가 투과할 수 있어 더욱 효과적인 가스 배출을 기대할 수 있다.
도 13은 진공펌프를 이용하여 마그네슘 합금 용탕(13)으로부터 가스를 강제로 분리할 수 있도록 한 구성을 설명하기 위한 사용상태도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 분사어셈블리는 메인몸체(110) 외주면에 진공펌프(150)를 설치하여 마그네슘 합금 용탕(13)으로부터 가스를 강제로 분리할 수 있다.
이같은 구성에 의하면 상기 가스 챔버(145), 분할된 배기부재(140)의 조각 틈새, 상기 제1가이드홈(131)과 제2가이드홈(132) 등으로부터 보다 빠르고 효율적으로 가스를 추출하여 배출할 수 있게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 반사어셈블리의 작용 및 동작을 첨부한 도면에 의거 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 도가니(10)로부터 용탕 공급배관(16d)를 통해 메인몸체(110)의 용탕 통로(111)로 공급된 마그네슘 합금 용탕(13)은 연결공(134)을 통하여 제2가이드홈(132)으로 공급되고, 상기 제2가이드홈(132)을 따라 이동한다. 그러나, 상기 제2가이드홈(132)은 그 끝이 막혀 있으므로 상기 마그네슘 합금 용탕(13)은 이동을 제한받으면서 제1가이드홈(131)으로 넘어간 후 제1가이드홈(131)을 따라 이동한다. 이 과정에서 마그네슘 합금 용탕(13)이 얇고 고르게 펴지게 되며, 이때 마그네슘 합금 용탕(13)에 포함되어 있는 가스가 효과적으로 추출된다.
이후, 추출된 가스는 배기부재(140)들 사이에 형성된 틈을 통하여 가스 챔버(145)에 수집된다. 또한, 상기 배기부재(140)를 구성하는 각 조각들 사이의 틈을 통하여도 가스 챔버(145)에 수집된다. 그 후, 수집된 가스는 배기부재(140)를 구성하는 각 조각들 사이의 틈을 통하여 메인몸체(110)의 내주면으로 이동되고, 상기 메인몸체(110)에 형성된 가스 배기구(112)를 통하여 메인몸체(110)의 외부로 최종 배출된다.
계속해서 본 발명에 따른 안내부재(130) 및 배기부재(140)의 변형된 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 14는 본 발명에 따른 안내부재의 변형된 구성을 설명하기 위한 참조사시도이고, 도 15는 도 14의 I-I에 따른 단면도이다.
도시된 바와 같이, 변형된 안내부재(130-2)는 변형전과 같이 복수의 가이드홈(131-2)이 형성되어 있는 구성에는 변함이 없으나 상기 가이드홈(131-2)은 변형전보다 촘촘하게 밀집되게 형성되고 헤드(120)방향과 그 반대방향 양편으로 모두 뚫려 있는 것을 특징으로 한다.
이같은 구성에 따르면 변형전 안내부재(130)와 비교하여 구성이 더욱 간단하여 생산비용을 줄일 수 있는 장점을 갖게 된다.
도 16 내지 도 18은 변형된 형태의 배기부재를 설명하기 위한 참조 정면도이다.
도 16의 경우, 변형전 배기부재(140)와 비교하여 여러 조각들로 분할된 구성은 동일하나 제1돌기(143)에 형성된 배기공(147)을 제거한 것을 특징으로 한다. 이같이 상기 배기공(147)이 배제되더라도 각 조각들의 틈 사이로 미세한 유로가 형성되어 가스의 배출이 가능하다.
도 17의 경우, 변형전 배기부재(140)와 비교하여 여러 조각들로 분할되지 않은 단일의 몸체로 형성되고 제1돌기(143)에 복수의 배기공(147)이 구비된 것을 특징으로 한다. 이같은 구성에 따르면 각 조각들의 틈 사이로 가스의 배출은 이루어지지 않더라도 제1돌기(143)에 구비된 복수의 배기공(147)들에 의해 가스의 배출이 원활하게 이루어진다.
도 18의 경우, 변형전 배기부재(140)와 비교하여 여러 조각들로 분할되지 않은 단일의 몸체로 형성되는 대신 제1돌기(143)가 가스를 배출할 수 있도록 이격을 두고 분할된 복수의 조각 돌기들로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이같은 구성에 따르면 상기 배기공(147)과 마찬가지로 각 조각 돌기들의 틈 사이로 가스의 배출이 원활하게 이루어진다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
10 : 도가니 15 : 주입노즐
20 : 금형 21 : 주형
100 : 분사어셈블리 110 : 메인몸체
111 : 용탕 통로 120 : 헤드
130 : 안내부재 140 : 안내부재

Claims (21)

  1. 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 도가니에 장입하여 용융하는 단계와;
    상기 용융된 마그네슘 합금 용탕에 난연화를 위해 칼슘을 첨가하는 단계와;
    상기 용융된 마그네슘 합금 용탕에 강도 보강을 위해 원자번호 57에서 71 중 하나 이상의 원소로 이루어진 희토류 금속을 첨가하는 단계와;
    상기 칼슘, 희토류 금속이 첨가된 마그네슘 합금 용탕을 주형 속에 분사하여 주조품을 성형하는 단계와;
    상기 마그네슘 합금 용탕을 주형 속에 분사하기 직전에 상기 마그네슘 합금 용탕으로부터 가스를 추출하여 배출하는 단계를 포함하여 이루어지고,
    상기 마그네슘 합금 용탕의 발화 및 연소 억제를 위하여 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논 중에서 선택된 희유가스(rare gas) 또는 질소가스를 상기 도가니 내에서 마그네슘 합금 용탕이 채워지고 남은 상부 공간에 주입하는 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마그네슘 합금 용탕으로부터 가스를 추출하여 배출하는 단계는,
    상기 마그네슘 합금 용탕을 일정 구간 흐르도록 안내하면서, 그 일정 구간 외측을 링 형태로 형성된 복수의 배기부재가 감싸도록 함으로써 상기 마그네슘 합금 용탕으로부터 배기가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법,
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배기부재는 일측면 외주면에 길이방향으로 돌출된 제1돌기와, 일측면 내주면에 길이방향으로 돌출되고 방사방향으로 형성된 배기용 미세홈을 구비한 제2돌기와, 상기 제1돌기와 제2돌기 사이에 형성된 가스 챔버를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1돌기는 제2돌기에 비해 길이방향으로 높게 형성된 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 배기부재는 복수개의 조각으로 분할된 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 배기부재의 제1돌기에는 가스를 배출할 수 있는 복수의 배기공이 더 구비된 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 배기부재의 제1돌기는 가스를 배출할 수 있도록 이격을 두고 분할된 다수의 돌기들로 이루어진 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 마그네슘 합금 용탕을 일정 구간 흐르도록 안내하기 위하여, 외측면에 길이방향을 따라 마그네슘 합금 용탕의 이동을 안내하는 가이드홈을 구비한 안내부재를 구비하여 사용하는 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 배기부재의 외측을 둘러싸는 진공펌프를 설치하여 진공압에 의해 상기 마그네슘 합금 용탕으로부터 가스를 강제 추출하는 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 배기부재의 미세홈은 에칭, 방전 가공, 레이저 가공 중 어느 한 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 미세홈을 에칭으로 형성하는 방법은,
    배기부재 상에 레지스트층을 형성하는 단계;
    상기 레지스트층에 마이크로 패턴을 형성하는 단계;
    상기 배기부재의 표면 일부를 부식시키는 단계; 및
    상기 레지스트층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 첨가되는 칼슘은 0.3 내지 3중량%인 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 칼슘의 첨가를 위해 산화칼슘(CaO) 분말을 첨가하는 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 첨가되는 희토류 금속은 0 내지 3.0 중량%(0은 제외)의 원자번호 57에서 71 중 하나 이상의 원소로 이루어진 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 첨가되는 희토류 금속은 가돌리늄(Gd), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 디스프로슘(Dy) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  16. 삭제
  17. 제1항에 있어서,
    상기 희유가스 또는 질소가스를 상기 마그네슘 합금 용탕에 의해 채워진 상기 도가니 내의 하부 공간에도 주입하는 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 용융된 마그네슘 합금 용탕에 가공성을 부여하기 위하여 리튬(Lithium)을 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 용융된 마그네슘 합금 용탕에 결정립을 미세화하기 위해 지르코늄(Zr)을 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 용융된 마그네슘 합금 용탕에 상기 칼슘 첨가로 인한 내식성을 저하를 회복시키기 위해 아연을 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 에코 마그네슘 합금 제조방법.
  21. 삭제
KR1020140019802A 2014-02-20 2014-02-20 에코 마그네슘 합금 및 그의 제조방법 KR101495852B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140019802A KR101495852B1 (ko) 2014-02-20 2014-02-20 에코 마그네슘 합금 및 그의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140019802A KR101495852B1 (ko) 2014-02-20 2014-02-20 에코 마그네슘 합금 및 그의 제조방법

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120001238A Division KR20130080371A (ko) 2012-01-04 2012-01-04 에코 마그네슘 합금 및 그의 제조방법과 제조장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140034884A KR20140034884A (ko) 2014-03-20
KR101495852B1 true KR101495852B1 (ko) 2015-03-03

Family

ID=50645074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140019802A KR101495852B1 (ko) 2014-02-20 2014-02-20 에코 마그네슘 합금 및 그의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101495852B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004084023A (ja) * 2002-08-28 2004-03-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 加工性に優れるマグネシウム材料
KR20080085662A (ko) * 2007-03-19 2008-09-24 미츠이 긴조쿠 고교 가부시키가이샤 마그네슘합금 소성 가공품 및 그 제조방법
KR20100088383A (ko) * 2009-01-30 2010-08-09 김종수 벤트링, 이를 구비한 사출기용 노즐 어셈블리 및 그 생산 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004084023A (ja) * 2002-08-28 2004-03-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 加工性に優れるマグネシウム材料
KR20080085662A (ko) * 2007-03-19 2008-09-24 미츠이 긴조쿠 고교 가부시키가이샤 마그네슘합금 소성 가공품 및 그 제조방법
KR20100088383A (ko) * 2009-01-30 2010-08-09 김종수 벤트링, 이를 구비한 사출기용 노즐 어셈블리 및 그 생산 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140034884A (ko) 2014-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101495849B1 (ko) 에코 마그네슘 합금 제조방법과 제조장치
US9868150B2 (en) Systems and methods for fabricating structures including metallic glass-based materials using low pressure casting
US8418366B2 (en) Internal gear manufacturing method and metallic glass internal gear manufactured thereby
CN1121918C (zh) 用于镁合金的压力铸造的系统和方法
JPH10311246A (ja) 空洞を有する物体の製造方法
RU2013115842A (ru) Сердечник, применяемый в сочетании с оболочковой формой для литья полой детали из химически активного металлического сплава для образования детали с использованием сердечника и способ получения указанного сердечника
US7389808B2 (en) Method for producing a cast component
US11117190B2 (en) Using thin-walled containers in powder metallurgy
CN1245527C (zh) Cr－Ti－V系储氢合金的制造方法
KR101495852B1 (ko) 에코 마그네슘 합금 및 그의 제조방법
KR20130080371A (ko) 에코 마그네슘 합금 및 그의 제조방법과 제조장치
KR20170010618A (ko) 진공 다이캐스팅 공정을 이용한 모바일 폰 프레임의 제조 방법
JP2007185696A (ja) 鋳鉄方法及び鋳鉄用金型
KR20140138697A (ko) 금속 합금을 연속 주조하는 선회가능한 턴디시와 방법, 선회가능한 턴디시의 용도 및 금속 합금의 세장의 주조 바
JP4889306B2 (ja) 離型材を有するシリコン凝固用鋳型
JP2645600B2 (ja) マグネシウム合金鋳物の製造方法
JP2005059044A (ja) 半溶融金属の成形用金型
JPH09220655A (ja) 軽合金製ホイールハブ類の製造方法
JP2004017100A (ja) 車両用ホイールの製造方法
JPS62101366A (ja) 溶湯鍛造装置
KR100964305B1 (ko) 진공 조괴법에서의 고체 핀 재용해 방지 방법
JP2001239354A (ja) マグネシウム合金のダイカスト方法およびその方法の実施に用いられるマグネシウム合金の射出機構並びに射出成形装置
RU1777286C (ru) Способ получения отливок из тугоплавких химически активных сплавов
CN103866073A (zh) 一种制造球化剂合金锭的成型模具和球化剂合金锭的制造方法
JP2005264277A (ja) 空隙を有する金属部材の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
AMND Amendment
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee