KR101677921B1 - 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

내마모성 및 강도가 개선되도록, 본 발명은 0.4~0.5㎛ 직경의 텅스텐 카바이드 분말과 1.5~1.7㎛ 직경의 코발트 분말이 혼합 및 재분쇄되도록 알코올을 기반으로 볼밀 처리되는 제1단계; 상기 텅스텐 카바이드 분말 및 상기 코발트 분말의 혼합물이 그라파이트 몰드에 장입된 후 진공 처리되는 제2단계; 및 상기 그라파이트 몰드 내에서 상기 혼합물이 가압 처리되되, 상기 몰드에 가해진 직류 전류에 의해 가열 및 고속 소결되어 초경합금장치가 제조되는 제3단계를 포함하는 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 제조방법을 제공한다.

Description

병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치 및 그의 제조방법{cemented carbide apparatus using press die and punch of manufacturing bottle cap and manufacturing method thereof}
본 발명은 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내마모성 및 강도가 개선된 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 병뚜껑은 다양한 재질로 수많은 종류의 디자인과 기능으로 분류된다. 이때, 맥주, 콜라, 사이다 등의 유리병에는 테두리를 따라 톱니가 형성된 왕관 병뚜껑이 사용되고 있다.
여기서, 상기 왕관 병뚜껑의 톱니는 정삼각형의 꼭지점에 대응되도록 형성되어 테두리를 따라 21개의 톱니가 배열된다. 이때, 톱니수가 21개보다 많은 경우에는 병뚜껑의 분리가 어렵고 병뚜껑의 분리시 유리병의 단부가 깨질 우려가 있다.
또한, 상기 톱니수가 21개보다 적은 경우에는 유리병에 대한 병뚜껑의 결합력이 부족해 쉽게 분리되고 유리병 내부의 액체나 기체가 외부로 누출될 우려가 있다.
한편, 상기 병뚜껑은 철이나 알루미늄 등의 재질의 원판을 톱니 형상이 가공된 다이 상부에 배치한 후, 다이에 가공된 톱니 형상과 유사한 형상을 가진 펀치를 통해 가압하는 프레스 가공을 통해 제조될 수 있다.
그러나, 종래의 다이 및 펀치는 왕관형 톱니의 세밀한 형상으로 인해 반복적인 프레스 가공시 다이 및 펀치의 톱니 형상이 쉽게 변형되고, 파손되는 경우가 많았다.
이에 따라, 톱니 형상이 부정확한 불량품의 생산 비율이 증가되고, 빈번한 다이 및 펀치의 교체가 요구되어 생산성이 저하되며, 불량품의 생산과 프레스 장치의 교체 비용으로 인해 병뚜껑의 제조비용이 증가되는 문제점이 있었다.
한국 등록실용신안 제20-0025754호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 내마모성 및 강도가 개선된 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 해결과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 0.4~0.5㎛ 직경의 텅스텐 카바이드 분말과 1.5~1.7㎛ 직경의 코발트 분말이 혼합 및 재분쇄되도록 알코올을 기반으로 볼밀 처리되는 제1단계; 상기 코발트 분말 11~17중량%를 함유하고 잔부가 텅스텐 카바이드 분말 및 기타 불가피한 불순물의 혼합물이 그라파이트 몰드에 장입된 후 진공 처리되는 제2단계; 및 상기 그라파이트 몰드 내에서 상기 혼합물이 가압 처리되되, 상기 몰드에 가해진 직류 전류에 의해 가열 및 고속 소결되어 초경합금장치가 제조되는 제3단계를 포함하되, 상기 제3단계에서 상기 직류 전류는 코발트 분자의 확산시 운동방향과 전자 이동방향이 일치되도록 상기 혼합물의 가압방향과 수직한 방향으로 인가됨을 특징으로 하는 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 2.2~2.7㎛ 직경의 텅스텐 카바이드 분말과 1.5~1.7㎛ 직경의 코발트 분말이 혼합 및 재분쇄되도록 알코올을 기반으로 볼밀 처리되는 제1단계; 상기 코발트 분말 11~17중량%를 함유하고 잔부가 텅스텐 카바이드 분말 및 기타 불가피한 불순물의 혼합물이 그라파이트 몰드에 장입된 후 진공 처리되는 제2단계; 및 상기 그라파이트 몰드 내에서 상기 혼합물이 가압 처리되되, 상기 몰드에 가해진 직류 전류에 의해 가열 및 고속 소결되어 초경합금장치가 제조되는 제3단계를 포함하되, 상기 제3단계에서 상기 직류 전류는 코발트 분자의 확산시 운동방향과 전자 이동방향이 일치되도록 상기 혼합물의 가압방향과 수직한 방향으로 인가됨을 특징으로 하는 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 제조방법을 제공한다.
한편, 본 발명은 코발트 11~17중량%를 함유하고 잔부가 텅스텐 카바이드 및 기타 불가피한 불순물로 구비되고, 강화 스테인리스 용기 내에서 알코올을 기반으로 텅스텐 카바이드-코발트 소재의 초경볼을 통해 혼합 및 재분쇄된 텅스텐 카바이드 분말과 코발트 분말의 혼합물이 그라파이트 몰드에 장입된 후 진공 처리되어 가압되되, 상기 혼합물의 가압 방향과 수직한 방향으로 상기 몰드에 인가된 직류 전류에 의해 코발트 분자의 확산시 운동방향과 전자 이동방향이 일치되도록 가열 및 고속 소결되어 구비되는 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치를 제공한다.
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상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치 및 그의 제조방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 그라파이트 몰드 내부에 혼합 장입된 텅스텐 카바이드 분말과 코발트 분말에 직류 전류를 인가하여 고속 소결함으로써 소결 공정의 소요 시간이 현저히 절감되므로 결정립의 조대화 없이 텅스텐 카바이드의 고강도 및 내마모성과 코발트의 고인성이 동시에 구현된 초경합금장치가 제조될 수 있다.
둘째, 볼밀 처리를 통해 각 분말 소재가 화학 반응 없이 독립적인 상태를 유지하면서도 매우 미세화된 상태로 균일하게 혼합될 수 있으므로 소결 후 기공 등의 결함이 최소화되어 소재의 강도 및 항절력이 개선될 수 있으며, 상기 초경합금장치를 이용한 프레스 다이 및 펀치가 병뚜껑의 세밀한 톱니 형상을 가지면서도 톱니의 깨짐 및 무뎌짐이 최소화되어 높은 내구성을 가질 수 있다.
셋째, 상기 직류 전류가 혼합물의 가압 방향과 수직한 방향으로 인가됨에 따라 저융점의 코발트가 융해되되 상하 가압에 따라 측방향으로 운동하며 텅스텐 카바이드 사이의 빈공간을 채워주는 확산이동이 측방향으로 이동되는 전자에 의해 촉진되어 짧은 소결 시간 동안에 텅스텐 카바이드 사이의 공간이 더욱 조밀하게 충진될 수 있으며, 텅스텐 카바이드 간의 결합이 견고하게 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 제조방법을 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 제조방법에서 텅스텐 카바이드 분말의 미세조직을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 제조방법에서 코발트 분말의 미세조직을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 제조방법에서 각 분말 소재가 볼밀 처리에 의해 혼합 분쇄된 상태의 미세조직을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 제조방법에서 그라파이트 몰드를 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 미세조직을 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 미세조직을 나타낸 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치 및 그의 제조방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 제조방법을 나타낸 흐름도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 제조방법에서 텅스텐 카바이드 분말의 미세조직을 나타낸 예시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 제조방법에서 코발트 분말의 미세조직을 나타낸 예시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 제조방법에서 각 분말 소재가 볼밀 처리에 의해 혼합 분쇄된 상태의 미세조직을 나타낸 예시도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 제조방법에서 그라파이트 몰드를 나타낸 예시도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 미세조직을 나타낸 예시도이다.
도 1 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 제조방법은 분말 소재의 볼밀 처리 단계(s10), 분말 소재 혼합물의 진공 처리 단계(s20), 혼합물의 가압 소결 단계(s30)로 이루어진다.
먼저, 상기 0.4~0.5㎛ 직경의 텅스텐 카바이드 분말과 1.5~1.7㎛ 직경의 코발트 분말이 혼합 및 재분쇄되도록 알코올을 기반으로 볼밀 처리된다(s10).
여기서, 상기 볼밀 처리는 강화 스테인리스 용기 내에서 이루어짐이 바람직하다. 즉, 상기 텅스텐 카바이드(tungsten carbide) 분말과 상기 코발트(cobalt) 분말의 중량비는 9:1로 상기 강화 스테인리스 용기에 투입되며, 투입된 분말과 볼밀 처리를 위한 초경볼은 1:10의 중량비로 투입됨이 바람직하다.
그리고, 상기 초경볼은 6mm 와 10mm 직경의 볼이 혼합되어 구비될 수 있으며, 텅스텐 카바이드-코발트 소재로 구비됨이 바람직하다.
이때, 초경볼의 소재가 텅스텐 카바이드-코발트로 구비되므로 초기 분말의 혼합 분쇄시 텅스텐 카바이드, 코발트 이외의 불순물 함량이 최소화될 수 있다.
그리고, 상기 분말의 2배 중량에 달하는 알코올을 투입하고 용기를 밀봉하게 되며, 밀봉된 용기는 250RPM의 속도로 10시간 동안 회전되어 상기 각 분말이 혼합 분쇄될 수 있다.
여기서, 도 2를 참조하면, 혼합 분쇄 전 초기 텅스텐 카바이드 분말은 각형 입자를 이루고 있으며, 도 3을 참조하면, 혼합 분쇄 전 초기 코발트 분말은 구형, 원통형의 입자를 이루고 있다.
그리고, 도 4를 참조하면, 혼합 분쇄된 혼합물은 초기 분말 텅스텐 카바이드 상과 초기 분말 코발트 상을 포함하며, 두 분말 이외에 상은 관찰되지 않고 있다.
이에 따라, 각 분말이 상호 간의 화학 반응 없이 독립적으로 초기 상태를 유지한 상태에서 혼합 및 분쇄됨을 알 수 있다.
이때, 혼합 분쇄된 혼합물에서 코발트 상은 고온에서 안정상인 HCP 구조를 이루게 된다.
여기서, 초기 투입되는 텅스텐 카바이드 분말의 직경이 0.4㎛ 미만인 경우에는 코발트 분말과의 혼합 분쇄시 코발트 분말이 과도하게 분쇄되어 코발트 입자 간의 뭉침 등으로 분말이 균일하게 혼합되지 못할 우려가 있다.
또한, 텅스텐 카바이드 분말의 직경이 0.5㎛을 초과하는 경우에는 소결시 결정립의 조대화로 초경합금장치의 항절력이 저하될 우려가 있다.
그리고, 초기 투입되는 코발트 분말의 직경이 1.5㎛ 미만인 경우에 텅스텐 카바이드 분말과의 혼합이 균일하게 이루어지지 못할 우려가 있으며, 코발트 분말의 직경이 1.7㎛를 초과하는 경우에는 소결시 텅스텐 카바이드 입자 사이를 세밀하게 채워주지 못하고 텅스텐 카바이드 입자 간 결합력이 감소될 우려가 있다.
여기서, 초기 분말 및 볼밀 처리 후 분말의 입도 크기를 Stokes and Wilson's 식(수학식 1)을 통해 산출하면 하기와 같다.
Figure 112015035182267-pat00001
여기서, b는 회절 피크의 기계적 보정값의 반가폭(FWHM)이며, bd 와 bc 는 내부 스트레스와 반가폭에 의하여 감소한 크기를 측정한 값이다. k는 상수로 0.9이며 λ는 X-ray 방사선의 파장이며, d는 결정립 크기, ε은 내부 스트레스를 측정한 값을 의미한다.
X-선 회절 분석을 통해 텅스텐 카바이드 및 코발트 초기 분말의 평균 결정립 크기를 측정하면, 텅스텐 카바이드는 0.4㎛, 코발트는 1㎛로 측정되었으며, 볼밀 후에는 텅스텐 카바이드는 0.2~0.3㎛, 코발트는 0.1~0.2㎛로 측정되었다.
이처럼, 볼밀 처리를 통해 각 분말 소재가 화학 반응 없이 독립적인 상태를 유지하면서도 매우 미세화된 상태로 균일하게 혼합될 수 있으므로 텅스텐 카바이드 및 코발트의 장점을 동시에 구현하면서도 소결 후 기공 등의 결함이 최소화되어 소재의 강도 및 항절력이 개선될 수 있다.
이에 따라, 상기 초경합금장치를 이용한 프레스 다이 및 펀치가 병뚜껑의 세밀한 톱니 형상을 가진 상태에서도 톱니의 깨짐 및 무뎌짐이 최소화되어 높은 내구성을 가질 수 있다.
그리고, 상기 혼합 및 재분쇄된 텅스텐 카바이드 및 코발트 혼합물은 그라파이트 몰드에 장입된 후 진공 처리된다(s20). 이때, 진공도는 0.01torr ~ 1torr가 바람직하며, 상기 혼합물은 진공 상태에서 건조된다.
이에 따라, 건조시 혼합물의 산화가 최소화될 수 있으며, 소결시 텅스텐 카바이드 및 코발트 이외의 불순물 함량이 최소화될 수 있다.
여기서, 도 5를 참조하면, 상기 그라파이트 몰드(10)는 상부 및 하부가 개구된 수납블록(12)과, 상기 수납블록(12)의 하부 개구에 배치되는 다이(13)와, 상기 수납블록(12)의 상부 개구에 배치되는 펀치(11)를 포함함이 바람직하다.
이때, 상기 수납블록(12)과 상기 다이(13)를 통해 상기 수납블록(12)의 내부에 혼합물(s)이 수용될 수 있는 수용공간이 형성될 수 있으며, 상기 수용공간에 배치된 혼합물은 상기 펀치(11) 및 다이(13) 사이에서 가압될 수 있다.
상세히, 상기 그라파이트 몰드(10)는 병뚜껑 제조에 사용되는 프레스 다이용 초경합금장치를 제조하기 위한 세트와, 프레스 펀치용 초경합금장치를 제조하기 위한 세트로 각각 구비될 수 있다.
즉, 프레스 다이용 초경합금장치는 병뚜껑의 톱니 형상이 음각으로 새겨진 성형홈이 구비되되, 소정 두께를 가지고 상기 프레스 다이에 고정되는 성형용 지지블록을 의미하는 것으로 이해할 수 있다.
그리고, 프레스 펀치용 초경합금장치는 병뚜껑의 톱니 형상이 양각이 구비되되, 상기 성형홈으로 삽입가능하도록 성형홈과 펀치 사이에서 프레스 가공되는 병뚜껑 제조용 판재의 두께를 고려한 부피를 갖고, 프레스 펀치의 단부측에 고정되는 성형용 가압블록을 의미하는 것으로 이해할 수 있다.
이때, 상기 그라파이트 몰드는 상기 지지블록의 형상을 성형하기 위한 펀치, 다이, 수납블록으로 구비된 세트와, 상기 가압블록의 형상을 성형하기 위한 펀치, 다이, 수납블록으로 구비된 세트를 포함한다.
여기서, 상기 혼합물(s)은 상기 그라파이트 몰드 내에서 가압처리되어 치밀화 될 수 있다. 그리고, 상기 혼합물(s)에 가해지는 압력은 40Mpa~80MPa가 바람직하며, 10MPa/sec로 60MPa까지 상승됨이 더욱 바람직하다.
이때, 가해지는 압력이 40MPa 미만인 경우에는 텅스텐 카바이드 분말 및 코발트 분말 간의 접촉 면적이 감소될 우려가 있으며, 코발트를 통한 텅스텐 카바이드 간의 결합 강도가 저하될 수 있다.
또한, 가해지는 압력이 80MPa를 초과하는 경우에는 균일하게 혼합된 각 분말이 직경 차이로 인해 서로 분리되어 일측으로 치우칠 수 있으며, 텅스텐 카바이드 사이에 코발트가 채워지지 않은 기공 등의 결함이 과다하게 형성될 우려가 있다.
그리고, 상기 그라파이트 몰드(10) 내에서 상기 혼합물(s)이 가압처리되되, 상기 혼합물(s)이 가압된 상태에서 상기 몰드(10)에 가해진 직류 전류에 의해 가열 및 고속 소결되어 초경합금장치가 제조된다(s30).
여기서, 상기 그라파이트 몰드(10)는 진공챔버(20) 내부에 배치됨이 바람직하다. 즉, 혼합물의 건조시 진공 상태를 유지하는 것이 바람직하며, 상기 혼합물은 진공 상태에서 상기 펀치(11) 및 다이(13)를 통해 가압되고, 직류 전류를 통해 가열 및 소결됨이 바람직하다.
이에 따라, 상기 텅스텐 카바이드 및 코발트 혼합물의 산화 반응 등이 최소화되어 소결 후 초경합금장치에서 텅스텐 카바이드 입자, 코발트 입자를 제외한 불순물이 차지하는 비율이 최소화될 수 있다.
이때, 몰드에 가해지는 직류 전류는 상기 혼합물의 총 중량에 비례하여 설정될 수 있으며, 상기 혼합물의 승온 속도가 280℃/min~320℃/min로 유지되도록 설정됨이 바람직하다.
그리고, 상기 혼합물은 직류 전류가 인가된 상태에서 혼합물의 수축 정도를 측정하여, 혼합물의 수축이 일어나지 않을 때까지 3분 정도 가열하되, 전류가 차단된 상태로 몰드 내부에서 자연 냉각되어 소결이 마무리된다.
이때, 상기 초경합금장치에서 각형의 텅스텐 카바이드 입자는 판상으로 변화되고, 텅스텐 카바이드 입자 사이에 구형의 코발트 입자가 침투하는 것을 알 수 있다.
이처럼, 그라파이트 몰드 내부에 혼합 장입된 텅스텐 카바이드 분말과 코발트 분말에 직류 전류를 인가하여 고속 소결함으로써 소결 공정의 소요 시간이 현저히 절감되므로 결정립의 조대화 없이 텅스텐 카바이드의 고강도 및 내마모성과 코발트의 고인성이 동시에 구현된 초경합금장치가 제조될 수 있다.
여기서, 상기 초경합금장치는 코발트 11~17중량%를 함유하고 잔부가 텅스텐 카바이드 및 기타 불가피한 불순물로 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 코발트가 11~14중량% 함유된 경우에 상기 불순물은 3중량% 미만으로 제한됨이 바람직하다.
상기 코발트가 11중량% 미만인 경우에는 초경합금장치의 항절력이 과도하게 낮아질 수 있으며, 상기 초경합금장치를 이용하여 제조된 프레스 다이 및 펀치에 형성된 병뚜껑의 세밀한 톱니 형상이 프레스 가공시 쉽게 깨질 우려가 있다.
또한, 상기 코발트 17중량%를 초과하는 경우에는 초경합금장치의 경도가 과도하게 낮아질 수 있으며, 상기 초경합금장치를 이용하여 제조된 프레스 다이 및 펀치에 형성된 병뚜껑의 세밀한 톱니 형상이 프레스 가공시 쉽게 무뎌질 우려가 있다.
여기서, 도 6을 참조하면, 상기 코발트가 11~14중량% 함유된 경우 초경합금장치의 경도는 90HRA이상으로 측정되며, 항절력은 250KPSI 이상, 밀도는 14.1~14.4 g/㎤으로 측정되었다.
즉, 초기 텅스텐 카바이드 분말의 직경이 작게 구비됨에 따라, 소결시 텅스텐 카바이드 입자 사이의 공간이 좁고 동일 면적에서 코발트의 비율이 낮아지며 경도가 증가하고 항절력이 다소 낮아지게 된다.
이에 따라, 상기 초경합금장치를 이용한 프레스 다이 및 펀치에서 세밀한 톱니 형상의 무뎌짐이 최소화될 수 있으며, 높은 내구성으로 병뚜껑의 정밀한 제조가 가능하여 불량품의 생산비율이 감소됨에 따라 생산성이 개선되고 장치의 교체비용이 최소화된 높은 경제성의 프레스 장치가 제공될 수 있다.
한편, 상기 직류 전류는 상기 혼합물의 가압 방향과 수직한 방향으로 인가됨이 바람직하다.
여기서, 상기 직류 전류는 상기 펀치(11) 및 다이(13)를 통해 인가되어 상기 혼합물(s)이 가압되는 방향을 따라 인가되는 것도 가능하지만, 도시된 바와 같이 몰드(12)의 양측부를 통해 상기 혼합물의 가압방향과 수직한 방향으로 인가되는 것이 바람직하다.
상세히, 상기 몰드(12)에 충진된 혼합물에는 상하 방향으로 배치된 펀치(11) 및 다이(13)를 통해 압력이 가해지며, 상기 직류 전류는 상기 몰드(12)의 측방향으로 인가됨이 바람직하다.
여기서, 상기 코발트는 상기 텅스텐 카바이드보다 낮은 융점을 가지므로 가열시 텅스텐 카바이드보다 먼저 확산 이동되어 상기 텅스텐 카바이드 사이의 빈공간을 채우게 된다.
이때, 전류 인가에 따라 가열되어 높은 에너지를 갖는 코발트 분자는 상하 방향의 압력으로 인해 상하 방향의 운동량이 제한되고, 측방향의 운동량이 증가함에 따라 낮은 계면 에너지를 가진 텅스텐 카바이드 사이의 빈공간으로 쉽게 확산될 수 있으며, 텅스텐 카바이드 사이의 공간이 코발트에 의해 조밀하게 충진될 수 있다.
이때, 상기 코발트는 텅스텐 카바이드와 텅스텐 카바이드의 결합제(binder phase) 역할을 수행한다.
여기서, 상기 직류 전류가 측방향으로 인가되면, 전자의 이동 방향이 코발트 분자의 운동방향과 일치하게 되며, 코발트의 측방향 운동에 추가적인 에너지를 제공하여, 코발트 분자의 측방향 운동을 촉진시킬 수 있다.
이에 따라, 낮은 계면 에너지를 가진 텅스텐 카바이드 사이의 공간으로의 코발트의 확산이 더욱 원활하게 이루어질 수 있으며, 짧은 소결 시간 동안에 텅스텐 카바이드 사이의 공간이 조밀하게 충진될 수 있다.
이로 인해, 텅스텐 카바이드 간의 결합이 견고하게 이루어질 수 있으며, 초경합금장치의 결함이 최소화될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 미세조직을 나타낸 예시도이다. 본 실시예에서는 텅스텐 카바이드 분말의 초기 직경을 제외한 기본적인 구성이 전술된 일실시예와 동일하므로 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 7에서 보는 바와 같이, 상기 텅스텐 카바이드 분말은 2.2~2.7㎛ 직경으로 구비된다. 이때, 상기 텅스텐 카바이드 분말은 1.5~1.7㎛ 직경의 코발트 분말과 함께 볼밀 처리되어 혼합 및 재분쇄되고, 진공 처리 후 가압 소결되어 초경합금장치로 제조될 수 있다.
여기서, 상기 초경합금장치는 코발트 15~17중량%를 함유하고, 잔부가 텅스텐 카바이드와 기타 불가피한 불순물로 구비되며, 상기 불순물은 1중량%미만임이 바람직하다.
이때, 상기 초경합금장치의 경도는 87~89HRA로 측정되며, 항절력은 300KPSI 이상, 밀도는 13.9~14.2g/㎤으로 측정된다.
즉, 초기 텅스텐 카바이드 분말의 직경이 크게 구비됨에 따라, 소결시 텅스텐 카바이드 입자 사이의 공간이 크고 동일 면적에서 코발트의 비율이 높아지며 경도가 다소 감소하고 항절력이 높아지게 된다.
이에 따라, 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이 및 펀치용 초경합금장치에서 세밀한 톱니 형상의 뭉게짐이 최소화될 수 있는 경도를 유지하면서도 톱니의 깨짐이 최소화되는 인성이 구현되어 프레스 장치의 내구성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 코발트가 11~14중량% 함유된 초경합금장치과, 상기 코발트가 15~17중량% 함유된 초경합금장치를 각각 이용하여 프레스 다이 및 펀치를 구비함으로써, 다이 및 펀치 간의 접촉시 불가피한 손상을 프레스 다이 및 펀치 중 어느 일측으로 한정할 수 있으므로 교체가 용이한 펀치 등을 낮은 경도의 초경합금장치로 구비하여 장치의 교체 편의성이 향상될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
S10: 볼밀 처리 단계 S20: 진공 처리 단계
S30: 가압 소결 단계 10: 그라파이트 몰드
20: 진공챔버

Claims (5)

  1. 0.4~0.5㎛ 직경의 텅스텐 카바이드 분말과 1.5~1.7㎛ 직경의 코발트 분말이 혼합 및 재분쇄되도록 알코올을 기반으로 볼밀 처리되는 제1단계;
    상기 코발트 분말 11~17중량%를 함유하고 잔부가 텅스텐 카바이드 분말 및 기타 불가피한 불순물의 혼합물이 그라파이트 몰드에 장입된 후 진공 처리되는 제2단계; 및
    상기 그라파이트 몰드 내에서 상기 혼합물이 가압 처리되되, 상기 몰드에 가해진 직류 전류에 의해 가열 및 고속 소결되어 초경합금장치가 제조되는 제3단계를 포함하되,
    상기 제3단계에서 상기 직류 전류는 코발트 분자의 확산시 운동방향과 전자 이동방향이 일치되도록 상기 혼합물의 가압방향과 수직한 방향으로 인가됨을 특징으로 하는 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 제조방법.
  2. 2.2~2.7㎛ 직경의 텅스텐 카바이드 분말과 1.5~1.7㎛ 직경의 코발트 분말이 혼합 및 재분쇄되도록 알코올을 기반으로 볼밀 처리되는 제1단계;
    상기 코발트 분말 11~17중량%를 함유하고 잔부가 텅스텐 카바이드 분말 및 기타 불가피한 불순물의 혼합물이 그라파이트 몰드에 장입된 후 진공 처리되는 제2단계; 및
    상기 그라파이트 몰드 내에서 상기 혼합물이 가압 처리되되, 상기 몰드에 가해진 직류 전류에 의해 가열 및 고속 소결되어 초경합금장치가 제조되는 제3단계를 포함하되,
    상기 제3단계에서 상기 직류 전류는 코발트 분자의 확산시 운동방향과 전자 이동방향이 일치되도록 상기 혼합물의 가압방향과 수직한 방향으로 인가됨을 특징으로 하는 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 코발트 11~17중량%를 함유하고 잔부가 텅스텐 카바이드 및 기타 불가피한 불순물로 구비되고,
    강화 스테인리스 용기 내에서 알코올을 기반으로 텅스텐 카바이드-코발트 소재의 초경볼을 통해 혼합 및 재분쇄된 텅스텐 카바이드 분말과 코발트 분말의 혼합물이 그라파이트 몰드에 장입된 후 진공 처리되어 가압되되,
    상기 혼합물의 가압 방향과 수직한 방향으로 상기 몰드에 인가된 직류 전류에 의해 코발트 분자의 확산시 운동방향과 전자 이동방향이 일치되도록 가열 및 고속 소결되어 구비되는 병뚜껑 제조를 위한 프레스 다이와 펀치용 초경합금장치.
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