KR101851506B1 - Manufacturing method of metal substrate having super hard layer and metal substrate having super hard layer manufactured by the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 초경층이 구비된 금속 모재에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a metal base material having a hard layer and a metal base material provided with the hard layer.
발전소, 제철공장, 시멘트공장, 광산, 건설공사 등의 다양한 분야에서 사용되는 그라인딩 롤, 슈트 부품, 파쇄 해머 등의 설비, 중장비 버켓, 분쇄기 부품 등의 각종 장비의 부품은 그 수명을 늘리기 위해 금속 모재의 내마모성을 향상시킬 필요가 있다.Parts of various equipments such as grinding rolls, chute parts, shredding hammer, heavy equipment buckets and crusher parts used in various fields such as power plant, steel factory, cement factory, mining and construction work, It is necessary to improve the abrasion resistance.
금속 모재의 내마모성을 향상시키기 위하여 금속 모재의 표면 상에 초경층을 형성할 수 있는데, 얇은 초경층을 형성하기 위해서 다양한 방법이 사용되나 두꺼운 초경층의 형성은 그 방법이 제한적이다. 일반적으로, 금속 모재 상에 초경층을 형성하기 위하여 용사 방법 또는 용접 방법이 주로 사용되며, 초경층을 형성하기 위한 재료로는 초경질 재료인 WC, SiC, TiC, B4C 등의 탄화물 입자나 Al2O3, ZrO2 등의 금속산화물, Si3N4 등의 질화물을 포함하는 세라믹 입자가 사용될 수 있다.In order to improve the abrasion resistance of the metal base material, it is possible to form a hard layer on the surface of the metal base material. Various methods are used to form the thin hard layer, but the formation of the thick hard layer is limited. Generally, a carbide particle such as used a spraying method or a welding method, mainly, the material in for forming the carbide layer is a second of a hard material WC, SiC, TiC, B 4 C to form a carbide layer on a base metal or Metal oxides such as Al 2 O 3 and ZrO 2, and nitride such as Si 3 N 4 may be used.
구체적으로, 초경층을 형성하는 방법으로는, 고온 플라즈마를 이용하여 순간적으로 초미세 입자를 용융시켜 금속 모재 표면에 균일한 두께로 초경층을 형성하는 용사 방법과, 금속 모재 표면에 비교적 큰 크기의 입자들을 올린 후 금속 용접봉을 사용하여 용융된 금속이 용융되지 않은 내마모성 초경 입자 또는 세라믹 입자와 융착, 결합되어 초경층을 형성하는 용접 방법이 있다.Specifically, as a method of forming a hard layer, there are a thermal spray method in which super-fine particles are instantaneously melted using a high-temperature plasma to form a hard layer with a uniform thickness on the surface of a metal base material, There is a welding method in which after the particles are raised, a molten metal is fusion-bonded with the non-melted abrasion-resistant hard particles or ceramic particles using a metal welding rod to form a hard layer.
대략 5 mm 이상의 두꺼운 초경층을 금속 모재 표면에 형성하기 위하여 아크용접 방법이 주로 사용되고 있다. 이 경우, 용접시 초경 입자의 비산을 고려하여 비교적 큰 입경을 가지는 입자가 사용됨에 따라, 형성된 초경층은 금속으로 채워진 입자간 간극이 큰 편이다. 이로 인해, 초경층 내 비초경 물질(주로, 용가재)이 선택적으로 빨리 마모되기 때문에 초경 입자가 쉽게 탈리되어 제품의 수명이 단축되는 문제가 있다. 또한, 아크용접 방법은 주로 수동 또는 반자동 작업으로 이루어지기 때문에 많은 인력이 투여되고 제조시간이 길며, 용접시 초경 입자의 비산에 의해 재료의 손실이 많아 경제적이지 않은 문제가 있다. 또한, 아크용접 방법은 작업자의 숙련도나 작업환경에 따라 제조되는 초경층 내에 미세결함과 불균일한 미세조직이 발생될 수 있고, 이로 인해 초경층에 불균일한 마모가 발생되어 제품의 수명이 단축되는 문제가 발생될 수 있다.An arc welding method is mainly used to form a thick hard layer of about 5 mm or more on the surface of a metal base material. In this case, since particles having a relatively large particle diameter are used in consideration of scattering of the hard particles at the time of welding, the formed hard particle layer has a large inter-particle gap filled with the metal. As a result, there is a problem that the non-carbide material (mainly, a fugitive material) in the carbide layer is selectively worn quickly, so that the carbide grains are easily removed and the service life of the product is shortened. In addition, since the arc welding method is mainly performed by a manual or semi-automatic operation, a lot of man power is applied, the manufacturing time is long, and the loss of material is increased due to scattering of the carbide particles during welding, which is not economical. In addition, the arc welding method can cause fine defects and non-uniform microstructures in the cemented carbide layer produced according to the skill of the operator or the working environment, resulting in non-uniform wear in the cemented carbide layer, May occur.
이에, 제조되는 초경층 내의 미세결함이 발생되는 것을 방지하고 균일한 품질을 가지는 초경층이 구비된 금속 모재를 간단하고 용이하게 제조할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a technique that can easily and easily manufacture a metal base material having a cemented carbide layer having uniform quality, which prevents microscopic defects in the cemented carbide layer from being generated.
본 명세서는 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 초경층이 구비된 금속 모재를 제공하고자 한다.The present invention provides a method of manufacturing a metal base material having a hard layer and a metal base material having the hard layer formed by the method.
본 발명의 일 실시예는 금속 모재의 적어도 일면 상에 초경 입자를 포함하는 초경 입자층을 형성하는 단계; 상기 초경 입자층 상에 상기 초경 입자보다 용융점이 낮은 금속을 포함하는 용융 금속층을 구비하는 단계; 및 고주파유도 가열법을 이용하여 상기 용융 금속층을 용융시켜, 상기 초경 입자층을 상기 금속 모재 상에 융착시켜 초경층을 형성하는 단계;를 포함하는 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a metal base material, including: forming a carbide particle layer including carbide grains on at least one surface of a metal base material; Providing a molten metal layer on the cemented carbide particle layer, the molten metal layer including a metal having a lower melting point than the cemented carbide particle; And melting the molten metal layer using a high frequency induction heating method to fuse the carbide particle layer on the metal base material to form a carbide layer.
본 발명의 다른 실시예에는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법으로 제조되는 초경층이 구비된 금속 모재를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a metal base material having a hard layer formed by a method according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 용융 금속층을 고주파유도 가열하여 용융시킴으로써, 초경 입자를 금속 모재의 일면 상에 효과적으로 융착시켜 금속 모재의 일면 상에 초경층을 용이하게 형성할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the molten metal layer is heated and melted by high-frequency induction heating to effectively fuse the carbide particles on one surface of the metal base material, thereby easily forming the carbide layer on one surface of the metal base material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 균일한 품질을 가지며 미세결함 등이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a metal base material having a hard layer capable of effectively preventing occurrence of fine defects and the like with uniform quality.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 내마모성, 내열성, 내충격성 등의 기계적 물성이 우수한 초경층이 구비된 금속 모재를 제공할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, it is possible to provide a metal base material having a hard layer having excellent mechanical properties such as abrasion resistance, heat resistance and impact resistance.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 초경층이 구비된 금속 모재의 단면을 촬영한 사진이고, 도 2b는 비교예 1에서 제조된 초경층이 구비된 금속 모재의 단면을 촬영한 사진이다.
도 3a는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 초경층이 구비된 금속 모재의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지를 나타낸 것이고, 도 3b는 비교예 1에서 제조된 초경층이 구비된 금속 모재의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지를 나타낸 것이다.
도 4a는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 초경층의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지를 나타낸 것이고, 도 4b는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 초경층의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지를 나타낸 것이다.
도 5a는 본 발명의 실시예 1에세 제조된 초경층이 구비된 금속 모재의 단면을 촬영한 사진이고, 도 5b는 비교예 2에서 제조된 초경층이 구비된 금속 모재의 단면을 촬영한 사진이다.FIG. 1 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a metal base material having a hard layer according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 2A is a photograph of a cross-section of a metal base material having a carbide layer manufactured in Example 1 of the present invention, and FIG. 2B is a photograph of a cross section of a metal base material having a carbide layer manufactured in Comparative Example 1 .
FIG. 3A shows an SEM (Scanning Electron Microscope) image of the metal base material having the cemented carbide layer prepared in Example 1 of the present invention, FIG. 3B shows a SEM (Scanning Electron Microscope) image of the metal base material having the carbide layer prepared in Comparative Example 1, Scanning Electron Microscope) image.
FIG. 4A is an SEM (Scanning Electron Microscope) image of the hard layer produced in Example 1 of the present invention, and FIG. 4B is an SEM (Scanning Electron Microscope) image of the hard layer prepared in Example 2 of the present invention will be.
5A is a photograph of a cross section of a metal base material having a cemented carbide layer prepared in Example 1 of the present invention, and FIG. 5B is a photograph of a cross section of a metal base material having a carbide layer prepared in Comparative Example 2 .
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 모재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.When an element is referred to as "including" an element throughout the specification, it means that the element may include other elements as well, without excluding other elements unless otherwise specifically indicated.
또한, 본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Further, when a member is referred to herein as being "on " another member, this includes not only when a member is in contact with another member but also when there is another member between the two members.
본 발명자들은 용융 금속층을 고주파유도 가열하여 용융시킴으로써, 용융 금속층에서 용융된 금속이 초경 입자를 모재의 표면 상에 안정적으로 융착시켜 초경층을 금속 모재의 일면 상에 용이하게 형성할 수 있음을 밝혀 내어, 하기와 같은 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법을 개발하였다.The present inventors have found out that the molten metal in the molten metal layer can be stably fused onto the surface of the base material by melting the molten metal layer by high frequency induction heating so that the hardened layer can be easily formed on one side of the base metal material , A method for manufacturing a metal base material having a hard layer as described below was developed.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 일 실시예는 금속 모재의 적어도 일면 상에 초경 입자를 포함하는 초경 입자층을 형성하는 단계; 상기 초경 입자층 상에 상기 초경 입자보다 용융점이 낮은 금속을 포함하는 용융 금속층을 구비하는 단계; 및 고주파유도 가열법을 이용하여 상기 용융 금속층을 용융시켜, 상기 초경 입자층을 상기 금속 모재 상에 융착시켜 초경층을 형성하는 단계;를 포함하는 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a metal base material, including: forming a carbide particle layer including carbide grains on at least one surface of a metal base material; Providing a molten metal layer on the cemented carbide particle layer, the molten metal layer including a metal having a lower melting point than the cemented carbide particle; And melting the molten metal layer using a high frequency induction heating method to fuse the carbide particle layer on the metal base material to form a carbide layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 용융 금속층을 고주파유도 가열하여 용융시킴으로써, 초경 입자를 모재의 일면 상에 효과적으로 융착시켜 금속 모재의 일면 상에 초경층을 용이하게 형성할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the molten metal layer is heated and melted by high-frequency induction heating to effectively fuse the carbide particles on one surface of the base material, thereby easily forming the carbide layer on one surface of the base metal material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용융 금속층은 적어도 하나의 금속을 포함하며, 고주파유도 가열을 통해 용융될 수 있다. 상기 용융 금속층에 포함되는 금속은 용가재일 수 있다. 구체적으로, 상기 용융 금속층에 포함되는 상기 금속이 고주파유도 가열을 통해 용융되고, 용융된 금속은 상기 초경 입자층에 포함되는 초경 입자 사이로 침투되어 치밀한 초경층을 형성할 수 있다. 상기 용융된 금속은 모세관 현상에 의하여 상기 초경 입자 사이로 침투되어 초경 입자들을 브레이징 접합시키며, 용융된 금속 일부는 상기 금속 모재의 일면과 반응하여 중간층을 형성함으로써 효과적으로 초경층과 금속 모재를 강하게 접합시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the molten metal layer comprises at least one metal and can be melted through high frequency induction heating. The metal contained in the molten metal layer may be a fugitive material. Specifically, the metal contained in the molten metal layer is melted through high-frequency induction heating, and the melted metal is allowed to penetrate between the carbide grains contained in the carbide particle layer to form a dense carbide layer. The molten metal penetrates into the cemented carbide particles through the capillary phenomenon to braze the cemented carbide particles, and a part of the molten metal reacts with one surface of the metal base material to form an intermediate layer, thereby effectively bonding the cemented carbide layer and the metal base material have.
상기 초경 입자층에 포함되는 상기 초경 입자의 크기, 형태 등의 차이에 의해, 상기 초경 입자층 내에는 소정 크기의 틈새인 간극이 존재할 수 있다. 상기 용융된 금속이 초경 입자층 내의 초경 입자 사이로 침투하면서, 상기 초경 입자층 내의 간극을 채우고, 상기 용융된 금속은 상기 초경 입자와 고르게 혼합되어 상기 모재의 일면 상에 도달될 수 있다. 이후, 상기 용융된 금속이 상기 모재와 반응한 후 냉각되면서, 상기 초경 입자가 상기 금속 모재의 일면 상에 효과적으로 융착될 수 있다. 구체적으로, 상기 초경 입자 및 상기 용융 금속층으로부터 유래된 상기 금속을 포함하는 초경층과, 용융된 금속과 금속 모재의 표면 간의 반응에 의해 형성되는 중간층이 상기 모재의 일면 상에 형성될 수 있다.Due to the difference in size, shape and the like of the carbide grains contained in the carbide particle layer, there may exist a gap of a predetermined size in the carbide particle layer. The molten metal penetrates between the carbide grains in the carbide particle layer to fill gaps in the carbide grain layer, and the molten metal can evenly mix with the carbide grains to reach on one side of the base material. Thereafter, as the molten metal reacts with the base material and is cooled, the cemented carbide particles can be effectively fused onto one surface of the base metal material. Specifically, an intermediate layer formed by reaction between the carbide particle and the hard metal layer containing the metal derived from the molten metal layer and the surface of the molten metal and the metal base material may be formed on one side of the base material.
종래의 모재 일면 상에 초경층을 형성하기 위한 용접 방법은 일반적으로 수동 또는 반자동 작업으로 진행되었으며, 이에 따라 작업자의 숙련도나 작업 환경에 의해 초경층에 미세결함이 발생되거나 불균질한 미세조직이 형성되는 문제가 있었다.The conventional welding method for forming the hard layer on one surface of the base material has been generally performed by a manual or semi-automatic operation. Thus, micro-defects are generated in the hard layer due to the skill or work environment of the worker or heterogeneous micro- There was a problem.
또한, 초경 입자와 용융성 금속 입자를 혼합한 후 이를 용접방법으로 가열하여 초경층을 제조하는 방법의 경우, 금속 입자가 가열되어 용융되는 경우에도 초경 입자 간에 존재하는 간극을 효과적으로 메우기 어려우며, 반복되는 용접 과정에 의하여 열응력이 발생하고 그로 인해 초경층 내부에 미세 균열이 발생하는 문제가 있어, 균질한 품질의 초경층을 제조하는 것이 용이하지 않은 문제가 있었다.In addition, in the case of mixing the carbide particles and the molten metal particles and then heating them by the welding method to prepare the carbide layer, even when the metal particles are heated and melted, it is difficult to effectively fill gaps existing between the carbide particles, There is a problem that a thermal stress is generated by the welding process and microcracks are generated in the hard cured layer thereby causing a problem that it is not easy to manufacture a hard cured layer of a homogeneous quality.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 초경 입자층 상에 용융 금속층을 적층하고, 고주파유도 가열법을 이용하여 상기 용융 금속층을 용융시키는 간단한 방법을 통해 균질한 품질을 가지는 초경층을 금속 모재의 일면 상에 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 초경 입자층 상에 적층된 용융 금속층에 포함되는 금속이 용융되고, 상기 용융된 금속이 상기 초경 입자층 내부의 초경 입자 사이로 침투되어 초경 입자층 내에 존재하는 간극을 용이하게 채울 수 있고, 이를 통해 초경층에 미세결함이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 용접 방법과 같이 여러 차례 반복되는 가열 과정이 수행되는 것이 아니고, 단 한 번의 고주파 가열과정으로 열응력의 발생을 최소화함으로써 초경층 내에 미세 균열의 발생을 방지하고 균질한 품질의 초경층을 형성할 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, a method of laminating a molten metal layer on a carbide particle layer and melting the molten metal layer using a high frequency induction heating method, Can be easily formed. Further, the metal contained in the molten metal layer laminated on the carbide particle layer is melted, and the molten metal penetrates into the carbide grains inside the carbide particle layer to easily fill the gap existing in the carbide particle layer, It is possible to effectively prevent micro defects from being generated in the substrate. In addition, the heating process is not repeatedly performed as in the welding method, and the occurrence of microcracks in the carbide layer is prevented by minimizing the occurrence of thermal stress by a single high frequency heating process, and a uniform quality carbide layer is formed can do.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 균일한 품질을 가지며 미세결함 등이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법을 제공할 수 있다.Therefore, according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a metal base material having a hard layer capable of effectively preventing occurrence of fine defects and the like with uniform quality.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 모재는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 즉, 상기 금속 모재는 하나의 금속을 포함하거나, 2 이상의 금속으로 구성된 합금을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 모재는 각종 설비나 부품에 일반적으로 사용되는 구조용 재료로 탄소강부터 다양한 합금강 중 하나의 금속을 포함할 수 있다. 또한, 2 이상의 금속으로 구성된 합금을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal base material may include one or more metals. That is, the metal base material may include one metal or an alloy composed of two or more metals. Specifically, the metal base material may be a structural material generally used for various facilities and parts, and may include one of various carbon steels and various alloy steels. Further, it may include an alloy composed of two or more metals.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 모재는 각종 설비나 부품 등의 모재가 될 수 있으며, 금속 모재의 적어도 일면 상에 초경층이 형성됨에 따라 상기 금속 모재의 내마모성 및 내열성 등의 기계적인 물성이 향상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 모재의 적어도 일면 상에 초경층을 형성함으로써, 내마모성 및 내열성 등의 기계적 물성이 우수한 설비 또는 부품 등을 구현할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the metal base material may be a base material for various facilities or parts, and the hardness layer may be formed on at least one surface of the base metal material, so that the mechanical properties such as abrasion resistance and heat resistance Can be improved. Therefore, according to one embodiment of the present invention, by forming a hard layer on at least one surface of the metal base material, it is possible to realize a facility or a part having excellent mechanical properties such as abrasion resistance and heat resistance.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자는 초경질 탄화물 입자 및 세라믹 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 초경 입자는 상기 초경질 탄화물 입자를 포함하거나, 상기 세라믹 입자를 포함하거나, 또는 상기 초경질 탄화물 입자와 세라믹 입자를 함께 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the carbide grains may include at least one of super hard carbide grains and ceramic grains. Specifically, the carbide grains include the super-hard carbide grains, include the ceramic grains, or include both the super-hard carbide grains and the ceramic grains.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경질 탄화물 입자는 텅스텐 카바이드(WC) 입자, 티타늄 카바이드(TiC) 입자, 실리콘 카바이드(SiC) 입자 및 보론 카바이드(B4C) 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 세라믹 입자는 알루미나(Al2O3) 입자, 지르코니아(ZrO2) 입자 및 질화규소(Si3N4) 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 상기 초경질 탄화물 입자 및 세라믹 입자의 종류를 제한하는 것은 아니다.According to one embodiment, the second hard carbide particles are tungsten carbide (WC) particles, titanium carbide (TiC) particles, silicon carbide (SiC) particles and boron carbide (B 4 C) comprise at least one of a particle . In addition, the ceramic particles may include at least one of alumina (Al 2 O 3 ) particles, zirconia (ZrO 2 ) particles, and silicon nitride (Si 3 N 4 ) particles. However, the types of the ultra-hard carbide particles and the ceramic particles are not limited.
본 발명의 일 실시예에 따르면, Al2O3, ZrO2, SiO2 등의 금속산화물 및 Si3N4, SiAlON, SiC 등의 비산화물을 포함하는 세라믹 소결체를 파쇄하여 상기 세라믹 입자를 준비할 수 있다. 상기 세라믹 입자의 평균입경은 0.5 mm 이상 5 mm 이하일 수 있다. 상기 세라믹 입자의 평균입경은 ASTM(American Society for Testing and Materials) 에서 규정하는 평균 입경 측정 방법으로 측정할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiO 2 , And a non-oxide such as Si 3 N 4 , SiAlON, SiC or the like may be crushed to prepare the ceramic particles. The average particle size of the ceramic particles may be 0.5 mm or more and 5 mm or less. The average particle size of the ceramic particles can be measured by an average particle size measurement method specified by the American Society for Testing and Materials (ASTM).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자층에 상기 세라믹 입자가 포함됨으로써, 제조되는 초경층의 내마모성, 내화학성 및 내열성을 보다 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the ceramic particles are contained in the hard-cured particle layer, so that the abrasion resistance, chemical resistance, and heat resistance of the hard-cured layer to be produced can be further improved.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자는 폐 초경공구를 파쇄한 입자일 수 있다. 수명이 다하여 폐기되는 절삭공구 등의 폐 초경공구에 포함되는 초경합금을 파쇄하여 준비되는 폐 초경합금 입자를 재사용함으로써, 폐기되는 공구 등의 폐기처리 비용을 절약할 수 있으며, 상기 초경층의 제조 원가를 효과적으로 절감시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the carbide grains may be particles obtained by shredding the waste carbide tool. The waste cemented carbide particles prepared by crushing the cemented carbide included in the waste carbide tool such as a cutting tool that is discarded due to the end of its life can be reused so that the waste disposal cost of the tool to be disused can be saved and the manufacturing cost of the carbide layer can be effectively Can be saved.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폐기되는 초경합금을 프레스를 이용하여 파쇄, 분쇄하여 폐 초경합금 입자를 만들 수 있다. 이후, 폐 초경합금 입자를 다단의 스크린을 이용하여 입경 별로 분류할 수 있다. 목적하는 입경보다 큰 폐 초경합금 입자는 다시 프레스를 이용하여 파쇄, 분쇄하여 보다 작은 입경을 가지는 초경합금 입자로 만들 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cemented carbide to be discarded may be pulverized and crushed using a press to produce waste cemented carbide particles. Thereafter, the waste cemented carbide particles can be sorted by particle size using a multi-stage screen. The pulverized cemented carbide particles larger than the desired particle diameter can be crushed and pulverized again using a press to make cemented carbide particles having a smaller particle diameter.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 폐기되는 초경합금을 분쇄, 파쇄하고 입경 별로 입자를 분류하여, 초경 입자로 재사용할 수 있다.Therefore, according to one embodiment of the present invention, the cemented carbide to be discarded can be pulverized and crushed, and the particles can be classified according to particle diameters and reused as the carbide particles.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자에 포함되는 입자의 평균입경을 조절함으로써, 상기 초경층의 내마모성, 내열성, 내충격성 등의 기계적 물성을 용이하게 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, mechanical properties such as abrasion resistance, heat resistance and impact resistance of the hard layer can be easily controlled by adjusting the average particle diameter of the particles included in the hard particles.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자는 평균입경이 1 mm 이상 5 mm 이하인 제1 초경 입자 및 평균입경이 0.5 mm 이상 1 mm 미만인 제2 초경 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 초경 입자 및 제2 초경 입자의 평균입경은 ASTM(American Society for Testing and Materials) 에서 규정하는 평균 입경 측정 방법으로 측정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the carbide grains may include at least one of first carbide grains having an average particle diameter of 1 mm or more and 5 mm or less and second carbide grains having an average particle diameter of 0.5 mm or less and 1 mm or less. The average particle diameter of the first carbide particles and the second carbide particles can be measured by an average particle diameter measurement method defined by ASTM (American Society for Testing and Materials).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자는 제1 초경 입자만을 포함하거나, 또는 제2 초경 입자만을 포함하거나, 또는 제1 초경 입자 및 제2 초경 입자를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the carbide grains may include only the first carbide grains, or may include only the second carbide grains, or may include the first carbide grains and the second carbide grains.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 초경 입자의 입경은 1 mm 이상 3 mm 이하, 2 mm 이상 4 mm 이하, 또는 3 mm 이상 5 mm 이하일 수 있다. 전술한 범위의 평균입경을 가지는 제1 초경 입자를 포함하는 초경 입자를 사용함으로써, 내마모성 및 내열성이 우수한 초경층을 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the particle size of the first carbide particles may be 1 mm or more and 3 mm or less, 2 mm or more and 4 mm or less, or 3 mm or more and 5 mm or less. By using the carbide particles containing the first carbide particles having an average particle size in the above-mentioned range, it is possible to produce a carbide layer excellent in wear resistance and heat resistance.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 초경 입자의 입경은 0.5 mm 이상 0.7 mm 이하, 0.6 mm 이상 0.8 mm 이하, 0.7 mm 이상 0.9 mm 이하, 또는 0.8 mm 이상 1 mm 미만일 수 있다. 전술한 범위의 평균입경을 가지는 제2 초경 입자를 포함하는 초경 입자를 사용함으로써, 초경층 내의 초경 입자 충진률을 향상시켜, 내마모성 및 내충격성이 우수한 초경층을 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the particle diameter of the second carbide particles may be 0.5 mm or more and 0.7 mm or less, 0.6 mm or more and 0.8 mm or less, 0.7 mm or more and 0.9 mm or less, or 0.8 mm or more and less than 1 mm. By using the carbide particles containing the second carbide particles having an average particle diameter in the above-mentioned range, it is possible to improve the filling ratio of the carbide particles in the carbide layer and to manufacture the carbide layer excellent in abrasion resistance and impact resistance.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자는 제1 초경 입자와 제2 초경 입자가 혼합된 것을 포함할 수 있으며, 상기 초경 입자에 포함되는 제1 초경 입자의 함량과 제2 초경 입자의 함량은 상기 초경층이 사용되는 용도에 따라 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 초경 입자에 포함되는 제1 초경 입자의 함량과 제2 초경 입자의 함량의 비는 4:1 내지 2:4일 수 있다. 일 예로, 초경층이 형성된 금속 모재가 고온 조건에서 사용되는 부품 또는 장비에 적용되는 경우, 상기 초경 입자에 포함되는 상기 제1 초경 입자의 함량은 상기 초경 입자 총 중량에 대하여, 35 wt% 이상 70 wt% 이하일 수 있다. 또한, 초경층이 형성된 금속 모재가 내충격성이 보다 요구되는 환경에서 사용되는 부품 또는 장비에 적용되는 경우, 상기 초경 입자에 포함되는 상기 제2 초경 입자의 함량은 상기 초경 입자 총 중량에 대하여, 25 wt% 이상 60 wt% 이하일 수 있다. 다만, 상기 초경 입자에 포함되는 제1 초경 입자와 제2 초경 입자의 함량은 전술한 범위로 제한되는 것은 아니고, 초경층이 구비된 금속 모재가 사용되는 용도에 따라 조절될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the carbide grains may include a mixture of the first carbide grains and the second carbide grains, and the content of the first carbide grains contained in the carbide grains and the content of the second carbide grains May be adjusted depending on the application in which the hard layer is used. Specifically, the ratio of the content of the first carbide grains to the content of the second carbide grains contained in the carbide grains may be 4: 1 to 2: 4. For example, when a metal base material having a carbide layer is applied to parts or equipment used under high temperature conditions, the content of the first carbide grains contained in the carbide grains is preferably not less than 35 wt% wt% or less. Also, when a metal base material having a hard layer is applied to a part or equipment used in an environment requiring more impact resistance, the content of the second harder particles contained in the harder particles is preferably 25 wt% to 60 wt% or less. However, the content of the first carbide particles and the second carbide grains contained in the carbide grains is not limited to the above-mentioned range, and the metal base material having the carbide layer can be controlled according to the use.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자에 포함되는 상기 제1 초경 입자 및 제2 초경 입자의 함량을 조절하여, 상기 초경층의 기계적 물성을 제어함으로써, 다양한 용도에 적용될 수 있는 초경층이 구비된 금속 모재를 용이하게 제조할 수 있다.Therefore, according to one embodiment of the present invention, by controlling the content of the first carbide particles and the second carbide grains contained in the carbide grains to control the mechanical properties of the carbide layer, It is possible to easily manufacture the metal base material having the layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자층은 페이스트(paste) 상태일 수 있다. 본 발명에서 "페이스트"는 일정한 점도를 가져 가소성이 있으며, 그 형태가 유지될 수 있는 것을 의미할 수 있다. 상기 초경 입자층은 페이스트로, 상기 모재의 일면 상에 형성되는 상기 초경 입자층은 그 형태를 유지할 수 있다. 일 예로, 상기 초경 입자와 물을 혼합하여, 상기 금속 모재의 일면 상에 적층함으로써, 페이스트 상태의 초경 입자층을 형성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the carbide particle layer may be in a paste state. In the present invention, the term "paste" means that it has a certain viscosity and is plastic, which means that the shape can be maintained. The carbide particle layer is a paste, and the carbide particle layer formed on one surface of the base material can maintain its shape. For example, by mixing the carbide particles and water and laminating them on one surface of the metal base material, a paste-like carbide particle layer can be formed.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자층을 형성하는 단계는 상기 초경 입자 및 용제 페이스트를 포함하는 초경 입자 페이스트를 상기 금속 모재의 일면 상에 도포하여 상기 초경 입자층을 형성할 수 있다. 상기 용제(flux) 페이스트로 경납용 용제 페이스트를 사용할 수 있다. 상기 용제 페이스트는 붕산염(borates), 보론(boron), 붕사(fused borax), 염화리튬 등을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the step of forming the carbide particle layer, the carbide particle paste including the carbide grains and the solvent paste may be applied on one surface of the metal base material to form the carbide particle layer. As the above flux paste, a light-emitting solvent paste can be used. The solvent paste may include borates, boron, fused borax, lithium chloride, and the like.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자와 용제 페이스트를 혼합하여 초경 입자 페이스트를 제조할 수 있으며, 상기 초경 입자 페이스트로부터 형성된 초경 입자층은 페이스트 상태일 수 있다. 또한, 상기 초경 입자와 용제 페이스트를 포함하는 초경 입자 페이스트를 사용하여 초경 입자층을 형성하는 경우, 상기 용융 금속층을 용융하는 과정에서 상기 초경 입자에 산소, 수소 등이 결합되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 용제 페이스트는 용융된 금속과 상기 초경 입자 간의 접합을 보다 강화시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the carbide particles and the solvent paste may be mixed to produce a carbide particle paste, and the carbide particle layer formed from the carbide particle paste may be in a paste state. Further, in the case of forming the carbide particle layer by using the carbide particle paste including the carbide grains and the solvent paste, it is possible to prevent oxygen, hydrogen, or the like from bonding to the carbide grains during the melting of the molten metal layer. In addition, the solvent paste can further enhance the bonding between the molten metal and the carbide particles.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용제 페이스트는 경납 입자를 포함할 수 있다. 본 발명에서 "경납"은 납합금의 일종으로 안티몬을 소량 포함하고 있는 납합금을 의미할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the solvent paste may include a light-scattering particle. In the present invention, "solder" may refer to a lead alloy containing a small amount of antimony as a kind of lead alloy.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용제 페이스트는 다양한 종류의 경납 입자를 포함할 수 있다. 본 발명에서 경납으로 용융점이 1,000 ℃ 이하인 합금을 사용할 수 있으며, 용융점이 1,000 ℃ 이하인 합금이라면 종류의 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 경납 입자는 보론-은(B-Ag)계 경납입자, 니켈-크롬(Ni-Cr)계 경납 입자, 은-망간(Ag-Mn)계 경납 입자 및 구리-금(Cu-Au)계 경납 입자 중 적어도 하나의 입자를 포함할 수 있으나, 상기 경납 입자의 종류를 제한하는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the solvent paste may include various types of light-scattering particles. In the present invention, an alloy having a melting point of 1,000 ° C or lower can be used as the solder, and any alloy having a melting point of 1,000 ° C or lower can be used without limitation. Specifically, the above-mentioned light-emitting particles include a boron-silver (B-Ag) light diffusing agent, a nickel-chromium (Ni- ) Based light-curing particles, but does not limit the kind of the light curing particles.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자 페이스트를 제조하기 위하여, 상기 초경 입자 및 경납 입자 등을 상기 용제 페이스트와 혼합하여 준비할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in order to produce the carbide grains paste, the carbide grains and the carbide grains may be prepared by mixing with the solvent paste.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자층에 상기 경납 입자가 포함됨에 따라, 상기 초경 입자가 상기 모재의 일면 상에 융착되는 정도가 증가될 수 있다. 구체적으로, 상기 초경 입자 페이스트에 포함되는 경납 입자는 상기 초경 입자 및 상기 용융 금속층으로부터 유래된 금속이 상기 금속 모재의 일면 상에 융착되는 정도를 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, as the cemented carbide particles are included in the cemented carbide particle layer, the degree to which the cemented carbide particles are fused onto one surface of the base material can be increased. Specifically, the light-scattering particles contained in the carbide particle paste can improve the degree of fusion of the carbide particles and the metal derived from the molten metal layer onto one surface of the metal base material.
따라서, 상기 초경 입자층에 상기 경납 입자가 포함됨으로써, 상기 초경 입자 및 상기 용융 금속층으로부터 유래되는 금속이 상기 금속 모재의 일면 상에 안정적으로 고착될 수 있다.Therefore, the metal particles derived from the carbide particles and the molten metal layer can be stably fixed on one surface of the metal base material by including the light metal particles in the carbide particle layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자층은 상기 초경 입자를 포함하는 초경판을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 초경 입자층을 형성하는 단계는 초경 입자를 포함하는 초경판을 초경 입자층으로 사용할 수 있으며, 상기 초경판을 금속 모재 상에 적층할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cemented carbide particle layer may include a cemented carbide plate including the cemented carbide particles. For example, in the step of forming the carbide particle layer, a hard metal plate including carbide grains can be used as the hard metal particle layer, and the hard metal plate can be laminated on the metal base material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자 페이스트에 포함되는 상기 용제 페이스트의 함량은 상기 초경 입자 페이스트 총 중량에 대하여, 0.01 wt% 이상 1 wt% 이하일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the content of the solvent paste contained in the carbide particle paste may be 0.01 wt% or more and 1 wt% or less based on the total weight of the carbide particle paste.
상기 초경 입자 페이스트에 포함되는 상기 용제 페이스트의 함량을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 초경 입자층을 페이스트 상태로 유지할 수 있고, 상기 초경 입자를 상기 금속 모재의 일면 상에 안정적으로 적층 및 융착시킬 수 있다. 상기 용제 페이스트의 함량이 상기 초경 입자 페이스트 총 중량에 대하여, 0.01 wt% 미만인 경우, 상기 용제 페이스트를 포함하는 상기 초경 입자층을 페이스트로 만드는 것이 용이하지 않고, 상기 초경 입자를 상기 금속 모재의 일면 상에 적층 및 융착시키는 효과가 미비할 수 있다. 또한, 상기 초경 입자 페이스트에 포함되는 상기 용제 페이스트의 함량이 상기 초경 입자 페이스트 총 중량에 대하여, 1 wt%를 초과하는 경우, 상기 초경층의 내마모성, 내열성, 내충격성 등의 기계적 물성을 향상시키는 것이 용이하지 않을 수 있다.By controlling the content of the solvent paste contained in the carbide particle paste in the above-mentioned range, it is possible to keep the carbide particle layer in a paste state, and to stably laminate and melt the carbide particles on one surface of the metal base material . When the content of the solvent paste is less than 0.01 wt% with respect to the total weight of the cemented carbide paste, it is not easy to make the cemented carbide layer containing the solvent paste into a paste, The effect of stacking and fusing may be insufficient. When the content of the solvent paste contained in the carbide particle paste is more than 1 wt% with respect to the total weight of the carbide particle paste, mechanical properties such as abrasion resistance, heat resistance and impact resistance of the carbide layer are improved It may not be easy.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 모재의 일면은 산화층이 제거된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 모재의 일면 상에 상기 초경 입자층을 형성하기 전에, 다양한 방법을 통해 상기 금속 모재의 일면 상에 존재하는 산화층을 제거할 수 있다. 상기 금속 모재의 일면 상의 존재하는 산화층을 제거함으로써, 상기 초경 입자를 상기 금속 모재의 일면 상에 보다 안정적으로 융착시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, one surface of the metal base material may have an oxide layer removed. Specifically, the oxide layer existing on one surface of the metal base material may be removed through various methods before forming the carbide particle layer on one surface of the metal base material. By removing the oxide layer existing on one surface of the metal base material, the carbide particles can be more stably fused onto one surface of the metal base material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 모재의 일면을 샌드 블라스팅 처리, 산 처리, 솔벤트 세척 또는 초음파 세척함으로써, 상기 금속 모재의 일면 상에 존재하는 산화층을 효과적으로 제거할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the oxide layer existing on one surface of the metal base material can be effectively removed by sandblasting, acid treatment, solvent cleaning or ultrasonic cleaning on one side of the metal base material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자층을 형성하는 단계는 용제 페이스트를 상기 금속 모재의 일면 상에 도포하고, 상기 용제 페이스트 상에 상기 초경 입자를 도포하여 상기 초경 입자층을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 모재의 일면 상에 도포된 상기 용제 페이스트 상에 상기 초경 입자가 도포되고, 상기 용제 페이스트와 상기 초경 입자가 혼합되어, 페이스트 상태의 초경 입자층이 형성될 수 있다. 또한, 상기 금속 모재의 일면 상에 상기 용제 페이스트가 도포됨으로써, 상기 초경 입자 및 상기 용융 금속층으로부터 유래되는 금속이 상기 금속 모재의 일면 상에 안정적으로 융착될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the step of forming the cemented carbide layer, the cemented carbide particle layer may be formed by applying a solvent paste on one side of the metal base material and applying the cemented carbide particles onto the solvent paste. Specifically, the carbide particles are coated on the solvent paste applied on one surface of the metal base material, and the solvent paste and the carbide particles are mixed to form a paste-like carbide particle layer. Further, by applying the solvent paste on one surface of the metal base material, the metal originating from the carbide particles and the molten metal layer can be stably fused onto one surface of the base metal material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 모재의 일면 상에 존재하는 산화층을 제거한 후, 상기 금속 모재의 일면 상에 초경 입자층을 형성할 수 있다. 구체적으로, 산화층이 제거된 금속 모재의 일면 상에 상기 초경 입자 페이스트를 도포할 수 있다. 또한, 산화층이 제거된 상기 금속 모재의 일면 상에 용제 페이스트를 도포하고, 상기 용제 페이스트 상에 상기 초경 입자를 도포할 수 있다. 이를 통해, 상기 초경 입자층에 포함되는 초경 입자 및 상기 용융 금속층으로부터 유래되는 상기 용융된 금속은 상기 금속 모재의 일면 상에 안정적으로 융착될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after removing the oxide layer existing on one surface of the metal base material, a carbide particle layer may be formed on one surface of the metal base material. Specifically, the carbide particle paste can be applied on one surface of the metal base material from which the oxide layer has been removed. Further, a solvent paste may be applied on one surface of the metal base material from which the oxide layer has been removed, and the carbide particles may be coated on the solvent paste. As a result, the carbide particles contained in the carbide particle layer and the molten metal derived from the molten metal layer can be stably fused onto one surface of the metal base material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 모재의 일면은 작업면을 의미할 수 있다. 구체적으로, 일면 상에 상기 초경층이 형성된 상기 금속 모재가 각종 설비 및 부품의 모재로 사용되는 경우, 상기 금속 모재의 일면 측이 사용시 마모되는 측 또는 충격이나 열이 가해지는 측일 수 있다. 또한, 상기 금속 모재의 일면 및 타면이 작업면으로 사용되는 경우, 상기 금속 모재의 양면 상에 상기 초경층이 구비될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, one surface of the metal base material may mean a working surface. Specifically, when the metal base material on which the hard layer is formed on one surface is used as a base material for various facilities and parts, one side of the metal base material may be a side to be worn during use or a side to which impact or heat is applied. In addition, when one surface and the other surface of the metal base material are used as a working surface, the cemented carbide layer may be provided on both surfaces of the metal base material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자층에 포함될 수 있는 상기 초경 입자, 세라믹 입자, 경납 입자 등을 알코올 또는 물로 세척하여, 상기 초경 입자층에 불순물이 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해, 제조되는 초경층의 품질을 보다 균일하게 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to prevent impurities from being mixed into the cemented carbide particles layer by washing the cemented carbide particles, ceramic particles, cemented carbide particles, etc., which may be included in the cemented carbide layer with alcohol or water. This makes it possible to make the quality of the carbide layer produced more uniform.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자층의 두께는 5 mm 이상 20 mm 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 초경 입자층의 두께는 5 mm 이상 8 mm 이하, 7 mm 이상 10 mm 이하, 9 mm 이상 12 mm 이하, 11 mm 이상 14 mm 이하, 13 mm 이상 16 mm 이하, 15 mm 이상 18 mm 이하, 또는 17 mm 이상 20 mm 이하일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thickness of the carbide particle layer may be 5 mm or more and 20 mm or less. Specifically, the thickness of the carbide particle layer is from 5 mm to 8 mm, from 7 mm to 10 mm, from 9 mm to 12 mm, from 11 mm to 14 mm, from 13 mm to 16 mm, and from 15 mm to 18 mm , Or 17 mm or more and 20 mm or less.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자층의 두께를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 금속 모재의 일면 상에 내마모성, 내열성, 내충격성 등의 기계적 물성이 우수한 초경층을 용이하게 형성할 수 있다. 상기 초경 입자층의 두께가 5 mm 미만인 경우, 상기 초경층의 기계적 물성이 향상되는 정도가 미비하거나 경제성이 없을 수 있다. 또한, 상기 초경 입자층의 두께가 20 mm를 초과하는 경우, 균질한 품질을 가지는 초경층을 구현하는 것이 용이하지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, by controlling the thickness of the hard-wear particle layer to the above-mentioned range, it is possible to easily form a hard layer having excellent mechanical properties such as abrasion resistance, heat resistance and impact resistance on one surface of the metal base material . When the thickness of the carbide particle layer is less than 5 mm, the mechanical properties of the carbide layer may not be improved to a sufficient degree or may not be economical. In addition, when the thickness of the carbide particle layer exceeds 20 mm, it may not be easy to realize a carbide layer having homogeneous quality.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용융 금속층의 용융점은 상기 금속 모재의 용융점보다 낮을 수 있다. 상기 용융 금속층은 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 즉, 상기 용융 금속층으로 금속 판 또는 합금 판을 사용할 수 있다. 일 예로, 용융점이 약 1,500 ℃인 탄소강을 금속 모재로 사용하고, 용융점이 1,150 ℃인 주철을 포함하는 용융 금속층을 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the melting point of the molten metal layer may be lower than the melting point of the metal base material. The molten metal layer may comprise one or more metals. That is, a metal plate or an alloy plate may be used as the molten metal layer. For example, a molten metal layer containing cast iron having a melting point of 1,150 DEG C can be used, using carbon steel having a melting point of about 1,500 DEG C as a metal base material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 모재와 상기 용융 금속층의 용융점의 차이는 200 ℃ 이상 500 ℃이하일 수 있다. 상기 금속 모재의 용융점보다 200 ℃ 이상 500 ℃이하 낮은 용융점을 가지는 용융 금속층을 사용함으로써, 상기 금속 모재의 열변형 및 상전이를 효과적으로 억제하면서, 상기 용융 금속층을 용이하게 용융시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the difference in melting point between the metal matrix and the molten metal layer may be 200 ° C or more and 500 ° C or less. By using a molten metal layer having a melting point lower than the melting point of the metal base material by 200 DEG C or more and 500 DEG C or less, the molten metal layer can be easily melted while effectively suppressing thermal deformation and phase transition of the metal base material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경 입자층의 두께와 상기 용융 금속층의 두께 비는 2:1 내지 5:1일 수 있다. 구체적으로, 상기 초경 입자층의 두께와 상기 용융 금속층의 두께 비는 2:1 내지 3:1, 3:1 내지 4:1, 또는 4:1 내지 5:1일 수 있다. 상기 초경 입자층의 두께와 상기 용융 금속층의 두께 비를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 용융 금속층으로부터 유래되는 용융된 금속을 용이하게 상기 초경 입자층에 포함되는 초경 입자 사이로 침투시킬 수 있으며, 최소한의 비초경 부분(매트릭스)을 형성할 수 있다. 또한, 상기 용융 금속층으로부터 유래된 상기 용융된 금속이 상기 초경 입자층에 포함되는 상기 초경 입자와 균일하게 혼합될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the ratio of the thickness of the carbide particle layer to the thickness of the molten metal layer may be 2: 1 to 5: 1. Specifically, the thickness of the carbide particle layer and the thickness of the molten metal layer may be 2: 1 to 3: 1, 3: 1 to 4: 1, or 4: 1 to 5: 1. The molten metal derived from the molten metal layer can be easily penetrated into the meniscus particles contained in the carbide particle layer by adjusting the thickness of the carbide particle layer and the thickness ratio of the molten metal layer to the above range, (Matrix) can be formed. Further, the molten metal derived from the molten metal layer can be uniformly mixed with the carbide particles contained in the carbide particle layer.
상기 초경 입자층의 두께와 상기 용융 금속층의 두께 비가 5:1을 초과하는 경우, 상기 용융 금속층으로부터 유래되는 용융된 금속의 양이 적어, 상기 초경 입자층 내의 간극 전체를 효과적으로 채우기 어려우며, 상기 초경 입자와 균일하게 혼합되는 것이 용이하지 않아 초경층 내부에 기공이 존재하는 문제가 발생될 수 있다. 또한, 상기 초경 입자층의 두께와 상기 용융 금속층의 두께 비가 2:1 미만인 경우, 상기 용융 금속층으로부터 유래되는 용융된 금속의 양이 많아, 상기 초경 입자층 내의 간극을 채우고도 남게 되며, 용융된 금속이 냉각되어 초경 입자 사이에 형성되는 비초경 부분이 상대적으로 많아 상기 초경층의 내마모성 특성이 현저히 저하되는 문제가 발생될 수 있다.When the ratio of the thickness of the cemented carbide layer to the thickness of the molten metal layer exceeds 5: 1, the amount of molten metal derived from the molten metal layer is small and it is difficult to effectively fill the entire gap in the cemented carbide layer, It is not easy to mix the cemented carbide layer and the carbide layer. If the ratio of the thickness of the carbide particle layer to the thickness of the molten metal layer is less than 2: 1, the amount of molten metal derived from the molten metal layer is large, so that the gaps in the cemented carbide layer remain filled, There may be a problem that the abrasion resistance characteristic of the hard layer is remarkably deteriorated due to the relatively large number of the uncured portions formed between the hardened particles.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용융 금속층의 형태는 상기 초경 입자층의 형태와 대응될 수 있다. 구체적으로, 상기 용융 금속층의 두께는 상기 초경 입자층의 두께와 상이할 수 있다. 다만, 상기 용융 금속층의 크기, 즉, 평면 상의 가로와 세로의 길이는 상기 초경 입자층의 평면 상의 가로, 세로의 길이와 동일할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the shape of the molten metal layer may correspond to the shape of the carbide particle layer. Specifically, the thickness of the molten metal layer may be different from the thickness of the carbide particle layer. However, the size of the molten metal layer, that is, the length in the horizontal direction and the length in the plane direction may be the same as the length and width in the plane of the cemented carbide layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고주파유도 가열기를 이용하는 고주파유도 가열법을 통해 상기 용융 금속층이 가열되어 용융됨에 따라, 상기 용융 금속층에 포함되는 금속이 용융될 수 있다. 상기 용융된 금속은 상기 융융 금속층의 하부에 위치하는 상기 초경 입자층 내로 침투되어 흘러 들어갈 수 있다. 상기 용융된 금속이 상기 초경 입자층의 상부에서 하부로 천천히 흘러 들어가는 과정에서, 상기 용융된 금속은 상기 초경 입자층 내부의 간극을 상부 방향에서 하부 방향을 따라 순차적으로 채우고, 상기 초경 입자와 순차적으로 혼합될 수 있다. 이에 의해, 상기 초경 입자층 내부의 간극에 존재하는 공기 등의 기체가 상기 초경 입자층 내부로부터 용이하게 빠져 나갈 수 있다. 따라서, 제조되는 상기 초경층의 품질이 향상될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, as the molten metal layer is heated and melted through a high frequency induction heating method using a high frequency induction heater, the metal contained in the molten metal layer can be melted. The molten metal may flow into the cemented carbide layer located below the molten metal layer. The molten metal gradually fills the gap in the cemented carbide particle layer from the upper side to the lower side in the process of slowly flowing the molten metal from the upper portion to the lower portion of the cemented carbide particle layer, . As a result, gas such as air existing in the gap in the cemented carbide layer can easily escape from the inside of the cemented carbide layer. Therefore, the quality of the carbide layer to be produced can be improved.
반면, 초경 입자와 용융성 금속 입자를 혼합한 재료를 사용하는 경우, 초경 입자와 혼합된 용융성 금속 입자들이 동시에 용융되고, 한꺼번에 초경 입자와 혼합됨에 따라, 상기 초경 입자 및 용융성 금속 입자 간에 존재하는 기체 등이 빠져나가는 것이 용이하지 않을 수 있다. 이에 의해, 제조되는 초경층의 품질이 균일하지 않은 문제가 발생될 수 있다.On the other hand, when a mixture of the carbide particles and the molten metal particles is used, the molten metal particles mixed with the carbide particles are simultaneously melted and mixed with the carbide grains at a time, It may not be easy for the gas or the like to escape. As a result, the quality of the carbide layer to be produced may not be uniform.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 구체적으로, 도 1의 (a)는 금속 모재(100)의 일면 상에 초경 입자층(200)을 형성하는 단계를 나타낸 것이다. 도 1의 (b)는 초경 입자층(200) 상에 용융 금속층(300)을 적층하는 단계를 나타낸 것이다. 도 1의 (c)는 초경 입자층(200) 및 용융 금속층(300)이 적층된 금속 모재(100)를 고주파유도 가열기(400) 내의 세라믹 판(420) 상에 위치시키는 단계를 나타낸 것이다. 도 1의 (d)는 고주파유도 가열기(400) 내부를 불활성 가스로 충진시키고, 고주파유도 가열 방법을 이용하여 용융 금속층(300)을 용융시켜 금속 모재(100)의 일면 상에 초경층(500)을 형성하는 단계를 나타낸 것이다. 도 1의 (e)는 형성된 초경층(500)을 후처리하는 단계를 나타낸 것이다.FIG. 1 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a metal base material having a hard layer according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. More specifically, FIG. 1 (a) shows a step of forming a hard
상기 도 1을 참고하면, 상기 고주파유도 가열기(400) 내부에는 가열코일(410)이 상측 및 하측에 구비될 수 있다. 상기 가열 코일(410) 사이에는 고주파유도 가열의 대상체를 위치시킬 수 있는 세라믹 판(420)이 구비될 수 있다.Referring to FIG. 1, a
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가열 코일은 구리를 포함할 수 있으며, 상기 가열 코일에 고주파 전류가 인가되어 상기 가열 코일에서 발생하는 유도자계에 의해 상기 용융 금속층이 가열되어 용융될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the heating coil may include copper, and a high frequency current may be applied to the heating coil, and the molten metal layer may be heated and melted by an induction magnetic field generated in the heating coil.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고주파유도 가열기의 입력 전력은 10 KW 이상 200 KW 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 고주파유도 가열기의 입력 전력은 10 KW 이상 30 KW 이하, 30 KW 이상 50 KW 이하, 50 KW 이상 100 KW 이하, 100 KW 이상 150 KW 이하, 또는 150 KW 이상 200 KW 이하로 조절될 수 있다. 상기 고주파유도 가열기의 입력 전력을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 용융 금속층을 안정적으로 고주파 유도 가열시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the input power of the high frequency induction heater may be 10 KW or more and 200 KW or less. More specifically, the input power of the high-frequency induction heater may be controlled to 10 KW or more and 30 KW or less, 30 KW or more and 50 KW or less, 50 KW or more and 100 KW or less, 100 KW or more and 150 KW or less or 150 KW or more and 200 KW or less have. By adjusting the input power of the high-frequency induction heater to the above-mentioned range, the molten metal layer can be stably induced by high frequency induction heating.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고주파유도 가열기의 최대 입력 전류는 60 A 이상 200 A 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 고주파유도 가열기의 최대 입력 전류는 60 A 이상 80 A 이하, 80 A 이상 100 A 이하, 또는 100 A 이상 200 A 이하로 조절될 수 있다. 상기 고주파유도 가열기의 최대 입력 전류를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 용융 금속층을 안정적으로 가열시킬 수 있는 고주파 가열 온도와 속도를 효과적으로 조절할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the maximum input current of the high frequency induction heater may be 60 A or more and 200 A or less. Specifically, the maximum input current of the high-frequency induction heater may be controlled to be not less than 60 A and not more than 80 A, not less than 80 A and not more than 100 A, or not less than 100 A and not more than 200 A. [ By adjusting the maximum input current of the high-frequency induction heater to the range described above, the high-frequency heating temperature and the speed at which the molten metal layer can be stably heated can be effectively controlled.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고주파유도 가열기의 출력 주파수는 1 kHz 이상 50 kHz 이하일 수 있다. 구체적으로, 용융 금속층 등의 피가열체를 용융시키는 경우에는 상기 고주파유도 가열기의 출력 주파수를 1 kHz 이상 10 kHz 이하, 초경 입자, 용융된 금속 및 금속 모재들 간의 접합이나 브레이징을 수행하는 경우에는 상기 고주파유도 가열기의 출력 주파수를 10 kHz 이상 20 kHz 이하, 초경층 등의 피가열체의 표면 처리를 수행하는 경우에는 상기 고주파유도 가열기의 출력 주파수를 20 kHz 이상 50 kHz 이하로 조절할 수 있다. 상기 고주파유도 가열기의 출력 주파수를 전술한 범위로 조절함으로써, 가열 용도에 따라 적절한 가열 효과를 얻을 수 있으며, 상기 용융 금속층을 안정적으로 고주파 유도 가열시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the output frequency of the high frequency induction heater may be 1 kHz to 50 kHz. Specifically, when melting the object to be heated such as a molten metal layer, when the output frequency of the high-frequency induction heater is 1 kHz or more and 10 kHz or less and the joining or brazing of the carbide particles, molten metal, The output frequency of the high frequency induction heater may be controlled to be not less than 20 kHz and not more than 50 kHz when the surface treatment of the heating target such as a hard layer is performed at an output frequency of 10 kHz or more and 20 kHz or less. By adjusting the output frequency of the high-frequency induction heater to the above-mentioned range, an appropriate heating effect can be obtained according to the heating purpose, and the molten metal layer can be stably induced by high-frequency induction heating.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경층을 형성하는 단계는 불활성 가스 분위기 또는 수소 가스 분위기에서 수행될 수 있다. 불활성 가스 또는 수소 가스로 내부가 충진된 상기 고주파유도 가열기의 내에서, 고주파유도 가열 방법을 이용하여 상기 용융 금속층을 용융시킴으로써, 상기 초경 입자층에 포함되는 상기 초경 입자의 비산이 발생되는 문제 및 초경 입자가 산화되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 상기 불활성 가스는 아르곤 가스, 헬륨 가스 또는 이들의 혼합 가스일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of forming the hard layer may be performed in an inert gas atmosphere or a hydrogen gas atmosphere. Frequency induction heating method in which the molten metal layer is melted by using the high frequency induction heating method in the high frequency induction heating apparatus filled with inert gas or hydrogen gas to cause scattering of the carbide particles contained in the carbide particle layer, Can be effectively prevented from being oxidized. The inert gas may be argon gas, helium gas, or a mixed gas thereof.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초경층을 제조하는 단계 이후, 상기 용융 금속층의 용융점보다 낮은 온도에서 상기 초경층을 후처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일면 상에 초경층이 형성된 금속 모재를 후처리함으로써, 초경층의 빠른 냉각으로 인해 발생될 수 있는 열응력을 효과적으로 제거할 수 있다. 상기 초경층을 후처리하는 단계는 용융 금속층의 용융점보다 낮은 온도에서 열처리하는 방법으로 수행될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of preparing the hard layer may further include post-treating the hard layer at a temperature lower than the melting point of the molten metal layer. By post-treating the metal base material having the hard layer on one surface, it is possible to effectively remove thermal stress that may be generated due to rapid cooling of the hard layer. The step of post-treating the hard layer may be performed by a heat treatment at a temperature lower than the melting point of the molten metal layer.
또한, 상기 초경층을 후처리하는 단계는 불활성 가스 분위기 또는 수소 가스 분위기에서 수행될 수 있다. 불활성 가스 분위기 또는 수소 가스 분위기에서 상기 초경층을 후처리함으로써, 상기 초경층이 산화되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.Further, the step of post-treating the hard layer may be performed in an inert gas atmosphere or a hydrogen gas atmosphere. The cemented carbide layer may be post-treated in an inert gas atmosphere or a hydrogen gas atmosphere to effectively prevent the cemented carbide layer from being oxidized.
본 발명의 다른 실시예에는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법으로 제조되는 초경층이 구비된 금속 모재를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a metal base material having a hard layer formed by a method according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 내마모성, 내열성, 내충격성 등의 기계적 물성이 우수한 초경층이 구비된 금속 모재를 제공할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, it is possible to provide a metal base material having a hard layer having excellent mechanical properties such as abrasion resistance, heat resistance and impact resistance.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 초경층은 금속 모재의 일면 상에 형성될 수 있으며, 상기 초경층이 일면 상에 형성된 금속 모재는 발전소, 제철공장, 시멘트공장, 광산, 건설공사 등의 다양한 분야에서 사용되는 그라인딩 롤, 슈트 부품, 파쇄 해머 등의 설비, 중장비 버켓, 분쇄기 부품 등의 각종 장비의 부품 등에 적용될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the cemented carbide layer may be formed on one side of the metal base material, and the metal base material formed on one side of the cemented carbide layer may be a variety of materials such as a power plant, a steel factory, a cement factory, Grinding rolls used in the field, equipment parts such as chute parts and shredding hammer, parts for various equipments such as heavy equipment buckets and crusher parts, and the like.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present disclosure are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention
실시예Example 1 One
용융점이 약 1,500 ℃이고 두께가 20 mm인 탄소강 합금을 금속 모재로 준비하고, 용융점이 1,150 ℃이고 두께가 5 mm인 주철판을 용융 금속층으로 준비하였다. 또한, 초경 입자로 평균 입경이 5 mm인 텅스텐 카바이드 입자를 준비하고, 용제 페이스트(Cream Flux 800H, 태산금속)를 준비하였다. 준비된 초경 입자를 알코올로 세척한 후, 용제 페이스트 상에 텅스텐 카바이드 입자를 첨가하여 혼합하여 초경 입자 페이스트를 제조하였다. 제조된 초경 입자 페이스트에 포함되는 용제 페이스트의 함량은 초경 입자 페이스트 총 중량에 대하여 0.1 wt%이다.A carbon steel alloy having a melting point of about 1,500 캜 and a thickness of 20 mm was prepared as a metal base material and a steel sheet having a melting point of 1,150 캜 and a thickness of 5 mm was prepared as a molten metal layer. Further, tungsten carbide particles having an average particle diameter of 5 mm were prepared as carbide grains, and a solvent paste (Cream Flux 800H, Taishan Metal) was prepared. The prepared cemented carbide particles were washed with alcohol, and then tungsten carbide particles were added to the solvent paste to prepare a hardened particle paste. The content of the solvent paste contained in the prepared cemented carbide particle paste is 0.1 wt% with respect to the total weight of the cemented carbide particle paste.
이후, 금속 모재의 표면을 샌드블라스팅 처리하여, 금속 모재의 표면에 존재하는 산화층을 제거하고, 상기 준비된 초경 입자 페이스트를 금속 모재의 표면 상에 10 mm 두께로 적층하여, 금속 모재의 표면 상에 초경 입자층을 형성하였다. 이후, 초경 입자층 상에 용융 금속층인 5 mm 주철판을 적층하여, 금속 모재의 표면 상에 초경 입자층과 용융성 금속층이 구비된 적층체를 준비하였다.Thereafter, the surface of the metal base material is sandblasted to remove the oxide layer existing on the surface of the metal base material, and the prepared carbide particle paste is laminated on the surface of the metal base material to a thickness of 10 mm, Thereby forming a particle layer. Thereafter, a 5 mm main steel sheet as a molten metal layer was laminated on the carbide particle layer to prepare a laminate having a carbide particle layer and a molten metal layer on the surface of the metal base material.
이후, 도 1과 같이 구비되며 내부가 아르곤 가스로 충진된 고주파유도 가열기 내의 세라믹 판 상에 적층체를 올려 놓고, 고주파유도 가열법을 이용하여, 1,250 ℃에서 10 분 동안 용융성 금속층을 용융시켰다. 이때, 고주파유도 가열기의 입력 전력은 50 KW이고, 최대 입력 전류는 70 A이며, 출력 주파수는 20 kHz로 설정하였다.Thereafter, the laminate was placed on a ceramic plate in a high-frequency induction heater equipped with the argon gas as shown in Fig. 1, and the melted metal layer was melted at 1,250 DEG C for 10 minutes by the high frequency induction heating method. In this case, the input power of the high frequency induction heater is 50 KW, the maximum input current is 70 A, and the output frequency is set to 20 kHz.
용융 금속층 전부가 용융되어, 금속 모재의 표면 상에 초경층이 형성된 것을 확인한 후, 1,000 ℃에서 5 분 동안 형성된 초경층을 후처리하였다. 이로써, 표면 상에 약 7 mm의 두께의 초경층이 구비된 금속 모재를 제조하였다.After all of the molten metal layer was melted to confirm that a hard layer was formed on the surface of the metal base material, the hard layer formed at 1,000 DEG C for 5 minutes was post-treated. Thus, a metal base material having a carbide layer having a thickness of about 7 mm on the surface was prepared.
실시예Example 2 2
금속 모재, 용융 금속층, 초경 입자 및 용제 페이스트로 상기 실시예 1에서 준비된 것과 동일한 것을 사용하였다.The same metal substrate, molten metal layer, carbide particles and solvent paste as those prepared in Example 1 were used.
금속 모재의 표면을 샌드블라스팅 처리하여, 금속 모재의 표면에 존재하는 산화층을 제거하고, 상기 준비된 용제 페이스트를 금속 모재의 표면 상에 2 mm 두께로 도포하였다. 이후, 금속 모재의 표면 상에 도포된 용제 페이스트 상에 초경 입자를 도포하여, 10 mm의 두께의 초경 입자층을 형성하였다. 이후, 초경 입자층 상에 용융 금속층인 5 mm 주철판을 적층하여, 금속 모재의 표면 상에 초경 입자층과 용융성 금속층이 구비된 적층체를 준비하였다.The surface of the metal base material was sandblasted to remove the oxide layer existing on the surface of the metal base material and the prepared solvent paste was applied on the surface of the metal base material to a thickness of 2 mm. Thereafter, the carbide particles were coated on the solvent paste applied on the surface of the metal base material to form a carbide particle layer having a thickness of 10 mm. Thereafter, a 5 mm main steel sheet as a molten metal layer was laminated on the carbide particle layer to prepare a laminate having a carbide particle layer and a molten metal layer on the surface of the metal base material.
이후, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 표면 상에 약 7 mm의 두께의 초경층이 구비된 금속 모재를 제조하였다.Thereafter, a metal base material having a carbide layer having a thickness of about 7 mm on the surface was prepared in the same manner as in Example 1.
비교예Comparative Example 1 One
고주파유도 가열기 챔버 내부를 아르곤 가스가 아닌 공기로 충진시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 초경층이 구비된 금속 모재를 제조하였다.A metal base material having a carbide layer was prepared in the same manner as in Example 1, except that the inside of the high frequency induction heater chamber was filled with air instead of argon gas.
비교예Comparative Example 2 2
두께가 10 mm인 주철판을 용융 금속층으로 준비하고, 금속 모재의 표면 상에 초경 입자 페이스트를 10 mm 두께로 적층한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 초경층이 구비된 금속 모재를 제조하였다.A metal base material having a carbide layer was prepared in the same manner as in Example 1, except that a core steel sheet having a thickness of 10 mm was prepared as a molten metal layer, and a carbide particle paste was laminated on the surface of the metal base material to a thickness of 10 mm. .
도 2a는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 초경층이 구비된 금속 모재의 단면을 촬영한 사진이고, 도 2b는 비교예 1에서 제조된 초경층이 구비된 금속 모재의 단면을 촬영한 사진이다. 도 2b에 나타난 비교예 1에서 제조된 초경층이 구비된 금속 모재의 단면을 보면, 초경층 내에 기포가 포함되어 있으며, 초경층의 품질이 균질하지 않은 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 2a 나타난 실시예 1에서 제조된 초경층이 구비된 금속 모재의 단면을 보면, 금속 모재의 표면 상에 초경 입자가 안정적으로 융착되어 있으며, 초경층 내에 기포 등이 존재하지 않으며 균질한 품질을 가지는 것을 확인할 수 있다.FIG. 2A is a photograph of a cross-section of a metal base material having a carbide layer manufactured in Example 1 of the present invention, and FIG. 2B is a photograph of a cross section of a metal base material having a carbide layer manufactured in Comparative Example 1 . The cross-section of the metal base material having the cemented carbide layer prepared in Comparative Example 1 shown in FIG. 2B shows that the cemented carbide layer contains bubbles and the quality of the cemented carbide layer is not homogeneous. On the other hand, the cross-section of the metal base material having the cemented carbide layer prepared in Example 1 shown in Fig. 2a shows that the cemented carbide particles are stably fused on the surface of the metal base material, As shown in Fig.
주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 및 에너지분산형 분광분석법(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS)를 이용하여, 본 발명의 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 초경층이 구비된 금속 모재를 분석하였다. (1), Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 using a scanning electron microscope (SEM) and an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) The metal base material with the cemented carbide layer was analyzed.
도 3a는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 초경층이 구비된 금속 모재의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지를 나타낸 것이고, 도 3b는 비교예 1에서 제조된 초경층이 구비된 금속 모재의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지를 나타낸 것이다. 도 3a를 참고하면, 아르곤 가스 분위기에서 가열한 실시예 1의 경우, 텅스텐 카바이드(WC) 입자의 경계면이 뚜렷한 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 텅스텐 카바이드 입자가 산화 없이 용융 금속과 함께 초경층을 형성하는 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 3b를 참고하면, 공기 분위기에서 가열한 비교예 1의 경우, 텅스텐 카바이드 입자에 부분 산화현상이 발생되는 것을 확인할 수 있다.FIG. 3A shows an SEM (Scanning Electron Microscope) image of the metal base material having the cemented carbide layer prepared in Example 1 of the present invention, FIG. 3B shows a SEM (Scanning Electron Microscope) image of the metal base material having the carbide layer prepared in Comparative Example 1, Scanning Electron Microscope) image. Referring to FIG. 3A, in the case of Example 1 heated in an argon gas atmosphere, it can be seen that the interface of the tungsten carbide (WC) particles is clear, which allows the tungsten carbide particles to form a carbide layer together with molten metal . On the other hand, referring to FIG. 3B, in the case of Comparative Example 1 heated in an air atmosphere, it is confirmed that the partial oxidation phenomenon occurs in the tungsten carbide particles.
도 4a는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 초경층의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지를 나타낸 것이고, 도 4b는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 초경층의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지를 나타낸 것이다. 도 4b를 참고하면, 본 발명의 실시예 2에서 제조된 초경층의 경우, 텅스텐 카바이드 입자가 치밀하게 결합되어 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 4a를 참고하면, 본 발명의 실시예 1에서 제조된 초경층의 경우에는 실시예 2에서 제조된 초경층 보다 텅스텐 카바이드 입자가 더욱 치밀하게 용융 금속 내에 결합된 것을 확인할 수 있다.FIG. 4A is an SEM (Scanning Electron Microscope) image of the hard layer produced in Example 1 of the present invention, and FIG. 4B is an SEM (Scanning Electron Microscope) image of the hard layer prepared in Example 2 of the present invention will be. Referring to FIG. 4B, it can be confirmed that tungsten carbide particles are tightly bonded in the cemented carbide layer prepared in Example 2 of the present invention. Referring to FIG. 4A, it can be seen that tungsten carbide particles are bonded more densely in the molten metal than in the cemented carbide layer prepared in Example 2 in the case of the cemented carbide layer prepared in Example 1 of the present invention.
도 5a는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 초경층이 구비된 금속 모재의 단면을 촬영한 사진이고, 도 5b는 비교예 2에서 제조된 초경층이 구비된 금속 모재의 단면을 촬영한 사진이다. 도 5a를 참고하면, 초경 입자층과 용융 금속층의 두께비가 2;1인 실시예 1의 경우, 초경 입자와 용융 금속층으로부터 유래된 용융 금속이 균질하게 혼합되었으며, 비초경 부분이 거의 없는 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 5b를 참고하면, 초경 입자층과 용융 금속층의 두께비가 1;1인 비교예 2의 경우, 초경 입자와 용융 금속층으로부터 유래된 용융 금속이 균질하게 혼합되지 않았으며, 초경층 형성 전의 금속 모재에 적층된 초경 입자층의 경계 윗부분으로 용융 금속층으로부터 유래된 비초경 부분이 많은 것을 확인할 수 있다.5A is a photograph of a cross-section of a metal base material having a carbide layer manufactured in Example 1 of the present invention, and FIG. 5B is a photograph of a cross section of a metal base material having a carbide layer manufactured in Comparative Example 2 . 5A, it can be confirmed that, in the case of Example 1 in which the thickness ratio of the carbide particle layer and the molten metal layer is 2: 1, the molten metal derived from the carbide particles and the molten metal layer is homogeneously mixed, . On the other hand, referring to FIG. 5B, in the case of Comparative Example 2 in which the thickness ratio of the carbide particle layer and the molten metal layer is 1: 1, the molten metal derived from the carbide particles and the molten metal layer is not homogeneously mixed, It can be confirmed that there are many non-cemented portions derived from the molten metal layer at the upper part of the boundary of the cemented carbide layer.
100: 금속 모재
200: 초경 입자층
300: 용융 금속층
400: 고주파유도 가열기
410: 가열 코일
420: 세라믹 판
500: 초경층100: metal base material
200: carbide particle layer
300: molten metal layer
400: high frequency induction heater
410: heating coil
420: Ceramic plate
500: hard layer
Claims (13)
상기 초경 입자층 상에 상기 초경 입자보다 용융점이 낮은 금속을 포함하는 용융 금속층을 구비하는 단계; 및
고주파유도 가열법을 이용하여 상기 용융 금속층을 용융시켜, 상기 초경 입자층을 상기 금속 모재 상에 융착시켜 초경층을 형성하는 단계;를 포함하는 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법.Forming a carbide particle layer including carbide grains on at least one surface of the metal base material;
Providing a molten metal layer on the cemented carbide particle layer, the molten metal layer including a metal having a lower melting point than the cemented carbide particle; And
Melting the molten metal layer using a high frequency induction heating method and fusing the hardened particle layer to the metal base material to form a hardened layer.
상기 초경 입자층의 두께와 상기 용융 금속층의 두께 비는 2:1 내지 5:1 인 것인 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the ratio of the thickness of the carbide particle layer to the thickness of the molten metal layer is 2: 1 to 5: 1.
상기 용융 금속층의 용융점은 상기 금속 모재의 용융점보다 낮은 것인 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein a melting point of the molten metal layer is lower than a melting point of the metal base material.
상기 초경 입자는 평균입경이 1 mm 이상 5 mm 이하인 제1 초경 입자 및 평균입경이 0.5 mm 이상 1 mm 미만인 제2 초경 입자 중 적어도 하나를 포함하는 것인 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the cemented carbide particles comprise at least one of first cemented carbide particles having an average particle diameter of not less than 1 mm and not more than 5 mm and second cemented carbide particles having an average particle diameter of not less than 0.5 mm and less than 1 mm.
상기 초경 입자층의 두께는 5 mm 이상 20 mm 이하인 것인 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the carbide particle layer has a thickness of 5 mm or more and 20 mm or less.
상기 초경 입자는 폐 초경공구를 파쇄한 입자인 것인 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the cemented carbide particles are particles obtained by crushing a cemented carbide tool.
상기 초경 입자는 초경질 탄화물 입자 및 세라믹 입자 중 적어도 하나를 포함하는 것인 것인 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the carbide grains comprise at least one of ultra hard carbide grains and ceramic grains.
상기 초경 입자층을 형성하는 단계는 상기 초경 입자 및 용제 페이스트를 포함하는 초경 입자 페이스트를 상기 금속 모재의 일면 상에 도포하여 상기 초경 입자층을 형성하는 것인 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of forming the carbide particle layer comprises coating the carbide particle paste including the carbide particles and the solvent paste on one surface of the base metal material to form the carbide particle layer.
상기 초경 입자층을 형성하는 단계는 용제 페이스트를 상기 금속 모재의 일면 상에 도포하고, 상기 용제 페이스트 상에 상기 초경 입자를 도포하여 상기 초경 입자층을 형성하는 것인 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of forming the cemented carbide particle layer comprises coating a solvent paste on one surface of the metal base material and applying the cemented carbide particles onto the solvent paste to form the cemented carbide particle layer, .
상기 금속 모재의 일면은 산화층이 제거된 것인 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein one surface of the metal base material is an oxide layer removed.
상기 초경층을 형성하는 단계는 불활성 가스 분위기 또는 수소 가스 분위기에서 수행되는 것인 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of forming the cemented carbide layer is performed in an inert gas atmosphere or a hydrogen gas atmosphere.
상기 초경층을 제조하는 단계 이후, 상기 용융 금속층의 용융점보다 낮은 온도에서 상기 초경층을 후처리하는 단계를 더 포함하는 것인 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법.The method according to claim 1,
Further comprising the step of post-treating the hard layer at a temperature lower than the melting point of the molten metal layer after the step of preparing the hard layer.
상기 초경 입자층 상에 상기 초경 입자보다 용융점이 낮은 금속을 포함하는 용융 금속층을 구비하는 단계; 및
고주파유도 가열법을 이용하여 상기 용융 금속층을 용융시켜, 상기 초경 입자층을 상기 금속 모재 상에 융착시켜 초경층을 형성하는 단계;를 포함하는 초경층이 구비된 금속 모재의 제조 방법에 의해 제조되고,
상기 초경 입자층의 두께는 5 mm 이상 20 mm 이하인 것인 초경층이 구비된 금속 모재.Forming a carbide particle layer including carbide grains on at least one surface of the metal base material;
Providing a molten metal layer on the cemented carbide particle layer, the molten metal layer including a metal having a lower melting point than the cemented carbide particle; And
Melting the molten metal layer using a high frequency induction heating method and fusing the hard metal particle layer to the metal base material to form a hard metal layer,
Wherein the carbide particle layer has a thickness of 5 mm or more and 20 mm or less.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170145730A KR101851506B1 (en) | 2017-11-03 | 2017-11-03 | Manufacturing method of metal substrate having super hard layer and metal substrate having super hard layer manufactured by the same |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101851506B1 true KR101851506B1 (en) | 2018-04-23 |
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| KR (1) | KR101851506B1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010024518A (en) * | 2008-07-23 | 2010-02-04 | Ibiden Engineering Kk | Method for manufacturing mold, and mold |
| KR101565728B1 (en) | 2015-03-27 | 2015-11-03 | 박기홍 | Method for Forming Hard Metal Cemented Carbide Layer by Welding Work Pieces with Cemented Carbide Powder |
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2017
- 2017-11-03 KR KR1020170145730A patent/KR101851506B1/en active IP Right Grant
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