KR102151168B1 - 다이아몬드 전착 공구 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부도체로서 액상 도금이 불가능한 다이아몬드의 표면을 친수성 처리하여 전기 도금이 가능하게 하고, 다이아몬드의 사용 한계와 수명이 증가되는 다이아몬드 전착 공기 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 다이아몬드 전착 공구 제조방법은, 1) 다이아몬드 입자의 표면을 친수성 처리하는 단계; 2) 샹크 표면에 전기 도금 방법으로 하지 도금하는 단계; 3) 하지 도금된 샹크 표면에 1) 단계의 다이아몬드를 전기 도금에 의하여 부착하는 단계; 4) 화학 도금에 의하여 다이아 몬드와 금속 사이의 공간을 메우는 단계;를 포함한다.

Description

다이아몬드 전착 공구 제조방법{A METH0D FOR MANUFACTURING THE TOOL ELCTRO-DEPOSITED BY DIAMOND}

본 발명은 다이아몬드 전착 공구 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 부도체로서 액상 도금이 불가능한 다이아몬드의 표면을 친수성 처리하여 전기 도금이 가능하게 하고, 다이아몬드의 사용 한계와 수명이 증가되는 다이아몬드 전착 공기 제조방법에 관한 것이다.

다이아몬드(PCD : Polycrystalline Diamond) 또는 CBN(Cubic Boron Nitride)공구는 금속 샹크(Shank)에 금속(주로 Ni, Cu)을 1차 도금한 후, 전착 도금을 행하여 상기 샹크 위에 다이아몬드를 부착하여 피삭재를 가공하는 공구이다. 이러한 다이아몬드 공구는 다이아몬드의 높은 경도를 이용하여 매우 어려운 가공 작업을 수행할 수 있다.

그런데 다이아몬드는 비전도성 물질이므로, 실제 전기 도금에 의한 다이아몬드의 부착은, 외견상으로 부착된 것으로 보일 뿐 실제로는 다이아몬드가 금속에 둘러 쌓여 있는 형태이다. 따라서 다이아몬드 표면적의 약 60% 정도가 금속에 묻혀서 실제 사용 가능한 부분은 40% 미만이다.

한편 실제 사용할 수 있는 다이아몬드의 양은 슬러지 또는 칩 배출 통로 문제, 다이아몬드의 파손(갈라짐) 문제, 다이아몬드가 금속에서 탈락되는 문제 등의 이유로 실제 다이아몬드 입자의 10 ~ 20% 정도만 사용할 수 있다. 특히, 사용 중에 탈락되는 다이아몬드는 피삭재에 스크래치(scratch)를 발생시키는 중요 원인이다.

이러한 다이아몬드 공구의 문제 발생 이유는, 다이아몬드가 금속에 완전히 밀착되지 않은 상태에서 다이아몬드에 충격, 하중을 가함으로써, 다이아몬드와 금속 사이로 다이아몬드가 이동 및 가속되어 금속과 부딪친다. 따라서 먼저 다이아몬드와 금속 사이의 간격이 벌어지고, 피삭재와의 가공시 나오는 열을 금속에 전달하지 못해 아이아몬드의 결에 따른 파손 또는 탈락이 발생하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 부도체로서 액상 도금이 불가능한 다이아몬드의 표면을 친수성 처리하여 전기 도금이 가능하게 하고, 다이아몬드의 사용 한계와 수명이 증가되는 다이아몬드 전착 공기 제조방법을 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다이아몬드 전착 공구 제조방법은, 1) 다이아몬드 입자의 표면을 친수성 처리하는 단계; 2) 샹크 표면에 전기 도금 방법으로 하지 도금하는 단계; 3) 하지 도금된 샹크 표면에 1) 단계의 다이아몬드를 전기 도금에 의하여 부착하는 단계; 4) 화학 도금에 의하여 다이아 몬드와 금속 사이의 공간을 메우는 단계;를 포함한다.

그리고 본 발명에서 상기 1) 단계는, a) 다이아몬드를 세척하는 단계; b) 세척된 다이아몬드를 KMnO₄와 H₂SO₄ 혼합 용액 속에 담가서 상기 다이아몬드 표면에 미세 기공을 형성하는 단계; c) 전 단계에서 미세 기공이 형성된 다이아몬드를 트리폴리 인산 소다 용액에 담가서 상기 다이아몬드 표면에 P^{5 +} 막을 형성하는 단계;의 소단계로 나뉘어 진행되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 b) 단계는, 90±5℃의 온도에서 2 ~ 3 시간 동안 진행되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 c) 단계는, 상온, 상압에서 24시간 동안 진행되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 4) 단계에서는, Ni - P 저속 도금액을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 Ni - P 저속 도금액은, NiCl₂·6H₂O : NaHPO₂·2H₂O : Na₄P₂O₇·10H₂O를 1 : 1 : 2 의 비율로 혼합한 용액인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 4) 단계는, pH 9 ~ 11, 온도 60±5℃, 도금 속도 3 ㎛/hr 조건으로 진행되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 따른 다이아몬드 전착 공기 제조방법에서는, Na₄P₂O₇ 의 양으로 도금 속도를 조정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 다이아몬드 전착 공구 제조방법에 의하여 제조되는 전착 공구는, 다이아몬드의 사용 한계가 10 ~ 20%에서 20 ~ 30%로 증가하고, 다이아몬드가 금속에서 빠질 확률이 낮아져 평균적인 다이아몬드 사용 수명이 길어지는 장점이 있다.

또한 이 전착 공구를 사용하여 가공시 발생하는 칩 또는 슬러지가 용이하게 배출될 수 있는 조건이 되어 피삭재의 불량을 미리 방지할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이아몬드 전착 공구 제조방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이아몬드 입자 표면 친수성 처리 단계의 세부 공정도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 다이아몬드 전착 공구 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 다이아몬드 입자 표면의 친수성 처리 단계(S100)로 시작된다. 이 단계(S100)에서는 인조 다이아몬드 입자에 10² ~ 10³ ppm 정도의 농도로 포함되어 있는 N^{3 +} 이온에 P^{5 +}가 결합해서 극히 얇은 한 층의 P^{5 +} 막을 형성시키는 것이다.

인조 다이아몬드 입자는 1×10¹⁰ ~ 10¹⁶ Ω·cm 정도의 전기 저항을 가지므로 거의 완전한 부도체이다. 따라서 일반 액상 도금으로는 금속을 입할 수 없다. 이를 극복하기 위하여 본 실시예에서는 이 단계(S100)를 도 2에 도시된 바와 같이, 3 단계로 나누어 진행한다. 먼저 도 2에 도시된 바와 같이, 다이아몬드를 세척하는 단계(S110)가 진행된다. 이 단계(S110)에서는 공정을 수행할 다이아몬드 예를 들어 B type 다이아몬드를 충분히 세척한다.

다음으로는 도 2에 도시된 바와 같이, 세척된 다이아몬드 입자의 표면에 미세 기공을 형성하는 단계(S120)가 진행된다. 이 단계(S120)는 90±5℃의 온도의 기공 형성 용액 속에 상기 다이아몬드를 2 ~ 3 시간 동안 반응시키는 방식으로 진행되는 것이 바람직하다. 이때 상기 기공 형성 용액은, KMnO₄와 H₂SO₄ 혼합 용액인 것이 바람직하다.

다음으로는 도 2에 도시된 바와 같이, 전 단계(S120)에서 미세 기공이 형성된 다이아몬드를 트리폴리 인산 소다 용액(Sodium tripoly phosphate)에 담가서 상기 다이아몬드 표면에 P^{5 +} 막을 형성하는 단계(S130)가 진행된다. 이 단계(S130)는 상온, 상압에서 24시간 동안 진행되는 것이 바람직하다

이 단계를 거치면 다이아몬드에 존재하는 일부 N^{3 +} 이온의 일부에 의해 P^{5 +} 가 결합해서 다이아몬드의 비극성이 일부 사라져 부분적으로 친수화가 진행된다.

다음으로는 도 1에 도시된 바와 같이, 샹크 표면에 전기 도금 방법으로 하지 도금하는 단계(S200)가 진행된다. 이 단계(S200)는 일반적으로 다이아몬드 전착 공구 제작하는 경우에 수행하는 방식과 실질적으로 동일하게 진행된다.

다음으로는 도 1에 도시된 바와 같이, 하지 도금된 샹크 표면에 다이아몬드를 부착하는 단계(S300)가 진행된다. 이 단계(S300)에서는 전 단계(S200)에서 금속 즉, 니켈이 하지 도금된 상기 샹크의 표면에 전술한 1 단계(S100)에서 친수성 처리된 다이아몬드를 전기 도금에 의하여 부착하는 것이다. 부도체인 일반 다이아몬드보다, 친수성 처리된 본 실시예에 따른 다이아몬드는 이러한 전기 도금 방법에 의하여 상기 샹크 표면에 묻는 것이 아니라 견고하게 결합되며, 전착 금속과 다이아몬드의 이격 거리(clearance)는 좁아진다.

다음으로는 도 1에 도시된 바와 같이, 화학 도금에 의하여 다이아 몬드와 금속 사이의 공간을 메우는 단계(S400)가 진행된다. 이 단계(S400)에서는 Ni - P 저속 도금액을 사용하여, 금속과 다이아몬드 사이의 간극을 메울 시간보다 조금 더 길게 화학 Ni-P 도금을 행한다.

여기에서 상기 Ni - P 저속 도금액은, NiCl₂·6H₂O : NaHPO₂·2H₂O : Na₄P₂O₇·10H₂O를 1 : 1 : 2 의 비율로 혼합한 용액인 것이 바람직하다. 그리고 이 단계(S400)는 pH 9 ~ 11, 온도 60±5℃, 도금 속도 3 ㎛/hr 조건으로 진행되는 것이 더욱 바람직하다.

이때 도금 속도 조정은, Na₄P₂O₇ 의 양으로 도금 속도를 조정하는 것이 바람직하다.

이 단계(S400)를 거치면 다이아몬드의 금속 도금에 의하여 강도가 강해지고, 결합재에 의하여 공간이 없어져 공구의 수명이 길어지는 장점이 있다.

Claims (6)

1) 다이아몬드 입자의 표면을 친수성 처리하는 단계;
2) 샹크 표면에 전기 도금 방법으로 하지 도금하는 단계;
3) 하지 도금된 샹크 표면에 1) 단계의 다이아몬드를 전기 도금에 의하여 부착하는 단계;
4) 화학 도금에 의하여 다이아 몬드와 금속 사이의 공간을 메우는 단계;를 포함하며,
상기 1) 단계는,
a) 다이아몬드를 세척하는 단계;
b) 세척된 다이아몬드를 KMnO₄와 H₂SO₄ 혼합 용액 속에 담가서 상기 다이아몬드 표면에 미세 기공을 형성하는 단계;
c) 전 단계에서 미세 기공이 형성된 다이아몬드를 트리폴리 인산 소다 용액에 담가서 상기 다이아몬드 표면에 P⁵⁺ 막을 형성하는 단계;의 소단계로 나뉘어 진행되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전착 공구 제조방법.

삭제

제1항에 있어서, 상기 b) 단계는,
90±5℃의 온도에서 2 ~ 3 시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전착 공구 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 c) 단계는,
상온, 상압에서 24시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전착 공구 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 4) 단계에서는,
Ni - P 저속 도금액을 사용하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전착 공구 제조방법.

제5항에 있어서, 상기 Ni - P 저속 도금액은,
NiCl₂·6H₂O : NaHPO₂·2H₂O : Na₄P₂O₇·10H₂O를 1 : 1 : 2 의 비율로 혼합한 용액인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 전착 공구 제조방법.

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