KR102279857B1 - 초경합금을 접합한 디젤 엔진용 타펫의 개량된 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 초경 타펫 제조 방법은, 적재판을 준비하는 단계; 상기 적재판 상에 이형 물질을 배치하는 단계; 상기 이형 물질 상에 초경 합금 물질을 위치시키는 단계; 상기 초경 합금 물질 상에 접하도록 철계 합금을 배치하는 단계; 및 상기 초경 합금 물질과 철계 합금 간에 임시 접합을 위하여 접합 물질을 배치하는 단계;를 포함하고, 상기 초경 타펫에 대한 열처리 과정을 통해서 상기 초경 합금 물질과 철계 합금 간의 견고한 접합을 가능하게 하되, 상기 접합 물질을 이용한 제조 과정에서 상기 초경 합금 물질과 철계 합금 간의 편심을 방지한다.
Description
본 발명은 초경합금을 접합한 디젤 엔진용 타펫의 제조공정 가운데, 진공상태에서 900C~1,300C 온도를 유지하는 소결과 접합공정에서, 초경합금이 적재판 기능을 하는 흑연판과의 반응을 억제하도록 하기 위하여 종전의 알루미나 도포 대신에 세라믹 디스크와 세라믹 용사 코팅 등을 사용하며, 또한 접합공정에서 초경합금의 접합부위가 흔들리는 것을 막기 위해, 접착물질을 사용하여 상온에서 가접하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 초경합금이 접합된 디젤 엔진용 타펫의 개량된 제조방법에 관한 것이다.
타펫은 엔진의 밸브트레인(Valve train) 시스템에서 캠과 밸브 사이에 위치하여 캠의 회전운동을 직선운동으로 변화시켜 흡기 및 배기 밸브를 개폐하는 역할을 한다.
밸브 트레인 시스템은 엔진에서 실린더의 흡배기 밸브를 여닫는 역할을 수행하는 기구로서, 트럭, 버스 등에 사용되는 대형 디젤 엔진에서는 밸브 스프링을 개재하여 밸브가 장착된 로커 아암과 푸시 로드, 그리고 타펫(Tappet)으로 구성된 오버헤드캠 타입(Overhead Cam Type)의 밸브 트레인 시스템을 사용한다.
상기한 타펫에 대해, 최근에는 환경보호와 소비자 보호 운동에 의해 고출력, 저연비, 무정비 엔진에 대한 요구가 높아지면서 밸브 트레인 시스템의 사용 환경은 고출력으로 인하여 접촉 응력과 윤활 조건이 가혹해지고 장시간의 수명이 요구되고 있다. 밸브 트레인 시스템에서의 파손은 불완전 연소로 인하여 배기 가스와 매연이 증가하고 엔진의 소음과 진동을 과도하게 하여 차량 전체시스템의 성능을 급격하게 감소시킨다.
밸브 트레인 시스템 부품 중 핵심 요소인 상기 타펫의 파손은 주로 캠과의 접촉으로 고속으로 미끄럼 마찰을 하기 때문에 미끄럼 마모에 의해 스커핑(Scuffing)을 일으키거나 표면 피로에 의한 박리 현상인 피팅(Pitting)을 일으킨다. 스커핑과 피팅의 손상을 받으면 급격하게 파손이 진전되기 때문에 엔진 소음 증가와 밸브 개폐 시기의 불안정화나 밸브 기밀 유지의 불안정으로 연료가 불완전 연소하고 결국 소음이나 배기가스의 문제를 낳게 된다.
긴존 디젤엔진에 적용되는 칠타펫이나 텍스처링 타펫으로는 최근의 소형 디젤엔진에서 요구되고 있는 마모성 및 수명 보증한계를 만족할 수 없다. 따라서 이를 극복하기 위하여 새로운 종류의 타펫 제작기술이 필요로 하고 있다.
일반적으로, 초경 합금이란 탄화텅스텐(WC) 입자가 인성이 강한 Co 등의 기지에 분산된 형태의 합금이다. 초경 합금은 경도가 높고 인성이 강하여 절삭공구 소재, 너트 성형기(nut former)와 같은 내충격 공구 소재, 신선용 금형(다이)과 같은 내마모 공구 소재로 널리 활용되고 있다. 또한, 초경 합금에는 내열성, 내식성, 내용착성 등을 개선할 목적으로 다른 종류의 탄화물 즉 TiC, Cr2C3, VC, TaC 등을 첨가하기도 한다.
일반적으로, 초경 타펫은 초경 합금과 철계 모재의 접합으로 구성되며, 초경 합금과 철계 모재를 한 몸으로 제작하는 접합 기술을 적용하여 제조한다. 이종 재질을 접합한 초경합금 타펫은 서로 다른 특성을 갖는 재료를 복합시켜 각 재료의 장점을 발휘하게 함으로써 단일 금속에서는 얻어지지 않는 새로운 기능이나 고도의 성능을 부가한 일종의 복합 재료로서, 본체는 강도와 인성적인 측면에서 중탄소강 또는 저탄소강을 사용하고 캠 접촉 부위는 내마모성이 극히 우수한 초경 합금을 사용하여 엔진 성능이 고성능화 되고 극한의 사용조건에서도 최적의 내마모 특성을 유지할 수 있게 한다.
초경 합금과 철계 모재의 접합은 브레이징용 용가재 금속을 사용하여 접합하는 방법이 있는데, 브레이징을 통하여 접합한 경우에 용가재 금속이 초경합금 및 모재와의 접합성이 모두 우수한 재료를 사용하여야 하며, 용가재 금속 자체의 강도와 내충격성 등의 기계적 성질이 좋아야 함으로 이를 만족하는 재료는 가격이 고가이라 적용하기가 만만하지 않다. 반면, 초경합금 내에 자용성 접합 재료를 넣어서 별도의 브레이징용 용가재 금속을 넣지 않고 브레이징이 아닌, 철계모재와 확산 접합하는 방법이 있는데, 최근에 개발된 이 방법이 초경 접합한 타펫에 적용되어 사용되고 있다. 관련한 특허로는 등록특허 10-1425952 및 공개특허 10-2016-0064397 등이 있다.
한편, 철계 모재 상에 초경 합금인 초경 팁을 확산 접합하는 종래의 과정을 보면, 흑연판 상에 알루미나 이형재를 도포한 상태에서 초경 팁을 소결하거나 상기 알루미나 이형재를 도포한 흑연판 상부면 상에 편심 방지용 지그를 위치한 상태에서 초경 팁 성형을 실시하는데, 상기와 같은 기존의 초경 타펫 제조 방식은 철계 모재와 초경 팁 간의 접합 열처리 과정에서 발생할 수 있는 반응 문제와 접합된 초경 팁과 모재와의 편심문제 등을 적절하게 방지하는 데에는 한계가 있게 된다.
철계 모재와 초경 팁을 접합한 초경밸브 리프터는 이후 표면경화 처리와 함께 완성치수로 연마가공 공정이 필요한데, 초경팁과 모재가 동심원을 이루지 않는 편심된 초경밸브 리프터일 경우엔 회전력에 의한 진동과 충격으로 연마석의 파손과 밸브 리프터의 파손이 발생하여 제품과 가공 장비에 심각한 손상을 일으킨다.
연마석의 파손은 연마석 교체에 따른 비용과 시간의 손실을 일으키고, 밸브 리프터의 파손은 그 자체로 불량비용 증가의 원인이 된다.
한편, 파손된 밸브 리프터가 엔진에 장착되어 구동할 경우엔 소음 발생, 밸브 개폐 시기의 불안정화에 따른 불완전 연소 발생 및 진동과 충격에 의한 밸브 리프터 초경부 파손 등 엔진 전반에 큰 손상을 유발한다.
상술한 바와 같이, 한번 조립된 완성 엔진은 불량 발생에 따른 손상을 초기에 발견하기 어렵다는 점과 더불어 대부분의 정비 및 수리는 엔진 교체, 완전 분해 및 부품 교체 등을 할 수 밖에 없기 때문에 그 피해가 크다.
본 발명은 상기 종래의 초경합금이 접합된 타펫 제조방법에서 문제점을 해소하고자 하는 것으로써, 1,000도 이상의 진공로 분위기에서 초경합금의 소결공정이나 접합공정에서의 흑연판과 초경합금 반응을 억제하기 위하여 종래에는 흑연판에 알루미나를 도포하였으나, 본 발명은 흑연판 위에 세라믹 디스크 혹은 세라믹 용사 등을 적용하는 기술로써, 알루미나 도포로 인한 분진 발생을 최소화 할 수 있다.
또한, 자용성을 갖는 초경합금과 철계 모재 사이에 편심 불량을 최소화하기 위한 간단한 임시 접합 단계인 가접 공정의 도입과 상기 가접 공정 중에 특정한 성분을 가지는 접착물질을 사용함으로써 차후의 접합 열처리 공정 중에 진동과 자중에 의한 미끌림 억제 및 편심 발생을 방지하는 기술에 관한 것으로 제조공정을 용이하게 개량할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초경합금을 접합한 디젤 엔진용 타펫의 개량된 제조방법은, 적재판을 준비하는 단계; 상기 적재판 상에 이형 물질을 배치하는 단계; 상기 이형 물질 상에 초경 합금 물질을 위치시키는 단계; 상기 초경 합금 물질 상에 접하도록 철계 합금을 배치하는 단계; 및 상기 초경 합금 물질과 철계 합금 간에 임시 접합을 위하여 접합 물질을 배치하는 단계;를 포함하고, 상기 초경 타펫에 대한 열처리 과정을 통해서 상기 초경 합금 물질과 철계 합금 간의 견고한 접합을 가능하게 하되, 상기 접합 물질을 이용한 개량된 제조 과정에서 상기 초경 합금 물질과 철계 합금 간의 편심을 방지하는 것이 바람직하다.
상기 접착 물질은 시아노아크릴레이트계를 적용하는 것이 바람직하다.
상기 이형 물질은 세라믹 원형 디스크 내지는 세라믹 용사코팅인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 초경합금을 접합한 디젤 엔진용 타펫의 개량된 제조방법은 흑연판 상에 세라믹 원형 팁 내지 세라믹 용사코팅 처리를 한 상태에서 열처리를 진행할 시에 철계 모재와 초경 합금 간에 특정한 성분을 갖는 물질을 배치하여 가접을 실시함으로써 완성된 초경 타펫을 이루는 초경 합금 상의 편심을 최소화한다.
본 발명은 적재판 기능을 하는 흑연판 상에 이형제 역할을 하도록 세라믹 원형 팁 내지 세라믹 용사코팅 처리를 함으로써 기존의 분말 도포 형식과 비교하여 표면 조도에 대한 제어를 원활하게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 초경합금을 접합한 디젤 엔진용 타펫의 개량된 제조방법을 보인다.
도 2는 접착 물질을 이용한 가접 상세 과정을 보인다.
도 3은 초경 타펫과 흑연판 간의 접촉 및 반응을 막기 위한 이형제 장입 위치를 보인다.
도 2는 접착 물질을 이용한 가접 상세 과정을 보인다.
도 3은 초경 타펫과 흑연판 간의 접촉 및 반응을 막기 위한 이형제 장입 위치를 보인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 자용성을 갖는 초경 합금과 철계 모재 사이에 특정한 접착 물질을 사용한 간단한 임시 접합 단계를 도입한 상태에서 가접 공정을 도입하여 차후의 접합 열처리 공정 중에 진동과 자중에 의한 미끌림 억제 및 편심 발생을 방지하는 것을 특징으로 한다.
초경 합금을 접합한 타펫의 개량된 제조시 타펫을 지지하는 적재판 기능을 하는 흑연판 상에 이형제 기능을 하도록 세라믹 원형 팁 내지 세라믹 용사코팅 처리를 함으로써 열처리를 진행할 시에 상기 흑연판과 초경 타펫 제품 사이의 반응을 억제하게 하는바, 흑연판 상에 별도의 도포 공정 없이 초경부의 표면 조도가 우수한 제품을 생산하게 한다.
도 1을 참조하면, 초경 합금을 접합한 타펫의 개량된 제조하는 공정을 보면 다음과 같다.
개량된 초경 타펫의 제조는 성형 분말의 제조, 초경 팁의 제조, 및 접합 공정으로 크게 구분한다.
성형 분말 제조는 원료분말을 비율에 맞게 분쇄 및 혼합하며, 어트리션 밀링 장비를 사용한다. 여기에 파리핀 왁스와 에탄올을 일정 비율로 투입하여 밀링공정과 이후에 있을 분무건조 공정에 필요한 적정의 점도를 갖는 슬러리를 제조한다.
완성된 슬러리는 방폭형 분무건조 장비를 통해 고온의 비산화 분위기를 갖는 가스로 분무, 건조되어 구형의 응집체 분말을 얻는다. 이러한 응집체 분말은 성형 공정에 알맞은 크기로 선별하는 체가름 공정을 거쳐 최종 성형용 분말이 된다.
초경 합금 제조는 상기 제조한 성형용 분말을 프레스 장비로 동전 형태로 가압 성형하고, 이 성형체를 10-1 ~ 10-3 torr 수준의 진공 분위기에서 약 900~1300 ℃ 범위의 온도에서 약 30분 ~ 90분으로 열처리하여 소결한다.
이 때의 열처리는 파라핀 왁스와 발생하는 가스를 제거하는 탈가스 구간 그리고 WC를 제외한 바인더 물질이 액상이 형성하는 소결 구간으로 나뉜다. 또한, 고온에서 바인더 물질의 증기발생과 탄소의 화학반응으로 전체 성분비의 변화가 발생하는데, 이를 억제하기 위한 진공의 수준을 제어하는 구간이 있다. 냉각은 아르곤 및 가스를 특정 온도 구간에서 투입한다.
초경 합금과 철계 모재 간의 접합 공정을 이루는 첫 번째 단계인 가접 공정은 소결 공정을 거쳐 단단하게 치밀화된 초경팁과 접합하고자 하는 철계 모재를 임시로 붙이는 것을 의미하며, 상기 가접 공정에서 최종 접합 제품의 불량 유무가 크게 가려진다.
상기 가접 공정에서 초경 합금과 철계 모재 사이를 단단하고 신속히 고정하기 위한 특정 성분의 접착 물질이 쓰이게 되며, 상기 접착 물질의 성분은 접합 열처리 과정 중 모두 기화 및 분해되어 잔류하지 않고, 또한 온도에 따라 연화 현상 및 폭발적인 가스 발생이 없어 초경팁과 모재 사이에 위치 변화를 유발하지 않는다.
도 2를 참조하면 접착 물질을 이용한 가접 상세 과정은 다음과 같다.
접착 물질은 초경 물질 상에서 임의의 지점 상에 1점 이상으로 주입을 실시한다. 일 예를 들면, 도 2a를 참조하면 원형판 형상을 갖는 초경 물질 상에서 중심을 기준으로 중앙 영역 및 외곽 영역을 제외한 중간 영역 상에 1점 이상으로 주입을 실시할 수 있다. 한편, 상기 접착 물질의 위치를 별도로 설정하지 않은 상태에서 초경 물질의 중앙에 1점으로 접착물질을 충분히 공급하는 경우에는 위치 설정은 불필요하게 된다.
초경 합금은 실제적으로는 완전한 평면이라기보다는 작게 나마 벤딩이 존재하여 철계 모재와 완전 밀착되지 않게 된다. 즉, 초경 팁의 중심이 상부로 볼록하거나 하부로 오목한 상태를 가진 상태일 수 있다(도 2(b) 및 도 2(c)).
상기와 같이, 초경 합금은 완전한 평면으로 가공되지 않은 상태이므로 1점 또는 1점 이상으로 접착 물질을 주입하여 초경 합금과 철계 모재 사이의 공간을 채울 수 있게 한다.
접착 물질을 1점 주입할 경우, 초경 합금의 벤딩의 크기에 따라 그 양을 조정하여야 하고, 1점 이상으로 주입할 경우는 양을 분할하여 적용할 수 있다. 따라서, 초경 합금의 벤딩의 크기에 따라 접착 물질의 주입 방식을 정하는 것이 바람직하다. 통상 0.1mm 이상의 벤딩 크기일 경우라면 1점 이상 주입하는 것이 적정하다. 반면, 접착 물질을 4점을 넘는 방식으로 주입할 경우엔 필요 이상의 접착제 때문에 주변으로 접착제가 흐르거나 열처리 과정에서 과도한 가스 발생으로 미세조직에 기공 불량이 발생할 수 있다.
접착 물질은 접착 물질 디스펜서를 이용하여 초경 합금과 철계 모재 사이에 1점 이상 4점 이하로 찍어, 물방울 모양으로 입체감 있게 묻히거나, 자동 가접기 장치에 부착된 스포이드 모양의 기구를 통해 자동으로 주입한다(도 2(d)).
가접한 초경 타펫 제품은 접합 열처리를 위해 이동하게 되는데, 장입 준비 과정에서 다루기가 용이하여 작업성을 향상시킨다. 또한, 장입 준비 중 초경 합금과 모재의 접합부가 동심원을 이루지 못하여 한쪽으로 치우치는 편심 현상을 억제한다.
접합을 위한 열처리는 상술한 초경 팁의 소결 공정과 마찬가지로 약 10-1 ~ 10-3 torr의 진공분위기에서 이뤄지며, 900 ~ 1300 ℃ 범위의 온도구간에서 약 30 ~ 90분 간 유지한다. 이 때의 열처리 구간은 앞서 설명한 탈가스 구간과 진공조절 구간으로 나뉜다. 냉각은 진공을 유지하는 로냉과 아르곤 가스를 이용한 냉각이 있다.
한편, 본 발명에 적용되는 초경 합금은 WC-Ni계 초경합금일 수 있는데, 구체적인 성분비는 다음과 같다.
W : bal , Ni : 20~45 , Si: 0.1~6 , B : 0.1~3 , C : 2 이상
텅스텐은 탄소와 함께 텅스텐카바이드(탄화텅스텐)으로 존재하며, 단단한 경질입자로서 니켈과 실리콘 붕소로 이루어진 결합제 사이에 위치한 복합재를 형성한다.
니켈은 코발트와 함께 대표적인 초경합금의 결합제로 쓰이며, 코발트와 달리 비자성 특성을 보인다. 니켈의 양이 너무 적으면 탄화텅스텐을 고정할 결합제로서의 역할을 하지 못하고, 쉽게 부서지는 문제가 발생한다. 반대로 너무 많으면 상대적으로 경질입자인 탄화텅스텐의 비율이 감소하여 경도 및 내마모 특성이 저하된다.
실리콘은 니켈과 함께 고용체를 형성하여 니켈 결합제의 녹는점을 낮추는 역할을 하고, 액상의 젖음성을 증가시킨다. 하지만 너무 많으면 과도한 액상량으로 모재 표면을 액상으로 코팅하게 된다. 반대로 너무 적으면 니켈의 녹는점 저하가 부족하여 접합에 필요한 온도가 상승하게 되어 모재 변형을 일으킬 수 있고, 붕소는 실리콘과 함께 니켈의 녹는점 저하를 돕는다
한편, 철계 모재의 소재 및 성분비(백분율, wt%)는 다음과 같다.
일예로서 SM45C 기계구조용 탄소강을 사용하며, Fe : Bal , C : 0.42~0.48 , S : 0.15~0.35 , M : 0.60~0.90 , P : 0.030 이하 , S : 0.035 이하
하기의 표 1은 본 발명에 따라 초경 합금과 철계 모재 사이를 임시 접합하는데 사용되는 접착 물질을 보인다. 고형풀, 에폭시, 실리콘 등은 완전 접합 시간이 상당히 오래 걸린다는 단점이 있는바, 본 발명에서의 접착 물질로서는 자격을 갖지 못한다. 한편, 시아노크릴레이트 및 열가소성 수지는 완전 접합 시간, 분리 용이성 및 접착제 제거 용이성이 훌륭하다는 장점이 있다.
| 번호 | 접착제 종류 | 완전접합시간 | 분리 용이성 | 접착제 제거 용이성 | 평가 |
| 1 | 고형풀 | 30분 이상 | 우수함 | 우수함 | 불합격 |
| 2 | 에폭시 | 1시간 이상 | 불량 | 불량 | 불합격 |
| 3 | 시아노아크릴레이트 | 15초 이내 | 우수 | 우수 | 합격 |
| 4 | 실리콘 | 5분 이내 | 우수 | 불량 | 불합격 |
| 5 | 열가소성 수지 | 1분 이내 | 우수 | 우수 | 합격 |
한편 상기 표 2는 가접 공정 없이 접합 후 편심 발생률을 기준으로 하여 각 접착제별 접합 후의 편심 발생률을 비교한 것이다.
접합 수량은 각각 50개씩 평가하였다. 접합검사는 초음파 장비를 이용하였고, 통과한 수량을 전체 수량대비 백분율로 표시하였다. 편심 여부는 육안으로 검사하여 모재를 완전히 가리지 못하고 중심축에서 벗어난 수량을 파악하여 백분율로 표시하였다. 접합평가와 편심 발생률을 기준으로 최종 평가항목의 합격과 불합격을 나누었다.
에폭시와 실리콘 접착제의 경우에는 접합률이 크게 떨어졌는데, 이는 무기계 성분이 포함되어 열처리 과정에서 모두 제거되지 않고 잔류하여 발생한 것으로 보인다. 이 밖에 고형풀은 완전히 굳기까지 걸리는 시간이 길고 장입 과정에서 쉽게 미끄러져 편심 발생이 증가하였다. 열가소성 수지는 온도 상승에 따라 연화되어 접합 소결로 장비 안에서 진동에 의해 미끄러져 편심이 증가한 것으로 보인다.
시아노아크릴레이트계 접착제는 접합 시간이 짧고 단단히 고정되어 장입 과정에서 미끌어지거나 움직이지 않았고, 온도에 따라 쉽게 연화되지 않아 장비의 진동에도 비교적 영향을 받지 않았다. 또한 필요에 따라 다시 제거하고 접합하기에도 용이하였다. 다른 접착제와 다르게 측면 충격에 쉽게 떨어지는 점이 오히려 재작업을 쉽게 만들었고, 잔여물도 날카로운 물체로 쉽게 제거할 수 있었다.
| 번호 | 접착제 종류 | 접합평가 | 접합률, % | 편심 발생률, % | 평가 |
| 1 | 없음 | 접합 | 100 | 28 | 기준 |
| 2 | 고형풀 | 접합 | 100 | 13 | 불합격 |
| 3 | 에폭시 | 미접합 | 57 | 41 | 불합격 |
| 4 | 시아노아크릴레이트 | 접합 | 100 | 0.3 | 합격 |
| 5 | 실리콘 | 미접합 | 87 | 24 | 불합격 |
| 6 | 열가소성 수지 | 접합 | 100 | 43 | 불합격 |
이형제는 열처리 과정 중 초경 타펫 제품을 지지하는 바닥으로 쓰이는 흑연판과 초경 타펫 제품과의 화학반응을 막기 위하여 쓰이며, 알루미나 분말이나 질화알루미나(AlN) 분말을 액상에 분산한 반죽을 흑연판에 도포 후 건조하여 사용한다.
만약 이형제가 없다면, 흑연판과 초경 합금이 직접적으로 접촉하여 고온에서 상호 확산 및 화학반응이 발생하여 서로 접합되어 버리며, 제품의 총 탄소량에도 변화가 발생하여 비정상 조직이 나타난다. 이러한 이유로 흑연판에 별도의 이형제 처리가 필요한 것이다.
기존의 도포 방법은 대량의 흑연판 준비에 있어서 도포 작업과 건조 작업에 많은 시간과 비용이 발생하고, 분말의 알갱이가 서로 상이하여 제품에 맞닿는 표면에 찍힘이나 긁힘 등의 조도 편차 발생의 문제점이 있다. 제품의 초경부 표면조도 불량은 이후 최종 연마가공 공정에서 연마로 표면부 균일성을 확보해야 하므로 필요 이상의 연마가공 공정의 비용과 소요 시간이 증가하여 수익성을 저해한다.
본 발명은 초경 타펫 제품과 흑연판과의 접촉 및 반응을 막기 위한 이형제로서 상기 흑연판의 상단 상에 세라믹 팁 또는 세라믹 용사코팅품을 채용한다.
도 3을 참조하여, 이형제의 장입 위치 및 열처리 장입을 보면, 상부에서부터 하부 방향으로 철계 모재, 접착제, 초경 합금, 이형제 및 흑연판의 순서로 배치한다.
철계 모재와 초경 합금은 접착제로 인하여 서로 가접된 상태이며, 이형제, 흑연판 및 가접된 철계 모재 제품은 별도의 접합 없이 올려져 있는 상태이다.
상기한 바와 같이 장입된 제품은 고온확산접합 온도에서 초경 합금의 결합제 성분이 용융되어 표면으로 스며나오고, 철계 모재의 자체 무게로 인하여 상기 철계 모재와 초경 합금 간의 밀착되는 효과로 굳어 최종 접합된 제품을 얻게 된다.
고온확산접합은 별도의 브레이징 재료가 불필요한 공법으로서, 철계 모재의 변형이 발생하지 않는 수준의 고온에서 초경 합금 재료만 스스로 일부 용융되어 철계 모재과 직접적인 물질이동에 의해 접합되는 고강도 접합방법으로서, 일반적으로 브레이징 공법보다 접합강도가 우수하여 신뢰성이 높고 공정이 단순하다는 장점이 있다.
세라믹 팁을 이형제로 쓰는 경우에는 원심을 맞추는 정렬 작업을 위해서 별도의 세팅 지그를 사용한다. 상기 세팅 지그는 알루미나 팁 보다 0.5 mm 정도 큰 타공망 형태의 알루미늄 지그일 수 있고 재질은 다양하게 적용된다.
한편, 세라믹 용사 코팅품은 세라믹 팁과 달리 별도의 원심을 맞추는 정렬 작업이 불필요하여 작업 시간이 단축되는 장점이 있다. 따라서, 세라믹 팁을 이형제로 쓰는 경우와 달리 별도의 정렬용 지그가 불필요하다.
하기의 표 3을 참조하여 이형제 종류별로 작업성을 평가한다. 구체적으로는, 이형제 종류에 따른 접합제품의 표면조도 비교 시험(Ra)을 보인다.
| 구분 | Ra, ㎛ |
작업
용이성 |
비고 | 평가 |
| 완성품 | 0.05 | - | 평가 기준 (완성품의 표면조도와 가장 가까운 값) |
기준 |
| 알루미나 원형 팁 | 0.55 | 우수 | 반영구적 사용 | 적합 |
| 세라믹 용사코팅품 | 0.98 | 매우 우수 | 10회 재사용 | 적합 |
| 질화 알미늄도포판 | 1.88 | 불량 | 1회성, 도포 제거가 어려움 | 비적합 |
| 알루미나 도포판 |
6.96 | 우수 | 1회성, 도포 및 제거가 쉬움 | 비적합 |
| 뮬라이트 판 | 8.23 | 우수 | 반영구적 사용, 표면 조도 불량과 오염 발생 | 비적합 |
접합된 제품은 최종 제품의 요구사양 중 초경부의 연마 가공 후 표면조도 Ra 0.2를 만족하기 위해 고가의 다이아몬드 연마석을 사용하여 약 0.3~0.5㎜ 가량 연마한다. 따라서 접합품의 표면이 거칠수록 연마량과 이러한 연마에 소요되는 시간이 증가하고, 연마석의 수명은 단축된다. 이는 가공비의 증가의 원인으로 제품 가격 상승으로 이어져 가격 경쟁력이 약화된다.
이와 같은 이유로 접합 제품의 표면조도에 영향을 주는 이형제의 종류는 매우 중요하다.
상기 표 3에서는 각 비교시편을 미츠토요 사의 표면조도 측정장비를 사용하여 측정한 표면조도를 나타내었고, 최종 완성제품 기준으로 가장 값이 가까운 순으로 나열하였다. 한편, 작업의 용이성 평가와 그 밖에 참조할 사항을 비고란에 적었고, 이를 바탕으로 적합성 평가를 평가란에 나타내었다.
알루미나 원형팁은 사실상 반영구적으로 사용가능하고, 알루미나 원형팁의 표면조도가 우수하여 접합품의 표면조도도 가장 우수하게 나타났다.
세라믹 용사코팅품은 작업 용이성이 매우 우수하고, 10회 재사용 가능한 점과 알루미나 원형 팁 다음으로 표면조도가 좋았다.
반면에, 질화 알미늄 도포판은 도포와 제거 작업이 매우 어렵고, 도포 후에도 가루가 쉽게 묻어나는 등 작업성이 불량하였다.
알루미나 도포판은 도포와 제거는 용이하였으나 표면조도가 거칠어 적합하지 않았다.
가격이 가장 싸고 작업성도 좋은 뮬라이트 판은 표면조도가 가장 거칠었고, 사용 횟수가 증가함에 따라 초경합금의 결합재 성분이 표면에 코팅되는 등의 오염 문제가 발생하였다.
따라서, 상기의 결과를 토대로 판단할 때, 알루미나 원형 팁을 이형제로 사용함이 가장 바람직하고, 탄소의 증발을 막는 게 중요한 박판 초경팁의 경우에는 세라믹 용사 코팅품을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 초경 타펫 제조 방법은 흑연판 상에 세라믹 팁 내지 세라믹 용사 코팅품을 배치한 상태에서 열처리를 진행할 시에 철계 모재와 초경 합금 간에 특정한 성분을 갖는 접합 물질을 배치하여 가접을 실시함으로써 완성된 초경 타펫을 이루는 초경 합금 상의 편심을 최소화한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 출원은 전라북도 과학기술진흥을 위한 조례(2019.06.21)에 따라 2019년도 「자동차산업 활성화 기술고도화 지원사업」에 기반하여 진행한 것으로서, 자동차융합기술원의 지원을 받아 과제명 "상용차 디젤엔진 밸브 트레인용 WC-Ni-Co계 접합강도 140 MPa급 내마모성 밸브 리프터 개발"로 수행된 연구이다.(과제번호 : JIAT-19-2756)
Claims (4)
- 모재인 철계 합금과 초경 합금 간에 배치된 접합 물질을 이용하여 초경 타펫을 제조하는 방법에 있어서,
적재판을 준비하는 단계;
상기 적재판 상에 이형 물질을 배치하는 단계;
상기 이형 물질 상에 초경 합금 물질을 위치시키는 단계;
상기 초경 합금 물질 상에 접하도록 철계 합금을 배치하는 단계; 및
상기 초경 합금 물질과 철계 합금 간에 임시 접합을 위하여 접합 물질을 배치하는 단계;를 포함하고,
원형판 형상을 갖는 상기 초경 합금 물질 상에서 중심을 기준으로 중앙 영역 및 외곽 영역을 제외한 중간 영역 상에 1점 이상으로 상기 접합 물질 주입을 실시하고,
상기 이형 물질은 알루미나 원형 팁을 사용하고,
상기 초경 타펫에 대한 열처리 과정을 통해서 상기 초경 합금 물질과 철계 합금 간의 견고한 접합을 가능하게 하되, 상기 접합 물질을 이용한 제조 과정에서 상기 초경 합금 물질과 철계 합금 간의 편심을 방지하는 것을 특징으로 하는,
초경 타펫 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 접합 물질은 시아노아크릴레이트계를 적용하는,
초경 타펫 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 접합 물질은 1점이상 4점 이하의 주입을 하는 것으로 하는 초경 타펫 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 이형 물질은 세라믹 원형 디스크 내지는 세라믹 용사 코팅품인, 초경 타펫 제조 방법.
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| KR1020200129775A KR102279857B1 (ko) | 2020-10-08 | 2020-10-08 | 초경합금을 접합한 디젤 엔진용 타펫의 개량된 제조방법 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR102279857B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230149652A (ko) | 2022-04-20 | 2023-10-27 | 씨비아이 주식회사 | 자동차용 밸브 타펫 사상장치 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030094026A (ko) * | 2002-05-31 | 2003-12-11 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 본딩 스테이지 |
| KR101141263B1 (ko) * | 2009-10-07 | 2012-05-08 | 김기열 | ＷＣ?Ｆｅ계 초경합금 접합재료 및 이의 제조방법 |
| KR20190122158A (ko) * | 2018-04-19 | 2019-10-29 | 도쿄 세이미츄 코퍼레이션 리미티드 | 허브형 블레이드 및 허브형 블레이드 제조방법 |
| KR102043656B1 (ko) * | 2010-06-07 | 2019-11-12 | 니폰 덴키 가라스 가부시키가이샤 | 판 형상 부재의 이송 장치 및 흡착 패드 |
| KR20200035726A (ko) * | 2018-09-27 | 2020-04-06 | 주식회사 티엠시 | WC-Ni계 초경합금을 포함하는 박판타펫 및 그 제조방법 |
-
2020
- 2020-10-08 KR KR1020200129775A patent/KR102279857B1/ko active IP Right Grant
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