KR19990044463A - 용융 금속 도금 베스중에 배치되는 기재 - Google Patents

Abstract

Si₃N₄: 70∼95％, Al₂O₃: 2∼10％, AlN : 1∼10％ 및 Y₂O₃: 1∼10％로 이루어지는 조성물로 용융 금속 도금 베스중에 사용되는 각종 기재를 형성함으로써 제품에 결함이 발생할 때까지의 조업 기간을 대폭으로 연장할 수 있다.

Description

용융 금속 도금 베스중에 배치되는 기재

종래의 용융 아연 도금, 용융 알루미늄 도금 혹은 용융 아연 알루미늄 합금 도금에 사용되는 각종 베스내의 기재로서는, 보통 저탄소강, 고크롬강 혹은 SUS316L 등 내용융금속부식성 재질인 것이 많다.

상기 내용융금속부식성 재질보다 더욱 내식성을 필요로 하는 경우에는, 상기 금속 재료제 기기 및 기재 표면에 W, Co, Mo, Cr 등의 각종 내식성 금속, 산화물, 붕화물, 질화물, 탄화물, 불화물 등을 단독 또는 혼합물로써 사용하여, 용접에 의한 덧씌우기(filling)를 하거나, 용사에 의해 피막을 형성하는 것이 일반적이다. 이 경우, 고품위 제품에 결함을 일으키지 않고 상기 기기 및 기재를 연속적으로 사용할 수 있는 수명은 15∼90일이 한도였다.

제조업에 있어서 생산성을 향상시키기 위해서는, 제품의 품질을 열화시키지 않고 장기간에 걸쳐 설비를 가동시키는 것이 필요하다.

용융 금속 베스 도금 조업에 있어서, 이와 같은 요구에 호응하기 위해서는 도금 베스의 관리와 함께, 도금 베스중에서 사용하는 기기 및 기재를 연속적으로 사용할 수 있는 수명이 가능한 한 긴 것이 요구된다.

본 발명은 상기 종래 기술에 있어서 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것으로서, 6개월 이상의 장기간에 걸쳐 안정되게 사용 가능한, 용융 금속 도금 베스중에 사용되는 각종 기재를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 예를 들면, 용융 아연 도금, 용융 알루미늄 도금 혹은 용융 아연 알루미늄 합금 도금 등의 구리를 제외한 비철금속 주체의 도금에 사용되는 각종의 베스중 기재(機材), 특히 질화 규소(Si₃N₄)를 주성분으로 하는 조성물로 형성된 용융 금속 도금 베스중에 배치되는 각종 기재{예를 들면, 베스중 롤러(서포트 롤러, 싱크 롤러 등), 롤러 베어링, 롤러 암, 용융 박스, 스나우트, 펌프, 스러스트 패드(thrust pad) 등}에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 롤러를 사용한 용융 금속 도금 장치의 단면 설명도,

도 2는 본 발명에 따른 서포트 롤러의 베어링부의 실시예를 나타내는 측면도,

도 3은 본 발명에 따른 서포트 롤러의 베어링부의 다른 실시예를 나타내는 측면도와 베어링의 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 싱크 롤러의 베어링부에 베어링을 배합한 설명도이다.

부호의 설명

1 도금 강판 2 용융 금속 베스

3 스나우트 4 싱크 롤러

5 싱크 롤러 홀더 6 서포트 롤러

7 서포트 롤러 홀더 8 용융 박스

9 가마 10 서포트 롤러 동체

11 나선 형상의 홈이 형성된 축 12 축 단면의 홈

13 볼록형 축 단면 14 베어링

15 싱크 롤러 16 싱크 롤러 축

17 싱크 롤러 암 18 싱크 롤러 베어링

19 싱크 롤러 스러스트 패드

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과, 용융 금속과 반응하지 않는 재료이며 또한 가공이 용이한 질화 규소를 주성분으로 하는 조성물에 의해 용융 금속 도금 베스중에 사용되는 각종 기재를 형성하는 것이 효과적이라는 것을 알아내어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

상기 연구를 기초로 하여 이루어진 본 발명은, Si₃N₄: 70∼95％, Al₂O₃: 2∼10％, AlN : 1∼10％, Y₂O₃: 1∼10％ 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는, 용융 금속 도금 베스중에 배치되는 롤러, 베어링, 롤러 암, 용융 박스, 스나우트, 펌프, 스러스트 패드 등과 같은 베스 내에 사용되는 기재를 요지로 하고 있다.

본 발명의 구성과 작용을 설명하겠다.

수명이 길어진 본 발명에 따른 용융 금속 도금 베스중에 사용되는 각종 기재는, 용융 금속과는 비반응 재료이며, 공업적으로 사용하기 위해 가공이 용이한 질화 규소를 주성분으로 한 조성물로 형성된다.

일반적으로 질화 규소의 결점인 내충격성 및 강도의 부족함을 보상하기 위해서 금속과 배합하여 설계되지만, 금속과 세라믹스의 열팽창 계수에 큰 차가 있어, 용융 금속 도금 베스중에 사용되는 각종 기재로서는 성공하지 못하였다.

본 발명에서는 질화 규소를 주성분으로 한 세라믹스 조성물만으로 형성하고, 충분한 내충격성 및 강도를 발휘할 수 있도록 설계하여 해결하였다.

즉 질화 규소를 주성분으로 한 세라믹스 조성물로 형성한 롤러 지지축과 롤러 베어링이 접촉 마찰하여 충분한 수명을 얻을 수 없는 경우, 롤러 지지축 표면에 나선 형상의 홈과, 상기 지지축 단면에 1개 또는 그 이상의 홈을 형성하고, 이 홈에 의해 롤러 지지축 표면과 베어링 내면 사이로 용융 금속이 들어가 양자가 직접 접촉하지 않도록 하며, 또한 용융 금속을 윤활액으로 하고 있다.

통상 금속 산화물, 금속 탄화물, 금속 붕화물, 금속 불화물 등의 세라믹스를 사용한 경우의 구름 베어링은, 볼이나 니들에 세라믹스를 사용하고, 내부 레이스나 외부 레이스에 금속을 사용하거나, 그 반대의 배합으로 제조 사용되는 것이 알려져 있다.

상기의 경우 주로 두 가지의 결점이 있다. 그 하나는 세라믹스로 형성된 부위는 수명이 길어지지만, 금속 부분은 종래와 마찬가지로 수명이 짧기 때문에 본 발명이 목적으로 하는 기기 및 기재의 장수명화에 공헌하지 못한다는 것이다. 또 하나의 결점은 용융 금속 도금 베스중에는 2종 이상의 금속이 합금화된 경도가 매우 높은 드로스(dross)가 부유해 있고, 이것이 볼이나 니들과 레이스에 씹혀 들어가, 저항이 되어 베어링의 기능을 정지시킨다는 것이다.

드로스가 씹혀 들어가는데 기인하여 베어링의 기능이 정지하는 것을 회피하기 위해, 미끄럼 베어링이 제안되고, 각각 시행 또는 일부에서 공업화되어 있다. 이들은 금속으로 성형된 베어링의 일부분, 즉 축과 접촉하는 부분에 세라믹스를 뭔가의 수단으로 고정하여 행하여지고 있다. 이 경우의 결점은 상기와 마찬가지로 금속 부분이 부식하기 때문에 세라믹스의 기재가 소멸하여, 전체적인 수명 연장이 불가능하다는 것이다.

본 발명은 상술한 결점을 일거에 해결한 것으로서, 베어링의 경우는 세라믹스로 일체 성형한 미끄럼 베어링이고, 롤러의 경우도 마찬가지로 베어링과의 접촉에 의한 마모가 심한 부분이나 강판과 접촉하는 마모가 심한 부분에만 세라믹스를 채택하는 것이 아니라, 세라믹스로 롤러를 일체 성형하여 실용화가 가능하게 한 것이다. 본 발명에 따른 용융 금속 도금 베스중에 사용되는 각종 기재는 금속과 세라믹스의 배합으로 구성되어 있지 않기 때문에, 열팽창 계수의 차에 의해 인장력이나 압축력이 가해져 파손되는 일이 없으며, 장기간에 걸쳐 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 용융 금속 도금 베스중에 사용되는 각종 기재를 형성하는 세라믹스의 성분과 조성 범위를 한정한 이유를 설명하겠다.

Si₃N₄: 70∼95％

구리를 제외한 비철 용융 금속에 대해 내식성이 있고, 산, 알칼리에도 강하다.

Al₂O₃, Y₂O₃등을 소량 첨가함으로써 소결 성형된다. 70％미만에서는 내열성, 내식성이 충분치 못하고, 95％를 넘으면 소결 성형이 불가능해진다.

Al₂O₃: 2∼10％ Y₂O₃: 1∼10％

양자를 함께 첨가함으로써 주성분인 Si₃N₄의 소결 성형을 가능하게 한다. 하한값 미만에서는 소결성이 불충분하고, 상한값을 넘으면 내열성, 내식성이 저하되어 실용성이 없어진다.

AlN : 1∼10％

열전도율이 높고 고경도이며 강도를 향상시키는 효과가 있다. 1％미만에서는 상기 효과는 얻을 수 없고, 10％를 넘으면 취성(脆性)이 커지고 내충격성이 저하된다.

상기 4종 이외의 물질 또는 원소가 불가피 불순물로서 함유되는 경우, 합계량이 1％미만이라면 본 발명의 효과는 손상되지 않는다.

본 발명의 실시예에 대해서 설명하겠다. 그러나 이 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

중량으로 분말 상태(입자 크기 1.2㎛)인 Si₃N₄87％, AlN 3％, Al₂O₃5％, Y₂O₃5％를 배합하고, 폴리비닐부티랄을 바인더로 하여 원료 분말 100중량부당 0.5중량부를 첨가하여 교반해서 얻은 혼합물을, 1000㎏/㎠으로 가압 성형하고, 이들을 질소 분위기하에서 1750℃에서 5시간 소결하여 도 3에 나타내는 롤러(직경 250㎜, 동체 길이 1900㎜, 축부 지름 90㎜, 축 길이 150㎜, 축부 나선 깊이 2㎜, 피치 26㎜)와 베어링(내경 93㎜, 외경 140㎜, 길이 120㎜)을 얻었다. 소결 후의 세라믹스 롤러 및 베어링의 특성은 다음과 같다.

굽힘 강도 100㎏/㎟

표면 경도 H_v1580

내식성 (시험액 : 용융 아연 베스에 의한 시험편 테스트)

내식감소량 1㎎/월 이하

내마모성 (시험 조건 : 실기 서포트 롤러 베어링)

마모량 4g/월 이하

실시예 1에서 얻어진 롤러와 베어링을 도 1의 도금 장치(용융 아연 베스 470℃)에 조립하고, 평균 폭 1200㎜, 평균 두께 1.25㎜의 냉간 압연 강판(강의 종류 : 저탄소 알루미늄 킬드 강, 기계적 성질 : Yp 28kgf/㎟, Ts 36kgf/㎟)에 대하여 통판 평균 속도 115m/min으로 연속해서 1개월간 조업하고, 라인 보수 후, 같은 조건에서 다시 본 발명의 롤러를 6회 반복 사용하여도 롤러 표면에 결함은 발생하지 않았다.

비교를 위해 실시예 1과 동일한 사이즈의 SUS316L재제의 롤러 축과 베어링에 30㎛ 두께의 경질 크롬 도금을 시행하고, 같은 조건으로 도금 조업을 하였다. 롤러 표면의 거칠기로 인하여 조업 개시 후 10일이면 롤러를 교환해야만 했다.

상기와 같이 본 발명의 기재는 미끄러짐·마찰이 있는 롤러, 롤러 베어링 및 스러스트 패드라도 매우 수명이 길지만, 롤러 암, 용융 박스 및 스나우트와 같이 미끄러짐·마찰이 없는 부분의 수명은 반영구적이 된다. 이들 기재에 종래 기술을 적용한 경우에는 그 수명은 가마를 제외하고 2∼3년이다.

본 발명은 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있으므로, 매우 수명이 긴 용융 금속 도금 베스용 각종 기재를 얻을 수 있고, 기재를 교환하는 일 없이 연속 조업 기간을 대폭으로 연장하는 것이 가능해지며, 산업상 매우 유용하다.

Claims (5)

1. Si₃N₄: 70∼95％, Al₂O₃: 2∼10％, AlN : 1∼10％, Y₂O₃: 1∼10％ 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 용융 금속 도금 베스중에 배치되는 기재.
2. 제 1 항에 있어서, 용융 금속 도금 베스중에 사용되는 기재가 롤러이고, 상기 롤러 지지축 표면에 나선 형상의 홈과, 상기 지지축 단면에 1개 또는 그 이상의 홈을 형성한 것을 특징으로 하는 용융 금속 도금 베스중에 배치되는 기재.
3. 제 1 항에 있어서, 용융 금속 도금 베스중에 사용되는 기재가 롤러이고, 상기 롤러 지지축 표면에 나선 형상의 홈을 장착하고, 상기 지지축 단면을 볼록하게 형성한 것을 특징으로 하는 용융 금속 도금 베스중에 배치되는 기재.
4. 제 1 항에 있어서, 용융 금속 도금 베스중에 사용되는 기재가 롤러용 베어링이고, 상기 베어링의 측단면이 ㄷ자형인 것을 특징으로 하는 용융 금속 도금 베스중에 배치되는 기재.
5. 제 1 항에 있어서, 용융 금속 도금 베스중에 사용되는 기재가 롤러용 베어링이고, 상기 베어링이 원통 형상인 것을 특징으로 하는 용융 금속 도금 베스중에 배치되는 기재.