KR20010061826A - 이종금속의 접합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이종금속의 접합방법에 관한 것으로, 동합금분말을 이용하여 라이닝 접합재를 소정의 형태로 별도 제작하고, 이 제작된 라이닝접합재를 모재위에 올려놓고 5 - 40kgf/㎠로 가압하면서 650 - 900℃의 온도로 가압소결하여 접합하되, 상기 라이닝 접합재는 프레스로 3 - 7Ton/㎠로 가압하여 분말성형하거나, 소정의 틀에 동합금분말을 충진한 후 불활성분위기에서 650 - 800℃로 10 -120분간 중력소결하여 성형하므로써, 분말을 이용하여 형상이 자유롭게 라이닝접합재를 성형하고, 이와같은 프레스 성형방식에의해 대량생산이 가능하며, 별도의 기계가공이 필요없어 제조단가를 낮출 수 있으며, 합금의 설계가 자유롭게 된다.

Description

이종금속의 접합방법{Junction method between different materials}

본 발명은 이종금속의 접합방법에 관한 것으로, 특히 기존의 확산접합법의 장점인 안정된 접합력을 유지하면서 보다 적은 비용으로 대량생산이 가능하게 한 유용한 이종금속 접합방법에 관한 것이다.

유압모터, 유압펌프의 핵심부품으로 사용되는 실린더블록은 도 1에 도시된 바와 같이, 실린더블록(10)이 상대마찰재인 밸브플레이트(12)에 대해 고속, 고압의 회전운동으로 유압을 형성하여 운동에너지를 얻게 된다.

이러한 고속, 고압의 회전운동을 하는 실린더블록(10)과 밸브플레이트(12)간에는 마찰을 최소화하기 위해 윤활성을 확보하는 것이 중요한 바, 이를 위해 일반적으로 실린더블록이나 밸브플레이트에 윤활성이 뛰어난 동합금재질의 라이닝재(14)를 상기 실린더블록(10) 또는 밸브플레이트(12)의 어느 한쪽에 접합하여 사용하고 있다.

이때 동합금을 접합하는 방법으로는 종래에 주조접합법, 확산접합법 등이 사용되고 있다.

먼저 주조접합법은 예열된 모재에 용융된 동합금의 접합제를 부어 제작하거나, 접합제를 미리 가공된 모재에 놓고 가열하여 용융상태로 만들어 제작하는 용융에 의한 접합하는 것으로, 생산코스트가 낮아 가장 선호되는 접합방법이긴 하지만, 제조공정상 불순물 및 기공 등이 응고 과정중에 접합계면에 응집하게 되어 모재와 동합금 접합재 간의 접합력을 떨어뜨리고, 또한 동합금내의 윤활제로 사용되는 Pb가 용융중에 응집되어 균일한 소재를 얻기 어렵다는 문제점이 있었다.

또한 확산접합법은 모재와 접합재를 밀착시켜 모재의 융점 이하의 조건으로 소성변형이 발생하지 않을 정도로 가압해서 접합면간에 발생하는 원자의 확산을 이용하여 접합하는 방법으로, 접합하려는 동합금성분을 주물로 제작하고, 이를 모재와 접합하기위해 도 2에 도시된 바와 같이 모재(20)를 접합하려는 하는 형상으로 가공함과 아울러 이 모재(20)와 대응되게 동합금라이닝재(24)를 기계가공한 후, 모재(20)와 동합금라이닝재(24)를 직접 접촉시키거나 삽입금속(28)을 중간에 삽입한 상태에서 가압지그(30)로 가압소결하여 금속간의 확산을 통해 접합시키므로써 주조법보다 우수한 접합력과 균일한 합금조성을 가지게 된다.

그러나 이러한 확산접합법으로 이종금속을 접합하기 위해서는 모재(20)와 동합금라이닝재(24)를 요구되는 형상으로 기계가공하여야 하기때문에 생산성이 낮아지고, 복잡한 형상을 제작하는 가공에 따른 생산비용이 증가하여, 사용이 극히 제한적일 수 밖에 없으며, 더욱이 접합하려는 수량만큼 개별적으로 가공을 하여야 하기 때문에 양산공정에 적용하기에는 문제점이 있었다.

한편, 동합금판재를 가공하여 동합금라이닝재로 사용할 수도 있지만, 윤활성이 좋은 동합금판재를 우선 주조방법에 의해 제조하기 어렵고, 또한 동합금판재의취약한 성질때문에 압연에 의해 성형이 거의 불가능하므로, 동합금 라이닝재로 사용되는 동합금판재는 거의 제조되지 않고 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 확산접합법에서의 단점인 기계가공에 따른 낮은 생산성과 고비용문제를 해결하면서도 뛰어난 접합 안정성과 균일한 합금조성을 유지할 수 있는 이종금속의 접합방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이종금속 접합방법은, 동합금분말을 이용하여 라이닝 접합재를 소정의 형태로 별도 제작하고, 이 제작된 라이닝접합재를 모재위에 올려놓고 5 - 40kgf/㎠로 가압하면서 650 - 900℃의 온도로 가압소결하여 접합하게 된 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 라이닝 접합재는 프레스로 3 - 7Ton/㎠로 가압하여 분말성형하거나, 소정의 틀에 동합금분말을 충진한 후 불활성분위기에서 650 - 800℃로 10 -120분간 중력소결하여 성형하게 된다.

이때 상기 라이닝접합재의 성형후 다시 상온에서 약 5 - 8Ton/㎠로 가압하여 재성형하는 것이 바람직하다.

도 1 은 유압실린더블록의 구조를 도시한 개략단면도,

도 2 는 이종금속의 확산접합법을 설명하기 위한 개략도,

도 3 은 본 발명에 따른 라이닝접합재의 성형방법을 설명하기 위한 개략도,

도 4 는 본 발명에 따른 라이닝접합재의 중력소결방법을 설명하기 위한 개략도,

도 5 는 본 발명에 따른 또 다른 라이닝접합재의 중력소결-성형 방법을 설명하기 위한 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 실린더블록 12 : 밸브플레이트

14 : 동합금라이닝재

20 : 모재 24 : 동합금라이닝재

28 : 삽입금속 30 : 가압지그

34, 38 : 동합금분말 32 : 금형

36 : 소결틀

40 : 하부펀치 42 : 상부펀치

44 : 1차 소결체 46 : 동합금라이닝재

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 이종금속접합방법중에 분말성형을 설명하기 위한 도면으로, 금형(32)의 캐비티내에 동합금 분말을 충진시키고, 가압펀치(미도시)로 대략 3 - 7Ton/㎠로 가압하여 소정형상의 라이닝 접합재(34)를 성형하게 된 것이다.

이와같이 프레스를 이용하여 성형하는 제조방법은 요구되는 형상을 가진 금형안에 동합금분말을 충진하고 가압하여 동합금분말 성형체를 제조하고, 이를 접합하고자 하는 모재와 접촉시키며, 가압한 상태에서 소결을 하여 이종금속을 접합한다.

도 4는 본 발명의 이종금속 접합방법중에 중력소결을 설명하기 위한 도면으로, 소정 형상의 틀(36)에 동합금 분말을 붓고 윗면을 고르게 한 상태에서 불활성분위기로 650 - 800℃에서 10 - 120분간 중력 소결하여 라이닝 접합재(38)를 제작하는 것이다.

이렇게 틀에 직접 분말을 도포한 후 중력소결을 하면 분말은 틀의 형상을 따라 일정형태로 1차로 소결하여 라이닝 접합재를 제조하고, 이를 모재와 접촉시켜 가압한 상태에서 소결하는 이종금속 접합하게 된다.

이때 상온에서 소결체를 가압하여 밀도와 강도를 증가시키면 접합시 가압력을 줄일 수 있다.

도 5는 본 발명의 이종금속 접합방법중에 또다른 라이닝접합재의 제작방법을 설명하기 위한 도면으로, 먼저 도 4에 도시된 방법과 같이 중력소결에 의해 동합금분말을 평면의 1차소결체(44)로 제작하고, 이 평면제작된 1차소결체(44)를 다시 상하부펀치(40, 42)로 가압하여 원하는 형상으로 라이링접합재(46)를 성형하는 것이다.

이때 상기 1차소결체(44)는 중력소결을 하였기때문에 내부에 기공들이 많고, 분말들간에 완전한 접합이 이루어지지 않아 밀도가 낮고, 강도가 약하다.

따라서 강도와 밀도를 높이기 위해서는 중력소결이 끝난 1차소결체(44)를 다시 프레스로 상온에서 가압하여 라이닝접합재(46)를 제작하면 고온에서 가압소결로를 사용하지 않고 지그위에 소정 중량의 웨이트를 올려놓고 소결을 할 수 있게 되어 고가의 가압소결로가 필요없이 이종금속을 접합하게 된다.

상기의 형태로 이종금속을 접합하면, 접합하려는 물량이 많을 경우 동합금을 가공하지 않고, 요구하는 형태로 미리 제작하여 가공비를 줄이고 생산성을 높일 수 있다.

[실시예1]

분말성형체를 이용한 이종금속접합법.

윤활재로 사용되는 동합금분말을 3 - 7Ton/㎠로 가압하여 성형체를 제조한 후, 이를 모재위에 올려놓고 가압력 10 - 40kgf/㎠로 압력을 가한 상태에서 750-900℃의 온도구간으로 소결하여 동합금과 모재를 접합하여 양호한 접합력을 얻었다.

이때 소결분위기는 질소, 수소 혼합가스를 사용하였다.

[실시예2]

분말성형후 소결하여 라이닝접합재를 제조후 이종금속 접합법.

주로 윤활제로 사용되는 연청동분말을 가압력 5Ton/㎠로 프레스금형으로 성형후 질소, 수소의 혼합가스 분위기에서 중력소결을 실시한 것이다.

이때 사용된 금형은 최종 접합하려는 모재의 형상과 동일해야 한다.

소결은 650-800℃에서 10 - 120분으로 하였다.

이렇게 만들어진 연동청 라이닝 윤활제는 접합하려는 모재와 동일한 형상의 접합면을 가지게 되어, 모재위에 올려놓고 5 - 30kgf/㎠로 가압하여 750-900℃로 소결하여 이종금속을 접합한 결과 양호한 접합력을 가졌다.

[실시예3]

분말성형후 접합재를 제조하고, 이를 상온에서 가압하여 강도와 밀도가 높은 접합재 제조후 이종금속을 접합하는 방법.

윤활제로 사용하는 동합금 분말을 가압력 3Ton/㎠로 프레스 금형으로 성형한 후 질소, 수소의 혼합가스 분위기에서 중력 소결을 실시한 후 밀도와 강도를 높이기 위해 상온에서 1 - 8Ton/㎠로 다시 금형으로 재성형하여 접합제를 제조하였다.

이렇게 제조된 접합제를 모재위에 올리고, 그 위에 0.1 - 1kgf/㎠의 가압지그를 올려 놓은 후 소결하여 이종금속을 접합하였다.

[실시예4]

틀에 분말을 부어서 채운 후 소결하여 접합제를 제조하는 방법.

동합금분말을 도 3에 도시된 바와 같이 틀에 붓고 채운 후 윗면을 고루게 하여 불활성분위기에서 소결하였다.

이때 소결은 650-800℃에서 10 - 120분 하였다.

이렇게 제조된 접합제를 모재위에 올려놓고 가압소결하여 이종금속을 접합하였다.

[실시예5]

라이닝접합제를 평면으로 제조하고 금형으로 가압하여 일정형상 만든 후 이종금속을 접합하는 방법.

상기 실시예4와 동일한 방법으로 접합재를 제작한 후 목표하는 형상의 금형으로 가압하여 일정형상을 가진 접합제를 제조하였다.

이를 일정형상의 모재 위에 올려놓고 가압소결하여 이종금속을 접합하였다.

이와같은 본 발명의 제조방법에 따르면, 분말을 이용하여 형상이 자유롭게 라이닝접합재를 성형하고, 이와같은 프레스 성형 방식에 의해 대량생산이 가능하며, 별도의 기계가공이 필요없어 제조단가를 낮출 수 있으며, 합금의 설계가 자유롭게 된다.

Claims (5)

1. 동합금분말을 이용하여 라이닝 접합재를 소정의 형태로 별도 제작하고, 이 제작된 라이닝접합재를 모재위에 올려놓고 0.1 - 40kgf/㎠로 가압하면서 650 - 900℃의 온도로 가압소결하여 접합하게 된 것을 특징으로 하는 이종금속의 접합방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 라이닝 접합재는 동합금분말을 프레스를 이용하여 3 - 7Ton/㎠로 가압하여 분말성형하여 제작하게 된 것을 특징으로 하는 이종금속의 접합방법.
3. 제 2 항에 있어서, 분말성형하여 제작된 상기 라이닝접합재를 다시 질소, 수수의 혼합가스 분위기하에서 중력소결을 추가로 실시한 것을 특징으로 하는 이종금속의 접합방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 라이닝 접합재는 동합금 분말을 소정의 틀에 충진한 후 불활성분위기에서 650 - 800℃로 10 - 120분간 중력 소결하여 제작하게 된 것을 특징으로 하는 이종금속의 접합방법.
5. 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 라이닝접합재의 중력 소결 후 상온에서 약 1 - 8Ton/㎠로 추가로 가압하여 재성형하게 된 것을 특징으로 하는 이종금속의 접합방법.