KR20030063018A

KR20030063018A - 소결금속의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된회전압축기의 플랜지

Info

Publication number: KR20030063018A
Application number: KR1020020003548A
Authority: KR
Inventors: 최동준; 김시형; 임성균
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2003-07-28
Also published as: US6733723B2; CN1433861A; CN1238142C; KR100492313B1; JP2003213307A; US20030138341A1

Abstract

본 발명은 소결금속의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 회전압축기의 플랜지에 관한 것으로, 내마모성과 내구성이 크게 향상되도록 한 것이다.

이를 위한 본 발명에 따른 소결금속 제조방법은 금속분말을 혼련하여 가압성형 한 후 소결하는 소결금속성형단계와, 상기 성형단계를 거친 소결금속을 소정시간동안 서브제로처리 하는 단계와, 상기 서브제로처리 후 소정의 압축잔류응력이 존재한 상태에서 가열처리하는 후열처리단계를 포함한다.

Description

소결금속의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 회전압축기의 플랜지{METHOD OF MANUFACTURING SINTERED METALAND FLANGE OF ROTARY COMPRESSOR MANUFACTURED THEREBY}

본 발명은 내마모성 및 내구성이 큰 소결금속의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 회전압축기의 플랜지에 관한 것이다.

일반적인 냉각시스템의 냉매 압축용으로 사용되는 회전압축기는 도 1에 도시된 바와 같이, 밀폐용기(1)의 내부에 고정된 고정자(2)와 이 고정자(2)의 내부에 회전 가능하게 설치된 회전자(3)로 된 구동부(4)와, 구동부(4)의 회전력을 통해 냉매의 압축을 수행할 수 있도록 역시 밀폐용기(1) 내의 하부에 설치된 압축부(5)를 구비한다.

압축부(5)는 회전자(3)와 결합된 상태에서 압축부(5) 쪽으로 연장되며 소정길이의 편심부(6a)를 갖춘 회전축(6)과, 회전축(6)의 편심부(6a)를 수용하도록 편심부(6a) 쪽에 설치된 실린더(7)와, 실린더(7)의 상하부에 결합되며 회전자(3)가 결합된 회전축(6)을 회동 가능하게 지지하는 플랜지(8,9)를 포함한다. 또한 압축부(5)는 편심부(6a)가 회전할 때 실린더(7)의 내면과 접한 상태로 자전과 공전을 하도록 편심부(6a)의 외면에 설치된 회동롤러(10)와, 회동롤러(10)의 외면에 접한 상태로 회동롤러(10)의 반경방향으로 진퇴하도록 설치되어 실린더(7)의 내부를 저압부와 고압부로 구획하는 베인(미도시)을 포함한다.

이러한 회전압축기는 회전자(3)의 구동에 의해 실린더(7) 내의 편심부(6a)가 회전할 때 회동롤러(10)가 실린더(7)의 내면과 접한 상태에서 자전과 공전을 하고, 베인(미도시)이 반경방향으로 진퇴하는 동작이 이루어지면서 냉매를 흡입하여 압축시키는 동작을 수행한다. 즉 흡입구(13)로 유입된 저온저압의 냉매를 고압으로 압축하여 상측 플랜지(8)의 출구(13) 쪽으로 토출시킨다.

그런데 이러한 회전압축기는 상술한 바와 같은 냉매의 압축동작을 수행하는 동안 회전축(6), 회전축의 편심부(6a), 회동롤러(10)와 플랜지(8,9)의 미끄럼접촉에 의해 심한 마찰이 발생하기 때문에 장기간 사용할 경우 플랜지(8,9)의 표면이 마모되는 문제가 있었다. 플랜지(8,9)의 마모로 생성된 금속분말은 냉매와 반응하면서 냉매의 분해현상을 야기하고, 냉매분해를 통해 생성된 생성물은 주변 금속의 부식과 침식을 유발하여 슬러지 생성을 야기하여 회전압축기의 기동성을 떨어뜨리는 원인이 되었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 심한마찰에도 견딜 수 있도록 내마모성과 내구성이 크게 향상되도록 하는 소결금속의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 회전압축기의 플랜지를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 회전압축기의 구성을 보인 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 소결금속 제조방법에 의해 제조된 회전압축기 플랜지의 구성을 보인 사시도이다.

도 3는 본 발명에 따른 소결금속의 제조공정을 나타낸 흐름도이다.

도 4는 본 발명에 따른 소결금속의 열처리과정을 나타낸 온도그래프이다.

도 5는 본 발명에 따른 소결금속의 마모량 실험을 위한 실험장치의 구성을 보인 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 소결금속과 비교 예의 마모량 실험결과를 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20: 플랜지,40: 실험용 소결금속 회전판,

50: 실험용 가압시편.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소결금속 제조방법은, 금속분말을 혼련하여 가압성형 한 후 소결하는 소결금속성형단계와, 상기 성형단계를 거친 소결금속을 소정시간동안 서브제로처리 하는 단계와, 상기 서브제로처리 후 소정의 압축잔류응력이 존재한 상태에서 가열처리하는 후열처리단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 금속분말은 0.2~0.8Wt%의 탄소(C)분말과, 0.5~4.0Wt%의 구리(Cu)분말과, 1.0Wt%이하의 니켈(Ni)분말과, 철(Fe)분말을 주성분으로 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 서브제로처리단계에서의 냉각온도는 -196℃ ~ -200℃인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 서브제로처리는 30분 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 후열처리단계는 120℃이하의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또 이하의 설명은 본 발명에 따른 소결금속의 제조방법을 회전압축기의 플랜지 제조에 적용한 예를 들어 설명한다.

본 발명에 따른 소결금속의 제조방법에 의해 제조되는 회전압축기 플랜지는 도 2에 도시된 바와 같이, 회전압축기의 회전축이 결합되는 축결합부(21)와 압축공간을 형성하도록 실린더에 결합되는 플랜지부(22)를 구비한다. 이러한 플랜지(20)의 제조를 위해서는 도 3에 도시한 바와 같은 금속분말의 혼련단계(31), 고온가압성형단계(32), 고온에서 소결하는 단계(33)를 차례로 거친다. 또한 소결금속재 플랜지(20)의 내마모성 향상을 위한 열처리 방법으로 초 저온에서 서브제로처리(Subzero Treatment)하는 단계(34)와, 120℃이하의 온도에서 후열처리(Tempering) 하는 단계(35)를 거친다.

금속분말의 혼련단계(31)는 0.2~0.8Wt%의 탄소(C)분말과, 0.5~4.0Wt%의 구리(Cu)분말과, 1.0Wt%이하의 니켈(Ni)분말과, 잔량의 철(Fe)분말을 열을 가하면서 기계적인 교반수단을 통해 고루 혼합시킨다. 혼련단계를 거친 금속분말은 성형틀을 이용해 고압으로 가압하여 플랜지형상으로 성형시키고, 이를 800℃ 이상의 고온에서 소결함으로써 치밀한 밀도를 갖는 소결금속재 플랜지가 제조되도록 한다.

이러한 소결금속 성형방법을 통해 제조된 플랜지의 서브제로처리단계(34)는 도 4에 도시한 바와 같이, 플랜지(20)를 -196℃ ~ -200℃의 액체질소에 침적시켜 급속 냉각시키고, 이 상태를 30분간 유지한다.

이러한 서브제로처리는 통상의 금속 열처리과정에서 오스테나이트조직이 마르텐사이트조직으로 변화하는 온도(변태점)보다 훨씬 낮은 - 196℃ ~ -200℃의 초 저온으로 급속 냉각시킴으로써 소결금속재 플랜지의 표면에 압축잔류응력이 생기도록 하여 내마모성과 내부식성이 향상될 수 있도록 한 것이다. 또한 이러한 열처리는 금속의 조직이 침상조직으로 변화하면서 구리화합물(CuX)의 석출현상이 생기도록 하여 표면의 내마모성이 더욱 향상될 수 있도록 한 것이다.

서브제로처리단계(34)를 거친 플랜지(20)의 후열처리(Tempering)단계(35)는 도 4에 도시된 바와 같이, 소정시간(30분 정도)동안 상온에서 방치한 후, 120℃ 이하의 온도로 가열함으로써 표면에 생성되는 수분을 제거함과 동시에 소결금속재 플랜지에 약간의 인성(人城)을 부여하도록 한다.

여기서 가열온도를 120℃ 이하로 하고 가열시간을 120분 정도로 유지하는 것은 플랜지(20)에 소정의 인성(靭性)이 생기면서도 서브제로처리를 통해 생성된 압축잔류응력이 존재하도록 하여 후열처리 이후에도 플랜지(20)가 큰 내마모성을 가질 수 있도록 한 것이다. 이는 열처리온도가 너무 높거나 지속시간이 너무 길 경우 압축잔류응력이 제거되어 플랜지(20)의 내마모성 또한 감소하는 점을 감안한 것으로, 적절한 범위 내에서 열처리를 수행하여 인성과 내마모성을 함께 갖출 수 있도록 한 것이다.

이상 설명한 서브제로처리단계(34) 및 후열처리단계(35)를 거친 소결금속과 이러한 열처리를 거치지 않은 소결금속의 내마모성 비교를 위해 도 5에 도시한 바와 같은 실험을 하였다.

실험방법은 소결금속으로 된 회전판(40, 본 발명에 따른 플랜지에 상당하는 재질)이 별도의 구동수단에 의해 일정한 속도로 회전하도록 하고, 회전판(40)의 상면에 접한 상태를 유지하는 가압시편(50, 회전압축기 회전축의 편심부에 상당하는 재질)에 소정의 하중(P)이 가해지도록 한 상태에서 소정시간경과 후, 회전판(40) 상면의 마모량을 상호 비교하는 방식을 취했다. 또 본 발명에 따른 소결금속이 실제 회전압축기에 적용되었을 때의 플랜지 마모량을 예측하기 위해 가압시편(50)이 접하는 회전판(40) 상면에는 회전압축기에서 사용하는 통상의 윤활제를 도포했다. 그리고 마모량은 가압시편(50)과 접하여 마모된 회전판(40)의 마모정도를 부피단위(㎣)로 산출하였다.

실험결과, 회전판(40)의 마모량은 사용되는 윤활제의 종류에 따라 다소 차이는 있었으나, 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 열처리(서브제로처리 및 후 열처리)단계를 거친 소결금속의 내마모성이 열처리를 거치지 않은 소결금속보다 훨씬 우수한 것임을 알 수 있었다.

가압시편(50)에 5㎏의 하중을 가한 상태에서 소정시간동안 실험을 했을 때는 양자의 차이가 없었다. 그러나 30㎏의 하중을 가했을 때 본 발명에 따른 열처리단계를 거친 소결금속의 마모량은 3.22㎣인 반면에 비교 예는 5.8㎣이었다. 60㎏의 하중을 가했을 때 본 발명에 따른 열처리단계를 거친 소결금속의 마모량은 8.1㎣인 반면에 비교 예는 12.68㎣이었다. 이처럼 본 발명에 따른 서브제로처리단계(34)와 후열처리단계(35)를 거친 소결금속은 이러한 열처리를 거치지 않은 소결금속보다 현저하게 우수한 내마모성을 가지는 것임을 알 수 있었다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 소결금속은 서브제로처리와 후 열처리단계를 거침으로써 서브제로처리과정에서 생성된 압축잔류응력이 존재할 뿐 아니라, 열처리과정에서 구리화합물(CuX)의 석출이 이루어지기 때문에 내마모성과 내구성이 크게 향상되는 효과가 있다.

Claims

금속분말을 혼련하여 가압성형 한 후 소결하는 소결금속성형단계와, 상기 성형단계를 거친 소결금속을 소정시간동안 서브제로처리 하는 단계와, 상기 서브제로처리 후 소정의 압축잔류응력이 존재한 상태에서 가열처리하는 후열처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결금속의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 금속분말은 0.2~0.8Wt%의 탄소(C)분말과, 0.5~4.0Wt%의 구리(Cu)분말과, 1.0Wt%이하의 니켈(Ni)분말과, 철(Fe)분말을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 소결금속의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 서브제로처리단계에서의 냉각온도는 -196℃ ~ -200℃인 것을 특징으로 하는 소결금속의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 서브제로처리는 30분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 소결금속의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 후열처리단계는 120℃이하의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 소결금속의 제조방법.
상기 제1항의 제조방법에 의해 제조된 회전압축기의 플랜지.