KR20070019106A - 다공성 특수강 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공성 특수강 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 다공성 특수강 제조방법은, 복수개의 코어(14)를 금속(12)으로 코팅하여 복수의 금속체(10)들을 제조하는 단계와, 복수개의 금속체(10)를 그들 사이에 기공(16)이 형성될 수 있도록 소정의 형상으로 서로 접하도록 배열하는 단계와, 배열된 금속체(10)들을 가열하여 점접합시키는 단계로 이루어진다. 이러한 제조방법에 의하면, 금속체의 크기에 따라 다공성 특수강에 형성되는 기공의 크기를 변화시킬 수 있으며, 코어의 종류, 코팅금속의 종류에 따라 다양한 특수강을 용이하게 제조할 수 있다.
코어, 기공, 코팅, 특수강, 금속체

Description

다공성 특수강 및 그 제조방법 {Porous Metal and Manufacturing Method Thereof}
도 1은 종래의 방법에 의해 다공성 특수강을 제조하는 방법을 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다공성 특수강의 제조방법을 보여주는 흐름도이고,
도 3은 본 발명에 따라 금속코팅된 금속체의 내부를 나타내는 도면이고,
도 4 및 도 5는 금속체를 형틀에 배열한 상태를 나타내는 도면들이고,
도 6은 배열된 금속체에 열을 가하여 금속결합이 이루어진 상태를 나타내는 도면이고,
도 7 및 도 8은 크기가 서로 다른 금속체를 사용하여 제조한 특수강을 나타내는 도면들이고,
도 9는 서로 다른 금속에 의해 코팅한 금속체를 사용하여 제조한 특수강을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10...금속체 12...금속코팅
14...코어 16...기공
20...형틀
본 발명은 다공성 특수강 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기공의 크기를 변화시킬 수 있을 뿐만 아니라 다양한 형상의 특수강을 제조할 수 있는 제조방법 및 그에 따라 제조되는 특수강에 관한 것이다.
최근 들어 각종 산업의 발달과 생활 환경의 개선으로 소재 산업에 있어서도 점차 다양한 형태 및 구조를 갖는 금속 재료에 대한 요구가 증대되기에 이르렀다. 종래의 금속 제품 혹은 가공품은 주지하는 바와 같이 금속괴 또는 금속 분말을 사용하여 일정한 모양으로 성형하는 것이 일반적이며, 대부분의 금속 재료는 이러한 범주에 속한다.
그런데 근래 들어 내부에 기공을 일정량 보유한 다공성 특수강 재료가 각종 산업에서 선보이기에 이르렀다. 이와 같은 다공성 특수강의 특징은 우선 내부에 충분한 기공을 확보함으로써, 기체나 액체에 함유된 입자들을 여과시킬 수 있는 필터로서의 기능을 가지는 동시에 통기성이 우수하고 열전도율이 좋기 때문에 효과적인 방열 재료로 사용할 수 있다.
이러한 다공성 특수강을 제조하는 방법의 일례가 대한민국 공개특허공보 제2001-91123호에 개시되어 있다. 도 1은 상기 특허공보에 개시된 종래의 다공성 특수강 제조방법을 나타내는 것으로서, 종래의 제조방법에 의하면, 염(7)을 서로 결합시켜 프레스 금형(1)내에 위치시키고, 염(7)의 용융 온도보다 낮은 용융점을 가지는 금속(5)을 외부에서 용융시켜 금형(1)내로 주입한 후, 프레스(3)로 금속(5)을 가압하여 염(7)의 공극사이로 금속(5)이 주입되도록 가압하고, 염(7)을 제거하여 금속 다공체를 얻는 것이다.
그런데, 이와 같은 종래의 방법은 염과 금속을 모두 주입할 수 있는 프레스 금형과 같이 대형의 장치가 필요하며, 복잡한 형상의 금속 다공체를 제조하는 경우에 염을 서로 결합하는 것이 곤란하다는 문제점을 가지고 있다.
또한, 단일 금속을 용융하여 금형 내로 주입하여 프레스로 가압하여 제조하게 되므로, 다양한 금속조합으로 이루어진 금속 다공체를 제조하기가 곤란하다는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 복수개의 코어를 금속으로 코팅한 금속체를 배열하여 특수강을 제조함으로써, 용이하게 다공성 특수강을 제조할 수 있는 제조방법 및 그에 따라 제조된 특수강을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 금속체의 코어를 자성이 우수한 금속으로 코팅하고 금속체를 자화(磁化)시켜서, 금속체 사이의 자력에 의해 금속체를 배열함으로써, 복잡한 형상의 특수강도 용이하게 제조할 수 있는 다공성 특수강 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 금속체의 크기에 따라 특수강의 기공의 크기를 변화시킬 수 있으며, 코어의 종류, 코팅금속의 종류에 따라 서로 다른 금속조합을 포함하는 특수강을 용이하게 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 복수의 코어를 각각 금속으로 코팅하여 복수의 금속체들을 제조하는 단계와, 상기 복수의 금속체를 그들 사이에 기공이 형성될 수 있도록 소정의 형상으로 서로 접하도록 배열하는 단계와, 상기 배열된 금속체들을 가열하여 점접합시키는 단계를 포함하는 다공성 특수강 제조방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 코어는 세라믹 또는 금속으로 이루어지며, 상기 코어를 코팅하는 금속은 상기 코어와는 다른 금속으로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 다공성 특수강을 제조하기 위하여, 상기 복수개의 금속체를 형틀에 충진하여 만들고자 하는 형상으로 배열하거나, 상기 코어를 자성이 우수한 철 또는 코발트 등으로 코팅하고, 상기 금속체를 자화시켜 상기 금속체 사이에 발생되는 자력에 의해 상기 금속체들을 배열할 수 있다.
한편, 본 발명의 특수강을 형성하는 금속체들은 크기가 서로 다를 수 있으 며, 또한, 코팅금속이 서로 다를 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되는 것은 아니며, 본 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 적절하게 정의되었다. 따라서, 이들의 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그러므로, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다공성 특수강의 제조방법을 나타내는 흐름도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다공성 특수강 제조방법은, 금속체를 제작하는 단계(S110)와, 제작한 금속체들을 소정 형태로 배열하는 단계(S130)와, 배열된 금속체들을 가열하여 서로 점접합시키는 단계(S150)들로 이루어진다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다공성 특수강 제조방법의 각 단계를 상세하게 살펴본다.
도 3은 소정 크기의 코어(14)를 금속코팅(12)하여 제작된 금속체(10)의 내부를 보여주는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다공성 특수강 의 제조를 위하여, 먼저 작업자는 구형상 또는 그와 유사한 형상의 코어(14)의 외면을 그와 다른 성질의 금속으로 코팅하여 금속코팅층(12)을 형성한다(S110). 코어(14)를 코팅하는 방법으로는 다양한 코팅 기술이 사용될 수 있는데, 예를 들어 전착 또는 융착에 의한 코팅방법이 사용될 수 있다. 즉, 별도의 전착공정을 통하여 코어(14)의 표면에 금속을 전기도금에 의해 코팅하는 전착방법이나, 코팅할 금속을 가열하여 코어(14) 표면에 부착하는 융착방법이 사용될 수 있다. 이와 같이, 금속코팅(12)된 금속체(10)들은 일반적으로 구(球)의 형상을 가지지만, 이에 한정되지는 않으며 다이아몬드 형상과 같은 다양한 형상을 가질 수도 있다.
한편, 본 발명에서 금속체(10)의 중앙부에 위치하는 코어(14)를 구성하는 물질은 세라믹으로 이루어질 수 있다. 세라믹과 같이 강도가 높으면서 중량이 가벼운 물질로 코어(14)를 제조하게 되면, 중량이 가벼우면서도 강도가 센 특수강을 제조하는 것이 가능해진다. 한편, 코어(14)로서 금속을 채용할 수도 있는데, 이 경우 코어(14)의 표면에 코팅되는 금속은 코어(14)를 이루는 금속과 다른 종류의 금속을 채용한다. 이와 같이, 서로 이종금속으로 금속체(10)를 제조함으로써 다양한 성질을 가지는 특수강을 제조하는 것이 가능해진다.
금속코팅층(12)을 이루는 금속으로는 자성(磁性)이 우수한 금속, 예로서 철(Fe), 코발트(Co)와 같은 금속을 채용하는 것이 바람직하다. 자성이 우수한 금속으로 코어(14)를 코팅하고, 금속체(10)를 자화(磁化)시키면 금속체(10)의 금속코팅층(12) 사이의 자력에 의해 금속코팅(12)된 금속체(10)들을 소정 형상으로 배열된 상태로 고정시킬 수 있다. 이처럼 금속체(10)들이 고정되면, 후술하는 바와 같이 가열을 하기 위해 배열된 금속체(10)들을 이동하거나, 또는 가열하는 과정 중에도 금속체(10)들이 움직이지 않고 처음 배열한 위치에 고정된다. 따라서, 복잡하고 난해한 형상의 강재도 쉽게 성형할 수 있게 된다.
도 4 및 도 5는 금속체(10)들을 박스형 또는 원통형의 형틀(20, 22) 안에 충진하여 배열한 상태를 나타낸다(S130).
작업자는 코어(14)를 금속코팅(12)하여 다수개의 금속체(10)를 제조한 후, 금속체(10)들을 만들고자 하는 형상의 형틀(20, 22) 내부에 충진하여 배열한다. 즉, 판재를 형성하고자 하는 경우 도 4에서와 같이 박스형 형틀(20)에 충진하여 배열하고, 선재를 형성하고자 하는 경우 도 5에서와 같이 원통형 형틀(22)에 충진하여 배열한다.
한편, 제조하고자 하는 특수강의 형상이 복잡한 경우에는, 전술한 바와 같이 금속체(10)들을 자화시킨 다음에 금속체(10)들을 배열한다. 금속체(10)를 자화시키는 방법으로는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 금속체(10)에 영구자석을 부착하게 되면, 영구자석의 자력에 의해 금속체(10)의 금속코팅층(12)이 자화되어 자력을 띠게 된다. 이와 같이, 자화된 금속체(10)의 금속코팅층(12) 사이에서 발생하는 자력에 의해 금속체(10)들은 서로 달라붙어 고정된다. 따라서, 작업자는 자력에 의해 금속체(10)들을 서로 달라붙게 하여 만들고자 하는 형상으로 용이하게 금속체(10)들을 배열할 수 있다. 이처럼, 금속체(10)가 자력에 의해 배열되어 고정되면 가열하는 중에도 금속체(10)들의 위치가 이동되지 않으므로, 입자가 균일하게 배열된 특수강을 제조할 수 있다.
금속체(10)들의 배열이 끝나게 되면, 작업자는 도 6에 도시된 바와 같이 배열된 금속체(10)들을 가열하여 금속체(10)들을 서로 점접합시키게 된다(S150).
작업자는 전술한 도 4 및 도 5와 같이 형틀에 의해 배열된 금속체(10), 또는 도면에는 도시되지 않았지만 자력에 의해 서로 달라붙어 배열된 금속체(10)들을 가열하여 접합시키게 된다. 배열된 금속체(10)들을 가열하는 경우에, 작업자는 배열된 금속체(10)의 각각의 형태와 배열이 흐트러지지 않는 소정 온도의 범위에서, 금속체(10)들을 가열하게 된다.
이와 같이, 배열된 다수개의 금속체(10)들은 가열에 의해 금속코팅층(12)의 서로 접하는 A지점에서 점접합하게 된다. 다수개의 금속체(10)들이 서로 접합됨으로써, 소정의 형상을 갖는 특수강을 형성하게 된다. 전술한 방법에 의해 제조된 특수강에서, 구형 또는 이와 유사한 형태를 갖는 금속체(10) 사이에는 자연스럽게 공극이 형성되고, 이러한 공극에 의해 특수강의 내부에는 기공(16)이 형성된다. 이러한 기공(16)에 의해 기체나 액체에 함유된 입자들을 여과시키거나, 또는 통기성이 우수하고 열전도율이 좋은 금속강을 제조할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따라 제조된 특수강들의 구조를 확대해서 나타낸다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에서는 특수강을 구성하는 금속체(10)들의 크기가 일정하지 않고 서로 다른 크기를 갖게 된다. 도면에 도시된 바와 같이, 금속체(10)들의 크기는 도면의 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 커지게 된다. 금속체(10)들의 크기가 커짐에 따라, 기공(16)의 크기가 점진적으로 커지게 된다. 따라 서, 이와 같은 실시예에서는 한쪽 방향으로만 투수성이 우수한 특수강을 제조하는 것이 가능해진다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에서는 도 7의 실시예와 같이 크기가 서로 다른 금속체(10)들을 사용하였지만, 중앙부에 크기가 작은 금속체(10)들을 배치하고, 바깥쪽에 크기가 큰 금속체(10)들을 배치하였다는 점에서 차이가 있다. 이와 같이 제조된 특수강에 의하면, 금속체(10)들 사이의 기공(16)에 의해 삼투압 현상을 발생시키는 것이 가능해진다. 또한, 어느 한쪽 방향으로만 통기성, 누수성 등이 우수한 특수강을 제조할 수 있다.
도 9는 서로 다른 금속에 의해 코팅된 금속체(32, 34, 36, 38)들을 배열하여 제조된 특수강을 나타낸다. 도면에서 제일 상부의 금속체(32)는 철(Fe)(33)로 코팅을 하였고, 그 하부 금속체(34)는 니켈(Ni)(35)로 코팅을 하였고, 그 하부 금속체(36)는 구리(Cu)(37)로 코팅을 하였고, 제일 하부의 금속체(38)는 코발트(Co)(39)로 코팅을 하였다. 이와 같이, 서로 다른 이종 금속에 의해 코팅된 금속체에 의해 특수강을 형성하게 되면, 각 코팅 금속의 성질에 따라 여러 가지 이물질을 동시에 기공(40)을 통하여 여과할 수 있는 다기능 금속필터(filter)의 재료로 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 철, 니켈, 구리, 코발트로 코팅된 금속체를 사용하는 것으로 설명하였지만, 코팅되는 금속의 종류는 이에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 적절한 금속이 선택될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 다공성 특수강 제조방법에 의하면, 금속코팅한 코어를 배열하여 금속결합에 의해 특수강을 제조함으로써 용이하게 특수강을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 자성이 있는 금속으로 코어를 코팅하고, 금속체의 금속코팅층을 자화시켜서, 금속체들을 자력에 의해 배열하는 것이 가능해짐으로써, 복잡한 형상의 특수강을 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 특수강을 형성하는 금속체들의 크기를 달리하여, 특수강 내부에 형성되는 기공의 크기를 변화시킴으로써, 특수강의 통기성, 열전도성 등을 변화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 금속체에 코팅되는 금속을 서로 달리함으로써, 다양한 금속조합의 특수강을 제조하는 것이 가능해진다.

Claims (7)

  1. 복수개의 코어(14)를 각각 금속(12)으로 코팅하여 복수의 금속체(10)들을 제조하는 단계;
    상기 복수개의 금속체(10)를 그들 사이에 기공(16)이 형성될 수 있도록 소정의 형상으로 서로 접하도록 배열하는 단계; 및
    상기 배열된 금속체(10)들을 가열하여 점접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 특수강 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어(14)는 세라믹 또는 금속으로 이루어지며, 상기 코어(14)에 코팅되는 금속(12)은 상기 코어(14)와 다른 재질의 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공성 특수강 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코어(14)에 코팅되는 금속(12)은 자성이 우수한 철 또는 코발트인 것을 특징으로 하는 다공성 특수강 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 금속체(10)들을 배열할 때, 상기 금속체(10)를 자화시킴으로써 그들 사 이에 발생되는 자력에 의해 소정 형상을 이루도록 배열하는 것을 특징으로 하는 다공성 특수장 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속체(10)들은 크기가 서로 다른 것을 특징으로 하는 다공성 특수강 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속체(10)들은 서로 다른 금속(12)으로 코팅된 것을 특징으로 하는 다공성 특수강 제조방법.
  7. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 제조되는 다공성 특수강.
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