KR20070042929A

KR20070042929A - 금속 유리의 성형 방법

Info

Publication number: KR20070042929A
Application number: KR1020067027220A
Authority: KR
Inventors: 나오쿠니 무라마츠; 겐 스즈키; 아키히사 이노우에; 히사미치 기무라
Original assignee: 니뽄 가이시 가부시키가이샤; 고쿠리츠다이가쿠호진 도호쿠다이가쿠
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2007-04-24
Also published as: EP1759781A1; EP1759781B1; JP4693772B2; US20080034796A1; WO2005115653A1; KR101203757B1; US7708844B2; CN100473472C; JPWO2005115653A1; CN1956808A; EP1759781A4

Abstract

본 발명에 따른 금속 유리의 성형 방법은, 금속 유리를 이용하여 다이캐스트에 의한 초벌 성형을 행하여 초벌 성형품을 성형하는 공정과, 성형된 상기 초벌 성형품을 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 온간 프레스 성형하는 공정을 갖는다.

Description

금속 유리의 성형 방법{METHOD FOR FORMING METALLIC GLASS}

본 발명은 금속 유리를 이용하여, 예컨대 전자 기기 케이스 등의 박육 부품을 성형하는 금속 유리의 성형 방법에 관한 것이다.

통상, 금속의 액체는 융점 이하로 냉각될 때에 매우 불안정한 상태가 되고, 즉시 결정화하여 결정 금속이 된다. 이 때에, 과냉각 액체가 결정화하지 않고서 원자가 무질서하게 배열한 상태, 소위 「비정질 상태」로 존재할 수 있는 시간은 연속 냉각 변태(CCT) 곡선의 노우즈 온도로 보면, 10^-5초 이하로 추측되어진다. 즉, 이것은, 10⁶ K/s 이상의 냉각 속도를 달성하지 않으면, 비정질 합금을 얻을 수 없다는 것을 의미한다.

그러나, 최근 지르코늄기를 비롯한 특정한 합금군에 있어서, 과냉각 액체 상태가 매우 안정화되고, 100 K/s 이하의 냉각 속도라도 명료한 유리 천이를 하여 결정화하지 않는 금속 유리가 발명되었다(예컨대, 비특허 문헌 1 참조).

이들 금속 유리는 과냉각 액체의 상태를 유지할 수 있는 넓은 범위의 온도역(과냉각 액체 온도역)을 가지고 있으므로, 이 온도역에서 결정화하는 온도 및 시간에 도달하지 않는 조건하에서는, 점성 유동을 이용한 초소성 성형(예컨대, 비특 허 문헌 2 참조)도 가능하다.

또한, 물 담금질 법, 아크 용해법, 금형 주조법, 고압 사출 성형법, 흡인 주조법, 형체(型締) 주조법, 회전 디스크 제선법 등의 제법을 이용하여, 용탕으로부터 직접 큰 형상의 비정질 합금(벌크 금속 유리)을 제조할 수 있는 것이 알려져 있다(예컨대, 비특허 문헌 3 참조).

이들 제법을 이용하여 제조된 금속 유리는, 비정질이 본래 갖는 높은 강도, 낮은 영율, 높은 탄성 한도라는 결정 합금에 없는 기계적 특성을 큰 수치로 얻을 수 있으므로, 구조 재료로서 널리 실용화가 기대되고 있다.

[비특허 문헌 1]「기능재료」, 2002년 6월호, Vol.22, No.6, P.P.5∼P.P.9

[비특허 문헌 2]「기능재료」, 2002년 7월호, Vol.22, No.7, P.P.5∼P.P.8

[비특허 문헌 3]「기능재료」, 2002년 6월호, Vol.22, No.6, P.P.26∼P.P.31

그러나, 금속 유리는 전자 기기 케이스와 같이, 고강도 및 경량화가 실현된 3차원 형상이 바람직한 박육 성형품의 용도에 본래 적합한지에는 상관없이, 큰 형상의 금속 유리 부품을 얻고자 하기 위한 전술의 제법에는 이하에 기술하는 것과 같은 문제점이 있다.

첫째, 금형 주조법에는 이하와 같은 문제점이 있다. 일반적인 금형 주조법에서는, 금형의 성형 캐비티 내에 용탕을 주입하기만 하는 단순한 방법 때문에, 제품의 형상에 의해서는, 탕 유동성 부족에 의한 형상 누락이나 유문이나 주물 기포 등의 주조 결함을 적지 않게 피할 수 없었다. 또한, 금형에서의 냉각 속도가 불안정하며, 부분적으로 비정질이 되지 않는 경우도 빈번하게 일어났다.

둘째, 고압 사출 성형법에는 이하와 같은 문제점이 있다. 일반적인 고압 다이캐스트법(예컨대, 특허 공개 평성 제10-296424호 공보)은 탕 유동성의 부족을 고압 사출로 보충함으로써, 3차원 형상으로 성형할 수 있지만, 더 나아가 보스나 리브 등이 마련된 복잡한 형상을 얻기 위해서는, 특허 공개 평성 제10-296424호 공보의 도 6∼도 8에 도시된 것과 같은 복잡한 탕도를 형성해야 한다.

나아가, 전술한 바와 같은 주조 결함을 줄이기 위해서는, 에어 벤트(가스 배기로)나 오버 플로(넘치는 용탕의 수용부)등의 고안을 정성들여 부가하는 번잡함이 남았다.

당업자의 경험에 기초한 이러한 수법을 이용하더라도, 일반적인 다이캐스트의 주조 결함에 의한 불량율은 수 ％부터 수십 ％로 되고, 이 고압 사출 성형법에는 획기적으로 주조 결함을 막는 방법이 없다는 것을 나타내고 있다.

셋째, 용탕 단조법에는 이하와 같은 문제점이 있다. 수냉한 구리 주형 상에서 아크 용해한 금속 유리의 용탕을 즉시 단조 성형하는 용탕 단조법 혹은 형체 주조법은 아크 용해 시에 금형 표면이 고온이 되어 용융하지 않도록 이면측으로부터 수냉되어 있다.

수냉부의 금형 표면에 접하는 지점은 용해가 충분히 되지 않았으므로, 금속 유리가 형성되지 않는다. 이 때문에, 성형품에는 제품으로서 적합하지 않은 지점이 남고, 이 부분이 제거되어야 하는 불리함이 있었다.

이 문제를 회피하고자 규소제 금형을 이용하여, 금형 및 원료 합금을 함께 금속 유리의 융점 이상의 온도로 가열한 후에 가압하여 고속 성형하는 단조 방법도 제안되어 있다(일본 특허 출원 공표 제2003-534925호 참조).

그러나, 본 단조 방법은 판재와 같은 단순 형상에는 적용이 가능하지만, 복잡한 3차원 형상을 갖는 성형품에 적용하기에는, 금형의 절삭 가공이 문제가 되고 있었다.

나아가, 용탕 단조법에서는 순간적인 속도로 금형을 폐쇄하여 성형하므로, 성형품의 두께를 1 ㎜ 이하로 정밀도 좋게 제어하기 어렵고, 박육이나 편육의 성형품에는 용이하게 적용할 수 없다는 큰 문제가 있었다.

넷째, 프레스 성형법에는 이하와 같은 문제점이 있다. 예컨대, 과냉각 액체 온도역까지 가열한 블록 형상의 비정질 합금을, 진공 챔버 내에 둔 금형의 폐색 부위에서 압압하여 성형을 행하는 방법이 일본 특허 공개 평성 제10-216920호 공보에 개시되어 있다.

이러한 방법에서는, 단수회의 프레스 성형으로 보스, 리브, 창 프레임, 구멍 등이 배치된 3차원의 복잡한 형상으로 마무리하는 것은 매우 곤란하고, 나아가 가열 장치나 냉각 장치의 배치 및 해제를 반복하므로, 치수 정밀도가 높은 복잡한 형상을 짧은 사이클 타임으로 연속 성형하는 것은 곤란했다.

그래서, 본 발명자 등은 전술한 문제점을 해결하기 위해, 여러 가지 방법을 시행하여 실험 연구를 진행시킨 바, 금속 유리가 과냉각 액체로서 용탕으로부터 결정화하지 않은 채로 고화할 때에 응고 수축이 없고, 주로 열팽창 수축에 의한 치수변화를 관리하면 좋은 점에 착안하여, 우선 고압으로 사출을 행하는 다이캐스트로 초벌 성형을 행하여 필요한 외형 치수나 3차원 형상 부위를 형성하고, 나아가 미리 외형 치수에 정합하는 캐비티를 형성한 온간 프레스 금형을 준비하며, 계속해서 과냉각 액체 온도역까지 가열한 금형 내에 초벌 성형품을 배치하고, 금형으로 압압하여 온간 프레스 성형함으로써, 초벌 성형품의 표면에 잔존하고 있었던 표면 결함 속에, 주위의 재료를 점성 유동으로 충전시켜 구멍을 메우며, 결함을 소거하는 것을 할 수 있다는 지견을 얻었다.

그리고, 온간 프레스 금형에, 1 ㎜ 이하의 갭이 되도록 캐비티부를 형성해 둠으로써, 금속 유리 특유의 점성 유동을 이용한 최종 마무리 성형이 가능하게 되고, 편육·박육의 복잡한 3착원 형상에도 적합하다는 지견을 얻었다.

본 발명자 등은 이러한 지견에 입각하여, 예의 연구를 더 계속한 결과, 본 발명의 완성에 이르렀다.

그래서, 본 발명은 이상의 점을 감안하여 이루어진 것으로, 금속 유리의 비정질을 유지하면서 표면 결함이 생기지 않는 성형품을 성형하고, 구조가 간단한 금형을 이용한 간략화한 공정에서 높은 치수 정밀도의 성형 부품을 성형하며, 박육이나 편육의 성형품이나 복잡한 형상의 성형품에도 용이하게 성형 가능한 금속 유리의 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 제1 특징은 금속 유리의 성형 방법으로서, 금속 유리를 이용하여 다이캐스트에 의한 초벌 성형을 행하여 초벌 성형품을 성형하는 공정과, 성형된 상기 초벌 성형품을 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 온간 프레스 성형하는 공정을 갖는 것을 요지로 한다.

본 발명의 제1 특징에 있어서, 상기 온간 프레스 성형 후의 성형품은 1 ㎜ 이하의 두께를 갖게 형성되어 있어도 좋다.

본 발명의 제1 특징에 있어서, 상기 다이캐스트에 의한 초벌 성형은 불활성 가스를 통기시키면서 행해지더라도 좋다.

본 발명의 제1 특징에 있어서, 상기 다이캐스트에 의한 초벌 성형에서, 상기 금속 유리는 YAG 레이저를 열원으로 하여 용해되어도 좋다.

본 발명의 제1 특징에 있어서, 상기 온간 프레스 성형은, 상기 초벌 성형품을 대기 중에서 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 행해지더라도 좋다.

본 발명의 제1 특징에 있어서, 상기 과냉각 액체 온도역으로의 가열은, 내부에 가열 장치가 배치된 금형에 상기 초벌 성형품을 세팅하여 행해지더라도 좋다.

본 발명의 제1 특징에 있어서, 상기 온간 프레스 성형은, 대기를 차단하는 분체막(粉體膜)을 상기 초벌 성형품에 도포한 후, 상기 초벌 성형품을 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 행해지더라도 좋다.

본 발명의 제1 특징에 있어서, 상기 온간 프레스 성형은, 상기 초벌 성형품의 면 거칠기를 산술 평균 거칠기로 0.1 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하의 범위로 형성한 후에, 상기 초벌 성형품을 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 행해지더라도 좋다.

본 발명의 제1 특징에 있어서, 상기 금속 유리는 지르코늄계 금속 유리라도 좋다.

도 1의 (a)은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 있 어서 다이캐스트에 의한 초벌 성형에 이용되는 다이캐스트 장치를 도시한 도면이며, 도 1의 (b)는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 있어서 온간 프레스에 의한 마무리 성형에 이용되는 온간 프레스 장치를 도시한 도면.

도 2의 (a)는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 있어서, 온간 프레스에 의한 마무리 성형이 실시되기 전의 초벌 성형품의 단면을 도시하고, 도 2의 (b)는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 있어서 온간 프레스에 의한 마무리 성형의 상태를 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 있어서 불활성 가스를 통기시키면서 행하는 다이캐스트에 의한 초벌 성형을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 있어서 다이캐스트에 의한 초벌 성형 시의 YAG 레이저에 의한 금속 유리의 용해를 설명하기 위한 도면.

도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 있어서 온간 프레스에 이용하는 히터를 내장한 금형의 개략적인 설명도.

도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 있어서 온간 프레스가 적용되는 분체막을 도포한 초벌 성형품의 단면도.

도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 있어서 온간 프레스가 적용되는 면 거칠기를 조정한 초벌 성형품의 설명도.

도 8a는 실시예 1∼9 및 비교예 1∼5에 따른 금속 유리에 대한 평가 결과를 보여주는 도면.

도 8b는 실시예 1∼9 및 비교예 1∼5에 따른 금속 유리에 대한 평가 결과를 보여주는 도면.

[본 발명의 제1 실시 형태]

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 대해 설명한다.

도 1의 (a)는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 적용되는 다이캐스트 장치(1)를 도시하고, 도 1의 (b)는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 적용되는 온간 프레스 장치(10)를 도시한다.

본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법은, 금속 유리를 이용하여 다이캐스트에 의한 초벌 성형을 행하여 초벌 성형품을 성형하는 공정과, 성형된 초벌 성형품을 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 온간 프레스 성형하는 공정에 의해, 금속 유리의 성형품을 얻는 것이다.

도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 다이캐스트 장치(1)는 금속 유리(M)의 용해부(2)와, 금형부(3)와, 압입부(4)를 다이캐스트 성형실(5) 내에 적절하게 배치함으로써 대략 구성되어 있다.

용해부(2)는 도가니(2a)와, 상기 도가니(2a) 내의 금속 유리(M)를 가열 용해하도록 상기 도가니(2a) 주위에 배치된 가열 장치(2b)를 갖게 구성되어 있다.

금형부(3)는 초벌 성형품(M1)을 성형하는 캐비티(A)를 갖춘 금형(3a)과, 상 기 캐비티(A)에 탕도를 통해 연통하는 슬리브(3b)를 갖게 구성되어 있다.

압입부(4)는 슬리브(3b) 내를 왕복 운동하는 플런저(4a)와, 상기 플런저(4a)의 구동원인 피스톤(4b)을 갖게 구성되어 있다.

본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 있어서 다이캐스트에 의한 초벌 성형은, 도가니(2a) 내의 용해된 금속 유리(M)를 슬리브(3b)에 충전한 후, 플런저(4a)에서 캐비티(A) 내에 가압 충전함으로써 행해지고, 그 결과 초벌 성형품(M1)을 성형할 수 있다.

또한, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 온간 프레스 장치(10)는 상금형(10a)과 하금형(10b)을 갖게 구성되어 있으며, 양 금형(10a, 10b)의 형체(型締)에 의해 캐비티(B)가 형성되도록 구성되어 있다.

본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 있어서 온간 프레스 성형은, 초벌 성형품(M1)을 과냉각 액체 온도역으로 가열하고 온간 프레스 장치(10)의 캐비티(B)에 얹어 놓아 프레스 성형함으로써 행해지고, 그 결과 성형품(M2)을 성형할 수 있다.

보다 구체적으로, 다이캐스트 장치(1)에 의해 성형된 초벌 성형품(M1)을 온간 프레스 장치(2)로 옮겨 온간 프레스를 행할 때에, 초벌 성형품(M1)의 표면에 남아 있던 주물 기포 등의 표면 결함(주조 결함)(a)이, 점성 유동에 의해 매립되고 [도 2의 (a)참조], 표면 결함(a)이 없는 성형품[M2(도 2의 (b) 참조]을 얻을 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 의하면, 당업자가 통상 반복의 경험으로부터 습득하는 탕도나 에어벤트나 오버 플로우를 적절한 위치에 적당한 수만큼 설치한다고 하는 주조 방안을 검토하는 번잡함을 경감하고, 다소의 표면 결함(a)이 남더라도 온간 프레스에 의해 말소되는 간편함이 있으므로, 금형 구조도 간단해지고, 나아가 금형 비용의 저감화를 도모할 수 있다.

또한, 도 1의 (a) 및 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 다이캐스트 및 온간 프레스는 서로 다른 성형실에서 행해져도 좋고, 동일한 성형실 내에서 반연속적으로 행해져도 좋다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 온간 프레스 장치(10)는 캐비티(B)의 갭이 1 ㎜ 이하가 되도록 구성되어 있어도 좋다.

이러한 온간 프레스 장치(10) 구성에 의하면, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 성형품(M2)은 1 ㎜ 이하의 갭이 되는 캐비티(B)를 구비한 온간 프레스 금형(10a 및 10b)에 의해 형성되도록 한 것이므로, 금속 유리(M)에 특유의 점성 유동을 이용한 최종 마무리 성형이 충분히 달성할 수 있고, 그 결과 편육·박육의 3차원 성형품이나 복잡한 형상의 성형품에도 용이하게 적합할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 다이캐스트에 의한 초벌 성형은 불활성 가스를 통기시키면서 행해지도록 구성되어 있어도 좋다.

도 3은 도 1의 (a)에 있어서, 다이캐스트 성형실(5) 내에 불활성 가스(G)를 통기시키면서 다이캐스트에 의해 초벌 성형을 행하는 방법을 나타내고 있다.

즉, 다이캐스트 장치(1)는 다이캐스트 성형실(5)의 적소에 불활성 가스 도입구(6) 및 불활성 가스 배출구(7)를 구비하여 구성되어 있고, 불활성 가스(G)를 도 입구(6)로부터 다이캐스트 성형실(5) 내에 통기시키면서 초벌 성형을 행한다.

여기서, 불활성 가스(G)로서는 헬륨, 질소, 아르곤 등이 선택된다.

또한, 성형된 후에 압출핀(도시 생략) 등에 의해 금형부(3)로부터 강제 분리된 초벌 성형품(M1)은 다이캐스트 성형실(5) 내의 아래쪽에 준비된 공간으로 투하되어 저장된다.

이러한 다이캐스트 장치(1)의 구성에 의하면, 용해시의 산화가 바람직하지 않은 금속 유리(M)를 용해할 때마다, 다이캐스트 성형실(5) 내를 높은 진공도까지 감압할 필요가 없어지므로, 공정의 간략화를 도모할 수 있다.

이 때, 금속 유리(M)는 미리 배기된 부실(副室)(도시 생략)을 통해 다이캐스트 성형실(5)내로 도입하도록 하여도 좋다. 이러한 다이캐스트 장치(1)의 구성에서는, 금속 유리(M)의 반입과 초벌 성형을 연속하여 행할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 다이캐스트에 이용되는 금속 유리(M)는 YAG 레이저(L)를 열원으로 하여 용해되도록 구성되어 있어도 좋다.

도 4는 금속 유리(M)의 용해 열원에 YAG 레이저(L)를 이용한 예를 도시한다.

도 1의 (b)에서는 가열 장치(2b)를 다이캐스트 성형실(5) 내에 배치한 예를 도시했지만, 도 4와 같이 용해 열원을 다이캐스트 성형실(5) 외부에 설치함으로써, 다이캐스트 성형실(5)의 용적을 작게 할 수 있고, 불활성 가스(G)의 통기량을 절약할 수도 있다.

도 4에 있어서, 도면 부호 8로 도시하는 구성은 YAG 레이저(L)의 도입창으로서 투명 유리로 구성되어 있고, 도면 부호 9로 도시하는 구성은 시일 부재이다.

여기서, 금속 유리(M)의 용해 열원으로서 YAG 레이저(L)를 이용하는 이유는, 투명 석영 유리 등의 도입창(8)을 통해 외기와 차단된 다이캐스트 성형실(5) 내에 다이캐스트 성형실(5) 외부로부터 고 에너지-밀도선을 입사할 수 있기 때문이다.

나아가, 복수의 다이캐스트 장치(1)를 사용하여 동시에 초벌 성형을 행하는 경우에도, 1대의 레이저 발진 장치로부터, 복수의 광 섬유로 분기시킴으로써 효율적으로 복수의 용해를 할 수 있어 유리하다.

또한, 온간 프레스 성형은 도 1의 (b)에 도시하는 온간 프레스 장치(10)를 이용하여, 초벌 성형품(M1)을 대기 중에서 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 행한다. 그 결과, 금속 유리(M)에 특유의 점성 유동을 이용한 최종 마무리를 달성할 수 있다.

이러한 과냉각 액체 온도역으로의 가열은, 내부에 가열 장치가 배치된 금형에 초벌 성형품(M1)을 세팅하여 행해지도록 구성되어 있어도 좋다. 이러한 구성을 갖는 온간 프레스(10)를 도 5에 도시한다.

이러한 온간 프레스 장치(10)는, 도 5에 도시된 바와 같이 내부에 카트리지히터(H)를 배치한 상형(10a) 및 하형(10b)에 의해 구성되어 있다.

이러한 구성을 갖는 온간 프레스 장치(10)에 의하면, 온간 프레스 성형 시에, 초벌 성형품(M1)을 가열할 수 있고, 분위기의 온도에 영향받는 경우가 적으며, 상형(10a) 또는 하형(10b)의 단순한 개폐 동작만으로 연속적으로 온간 프레스를 행하는 것이 가능하다.

여기서, 분위기로서 불활성 가스를 선택하여 온간 프레스를 행하여도 좋고, 대기 중에서 온간 프레스를 행하여도 좋다. 대기 중에서 온간 프레스를 행하는 경우에는, 피성형물 표면에 산화막이 형성되지만, 과냉각 액체 온도역에서 결정화할 때까지 성형 완료하는 것으로, 산화 피막은 보호막이 되어 내부로의 산화 침투를 막고, 표면에서의 결정화도 일으키지 않는다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 온간 프레스 성형은 대기를 차단하는 분체막 (P)을 초벌 성형품(M1)에 도포한 후, 초벌 성형품(M1)을 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 행하도록 구성되어 있어도 좋다. 이러한 경우의 초벌 성형품(M1)을 도 6에 도시한다.

여기서, 분체막(P)은 초벌 성형품(M1)의 표면에 분체를 도포함으로써 얻어진다. 또한, 본 발명은 분체막(P)으로서 BN(질화 붕소)를 이용하는 경우에 한정되지 않고, 고밀도 카본 분말이나 이황화 몰리브덴(MoS2) 등의 내열성이 있는 입자의 분산을 수행한 분체막을 이용하는 경우에도 적용 가능하다.

또한, 본 발명은 도포의 방법으로서, 스프레이가 이용되는 경우에 한정될 필요는 없고, 침지나 솔 칠 등이 이용되는 경우에도 적용 가능하다.

이러한 구성에 의하면, 분체막(P)은 금형과 초벌 성형품(M1) 사이에 있어서, 성형중인 표면 마찰을 줄이는 역할을 수행한다. 그 결과, 초벌 성형품(M1)의 점성 유동을 촉진시켜, 보다 원활한 프레스 성형을 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 온간 프레스 성형은, 초벌 성형품(M1)의 면 거칠기를 산술 평균 거칠기(Ra)로 0.1 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하의 범위로 형성한 후에, 초벌 성형품(M1)을 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 행하도록 구성되어 있더라도 좋다. 이러한 경우의 초벌 성형품(M1)을 도 7에 도시한다.

여기서, 초벌 성형품(M1)은 그 표면(m)에 샌드 블라스트 처리를 실시함으로써 면 거칠기를 산술 평균 거칠기(Ra)로 0.1 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하로 형성한다.

또한, 본 발명은 면 거칠기의 형성으로서, 샌드 블라스트를 이용하는 경우에 한정되지 않고, 그 외의 투사재를 이용한 쇼트 블라스트나 기계적 연삭이나 화학적 연마 등을 이용하는 경우에도 적용 가능하다.

또한, 면 거칠기를 한정한 것은 면 거칠기(Ra)가 0.1 ㎛에 달하지 않으면, 금형[예컨대, 상금형(10a)]과 초벌 성형품(M1)의 접촉 면적을 줄이는 효과가 충분하지 않고, 마찰을 줄이는 효과도 생기지 않기 때문이다.

반대로, 면 거칠기(Ra)가 5 ㎛을 초과하게 커지면, 마찰은 크게 저감하지만, 초벌 성형품(M1)의 형상에 따라서는 점성 유동에 의해 충전되기 어려운 지점이 남을 우려가 있기 때문이다.

이러한 구성에 의하면, 초벌 성형품(M1)의 표면(m)이 소정 범위의 면 거칠기로 조정됨으로써, 온간 프레스 시의 금형[예컨대, 상금형(10a)] 표면과 초벌 성형품(M1)과의 접촉 면적을 작게 하여 마찰을 저감하고, 초벌 성형품(M1)의 점성 유동을 조장하는 역할을 수행한다.

초벌 성형품(M1)의 큰 표면 결함은 점성 유동에 의해 성형의 진행과 동시에 서서히 작아지고, 성형이 완료되는 시점에서 완전히 평탄해지므로, 성형품(M2)[도 2의 (b)참조]의 표면 품질에 악영향을 미칠 우려가 없다.

본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 의하면, 금속 유리를 이용한 다이캐스트에 의해 초벌 성형을 하는 공정에 이어, 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 온간 프레스 성형을 행하는 공정을 실행함으로써, 주조 시에 초벌 성형품의 표면에 잔존하고 있었던 표면 결함 속에, 주위의 재료를 점성 유동으로 충전시켜 구멍을 메우고, 결함을 소거할 수 있다.

바꾸어 말하면, 본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 의하면, 다이캐스트에 의해 성형된 초벌 성형품(M1)의 표면에 잔존하고 있는 표면 결함을, 뒤이어 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 행하는 온간 프레스 성형 시에 소거할 수 있으므로, 금속 유리의 비정질을 유지하면서 표면 결함이 생기지 않는 성형품을 성형하는 것이 가능한 금속 유리의 성형 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 의하면, 초벌 성형품(M1)의 표면 결함을 계속해서 온간 프레스 성형 시에 소거할 수 있으므로, 금형 설계도 용이해지는 동시에, 성형 후에 여분의 부분을 절단 제거하는 후속 공정도 경감되므로, 간략화한 공정에서 높은 치수 정밀도의 성형 부품을 성형하는 것이 가능한 금속 유리의 성형 방법을 제공할 수 있다.

나아가, 본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 의하면, 온간 프레스 성형은 금속 유리의 점성 유동을 수반하여 행해지므로, 박육이나 편육의 성형품이나, 복잡한 형상의 성형품에 대해서도 용이하게 성형 가능한 금속 유리의 성형 방법을 제공할 수 있다.

본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 의하면, 성형품은 1 ㎜ 이하의 갭이 되는 캐비티(B)를 구비한 온간 프레스 금형(10a 및 10b)에 의해 형성되므 로, 금속 유리에 특유의 점성 유동을 이용한 최종 마무리 성형이 충분히 달성될 수 있고, 편육·박육의 3차원 성형품이나 복잡한 형상의 성형품에도 적합할 수 있다.

본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 의하면, 다이캐스트에 의한 초벌 성형의 분위기를 금속 유리를 용해할 때마다 높은 진공도까지 감압할 필요가 없어진다.

본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 의하면, YAG 레이저(L)를 이용함으로써, 외기와 차단된 다이캐스트 성형실(5) 내에 다이캐스트 성형실(5) 외부로부터 고 에너지-밀도선을 입사하여, 다이캐스트 성형실(5) 내의 금속 유리(M)를 용해시킬 수 있다. 게다가, 복수의 다이캐스트 장치(1)를 사용하여 동시에 초벌 성형을 행하는 경우에도, 1대의 레이저 발진 장치로부터 복수의 광 섬유로 분기시킴으로써, 복수의 다이캐스트 성형실(5) 내의 금속 유리(M)를 동시에 용해할 수 있다.

바꾸어 말하면, 본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 의하면, YAG 레이저(L)를 이용함으로써, 금속 유리(M)의 용해 열원을 다이캐스트 성형실(5) 외부에 설정할 수 있으므로, 다이캐스트 성형실(5)의 용적을 작게하여 불활성 가스(G)의 통기량을 절약할 수 있음과 동시에, 복수의 광 섬유로 분기시킴으로써, 복수의 다이캐스트 성형실(5) 내의 금속 유리(M)를 동시에 용해할 수 있고, 제조의 효율화를 도모할 수 있다.

본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 의하면, 초벌 성형품(M1)을 대기 중에서 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 온간 프레스 성형을 행하도록 했으 므로, 금속 유리에 특유의 점성 유동을 이용한 최종 마무리를 달성할 수 있다.

본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 의하면, 분위기의 온도에 영향받는 경우가 적고, 상형 또는 하형의 단순한 개폐 동작만으로, 연속적으로 온간 프레스할 수 있다.

본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 의하면, 분체막(P)은 금형과 초벌 성형품(M1) 사이에 있어서, 성형중 표면 마찰을 줄이는 역할을 수행하며, 그 결과 초벌 성형품(M1)의 점성 유동을 촉진시킬 수 있다.

본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 의하면, 초벌 성형품(M1)의 표면을 0.1 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하의 범위로 형성함으로써, 온간 프레스 시에 금형(10a 및 10b) 표면과 초벌 성형품(M1)의 접촉 면적이 작아지고, 그 사이의 마찰이 감소하며, 그 결과 온간 프레스 시 초벌 성형품(M1)의 점성 유동이 조장된다.

또한, 이 때의 초벌 성형품(M1)은, 그 면 거칠기를 조정한 표면에 분체막(P)을 덧붙인 것이라도 좋고, 이 경우 분체막(P)의 형성이 양호하며, 온간 프레스 시 초벌 성형품의 점성 유동이 한층 더 조장된다.

본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 의하면, 지르코늄계 금속 유리를 이용하여, 다이캐스트에 의한 초벌 성형을 행한 후에, 얻어진 초벌 성형품(M1)을 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 온간 프레스 성형을 행하도록 했으므로, 온간 프레스 성형 시에, 지르코늄계 금속 유리에 특유의 매우 넓은 과냉각 온도역 내의 점성 유동을 유리하게 이용한 최종 마무리 성형이 충분히 달성될 수 있고, 주조 시에 초벌 성형품의 표면에 잔존하고 있었던 표면 결함을 효과적으로 소 거할 수 있다.

바꾸어 말하면, 본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 의하면, 온간 프레스 성형 시에, 지르코늄계 금속 유리에 특유의 매우 넓은 과냉각 온도역에서의 점성 유동을 유리하게 이용한 최종 마무리 성형이 충분히 달성될 수 있고, 그 결과 주조 시에 초벌 성형품(M1)의 표면에 잔존하고 있었던 표면 결함을 한층 더 효과적으로 소거할 수 있어, 지르코늄계 금속 유리의 비정질을 유지하면서 표면 결함이 생기지 않는 성형품을 성형할 수 있다.

도 8a 및 도 8b에, 실시예 1∼9 및 비교예 1∼5에 따른 금속 유리의 성형품에 대한 평가 결과를 나타낸다.

실시예 1∼9에 따른 금속 유리의 성형품은, 전술한 제1 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법에 의해 성형된 것이다. 구체적으로, 실시예 1∼9에 따른 금속 유리의 성형품은, 금속 유리(M)를 이용하여 다이캐스트에 의해 초벌 성형을 행한 후에, 얻어진 초벌 성형품(M1)을 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 온간 프레스 성형함으로써 성형된 것이다. 각 실시예 1∼9에서의 다이캐스트 조건 및 온간 프레스 조건에 대해서는, 도 8a 및 도 8b에 나타낸다.

이에 비해서, 비교예 1에 따른 금속 유리의 성형품은 다이캐스트에만 의한 금속 유리의 성형 방법에 의해 성형된 것이며, 비교예 2에 따른 금속 유리의 성형품은 용탕 단조로 미리 판형으로 제작한 소재를 이용하여 온간 프레스를 시도한 금속 유리의 성형 방법에 의해 성형된 것이고, 비교예 3에 따른 금속 유리의 성형품은 금형 주조에만 의한 금속 유리의 성형 방법에 의해 성형된 것이며, 비교예 4에 따른 금속 유리의 성형품은 고압 사출 성형에만 의한 금속 유리의 성형 방법에 의해 성형된 것이고, 비교예 5에 따른 금속 유리의 성형품은 용탕 단조에만 의한 금속 유리의 성형 방법에 의해 성형된 것이다. 또한, 비교예 1∼5에 있어서의 성형 조건에 대해서도, 도 8a 및 도 8b에 나타낸다.

또한, 실시예 1∼9 및 비교예 1∼5에 이용한 금속 유리는 지르코늄계 금속 유리이다.

또한, 도 8a 및 도 8b에 나타낸 바와 같이, 「성형에 의한 완성품의 최소 두께」, 「완성품의 면 거칠기」, 「완성 형상(충전도)」, 「표면 결함의 유무」, 「완성품이 비정질을 유지하고 있는지의 여부」의 효과에 대해 평가가 이루어질 수 있었다.

여기서, 「완성 형상(충전도)」은 체적과 비중에 의해 미리 산출되어 얻어지는 중량에 대해, 완성 형상에서의 계측 중량의 차이가 마이너스 0.5％ 이내인 경우를「○」로 나타내고, 0.5％를 넘는 중량 차이가 생긴 경우를 「×」로 나타내고 있다.

또한, 「표면 결함의 유무」는 금형 캐비티의 설계 형상에 대해 완성품의 형상이나 표면 상태를 손상하는 점이 있는지 여부를 눈으로 확인 판정함으로써 행했다.

또한, 「비정질을 유지하고 있는지의 여부의 판정」은 완성품을 X-선 회절법으로 분석한 결과로, 비정질을 유지하고 있다고 판정하는 경우를「○」로 나타내고, 비정질을 유지하지 않고 결정화가 생긴 경우를 「×」로 나타낸다.

도 8a 및 도 8b에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1∼9는 어느 것이나 모든 효과에 대한 평가 항목을 클리어한 것으로 되어 있는 것에 비해, 비교예 1∼5는 어느 것이나 완성 형상(충전도)이 「×」로, 표면 결함이「있음」이라고 되어 있고, 실시예 1∼9가 왜 우수한지를 이해할 수 있다.

보다 구체적으로, 실시예 1∼9는 어느 것이나 「완성품 최소 두께」가 초벌 성형품의「성형 두께」에 비해 작아져 있고, 또한 「면 거칠기」가 온간 프레스 시보다도 완성품 쪽이 작아져 있으며, 그 결과 온간 프레스 성형을 행함으로써, 주조 시에 초벌 성형품의 표면에 잔존하고 있었던 표면 결함 속에, 주위의 재료를 점성 유동으로 충전시켜 구멍을 메우고, 결함을 소거하는 것을 할 수 있는 것이 이해될 수 있다.

또한, 실시예 1, 2는 두께 균일의 3차원 케이스이며, 실시예 3∼9는 편육의 3차원 케이스이지만, 어느 것이나 모든 효과에 대한 평가 항목을 클리어한 것으로 되어 있고, 본 실시 형태에 따른 금속 유리의 성형 방법은 편육·박육의 3차원 성형품이나 복잡한 형상의 성형품도 용이하게 성형할 수 있는 것을 이해할 수 있다.

또한, 다이캐스트 성형 시의 분위기가, 실시예 1에서는 진공, 실시예 2, 6에서는 질소 가스, 실시예 3, 5, 7, 8, 9에서는 아르곤 가스, 실시예 4에서는 헬륨 가스이며, 어느 것이나 모든 효과에 대한 평가 항목을 클리어한 것으로 되어 있고, 이들 불활성 가스의 전부가 적용 가능한 것을 이해할 수 있다.

또한, 온간 프레스 성형시의 분위기가 실시예 1∼7에서는 질소 가스, 실시예8, 9에서는 대기이며, 어느 것이나 모든 효과에 대한 평가 항목을 클리어한 것으로 되어 있고, 질소 가스를 대표예로 하는 불활성 가스나 대기 어느 것이라도 온간 프레스 성형에 적용 가능한 것을 이해할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 금속 유리의 비정질을 유지하면서 표면 결함이 생기지 않는 성형품을 성형하고, 구조가 간단한 금형을 이용한 간략화한 공정으로 높은 치수 정밀도의 성형 부품을 성형하며, 박육이나 편육의 성형품이나 복잡한 형상의 성형품에도 용이하게 성형 가능한 금속 유리의 성형 방법을 제공할 수 있다.

Claims

금속 유리를 이용하여 다이캐스트에 의한 초벌 성형을 행하여 초벌 성형품을 성형하는 공정과,

성형된 상기 초벌 성형품을 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 온간 프레스 성형하는 공정

을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 유리의 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 온간 프레스 성형 후의 성형품은, 1 ㎜ 이하의 두께를 갖게 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 유리의 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 다이캐스트에 의한 초벌 성형은, 불활성 가스를 통기시키면서 행하는 것을 특징으로 하는 금속 유리의 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 다이캐스트에 의한 초벌 성형에 있어서, 상기 금속 유리는 YAG 레이저를 열원으로 하여 용해되는 것을 특징으로 하는 금속 유리의 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 온간 프레스 성형은, 상기 초벌 성형품을 대기 중에서 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 행하는 것을 특징으로 하는 금속 유리의 성형 방 법.
제5항에 있어서, 상기 과냉각 액체 온도역으로의 가열은, 내부에 가열 장치가 배치된 금형에 상기 초벌 성형품을 세팅하여 행하는 것을 특징으로 하는 금속 유리의 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 온간 프레스 성형은, 대기를 차단하는 분체막을 상기 초벌 성형품에 도포한 후, 상기 초벌 성형품을 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 행하는 것을 특징으로 하는 금속 유리의 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 온간 프레스 성형은, 상기 초벌 성형품의 면 거칠기를 산술 평균 거칠기로 0.1 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하의 범위로 형성한 후에, 상기 초벌 성형품을 과냉각 액체 온도역으로 가열하여 행하는 것을 특징으로 하는 금속 유리의 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 금속 유리는 지르코늄계 금속 유리인 것을 특징으로 하는 금속 유리의 성형 방법.