KR20080076431A - 혼성 분사 공정을 이용한 다이아몬드 공구 제조방법 - Google Patents

혼성 분사 공정을 이용한 다이아몬드 공구 제조방법 Download PDF

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윤상훈
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Abstract

본 발명은 혼성 분사법(hybrid spray)을 이용한 다이아몬드 공구를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다이아몬드 공구를 구성하는 메탈 본드와 다이아몬드의 부착특성과 열에 대한 특성이 상이함을 고려함으로써 높은 접합강도와 양호한 다이아몬드 상태를 확보함으로써 공구로서 요구되는 물성이 우수한 다이아몬드 휠 공구를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다이아몬드 공구 제조방법은 메탈 본드 분말과 다이아몬드 입자를 준비하는 단계; 및 상기 메탈 본드 분말을 용사법으로 분사하면서, 동시에 다이아몬드 입자는 저온분사법으로 분사하여 상기 두 종류의 입자를 피사체 표면에 원하는 공구 형상으로 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
혼성 분사법, 다이아몬드, 메탈본드, 저온분사, 용사

Description

혼성 분사 공정을 이용한 다이아몬드 공구 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING DIAMOND TOOL USING HYBRID SPRAY PROCESS}
도 1은 용사법으로 다이아몬드와 메탈본드를 코팅하였을 경우의 코팅층 단면을 나타내는 전자현미경 사진,
도 2은 고속 용사법으로 다이아몬드와 메탈본드를 코팅하였을 경우의 코팅층 단면을 나타내는 전자현미경 사진,
도 3은 저온분사법으로 다이아몬드와 메탈본드를 코팅하였을 경우의 코팅층 단면을 나타내는 전자현미경 사진,
도 4는 본 발명의 혼성 분사법의 실시형태를 설명하기 위한 개략도, 그리고
도 5는 본 발명의 혼성 분사법을 이용하여 다이아몬드와 메탈본드를 코팅하였을 경우의 코팅층 단면을 나타내는 전자현미경 사진이다.
본 발명은 혼성 분사법(hybrid spray)을 이용한 다이아몬드 공구를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다이아몬드 공구를 구성하는 메탈 본드와 다이아몬드의 부착특성과 열에 대한 특성이 상이함을 고려함으로써 높은 접합강도와 양호한 다이아몬드 상태를 확보함으로써 공구로서 요구되는 물성이 우수한 다이아몬드 휠 공구를 제조하는 방법에 관한 것이다.
다이아몬드는 모오스 경도계로 10의 경도를 가지는 매우 경한 재료로서 그 경한 재질로 인하여 절단 및 그라인딩용 공구 재료로 많이 사용되고 있는 재료이다. 그런데, 상기 다이아몬드는 분말형태로 공급되는 것이 일반적인데 다른 물질과의 결합력이 약하여 그 자체로는 원하는 형태로 소결 또는 성형할 수가 없다.
따라서, 일반적으로 결합제(bond)역할을 하는 물질을 매개로 하여 원하는 형상으로 성형되어 공구로 사용되는 것이 일반적이다. 이때, 다이아몬드 공구는 상기 결합제가 어떠한 물질인가에 따라 메탈 본드 다이아몬드 공구와 수지 본드 다이아몬드 공구로 나뉠 수 있다. 즉, 메탈 본드 다이아몬드 공구는 결합제로 메탈 본드(metal bond)를 이용하는 다이아몬드 공구를 의미하는 것이고, 수지 본드 다이아몬드 공구는 결합제로 수지를 이용하는 다이아몬드 공구를 의미하는 것이다.
상기 메탈 본드는 원료의 구성에 따라 크게 브론즈(Cu-Sn)계, 철(Fe)계, 코발트(Co 또는 Fe-Co)계와 같이 3종류로 구분되는데, 다른 결합제와 비교할 때 다이아몬드를 보유하여 지탱하는 능력 및 접합 강도 그리고 내마모성이 우수하기 때문에 다이아몬드 공구에 많이 사용되고 있다.
상기 메탈 본드와 다이아몬드를 혼합하여 원하는 형상으로 성형함으로써 공구를 제조하기 위해서 종래부터 사용되어 왔던 방법으로는 소결법을 들 수 있다. 상기 소결법은 예를 들면 다이아몬드 휠을 제조할 때 다이아몬드와 메탈 본드 분말의 혼합물을 금속 샹크(shank) 주위의 형틀에 부어 넣고 샹크와 함께 열과 압력을 가하여 공구 형태로 소결하는 방법을 의미한다. 상기 소결법은 형틀에 혼합 분말을 충진하는 1단계와 열과 압력을 가하는 2단계로 나누어지는 2단계 공정 구조를 가지고 있기 때문에, 대량생산에 불리할 뿐만 아니라, 사용하는 메탈 본드의 종류에 따라 사용하는 공정 방법이나 조건이 상이하므로 품질 제어가 곤란하다는 문제가 있다.
소결법에서 나타나는 상기 문제점을 해결하기 위해서, 두 분말을 혼합한 후 분사하여 코팅하는 방법이 대두되게 되었다. 즉, 분말을 고온 또는 저온에서 고속으로 분사할 경우에 상기 분말이 피사체에 충돌한 후 피사체에 강하게 결합하게 되는 현상을 이용하는 것이 분사 코팅법이다. 상기 분사코팅법의 일종으로 용사법(thermal spray을 들 수 있는데, 상기 용사법은 연료가스와 산소와의 연소반응에 의해 발생하는 열을 이용하여 코팅되는 메탈 본드를 용융시킨 후 상기 용융된 메탈 본드와 다이아몬드를 함께 샹크위에 코팅하는 방법이다. 이러한 방법을 사용할 경우 메탈 본드가 일단 용융된 후 코팅되기 때문에 분사 속도가 높지 않아도 충분히 강한 결합력으로 결합될 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 상기 메탈 본드와 함께 분사되는 다이아몬드 분말의 측면에서는 문제가 있을 수 있다. 즉, 다이아몬드 분말은 도 1에 도시한 바와 같이 높은 온도에서 탄화가 일어나기 때문에 상기 용사법에 의할 경우에는 분사되어 피사체에 충돌할 때까지 탄화가 일어나는 경우가 많아서 공구의 물성이 저하되는 문제가 발생한다.
이를 극복하기 위해서 용사시 다이아몬드가 분사되어 피사체에 도달하기까지 소요되는 시간을 최대한 단축하기 위해 고속 용사법을 사용하는 방법도 등장하였다. 도 2의 결과사진으로 나타낸 바와 같이 상기 고속 용사법을 이용할 경우에는 다이아몬드가 고열에 노출되는 시간이 감소하기 때문에 표면 탄화문제는 어느 정도는 감소시킬 수 있었으나, 고속으로 입자를 분사하기 때문에 다이아몬드가 피사체에 충돌한 후 깨어져서 다이아몬드 실수율이 감소하는 문제를 일으킬 수 있을 뿐만 아니라, 메탈 기지가 산화되는 문제가 발생할 수 있어 결합층의 구조적인 문제를 유발할 수 있다.
또한, 표면 탄화문제를 보다 완전하게 해결하기 위해서 저온분사하는 방법이 대한민국 공개특허공보 2006-0070037호에서 제안되었다. 저온분사법은 분말을 높은 온도로 가열하지 않고 고속으로 분사함으로써 분말이 피사체에 충돌할 때 분말이 가지는 운동에너지가 결합에 필요한 결합에너지로 변환되도록 하는 방법이다. 상기 방법을 이용할 경우에는 다이아몬드를 고온으로 가열하지 않아도 되므로 다이아몬드의 탄화문제는 완전히 해결할 수 있다는 장점을 가질 수 있으나, 다이아몬드 와 메탈 본드가 피사체에 강하게 결합될 수 있도록 하기 위해서 매우 빠른 속도로 이들 입자를 가속하여야 하기 때문에 도 3에 도시한 바와 같이 피사체에 충돌한 다이아몬드 입자가 깨어져서 실수율이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명에 의하면 생산성을 해하지 아니하면서도 높은 결합강도와 실수율을 확보할 수 있는 새로운 다이아몬드 공구 제조방법을 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다이아몬드 공구 제조방법은 메탈 본드 분말과 다이아몬드 입자를 준비하는 단계; 및 상기 메탈 본드 분말을 용사법으로 분사하면서, 동시에 다이아몬드 입자는 저온분사법으로 분사하여 상기 두 종류의 입자를 피사체 표면에 원하는 공구 형상으로 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 메탈 본드 분말을 용사법으로 분사할 때 노즐과 피사체 사이의 거리를 30~100mm인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 메탈 본드 분말의 입도는 10~200㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 저온분사법으로 다이아몬드 입자를 분사할 때 노즐 선단에서의 다이아몬드 입자의 선속도는 300~800m/s인 것이 유리하다.
그리고, 상기 다이아몬드 분말의 입도는 20~100㎛인 것이 효과적이다.
또한, 상기 분사되는 메탈 본드 스트림의 중심선과 다이아몬드 입자 스트림의 중심선이 이루는 각도는 15~45°인 것이 좋다.
또한, 상기 피사체의 표면 조도(Ra)가 0.1~3㎛인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 두 종류의 입자를 코팅한 이후 메탈본드의 용융온도(℃)의 30~60%에 해당하는 온도 사이에서 어닐링 처리를 더 실시하는 것이 더욱 바람직하다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 발명자들은 상기 용사법에 의한 다이아몬드 공구 제조방법을 이용할 경우 발생할 수 있는 다이아몬드의 탄화를 방지하고, 저온 분사법에 의해 다이아몬드 공구를 제조할 때 발생할 수 있는 다이아몬드의 깨어짐을 방지하기 위해서 는 혼성 분사법(hybrid spray)을 이용하는 것이 바람직하다는 것을 알고 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명에서 말하는 혼성분사법은 도 4에 도시한 바와 같이 메탈 본드용 분말은 용사법으로 분사하고 다이아몬드 분말은 저온분사법으로 분사하는 방법을 의미한다. 즉, 두 개의 분사 건(gun)을 이용하여 피사체의 동일지점에 각각의 분말을 분사함으로써 두 종류의 분말이 코팅 지점에서 피사체에 함께 충돌함으로써 복합 분말이 동시에 코팅된 것과 동일한 효과를 거둘 수 있도록 하는 것이다.
상기 본 발명의 혼성 분사법은 메탈 본드용 분말의 경우 고온으로 가열하여도 물성 변화가 크게 없으며 또한 고온으로 가열할수록 충돌시 피사체와의 결합에 필요한 운동에너지를 적게 요구할 뿐만 아니라 소성(plasticity)이 전혀 없는 다이아몬드가 상기 메탈 본드를 매개로 피사체에 결합하는 것이 용이하게 되므로 가급적이면 고온으로 분사할 것이 요구되나, 다이아몬드 분말의 경우에는 너무 고온으로 가열할 경우에는 상술한 바와 같이 표면 탄화 등의 문제가 발생하므로 가급적 저온으로 분사될 것이 요구된다는 점 모두를 충족할 수 있는 새로운 방법인 것이다.
이러한 혼성 분사법은 용사법과 저온분사법의 장점을 모두 충족하되 단점은 최대한 배제할 수 있는 효과적인 방법인 것이다. 다만, 본 발명의 혼성 분사법은 기존의 용사법 및 저온분사법의 공정요소를 감안하여야 할 필요가 있는 것은 물론이며, 두 가지 분사법에 의해 분사된 두 분말의 스트림(stream)이 하나의 지점에 집중되게 때문에 각각의 스트림에 의한 상호 작용효과도 역시 감안하여야 하므로 분사시 본 발명에서 요구되는 특별한 조건을 충족시키는 것이 중요하다. 각각의 분사법에서 요구되는 특별한 조건을 이하에서 설명한다. 다만, 용사법과 저온분사법의 통상적인 조건은 생략하기로 한다. 이러한 통상적인 조건은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구라도 용이하게 변경하여 사용할 수 있는 것이며 상기 통상적인 작동 조건을 충족시키는 범위내에서는 본 발명에서 의도하는 효과를 거둘 수 있는 것이기 때문이다.
우선, 메탈 본드를 용사법으로 분사하는 방법에 대하여 설명한다. 용사법의 종류로는 화염용사(frame spraying), 대기 열플라즈마 용사(Atmospheric Plasma Spraying), 아크 용사(Arc Spraying), D-Gun 용사(Detonation-Gun Spraying), 고속 화염용사(High Velocity Oxy-Fuel Spraying), 진공 열 플라즈마 용사(Vacuum Plasma Spraying), 제어 대기 열플라즈마 용사(Controlled Atmosphere Plasma Spraying) 등을 들 수 있는데, 하기하는 조건을 충족하는 한 어떠한 방법이라도 사용 가능하다.
우선 용사법의 가장 큰 특징은 메탈 본드 분말을 분사하여 피사체에 도달할 때까지 캐리어 가스에 포함된 연소성 가스(예를 들면, 수소가스)의 연소반응에 의 해 발생된 열과 같은 열이 메탈 본드 분말에 전달되어 메탈 본드 분말이 용융된 후 피사체에 충돌할 수 있도록 하는 것이다. 그런데, 다이아몬드 공구에 사용되는 메탈 본드 분말의 융점이 일반적인 용사온도에서는 충분히 용융될 수 있을 정도로 낮으므로 특별히 용사 온도를 한정할 필요는 없다.
다만, 메탈 본드 분말이 분사되어 피사체까지 비행하는 동안 충분히 용융될 수 있어야 하므로 용융에 필요한 시간이 확보되어야 하는데 상기 용융에 필요한 시간은 분말의 비행거리에 비례하게 되므로 분말의 최소 비행거리(노즐과 피사체 사이의 거리)를 한정할 필요가 있다. 상기와 같은 이유로 노즐과 피사체 사이의 거리는 30mm 이상인 것이 바람직하다. 그러나, 노즐과 피사체 사이의 거리가 너무 멀 경우에는 분말의 가열이 과다하여 메탈 본드 분말이 증발되는 문제가 발생할 수 있으므로 상기 노즐과 피사체 사이의 거리는 100mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 노즐과 피사체 사이의 거리는 80~100mm 범위인 것이 가장 바람직하다.
그리고, 상기 용사법으로 분사되는 메탈 본드 분말의 입도는 메탈 기지의 열 전도율과 비행거리, 그리고 화염의 온도를 고려하여 분말 사이즈를 결정하는 것이 가장 바람직하나, 일반적인 경우에서는 10~200㎛ 인 것이 바람직하며 20~100㎛인 것이 보다 바람직하다. 메탈 본드 분말의 입도가 너무 작을 경우에는 비행 도중 너무 빨리 용융된 후 증발될 가능성이 높기 때문에 바람직하지 아니하며 반대로 메탈 본드 분말의 입도가 너무 클 경우에는 불완전 용융될 가능성이 있으므로 메탈 본드 분말의 입도는 상기 범위로 한정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 메탈 본드 분말은 통상적으로 다이아몬드 공구를 제조할 때 사용하는 것이라면 어떠한 것이라도 사용 가능하다. 다만, 그 예로서는 Cu, Sn, Fe, Co, Ni, Al 및 Zn으로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소로 이루어진 금속, 합금 또는 이들의 혼합 분말을 들 수 있다.
다이아몬드 입자의 저온 분사 조건 중 본 발명에서 특별히 한정하는 것은 노즐 출구로부터 30mm 거리에서의 입자속도로서 레이저 발산(emission) 방식으로 측정한 다이아몬드입 자의 속도이다. 즉, 다이아몬드 입자가 비록 용융된 메탈 본드와 함께 피사체에 결합되는 것이기는 하나 일정 수준 이상의 운동에너지가 있어야 상기 메탈 본드 분말에 깊이 박힐 수 있으므로 다이아몬드 입자는 노즐 선단에서 300m/s 이상의 선속도로 가속될 필요가 있다. 반대로 다이아몬드 입자의 선속도가 너무 크면 피사체에 충돌한 이후 깨어짐이 발생할 수 있으므로 상기 선속도는 800m/s 이하로 제한하는 것이 보다 바람직하다. 따라서, 적정한 다이아몬드 입자의 선속도는 300~800m/s로 제한한다.
또한, 다이아몬드 분말의 입도는 20~100㎛인 것이 바람직하다. 상기 분말의 입도가 너무 작을 경우에는 분말의 질량에 비례하는 운동에너지가 부족하여 강하게 메탈 본드 및 피사체와 결합하기 어려우며, 입도가 너무 클 경우에는 분말 가속이 어렵기 때문이다.
또한, 다이아몬드 입자의 저온 분사시 노즐과 피사체 사이의 거리는 상기 메탈 본드 분말을 용사할 때와 같이 민감하게 한정할 필요는 없으나, 가급적이면 메탈 본드 분말의 스트림의 유동장과 상호 악영향을 미치지 않도록 하기 위해서 30~100mm로 한정하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 조건으로 메탈 본드 분말과 다이아몬드 입자를 혼성 분사할 때 두 입자의 스트림이 상호 간섭되는 것을 최대한 방지하되 동일한 지점에서 피사체에 충돌할 수 있도록 하기 위해서는 두 종류의 분사건의 목표 지점이 일치하여야 하는 것은 물론이고 두 분사건으로부터 분출되는 스트림의 중심라인끼리의 각도도 15~45°로 범위로 제어하는 것이 바람직하다. 상기 각도가 너무 좁을 경우에는 두 스트림이 겹치는 구간이 증가하여 유동장 간섭이 일어날 수 있으며, 반대로 상기 각도가 너무 넓을 경우에는 입자들끼리의 충돌이 일어나기 어려울 뿐만 아니라 넓은 각도를 유지하기 위해서 불가피하게 피사체에 비스듬히 분말이 입사되어야 하므로 분말의 코팅이 어려워진다는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 메탈 본드 분말과 다이아몬드 입자의 비율은 사용되는 다이아몬드 공구에서 요구하는 규격과 각 입자의 코팅(결합) 실수율을 고려하여 결정하면 되는 것으로서 특별히 한정할 필요는 없으나, 통상적으로 사용되는 다이아몬드 공 구에서 요구하는 비율과 각 입자의 실수율을 고려할 경우에는 다이아몬드 입자가 5~20부피%, 메탈 본드 분말은 80~95부피% 포함되는 것이 바람직하다.
상기 조건의 혼합 분사법을 적용하여 다이아몬드 공구를 제조할 경우에는 종래와 같은 다이아몬드의 탄화나 깨어짐 등의 문제를 유발하지 않고서도 간편한 공정으로 강한 결합력을 가진 다이아몬드 공구를 제조할 수 있다. 다만, 상기 다이아몬드 공구의 결합력을 보다 증가시키기 위해서는 상기 피사체에 다이아몬드/메탈 본드 복합층을 코팅하여 원하는 형태의 다이아몬드 공구를 제조한 후 추가적으로 어닐링 열처리를 하는 것이 바람직하다.
상기 어닐링 열처리는 공극을 감소시켜서 강한 결합층을 형성시키기 위해 실시하는 것으로서 메탈 본드의 용융온도(℃)에 대하여 30~60% 범위 온도에서 실시하는 것이 효과적이나 너무 높은 온도에서 실시할 경우에는 다이아몬드가 상변화(탄화)될 우려가 있으므로 상기 어닐링 열처리 온도의 상한은 800℃로 제한한다. 다만, 경우에 따라서는 하기 온도 이하에서도 다이아몬드의 탄화가 발생하는지 여부에 대하여 충분히 관찰하면서 탄화가 발생하지 않는 온도 이하에서 어닐링을 실시할 필요가 있으며, 450℃ 이하의 온도에서 어닐링을 실시하는 것이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명의 다이아몬드 공구 제조시 메탈 본드 분말과 다이아몬드 입자 가 코팅되는 피사체로는 강(steel), 알루미늄 등을 사용할 수 있으며, 그외에도 다양한 요구에 따라 여러 가지 종류의 철계 및 비철계 금속을 피사체로 사용할 수 있다. 또한, 상기 피사체는 최종 제조하고자 하는 공구의 형상에 따라 자유로이 그 형태를 정하여 제조할 수 있으므로 그 형태에 특별한 제한이 없다. 다만, 코팅시 접합강도를 보다 증가시키기 위해서 피사체의 표면을 다소 거칠게 하는 것이 보다 유리하므로 피사체의 표면 조도(Ra)를 0.1~3㎛ 정도로 조절한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 예시하여 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 해석되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
다이아몬드 휠 공구를 제조하기 위해 표면 거칠기가 0.5㎛인 6061 알루미늄 기판 위에 혼성 분사법을 이용하여 다이아몬드 층을 코팅하였다. 하기 표 1의 조건으로 다이아몬드 입자를 저온분사하였으며, 표 2의 조건으로 80wt%Cu-20wt%Sn 합금 입자를 플라즈마 열 용사하였다. 플라즈마 열 용사시 두 입자 스트림 사이의 각도는 20°로 설정하였으며, 둥근 형상의 다이아몬드 휠 공구를 제조하기 위해서 샹크를 두고 상기 샹크 중 다이아몬드 코팅이 요구되는 부위에 두 종류의 입자가 충돌하도록 위치를 조정한 후 샹크를 회전시켜서 환형의 코팅층이 형성되도록 하여 메탈 본드 다이아몬드 휠 공구를 제조하였다.
항목 조건
사용가스 질소
가스온도 300℃
가스압력 15바(bar)
다이아몬드 입자 입도 평균 40㎛
입자 유량 10 g/min
입자 예열 예열 없음
노즐과 피사체 사이의 거리 80mm
항목 조건
primary gas 아르곤, 110 SCFH(Standard Cubic Feet per Hour)
Secondary gas 수소, 10SCFH
건(gun)부 전압 64V
건부 전류 500A
메탈 본드 분말 유량 20g/min
노즐과 피사체 사이의 거리 80mm
상기 조건으로 제조된 다이아몬드 공구 휠의 단면을 전자현미경으로 촬영한 사진을 도 5에 도시하였다. 사진에서 볼 수 있듯이, 다이아몬드 크기가 코팅 후 거의 변하지 않음을 확인할 수 있었으며, 다이아몬드 표면의 탄화현상도 발견할 수 없었다. 또한, 다이아몬드 입자가 차지하는 면적 분율은 약 15% 정도로서 다이아몬드 휠에서 요구하는 사양에 적합한 정도임을 전자현미경 분석결과 확인할 수 있었다.
앞에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의할 경우에는 생산성을 해하지 아니하면서도 높은 결합강도와 실수율을 확보할 수 있는 새로운 다이아몬드 공구 제조방법을 제공을 할 수 있다.

Claims (8)

  1. 메탈 본드 분말과 다이아몬드 입자를 준비하는 단계; 및
    상기 메탈 본드 분말을 용사법으로 분사하면서, 동시에 다이아몬드 입자는 저온분사법으로 분사하여 상기 두 종류의 입자를 피사체 표면에 원하는 공구 형상으로 코팅하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 메탈 본드 분말을 용사법으로 분사할 때 노즐과 피사체 사이의 거리를 30~100mm인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 메탈 본드 분말의 입도는 10~200㎛인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 저온분사법으로 다이아몬드 입자를 분사할 때 노즐 선단에서의 다이아몬드 입자의 선속도는 300~800m/s인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 다이아몬드 분말의 입도는 20~100㎛인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 분사되는 메탈 본드 스트림의 중심선과 다이아몬드 입자 스트림의 중심선이 이루는 각도는 15~45°인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 피사체의 표면 조도(Ra)가 0.1~3㎛인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구의 제조방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 두 종류의 입자를 코팅한 이후 메탈본드의 용융온도(℃)의 30~60%에 해당하는 온도 사이에서 어닐링 처리를 더 실시하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구의 제조방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2499279A1 (de) * 2009-11-12 2012-09-19 MTU Aero Engines GmbH Beschichten von kunststoffbauteilen mittels kinetischen kaltgasspritzens
KR20170072624A (ko) * 2015-12-17 2017-06-27 재단법인 포항산업과학연구원 금속 및 세라믹 복합재 형성 방법
CN109504346A (zh) * 2018-11-20 2019-03-22 天津百恩威新材料科技有限公司 一种金刚石微粉-铜基合金复合材料颗粒及其制备方法
CN110106461A (zh) * 2019-05-22 2019-08-09 中国矿业大学 一种金刚石合金材料制备及精饰加工方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2499279A1 (de) * 2009-11-12 2012-09-19 MTU Aero Engines GmbH Beschichten von kunststoffbauteilen mittels kinetischen kaltgasspritzens
KR20170072624A (ko) * 2015-12-17 2017-06-27 재단법인 포항산업과학연구원 금속 및 세라믹 복합재 형성 방법
CN109504346A (zh) * 2018-11-20 2019-03-22 天津百恩威新材料科技有限公司 一种金刚石微粉-铜基合金复合材料颗粒及其制备方法
CN110106461A (zh) * 2019-05-22 2019-08-09 中国矿业大学 一种金刚石合金材料制备及精饰加工方法
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