KR20090049658A - 다층구조를 가지는 용사금형 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용사를 이용하여 이중 혹은 다층구조의 층을 가지는 고속 금형 제조방법(Rapid Tooling)에 관한 것으로 보다 상세하게는 용사를 이용하여 그라파이트 패턴에 금속층을 형성하여 패턴을 분리한 후 금속층(베이스층)을 용사금형으로 사용하는 방법에 있어서 금형으로 사용할 표면에 고경도 등의 특성을 갖는 용사층을 베이스층 위에 형성되도록 하는 방법에 관한 것이다.

그라파이트를 이용하여 제조하고자 하는 금형 혹은 금속부품의 반대되는 형상으로 가공함으로써 용사층을 형성할 수 있는 용사패턴(1)을 제조하는 단계; 상기 제조된 그라파이트 용사패턴(1)의 표면에 도금층(2)을 형성하는 단계; 상기 도금층(2)의 표면에 고경도 용사층(3)을 형성시키는 단계; 상기 도금층(2) 및 용사층(3)이 형성된 용사패턴상에, 다시 금속을 용사함으로써 베이스 금속용사층(4)을 형성하는 단계; 상기 형성된 도금층을 포함하는 다층구조의 용사층을 상기 용사패턴으로부터 분리한 후, 그 상태대로 혹은 충진재로 충진함으로써 용사금형 또는 부품을 형성하는 단계로 이루어지는 용사법을 이용한 다층 구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품의 제조방법을 그 구성으로 한다.

용사코팅, 다층 구조의 용사금형, 도금, 그라파이트, 용사패턴

Description

다층구조를 가지는 용사금형 제조방법 {Manufacturing method of molds and dies which have multi-layers by thermal spraying}

본 발명은 용사를 이용하여 이중 혹은 다층구조의 층을 가지는 고속 금형 제조방법(Rapid Tooling)에 관한 것으로 보다 상세하게는 용사를 이용하여 그라파이트 패턴에 금속층을 형성하여 패턴을 분리한 후 금속층(베이스층)을 용사금형으로 사용하는 방법에 있어서 금형으로 사용할 표면에 고경도 등의 특성을 갖는 용사층을 베이스층 위에 형성되도록 하는 방법에 관한 것이다.

통상적으로 플라스틱 사출용 금형, 프레스 금형, 다이 캐스팅 금형 등은 공구강 등의 금속소재를 기계가공을 이용하여 제조하는 것이 일반적이다. 그런데, 금속소재를 기계가공에 의하여 금형을 제조하는 경우 시간이 많이 소요되는 것이 문제점이다. 또한 제작한 금형을 사용하여 시제품을 생산하여 치수가 맞지 않는다든지 하는 경우가 발생하면, 금형을 처음부터 다시 기계가공으로 제작을 하여야 하므로 많이 시간을 이중으로 소모하게 된다. 최근에는, 산업경쟁이 심해지면서 제품의 조기 출시를 중요하게 생각하는 금형 사용자의 입장에서는 가능한 한 빨리 금형을 공급받는 것이 점점 더 중요해지고 있다. 이러한 요구를 충족시키기 위하여, 금형 을 보다 빠르게 제작하는 기술(Rapid Tooling)이 여러 가지 종류가 개발되어 왔다.

이러한 고속금형 제조방법의 일예로 금속 용사 툴링(spray metal tooling 혹은 spray formed rapid tool)을 들 수 있다. 상기 방법은 제작하고자 하는 금형의 반대 형상을 갖는 소재(이하, ‘용사패턴’이라 한다)에 용사코팅층을 형성하고, 그 후면을 에폭시 등의 소재로 채워줌으로써 용사코팅층을 금형으로 사용하는 기술이다. 종래에는, 손쉽게 가공이 가능한 나무, 플라스틱, 합성 실리콘 등과 같은 소재를 사용하여 용사패턴으로 사용하고 용사코팅을 위한 금속 소재로는 주로 아연 혹은 알루미늄과 같은 저융점의 금속이 많이 사용되었다. 그런데 이러한 방법은 고속으로 금형을 제조할 수는 있지만, 용사용 소재의 제약 때문에 제품의 대량생산에는 사용이 되지 못하고 주로 소량의 시제품을 생산하는 용도로 주로 사용되었다.

또한 플라스틱 모델을 이용하여 반대 형상을 갖는 세라믹 용사패턴(Ceramic spray pattern)을 제조한 후, 그 위에 용사를 이용하여 강(Steel) 용사층을 형성함으로써 양산이 가능한 금속용사금형을 제조할 수 있는 미국특허 US 5,658,506호에 제시되고 있다. 상기 특허에서 세라믹 용사패턴을 사용하는 이유는, 강을 용사하여 금형을 만들 경우 용사과정에서 변형이 거의 없는 용사층을 얻기 위해서는 용사층의 온도가 적정한 범위의 고온에서 유지되어야 하는데, 종래에 사용하였던 나무, 플라스틱 등의 재료는 이러한 온도를 견딜 수 없기 때문이다. 따라서 상기 특허에서는 내열성이 있는 세라믹 용사패턴을 제조한 후, 그 위에 용사코팅층을 형성함으로써 강을 소재로 한 용사금형의 제조가 가능함을 제시하고 있다.

한편 상기 기술을 바탕으로 제품 사용시 열전달이 가능한 채널을 형성하는 기술(US 5,875,830), 용사층의 응력 감소 방법(US 5,947,179, US 5,952,056, US 6,179,039)도 제시되어 있다. 그 외에도 미국 특허에서는 US 5,967,218, US 6,074,737, US 6,257,309 등에서 이와 관련된 여러 가지 관련 기술 들이 공지되어 있다.

그런데 상기 공지기술의 공통점은 최종적으로 제조하고자 하는 금형과 동일한 형상의 마스터 패턴(master pattern)을 가공이 쉬운 재료를 사용하여 준비하는 과정과 마스터 패턴으로부터 동결과정을 포함하는 슬러리 캐스팅 방법을 사용하여 최종적으로 원하는 형상의 반대 모양을 갖는 세라믹 재질의 용사패턴을 제조하는 과정을 포함하고 있다는데 있다. 이러한 세라믹 용사패턴은 알루미늄 산화물과 실리콘 산화물을 주성분으로 하는 세라믹 슬러리를 이용하여 프리즈 캐스팅(freeze casting)하는 방법으로 제조가 되는데, 이에 관한 보다 자세한 내용은 미국 특허 US 6,513,567호에 기술되어 있다.

즉, 상기 미국특허 US 6,513,567호에는 용사금형 금형의 제조단계가 모두 12 단계에 걸쳐서 이루어지고 있는데, 그 공정을 간략하게 단계를 나누면 1) 마스터 패턴 제조단계, 2) 세라믹 용사패턴 제조단계, 3) 금속층을 형성하는 용사단계, 4) 용사층을 분리하여 충진함으로써 금형의 형상을 갖추는 마무리 단계의 4 단계로 크게 구분할 수 있다. 그런데 이러한 4 단계의 공정 중에서 세라믹 용사패턴의 단계가 가장 많은 시간이 소요된다. 왜냐하면 세라믹 용사패턴을 제조하는 과정에 있어서 동결과정과 세라믹 패턴의 건조 및 열처리에서는 냉각 속도와 가열속도를 느리게 해야만 처리과정 중에 세라믹이 붕괴 혹은 균열이 형성되지 않는 세라믹 용사패 턴를 얻을 수 있기 때문에 용사패턴의 제조에 장시간이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 세라믹 용사패턴을 제조하는 과정에서 건조 혹은 소결의 과정에서 일어나는 수축에 의한 치수변형을 완전히 방지하기는 곤란하다. 그런데 금형에서는 치수정밀도의 확보가 중요한데, 이러한 치수 오차는 최종적으로 제조할 금형의 정밀성을 떨어뜨리는 원인을 제공한다.

이와 같은 단점을 보완하고 상기 공지기술의 단점을 보완하기 위하여 본 발명자들은 세라믹 용사패턴 대신에 그라파이트를 용사패턴으로 사용함으로써 금형제조 공정단계를 줄일 수 있는 방법을 고안한 바 있다.(대한민국 특허등록 번호 0723126)

그런데, 기존의 주조 혹은 기계적 가공 방법을 사용하여 제조한 금형의 경우 금형의 수명을 향상시키고자 초경소재(일예로 텅스텐카바이드계의 소재) 등의 이종 재료를 용사를 이용하여 코팅층을 형성시켜 사용하는 방법이 사용되기도 한다. 그런데, 이러한 경우 코팅층의 두께가 통상 0.1 mm 정도인데, 코팅층의 두께 만큼 금형의 형상이 달라지는 문제가 생길 수 있다. 보다 더 큰 문제는 용사된 금형의 표면이 거칠어 이를 연마 한 후에 금형으로 사용하여야 하는데, 초경소재처럼 고경도인 경우 여러 단계의 과정을 거쳐서 이루어져야 하고 또한 수작업으로 이루어져야 하기 때문에 많이 시간이 요구되며, 연마가 잘못된 경우에는 코팅층 벗겨내거나 금형을 다시 수정, 보수해야 한다는 것이다.

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 용사를 이용하여 고속으로 금형을 제조하는 과정에 고경도를 갖는 용사층을 포함하는 다층 구조의 용사층을 형성함으로써 제조과정에서 치수정밀도가 보다 우수하면서 표면연마가 용이한 금형을 제공할 수 있는 방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

그라파이트를 이용하여, 제조하고자 하는 금형 혹은 금속부품의 반대되는 형상으로 가공함으로써 용사층을 형성할 수 있는 용사패턴(1)을 제조하는 단계;

상기 제조된 그라파이트 용사패턴의 표면에 도금층(2)을 형성하는 단계;

상기 도금층(2)의 표면에 고경도 용사층(3)을 형성시키는 단계;

상기의 도금층(2) 및 용사층(3)이 형성된 용사패턴상에, 다시 금속을 용사함으로써 베이스 금속용사층(4)을 형성하는 단계;

상기 형성된 도금층을 포함하는 다층구조의 용사층을 상기 용사패턴으로부터 분리한 후, 그 상태대로 혹은 충진함으로써 용사금형 또는 부품을 형성하는 단계로 이루어지는 용사법을 이용한 다층 구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품의 제조방법으로 이루어 진다.

본 발명에 의하면, 목적하는 형상과 반대의 형상을 갖는 그라파이트 재질의 용사패턴을 이용하여 그 표면에 도금층을 형성한 다음 고경도 등의 원하는 특성을 갖는 소재로 용사층을 형성한 후에 다시 베이스금속 용사층을 형성하는 과정을 통하여 다층 구조의 용사금형을 제조함으로써 종래의 방법 대비하여 제품의 치수안정성을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 도금층의 연마가 용이해지고, 표면에 고경도 금속 용사층을 가지게 할 수 있어 고경도성을 가지며 평활한 금형 표면을 만들 수 있다.

또한, 이러한 다층 구조의 용사층이 금형의 일부에만 필요한 경우에는 그 부위에만 도금층과 고경도 용사층을 형성한 후에 그 뒷 공정을 행함으로써 국부적인 처리도 가능하다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

상술한 바와 같이, 종래에는 주조 및 기계가공방법으로 완성된 형상의 금형 위에 용사코팅층을 형성한 후에 연마하는 방법으로 금형코팅이 이루어진다. 이에 반하여, 도 1에 나타낸 바와 같이 상기 본원의 다층구조 용사금형의 제조단계는, 그라파이트 용사패턴(1) 제조단계, 도금층(2) 형성단계, 고경도의 용사층(3)을 형성하는 단계, 베이스금속 용사층(4)을 형성하는 단계, 용사층을 그라파이트 용사패턴으로부터 분리한 후, 충진하는 단계, 도금층을 연마하여 제거하는 단계의 공정으로 이루어지고 있다. 즉, 종래기술에는 완성된 금형에 고경도의 용사층을 형성한 후에 연마가 이루어짐에 반하여, 본 발명에서는 용사를 이용하여 금형을 제조하는 과정에서 여러 층을 갖는 도금 및 용사층을 형성한 후에 도금을 제거함으로써 원하는 고경도의 표면층을 갖는 하는 점이 기존의 금형용사 방법과는 다른 특징이 있다.

즉, 본 발명에서는 먼저, 그라파이트를 이용하여, 제조하고자 하는 금형 혹은 금속부품의 반대되는 형상으로 가공함으로써 용사층을 형성할 수 있는 용사패턴으로 제조한다. 본 발명은 상기 가공방법에 제한되는 것은 아니며, 다양한 기계적 등의 방법을 이용하여 소망하는 형상의 용사패턴을 제조할 수 있다.

본 발명은 이전의 본 발명자들의 종전 발명(대한민국 특허등록 번호 0723126)과 마찬가지로 그라파이트를 용사패턴의 소재로 사용하는 것을 특징으로 하며, 이를 용사패턴의 소재로 하는 이유는 전기전도도가 좋아서 전기도금이 가능할 뿐만 아니라 베이스금속 용사층을 형성하는 온도에서 안정된 내열성을 가지며 원하는 형상으로의 성형이 용이하기 때문이다.

이때, 본 발명에서는 상기 용사패턴을 제조함에 있어 그라파이트를 소재로 여러 개의 파트로 분리하여 제조한 후, 이를 다시 조립한 조립체를 용사패턴으로 사용하는 것이 가능하다. 이 과정에서 국부적으로 고경도 용사층(3)이 필요한 부분만 도금 및 고경도 용사층을 형성한 후 나머지 부분과 조립한 후에 다음 단계로 넘어가는 것도 가능하다.

　　이어, 본 발명에서는 상기 제조된 그라파이트 용사패턴에 전기도금 혹은 무전해 도금방법을 이용하여 도금층을 형성한다. 목적으로 하는 고경도 용사층(3)을 형성하기 전에 도금층을 형성하는 것은 고경도 용사층을 형성하는 과정에서 고 속, 고온의 용사기 화염과 용사입자의 운동에너지로 인하여 용사층이 적층되지 않고 그라파이트가 패어나가는 것을 방지하기 위해서이다. 도금 층의 재료로는 Zn, Cu, Ni, W, Cr, Fe 중 1 종 혹은 2 종 이상의 복합층 혹은 합금도금으로 하는 것이 가능하며, 도금층의 성분은 특별히 제약을 두지 않으나, 도금이 용이하고 적당한 강도를 가지는 Ni 도금이 보다 바람직하다. 도금층의 두께는 0.1 mm 이하인 것이 바람직한데, 그 이유는 도금층의 두께가 너무 두꺼워지면 최종 금형의 치수변형이 커지기 때문에 가능하면 고경도 용사층(3)이 형성가능한 범위내에서 도금층은 얇은 것이 바람직하다.

다음으로, 도금층이 형성된 용사패턴의 표면에 고경도의 용사층(3)을 형성한다. 본 발명의 설명시에 고경도 용사층이라고 표현을 하였지만 금형이 사용되는 환경에 따라서 저마찰이 필요한 경우에는 마찰계수가 작은 것을 특징으로 하는 저마찰 특성을 가지는 소재의 용사층, 내열성이 필요한 경우에는 내열성을 갖는 소재의 용사층, 내마모성이 요구되는 경우에는 텅스텐 탄화물계 소재 혹은 고경도의 금속 소재 등을 필요에 따라서 선정하여 용사코팅할 수 있다. 고경도 용사층(3)은 금속소재 뿐만 아니라 세라믹 소재, 세라믹과 금속의 복합재료도 사용이 가능하다. 이때 고경도 용사층의 두께는 특별히 한정할 필요는 없으나, 통상적으로 표면 특성의 개선을 위하여 사용되는 것이므로 0.02 mm 이상 0.2 mm 이하이면 충분하다. 0.02 mm 는 통상적으로 용사층을 형성하는 경우에 있어 제어가능한 최소한의 두께이며, 0.2 mm 일반적으로 내열, 내마모, 저마찰 등을 갖는 코팅층의 특성을 발현하기에 충분한 두께이기 때문이나, 필요에 따라서는 그 이상의 두께도 가능하다.

이 과정에서 필요에 따라서 성분 및 용사분말의 입도가 다른 소재를 사용하여 여러 층의 용사층을 형성할 수도 있다.

다음단계는 베이스금속 용사층(4)을 형성하는 단계이다. 베이스금속 용사층의 제조방법은 본 발명자들의 종전 발명(대한민국 특허등록 번호 0723126)과 동일한 방법에 따라서 이루어진다. 도금 및 코팅된 용사패턴을 150~500℃의 범위에서 예열한 후, 철강 등의 금속을 용사함으로써 소정 두께의 베이스금속 용사층을 형성한다. 상술하면, 본 발명에서는 상기 그라파이트 용사패턴을 예열한 후, 용사를 개시하여 목표한 용사온도에 도달하면 용사가 완료될 때까지 그 온도가 유지될 수 있도록 용사변수를 조절한다. 본 명세서에서 상기 용어, “용사온도”란 용사과정 중 열화상카메라(thermal image camera)를 이용하여 용사층이 형성되는 표면의 온도를 측정한 평균온도 혹은 용사하기 전 용사패턴의 표면에 설치한 열전대(thermo-couple)에 의하여 측정한 용사층과 그라파이트 용사패턴간의 계면의 온도를 의미한다.

용사과정에서 가장 중요하게 고려되어야 할 인자는 용사과정에서 발생할 수 있는 용사층의 변형 문제이다. 일반적으로 용사층에서 변형을 일으키는 인자는 용사과정에서 용융된 금속이 용사패턴 혹은 이미 층을 이룬 용사층의 표면에 도달하여 고상으로 응고되면서 발생하는 인장응력과, 고상에서 발생하는 마르텐사이트 변태 및 베이나이트 변태 의하여 발생하는 압축응력의 두 가지이다. 이러한 인장응력과 압축응력이 서로 상쇄되어 잔류응력이 없어지거나 최소화되어야 정밀도를 갖는 용사금형을 제조할 수 있다.

본 발명에서는 이를 고려하여, 상기 용사온도를 300~550℃로 제어한다. 잔류응력이 없는 적정한 용사온도는 소재금속의 성분에 따라서 달라지며 그 범위는 300~550℃의 범위에 있기 때문이다.

베이스 금속 용사에 이용되는 금속의 종류는 특정 강종의 금속으로 제한되는 것은 아니다. 예컨데, 후속하는 실시예에서는 0.8%탄소강을 용사하는 경우만을 예시하였지만, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 즉, 본 발명은 저탄소강, 고탄소강을 비롯하여, C 이외에 Cr, Ni, Co, Mn, V, Nb, W, Ti, Cu, B, Al, Si 과 같은 합금 원소를 1 종 혹은 2종 이상 함유하고 있는 구조용강 혹은 공구강을 소재로 사용할 수도 있다. 또한 내식성이 필요한 경우에 스테인레스강을 사용할 수도 있으며, 내마모성 등의 향상을 목적으로 금속탄화물, 금속의 보론화합물 등의 성분을 포함할 수도 있다. 또는 금속선재에 제조시 이러한 성분을 분말 형태로 첨가하는 코아드 와이어(cored wire) 형태로 제조함으로써 가능하다.

이후, 본 발명에서는 상기 형성된 다층 구조를 가지는 금속층을 상기 용사패턴으로부터 분리한 후, 충진함으로써 용사금형 또는 부품을 형성한다. 상기 용사를 이용하여 형성된 용사층을 용사패턴으로부터 분리하면, 금형으로 사용할 면은 용사패턴에 접촉하였던 면이 된다. 이때, 형성된 용사층의 두께에 따라 불필요한 부분은 절단, 제거한 후, 용사면을 충진함으로써 편평한 형상을 만들어 사용함이 일반적이다. 그러나, 필요에 따라서는 충진하지 않고 그대로 금형이나 금속부품으로써 사용할 수도 있다.

바람직하게는, 상기 용사면을 에폭시 수지, 에폭시 수지와 금속분말의 혼합 물, 및 저융점 금속재료 중 선택된 1종을 충진하는 것이다. 그리고 상기 저융점 금속재료로서는 비스무스, 주석, 아연, 알루미늄 등의 저융점 금속이나 합금등을 사용할 수 있다.

최종 단계로 도금층을 제거한다. 필요에 따라서는 도금층을 제거하지 않고, 그대로 사용할 수도 있다. 도금층을 제거하는 경우, 도금층을 선택적으로 용해하는 용액을 적용하여 화학적으로 제거할 수 있으나, 여러 번의 경험상 연마지를 이용하여 손 쉽게 연마제거가 가능함을 경험적으로 확인하였다. 또한, 도금층(2)과 접하였던 고경도 용사층(3)의 면이 최종 금형면이 되는데, 도 3 및 도 4 에서 보는 바와 같이 아주 평활하기 때문에 용이하게 조도가 낮은 평활한 금형표면을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 예시적인 실시예들을 통하여 상세히 설명한다.

(실시예 1)

고경도 용사층을 형성하기 위해서 필요한 그라파이트 용사패턴에의 도금종류 및 두께를 비교하기 위하여 50 mm 크기의 그라파이트 시편을 준비하여 표 1에 나타낸 바와 같이 여러 조건의 도금을 하고, 내마모 코팅소재로 WC-17%Co 성분의 용사분말을 선택하여 고속화염용사기의 일종인 다이아몬드 제트 장비를 이용하여 코팅실험한 결과를 비교하였다.

	1차도금/두께(mm)	2차도금 / 두께(mm)	결과
비교예 1	없음.	없음	용사패턴 파손
비교예 2	Ni / 0.003	없음	도금층 파손
비교예 3	Ni / 0.005	없음	도금층 파손
비교예 4	Cu / 0.02	Ni / 0.01	도금층 찢어짐
비교예 5	Cu / 0.05	없음	도금층 찢어짐
발명예 1	Ni / 0.01	없음	가능
발명예 2	Ni / 0.02	없음	가능
발명예 3	Ni / 0.04	없음	가능
발명예 4	Cu / 0.02	Ni / 0.015	가능

(실시예 2)

그라파이트 모재에 발명예 3의 경우와 같이 Ni 도금(6)의 두께를 약 0.04 mm 로 한 위에 WC-Co 코팅층(7)을 약 0.07 mm 형성한 후에 다시 0.8%의 탄소강 소재로 베이스금속 용사층(8)을 형성하였다. 제 3 도는 이때의 단면 광학현미경 사진을 나타낸 것이다. 도금층(6)과 WC-Co(7)과의 계면이 아주 평활하여 도금층을 제거하는 정도의 연마만으로 평활한 WC-Co 코팅면을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

(실시예 3)

그라파이트 모재에 발명예 4의 경우와 같이 Cu 도금(9) 0.02 mm, Ni 도금 0.015 mm Ni 도금(6)의 두께를 약 0.04 mm 로 한 위에 WC-Co 코팅층(7)을 약 0.08 형성한 후에 다시 0.8%의 탄소강 소재로 베이스금속 용사층(8)을 형성하였다. 제 4 도는 이때의 단면 광학현미경 사진을 나타낸 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 바람직한 실시예를 통하여 상세히 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시예의 내용에 제한되는 것은 아니다. 본원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재범위 내에서 다양한 본원발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본원발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다.

도 1은 본 발명의 방법에 따라서 다층 구조를 갖는 용사금형의 제조단계를 보여주는 공정도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 도금층의 종류 및 두께에 따라서 고경도 용사층을 형성할 수 있는 도금 조건을 비교한 비교예 및 발명예의 시험편의 형상을 보여주는 사진이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 그라파이트 용사패턴에 Ni 도금, WC-Co 용사층 및 베이스 금속용사층의 단면을 보여주는 광학현미경 사진이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 그라파이트 용사패턴에 Cu/Ni의 이중 도금, WC-Co 용사층 및 베이스 금속용사층의 단면을 보여주는 광학현미경 사진이다.

* 도면부호의 설명 ;

1. 그라파이트 용사패턴, 2. 도금층, 3. 고경도 용사층,

4. 베이스금속용사층, 5. 충진재, 6. Ni 도금층,

7. WC-Co 용사코팅층, 8. 0.8% 탄소강의 용사층

Claims (12)

1. 그라파이트를 이용하여 제조하고자 하는 금형 혹은 금속부품의 반대되는 형상으로 가공함으로써 용사층을 형성할 수 있는 용사패턴(1)을 제조하는 단계;

   상기 제조된 그라파이트 용사패턴(1)의 표면에 도금층(2)을 형성하는 단계;

   상기 도금층(2)의 표면에 고경도 용사층(3)을 형성시키는 단계;

   상기 도금층(2) 및 고경도 용사층(3)이 형성된 용사패턴상에, 금속을 용사함으로써 베이스 금속용사층(4)을 형성하는 단계;

   상기 형성된 도금층을 포함하는 다층구조의 용사층을 상기 용사패턴으로부터 분리한 후, 그 상태대로 또는 충진재(5)를 충진함으로써 용사금형 또는 부품을 형성하는 단계로 이루어지는 용사법을 이용한 다층 구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 고경도 용사층(3)의 소재는 텅스텐 탄화물을 주성분으로 하는 금속과의 복합물 소재인 것을 특징으로 하는 용사법을 이용한 다층 구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 고경도 용사층(3)의 두께가 0.02~0.2 mm인 것을 특징으로 하는 용사법 을 이용한 다층 구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품의 제조방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제조된 용사금형 또는 금속부품을 연마를 통하여 도금층을 제거함으로써 고경도의 용사층(3)이 표면에 드러나게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용사법을 이용한 다층 구조의 금속금형 또는 금속부품 제조방법.
5. 제1항 있어서,

   상기 그라파이트 용사패턴 표면에 도금층을 형성하는 단계에서의 도금 층의 소재는 아연, 구리, 니켈, 철, 크롬 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속층 또는 합금층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 용사법을 이용한 다층 구조의 금속금형 또는 금속부품 제조방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 그라파이트 용사패턴 표면에 도금층을 형성하는 단계에서의 도금층의 두께는 0.005~0.1mm 인 것을 특징으로 하는 용사법을 이용한 다층 구조의 금속금형 또는 금속부품 제조방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 그라파이트 용사패턴 표면에 도금층을 형성하는 단계에서의 도금방법은 전기도금 또는 무전해 도금방법인 것을 특징으로 하는 용사법을 이용한 다층 구조의 금속금형 또는 금속부품 제조방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 베이스 금속용사층을 형성하는 단계에서의 베이스 금속용사층의 소재는 탄소강 또는 크롬, 니켈, 코발트, 망간, 바다듐, 니오브, 텅스텐, 티타늄, 구리, 보론, 알루미늄, 규소와 같은 합금원소를 하나 이상 함유하는 구조용강 또는 공구강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용사법을 이용한 다층 구조의 금속 금형 또는 금속부품 제조방법.
9. 제1항에 있어서,

   상기 충진소재는 에폭시 수지, 에폭시 수지와 금속분말의 혼합물, 및 비스무스, 주석, 아연이나 이들의 합금 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 용사법을 이용한 다층구조의 금속 금형 또는 금속부품 제조방법.
10. 제1항에 있어서,

    상기 용사패턴은 상기 그라파이트를 소재로 여러 개의 파트로 분리하여, 제조한 후, 이를 다시 조립한 조립체인 것을 특징으로 하는 용사법을 이용한 다층구 조의 금속 금형 또는 금속부품 제조방법.
11. 제1항에 있어서,

    상기 용사패턴 파트 중 고경도 용사층이 필요한 일부만을 도금 및 고경도 용사층을 형성하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 금속 금형 또는 금속부품 제조방법.
12. 제1항에 있어서,

    용사패턴 중 필요한 부분에만 도금층 및 고경도의 용사층을 형성하여 국부적으로 다층구조를 가지는 용사금형 혹은 금속부품 제조방법.

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