KR20100074978A - 이층구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용사금형 또는 금속부품 제조방법에 관한 것으로, 제조하고자 하는 금형이나 금속부품의 형상과 반대되는 형상을 갖는 그라파이트 용사패턴을 제조하는 단계와; 상기 그라파이트 용사패턴의 표면에 상기 금형이나 금속부품의 표면특성을 발현할 수 있는 소재로 이루어진 1차 용사층을 형성하는 단계와; 상기 1차 용사층의 표면에 금속을 용사하여 베이스금속 용사층을 형성하는 단계; 및 상기 1차 용사층 및 베이스금속 용사층으로 이루어지는 다층구조의 용사층을 상기 그라파이트 용사패턴으로부터 분리하여 용사금형 또는 금속부품을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이층구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품 제조방법이 제공된다.

용사코팅(Thermal Spraying), 아크 스프레이(Arc Spray), 플라즈마 스프레이(Plasma Spray), 그라파이트(Graphite), 용사패턴

Description

이층구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING MOLDS AND DIES WITH DOUBLE-LAYERS BY THERMAL SPRAYING}

본 발명은 용사를 이용하여 이층구조를 가지는 고속 금형 제조방법(Rapid Tooling)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그라파이트 용사패턴에 금속층을 형성한후 그라파이트 용사패턴을 분리하여 금속층(베이스층)을 용사금형으로 사용하는 방법에 있어서 금형으로 사용할 표면에 고경도 등의 원하는 특성을 갖는 1차 용사층을 베이스금속 용사층 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 많은 시간이 소요되는 것이 문제이다. 특히 제작된 금형을 사용하여 생산된 시제품의 치수가 불량한 경우가 발생되면, 금형을 처음부터 다시 기계가공으로 제작을 하여야 하므로 많은 시간을 이중으로 소모하게 된다.

최근에 들어 산업경쟁이 심해짐과 동시에 금형 사용자는 제품의 조기 출시를 중요하게 생각하게 되었으며, 금형 공급자는 가능한 한 빨리 금형을 공급하는 것이 점점 더 중요해지고 있다.

이러한 요구를 충족시키기 위하여 금형을 보다 빠르게 제작하기 위한 다양한 기술(Rapid Tooling)들이 개발되어 오고 있다. 이러한 고속금형 제조방법의 일예로 금속 용사 툴링(Spray Metal Tooling, 혹은 Spray Formed Rapid Tool)을 들 수 있다. 이 방법은 제작하고자 하는 금형의 반대 형상을 갖는 소재(이하, "용사패턴" 이라 함)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 사용되고 있었다.

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 제조하는 기술이 미국특허 US 5,658,506호에 제시되어 있다. 상기 특허에서 세라믹 용사패턴을 사용하는 이유는, 강을 용사하여 금형을 만들 경우 용사과정에서 변형이 거의 없는 용사층을 얻기 위해 용사층의 온도를 적정한 범위의 고온으로 유지하여야 하는데 종래에 사용되었던 나무, 플라스틱 등의 재료는 이러한 온도를 견딜 수 없었기 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 응력을 감소시키는 방법(US 5,947,179, US 5,952,056, US 6,179,039)도 제시되어 있다. 그 외에도 미국 특허 US 5,967,218, US 6,074,737, US 6,257,309 등에는 이와 관련된 여러 가지 관련 기술들이 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 있다는 점이다. 이러한 세라믹 용사패턴은 알루미늄 산화물과 실리콘 산화물을 주성분으로 하는 세라믹 슬러리를 이용하여 프리즈 캐스팅(Freeze Casting)하는 방법으로 제조되고 있으며, 이에 관한 자세한 내용은 미국 특허 US 6,513,567호에 기술되어 있다.

상기 미국특허 US 6,513,567호는 모두 12 단계에 걸쳐서 이루어지는 용사금형 금형의 제조단계를 제안하고 있는데, 그 공정을 간략하게 단계를 나누면 1) 마스터 패턴 제조단계, 2) 세라믹 용사패턴 제조단계, 3) 금속층을 형성하는 용사단계, 4) 용사층을 분리하여 백필링(Back-Filling)함으로써 금형의 형상을 갖추는 마무리 단계의 4 단계로 크게 구분할 수 있다. 그런데 이러한 4 단계의 공정 중에서 세라믹 용사패턴의 단계가 가장 많은 시간이 소요된다. 그 이유로는 세라믹 용사패 턴을 제조하는 과정에 있어서 동결과정과 세라믹 패턴의 건조 및 열처리에서는 냉각 속도와 가열속도를 느리게 하여야만 처리과정 중에 세라믹이 붕괴 혹은 균열이 형성되지 않는 세라믹 용사패턴를 얻을 수 있기 때문이며, 이로 인해 용사패턴의 제조에 장시간이 소요되는 문제점이 있다.

또한 세라믹 용사패턴을 제조하는 과정에서 건조 혹은 소결의 과정에서 일어나는 수축에 의한 치수변형을 완전히 방지하기는 곤란하다. 금형에서는 치수정밀도의 확보가 매우 중요하며, 이러한 치수 오차는 최종적으로 제조할 금형의 정밀성을 떨어뜨리게 된다.

한편, 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. 이러한 경우 코팅층의 두께는 통상 0.1mm 정도인데, 코팅층의 두께 만큼 금형의 형상이 달라지는 문제가 생길 수 있다. 보다 더 큰 문제는 용사된 금형의 표면이 거칠어 이를 연마한 후에 금형으로 사용하여야 하는데, 초경소재처럼 고경도인 경우 여러 단계의 과정을 거쳐서 이루어져야 하고 또한 수작업으로 이루어져야 하기 때문에 많은 시간이 요구되며, 연마가 잘못된 경우에는 코팅층을 벗겨내거나 금형을 다시 수정, 보수해야 한다는 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 용사를 이용하여 고속으로 금형을 제조하는 과정에 고경도 등의 원하는 특성을 갖는 용사층을 포함하는 다층 구조의 용사층을 형성함으로써 제조과정에서 치수정밀도가 보다 우수하면서 표면연마가 용이한 금형을 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다층구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품 제조방법은 제조하고자 하는 금형이나 금속부품의 형상과 반대되는 형상을 갖는 그라파이트 용사패턴을 제조하는 단계와; 상기 그라파이트 용사패턴의 표면에 상기 금형이나 금속부품의 표면특성을 발현할 수 있는 소재로 이루어진 1차 용사층을 형성하는 단계와; 상기 1차 용사층의 표면에 금속을 용사하여 베이스금속 용사층을 형성하는 단계; 및 상기 1차 용사층 및 베이스금속 용사층으로 이루어지는 이층구조의 용사층을 상기 그라파이트 용사패턴으로부터 분리하여 용사금형 또는 금속부품을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 다른 양상에 의한 본 발명의 이층구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품 제조방법은 제조하고자 하는 금형이나 금속부품의 형상과 반대되는 형상을 갖는 그라파이트 용사패턴을 제조하는 단계와; 상기 그라파이트 용사패턴의 표면에 상기 금형이나 금속부품의 표면특성을 발현할 수 있는 소재로 이루어진 1차 용사층을 형성하는 단계와; 상기 1차 용사층의 표면에 금속을 용사하여 베이스금속 용사층을 형성하는 단계; 및 상기 1차 용사층 및 베이스금속 용사층으로 이루어지는 다층구조의 용사층을 상기 그라파이트 용사패턴으로부터 분리한 후 백필링하여 용사금형 또는 금속부품을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 1차 용사층은 구성물의 성분 및 조성을 달리하는 다층으로 이루어진 구조를 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 용사금형 또는 금속부품 제조방법은 상기 1차 용사층을 상기 그라파이트 용사패턴 표면의 일부분에만 형성하여 국부적으로 다층구조의 용사층이 형성되도록 할 수 있다.

상기 용사금형 또는 금속부품 제조방법은 플라즈마 용사법, 화염 용사법, 아크 용사법 중 어느 한 가지 방법에 의해 상기 1차 용사층을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 용사금형 또는 금속부품 제조방법은 그라파이트 소재로 여러 개의 용사패턴 부품들을 분리 제조한 후, 상기 용사패턴 부품들을 조립하여 상기 그라파이트 용사패턴을 제조할 수 있다.

본 발명의 이층구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품 제조방법에 의하면, 제조하고자 하는 금형이나 금속부품의 형상과 반대의 형상을 갖는 그라파이트 재질을 용사패턴의 표면에 고경도 등의 원하는 특성을 갖는 소재로 1차 용사층을 형성한 후, 베이스금속 용사층을 형성하여 이층구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품 을 제조함으로서 종래의 방법에 대비하여 제품의 치수안정성을 도모할 수 있으며, 평활한 표면을 갖는 고경도성 금형을 제조할 수 있다. 또한 다층구조의 용사층을 금형의 일부에만 형성하도록 하여 국부적으로 다층구조의 용사층이 형성된 금형을 제조할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 이층구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품 제조방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이층구조를 가지는 용사금형의 제조단계를 설명하기 위한 공정도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 이층구조 용사금형 또는 금속부품 제조방법은 1) 그라파이트 용사패턴(1) 제조단계, 2) 고경도 등의 원하는 표면특성을 발현할 수 있는 1차 용사층(2)을 형성하는 단계, 3) 베이스금속 용사층(3)을 형성하는 단계, 4) 1차 용사층(2) 및 베이스금속 용사층(3)으로 이루어지는 이층구조의 용사층을 그라파이트 용사패턴(1)으로부터 분리하거나, 분리한 후 백필링(4)하여 용사금형 또는 금속부품을 제조하는 단계의 공정으로 이루어진다.

상술한 바와 같이, 종래에는 주조 및 기계가공 방법으로 완성된 형상의 금형 위에 용사코팅층을 형성한 후에 연마하는 방법으로 금형코팅이 이루어진다. 즉, 종래기술에는 완성된 금형에 고경도의 용사층을 형성한 후에 연마가 이루어짐에 반하여, 본 발명의 이층구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품 제조방법은 용사를 이용하여 금형을 제조하는 과정에서 이층구조의 용사층을 형성함으로써 고경도 등의 원 하는 표면특성을 발현하는 표면층을 형성하는 점에서 기존의 금형에 대한 용사 방법과는 다른 특징이 있다.

본 발명의 다층구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품 제조방법은 먼저, 그라파이트를 이용하여 제조하고자 하는 금형이나 금속부품의 형상과 반대되는 형상으로 가공하여 그라파이트 용사패턴(1)을 제조함으로서 다층구조의 용사층을 형성할 수 있는 기반을 마련한다. 가공에 의해 상기 그라파이트 용사패턴(1)을 제조하는 방법에 대하여 특별한 제한이 가하여지는 것은 아니며, 기계적인 방법 등의 다양한 방법을 이용하여 소망하는 형상의 그라파이트 용사패턴(1)을 제조할 수 있다. 그라파이트를 용사패턴의 소재로 사용하는 것은 베이스금속 용사층을 형성하는 온도에서 안정된 내열성을 가지며 원하는 형상으로의 성형이 용이하기 때문이다.

본 발명의 다층구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품 제조방법은 상기 그라파이트 용사패턴(1)을 제조함에 있어서 그라파이트를 소재로 여러 개의 용사패턴 부품들을 분리 제조한 후, 제조된 용사패턴 부품들을 다시 조립하여 형성된 조립체를 그라파이트 용사패턴(1)으로 사용하는 것이 가능하다. 이 과정에서 국부적으로 고경도 등의 원하는 특성을 가지는 1차 용사층(2)을 상기 용사패턴 부품들 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 필요로 하는 용사패턴 부품에만 형성한 후 나머지 용사패턴 부품들과 조립하는 것도 가능하다.

그라파이트를 소재로 가공되어 형성된 그라파이트 용사패턴(1)은 1차 용사층(2) 형성작업 이전에 표면의 이물질 및 가공시 발생하여 표면에 부착된 미세한 그라파이트 입자를 세척을 통하여 제거할 필요가 있다. 이는 알코올, 아세톤 등의 액체를 사용하여 부드러운 천 혹은 종이로 닦아 주는 것으로 충분하다.

다음으로, 그라파이트 용사패턴(1)의 표면에 1차 용사층(2)을 형성한다. 본 발명에서 1차 용사층(1)을 형성하는 수단으로는 플라즈마 용사법, 아크 용사법, 화염 용사법 등의 방법을 사용할 수 있으나 고속화염 용사법 혹은 폭발 용사법 등의 용사 방법은 적용이 곤란하다. 그 이유는 고속화염 용사법이나 폭발 용사법에서는 용사과정에서 용사분말의 속도가 500m/sec 이상으로 너무 빨라서 코팅분말이 적층되어 용사층을 형성하지 못하고 오히려 그라파이트 용사패턴(1)을 블라스팅 시키면서 손상시키는 문제가 발생하기 때문이다. 따라서, 용사분말의 속도가 300m/sec 이하인 플라즈마 용사법, 아크 용사법, 화염 용사법 등의 방법을 사용하여 1차 용사층(2)을 형성하는 것이 바람직하다.

1차 용사층(2)은 금형의 표면특성을 발현하는 것으로, 고경도 특성 뿐만 아니라 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 소재로 이루어지는 용사층 등을 필요에 따라서 선정하여 용사코팅하여 1차 용사층(2)을 형성할 수 있다. 이러한 용도에 따라 선정한 재질을 이용한 1차 용사층(2)의 두께는 특별히 한정할 필요는 없으나, 통상적으로 표면 특성의 개선을 위하여 사용되는 것이므로 0.02mm 이상 0.2 mm 이하이면 충분하다. 0.02mm는 통상적으로 용사층을 형성하는 경우에 있어 제어가능한 최소한의 두께이며, 0.2mm는 일반적으로 내열, 내마모, 저마찰 등을 갖는 코팅층의 특성을 발현하 기에 충분한 두께이기 때문이나, 필요에 따라서는 그 이상의 두께도 가능하다. 이 과정에서 필요에 따라서 성분 및 용사분말의 입도가 다른 소재를 사용하여 여러 층의 용사층을 형성하여 다층으로 이루어진 구조를 갖도록 1차 용사층을 형성할 수도 있다.

다음단계는 베이스금속 용사층(3)을 형성하는 단계이다. 우선, 그라파이트 용사패턴(1) 및 그 표면에 코팅된 1차 용사층(2)으로 이루어진 용사패턴을 150 ~ 500℃의 범위에서 예열한 후, 철강 등의 금속을 용사함으로써 소정 두께의 베이스금속 용사층(3)을 형성한다.

상술하면 본 발명에서는 상기 그라파이트 용사패턴(1)을 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 인장응력 과 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.

베이스금속 용사층(3)으로 이용되는 금속의 종류는 특정 강종의 금속으로 제한되는 것은 아니다. 예컨데, 후속하는 실시예에서는 0.8% 탄소강을 용사하는 경우를 예시하였지만, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다.

이후, 본 발명에서는 상기 형성된 1차 용사층(2) 및 베이스금속 용사층(3)으로 이루어지는 이층구조의 용사층을 상기 그라파이트 용사패턴(1)으로부터 분리한 후, 백 필링(Back-Filling)함으로서 용사금형 또는 금속부품을 제조한다.

상기 용사를 이용하여 형성된 이층구조의 용사층을 그라파이트 용사패턴(1)으로부터 분리하면, 금형으로 사용할 면은 그라파이트 용사패턴(1)에 접촉하였던 면이 된다. 이 때, 형성된 용사층의 두께에 따라 불필요한 부분은 절단, 제거한 후, 용사면을 충진함으로써(Back-Filling) 편평한 형상을 만들어 사용함이 일반적이다. 그러나, 필요에 따라서는 백필핑하지 않고 그대로 금형이나 금속부품으로써 사용할 수도 있다.

이때, 상기 용사면을 에폭시 수지, 에폭시 수지와 금속분말의 혼합물 등의 저융점 금속재료 중에서 선택된 1종을 충진하는 것이 바람직하다. 상기 저융점 금속재료로는 비스무스, 주석, 아연, 알루미늄 등의 저융점 금속이나 합금 등을 사용 할 수 있다.

이하, 본 발명을 예시적인 실시예를 통하여 상세히 설명한다.

(실시예)

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용사금형 제조방법에 의해 형성된 그라파이트 용사패턴을 나타낸 도면이다. 이는 자동차 부품 중의 하나인 로우 암을 성형하기 위하여 사용되는 금형을 용사공정을 이용하여 제조하기 위한 그라파이트 용사패턴을 촬영한 사진이다. 용사패턴의 크기는 600mm×340mm 이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용사금형 제조방법에 의해 형성된 1차 용사층을 나타낸 도면이다. 즉, 그라파이트 용사패턴 위에 플라즈마 용사방법을 사용하여 WC-17% Co 성분의 내마모 코팅을 한 용사패턴을 촬영한 사진으로 WC-17% Co 용사층의 두께는 0.1mm로 하였다. WC-17%Co 소재를 코팅한 이유는 WC계 소재가 고경도로써 일반적으로 크롬도금에 비하여 5배 이상의 내마모 특성을 발휘할 수 있기 때문에 용사금형의 내마모성을 올림으로써 그 수명도 향상시키기 위함이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용사금형 제조방법에 의해 형성된 베이스금속 용사층을 나타낸 도면이다. 이는 1차 용사층 위에 다시 2차 용사층으로서 4대의 아크용사기를 이용하여 0.8% 탄소강 소재를 사용하여 베이스금속 용사층을 12mm의 두께로 형성한 것을 촬영한 사진이다. 베이스금속 용사층을 형성하는 과정에서 두꺼운 금속용사층의 변형없이 용사패턴의 형상을 그대로 복제하기 위하여 발명의 구체적인 내용에서 언급한 바와 같이 온도조절을 하면서 베이스금속 용사층을 형성하였다.

2개의 층으로 형성된 용사층은 그라파이트 용사패턴으로부터 분리하여 불필요한 부분은 잘라내고 백필링 작업을 수행하여 금형의 형상을 갖추었다. 백필링에 사용한 재료는 알루미늄 분말과 에폭시를 혼합한 소재를 적정한 비율로 혼합하여 사용하였고, 백필링 소재가 완전히 경화된 다음에 금형의 체결에 필요한 홀 가공 등 마무리 가공을 수행하여 용사금형을 완성하였다. 도 5는 이와 같이 하여 완성된 용사금형의 표면 및 후면을 촬영한 사진이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 용사금형 제조방법에 의해 형성된 이층구조 용사층의 단면을 나타낸 도면으로서, 상기한 바와 같은 방법에 의해 완성된 이층구조를 갖는 용사금형의 일부를 절단하여 1차 용사층과 베이스금속 용사층의 단면을 광학현미경을 이용하여 촬영한 사진이다. 2차 용사층인 베이스금속 용사층 위에 WC-17% Co 소재의 1차 용사층이 잘 부착되어 있는 것을 알 수 있다. 1차 용사층의 경도는 비커스경도로 1000정도로써 크롬도금의 700 ~ 800에 비하여 높은 경도값을 나타내었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이층구조를 가지는 용사금형의 제조단계를 설명하기 위한 공정도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용사금형 제조방법에 의해 형성된 그라파이트 용사패턴을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용사금형 제조방법에 의해 형성된 1차 용사층을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용사금형 제조방법에 의해 형성된 베이스금속 용사층을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용사금형 제조방법에 의해 제조된 용사금형의 표면 및 후면을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 용사금형 제조방법에 의해 형성된 이층구조 용사층의 단면을 나타낸 도면.

♧ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♧

1 : 그라파이트 용사패턴 2 : 1차 용사층 3 : 베이스금속 용사층

4 : 백필링

Claims (6)

1. 제조하고자 하는 금형이나 금속부품의 형상과 반대되는 형상을 갖는 그라파이트 용사패턴을 제조하는 단계와;

   상기 그라파이트 용사패턴의 표면에 상기 금형이나 금속부품의 표면특성을 발현할 수 있는 소재로 이루어진 1차 용사층을 형성하는 단계와;

   상기 1차 용사층의 표면에 금속을 용사하여 베이스금속 용사층을 형성하는 단계; 및

   상기 1차 용사층 및 베이스금속 용사층으로 이루어지는 이층구조의 용사층을 상기 그라파이트 용사패턴으로부터 분리하여 용사금형 또는 금속부품을 형성하는 단계;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이층구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품 제조방법.
2. 제조하고자 하는 금형이나 금속부품의 형상과 반대되는 형상을 갖는 그라파이트 용사패턴을 제조하는 단계와;

   상기 그라파이트 용사패턴의 표면에 상기 금형이나 금속부품의 표면특성을 발현할 수 있는 소재로 이루어진 1차 용사층을 형성하는 단계와;

   상기 1차 용사층의 표면에 금속을 용사하여 베이스금속 용사층을 형성하는 단계; 및

   상기 1차 용사층 및 베이스금속 용사층으로 이루어지는 이층구조의 용사층을 상기 그라파이트 용사패턴으로부터 분리한 후 백필링하여 용사금형 또는 금속부품을 형성하는 단계;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이층구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품 제조방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 1차 용사층은

   구성물의 성분 및 조성을 달리하는 다층으로 이루어진 구조를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다층구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품 제조방법.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 용사금형 또는 금속부품 제조방법은

   상기 1차 용사층을 상기 그라파이트 용사패턴 표면의 일부분에만 형성하여 국부적으로 이층구조의 용사층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 용사금형 또는 금속부품 제조방법.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 용사금형 또는 금속부품 제조방법은

   플라즈마 용사법, 화염 용사법, 아크 용사법 중 어느 한 가지 방법에 의해 상기 1차 용사층을 형성하는 것을 특징으로 하는 이층구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품 제조방법.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 용사금형 또는 금속부품 제조방법은

   그라파이트 소재로 여러 개의 용사패턴 부품들을 분리 제조한 후, 상기 용사패턴 부품들을 조립하여 상기 그라파이트 용사패턴을 제조하는 것을 특징으로 하는 다층구조를 가지는 용사금형 또는 금속부품 제조방법.

Images