KR20150113549A

KR20150113549A - 비정질 금속 포일의 적층성형방법

Info

Publication number: KR20150113549A
Application number: KR1020140037650A
Authority: KR
Inventors: 김용수; 주대헌
Original assignee: 주식회사 에코에프엠
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-10-08

Abstract

본 발명은 멜트 스피닝법으로 비정질 금속 포일을 제조한 상태에서 필요한 크기의 시트형태로 절단하고 절단된 포일 시트를 여러 장 내지 수십장 적층한 후 유리천이온도와 결정화온도 사이의 구간에서 가압성형함으로써, 초소성을 발휘하면서 적층된 포일 시트 상호간에 소결이 이루어지도록 하여 두께를 갖는 비정질 금속 부품을 제조할 수 있게 한 비정질 금속 포일의 적층성형방법에 관한 것으로,
즉, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 비정질 금속 포일을 요구하는 크기의 시트로 만든 후 챔버의 내부의 압력이 2×10^-4Torr ~ 1×10^-5Torr 의 진공이 유지되고, 내부 온도는 350 ~ 450℃의 범위를 유지한 상태에서 베이스(B)에 적층되어 있는 포일(F) 층의 상부로부터 프레스로 가압하여 적층된 포일 상호간에 디퓨전 본딩(Diffusion Bonding)에 의한 접합이 이루어지면서 요구하는 두께를 갖는 벌크 성형체를 얻게 된 것을 특징으로 한다.

Description

비정질 금속 포일의 적층성형방법{Laminated- molding Method For Amorphous Metal Foil}

본 발명은 비정질 금속 포일의 적층성형방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멜트 스피닝법으로 비정질 금속 포일을 제조한 상태에서 필요한 크기의 시트형태로 절단하고 절단된 포일 시트를 여러 장 내지 수십장 적층한 후 진공을 유지하는 챔버에 넣어 유리천이온도와 결정화온도 사이의 구간에서 가압성형함으로써, 초소성을 발휘하면서 적층된 포일 시트 상호간에 소결이 이루어지도록 하여 두께를 갖는 비정질 금속 부품을 제조할 수 있게 한 비정질 금속 포일의 적층성형방법에 관한 것이다.

일반적으로, 금속은 상온에서 결정구조를 가진 미세결정의 집합체(다결정체)로 되어 있으나, 상기 금속 또는 금속함금에 열을 가한 후 짭은 시간 동안 초고온으로 급냉하여 고체화시키면 응고된 금속은 원자가 규칙적으로 배열되지 못하고 무질서한 상태인 고체가 되며, 이러한 상태를 비정질 금속 또는 비정질 금속 합금이라고 알려져 있다.

비정질 금속은 결정질 금속에 비해 높은 내식성과 탄성 및 내강성 등의 우수한 물성을 갖춘 것으로 확인되었으며, 상기 비정질 금속으로 된 제품의 일 예로서 멜트 스피닝법(melt spinning)으로 제조되는 비정질 금속 포일(foil)이 개발되어 사용되고 있으나, 그 두께가 약 70㎛ 정도로 얇아서 사용범위에 제약이 있었다.

즉, 결정질 금속에 비해 우수한 물성을 갖춘 비정질 금속이라 하더라도 두께가 존재하는 금속편 또는 벌크(bulk) 형태로 가공하는 것이 그 응용을 위한 중요한 요소가 되고 있다.

벌크 형태로 된 비정질 금속 재료는 1980 년대 초기 팔라듐(Pd) 계 합금이 개발된데 이어 근래에는 국내외에서 다양한 주조공법으로 Ni, Ti, Cu, Zr 등 공업용으로 사용되는 금속들을 주 원소로 하는 합금이 개발된 바 있다.

상기 벌크 형태의 비정질 금속 및 합금을 사용하면 초고강도의 재료를 얻는 것이 가능할 뿐만 아니라 비강도가 높아짐으로써 경량화를 이룰 수 있고 균일한 미세조직을 가짐으로써 내식성과 내마모성의 증가를 얻을 수 있다는 장점이 있으며, 이에 비정질 합금(지르코늄+티타늄, 니켈, 구리 혼합) 분말을 가열하여 주조공법으로 성형한 휴대폰 및 PDA의 외장부품 등이 상용화되었다.

한편, 종래에는 비정질 금속을 진공주조(suction casting) 혹은 정밀주조(die casting) 등의 방법으로 두께가 두꺼운 금속편 또는 벌크형태의 제품을 제조하였으나 형상의 제약 및 후가공 등의 많은 문제가 발생되었으므로, 상용화하기 위한 제품의 범위가 극히 제한적인 결함이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 비정질 금속 포일의 사용범위에 따른 제약과 벌크 형태로 주조할 때의 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 그 목적은 비정질 금속 포일을 일정한 규격으로 절단하여 여러 장 내지 수십장을 진공 챔버의 내부에 적층한 후 유리천이온도와 결정화온도 구간에서 가압성형하여 초소성에 의한 성형 및 적층된 포일 상호간에 소결이 이루어져 요구하는 두께를 갖는 비정질 부품을 얻을 수 있는 비정질 금속 포일의 적층성형방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 비정질 금속 포일을 요구하는 크기의 시트로 만든 후 진공을 유지하는 챔버에 넣어 유리천이온도와 결정화온도 사이의 구간에서 가압성형하여 초소성에 의한 성형과 적층된 포일 상호간에 소결이 이루어지며, 이때 상기 챔버의 내부의 압력이 2×10^-4Torr ~ 1×10^-5Torr 의 진공이 유지되고, 내부 온도는 350 ~ 450℃의 범위를 유지한 상태에서 베이스(B)에 적층되어 있는 포일(F) 층의 상부로부터 프레스로 가압하여 적층된 포일 상호간에 디퓨전 본딩(Diffusion Bonding)에 의한 접합이 이루어지면서 요구하는 두께를 갖는 벌크 성형체를 얻게 된 것이다.

이와 같은 본 발명의 비정질 금속 포일의 적층성형방법은 비정질 금속 포일을 여러 장으로 적층한 상태에서 진공을 유지하는 챔버에 넣어 유리천이온도와 결정화온도 사이의 구간에서 가압하여 소결성형 함으로써 각 층의 포일이 치밀한 상태로 접합되어 외장부품에 요구되는 두께를 이루면서 결정질 금속에 비해 높은 내식성과 탄성 및 강도 등 우수한 물성을 갖는 효과가 있으며, 종래에 비정질 금속을 주조성형할 때 결정화의 생성을 방지하기 위한 공정의 번거로움과 후가공으로 인한 문제를 방지하여 제조공정을 간편하게 할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 멜트 스피닝공정에 의해 제조된 리본 형태의 비정질 금속 포일을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 비정질 금속 포일의 적층성형 예를 나타낸 구성도,
도 3은 본 발명의 비정질 금속 포일을 적층성형한 포일 소결성형체의 일 예를 나타낸 사진

이하, 본 발명의 비정질 금속 포일의 적층성형방법을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 멜트 스피닝공정에 의해 제조된 리본 형태의 비정질 금속 포일을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 비정질 금속 포일의 적층성형 예를 나타낸 구성도이다.

멜트 스피닝법은 외주면이 구리소재로 된 원통형의 휠이 회전하는 과정에 그 휠의 상부에 설치된 용해로에서 용해된 용탕을 불활성가스로 가압하여 슬릿 형태의 노즐을 통해 분사시켜 회전하는 휠에 닿는 순간 급냉에 의해 응고 됨으로써, 리본 형태로 된 비정질 금속 포일(F)을 제조하는 기술에 적용 및 발전되어 왔다.

본 발명은 상기 멜트 스피닝법으로 제조된 비정질 금속 포일의 두께가 약 70㎛ 정도로 얇아서 사용범위에 극히 제한적인 문제점이 있었으므로, 상기 비정질 금속 포일을 두께가 존재하는 금속편 또는 벌크(bulk) 형태로 성형하여 활용도를 높일 수 있도록 하는 것이다.

또한 상기 비정질 금속 포일은 유리천이온도(glass transition temperature)와 결정화온도(crystallization temperature)의 사이에서 가공할 경우 초소성을 발휘하는 특징이 있음을 감안하여 소결성형에 의해 금속편 또는 벌크(bulk) 형태로 가공된 부품을 제조하기 위한 것이다.

본 발명자는 상기 특징을 기초로 비정질 금속 포일(F)을 요구하는 크기의 시트로 만든 후 진공을 유지하는 챔버(C)에 넣어 유리천이온도와 결정화온도 사이의 구간에서 가압성형함으로써, 초소성에 의한 성형과 적층된 포일 상호간에 소결이 이루어져 요구하는 두께를 갖는 벌크 성형체의 비정질 금속으로 된 부품을 얻게 된 것이다.

상기 챔버(C)의 내부의 압력이 2×10^-4Torr ~ 1×10^-5Torr 의 진공이 유지되고, 내부 온도는 350 ~ 450℃의 범위를 유지한 상태에서 베이스(B)에 적층되어 있는 포일(F) 층의 상부로부터 프레스(P)의 가압력이 20~100MPa 에서 10~60분 동안 가압함으로써, 적층된 포일 상호간에 디퓨전 본딩(Diffusion Bonding)에 의한 접합이 이루어지면서 포일 소결성형체를 얻게 된다.

소결성형시 챔버(C)의 내부온도는 합금의 종류에 따라 유리천이온도 및 결정화 온도가 다르므로 합금에 따라 선정해야 하나, 상기와 같이 350 ~ 450℃의 범위로 하는 것이 바람하다.

챕버(C) 내에서 진공고온으로 가압하는 과정에 탈가스 공정과 고온성형공정이 일원화되어 적층되어 있는 각 층의 포일(F)을 고온압축하게 되므로, 포일 표면에 존재하는 잔류 기체와 고온성형시 발생하는 기체를 효과적으로 제거하여 각 포일 층간의잔류기공이 최소화된다.

도 3은 본 발명의 비정질 금속 포일을 적층성형한 포일 소결성형체의 일 예를 나타낸 사진으로서, 본 발명의 방법으로 제조된 소결성형체는 각 층의 포일이 치밀한 상태로 접합되어 외장부품에 요구되는 두께를 이루면서 결정질 금속에 비해 높은 내식성과 탄성 및 강도 등 우수한 물성을 갖추게 되므로써, 가압하기 위한 프레스(P)의 금형에 따라 도 3에서와 같이 성형체의 표면에 문자를 양각되게 하거나 음각은 물론 다양한 부품으로 형상화가 가능하다.

따라서 상기와 같은 본 발명은 비정질 금속 포일을 제조한 상태에서 그 포일을 적층하여 소결성형 함으로써, 종래에 비정질 금속을 주조성형할 때 결정화의 생성을 방지하기 위한 공정의 번거로움과 후가공으로 인한 문제를 방지할 수 있는 것이다.

F : 포일 C : 챔버
P : 프레스 B : 베이스

Claims

멜트 스피닝법으로 제조된 비정질 금속 포일(F)을 요구하는 크기의 시트로 만든 후 진공을 유지하는 챔버(C)에 여러 장을 적층되게 넣어 유리천이온도와 결정화온도 사이의 구간에서 프레스로 가압성형하여 초소성에 의한 성형과 적층된 포일 상호간에 소결이 이루어져 요구하는 두께를 갖는 벌크 성형체를 얻게 된 것을 특징으로 하는 비정질 금속 포일의 적층성형방법.
제 1항에 있어서, 상기 챔버(C)의 내부의 압력이 2×10^-4Torr ~ 1×10^-5Torr 의 진공이 유지되고, 내부 온도는 350 ~ 450℃의 범위를 유지한 상태에서 베이스(B)에 적층되어 있는 포일(F) 층의 상부로부터 프레스(P)의 가압력이 20~100MPa 에서 10~60분 동안 가압함으로써 적층된 포일 상호간에 디퓨전 본딩(Diffusion Bonding)에 의한 접합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 포일의 적층성형방법.