KR20150124801A - 사출성형되는 금속합금의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철의 부식성은 물론 고중량의 단점을 개선하고 사출성형이 가능한 알루미늄의 약한 경도와 부식성을 개선하면서 철의 특성과 알루미늄의 사출성형성을 갖게 되면서도 사출성형성이 우수함을 제공하면서 경도가 강하고, 탄성이 우수하며 정밀사출에 의한 대량생산이 가능토록 되는 합금을 제공하기 위한 것이다.

Description

사출성형되는 금속합금의 제조방법{Manu facturing Method of Metal alloy}

본 발명은 철의 부식성은 물론 고중량의 단점을 개선하고 사출성형이 가능한 알루미늄의 약한 경도와 부식성을 개선하면서 철의 특성과 알루미늄의 사출성형성을 갖게 되면서도 사출성형성이 우수함을 제공하면서 경도가 강하고, 탄성이 우수하며 정밀사출에 의한 대량생산이 가능토록 되는 합금을 제공하기 위한 것이다.

현재 사출성형이 가능한 금속에 대하여는 최근 핸드폰이나 자동차의 부품에서 저중량이 요구되면서도 탄성이 우수하면서도 경도가 우수한 재질을 사용하여 다양한 형태를 다이캐스팅의 방법으로 사출성형에 의하여 제조하고 있는 것이다.

이러한 재질로는 경도와 탄성력이 우수하다고 알려진 티타늄을 사용하고 있으나 이러한 것의 단점은 고가라는 것이어서 제품원가가 상승한다는 것이다.

따라서 최근에는 티타늄을 주재료로 하여 다양한 금속을 혼합한 합금의 형태로 이루어진 리큐드메탈(Liquid Metal)이라는 재질을 사용하여 다이캐스팅의 방법으로 사출성형토록 함으로서 다양한 형상을 제조하고 있는 것이다.

그러나 상기 리큐드메탈은 성형시 진공이 요구되어짐은 물론 고온에서 용융되어짐으로서 제조에 많은 문제점이 있다는 것이다.

따라서 이를 개선하기 위하여 본원출원인이 특허받은 것으로는 저중량이면서도 인장강도가 우수하고, 탄성률과 경도가 우수함은 물론 혼합되어지는 금속의 함량만을 변화토록 함으로서 경도를 강하거나 약하게 조절이 가능함은 물론 성형성이 우수한 것을 제안하였던 것이다.

이를 위하여 알루미늄을 주재료로 한 상태에서 구리와 니켈을 부재료로 하면서 베릴륨을 소량첨가함으로서 원하는 금속을 제조토록 한 것이다.

또한 이러한 주재료와 부재료 및 베릴륨을 다양한 함량변화로 저온에서도 성형이 우수하면서도 가볍고, 인장강도는 물론 탄성률과 경도가 서로 다른 다양한 제품을 얻을 수 있도록 한 것이다.

그러나 이러한 것의 단점은 트리밍이 불가능하고 버(Burr) 제거가 용이치 아이하며 몰드모양대로의 성형이 용이치 아니한 단점이 존재하게 되는 것이다.

특허등록공보 등록번호 10-1,306,379호(등록일자 2012.09.19) 특허등록번호 등록번호 10-1,186,088호(등록일자 2013.09.03)

따라서 본 발명에서는 고탄성과 고강도는 물론 인장강도가 우수하면서도 부식이 안됨은 물론 트리밍이 가능하면서 버(Burr) 제거가 용이하고 몰드모양대로 성형이 가능토록 한 것이다.

이를 위하여 본 발명에서는 합금의 제조시 탄성과 경도를 강화할 경우에 사용되는 지르코늄의 성질이 비정질로서 타 금속과 융합하면서 좋은 성질 예를 들면 탄성이나 강도와 경도는 물론 열전도율과 직진율의 변화를 시키게 되고, 알루미늄과 합금된 상태에서 녹이스는 것을 방지함은 물론 다양한 각 구성성분과 융합하면서 각 구성성분의 강화가 가능토록 하는 것이다.

따라서 사출성형된 상태에서 트리밍이 가능하면서 버 제거가 가능하면서 고탄성을 갖게 되고, 고인장강도와 고경도는 물론 내부식성 및 사출 성형성이 우수한 합금을 제공하게 되는 것이다.

도1은 본 발명의 제조공정을 나타낸 블럭도.

이하 일 실시예에 의하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 1

지르코늄 (31-38 중량%)

알루미늄 (32-39중량 %)

티타늄 (5- 8중량%)

Ncb 14 (15-25중량%)

구리 (0.5-3중량%)

니켈 (0.5- 3중량%)

본 발명에서의 오차범위는 ±1.5-2중량%인데 지르코늄이나 알루미늄은 물론 티타늄이나 Ncb14d에 대하여는 최소 최대에 대한 오차범위를 나타낸 것이고, 구리나 니켈일 경우에는 최소치를 기준으로 치대치에서의 오차범위를 나타낸 것이다.

본 발명에서의 상기 조성성분의 최대와 최소치를 벗어날 경우 합금이 완료된 상태에서의 탄성과 물성, 경도의 문제가 발생하게 되는 것이다.

그러나 만일 지르코늄이 최대치를 넘어가게 되면 경도와 탄성이 증가되는 반면에 전체적인 중량이 많이 나가게 되는 문제점이 있고, 알루미늄이 최대치를 넘어가게되면 전체적인 중량이 작아지는 반면에 트리밍이 용이해지고 버 제거가 수월해지는 장점이 있지만 경도와 탄성이 떨어지는 문제점이 존재하게 되는 것이다.

또한 구리를 소량으로 첨가하는 이유는 재료(재료 고유의 물성)을 안정시키는 역할을 하기 위한 것이다.

그러나 첨가량이 최대치를 넘어가면 재료가 안정이 안되고 최소치보다 적게 첨가하면 재료의 안정성이 떨어지게된다.

특히 최대치를 넘어가게 되면 합금을 사용하여 사출성형된 상태에서 성형된 제품이 휘는 경향이 존재하게 되는 것이다.

또한 티나늄은 경도를 높이기 위하여 투입하는데 최대치를 넘어가게 되면 충격등에 의하여 제품이 깨질 우려가 존재하고 너무 적으면 경도가 표면의 광택등이 떨어지는 문제가 존재하는 것이다.

또한 Ncb 14 는 각 재료를 융합시켜주는 역할로서 사용되는데 최대치보다 많이 첨가하게 되면 결정화가 빨리 이루어져 경도와 탄성이 안나오는 문제가 있고, 최소치보다 너무 적을 경우에는 융합에 문제를 발생하게 되는 것이다.

또한 니켈은 각 재료를 각각의 구성성분을 안착시키는 역할을 하기 위하여 첨가되는데 최대치보다 많아지면 빨리 다른 방에 넣는 역할을 하게 되고, 최소치보다 적을 경우에는 안착에 문제를 발생시키게 되는 것이다.

또한 상기 성분들의 최대치와 최소치를 벗어날 경우에는 탄성과 물성 경도의 문제가 발생되는데 합금으로 사출성형된 제품에 휨이나 부러짐이 발생되는 것이다.

또한 상기 성분들의 오차범위를 벗어날 경우 즉 그 투입되는 함량의 많고 적음에 따라 경도가 너무 세거나 너무 약해지거나 열을 가했을 경우 즉 사출성형시 용융토록 할 경우에 특성의 성질이 변화되어지는 것이다.

합금으로 제조된 상태에서 경도가 너무 강하거나 또는 너무 약해지거나 또는 사출성형을 위하여 열을 가했을 경우 성질이 변하게 되는 것이다.

즉 사출성형을 위하여 열을 가했을 경우에 젤리상태가 되도록 되야 하는데 이렇게 되지 못하게 되는 문제점이 발생되는 것이다.

또한 본 발명에서의 조성성분으로 합금을 제조할 경우에 용융조건으로서 -3성토르까지 진공이 이루어진 상태에서 챔버진공의 도가니에 투입하고, 챔버고주파나 도가니고주파를 사용하여 온도를 1200도까지 가열하게 되는 것이다.

만일 -3성토르까지 진공이 안되면 합금으로의 제조시 결정화가 이루어지면서 되어서 각각의 재료가 섞이지 않게 되는 문제점이 있는 것이다.

또한 용융을 위한 온도를 1200도까지 가열하는 이유는 각각의 재료를 넣으면 모든재료가 다 녹는 최대온도까지 가열토록 하기 위한 것이다. .

본 발명에서는 고주파 로를 사용한 이유는 일반적인 로에서는 온도 편차가 커서 각각의 재료가 녹다가 도가니가 깨지게 되는 문제점이 발생되는 것이다.

또한 가열시 10분에서 20분까지 예비가열토록 하여 도가니 내의 수분을 제거하게 되는 것이고, 만일 수분이 존재할 경우에는 도가니가 깨지는 문제점이 발생되는 것이다.

또한 본 발명에서의 조성성분들은 특별한 용융순서로 용융치 아니할 경우에 섞이지 않는 문제점이 발생되는 것이다.

이를 위하여 본 발명에서는 용융순서를 지르코늄, 알루미늄, 티타늄 순으로 투입하고 1100도에서 안정시킨 후 5분에서 10분후에 Ncb14, 구리, 니켈 순으로 투입하게 되는 것이다.

즉 용융점이 낮은 것부터 용융하는 방식이다.

따라서 투입순서는 다음과 같다.

(1) 지르코늄과 알루미늄 투입

(2) NCB 14와 구리 및 니켈을 동시에 투입

(3) 티타늄을 투입

가장 먼저 저온에서 용융점이 상대적으로 낮은 지르코눔과 알루미늄을 용융하는 이유는 조성성분중에서의 용량도 많기 때문에 먼저 용융토록 하는 것이고, 낮은 용융 온도이기 때문에 먼저 넣게 되는 것이다.

그 다음으로 NCB 14와 구리 및 니켈을 동시에 투입하면 고온에서 녹일시 쉽게 용융이 가능하게 되는 것이고, 지르코늄과 알루미늄이 같이 용융되면서 가열되는 도가니가 주는 가열온도 이외에 용융물의 자체의 온도로 인하여 다른 성분을 녹는 성질이 발생하여 고온에서의 용융점을 갖는 티타늄이 타지 않고 쉽게 녹게 되는 것이다.

이는 용융순서를 고온에서 저온으로 하는 것보다 저온에서 고온으로 용해하는 순서가 더 효율적인 것이다.

그 이유는 다음과 같다.

용융순서를 고온에서 저온으로 용해할 시에는 온도 통제가 힘들고 도가니가 쉽게 깨지는 경향이 있어 작업자의 경험칙에 따라 편차가 발생하기 쉬운데 저온에서 고온으로 용해하는 것은 온도 통제가 상대적으로 쉬워 매뉴얼을 만드는 대량 생산에 적합한 것이다.

즉 본 발명에 의하여 얻어진 합금을 몰드에 투입하여 사출성형할 경우에 고탄성, 고강도, 인장강도, 부식이 안됨은 물론 트리밍이 가능하고 버 제거가 용이하고 몰드모양대로 성형이 용이하게 되는 본 합금은 플라스틱처럼 정밀 사출 생산이 가능하게 되는 것이다.

예를 들면 마그네슘, 티타늄, 쇠가 주성분인 이퀴드메탈은 제어가 안되어 플라스틱처럼 정밀 사출 생산이 안되는데 그 이유는 투입시 금형틀에 급격하게 주입되어 금형의 주입 반대편부터 입구로 차 올라오기 때문이다.

그러나 본 발명의 합금은 잉고트 용융시 젤리상태로서 플라스틱처럼 투입조절이 가능하여 금형의 주입구부터 차기 l작하여 금형의 내측으로 밀고 올라가기 때문에 정밀사출이 가능한 것이다.

따라서 플라스틱처럼 정밀사출이 되는 관계로 버(설계와 상관없이 발생하는 잡티)가 발생하는 것이적게 되는 것이다

본 발명에서 사용되는 Ncb 14는 니켈,구리,벨륨의 혼합성분으로서 범용재료이다.

실시예 2

본 발명에서 사용된 합금의 정확한 조성비율은 다음과 같다.

지르코늄+ 알루미늄 : 얇게 압착 용융 제조 가능

지르코늄 + 티타늄 : 강도를 강화

티타늄 7.50(5%- 8%)

Ncb 14 20.14 (15%-25%)

구리 1.02 (0.5%-3%)

니켈 1.63 (0.5%- 3%)

또한 본 발명에서 투입순서를 지켜야하는 이유가 고온과 저온에 녹는 열전도율 때문에 NCB 14와 구리 니켈을 동시에 투입하면 고온에 녹일시 쉽게 녹게 되고, 티타늄을 그냥 녹일려면 2- 3천도가 필요한데 NCB 14와 구리 니켈을 용융한 곳에 투입하면 쉽게 녹게 되는 것이다.

이는 지르코눔과 알루미늄을 넣는 이유는 용량이 많기 때문에 먼저 녹이는 것이고, 또한 낮은온도이기 때문에 먼저 넣게 되는 것이고, NCB 14와 구리 니켈을 동시에 투입하는 이유는 NCB 14와 구리 니켈을 동시에 투입하면 고온에 녹일시 쉽게 녹게 되는 장점이 있는 것이다.

지르코늄과 알루미늄을 같이 녹이면 도가니가 주는 온도 외에 자체가 다른 성분을 녹는 성질이 발생하여 티타늄이 쉽게 녹게 되는 것이다.

그리고 만일 이러한 순서를 다르게 할 경우에는 각각의 재료가 용융이 힘든이유가 온도 때문에 그러한 높은 온도에서 재료를 녹이면 낮은 온도의 물성(알루미늄이등)은 녹지?고 타버리게 되는 것이다

그러나 이러한 각각의 재료가 순서를 바꾸고 넣는 시간, 온도가 안맞을 경우에는 덩어리가 지게 되는 것이다.

Claims (4)

1. 지르코늄(31-38 중량%)와 알루미늄(32-39중량 %)와 티타늄(5- 8중량%)와 Ncb 14(15-25중량%) 와 구리(0.5-3중량%)와 니켈(0.5- 3중량%)로 이루어지고, 용융조건이 -3성토르까지 진공이 이루어진 상태에서 챔버진공의 도가니에 투입하고,
   챔버고주파나 도가니고주파를 사용하여 온도를 1200도까지 가열하게 되고,
   가열시간은 10분에서 20분까지 예비가열토록 하여 도가니 내의 수분을 제거하여 제조하는 사출성형되는 금속합금의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구성성분의 오차범위는 ±1.5-2중량%이고, 지르코늄이나 알루미늄은 물론 티타늄이나 Ncb14d에 대하여는 최소 최대에 대한 오차범위를 나타낸 것이고, 구리나 니켈일 경우에는 최소치를 기준으로 최대치에서의 오차범위를 나타낸 사출성형되는 금속합금의 제조방법.
3. 제1항에 있어서.
   상기 구성은 지르코늄+ 알루미늄 : 얇게 압착 용융 제조 가능, 지르코늄 + 티타늄 : 강도를 강화 티타늄 7.50(5%- 8%) Ncb 14 20.14 (15%-25%) 구리 1.02 (0.5%-3%) 니켈 1.63 (0.5%- 3%)로 이루어지는 사출성형되는 금속합금의 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 용융순서를 지르코늄, 알루미늄, 티타늄 순으로 투입하고 1100도에서 안정시킨 후 5분에서 10분후에 Ncb14, 구리, 니켈 순으로 투입하게 되는 사출성형되는 금속합금의 제조방법.

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