KR20180091376A - 고압주조용 솔트코어 및 그 접합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 솔트코어 및 그 접합 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 솔트코어 단편을 2-piece 로 분할 제작 후 접합함으로써 치수안정성 및 강도를 확보할 수 있는 솔트코어 및 그 접합 방법에 관한 것이다.
보다 더 구체적으로 본 발명은 2개의 솔트 코어 단편을 접합하여 형성되는 고압주조용 솔트 코어 및 그 접합 방법에 관한 것으로서, 상기 솔트 코어 단편의 접합은 열경화성 에폭시 소재를 접합재로 사용하고 접합 후 온도 및 시간 유지 조건 및 접합재 도포 두께를 최적화함으로써 고압주조용 솔트 코어의 치수안정성 및 강도를 확보할 수 있는 고압주조용 솔트코어 및 그 접합 방법에 관한 것이다.

Description

고압주조용 솔트코어 및 그 접합 방법{High Pressure Salt Core and Method for Bonding thereof}

본 발명은 솔트코어 및 그 접합 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 솔트코어 단편을 2-piece 로 분할 제작 후 접합함으로써 치수안정성 및 강도를 확보할 수 있는 솔트코어 및 그 접합 방법에 관한 것이다.

주조 공정(Casting Process)은 액체의 유동을 이용하는 것으로서, 용융된 금속재료를 준비된 금형(mold)에 넣어 금형을 채우고 응고시키는 재료 가공 방법의 일종이며, 금형의 형상과 주입 방법에 따라 여러 가지 공법이 이용되고 있다.

이러한 주조 공정은 한 단계의 공정만으로 용융 가능한 재료를 이용하여 복잡한 형상을 만들 수 있다는 장점이 있다. 주조 공정은 금형 제작 공정, 용해 공정, 주입 공정 및 주형 분리 공정 등으로 구성된다. 금형 제작 공정에서 금형은 원하는 주물이 제조될 수 있도록 그에 적합한 형상 및 크기를 가져야 하며, 응고 재료의 수축에 적합한 여유율을 가져야 한다. 용해 공정에서는 적정 온도로 금속을 가열하여 액체로 만든 후, 용융 금속 내의 수소가스로를 제거하여야 하고, 주입 공정에서는 주입 시 와류의 발생을 최소화하는 한편 응고 시에는 응고 수축을 만들지 않도록 설계되어야 한다. 그 후 주형을 분리하고, 분리된 후에는 주입구 및 탕구 절단, 세척, 열처리 및 검사 과정을 거쳐 주조 공정이 마무리된다.

한편, 주물의 내부 형상을 만들기 위해 주형 내에 삽입하는 것을 코어(core)라고 한다. 코어는 중공제품을 제조하는 데 사용되며, 코어는 주조 중 용융 금속의 열과 압력을 견디면서 그 형상을 유지하기에 충분한 기계적 강도를 가져야 하는 동시에, 주조 후에는 주조품으로부터 용이하게 제거될 수 있도록 비교적 쉽게 파손되거나 혹은 다른 물질에 용해될 수 있어야 한다.

이러한 코어의 재료로는 일반적으로 모래, 열경화성 수지 혹은 솔트(salt)가 사용된다. 모래를 사용하는 방법의 경우, 모래는 바인더와 함께 코어를 형성하는데, 원하는 구조를 코어 주변에 주조한 후 코어를 지지하는 바인더 및 모래를 제거하게 된다. 열경화성 수지를 사용하는 방법의 경우에는 코어의 재료로서 폼(foam)이 사용된다. 그러나 모래 혹은 열경화성 수지를 사용하는 방법들은 환경 문제를 유발하는 점이 지적되어 왔고, 이에 최근에는 솔트를 재료로 사용하는 솔트 코어 방법이 많이 사용되고 있다.

그러나 일반적인 솔트 코어 제조 기술의 경우 일체형 주조를 통해 코어의 형상을 구현하는 바, 이러한 일체형 솔트 코어는 구현 가능한 형상의 제약이 크고 또한 수축율이 높은 솔트코어의 특성 상 주조 후 발생하는 과도한 변형으로 인해 치수정밀도가 낮은 것이 문제점으로 지적되어 왔다. 즉 솔트 코어 적용 고압주조의 경우 치수정밀도를 필요로 하는 제품에 적용이 어려운 문제가 있었다.

이에, 본 발명은 코어를 분할 제작 후 에폭시 등의 유기물질을 통한 접합을 통하여 치수 안정성이 현저히 개선되고, 역구배 형상에 제약을 받지 않으며 접합면 강도가 우수한 고압주조용 솔트코어 및 그 접합 방법을 제공하기 위하여 고안되었다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고압주조용 솔트 코어 제작 시 염 화합물의 수축 문제로 인하여 치수정밀도가 낮아지고 역구배 형상 등 복잡한 형상으로 제작하는 데 제약이 있었던 문제점을 개선하여 코어를 분할 제작 후 에폭시 등의 유기물질을 이용하여 접합함으로써 제품 치수 안정성이 현저히 개선되고 역구배 형상 제작이 보다 용이한 고압주조용 솔트 코어 및 그 접합 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 고압주조용 솔트 코어 단편의 접합재 및 접합 조건을 최적화함으로써 치수안정성 및 접합면 강도가 우수한 고압주조용 솔트코어를 제조할 수 있는 접합 방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 고압주조용 솔트 코어(10)에 있어서, 2개의 솔트 코어 단편을 접합하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 솔트 코어는 그 양단부(11)의 직경보다 중앙부(12)의 직경이 작게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 솔트 코어는 그 길이가 180~220mm로 형성되고, 양단부의 직경이 19~21mm, 중앙부의 직경이 15~17mm로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 솔트 코어는 탄소(C), 산소(O), 나트륨(Na), 염소(Cl), 칼륨(K)을 포함하여 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 솔트 코어는 탄소(C) 20~30 at%, 산소(O) 40~50 at%, 나트륨(Na) 23.5~33.5 at%, 염소(Cl) 0.5~1.5 at%, 칼륨(K) 0.25~0.75 at%로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 솔트코어 단편의 접합은 열경화성 에폭시 소재를 접합재로 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 솔트코어 단편의 접합은 단편 접합 후 120 내지 180℃ 에서 20 내지 40분 간 유지 처리하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 솔트코어 단편의 접합은 단편 접합부(13)에 접합재를 100 내지 200㎛ 도포하는 것이 바람직하다.

상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 타 측면에 의하면, 단편 금형을 이용하여 솔트코어 단편들을 제작하는 단계; 솔트코어 단편 접합부에 접합재를 도포하는 단계; 및 2개의 솔트코어 단편을 접합하는 단계; 를 포함하는 고압주조용 솔트 코어의 접합 방법을 제공하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 접합재는 열경화성 에폭시 소재인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 접합재 도포단계는, 솔트코어 단편 접합 후 120 내지 180℃ 에서 20 내지 40분 간 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 솔트코어 단편의 접합은 단편 접합부에 접합재를 100 내지 200㎛ 도포하는 것이 바람직하다.

본 발명의 고압주조용 솔트 코어 및 그 접합 방법에 의하면, 기존 솔트코어 제조 방법으로 구현하지 못했던 역구배 등의 복잡형상을 구현할 수 있으며, 내부 코어형상이 복잡하고 치수정밀도를 요하는 주조품에 솔트코어를 적용한 고압주조 공법을 적용할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 고압주조용 솔트코어 및 그 접합 방법에 의하면, 열경화성 에폭시 소재를 사용하여 최적의 접합 조건을 구현함으로써 솔트코어 단편 접합부의 접합강도를 현저히 상승시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고압주조용 솔트 코어를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 2-piece 솔트 코어 단편 금형을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고압주조용 솔트 코어 단편의 사진도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 2-piece 솔트 코어 접합지그를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 솔트 코어 접합강도 평가를 위한 장비를 나타낸 사진도.
도 6은 접합파단의 종류별 형태를 나타낸 단면도.
도 7은 비교예 및 본 발명의 일실시예에 따른 접합재의 굽힘강도 평가값을 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고압주조용 솔트 코어의 모재 파단 부분을 나타낸 사진도.
도 9는 종래기술 및 본 발명의 일실시예에 따른 응고해석 결과를 나타낸 사진도.
도 10은 본 발명의 일실시예와 종래기술에 따른 강도 측정을 위한 솔트코어 시편을 제조하기 위한 금형의 구성도.
도 11은 강도 측정을 위한 솔트코어 시편의 사진도.
도 12는 솔트코어의 강도 측정을 위한 장치의 사진도.
도 13은 수축률 측정을 위한 솔트코어 시편의 사진도.
도 14는 수축률 측정을 위한 솔트코어 시편의 단면을 나타낸 사진도.
도 15는 종래기술에 따른 솔트코어 시편의 균열 발생을 나타낸 사진도
도 16은 종래기술에 따른 솔트코어 시편의 균열 발생을 나타낸 사진도
도 17은 종래기술에 따른 솔트코어 시편의 균열 발생을 나타낸 사진도
도 18은 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 솔트코어의 강도와 수축률을 동시에 나타낸 그래프도.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 돌로마이트 0.5 중량%를 포함한 솔트코어 시편의 단편을 나타낸 사진도.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 돌로마이트 0.1 중량%를 포함한 솔트코어 시편의 단편을 나타낸 사진도.
도 21은 종래기술에 따른 돌로마이트 0 중량%를 포함한 솔트코어 시편을 나타낸 사진도.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 돌로마이트 0.1 중량%를 포함한 솔트코어 시편을 나타낸 사진도.
도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 돌로마이트 0.5 중량%를 포함한 솔트코어 시편을 나타낸 사진도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

주조 공정에 있어서, 주물의 내부에 위치하게 되는 코어의 재료로는 일반적으로 모래, 열경화수지 혹은 솔트(salt)가 사용된다. 그러나 모래 혹은 열경화성 수지를 사용하는 방법들은 환경 문제를 유발하는 문제점이 있고, 이에 최근에는 솔트를 재료로 사용하는 솔트 코어 방법이 많이 사용되고 있다.

즉, 최근에는 NaCl, KCl, Na₂CO₃ 등의 염 화합물을 용융하여 고압주조를 통해 고강도 솔트 코어를 제작하고자 하는 시도가 있어 왔으며, 이러한 솔트 코어는 일반 사형 코어의 강도가 2~3MPa 임에 비하여 강도가 18~20 MPa 으로 비약적으로 향상됨에 따라, 고압주조가 가능하다는 장점이 있다.

그러나 일반적인 솔트 코어 제조기술의 경우 일체형 주조를 통해 코어의 형상을 구현하는 바, 이러한 일체형 솔트코어는 구현 가능한 형상의 제약이 크고 또한 수축율이 높은 솔트코어의 특성 상 주조 후 발생하는 과도한 변형으로 인해 치수정밀도가 낮은 것이 문제점으로 지적되어 왔다.

이에, 본 발명은 고압주조를 적용한 솔트 코어 제작 시 염 화합물의 수축 문제에서 기인하는 치수정밀도 및 역구배 형상 등 복잡형상으로 제작에 제약이 있는 형상에 대해 코어를 분할 제작 후 에폭시 등의 유기물질을 통한 접합을 통해 제품 치수 안전성이 양호하고 역구배 형상에 제약을 받지 않는 고압주조용 솔트코어 및 그 접합 방법을 제공하기 위하여 고안되었다.

본 발명의 고압주조용 솔트코어는 2개의 솔트 코어 단편을 접합하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고압주조용 솔트 코어(10)를 나타낸 단면도이다. 본 발명의 고압주조용 솔트 코어는 2개의 솔트 코어 단편을 각각 제작한 후 접합부를 접합하는 방법을 통해 제조하며, 완성된 솔트 코어의 형상은 그 양단부(11)의 직경보다 중앙부(12)의 직경이 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로, 상기 솔트 코어는 도 1에 나타난 바와 같이 그 길이가 180~220mm로 형성되고, 양단부의 직경이 19~21mm, 중앙부의 직경이 15~17 mm로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 고압주조용 솔트코어는 탄소(C), 산소(O), 나트륨(Na), 염소(Cl), 칼륨(K)을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 하기 표 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고압주조용 솔트코어의 구성성분 및 각각의 함유량을 나타낸 표이다.

성분	C (at%)	O(at%)	Na(at%)	Cl(at%)	K(at%)
함유량	25	45	28.5	1.0	0.5

본 발명의 고압주조용 솔트 코어는 탄소(C) 20~30 at%, 산소(O) 40~50 at%, 나트륨(Na) 23.5~33.5 at%, 염소(Cl) 0.5~1.5 at%, 칼륨(K) 0.25~0.75 at% 로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 표 1에 나타난 바와 같이 탄소 25 at%, 산소 45 at%, 나트륨 28.5 at%, 염소 1.0 at%, 칼륨 0.5 at% 를 포함하여 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 고압주조용 솔트 코어에 있어서, 단편의 접합은 열경화성 에폭시 소재를 접합재로 사용하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 고압주조용 솔트 코어의 치수안정성을 향상시키기 위하여 종래의 일체형 코어 제조 방법을 사용하지 않고 2-piece로 솔트 코어를 분할하여 제작한 후 접합하는 방법을 통하여 치수안정성 및 강도를 향상시키기 위한 것이다.

즉, 본 발명의 고압주조용 솔트 코어는 2개의 솔트 코어 단편을 접합하여 형성되므로, 2-piece 솔트 코어 단편을 접합하기에 충분한 접합 강도를 가진 접합재를 선정하기 위해 에폭시(Epoxy), 시아노아크릴레이트(Cyanoacrylate), 비스말레이미드(Bismaleimide)계 접합재를 사용하여 각각의 굽힘 강도를 측정하였다.

하기 표 2는 비교예 및 본발명의 일실시예에 따른 접합재의 종류를 나타낸 표이다.

구분	접합재
비교예1	에틸-시아노아크릴레이트
비교예2	비스말레이미드계 수지
실시예1	열경화성 에폭시
비교예3	경화제 사용 에폭시

한편, 도 6은 접합파단의 종류별 형태를 나타낸 단면도이다. (a)는 접합재 박리(adhesion failure, AF)를 나타낸 것으로, 한쪽 접합면과 접합재가 분리되어 있는 것을 확인할 수 있다. (b)는 접합재 파단(cohesion fracture, CF)을 나타낸 것으로, 모재에 부착된 상태로 접합재만 파단되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이에 비하여 (c)는 모재 파단(substrate fracture, SF)을 나타낸 것으로, 접합부는 양호하며 모재부에만 파단이 일어나는 것을 확인할 수 있다.

고압주조용 솔트 코어의 경우 모재 파단이 나타나는 것이 가장 바람직하므로, 비교예 및 실시예의 굽힘 강도 측정을 통하여 모재 파단율이 높은 접합재가 고압주조용 솔트 코어 단편의 접합재로서 적합한 것으로 평가할 수 있을 것이다.

한편, 본 발명의 고압주조용 솔트 코어는 단편 접합 후 120 내지 180℃ 에서 20 내지 40분 간 유지 처리하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 고압주조용 솔트코어 단편의 접합은 단편 접합부(13)에 접합재를 100 내지 200㎛ 도포하는 것을 특징으로 한다.

하기 표 3은 비교예 및 본 발명의 일실시예에 따른 접합 조건 및 내열 온도를 나타낸 표이다.

구분	접합 조건	내열 온도
비교예1	상온, 30초	120℃
비교예2	150℃, 2시간 + 200℃, 2시간	300℃
실시예1	150℃, 30분	200℃ 이상
비교예3	상온, 7분	150℃

또한, 본 발명의 고압주조용 솔트 코어 단편의 접합은 단편 접합부에 접합재를 100 내지 200㎛ 도포하는 것을 특징으로 한다.

상기의 조건으로 접합재 및 접합 조건을 설정한 후 솔트코어 접합강도 평가용 단편을 제작하여 접합강도를 측정하였다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 2-piece 솔트코어 단편 금형을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고압주조용 솔트 코어 단편의 사진도이다. 이러한 금형을 이용하여 단편을 제작 한 후, 상기 표 2에 따른 접합재를 단편의 접합부에 100 내지 200㎛ 각각 도포한 후 상기 표 3의 조건으로 각 단편을 접합하였다.

한편, 각 접합재 별 접합에 따른 솔트 코어의 굽힘강도 평가가 정확하기 위해서는 솔트 코어 단편의 접합부에 도포되는 접합재의 두께가 일정해야 한다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 2-piece 솔트 코어 접합지그를 나타낸 사시도로서, 이러한 형태의 솔트 코어 접합지그를 제작하여 접합재를 동일하게 도포할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 솔트 코어 접합강도 평가를 위한 장비를 나타낸 사진도이다. 본 발명에서는 비교예 및 실시예에 따라 접합된 솔트 코어의 접합 강도를 평가하기 위하여 3점 굽힘 시험을 실시하였다. 평가 장비는 Zwick Z2.5 를 사용하였고, 로드셀(Load cell)은 1kN, support point의 반지름은 5 mm, bending die 의 반지름은 10 mm, Cross head의 속도는 1 mm/min 로 하여 3점 굽힘 시험을 실시하였다.

하기 표 4는 비교예 및 본 발명의 일실시예에 따른 굽힘강도 평가값을 나타낸 표이다.

구분	비교예1	비교예2	실시예1	비교예3
굽힘강도(MPa)	3.62	2.66	12.84	7.45

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 비교예 1 내지 비교예 3의 경우 굽힘강도가 각각 3.62 MPa, 2.66 MPa 및 7.45 MPa 에 불과함에 비하여, 실시예의 경우 굽힘강도가 12.84 MPa 로, 비교예에 비해 굽힘강도가 현저하게 상승한 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 7은 비교예 및 본 발명의 일실시예에 따른 접합재의 굽힘강도 평가값을 나타낸 그래프이다. 전술한 바와 같이 실시예의 경우 굽힘강도 값이 비교예에 비하여 현저히 상승한 12.84MPa 를 나타낸 것을 확인할 수 있으며, 접합파단의 종류를 비교하여보면, 비교예 1의 경우 접합재 파단(CF)이 100%이고, 비교예 2의 경우 접합재 파단(CF)이 70% 및 접합재 박리(AF)가 30%이며, 비교예 3의 경우 접합재 박리(AF)가 90% 및 모재 파단(SF)이 10%를 나타내고 있다. 이에 비하여 실시예의 경우 모재 파단(SF)이 72%, 모재 파단(SF)과 접합재 박리(AF)의 혼합이 27%를 나타냄으로써 모재 파단율이 가장 높은 바, 고압주조용 솔트 코어 단편의 접합재로서 가장 적합한 물성을 가지는 것으로 확인되었다.

한편, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고압주조용 솔트 코어의 모재 파단 부분을 나타낸 사진도이다.

결과적으로, 실시예와 같이 열경화성 에폭시를 접합재로 사용하고, 솔트 코어 단편의 접합은 단편 접합부에 접합재를 100 내지 200㎛ 도포 및 접합 후 120 내지 180℃ 에서 20 내지 40분 간 유지 처리하는 경우 가장 우수한 굽힘강도를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이는 도 8에서 볼 수 있는 것과 같이 접합강도가 솔트코어 강도보다 높아서 모재부 파단이 일어나기 때문이며, 따라서 비교예에 비하여 실시예가 가장 적합한 솔트코어 접합재 및 접합 조건인 것을 알 수 있다.

도 9는 종래기술 및 본 발명의 일실시예에 따른 터보차져 컴프레셔 하우징 응고해석 결과를 나타낸 사진도이다. 일체형 및 분할형 솔트코어 응고해석 결과, 일체형일 때에는 최종 응고부 즉 수축공 발생부가 넓게 분포되어 변형, 뒤틀림 및 크랙 등의 결함이 발생할 가능성이 높으며, 따라서 변형, 뒤틀림 등의 문제로 인하여 부품의 치수정밀도가 떨어지는 문제점이 발생하게 된다(도 9의 (a) 참조). 이에 비하여, 분할형 샘플의 경우 최종 응고부의 분리로 인하여 변형, 뒤틀림 등의 현상이 일체형에 비하여 적게 나타나는 것을 확인할 수 있다(도 9의 (b) 참조).

한편, 본 발명은 단편 금형을 이용하여 솔트코어 단편들을 제작하는 단계, 솔트코어 단편 접합부에 접합재를 도포하는 단계 및2개의 솔트코어 단편을 접합하는 단계를 포함하는 고압주조용 솔트 코어의 접합 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접합재는 열경화성 에폭시 소재인 것이 바람직하고, 상기 접합재 도포단계는 솔트코어 단편 접합 후 120 내지 180℃ 에서 20 내지 40분 간 유지하는 것이 바람직하며, 솔트코어 단편 접합부에 접합재를 100 내지 200㎛ 도포하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 있어서 상기 고압주조용 솔트코어의 성분은 Na⁺, K⁺, Cl^-, Mg²⁺, Ca²⁺, Br^-, SO₄ ^2-, Al³⁺, B³⁺, BO₃ ^3-, Si⁴⁺ 또는 O^2- 중 적어도 어느 하나 이상의 이온을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 솔트코어는 물에 용해될 수 있는 솔트(염)으로 형성될 수 있으며 상술한 음이온 및 양이온뿐만 아니라 종래기술에 이용되는 모든 염으로 상기 솔트코어를 제조할 수 있다.

보다 구체적으로 상기 솔트코어의 성분에 대하여 설명하면, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 상기 솔트코어의 성분은K⁺, Na⁺ 및 Mg²⁺ 중 하나 이상의 양이온을 포함하며, Cl^- 및 CO₃ ^2- 중 하나 이상의 음이온을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 K⁺는 약 35 내지 40 몰부, 상기 Na⁺는 약 110 내지 130 몰부 및 상기 Mg²⁺는 약 0 몰부 초과 1 몰부 미만이며, 상기 Cl^-는 약 35몰부 초과 42 몰부 미만 및 상기 CO₃ ^2- 는 약 55 내지 65 몰부인 것이 바람직하며, 상기 K⁺ 또는 Mg²⁺는 상기 Cl^-과 결합하며, 상기 Na⁺는 상기 CO₃ ^2- 과 결합하는 것이 바람직하다. 나아가, 상기 KCl은 약 35 내지 40 몰부, 상기 Na₂CO₃는 약 55 내지 65 몰부 및 상기 MgCl₂는 약 0 몰부 초과 1 몰부 미만인 것이 바람직하다.

더불어, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 상기 솔트코어의 성분은 K⁺ 및 Na⁺ 중 하나 이상의 양이온, Cl^- 및 CO₃ ^2- 중 하나 이상의 음이온 및 돌로마이트를 포함하는 것이 바람직하다. 나아가, 상기 K⁺은 약 35 내지 40 몰부 또는 상기 Na⁺는 약 110 내지 130 몰부이며, 상기 Cl^-이 약 35 내지 40 몰부 또는 상기 CO₃ ^2- 는 약 55 내지 65 몰부이며, 상기 돌로마이트는 전체 중량에 대하여 약 0 중량% 초과 1중량%미만인 것이 바람직하며, 상기 K⁺는 상기 Cl^-과 결합하며, 상기 Na⁺는 상기 CO₃ ^2- 과 결합하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 KCl은 약 35 내지 40 몰부, 상기 Na₂CO₃는 약 55 내지 65 몰부이며, 상기 돌로마이트는 전체 중량에 대하여 약 0 중량% 초과 1중량%미만인 것이 바람직하다.

한편, 종래기술에 있어서 솔트코어는 고압주조시 알루미늄 용탕의 주입 압력에 의하여 파손되는 문제와 알루미늄 용탕이 응고되는 과정에서 과도한 수축에 의하여 알루미늄 주조품이 변형되는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 강도를 향상시켰을 뿐만 아니라 솔트코어의 수축률을 감소시켜 알루미늄 주조품의 변형발생을 감소시키는 장점이 있다.

종래기술의 사형코어의 경우 약 3 내지 5MPa의 강도를 가지고 있어 고압주조시 용탕이 주입되는 압력을 견딜 수 없는 문제점이 있었다. 따라서, 고압주조시 용탕이 주입되는 압력을 견디기 위해서는 적어도 약 15MPa의 강도를 만족시켜야 한다. 또한, 솔트코어의 수축률은 상기 솔트코어를 삽입하여 주조할 주조품이 알루미늄을 이용하기 때문에 알루미늄의 수축률과 유사한 약 1.2%이하일 것을 요구한다.

결국, 상기 요건을 만족시키는 솔트코어를 개발하기 위하여 솔트코어의 강도와 수축률을 평가하는 방법을 검토한다. 솔트코어의 강도에 대한 측정방법을 구체적으로 살펴보면, 도10은 본 발명의 일실시예와 종래기술에 따른 강도 측정용 솔트코어 시편을 제조하기 위한 금형(21)의 구성도이다. 상기 도10과 같은 강도 측정용 솔트코어 시편을 제조하기 위한 금형(Diez-die)을 이용하여 강도 측정용 솔트코어 시편(23)을 제작하였다. 도11은 강도 측정용 솔트코어 시편(23)의 사진도이다. 상기 도10의 강도 측정용 솔트코어 시편을 제조하기 위한 금형(21)을 이용하여 만든 강도 측정용 솔트코어 시편(23)은 상기 도11과 같다. 도12는 솔트코어의 강도 측정을 위한 장치의 사진도이다. 상기 종래기술에 따른 강도 측정용 솔트코어 시편과 본 발명의 강도 측정용 솔트코어 시편을 도12와 같은 장치를 이용하여 강도를 측정하였다.

나아가, 솔트코어의 수축률에 대한 측정방법을 구체적으로 살펴보면, 도13은 수축률 측정을 위한 솔트코어 시편(25)의 사진도이다. 종래기술의 수축률 측정용 솔트코어 시편과 본 발명의 수축률 측정용 솔트코어 시편의 수축률을 평가하기 위하여 상기 도13과 같은 형상의 수축률 측정용 솔트코어 시편(Tatur sample)을 제작하였다. 도14는 수축률 측정을 위한 솔트코어 시편(25)의 단면을 나타낸 사진도이다. 상기 도14는 수축률 측정용 솔트코어 시편(25)을 포함한 알루미늄 주조품의 단면으로 상기 수축률 측정용 솔트코어 시편의 내부공간(27)이 형성되어 있음을 확인할 수 있다.

[수학식1]

고체화 수축률(%)=V_{수축률 측정용 솔트코어 시편의 내부 공간}/ V_{수축률 측정용 솔트코어 시편}

상기 수학식1은 고체화 수축률(Micro Shinkage)을 나타내는 것으로 수축률 측정용 솔트코어 시편의 내부공간의 부피를 수축률 측정용 솔트코어 시편의 부피로 나눈 값에 해당한다. 보다 구체적으로, 솔트코어 시편의 내부공간이 수축되어 생긴 부피(cavity)를 금형 전체의 부피(cavity)로 나눈 것으로, 솔트코어의 차이에 따라 수축률의 차이를 확인할 수 있는 지표에 해당한다. 즉, 일종의 내부 수축률이라고 할 수 있다.

[수학식2]

수축률(%)=(V_{수축률 측정용 솔트코어 시편} - V_염)/V_{수축률 측정용 솔트코어 시편}

상기 수학식2는 수축률 측정용 솔트코어 시편의 부피와 염의 부피의 차이값을 수축률 측정용 솔트코어 시편의 부피로 나눈 값으로 수축률(Macro Shinkage)에 해당한다. 솔트코어의 치수와 금형의 치수가 일치하는지 나타내는 지표에 해당하며, 본 발명의 솔트코어를 적용하기 위해서는 내부 수축률 즉, 고체화 수축률 이외에도 솔트코어의 외곽 치수의 일치성도 중요한 요소에 해당한다. 상기 수학식 1의 내부 수축률 이외에도 금형과 솔트코어의 외각 치수가 일치하는 것은 솔트코어의 주조시 수축되지 않기 위한 목적상 중요한 요소에 해당한다. 이에 따라, 상기 수축률(Macro Shinkage)을 가지고 종래기술과 본 발명의 솔트코어의 수축률을 비교하는 기준으로 하였다.

따라서, 상기 솔트코어의 강도 및 수축률 평가 방법 및 기준에 의하여 종래기술인 비교예와 본 발명인 실시예의 강도와 수축률을 측정하였다.

	NaCl	KCl	Na2CO3	CaCl2	MgCl2	돌로마이트
비교예4	40 mol%	X	60 mol%	X	X	X
비교예5	70 mol%	X	30 mol%	X	X	X
비교예6	X	40 mol%	60 mol%	X	X	X
비교예7	X	70 mol%	30 mol%	X	X	X
비교예8	10 mol%	30 mol%	60 mol%	X	X	X
비교예9	25 mol%	25 mol%	50 mol%	X	X	X
비교예10	40 mol%	X	X	60 mol%	X	X
비교예11	60 mol%	X	X	40 mol%	X	X
비교예12	X	70 mol%	X	30 mol%	X	X
비교예13	X	80 mol%	X	20 mol%	X	X
비교예14	X	X	10 mol%	90 mol%	X	X
비교예15	X	X	20 mol%	80 mol%	X	X
비교예16	X	X	30 mol%	70 mol%	X	X
비교예17	X	X	40 mol%	60 mol%	X	X
비교예18	X	X	50 mol%	50 mol%	X	X
비교예19	X	X	60mol%	40 mol%	X	X
비교예20	X	39 몰부	60 몰부	X	X	1 중량%
비교예21	X	35 몰부	60 몰부	X	X	5 중량%
비교예22	X	35 mol%	60 mol%	X	5 mol%	X
비교예23	X	37 mol%	60 mol%	X	3 mol%	X
비교예24	X	39 mol%	60 mol%	X	1 mol%	X

상기 표5는 종래기술인 비교예들의 성분을 나타낸 표이다. 상기 비교예4 및 비교예5는 NaCl과 Na₂CO₃만을 포함한 솔트코어에 해당하며 조성비를 달리한 것이다. 상기 비교예6 및 비교예7은 KCl과 Na₂CO₃만을 포함한 솔트코어에 해당하며 조성비를 달리한 것이다. 상기 비교예 8 및 비교예9는 NaCl, KCl과 Na₂CO₃만을 포함한 솔트코어에 해당하며 조성비를 달리한 것이다. 상기 비교예 10 및 비교예11은 NaCl 과 CaCl₂만을 포함한 솔트코어에 해당하며 조성비를 달리한 것이다. 상기 비교예 12 및 비교예13은 KCl과 CaCl₂만을 포함한 솔트코어에 해당하며 조성비를 달리한 것이다. 상기 비교예 14 내지 비교예19는 Na₂CO₃과 CaCl₂만을 포함한 솔트코어에 해당하며 조성비를 달리한 것이다. 상기 비교예 20 및 비교예21은 KCl, Na₂CO₃와 돌로마이트를 포함한 솔트코어에 해당하며 조성비를 달리하였고, 상기 돌로마이트의 조성비는 상기 솔트코어의 전체 중량에 대하여 1 중량%와 5 중량%를 포함한 것이다.

	NaCl	KCl	Na2CO3	CaCl2	MgCl2	돌로마이트
실시예2	X	39.9 몰부	60 몰부	X	X	0.1중량%
실시예3	X	39.7 몰부	60 몰부	X	X	0.3중량%
실시예4	X	39.5 몰부	60 몰부	X	X	0.5중량%

상기 표6은 본 발명의 알루미늄 주조용 솔트코어에서 돌로마이트를 포함한 솔트코어의 조성을 나타낸 표이다. 구체적으로 상기 실시예 2 내지 실시예4는 KCl, Na₂CO₃와 돌로마이트를 포함한 솔트코어에 해당하며 조성비를 달리하였고 상기 돌로마이트는 상기 솔트코어의 전체 중량에 대하여 각각0.1 중량%, 0.3중량%와 0.5 중량%를 포함한 것이다.

	NaCl	KCl	Na2CO3	CaCl2	MgCl2	돌로마이트
실시예5	X	39.5 몰부	60 몰부	X	0.5 몰부	X
실시예6	X	39.7 몰부	60 몰부	X	0.3 몰부	X
실시예7	X	39.9 몰부	60 몰부	X	0.1 몰부	X

상기 표7은 본 발명의 알루미늄 주조용 솔트코어에서 MgCl₂를 포함한 솔트코어의 조성을 나타낸 표이다. 구체적으로 상기 실시예 5 내지 실시예7은 KCl, Na₂CO₃와 MgCl₂를 포함한 솔트코어에 해당하며 조성비를 달리하였고 MgCl₂는 각각0.1 몰부, 0.3몰부와 0.5 몰부를 포함한 것이다.

	강도 (MPa)	수축률(%)
비교예4	19~22	2.85
비교예5	22~27	3.96
비교예6	20~22	2.80
비교예7	11~16	3.10
비교예8	19~23	2.60
비교예9	21~24	3.20
비교예20	21~24	1.37
비교예21	16~19	2.26
비교예22	8~12	3.20
비교예23	13~17	2.36
비교예24	15~19	1.30
실시예2	15~20	0.71
실시예3	18~21	0.94
실시예4	20~24	1.17
실시예5	15~22	1.08
실시예6	17~18	0.7
실시예7	17~19	0.8

상기 표8은 비교예와 실시예의 강도와 수축률을 나타낸 표이다. 본 발명의 알루미늄 주조용 솔트코어에 있어서 고압주조 공법을 적용하기 위해서는 솔트코어의 강도가 약 15MPa이상을 만족하여야 한다. 나아가, 알루미늄 용탕을 이용한 고압주조를 실시하기 위해서는 알루미늄 수축률과 솔트코어의 수출률의 차이로 인한 변형을 방지하기 위하여 알루미늄의 수축률과 유사한 약 1.2%이하의 값을 가질 것을 요구한다.

상기 실시예와 비교예를 구체적으로 살펴보면, 비교예 10 내지 비교예19와 같은 조성으로 솔트코어를 제작하는 경우, 강도 측정용 솔트코어 시편에 균열이 발생하여 솔트코어로 역할을 할 수 없을 뿐만 아니라 강도 측정도 불가능한 문제가 있다. 도15내지 도17은 종래기술에 따른 솔트코어 시편의 균열 발생을 나타낸 사진도이다. 상기 도 15 내지 도 17과 같이 종래기술인 비교예 10 내지 비교예19의 조성비에 따라 제작된 강도 측정용 솔트코어 시편이 파괴된 것을 확인할 수 있다.

나아가, 상기 비교예4 내지 비교예9 및 비교예20 내지 비교예24는 수축률이 모두 1.2%를 초과하는 것으로 본 발명의 솔트코어의 수축률을 만족하지 못하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 비교예7, 비교예21 및 비교예23은 모두 최저 강도가 15MPa보다 작은 것으로 본 발명의 솔트코어의 강도를 만족하지 못하는 것을 확인할 수 있다.

보다 구체적으로 실시예와 비교예의 강도와 수축률을 그래프로 확인하면, 도18과 같다. 도18은 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 솔트코어의 강도와 수축률을 동시에 나타낸 그래프도이다. 상기 그래프의 좌측의 세로축은 강도를 나타내며 단위는 MPa에 해당한다. 또한, 상기 그래프의 우측의 세로축은 수축률을 나타내며, 단위는 %이다. 나아가, 상기 그래프의 막대그래프는 강도를 나타내며, 상기 그래프의 선그래프는 수축률을 나타낸다. 상기 도18에서는 종래기술인 비교예 10 내지 비교예19의 조성비에 따라 제작된 강도 측정용 솔트코어 시편이 파괴되어 강도를 측정할 수 없어 표에서 제외되었다.

결국 상기 도18과 같이 수축률 약 1.2%이하인 기준과 강도 약 15MPa의 조건을 만족시키는 솔트코어는 본 발명의 실시예2 내지 실시예7인 것을 확인할 수 있다.

구체적으로 본 발명의 솔트코어의 수축률과 관련된 성분을 구체적으로 살펴보면, 마그네슘계 산화물 또는 칼슘계 산화물을 주 성분으로 화합물인 돌로마이트(Dolomite)를 솔트코어의 전체 중량에 대하여 약 0 중량% 초과 내지 1중량% 미만 또는 MgCl₂ 를0몰부 초과 내지 1몰부 미만에 해당하는 양을 첨가하는 것에 따른 시험 결과는 다음과 같다.

상기 돌로마이트 및 MgCl₂의 역할은 상기 돌로마이트 및 MgCl₂를 첨가함에 따라 솔트코어 내에서 미세버블을 만들어 알루미늄 용탕이 응고되는 경우 발생하는 솔트코어의 수축을 보상하는 역할을 하며, 첨가량에 따라 미세버블의 효과는 돌로마이트 1중량% 또는 MgCl₂ 1몰부까지 증가한다. 만일 상기 첨가량이 돌로마이트 1중량% 또는 MgCl₂ 1몰부 이상인 경우 솔트코어 내의 미세버블이 과다발생하여 과도한 버블효과로 인한 솔트코어의 팽창으로 수축률 1.2%를 만족하지 못하게 된다.

도19는 본 발명의 일실시예에 따른 돌로마이트 0.5 중량%를 포함한 솔트코어 시편의 단편을 나타낸 사진도이며, 도20은 본 발명의 일실시예에 따른 돌로마이트 0.1 중량%를 포함한 솔트코어 시편의 단편을 나타낸 사진도이다. 상기 도 19 및 도20과 같이 솔트코어에 돌로마이트를 포함함으로써 미세버블이 발생한 것을 확인할 수 있다. 또한, 돌로마이트의 첨가량이 증가할수록 미세버블의 크기가 증가하는 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 21은 종래기술에 따른 돌로마이트 0 중량% 초과하여를 포함한 솔트코어 시편을 나타낸 사진도이며, 도22는 본 발명의 일실시예에 따른 돌로마이트 0.1 중량%를 포함한 솔트코어 시편을 나타낸 사진도이고, 도23은 본 발명의 일실시예에 따른 돌로마이트 0.5 중량%를 포함한 솔트코어 시편을 나타낸 사진도이다. 상기 도 21과 다르게 도 22 및 도23과 같이 돌로마이트의 첨가량에 따라 솔트코어가 팽창하는 것을 확인할 수 있다. 상기 도21은 솔트코어 조성에 돌로마이트가 첨가되지 않은 것으로 솔트코어 제조시 내부에 수축으로 공간이 형성된 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 도22는 솔트코어 조성에 돌로마이트가 0.1 중량% 첨가된 것으로 솔트코어 제조시 솔트코어 내부에 미세버블 형성으로 내부공간이 형성되지 않은 것을 확인할 수 있다. 나아가, 도23은 솔트코어 조성에 돌로마이트가 0.5 중량% 첨가된 것으로 솔트코어 제조시 솔트코어 내부에 미세버블이 증가된 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면 고압주조를 적용한 솔트 코어 제작 시 염 화합물의 수축 문제로 인하여 치수정밀도 감소 및 역구배 형상 등 복잡한 형상의 제작 시 제약이 발생하는 문제점을 극복하기 위하여, 코어를 분할 제작 후 에폭시 등의 유기물질을 이용하여 최적의 접합 조건에 따라 접합함으로써 제품 치수 안전성이 양호하고 역구배 형상 제작에 제약을 받지 않는 솔트코어를 제작할 수 있는 효과가 있다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

10 : 고압주조용 솔트 코어
11 : 양단부
12 : 중앙부
13 : 접합부
21 : 강도 측정용 솔트코어 시편을 제조하기 위한 금형
23 : 강도측정용 솔트코어 시편
25 : 수축률 측정용 솔트코어 시편
27 : 수축률 측정용 솔트코어 시편의 내부공간

Claims (12)

1. 2개의 솔트 코어 단편을 접합하여 형성되는 고압주조용 솔트 코어.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 솔트 코어는 그 양단부(11)의 직경보다 중앙부(12)의 직경이 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 고압주조용 솔트 코어.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 솔트 코어는 그 길이가 180~220mm로 형성되고, 양단부(11)의 직경이 19~21mm, 중앙부(12)의 직경이 15~17mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 고압주조용 솔트 코어.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 솔트 코어는 탄소(C), 산소(O), 나트륨(Na), 염소(Cl), 칼륨(K)을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 고압주조용 솔트 코어.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 솔트 코어는 탄소(C) 20~30 at%, 산소(O) 40~50 at%, 나트륨(Na) 23.5~33.5 at%, 염소(Cl) 0.5~1.5 at%, 칼륨(K) 0.25~0.75 at%로 형성되는 것을 특징으로 하는 고압주조용 솔트 코어.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 솔트코어 단편의 접합은 열경화성 에폭시 소재를 접합재로 사용하는 것을 특징으로 하는 고압주조용 솔트 코어.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 솔트코어 단편의 접합은 단편 접합 후 120 내지 180℃ 에서 20 내지 40분 간 유지 처리하는 것을 특징으로 하는 고압주조용 솔트 코어.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 솔트코어 단편의 접합은 단편 접합부(13)에 접합재를 100 내지 200㎛ 도포하는 것을 특징으로 하는 고압주조용 솔트 코어.
   
9. 단편 금형을 이용하여 솔트코어 단편들을 제작하는 단계;
   솔트코어 단편 접합부에 접합재를 도포하는 단계; 및
   2개의 솔트코어 단편을 접합하는 단계;
   를 포함하는 고압주조용 솔트 코어의 접합 방법.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 접합재는 열경화성 에폭시 소재인 것을 특징으로 하는 고압주조용 솔트 코어의 접합 방법.
    
11. 제 9항에 있어서, 상기 접합재 도포단계는,
    솔트코어 단편 접합 후 120 내지 180℃ 에서 20 내지 40분 간 유지하는 것을 특징으로 하는 고압주조용 솔트 코어의 접합 방법.
    
12. 제 9항에 있어서, 상기 접합재 도포단계는,
    솔트코어 단편 접합부에 접합재를 100 내지 200㎛ 도포하는 것을 특징으로 하는 고압주조용 솔트 코어의 접합 방법.
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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