KR20190061996A - 티타늄 합금 부품 성형 방법 - Google Patents

티타늄 합금 부품 성형 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 티타늄 합금 부품 성형 방법에 관한 것으로, 그 구성은, 티타늄소재를 소정의 형상으로 절단하는 제 1단계와, 상기 절단된 소재의 표면을 블래스팅하는 제 2단계와, 상기 소재에 코팅액을 도포하는 제 3단계와, 상기 소재를 열간성형하는 제 4단계와, 상기 소재를 상온에서 냉각시키는 제 5단계와, 상기 소재의 표면을 블래스팅하는 제 6단계와, 상기 소재를 산처리하는 제 7단계와, 상기 소재의 표면에 알파케이스를 측정하는 제 8단계를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

티타늄 합금 부품 성형 방법{A Foaming Method for Titanium Alloy Component}
본 발명은 티타늄 합금 부품 성형 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알파케이스 층의 형성이 최소화되는 티타늄 합금 부품 성형 방법에 관한 것이다.
일반적으로 티타늄 합금 및 복합재료를 정밀 주조하는 경우 티타늄 용탕을 사용한다.
티타늄은 용융상태에서 만능용매로 알려져 있는데, 이로 인해 티나늄 합금 주조시 강한 반응성으로 주형과의 계면반응이 일어난다.
즉, 주형에서 분해된 산소가 침입형 원자로 고용되어 알파케이스(α-case)라는 반응층을 형성하게 된다.
이러한 알파케이스는 기계적 특성에 악영향을 미치게 되는 취약영역이므로, 이를 제거하기 위해 강산을 이용한 케미컬 밀링 등의 후가공을 필요로 하며, 이로 인해서 환경문제, 비용상승 및 치수정밀도 저하 문제가 발생하였다.
공개특허 제 10-2011-0040104호
상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 알파케이스의 형성이 최소화되는 티타늄 합금 부품 성형 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 것으로, 본 발명인 티타늄 합금 성형 방법은, 티타늄소재를 소정의 형상으로 절단하는 제 1단계와, 상기 절단된 소재의 표면을 블래스팅하는 제 2단계와, 상기 소재에 코팅액을 도포하는 제 3단계와, 상기 소재를 열간성형하는 제 4단계와, 상기 소재를 상온에서 냉각시키는 제 5단계와, 상기 소재의 표면을 블래스팅하는 제 6단계와, 상기 소재를 산처리하는 제 7단계와, 상기 소재의 표면에 알파케이스를 측정하는 제 8단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 코팅액은, 알루미늄, 바인더 및 점도조절제를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 코팅액은, 상기 알루미늄 100중량부에 대하여, 바인더 15 내지 40중량부, 점도조절제 150중량부를 혼합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 티타늄 합금 성형 방법에서는 다음과 같은 효과가 있다.
열처리 전에 보호코팅층을 형성하여 알파케이스의 형성층의 두께를 최소화하여 소재의 제거량을 최소화하여 제조비용을 줄이고, 금형의 손상을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 티타늄 합금 부품 성형 방법을 보인 순서도.
도 2는 본 발명에 의한 티타늄 합금 부품 성형 장치 중 블래스팅 장치를 보인 구성도.
도 3은 도 1의 성형 방법 중 비교예 1에 의한 미세조직의 사진을 보인 도면.
도 4는 도 1의 성형 방법 중 실시예 1에 의한 미세조직의 사진을 보인 도면.
도 5는 도 1의 성형 방법 중 실시예 2에 의한 미세조직의 사진을 보인 도면.
도 6은 도 1의 성형 방법 중 실시예 3에 의한 미세조직의 사진을 보인 도면.
도 7은 도 1의 성형 방법 중 실시예 4에 의한 미세조직의 사진을 보인 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명인 티타늄 합금 부품 성형 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 티타늄소재를 소정의 형상으로 절단하는 제 1단계(S1)와, 상기 절단된 소재의 표면을 블래스팅하는 제 2단계(S2)와, 상기 소재에 코팅액을 도포하는 제 3단계(S3)와, 상기 소재를 열간성형하는 제 4단계(S4)와, 상기 소재를 상온에서 냉각시키는 제 5단계(S5)와, 상기 소재의 표면을 블래스팅하는 제 6단계(S6)와, 상기 소재를 산처리하는 제 7단계(S7)와, 상기 소재의 표면에 알파케이스를 측정하는 제 8단계(S8)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명에 의한 티타늄 합금 부품 성형 방법에서 티타늄 소재를 소정의 형상으로 절단하는 제 1단계(S1)가 진행된다.
상기 티타늄 소재의 절단은 여러가지 절단장치를 이용할 수 있으며, 본 발명에서는 레이저절단 장치를 사용할 수 있다.
그리고, 상기 절단된 소재의 표면을 블래스팅하는 제 2단계(S2)가 진행된다. 상기 블래스팅 단계는 상기 소재의 표면을 매끄럽게 처리하는 작업이다.
다음으로, 상기 소재에 코팅액을 도포하는 제 3단계(S3)가 진행된다. 상기 소재에 코팅액을 도포하는 것은 아래에서 설명될 열간성형 중에 티타늄 소재의 표면에 산화반응에 의해 산화층이 발생되는 것을 최소화하기 위함이다.
상기 소재의 코팅액은 여러가지가 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 상기 코팅액은, 알루미늄, 바인더 및 점도조절제를 포함하는 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 알루미늄은 알루미늄 입자를 사용하고, 그 표면을 스테아릭산을 도포하는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 바인더는 알키드(Alkyd)수지를 사용하며, 상기 알키드수지는 나프탈렌산금속(metal naphtenate)을 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 코팅액에는 점도조절제가 더 포함된다. 상기 점도조절제는 톨루엔(toluene) 또는 크실렌(Xylene)을 사용할 수 있다. 상기 톨루엔은 얇은 코팅층을 형성할 때 사용될 수 있고, 상기 크실렌은 뚜꺼운 코팅층을 형성할 때 사용할 수 있다.
상기 코팅액에서 상기 알루미늅 100중량부에 대해, 바인더 15 내지 40중량부, 점도조절제 150중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 바인더의 양이 적으면 접착력이 약하고, 많으면 기포가 많이 생겨 다른 문제점이 발생된다.
그리고, 상기 소재를 열간성형하는 제 4단계(S4)가 진행된다. 상기 성형은 고온인 900℃에서 이루어지며, 금형에 소재를 투입하여 1시간 동안 이루어진다.
상기 열간성형이 종료되면, 상기 성형된 소재를 냉각시키는 제 5단계(S5)가 진행된다. 상기 소재는 상온에서 냉각하며, 상기 소재의 표면에는 산화알루미나(Alumina oxide, Al2O3)를 도포하여 외부의 공기와 반응하는 것을 차단시킨다.
상기 냉각이 종료되면, 상기 소재의 표면을 블래스팅하는 제 6단계(S6)가 진행한다. 이는 상기 소재의 표면에 형성되는 산화층인 알파케이스 층을 제거하기 위함이다.
상기 블래스팅장치는 다양하게 구성될 수 있으며, 본 발명에서는 다음과 같이 구성될 수 있다.
상기 블래스팅장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 밀폐된 소정의 공간이 마련되는 몸체부(10)와, 소재를 하방에서 지지하면서 일방향으로 수평으로 이동하는 슬라이딩지지부(20)와, 상기 소재의 일측면 상방에 마련되어, 상기 소재 방향으로 산화알루미나을 분사하여 가공하는 제 1노즐부(30)와, 상기 소재의 타측면 상방에 마련되어, 상기 소재 방향으로 산화알루미나를 분사하여 가공하는 제 2노즐부(40)와, 상기 슬라이딩지지부(20) 하방에 마련되어, 상기 슬라이딩지지부(20)를 상기 제 1노즐부(30)와 상기 제 2노즐부(40) 방향으로 경사지게 하는 틸팅부(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 본 발명인 블래스팅 장치에는 몸체부(10)가 마련된다. 상기 몸체부(10)는, 내부에 소정이 공간이 마련되어, 블래스팅될 대상인 소재가 적재되는 공간을 제공한다.
상기 몸체부(10) 내부에는 슬라이딩지지부(20)가 마련된다. 상기 슬라이딩지지부(20)는 상기 소재의 하방을 지지하면서 상기 소재를 일방향으로 수평으로 이동시키는 역할을 한다.
상기 슬라이딩지지부(20)의 일측 상방에는 제 1노즐부(30)가 마련된다. 상기 제 1노즐부(30)는 상기 슬라이딩지지부(20)의 상면에 안착되는 소재의 일측면 상방에서 소재 방향으로 산화알루미나를 분사하는 역할을 한다.
상기 슬라이딩지지부(20)의 타측 상방에는 제 2노즐부(40)가 마련된다. 상기 제 2노즐부(40)는 상기 슬라이딩지지부(20)의 상면에 안착되는 소재의 타측면 상방에서 소재 방향으로 산화알루미나를 분사하는 역할을 한다.
그리고, 상기 제 1노즐부(30)와 상기 제 2노즐부(40)는 상기 슬라이딩지지부(20)의 이동방향에 직교되도록 수평으로 슬라이딩될 수 있다. 이는 상기 슬라이딩지지부(20)에 안착되는 상기 소재의 양측면에 빈틈없이 고르게 분사되도록 하기 위함이다.
또한, 상기 슬라이딩지지부(20)에는 틸팅부(50)가 더 마련될 수 있다. 상기 틸팅부(50)는 상기 슬라이딩지지부(20)의 양측이 상하로 이동할 수 있도록 하여, 상기 산화알루미가 상기 소재의 측면 및 바닥까지 분사되어 접촉될 수 있도록 하기 위함이다. 이를 위해 상기 슬라이딩지지부(20)는 망상으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 제 1노즐부(30)와 상기 제 2노즐부(40)에는 노즐이 여러개 구비되며, 상기 각각의 노즐의 방향은 지그재그로 배치되도록 구성할 수 있다. 이는 상기 소재의 전면에 고르게 산화알루미나가 분사될 수 있도록 하기 위함이다.
상기 블래스팅이 안료된 소재는 산처리를 한다(S7). 상기 산처리를 통하여 표면의 이물질을 완전히 제거한다.
그리고, 상기 산처리된 소재를 세척한 후 소재의 표면에 알파케이스 측정을 하여, 불량여부를 판단한다(S8).
이하, 본 발명에 의한 티타늄 합금 부품 성형 방법에서 코팅층의 도포량에 따른 알파케이스 변화에 대한 실험내용에 대해 상세하게 설명한다.
[ 비교예 1 ]
상술한 공정 중 제 1단계에서 제 5단계까지 진행되며, 코팅층을 전혀 도포하지 않고 성형하여 알파케이스를 측정한 결과이다.
[ 실시예 1 ]
상술한 공정 중 제 1단계에서 제 5단계까지 진행되며, 코팅층을 한 번 도포하여 성형하여 알파케이스를 측정한 결과이다.
[ 실시예 2 ]
실시예 1과 동일하며, 코팅층을 3번 도포하여 성형한 후 알파케이스를 측정한 결과이다.
[ 실시예 3 ]
실시예 1과 동일하며, 코팅층을 5번 도포하여 성형한 후 알파케이스를 측정한 결과이다.
[ 실시예 4 ]
실시예 1과 동일하며, 코팅층을 7번 도포하여 성형한 후 알파케이스를 측정한 결과이다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
코팅전 두께(mm) 4.070~4.085 4.080~4.090 4.185~4.195 4.190~4.195 4.060~4.075
코팅 후 두께(mm) 4.070~4.085 4.095~4.105 4.215~4.220 4.265~4.270 4.170~4.190
두께 변화(mm) 0.000~0.000 0.015~0.015 0.030~0.025 0.075~0.075 0.110~0.115
알파케이스(㎛) 19.4 20.8 18.0 18.3 24.7
표 1에 나타난 바와 같이, 코팅액을 여러 층을 도포하는 것과 알파케이스 층의 두께와는 일반적인 상관관계는 나타나지 않으며, 실시예 2 및 실시예 3의 경우에는 코팅액을 도포하지 않은 경우에 비해 상대적으로 얇은 두께가 나타나는 것을 확인되었다. 즉, 상기 도포액은 3 번 내지 5번 도포하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타나며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 몸체부 20: 슬라이딩지지부
30: 제 1노즐부 40: 제 2노즐부
50: 틸팅부

Claims (3)

  1. 티타늄소재를 소정의 형상으로 절단하는 제 1단계;
    상기 절단된 소재의 표면을 블래스팅하는 제 2단계;
    상기 소재에 코팅액을 도포하는 제 3단계;
    상기 소재를 열간성형하는 제 4단계;
    상기 소재를 상온에서 냉각시키는 제 5단계;
    상기 소재의 표면을 블래스팅하는 제 6단계;
    상기 소재를 산처리하는 제 7단계; 및
    상기 소재의 표면에 알파케이스를 측정하는 제 8단계;를 포함하여 구성되는 티타늄 합금 부품 성형 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅액은,
    알루미늄, 바인더 및 점도조절제를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 티타늄 합금 부품 성형 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 코팅액은,
    상기 알루미늄 100중량부에 대하여, 바인더 15 내지 40중량부, 점도조절제 150중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 티타늄 합금 부품 성형 장치.
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