KR20190129420A - 용사법에 의한 발포금속 제조장치 - Google Patents

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Abstract

기공크기 및 밀도분포가 균일하여 가공비용을 줄이고 절삭 스크랩의 발생을 억제하는 용사법에 의한 발포금속 제조장치를 제시한다. 그 장치는 금속분말, 발포제분말 및 증점제분말을 포함한 혼합물을 생성하는 믹서와, 혼합물이 투입되는 깔때기 형상의 호퍼와, 호퍼의 좁은 관로를 통하여 혼합물을 공급받으며 혼합물을 혼련하면서 이동시키는 스크류를 포함하는 컴파운더와, 컴파운더와 연결되며 컴파운더로부터 공급받은 혼합물 중의 금속분말을 용융시켜 용융물을 생성시키는 용융관로 및 용융관로에 연결되며 용융물을 몰드로 용사시키는 운동에너지를 제공하는 캐리어가스관을 포함한다.

Description

용사법에 의한 발포금속 제조장치{Apparatus of manufacturing foamed metal by thermal spray}
본 발명은 발포금속 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속, 발포제 등의 미분말을 용사법을 활용하여 발포금속을 제조하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 발포금속은 알루미늄이 많이 활용되며, 예컨대 발포 알루미늄은 알루미늄 용융 상태에서 발포제, 발포가스 등을 이용하여 내부에 기포를 생성시킨 것으로, 가볍고 기공이 많은 소재이다. 발포금속은 충격흡수, 경량화, 다공성 등의 특성이 있어서, 항공기, 자동차 분야, 발전소, 전력소자의 열교환기 분야, 반도체 또는 각종 전자제품의 방열, 대형 플랜트용 소음기, 화학공장의 촉매, 우주산업의 구조재, 충격 흡수기, 연료전지, 필터, 충격 흡수제, 전자파 차폐, 건축내, 외장재 등과 같이 다양한 분야에서 이용되고 있다. 종래의 발포금속은 도가니를 이용하여 금속의 용해, 점증, 발포, 냉각과정을 거쳐 제조된다. 발포금속의 물성을 향상시키기 위하여, 국내공개특허 제2013-0106894호와 같이 CNT 그래핀 등을 혼합하기도 한다.
도가니를 이용하여 발포금속을 제조하는 종래의 방법은 고온의 용융금속의 산화로 인하여 취성을 갖게 되고, 온도에 따른 발포제(예, TiH2)의 거동이 매우 불안정하다. 대표적인 발포제인 티타늄하이드라이드(TiH2)는 용융금속에 혼합될 때, 급격하게 반응하여 티타늄(Ti)과 수소(H2) 가스로 분리된다. 종래의 방식은 상기 발포제의 조기분해로 인한 H2 가스의 누출로 기공크기의 변동이 심하고, 발포금속의 위치에 따른 밀도분포의 차이가 크다. 그런데, 종래에는 발포금속의 기공이 발포제와 용융금속이 혼합되는 혼합속도로만 조절될 수 있으므로, 티타늄(Ti)과 수소(H2) 가스로의 분해에 기인하는 기공크기 및 밀도분포를 현실적으로 제어할 수 없다. 하지만, 아직 이에 대한 해결책은 제시되지 않고 있다.
발포금속 제품은 먼저 용융금속에 발포제를 혼합한 후 일정한 규격의 블록 몰드에 투입하여 덩어리를 만들어서 제작할 수 있다. 그런데, 기공크기 및 밀도분포가 불균일하여 제품에 적용할 수 없기 때문에, 상기 덩어리를 절단하여 기공의 크기 및 밀도분포가 균일한 부분을 취득해야 한다. 이와 같이, 기공크기 및 밀도분포가 불균일하면, 그 부분을 제거해야 하므로 가공비용이 증가하고 절삭 스크랩 증가로 인하여 수율이 떨어진다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기공크기 및 밀도분포가 균일하여 가공비용을 줄이고 절삭 스크랩의 발생을 억제하는 용사법에 의한 발포금속 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 용사법에 의한 발포금속 제조장치는 금속분말, 발포제분말 및 증점제분말을 포함한 혼합물을 생성하는 믹서와, 상기 혼합물이 투입되는 깔때기 형상의 호퍼 및 상기 호퍼의 좁은 관로를 통하여 상기 혼합물을 공급받으며, 상기 혼합물을 혼련하면서 이동시키는 스크류를 포함하는 컴파운더를 포함한다. 또한, 상기 컴파운더와 연결되며, 상기 컴파운더로부터 공급받은 상기 혼합물 중의 상기 금속분말을 용융시켜 용융물을 생성시키는 용융관로 및 상기 용융관로에 연결되며, 상기 용융물을 몰드로 용사시키는 운동에너지를 제공하는 캐리어가스관을 포함한다.
본 발명의 제조장치에 있어서, 상기 믹서는 상하 및 좌우로 흔들어 혼합하거나 기계적인 진동으로 혼합되거나 또는 그들이 조합되어 혼합할 수 있다. 상기 컴파운더는 일축 또는 다축 스크류를 포함할 수 있다. 상기 용융관로는 용융가열부로 감싸져 있으며, 상기 용융가열부는 고주파 유도가열을 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 제조장치에 있어서, 상기 캐리어가스관은 상기 용융관로의 양측으로 연장되며, 일측의 단부에는 상기 캐리어가스관에 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급부가 있고, 타측의 단부에는 상기 캐리어가스의 유량 및 압력을 조절하는 조절밸브를 설치되며, 상기 캐리어가스관은 상기 용융관로와 연통될 수 있다. 상기 캐리어가스관은 상기 용융관로의 일측으로 연장되며, 단부에는 상기 캐리어가스관에 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급부가 있고, 상기 캐리어가스관에는 상기 캐리어가스의 유량 및 압력을 조절하는 조절밸브가 설치되며, 상기 캐리어가스관은 상기 용융관로에 연통될 수 있다. 상기 용융관로는 캐리어가스 분출관으로 감싸져 있으며, 상기 캐리어가스 분출관은 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스관과 연통될 수 있다. 이때, 상기 캐리어가스관은 상기 캐리어가스 분출관의 한군데 또는 다수의 곳에 연통될 수 있다.
본 발명의 제조장치에 있어서, 상기 몰드는 이송부를 포함하는 챔버 내에 위치하며, 상기 챔버는 상기 몰드 내의 상기 용융물을 발포시켜 제1 발포금속을 형성하고 불활성가스로 양압을 이루는 발포영역, 상기 발포영역을 통과한 상기 몰드를 냉각시켜 제2 발포금속을 형성하고 냉매가스가 순환하는 냉각영역 및 상기 냉각영역을 통과한 상기 몰드를 배출하는 배출영역을 포함한다.
본 발명의 바람직한 제조장치에 있어서, 상기 몰드는 상부몰드 및 하부몰드로 이루어지고, 상기 용융관로와 연통되는 용융물 투입구를 포함하며, 상기 상부몰드는 복수개의 가스배기구를 포함한다. 상기 용융물 투입구는 상기 상부몰드 또는 상기 하부몰드 또는 상기 상부몰드 및 상기 하부몰드가 만나는 부분 중의 어느 하나에 존재할 수 있다.
본 발명의 용사법에 의한 발포금속 제조장치에 의하면, 금속, 발포제 등의 미분말을 불활성가스와 함께 용사(thermal spray)함으로써, 기공크기 및 밀도분포가 균일하여 가공비용을 줄이고 절삭 스크랩의 발생을 억제한다. 또한, 발포금속을 형성하는 과정에서 불활성가스를 활용하므로, 발포금속의 산화를 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 용사법에 의한 발포금속 제조장치를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 제조장치에 적용되는 몰드를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 제조장치에 적용되는 제2 용융부를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 제조장치에 적용되는 제3 용융부를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 용사법에 의해 제조된 발포 알루미늄을 종래의 도가니법에 의해 제조된 발포 알루미늄과 비교한 사진들이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 한편, 상부, 하부, 정면 등과 같이 위치를 지적하는 용어들은 도면에 나타낸 것과 관련될 뿐이다. 실제로, 발포금속 제조장치는 임의의 선택적인 방향으로 사용될 수 있으며, 실제 사용할 때 공간적인 방향은 제조장치의 방향 및 회전에 따라 변한다.
본 발명의 실시예는 금속, 발포제 등의 분말을 불활성가스와 함께 용사(thermal spray)함으로써, 기공크기 및 밀도분포가 균일하여 가공비용을 줄이고 절삭 스크랩의 발생을 억제하는 발포금속 제조장치를 제시한다. 이를 위해, 용사법으로 발포금속을 제조하는 장치에 대하여 구체적으로 알아보고, 상기 장치를 활용하여 발포금속을 제조하는 과정을 상세하게 설명하기로 한다. 발포금속은 내부에 기공을 가진 금속으로 발포 알루미늄의 경우, 통상적으로 90~95% 이상의 기공율 및 0.2~1.0 범위의 비중을 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 용사법에 의한 발포금속 제조장치(100)를 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 다만, 엄밀한 의미의 도면을 표현한 것이 아니며, 설명의 편의를 위하여 도면에 나타나지 않은 구성요소가 있을 수 있다.
도 1에 의하면, 발포금속 제조장치(100)는 믹서(10), 호퍼(20), 컴파운더(22), 제1 용융부(30), 챔버(40) 및 냉매가스 공급부(50)를 포함하여 이루어진다. 믹서(10)는 미분말 형태의 금속, 발포제, 증점제 등이 혼합된 혼합물(PM)을 생성한다. 상기 금속분말은 단일금속 또는 상기 단일금속들의 합금으로 이루어진 미분말이며, 알루미늄 및 그 합금이 대표적이다. 알루미늄 및 그 합금은 소재의 경량화에 기여하는 가장 대표적인 금속재료로서, 경량화뿐만 아니라 합성수지 또는 목재에 비하여 인장강도와 내마모성 강성이 우수하여, 경량화 및 인장강도와 내마모성 강성이 요구되는 소재로 널리 사용된다. 상기 금속분말의 평균입도는 대략 50~500㎛이 주로 사용되며, 본 발명의 범주 내에서 평균입도를 보다 작게 조절할 수 있다.
상기 발포제는 티타늄수소화물(TiH2), 지르코늄수소화물(ZrH2), 폴리비닐알콜, 폴리우레탄, 폴리초산비닐, 페놀수지, 셀룰로오스, 인산나트륨, 염화나트륨, 염화칼슘, 초산나트륨, 염화제2철 등이 있으며, 굳이 이에 한정되는 것은 아니지만 티타늄수소화물이 보다 바람직하다. 상기 발포제는 금속의 종류 및 사용용도에 따라 둘 이상의 발포제가 조합될 수 있다. 상기 증점제는 칼슘, 나트륨, 질소, 산소, 이산화탄소, 물, 아르곤 등이 있으며, 칼슘이 보다 유용하다. 상기 증점제는 금속의 종류 및 사용용도에 따라 둘 이상의 증점제가 조합될 수 있다. 상기 발포제 및 증점제의 평균입도는 대략 50~500㎛이 주로 사용되며, 본 발명의 범주 내에서 평균입도를 보다 작게 조절할 수 있다.
믹서(10)에는 미분말 형태의 금속, 발포제, 증점제 등이 투입되고, 믹서(10)를 상하, 좌우로 흔들어 골고루 섞인 혼합물(M)을 만든다. 여기서는, 혼합물(PM)을 상하, 좌우로 흔들어 혼합되는 방식을 제시하였으나, 본 발명은 상기한 방식에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 예컨대, 믹서(10)에 기계적인 진동을 가하여 혼합물(M)을 만들거나, 상기 진동을 부가적으로 활용할 수 있다. 또한, 혼합물(PM)에는 본 발명의 발포금속 기능을 원활하게 수행하고 확장시키기 위한 공지의 요소, 예를 들어 유기결합제 등을 부가할 수 있다.
믹서(10)를 이용하여 균일하게 분산된 혼합물(PM)은 호퍼(20)에 투입된다. 호퍼(20)는 깔때기 형상으로 하부의 좁은 관로를 통하여 혼합물(PM)을 컴파운더(22)에 공급한다. 컴파운더(22)는 구동모터와 같은 구동부(21)에 의해 회전한다. 컴파운드(22)가 회전하면, 혼합물(PM)은 제1 용융부(30)로 이송된다. 컴파운더(22)는 일축 스크류를 채택할 수 있으며, 분산성을 보다 높이기 위하여 다축 스크류를 채택할 수 있다. 상기 다축 스크류는 2개 이상의 스크류가 동일한 방향으로 구축된 것이다. 컴파운더(22)는 상온에서 가동될 수 있지만, 경우에 따라 상기 발포제의 분해온도보다 낮은 온도로 예열될 수 있다. 컴파운드(22)는 혼합물(PM)을 혼련하면서 이동시킨다. 이러한 혼련을 통하여, 금속분말, 발포제분말, 증점제분말은 보다 균일하게 혼합된다.
제1 용용부(30)는 용융관로(31), 용융가열부(32), 온도센서(33), 캐리어가스 공급부(34), 캐리어가스관(35) 및 조절밸브(36)를 포함한다. 용융관로(31)는 컴파운더(22)와 연결되고, 혼합물(PM) 중의 금속분말이 융해된 용융물(M)을 챔버(40) 내의 몰드(60)에 용사하여 공급한다. 용융가열부(32)는 용융관로(31)를 감싸고 있으며, 급속가열을 위해서 고주파 유도가열이 적합하다. 상기 고주파 유도가열은 금속재질의 용융관로(31)를 코일 형태의 용융가열부(32) 내에 두고, 여기에 고주파 전류를 흘리면 용융관로(31) 표면 가까이에 와류전류가 생기는 손실의 열로 가열하는 방법이다. 상기 고주파 유도가열은 급속가열에 유용하며, 이를 위해 용융관로(31)는 금속재질로 이루어진다.
용융관로(31) 내부의 공정온도는 상기 금속분말이 충분하게 용융될 수 있는 정도이다. 알루미늄 분말의 경우, 620~680℃의 공정온도를 유지하면서 알루미늄 분말을 용융시키다. 상기 공정온도가 620℃보다 낮으면 용융물(M)의 점도가 높아서 용사가 어렵고, 680℃보다 높으면 기공의 생성율이 떨어진다. 용융가열부(32)는 상기 공정온도에 빠른 속도로 도달하도록 급속가열하는 것이 좋다. 알루미늄 이외의 다른 금속분말도 마찬가지로, 용융가열부(32)는 각각의 금속분말에 해당하는 상기 공정온도로 급속도로 상승시킨다. 상기 공정온도는 용융관로(31)의 일측, 바람직하게는 컴파운더(22)와 연결된 부분에 장착된 온도센서(33)에 의해 측정된다. 이렇게 되면, 용융물(M)은 급속하게 융융된 것이고, 상기 발포제는 용융물(M)에 균일하게 분포한다.
캐리어가스관(35)은 캐리어가스 공급부(34)로부터 공급받은 캐리어가스를 용융관로(31)를 향해 소정의 속도로 분출한다. 상기 캐리어가스는 아르곤(Ar), 질소(N2) 등과 같은 불활성가스이다. 상기 캐리어가스는 불활성가스이므로, 금속분말이 용융될 때, 산화가 일어나지 않도록 한다. 또한, 상기 캐리어가스는 소정의 속도로 분출하므로, 용융물(M)을 몰드(60)에 용사시키는 운동에너지를 제공한다. 이러한 캐리어가스를 용융물(M)이 이동하기 위한 운반체로 활용함으로써, 상기 발포제에 의해 발포가 일어나기 이전에 빠른 속도로 용융물(M)을 몰드(60)로 이동시킨다. 덧붙여, 용융관로(31)의 폭은 컴파운더(22)의 폭보다 작게 하여 베르누이 정리를 활용한다. 이에 따라, 용융물(M)의 발포는 용융관로(31)가 아닌 몰드(60) 내에서 이루어지도록 한다.
한편, 상기 캐리어가스는 자체적으로 발포를 일으키는 작용이 있으므로, 몰드(60) 내로 투입된 용융물(M)의 기공 형성에 도움이 된다. 다시 말해, 몰드(60)에는 용융물(M) 및 캐리어가스가 동시에 투입된다. 몰드(60)에서의 발포는 용융물(M)에 균일하게 분산된 발포제가 주된 역할을 하나, 캐리어가스도 부분적으로 기공을 형성하는 역할을 한다.
상기 캐리어가스의 유량 및 압력은 조절밸브(36)로 제어된다. 캐리어가스관(35)은 용융관로(31)의 양측으로 연장되며, 일측(35a)의 단부에는 캐리어가스 공급부(34)가 있고, 타측(35b)의 단부에는 조절밸브(36)가 설치된다. 캐리어가스관(35)는 용융관로(31)에 연통한다. 캐리어가스관(35)의 일측(35a)은 캐리어가스가 용융물(M)을 몰드(60) 방향으로 유도하기 위하여, 용융관로(31)에 경사지게 연결될 수 있다. 상기 경사는 상기 캐리어가스의 유동이 몰드(60) 방향으로 향하게 한다. 이와 같이, 용융된 용융물(M)을 캐리어가스를 이용하여 몰드(60) 방향으로 이송시키는 것을 용사법이라고 한다. 몰드(60)에 대해서는 추후에 상세하게 설명하기로 한다.
용융물(M)이 몰드(60) 내로 장입되면 발포가 일어난다. 티타늄수소화물(TiH2)을 예를 들면, 티타늄수소화물(TiH2)는 티타늄(Ti) 및 수소가스(H2)로 분해되어, 수소가스(H2)는용융물(M)에 기공이 형성시켜 제1 발포금속(FM1)을 만든다. 통상적으로, 제1 발포금속(FM1)은 용융물(M)에 비해 부피가 10여배 정도로 증가한다. 몰드(60)의 주변에는 발포가열부(41)가 배치되어 상기 발포과정에서 요구되는 발포온도를 일정하게 유지한다. 발포가열부(41)는 고주파 가열방식이 바람직하나, 다른 방식도 가능하다. 만일, 발포가열부(41)가 고주파 가열방식이라면, 몰드(60)는 스테인레스강과 같은 금속재질을 사용한다.
한편, 몰드(60)는 챔버(40)에는 컨베이어 벨트와 같은 이송부(42) 상에 놓일 수 있다. 발포가열부(41)는 단계별로 온도를 다르게 설정하여, 몰드(60)를 이송시키면서 상기 발포과정이 안정되게 이루어지도록 할 수 있다. 필요한 경우, 제1 도어(43)이 설치되어 발포과정이 완료된 몰드(60)가 통과하도록 개방할 수 있다. 이와 같이 발포과정이 이루어지는 곳을 발포영역(a)이라고 한다. 발포영역(a)은 상기 불활성가스에 의해 양압이 유지되는 것이 좋다.
발포과정이 완료된 제1 발포금속(FM1)을 포함하는 몰드(60)는 냉각영역(b)로 이송된다. 냉각영역(b)은 챔버(40)의 외부에 위치하는 냉매가스 공급부(50) 및 냉매가스관(51)을 통하여 공급된 냉매가스가 냉각영역(b)을 순환된다. 상기 냉매가스는 아르곤(Ar), 질소(N2) 등과 같은 불활성가스이다. 상기 냉매가스는 불활성가스이므로, 제1 발포금속(FM1)의 산화를 방지한다.
냉매가스의 순환을 위하여, 냉각영역(b)의 끝부분에는 제2 도어(44)가 구비될 수 있다. 냉각영역(b)을 거치면, 제1 발포금속(FM1)은 제2 발포금속(FM2)이 된다. 냉각영역(b)에서는 몰드(60)를 이송시키면서 상기 냉각과정이 안정되게 이루어지도록 할 수 있다. 상기 냉각과정이 완료된 몰드(60)는 배출영역(c)으로 이송된다. 배출영역(c)을 통과한 몰드(60)는 챔버(40)의 외부에서 분해되어 제2 발포금속(FM2)을 분리한다.
본 발명의 실시예에 의한 발포금속 제조장치는 믹서(10) 및 컴파운더(22)로 균일하게 혼합된 금속, 발포제, 증점제 등의 분말에서, 금속분말은 용융관로(31)에서 순식간에 용융되고, 발포제의 분해는 몰드(60)에서만 이루어진다. 이때, 상기 발포제는 용융물(M)에 균일하게 분포하므로, 발포가 일어나면 기공크기 및 위치에 따른 밀도분포가 일정하다. 이렇게 되면, 종래와는 달리 발포금속을 절단하지 않아도 되고, 절삭 스크랩의 발생이 최소화되므로 가공비용을 획기적으로 줄일 수 있다. 또한, 불활성가스를 캐리어가스 및 냉매가스로 활용하기 때문에 발포금속의 산화를 막을 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 제조장치(100)에 적용되는 몰드(60)를 설명하기 위한 사시도이다. 이때, 제조장치(100)는 도 1을 참조하기로 한다.
도 2에 의하면, 몰드(60)는 상부몰드(61) 및 하부몰드(62)로 이루어지며, 제2 발포금속(FM2)의 형상을 구현할 수 있는 공간을 제공한다. 상부몰드(61) 또는 하부몰드(62)의 일측면 또는 상부몰드(61) 및 하부몰드(62)가 만나는 부분에는 용융관로(31)와 연통되는 용융물(M) 투입구(63)가 위치한다. 상부몰드(61), 바람직하게는 상부몰드(61)의 모서리 근처에는 복수개의 가스배기구(64)를 포함한다. 가스배기구(64)는 불활성가스, 수소가스(H2)와 같이 몰드(60)에서 발생하는 가스를 몰드(60)의 외부로 배출한다. 도시되지는 않았지만, 발포영역(a)의 챔버(40)에는 상기 가스들을 처리하는 수단을 구비할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 제조장치(100)에 적용되는 제2 용융부(30a)를 나타내는 개략적인 도면이다. 이때, 제2 용융부(30a)는 캐리어가스관(35a)으로 구성된 것을 제외하고, 제1 용융부(30)와 동일하다. 이에 따라, 동일한 참조부호에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3에 의하면, 제2 용융부(30a)는 캐리어가스관(35a)은 용융관로(31)의 일측으로 연장되어 있다. 다시 말해, 캐리어가스관(35a)은 제1 용융부(30)의 캐리어가스관(35)의 일측(35a)과 동일하다. 캐리어가스관(35a)의 단부에는 캐리어가스 공급부(34)가 있다. 캐리어가스관(35a)에는 캐리어가스의 유량 및 압력을 제어하는 조절밸브(36a)가 장착되어 있다. 제2 용융부(30a)는 제1 용융부(30)에 비해 간단한 구조로 구현될 수 있다. 다만, 제2 용융부(30a)는 캐리어가스 유량조절의 정밀도 등에 있어서, 제1 용융부(30)와 차이가 있을 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 제조장치(100)에 적용되는 제3 용융부(30b)를 나타내는 개략적인 도면이다. 이때, 제3 용융부(30b)는 보다 명확하게 설명하기 위하여 측면도를 부가하였다. 또한, 캐리어가스 분출관(37)을 제외하고, 제2 용융부(30a)와 동일하다. 이에 따라, 동일한 참조부호에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4에 의하면, 제3 용융부(30b)는 캐리어가스 공급부(34) 및 캐리어가스 분출관(37)과 연통된 캐리어가스관(35a)을 포함한다. 캐리어가스관(35a)에는 캐리어가스의 유량 및 압력을 제어하는 조절밸브(36a)를 포함한다. 제3 용융부(30b)의 용융관로(31a)의 외부에는 용융가열부(32) 및 캐리어가스 분출관(37)이 배치된다. 용융가열부(32)는 컴파운더(22)에 인접한 부분에 배치되고, 캐리어가스 분출관(37)은 챔버(40) 방향에는 배치된다. 즉, 캐리어가스 분출관(37)은 용융관로(31a)의 외측을 둘러싸고 있다. 캐리어가스관(35a)은 캐리어가스 분출관(37)의 한군데에 부착될 수도 있지만, 다수의 곳에 부착될 수 있다. 도면에서는 한군데에 부착된 경우를 예로 들었다.
제3 용융부(30b)의 캐리어가스는 캐리어가스 분출관(37)을 통하여 분출된다는 점에서 제1 및 제2 용융부(30, 30a)와 차이가 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 용융부(30, 30a)의 캐리어가스는 용융관로(31)에 직접 공급되나, 제3 용융부(30b)의 캐리어가스는 용융관로(31a)를 통과하는 용융물(M)의 표면을 향하여 공급된다. 제3 용융부(30b)는 캐리어가스를 용융물(M)의 표면을 향하여 공급함으로써, 용융물(M)의 유동을 제1 및 제2 용융부(30, 30a)보다 안정적으로 할 수 있다. 본 발명의 범주 내에서 상기 캐리어가스는 용융관로 내의 용융물(M)에 공급하거나 용융관로를 통과한 용융물(M)에 공급되는 것을 모두 포함한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 용사법에 의해 제조된 발포 알루미늄을 종래의 도가니법에 의해 제조된 발포 알루미늄과 비교한 사진들이다. 이때, 발포제는 혼합물(PM) 전체에 대하여 1.3중량%만큼 혼입하였으며, 종래 및 본 발명의 실시예의 공정온도는 620℃이었다. 또한, 본 발명의 실시예는 캐리어가스 및 냉매가스로써 아르곤(Ar)을 활용하였다.
도 5에 의하면, 종래 1 및 종래 2의 경우, 각각 기공크기의 변동이 심하고, 발포금속의 위치에 따른 밀도분포의 차이가 크게 나타났다. 즉, 종래 1은 크고 작은 기공이 불균일하게 분포하고 있었으며, 종래 2는 위치에 따라 기공의 분포가 달라서 밀포분포가 전체에 걸쳐 균일하지 않았다. 이에 반해, 본 발명의 실시예는 전체적으로 기공크기 및 밀도분포가 균일하였다. 이는 발포제가 믹서(10) 및 컴파운더(22)에 의해 용융물(M)에 균일하게 분포되어, 몰드(60)에서 발포가 일어나면 기공크기 및 위치에 따른 밀도분포가 일정함을 의미한다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10; 믹서 20; 호퍼
21; 구동부 22; 컴파운더
30, 30a, 30b; 제1 내지 제3 용융부
31, 31a; 용융관로
32; 용융가열부 33; 온도센서
34; 캐리어가스 공급부 35; 캐리어가스관
36, 36a; 조절밸브 37; 캐리어가스 분출관
40; 챔버 41; 발포가열부
42; 이송부
43, 44; 제1 및 제2 도어
50; 냉매가스 공급부 51; 냉매가스관
60; 몰드 61; 상부몰드
62; 하부몰드 63; 용융물 투입구
64; 가스배기구
a; 발포영역 b; 냉각영역
c; 배출영역

Claims (12)

  1. 금속분말, 발포제분말 및 증점제분말을 포함한 혼합물을 생성하는 믹서;
    상기 혼합물이 투입되는 깔때기 형상의 호퍼;
    상기 호퍼의 좁은 관로를 통하여 상기 혼합물을 공급받으며, 상기 혼합물을 혼련하면서 이동시키는 스크류를 포함하는 컴파운더;
    상기 컴파운더와 연결되며, 상기 컴파운더로부터 공급받은 상기 혼합물 중의 상기 금속분말을 용융시켜 용융물을 생성시키는 용융관로; 및
    상기 용융관로에 연결되며, 상기 용융물을 몰드로 용사시키는 운동에너지를 제공하는 캐리어가스관을 포함하는 용사법에 의한 발포금속 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 믹서는 상하 및 좌우로 흔들어 혼합하거나 기계적인 진동으로 혼합되거나 또는 그들이 조합되어 혼합하는 것을 특징으로 하는 용사법에 의한 발포금속 제조장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 컴파운더는 일축 또는 다축 스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는 용사법에 의한 발포금속 제조장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 용융관로는 용융가열부로 감싸져 있으며, 상기 용융가열부는 고주파 유도가열을 하는 것을 특징으로 하는 용사법에 의한 발포금속 제조장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 캐리어가스관은 상기 용융관로의 양측으로 연장되며, 일측의 단부에는 상기 캐리어가스관에 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급부가 있고, 타측의 단부에는 상기 캐리어가스의 유량 및 압력을 제어하는 조절밸브를 설치되며, 상기 캐리어가스관은 상기 용융관로와 연통되는 것을 특징으로 하는 용사법에 의한 발포금속 제조장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 캐리어가스관은 상기 용융관로의 일측으로 연장되며, 단부에는 상기 캐리어가스관에 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급부가 있고, 상기 캐리어가스관에는 상기 캐리어가스의 유량 및 압력을 제어하는 조절밸브가 설치되며, 상기 캐리어가스관은 상기 용융관로에 연통되는 것을 특징으로 하는 용사법에 의한 발포금속 제조장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 용융관로는 캐리어가스 분출관으로 감싸져 있으며, 상기 캐리어가스 분출관은 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스관과 연통된 것을 특징으로 하는 용사법에 의한 발포금속 제조장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 캐리어가스관은 상기 캐리어가스 분출관의 한군데 또는 다수의 곳에 연통되는 것을 특징으로 하는 용사법에 의한 발포금속 제조장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 몰드는 이송부를 포함하는 챔버 내에 위치하며, 상기 챔버는 상기 몰드 내의 상기 용융물을 발포시켜 제1 발포금속을 형성하고 불활성가스로 양압을 이루는 발포영역, 상기 발포영역을 통과한 상기 몰드를 냉각시켜 제2 발포금속을 형성하고 냉매가스가 순환하는 냉각영역 및 상기 냉각영역을 통과한 상기 몰드를 배출하는 배출영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 용사법에 의한 발포금속 제조장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 몰드는 상부몰드 및 하부몰드로 이루어지고, 상기 용융관로와 연통되는 용융물 투입구를 포함하며, 상기 상부몰드는 복수개의 가스배기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 용사법에 의한 발포금속 제조장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 용융물 투입구는 상기 상부몰드 또는 상기 하부몰드 또는 상기 상부몰드 및 상기 하부몰드가 만나는 부분 중의 어느 하나에 존재하는 것을 특징으로 하는 용사법에 의한 발포금속 제조장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 금속분말은 단일금속 또는 상기 단일금속들의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용사법에 의한 발포금속 제조장치.

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