KR20210084854A - Manufacturing Al Extrusion Mold with Cemented Carbide Coating from CVD Technology - Google Patents

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KR20210084854A
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백시영
정대용
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed is a method of manufacturing an aluminum extrusion mold processing a carbide material through chemical vapor deposition. The method of manufacturing an aluminum extrusion mold processing a carbide material through chemical vapor deposition includes the following steps of: arranging a base material including at least one of metal selected from a group composed of cobalt, chromium, manganese, molybdenum and copernicium and nonmetal selected from a group composed of silicon, phosphorus, carbon, oxygen and sulfur; including a first coating layer forming a coating with metal selected from a group composed of titanium, on the base material; and including a second coating layer forming a coating with nonmetal selected from a group composed of aluminum, silicon, phosphorus, carbon, oxygen and sulfur, which are made to improve hardness, on the first coating layer. The first and second coating layers have ratios of 3-3.5:2-2.5 in thickness, respectively. Therefore, the present invention is capable of improving the quality of an extruded product.

Description

CVD 기술을 적용하여 초경재료를 코팅한 알루미늄 압출금형 제조방법{Manufacturing Al Extrusion Mold with Cemented Carbide Coating from CVD Technology}Manufacturing Al Extrusion Mold with Cemented Carbide Coating from CVD Technology

본 발명은 고온공구강재료 표면에 CVD 코팅기술을 적용하여 초경재료 코팅된 알루미늄 압출금형 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 높은 점성의 알루미늄 합금이 압출금형의 제한된 개구를 통해 고압으로 프레스되는 금속압출용 금형제조에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an aluminum extrusion mold coated with cemented carbide by applying CVD coating technology to the surface of a high-temperature tool steel material. Specifically, for metal extrusion in which a high-viscosity aluminum alloy is pressed at high pressure through a limited opening of an extrusion mold. It is about mold making.

압출이란 금속 소성 가공법의 일종으로 금속덩어리를 컨테이너에 넣고 압력을 가하면 금형의 요홈형태에 따라 금속이 배출 성형하는 것을 말하는데 현재 많은 제품들이 압출성형으로 제작되고 있다.Extrusion is a kind of metal plastic processing method. When a metal mass is put into a container and pressure is applied, the metal is discharged and molded according to the shape of the groove of the mold. Currently, many products are manufactured by extrusion molding.

일반적인 압출금형은 중심을 기준으로 상하의 두 부분으로 나누어 제작한 뒤 상하 두 부분을 볼트로 체결하여 조립하는 형태의 구조를 가질 수 있다. 이는 압출 성형할 해당 물품의 제품 형상에 맞게 요홈 형성된 성형홀 중에서 일부구성이 파손될 경우 코어 금형 전체를 교체할 필요 없이 손상된 부품만 따로 교체하거나 수리할 수 있다. A general extrusion mold may have a structure in which the upper and lower parts are divided into two parts based on the center and then assembled by fastening the upper and lower parts with bolts. In this case, if a part of the grooved forming hole is formed according to the product shape of the product to be extruded, only the damaged part can be replaced or repaired without the need to replace the entire core mold.

그러나, 상부금형과 하부금형을 억지끼워 맞춤하고 압출시킬 때 압력 및 열팽창에 의해 멘드렐(Mandrel)과 다이(Die)가 팽창되어 조금씩 편심이 발생할 수 있고 이러한 편심은 미세한 정밀도를 유지해야 하는 금형제품에 치명적인 오차를 가져올 수가 있다.However, when the upper and lower molds are forcibly fitted and extruded, the mandrel and the die expand due to pressure and thermal expansion, which may cause eccentricity little by little, and this eccentricity is a mold product that must maintain fine precision. can lead to fatal errors.

또한, 종래의 금형 코어의 코어심은 그 외곽선 및 내부선이 단순한 직선의 조합만으로 이루어져 있는데 이러한 코어심은 반용융상태인 압출재료의 유속이 일정하지 못하기 때문에 코어심 혹은 금형의 외벽에 하중을 가할 수 있다. 또한, 각이 진 곳에서는 데드존(Dead zone)이 형성되어 이물질이 침착되는 경우가 생기기도 하며 결국에는 최종생산제품의 품질 저하, 불량 발생의 결과를 가져올 수 있는 문제점이 있다.In addition, the core core of the conventional mold core consists only of a combination of a simple straight line with an outline and an inner line. Since the flow rate of the extruded material in a semi-molten state is not constant in this core core, a load can be applied to the core core or the outer wall of the mold. have. In addition, a dead zone is formed in an angled place, and foreign substances may be deposited. In the end, there is a problem that may result in deterioration of the quality of the final product and the occurrence of defects.

한편, CVD는 화학적 증기에서 고체 재료 석출법이라고도 하는 방법으로써, 고온을 유지하고 있는 구조물 표면에 코팅하려고 하는 물질의 화합물(주로, 금속의 할로겐화물)의 증기를 운송가스와 함께 보내 표면에서 열분해시켜 코팅하거나 또는 수소 환원에서 금속을 석출시키는 방법을 말하는데 금속의 표면처리를 위해 사용되거나 반도체 공정에서 사용되고 있다.On the other hand, CVD is a method called solid material precipitation from chemical vapor. It sends vapor of a compound (mainly a metal halide) of a substance to be coated on the surface of a structure maintaining high temperature with a transport gas and thermally decomposes it on the surface It refers to a method of coating or depositing a metal by hydrogen reduction, which is used for surface treatment of metal or used in semiconductor processing.

따라서, 고온(HT)-CVD 코팅 방법으로 초경재료를 고온공구강 모재 표면에 형성하여 내마모성을 높이고 최적화된 압출금형를 만드는 방법들이 많이 연구되고 있다. 그러나 많은 연구에도 불구하고 압출금형 모재 상의 코팅층은 내구성 및 내마모성이 낮은 한계가 있다. Therefore, a lot of research has been done on methods of increasing wear resistance and making an optimized extrusion mold by forming a hardened carbide on the surface of a high temperature tool steel base material by using a high temperature (HT)-CVD coating method. However, despite many studies, the coating layer on the base material of the extrusion mold has low durability and abrasion resistance.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0093923호(2015.08.19.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2015-0093923 (2015.08.19.) 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0069470호(2015.06.23.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2015-0069470 (2015.06.23.)

본 발명은 상기한 점들을 감안하여 창안된 것으로서, 고온공구강 재료로 만들어진 압출금형 모재에 CVD 코팅기술을 적용하여 단층 또는 다층 코팅을 형성하여 점성 및 밀도가 높은 성질을 가지는 알루미늄을 압출하는 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention was devised in view of the above points, and by applying CVD coating technology to an extrusion mold base material made of a high-temperature tool steel material to form a single-layer or multi-layer coating, a manufacturing method of extruding aluminum having high viscosity and high density properties. Its purpose is to provide

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 화학 기상 증착방법으로 고온공구강 표면에 초경재료를 코팅한 알루미늄 압출금형 제조방법에 있어서, 열간공구강으로 이루어지는 금속을 포함하는 모재를 준비하는 단계; 상기 모재 상에 티타늄, 코발트, 크로뮴, 망간, 몰리브데넘 및 코페르니슘으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 금속으로 코팅을 형성하는 제1코팅층을 포함하는 단계; 및 상기 제1코팅층 상에 경도를 향상시키는 금속인 알루미늄, 규소, 인, 탄소, 산소 및 황으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 준금속 또는 비금속으로 코팅이 형성된 제2코팅층을 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing an aluminum extrusion mold in which a hard material is coated on a surface of a high-temperature tool steel by a chemical vapor deposition method, comprising the steps of: preparing a base material including a metal made of hot tool steel; including a first coating layer for forming a coating on the base material with a metal selected from the group consisting of titanium, cobalt, chromium, manganese, molybdenum and copernicium; and a second coating layer coated with a metalloid or a non-metal selected from the group consisting of aluminum, silicon, phosphorus, carbon, oxygen and sulfur, which are metals for improving hardness, on the first coating layer.

본 발명에 따른 CVD 코팅기술을 적용하여 고온공구강 재료표면에 초경재료를 코팅한 Al 압출금형 제조방법은 압출 다이의 모재 상에 적어도 두 개의 코팅층을 형성함으로써 내마모성을 향상하고 표면 거칠기를 낮추고 코팅 원소들의 확산 능력 및 열적 전도성을 개선할 수 있다. 이러한 특성들은 압출을 적용하는 데 유리하게 작용한다. The Al extrusion mold manufacturing method in which a hard material is coated on the surface of a high-temperature tool steel material by applying the CVD coating technology according to the present invention improves wear resistance, lowers the surface roughness, and reduces the surface roughness of the coating elements by forming at least two coating layers on the base material of the extrusion die. The diffusion ability and thermal conductivity can be improved. These properties work favorably for extrusion applications.

또한, 본 발명에 따른 CVD 코팅기술을 적용하여 고온공구강 재료표면에 초경재료를 코팅한 Al 압출금형은 프레스 동안 즉, 압출 다이를 통과하는 동안 코팅층에 의해 Al과의 마찰을 감소시키고 또한 코팅층의 열전도성이 우수하며 압출 금속의 처리 온도를 낮출 수 있다. 감소된 처리 공정 온도는 다시 압출 금속의 불필요한 산화 효과를 억제하고 압출 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.In addition, the Al extrusion mold, in which the hard material is coated on the surface of the high temperature tool steel material by applying the CVD coating technology according to the present invention, reduces friction with Al by the coating layer during pressing, that is, while passing through the extrusion die, and also reduces the thermoelectricity of the coating layer. It has excellent conductivity and can lower the processing temperature of extruded metal. The reduced processing temperature can again suppress the unwanted oxidizing effect of the extruded metal and improve the quality of the extruded product.

도 1은 본 발명에 따른 멘드렐(Mandrel)과 압출 다이(Die)의 종단면도 및 일부 확대도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 압출 다이 모재 상의 다층 코팅층이 형성된 개략적인 사진.
도 3은 본 발명에 따른 코팅층이 포함된 압출 다이의 표면을 개략적으로 나타낸 사진 및 성분함량 그래프.
1 is a longitudinal cross-sectional view and a partially enlarged view of a mandrel and an extrusion die according to the present invention.
Figure 2 is a schematic photograph in which a multi-layer coating layer is formed on the base material of the extrusion die according to the first embodiment of the present invention.
Figure 3 is a photograph and component content graph schematically showing the surface of the extrusion die including the coating layer according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 CVD 코팅기술을 적용하여 초경재료를 고온공구강표면에 코팅한 Al 압출금형 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing an Al extrusion mold in which a hard carbide material is coated on a high temperature tool steel surface by applying a CVD coating technology according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 멘드렐(Mandrel)과 압출 다이(Die)의 종단면도 및 일부 확대도이다.1 is a longitudinal cross-sectional view and a partially enlarged view of a mandrel and an extrusion die according to the present invention.

도 1을 참조하면, 압출금형(10)은 멘드렐(11) 및 이와 함께 작용하는 다이(20)를 포함할 수 있다. 압출금형(10)은 상부금형과 하부금형으로 이루어진 멘드렐(Mandrel)(11) 돌기로 형성된 적어도 두개의 고정부(13)를 가지고 다이(Die)(20)와 서로 마주하여 끼움 설치될 수 있다. 멘드렐(11)는 금속을 압출시킬 수 있다. 멘드렐(11)은 중심을 기준으로 '凹' 형상의 깊이가 0일 때의 경도 즉, 가공 경화를 하지 않았을 때의 경도인 멘드렐초경(15)을 포함할 수 있다. 또한, 멘드렐(11)은 이 둘레에 제공된 다수의 연결튜브(30)와 연결되고 다수의 연결튜브(30)는 멘드렐(11)과 다이(20)의 환형 표면 사이에 형성되어 있는 멘드렐(11)의 압출 방향인 'P'를 통해 프레스 작업 동안 연성 금속을 안내하는데 이용될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the extrusion mold 10 may include a mandrel 11 and a die 20 acting therewith. The extrusion mold 10 has at least two fixing parts 13 formed by projections of a mandrel 11 composed of an upper mold and a lower mold, and faces the die 20 and can be installed to face each other. . The mandrel 11 can extrude metal. The mandrel 11 may include a mandrel carbide 15 that is the hardness when the depth of the '凹' shape with respect to the center is 0, that is, the hardness when not work hardening. Further, the mandrel 11 is connected with a plurality of connecting tubes 30 provided around it, and the plurality of connecting tubes 30 are formed between the mandrel 11 and the annular surface of the die 20 . It can be used to guide the ductile metal during press operation through the extrusion direction 'P' in (11).

다이(20)는 중심을 기준으로 '凹' 형상의 깊이가 0일 때의 경도 즉, 가공 경화를 하지 않았을 때의 경도인 다이초경(25)을 포함할 수 있다. 종래의 멘드렐(11)과 다이초경(25)는 그 외곽선 및 내부선이 단순한 직선의 조합만으로 이루어져 있었고 이는 반용융상태인 압출재료의 유속이 일정하지 못할 수 있다. 이러한 문제점은 다이초경(25) 금형의 외벽에 하중을 가하여 각이 진 곳에서는 데드존(Dead zone)이 형성되어 이물질이 침착되는 경우가 생기기도 하며 결국에는 최종생산제품의 품질 저하, 불량 발생의 결과를 가져올 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다이초경(25)이 멘드렐(11)과 마주하는 면을 기준으로 중심축에서 일정한 'A'를 가질 수 있다. 이러한 'A'는 경사진 각도를 의미하며, 약 5 내지 10˚로 경사질 수 있고, 데드존을 감소시키고 이물질이 침착되는 것을 방지할 수 있다.The die 20 may include a die carbide 25, which is the hardness when the depth of the '凹' shape with respect to the center is 0, that is, the hardness when work hardening is not performed. The conventional mandrel 11 and the die carbide 25 consisted of only a combination of a simple straight line with an outline and an inner line thereof, and the flow rate of the extruded material in a semi-molten state may not be constant. This problem occurs when a load is applied to the outer wall of the die carbide (25) mold and a dead zone is formed in an angled place, resulting in the deposition of foreign substances. There are problems that can lead to results. Therefore, the present invention may have a constant 'A' on the central axis with respect to the surface of the die carbide 25 facing the mandrel 11 in order to solve this problem. This 'A' means an inclined angle, and it can be inclined at about 5 to 10˚, and can reduce the dead zone and prevent foreign substances from being deposited.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 압출 다이 모재 상의 다층 코팅층이 형성된 개략적인 사진이다.Figure 2 is a schematic photograph of a multi-layer coating layer formed on the extrusion die base material according to the first embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 화학 기상 증착(CVD)에 의해 초경재료를 가공한 알루미늄 압출금형(10) 제조방법은 모재(100)를 준비하는 단계, 제1코팅층(110)을 형성하는 단계 및 제2코팅층(120)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the method for manufacturing an aluminum extrusion mold 10 by processing a cemented carbide material by chemical vapor deposition (CVD) according to the present invention includes preparing a base material 100, forming a first coating layer 110 and forming the second coating layer 120 .

먼저 모재(100)를 준비하는 단계는 일반적인 열간공구강으로 이루어지며, 구체적으로 코발트(Co), 크로뮴(Cr), 망간(Mn), 몰리브데넘(Mo) 및 코페르니슘(Cn)으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 금속 및 규소(Si), 인(P), 탄소(C), 산소(O) 및 황(S)으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 비금속 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상세하게, 모재(100)는 탄소(C)가 0.17 ~ 0.23 wt%, 규소(Si)가 0.15 ~ 0.35 wt%, 망간(Mn)이 0.40 ~ 0.60 wt%, 인(P)이 최대 0.035 wt%, 황(S)이 최대 0.035 wt%, 크로뮴(Cr)이 9.00 ~ 10.00wt%, 몰리브데넘(Mo)이 1.80 ~ 2.20 wt% 및 코발트(Co)가 9.50 ~ 10.50 wt%로 이루어질 수 있다.First, the step of preparing the base material 100 is made of a general hot tool steel, specifically cobalt (Co), chromium (Cr), manganese (Mn), molybdenum (Mo) and a group consisting of copernicium (Cn) may include at least one of a metal selected from and a non-metal selected from the group consisting of silicon (Si), phosphorus (P), carbon (C), oxygen (O), and sulfur (S). In detail, the base material 100 contains 0.17 to 0.23 wt% of carbon (C), 0.15 to 0.35 wt% of silicon (Si), 0.40 to 0.60 wt% of manganese (Mn), and 0.035 wt% of phosphorus (P) up to 0.035 wt% , sulfur (S) at a maximum of 0.035 wt%, chromium (Cr) in an amount of 9.00 to 10.00 wt%, molybdenum (Mo) in an amount of 1.80 to 2.20 wt%, and cobalt (Co) in an amount of 9.50 to 10.50 wt%.

다음과 같이 [표 1]에서는 모재(100)를 이루는 화학적 조성의 다양한 예를 나타낸 것이다.[Table 1] shows various examples of the chemical composition constituting the base material 100 as follows.

Figure pat00001
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한편, 압출 다이(20)의 모재(100)에는 노출되기 쉽고 마모가 취약한 영역 즉, 둥근 영역, 슬라이딩 영역, 브레이스 영역 또는 원뿔 영역 등이 존재할 수 있다. 따라서, 모재(100)의 취약한 성질을 보완하면 마찰에 의한 마모를 감소시킬 수 있다. 도 2를 참조하면, 제1코팅층(110)을 형성하는 단계는 모재(100) 상에 티타늄(Ti)으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 금속으로 코팅을 형성할 수 있다. 기존에 많이 사용되는 코팅으로는 TiCN, TiC, TiN, TiBN 등이 있을 수 있다. TiCN는 각 원소들의 존재를 나타내며 Ti에 대안적인 금속들을 제공하거나 또는 다른 금속들을 추가로 첨가하는 것을 포함할 수 있다. Ti 그룹들은 주로 베이스층인 제1코팅층(110)으로서 사용될 수 있다. 이 제1코팅층(110)을 개선하기 위하여 추가적인 하나 또는 복수의 그리고 특정한 특성들을 갖는 코팅층을 더 포함할 수 있다. TiBN는 다른 코팅물질 대비 모재(100)에 높은 경도를 제공하고 강한 부식저항성을 제공하여 일반 공구에 비하여 공구의 수명을 연장시키는 효과를 갖을 수 있다. 또한, TiBN층을 형성한 뒤에 다른 박막재를 형성하게 되면 공구의 기본재를 강화시켜 공구의 작업편차를 줄이며 다층 코팅의 경우 다른 층의 우수한 기계적 특성과 결합하여 공구의 수명을 연장시키고 편차를 작게 하고 작업이 용이하게 할 수 있다. 즉, TiCN, TiC,TiN 층을 형성할 때 보다 TiBN 층을 형성하는 경우 TiBN은 기본재에 C, N보다 확산되는 정도가 B가 더 높기 때문이다. TiBN 코팅층을 형성하기 위해서는 섭씨 700도 내지 섭씨 1000도 내외에서 가스 형태의 TiCl4, BCl3와 같은 화합 물에 질소, 수소 등을 반응시켜 금속의 표면에 TiBN과 같은 제1코팅층(110)이 형성되도록 할 수 있다.제2코팅층(120)을 형성하는 단계는 제1코팅층(110) 상에 경도를 향상시키는 금속인 알루미늄(Al), 규소(Si), 인(P), 탄소(C), 산소(O) 및 황(S)으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 비금속으로 코팅이 형성될 수 있다.On the other hand, the base material 100 of the extrusion die 20 may have a region that is easy to be exposed and is susceptible to wear, that is, a round region, a sliding region, a brace region, or a conical region. Therefore, if the weak properties of the base material 100 are supplemented, it is possible to reduce wear due to friction. Referring to FIG. 2 , in the step of forming the first coating layer 110 , a coating may be formed on the base material 100 with a metal selected from the group consisting of titanium (Ti). Existing coatings commonly used may include TiCN, TiC, TiN, TiBN, and the like. TiCN indicates the presence of each element and may include providing alternative metals to Ti or additionally adding other metals. Ti groups may be mainly used as the first coating layer 110 which is a base layer. In order to improve the first coating layer 110 , it may further include one or a plurality of additional coating layers having specific properties. TiBN provides high hardness to the base material 100 compared to other coating materials and provides strong corrosion resistance, thereby extending the life of the tool compared to a general tool. In addition, if another thin film material is formed after the TiBN layer is formed, the base material of the tool is strengthened to reduce the working deviation of the tool. In the case of multi-layer coating, it is combined with the excellent mechanical properties of other layers to extend the life of the tool and reduce the deviation. and make the work easier. That is, when the TiBN layer is formed than when the TiCN, TiC, or TiN layers are formed, the degree of diffusion of TiBN into the base material is higher than that of C and N. In order to form the TiBN coating layer, nitrogen, hydrogen, etc. are reacted with a compound such as TiCl 4 and BCl 3 in gaseous form at about 700 degrees Celsius to 1000 degrees Celsius to form a first coating layer 110 such as TiBN on the surface of the metal. In the step of forming the second coating layer 120 , aluminum (Al), silicon (Si), phosphorus (P), carbon (C), which are metals that improve hardness on the first coating layer 110 , The coating may be formed of a non-metal selected from the group consisting of oxygen (O) and sulfur (S).

평균 온도 공정 후에 제2코팅층(120)은 Al2O3를 이용해 하기의 반응을 통해 이루어질 수 있다.After the average temperature process, the second coating layer 120 may be formed through the following reaction using Al 2 O 3 .

Figure pat00002
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제2코팅층(120)은 기능층이라고도 하고, 제1코팅층(110)과 반대로 소위 고온에서는 1000도에서 증착되고 공정을 종료한 후에는 2㎛ - 5㎛의 층 두께를 가질 수 있다. 또한, 제2코팅층(120)은 경질이고 제1코팅층(110)과 함께 상승적으로 작용하여 압출 공정으로 인한 마모를 감소시킬 수 있다. 반면, 제2코팅층(120)의 후속적 도포를 통해 평균 온도를 가진 제2코팅층(120)의 C/N 비율이 변하지 않으므로, 제1코팅층(110)의 고유 특성을 유지시키는 동시에 주상 또는 줄기 형상 구조를 가지고 있어 제1코팅층(110)과의 접착을 양호하게 할 수 있다.The second coating layer 120 is also referred to as a functional layer, and as opposed to the first coating layer 110 , it is deposited at 1000 degrees at a so-called high temperature, and after the process is finished, it may have a layer thickness of 2 μm to 5 μm. In addition, the second coating layer 120 is hard and acts synergistically with the first coating layer 110 to reduce wear due to the extrusion process. On the other hand, since the C/N ratio of the second coating layer 120 having an average temperature does not change through the subsequent application of the second coating layer 120 , it maintains the intrinsic properties of the first coating layer 110 and at the same time has a columnar or stem shape. Since it has a structure, good adhesion with the first coating layer 110 can be achieved.

도 2를 보는 바와 같이, 제1코팅층(110) 및 제2코팅층(120)의 두께는 각각 3 ~ 3.5 : 2 ~ 2.5의 비율을 가질 수 있다. 즉, 제1코팅층(110)은 약 6 ~ 7㎛의 두께를 가질 수 있고, 제2코팅층(120)은 약 4 ~ 5㎛의 두께를 가질 수 있다. 이때 제1 및 제2코팅층(110)(120)을 가지는 압출금형(10)이 이와 같은 두께의 비율을 가짐으로써 내마모성을 향상하고 표면 거칠기를 낮추며 코팅 원소들의 확산 능력 및 열적 전도성을 개선할 수 있다. As shown in FIG. 2 , the thickness of the first coating layer 110 and the second coating layer 120 may have a ratio of 3 to 3.5: 2 to 2.5, respectively. That is, the first coating layer 110 may have a thickness of about 6-7 μm, and the second coating layer 120 may have a thickness of about 4-5 μm. At this time, since the extrusion mold 10 having the first and second coating layers 110 and 120 has such a thickness ratio, the wear resistance is improved, the surface roughness is lowered, and the diffusion ability and thermal conductivity of the coating elements can be improved. .

도 3은 본 발명에 따른 코팅층이 형성된 압출 다이의 표면을 개략적으로 나타낸 사진 및 성분함량 그래프이다.3 is a photograph and a component content graph schematically showing the surface of the extrusion die on which the coating layer according to the present invention is formed.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 코팅층이 형성된 압출 다이(20)의 표면을 개략적으로 나타낸 사진으로서, 모재(100)에 제1 및 제2코팅층(110)(120)가 형성된 것을 볼 수 있다. 이때 그래프에 나타난 코팅층의 성분 함량은 철(Fe) 2.88 wt%, 티타늄(Ti) 2.10 wt%, 규소(Si)1.82 wt%, 알루미늄(Al) 60.38 wt%, 산소(O) 22.87wt% 및 탄소(C) 9.95wt%가 포함되었다.Referring to FIG. 3 , as a photograph schematically showing the surface of the extrusion die 20 on which the coating layer according to the present invention is formed, it can be seen that the first and second coating layers 110 and 120 are formed on the base material 100 . . At this time, the component content of the coating layer shown in the graph is iron (Fe) 2.88 wt%, titanium (Ti) 2.10 wt%, silicon (Si) 1.82 wt%, aluminum (Al) 60.38 wt%, oxygen (O) 22.87 wt%, and carbon (C) 9.95 wt% was included.

제2코팅층(120)은 탄소 원소를 포함할 수 있고, 평균 온도에서 최적의 비율은 C/N이 1보다 초과되거나 1.5 이상일 수 있다. 예를 들어, 이차이온질량분석기(SIMS)를 이용하여 측정할 때 일반적인 구현 형태에서 예컨대 60:440의 C:N비율이 가능할 수 있다. The second coating layer 120 may include carbon element, and the optimal ratio at the average temperature may be greater than 1 or greater than 1.5 C/N. For example, a C:N ratio of eg 60:440 may be possible in a typical implementation when measuring using secondary ion mass spectrometry (SIMS).

CVD코팅기술을 적용한 제2코팅층(120)은 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있고 텍스쳐, 조도 및 열전도성이 향상될 수 있다. 예를 들어, 제2코팅층(120)은 Al2O3, TiBN 및 TiO를 가질 수 있으며, 평균 온도는 950℃ 이상의 CVD 공정 온도로 코팅될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, ZrN, CrN 또는 CrC 등이 제2코팅층(120)으로 이루어질 수 있다.The second coating layer 120 to which the CVD coating technology is applied may be formed of at least one layer and may have improved texture, roughness and thermal conductivity. For example, the second coating layer 120 may have Al 2 O 3 , TiBN and TiO, and the average temperature may be coated at a CVD process temperature of 950° C. or higher. However, the present invention is not limited thereto, and the second coating layer 120 may be formed of ZrN, CrN, or CrC.

본 발명은 서술한 압출 다이 모재, 압출 재료 및 코팅 재료(봉입되어 사용된 가스)에 한정되지 않는다. 오히려 본 발명을 구현하기 위해 평균 온도 CVD에 적절한 재료가 층에 적합하고, Ti는 금속 원소로서 바람직하지만, 반드시 제공될 필요는 없다. 본 발명의 맥락에서, 그와 같이 형성된 층을 도핑하는 것이 가능하고, 이미 언급한 원소에서 B, 특히 Zr, Cr 등이 포함될 수 있다. 또한, 커버 또는 기능의 역할을 한 제2코팅층(120)의 주 성분이였던 Al2O3에만 한정되는 것은 아니며, 고온에서 코팅될 수 있는 그 밖에 TiO 층, MT 층 등으로 다양하게 적용될 수 있다.The present invention is not limited to the above-described extrusion die base material, extrusion material and coating material (enclosed and used gas). Rather, a material suitable for average temperature CVD to implement the present invention is suitable for the layer, and Ti is preferred as the metallic element, but need not be provided. In the context of the present invention, it is possible to dope the layer thus formed, and from the elements already mentioned B, in particular Zr, Cr, etc. may be included. In addition, it is not limited to Al 2 O 3 , which was the main component of the second coating layer 120 that served as a cover or function, and can be variously applied as other TiO layers, MT layers, etc. that can be coated at high temperatures. .

또한, 제2코팅층(120)의 성분으로서 알루미늄계 합금을 넘어, 다른 경금속 예를 들어, 마그네슘 합금 또는 아연 합금, 구리 및/또는 황동계 중금속 합금을 이용하는 것도 고려될 수 있다. 또한, 앞서 언급한 금속 압출 방법과 무관하게, 본 발명은 플라스틱, 예컨대 CFK 플라스틱 등을 마모 측면에서 유리하게 처리하는 데 적합하다. 추가로 예상할 수 있는 점으로서, 특히 경질의 또는 연마의 압출 재료(14%까지 생각할 수 있는 높은 Sl 성분을 포함하는 분말 야금 알루미늄)가 처리되고 및 (나노 입자, SiC 등처럼) 재료 특성값(material characteristic values)을 변경하기 위해 첨가제를 첨가한 알루미늄 역시 처리될 수 있다.In addition, as a component of the second coating layer 120, other light metals, for example, magnesium alloys or zinc alloys, copper and/or brass-based heavy metal alloys may be considered in addition to aluminum-based alloys. Furthermore, irrespective of the metal extrusion method mentioned above, the present invention is suitable for advantageously treating plastics such as CFK plastics and the like in terms of wear. As a further foreseeable point, in particular hard or abrasive extruded materials (powder metallurgical aluminum with a conceivable high Sl component of up to 14%) are processed and material property values (such as nanoparticles, SiC, etc.) Aluminum with additives to change material characteristic values can also be treated.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.The above-described embodiments are merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible from those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will have to be determined by the technical idea of the invention described in the claims.

10: 압출금형 11: 멘드렐(Mandrel)
13: 고정부 15: 멘드렐초경
20: 다이(Die) 25: 다이초경
30: 연결튜브 100: 모재
110: 제1코팅층 120: 제2코팅층
P: 압출방향 A: 경사진 각도
10: Extrusion mold 11: Mandrel
13: fixed part 15: mendrel carbide
20: Die 25: Die carbide
30: connection tube 100: base material
110: first coating layer 120: second coating layer
P: Extrusion direction A: Inclined angle

Claims (1)

화학 기상 증착에 의해 초경재료를 가공한 알루미늄 압출금형 제조방법에 있어서,
코발트, 크로뮴, 망간, 몰리브데넘 및 코페르니슘으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 금속 및 규소, 인, 탄소, 산소 및 황으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 비금속 중 적어도 어느 하나를 포함하는 모재를 준비하는 단계;
상기 모재 상에 티타늄으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 금속으로 코팅을 형성하는 제1코팅층을 포함하는 단계; 및
상기 제1코팅층 상에 경도를 향상시키는 금속인 알루미늄, 규소, 인, 탄소, 산소 및 황으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 비금속으로 코팅이 형성된 제2코팅층을 포함하고,
상기 제1코팅층 및 제2코팅층의 두께는 각각 3 ~ 3.5 : 2 ~ 2.5의 비율을 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착에 의해 초경재료를 가공한 알루미늄 압출금형 제조방법.
In the method for manufacturing an aluminum extrusion mold processing a cemented carbide material by chemical vapor deposition,
Preparing a base material comprising at least one of a metal selected from the group consisting of cobalt, chromium, manganese, molybdenum and copernicium and a non-metal selected from the group consisting of silicon, phosphorus, carbon, oxygen and sulfur;
including a first coating layer for forming a coating on the base material with a metal selected from the group consisting of titanium; and
a second coating layer having a coating formed on the first coating layer with a non-metal selected from the group consisting of aluminum, silicon, phosphorus, carbon, oxygen and sulfur, which are metals for improving hardness,
The thickness of the first coating layer and the second coating layer is 3 to 3.5: a method of manufacturing an aluminum extrusion mold processing a cemented carbide material by chemical vapor deposition, characterized in that having a ratio of 2 to 2.5, respectively.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150069470A (en) 2013-12-13 2015-06-23 주식회사 에이치와이티씨 Cvd surface processed tools
KR20150093923A (en) 2014-02-09 2015-08-19 주식회사 에이치와이티씨 Methods for cvd coating

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