KR910001357B1 - 내마모층을 형성하는 방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

내마모층을 형성하는 방법

제1도는 참고실시예와 본 발명의 실시예에 사용된 경질물 분말 또는 경질물 소결입자가 기재와 코어 사이에 충전되어 있는 기재 및 형 (mold) (코어)에 관한 평면도.

제2도는 제1도에 있는 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 종단면도.

제3도는 제2도에 도시된 재료위에 놓여진 미분체 합금의 침투되기 전의 상태에 관한 종단면도.

제4도는 제1도 내지 제3도에 도시된 기재의 내부표면에 내마모층이 형성된 후에 형(코어)과 기재의 양단이 절삭 및 제거된 상태에 관한 종단면도.

제5도는 참고실시예에 의하여 형성된 내마모층의 단면에 관한 현미경사진(배율 400배).

제6도는 본 발명에 따른 실시예에 의하여 형성된 내마모층의 단면엔 관한 현미경사진(배율 400배)

제7도는 참고실시예와 본 발명의 실시예에 의하여 형성된 내마모층의 내마모시험 결과를 도시하는 그래프.

제8도 내지 제10도는 본 발명의 내마모층을 형성하는 방법이 내마모층이 형성될 표면상이 여러가지 형인 기재에 적용될 수 있는 것을 도시하는 제2도와 유사한 종단면도.

본 발명은 플라스틱성형기 또는 세라믹성형기에 사용된 특히 마모되기 쉬운 실린더 또는 배럴의 내부표면등과 같은 금속재의 표면상에 내마모층을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.

종래에는 이러한 특성이 있는 내마모층의 형성은 표면질화 처리 처리방법과, 내마모층이 형성된 금속체의 표면상에 용사, 덧살올림(building up) 또는 원심주조등을 채용하는 방법을 포함하는 방법으로 수행되어 왔다.

그러나 이들 종래방법에 따르면 큰크기의 물체의 표면위에 또는 작은 내경의 중공체의 내부표면위에 내마모층을 균일하게 형성하는 것은 상당히 어렵고, 더욱이 이 라이닝된 층은 벗겨지기 쉽다. 그러므로, 이 내마모층을 형성하는 공정과 이 층의 성능에 있어서의 문제점 때문에 이들 방법은 만족스럽지 않았다. 또한 앞서 기술된 방법의 결점을 제거하기 위한 또다른 방법으로서, 텅스텐(WC)분말과 같은 경질물 분말을 기재료 또는 기재와 직접적으로 접촉시키거나 또는 WC분말과 기재 사이에 개재되어 있으며 쉽게 고용될 수있는 재료로된 분할판과 같은 보조층을 통해서 간접적으로 기재료 또는 기재와 접촉하게 하여 충전층을 형성하고, WC와 같은 경질물 미세입자를 금속내로 분산시키기 위하여 니켈(Ni)계 또는 코발트(Co)계 자용(自溶)합금과 같은 금속의 용융액을 충전층내로 침투시켜서 WC와 같은 경질물의 미세입자를 금속내로 분산시켜서 내마모층을 형성시키는 방법이 제안되었다.

이렇게하여 형성된 내마모층은 내마모성이 대단히 향상되었고, 이런형의 층이 여러가지 외형을 갖고 있는 기재의 표면에 적용될 수 있도록 경질물 분말의 충전층이 코어와 같은 적절한 형을 사용해서 형성될 수 있다면 상기 금속은 충전층을 통해서 비교적 쉽게 침투할 수 있다. 이런형의 내마모층의 두께가 증대된다면 작은 공격자점(vacancy) 또는 공공이 이 층내에 형성될 수 있는데, 이것은 이 경질물 분말과 금속이 소결될 때 발생하는 수축에 의해서 유발되는 것으로 생각된다. 내마모층의 두께가 2 내지 3mm일때, 약 10 내지 100마이크론의 직경을 갖는 공공이 형성될 수 있다. 공공의 크기가 아주 작은 경우 실질적으로 아무 문제점이 발생되지 않으며 이와 같은 공공의 존재는 어떠한 문제점도 제공하지 않으며, 예컨대 이것이 기계공구의 미끄럼 표면내에 형성되었을때는 윤활유가 공공내로 진입하기 때문에 오히려 바람직하다. 그러나 플라스틱 성형기에 있는 실린더의 내부표면의 경우에 있어서, 플라스틱은 공공내로 진입하여 공공내에서 체류되므로 가열 및 연소된 후에 벗겨져서 정상적인 플라스틱으로 혼합된다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 결점을 제거하고 금속부재 표면상에 실질적으로 공공이 없는 내마모층을 얻는 것이다.

본 발명에 따라, 이 목적과 기타 다른 목적은 내마모층을 형성하는 방법으로서, 표면에 내마모층이 형성되는 기재와 형부재를 대향관계로 위치시켜서 내마모층 형성표면과 형부재의 대향표면 사이에 갭을 형성하고, 이 갭을 주성분이 경질물 분말인 경질물 소결입자로 기재의 내마모층 형성표면을 따라서 충전하고, 그 다음에, 선택된 금속을 경질물 소결입자의 충전층내로 침투시키는 것을 특징으로 하는 방법에 의해서 달성될 수 있다.

본 발명의 또다른 태양에 있어서는, 단일의 경질물 소결입자 대신에 경질물 분말과 경질물 분말의 경질물 소결입자를 함께 갭내로 충전한다.

부가적으로 본 발명에 따라, 내마모층이 형성될 기재의 표면상에 결합력을 강화하는 예비처리를 실시할수도 있고 실시하지 않을 수도 있다.

경질물분말은 WC, VC, TiB₂, MoB, TiN, ZrN등과 같은 주기율표의 제4, 5, 6족에 속하는 금속의 탄화물, 질화물 및 붕화물이 적당하며, 이 분말의 입도는 경질물 분말이 내마모층으로 완전히 분산되어야 한다는 점에서 수 마이크론 이하인 분말이 사용되는 것이 바람직하다.

경질물 소결입자의 주성분은 상기 기술한 종류의 분말이고, 이 분말과, Co, Ni 및/또는 Fe(경질물분말의 입도와 실질적으로 같은 입도임)의 단체 또는 적당한 혼합물로 이루어진 금속분말을, 전자는 95중량%, 후자는 5중량％의 비율로 혼합하여, 이에 의하여 소결체를 얻었다. 이 소결체를 스크린으로 분급한 후에 사용하였다. 이 경질물 소결입자의 입도는 내마모층의 공공을 실질적으로 제거하고 경질물을 보다 균일하게 분산시킨다는 견지에서는 50 내지 150마이크론인 것이 바람직하다.

경질물 소결입자내로 침투될 금속은 기재와 경질물 소결입자의 응융점보다 낮은 용융점을 갖고 있고 바람직하기로는 내식성 및/또는 내마모성이 있는 금속으로부터 선택된다. 이 금속은 Ni계 또는 Co계 자용합금인 것이 바람직스럽다. 또한 이 금속은 경질물 소결입자내에 함유된 금속과 함께 내식성 및/또는 내마모성을 갖고 있는 합금을 형성하는 것일 수도 있다.

본 발명의 실시예에 대하여 기술하기 전에, 본 발명의 쉬운 이해를 도모하기 위한 첨부도면과 관련하여 종래의 내마모층 형성방법을 참고실시예로서 우선 이하에 기술한다. 참고실시예와 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 내마모층 형성방법은 모재가 2축형 플라스틱 성형기용 실린더 또는 배럴(제1도에서 기재는 단면이 직사각형이다)인 경우에 관련된다. 그러나 본 발명의 내마모층 형성방법은 내마모층을 평편한 금속판 표면, 다종의 성형기용 실린더의 내부표면, 및 성형기의 스크류부재의 외부표면위에 형성하는데 적용될수 있다는 것은 주목되어야 한다.

[참고실시예]

제1도에 도시된 것처럼, 기재(1)는 2축형 플라스틱 성형기의 실린더 또는 배럴을 기재(1)로 사용하였다. 기재(1)의 내부표면(1a)위에 후에 기술될 내마모층(7) (제4도를 참조)를 형성하기 위해서 기재내에 형으로서 코어(2)를 배치하였다. 경질물 분말로서 제공된 WC분말(5)이 충전된 갭(3)을 기재(1)의 내부표면과 코어(2)의 외주표면(2a)사이에 형성시켰다. 갭 (3)의 하단부는 용접부(4)에 의해 밀폐시켰다. 갭 (3)의 길이(l)는 200mm이고, 코어(2)의 직경(D)은 50mm이며, 기재(1)의 내부표면(1a)의 직경은 갭(3)의 두께(t)가 3mm로 되도록 선택되었다. 갭(3)을 형성하기 위해서 하단부에 플랜지부가 설치된 코어(2)를 사용하는 것이 바람직하다.

입도가 약 10마이크론인 WC분말(5)을 경질물 분말로서 셔이커 (shakers) (도면에 도시되지 않음)를 사용해서 갭 (3)내로 충전시켰다. 제3도에 도시된 것처럼, Ni계 자용합금의 미분체(6)를 갭 (3)위에 올려 놓았다. 이 재료들을 진공도 0.55Torr인 진공로중에서 20분동안 1080℃에서 가열하였다. Ni계 자용합금의 미분체(6)는 용융되어 WC분말(5)내로 즉, 갭(3)내로 침투된 후에, 이 재료들을 동일한 진공로중에서 실온까지 냉각하였다. 표 1은 상기 기술된 Ni계 자용 합금의 조성을 도시한 것이다.

[표 1]

도시한 것처럼 기재(1)의 수직 양단부를 기계가공에 의해 절삭 및 제거하고, 다음에 코어(2)를 제거하여, 기재의 노출된 내부표면을 연마가공 하여서 그 결과 갭(3)내에 형성된 내마모층(7)은 제4도에 도시된 것처럼 기재(1)의 내부공간에 노출되었다.

내마모층(7)의 단면을 현미경으로 관찰했을때, 공공은 제5도의 사진(배율 : 400배)에 있는 흑색 스포트로서 인식되었다. 이들 공공들의 직경은 약 20 내지 40마이크론이었고, 1cm²내에 여섯개의 공공이 존재하였다.

[본 발명의 바람직한 실시예]

공정은 제1도 및 제2도에 도시된 갭(3)내로 경질물분말(5) 대신에 다음의 경질물 소결입자를 충전시키는 것을 제외하고는 상기 참고실시예의 공정과 동일하다.

입도가 약 1마이크론인 WC분말과 입도가 1.5마이크론인 Co 분말을, 전자가 95중량% 후자를 5중량%의 비율로 혼합되도록 평량하여 분쇄 혼합하였다. 사용될 입도가 50 내지 150마이크론인 경질물 소결입자를 얻기 위해 이렇게 형성된 WC-Co의 소결재료를 스크린에 의해 분급하였다.

이들 경질물 소걸입자를 셰이커를 사용해서 제1도 및 제2도에 도시된 것처럼 갭(3)내로 충전하였다. 후속된 공정은 상기 기술된 참고예의 것과 동일한 조건으로 실시하여 제4도에 도시된 것처럼 실린더를 제조하였다.

제6도는 이 실시예에서 얻어진 내마모층의 확대단면(배율 : 400배)에 관한 사진을 도시한 것이다. 이 사진으로부터 분명한 것처럼, 실질적으로 공공이 관찰되지 않으며 보다 미세한 WC(경질물)가 균일하게 분산되어 있다. 제7도는 참고실시예와 본 발명에 따른 실시예의 내마모층에 대하여 오오고시(Oogoshi)식 마모시험기를 사용하여 수행한 실험의 결과로서 마모량을 도시하는 것이다. 이 마모시험의 시험부재는 SKD11(일본공업 규격에서 근거한 금속) (H_RC58) (룩크웰경도를 표시하는 기호)이고, 마찰거리는 600m이고, 가압(pressing)하중은 1.89kgf이며, 비마모량은 마찰거리 1m 및 가압 하중 1kgf일때의 마모량이다. 제7도에 있어서, 선(I)은 참고실시예에 근거한 결과를 도시하는 것이고 선(Ⅱ)은 본 발명의 실시예의 결과를 도시하는 것이다. 제7도로부터 명백한 것처럼, 본 발명의 실시예는 내마모성의 견지에서 참고예보다 우수하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 내마모층을 형성시킬 기재의 표면을 충전하는 경질물 소결입자는 고밀도 및 비교적 큰 입도를 갖도록 형성되어 있으므로, 같은 방법으로 상기 표면을 충전하는데 입도가 수마이크론인 분말이 사용된 경우와 비교하여 충전밀도가 증대된다. 상기한 것과 같은 금속의 용융액이 경질물 소결입자로 침투될 때, 이 용융액은 경질물 소결입자를 통하여 보다 완전히 침투될 수 있다. 그러므로이 금속의 용융액이 침투 및 소결될 때, 소결로 인한 수축도는 매우 작은 수준으로 제한되므로 그 결과 공공이 발생하는 위험이 없게 되는데, 이 공공은 경질물 분말이 소결에 의해서 입자로 형성되지 않고 직접 충전된 상기 기술된 제안의 경우처럼 제품에 결함을 초래할 수 있는 것이다. 더욱이, 경질물 소결입자가 고밀도로 균일하게 충전되기 때문에, 이 경질물은 보다 균일하게 분산될 수 있다.

경질물 소결입자와 함께 소결되지 않은 경질물 분말은 경질물 소결입자 사이의 갭내로 충전될 수 있으므로 이 분말은 부가적으로 이 갭내에서 존재하게 된다. 이 경우에 있어서, 경질물 소결입자의 경질물 분말은 분말혼합기에 의해서 충분히 혼합된 후에 충전될 수 있다. 이 방법은 상기 기술한 방식으로 형성된 것과 유사한 내마모층을 역시 제공할 수 있고, 이 내마모층은 공공이 없고 고밀도의 경질물이 있으므로 내마모성이 대단히 향상된다.

본 발명은 내마모층의 공공을 제거하고, 경질물을 내마모층내로 보다 균일하게 분산시키고, 경질물의 함유량을 증대시키는 것이 가능하며 이에 의하여 우수한 내마모성을 실현할 수 있다.

앞서의 참고실시예와 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 내마모층을 형성하는 방법이 2축형 플라스틱 성형기의 배럴용 기재의 외부표면에 채택되었더라도, 이 방법은 전술한 것처럼 평편한 금속판의 표면상에 내마모층을 형성하는데 뿐만 아니라 단일축형 플라스틱 성형기의 실린더 및 스크류용 기재에 적용될 수 있다. 이하에 제8도 내지 제10도에 관련하여 이들 적용예를 간단하게 기술한다.

제8도는 제2도와 유사한 종단면도를 도시하며, 이 단면도는 단일 축형 플라스틱 성형기에 있는 실린더의 기재(1b)의 내부표면상에 내마모층을 형성하는 방법을 설명하고 있고, 여기에서 내마모층을 형성하는 조건은 실린더(1b)가, 단일축이 사용되기 적합한 형상이면서 직사각형인 배럴(1)과 코어 (25b)를 대치하여 사용된 것을 제외하고는 제2도에 도시된 것과 실질적으로 같다.

제9도는 부분적으로는 단면도가 아니지만 제8도와 유사한 종단면도를 도시하는데, 이 단면도는 플라스틱성형기의 기재인 스크류(1c)의 외부표면상에 내마모층을 형성하는 방법을 설명하고 있고, 여기에서 외부프레임부재(2c)는 스크류(1c)를 둘러싸도록 위치되어 있으므로 내마모층을 형성하는 경질물 소결입자(5)로 충전된 환상의 갭이 그것들 사이에 형성된다.

제10도는 평편한 금속판(16)의 표면상에 내마모성을 형성하는 방법을 설명하는 종단면도를 또한 도시하고 있고, 여기에서 외부프레임은 프레임(2d)과 판(1d)사이에 갭을 형성하도록 위치되어 있다. 이 갭은 경질물 소결입자로 충전되어 있다. 이 판의다른 표면에 내마모층의 형성이 요구된다면 물론 프레임 (2d)은 이 다른 표면상에 위치될 수 있다.

상기의 실시예는 별문제로 하고 본 발명에 따라 코어부재 또는 프레임의 형상 및 위치는 상기의 형에 국한되지 않으며, 이들 모든 실시예에서, 코어 또는 프레임은 경질물 소결입자와 접촉하는 표면상에 예비적으로 이형제를 가하여 쉽게 제거될 수 있다.

Claims (8)

1. 내마모층을 형성하는 방법에 있어서, 내마모층이 형성될 표면이 있는 기재와 상기 기재와 대향관계로 위치될 형부재를 제조하여 상기 기재의 상기 표면과 상기 형부재의 대향 표면 사이에 갭을 형성하는 단계 ; 주기율표의 제 4, 5, 6족에 속하는 금속의 탄화물, 질화물 및 붕화물로부터 선택된 한종류 이상의 재료로 이루어진 경질을 분말이 주성분인 경질물 소결입자로 상기 기재의 내마모층 형성표면을 따라 상기 갭을 충전하는 단계 ; 상기 기재 및 상기 경질물 소결입자의 용융점보다 낮은 용융점을 갖고 있는 용응금속을 상기 경질물 소결입자의 충전층내로 침투시키는 단계로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내마모층을 형성하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 경질물 소결입자는 코발트, 니켈 및 철로부터 선택된 1종 내지 3종의 재료 5중량%와 상기 경질물 분말 95중량%로 이루어진 혼합 소결입자인 것을 특징으로 하는 내마모층을 형성하는 방법 .
3. 제1항에 있어서, 상기 경질을 소결입자의 충전층내로 침투되는 금속은 니켈계 자용합금과 코발트계 자용합금으로부터 선택된 1종의 합금인 것을 특징으로 하는 내마모층을 형성하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 경질을 분말의 입도는 수마이크론 이하이고 상기 경질을 소결입자의 입도는 50내지 150마이크론인 것을 특징으로 하는 내마모층을 형성하는 방법.
5. 내마모층을 형성하는 방법에 있어서, 내마모층이 헝성될 표면이 있는 기재와 상기 기재와 대향관계로 위치될 형부재를 제조하여 상기 기재의 상기 표면과 상기 형부재의 대향 표면 사이에 갭을 형성하는 단계 ; 주기율표의 제4,5,6족에 속하는 금속의 탄화물, 질화물 및 붕화물로부터 선택된 한종류 이상의 재료로 이루어진 경질물 분말과, 주성분이 상기 경질물 분말인 경질물 소결입자로 상기 기재의 내마모층 형성 표면을 따라서 상기 갭을 충전하는 단계 ; 상기 기재 및 상기 경질물 소결입자의 용융점보다 낮은 용융점을 갖고있는 용융금속을 상기 경질을 분말 및 상기 결질물 소결입자의 충전층속으로 침투시키는 단계로 구성되어있는 것을 특징으로 하는 내마모층을 형성하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 경질물 소결입자는 코발트, 니켈 및 철로부터 선택된 1종 내지 3종의 재료 5중량%와 상기 경질물 분말 95중량%로 이루어진 혼합 소결입자인 것을 특징으로 하는 내마모층을 형성하는 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 경질물 분말 및 상기 경질물 소결입자의 충전층내로 침투되는 금속은 니켈계 자용합금과 코발트계 자용합금으로부터 선택된 1종의 합금인 것을 특징으로 하는 내마모층을 형성하는 방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 경질물 분말의 입도는 수마이크론 이하이고 상기 경질물 소결입자의 입도는 50내지 150마이크론인 것을 특징으로 하는 내마모층을 형성하는 방법.

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