KR920002711B1 - 조밀한 알루미나-기본 매체를 사용하는 금속 표면 정련법 - Google Patents

Abstract

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Description

조밀한 알루미나-기본 매체를 사용하는 금속 표면 정련법

본 발명은 물리화학적 피니싱(finishing) 기술을 사용하여 금속 표면을 정련하기 위한 매우 효과적인 신규의 정련법에 관한 것이다. 금속 표면을 정련하는 물리화학적 방법은 미챠우드(Michaud)등의 미합중국 특허 제4,491,500호에 기술되어 있고 청구되어 있으며, 이 방법은 표면상에 비교적 매끄러운 피막을 전개시키고, 물리적으로 제거한 다음, 연속적으로 보완하는 과정을 포함한다. 매우 중요한 점은 기계적 작용을 통해 균일하게 된다는 것인데, 바람직하게는 진동 매스 피니싱(vibratory mass finishing)장치 내에서 전개되며, 궁극적으로는 매우 매끄럽고 정련된 표면이 비교적 짧은 시간 내에 제조된다는 것이다.

상기 발명자는 상기 방법을 파트-온 파트 기술(part-on-part)을 사용하거나 자기, 플라스틱 등의 매트릭스 내에 고정시킬 수 있는 마모성 매스 피니싱 매체(예 : 석영, 화강암, 산화알루미늄, 산화철 및 탄화규소)를 혼합시킴으로써 수행할 수 있다고 설명하고 있다. 상기 특허의 명세서에서 기술한 바대로, 상기 방법은 효과적으로 화학적 전환에 의해 금속을 보다 매끄러운 형태로 전환시킴으로써 표면의 불균일성을 선택적으로 제거하는데 명백히 기여할 수 있다.

미록 미챠우드의 방법이 가장 효과적이고, 만족 스럽다 할지라도, 최종 처리물 표면의 향상된 품질 및 더 높은 생산율이 본 기술 분야에서의 가치있는 진보라는 것은 자가-증명이다. 더욱이, 이러한, 장점이 수행하기가 더욱 경제적이고, 용이하며, 환경적으로 적절한 방법에 의해 성취된다면, 더욱 바람직할 것이다.

금속 표면의 최고도의 정련을 성취하기 위하여, 일반적으로 소위 연마용(burnishing) 매체 및 금속에 대해 불활성인 알칼리성 비누 수용액으로 충전된 매스 피니싱유니트에서 부품을 처리함으로써 수행할 수 있는 연마단계로 미챠우드 특허의 방법을 처리하는 것이 바람직하다. 이러한 연마용 매체는 전형적으로 경질의 조밀한 비마모성 응집성매스에 융합된 무기 산화물 입자로 구성되며, 또한 연마용 금속 부품용으로 강철볼을 사용하는 것이 통상적으로 공지되어 있다.

과거에는, 마모성 매체(예 : 공정이 화학적으로 촉진될 때, 마모성 입자로 약 20 내지 40% 하중된 그리트-충전 세라믹)를 함유하는 진동성 용기에서 처리물을 먼저 처리한 다음, 이들을 연마용 매체가 충전된 2차 용기로 이동시키는 표준적인 방법을 수행해 왔지만, 이는 불편하고, 많은 시간이 소요되며 비용이 많이 든다. 미챠우드의 특허에 기술된 방법은, 비교적 비공격성인 절삭 매체(예 : 마모성 그리트를 10 내지 15% 함유하는 세라믹)를 사용함으로써 2차 용기로 이들을 이동시키지 않고도 연마된 부품을 제조하는데 사용할 수 있다. 이러한 방법에서, 초기의 표면-정련된 상을 반응성 용액으로 처리하여 부품상에 전환 피막을 형성시키고, 작동장치로 세척단계(flushing step)를 거친 다음, 연마용 비누 용액을 유입시킨다.

이러한 방법은 매우 유리하다 할지라도, 금속 표면을 긁는 마모성 매체의 특성 때문에 금속 표면의 궁극적인 정련(예 : 경면 광택)을 수득할 수는 없다.

또한, 효과적이 되기 위해서 이러한 매체의 그리트 입자는 절삭 기능을 수행하는 새롭고 예리한 모서리가 제공되도록 계속해서 균열되어야 하므로, 환경적인 이유에서 세라믹 매트릭스의 마손에 의해 방출되는 분말성 잔사 및 입자의 제거 뿐만 아니라 이렇게 생성된 입자의 제거를 위하여, 상기 방법에서 사용되는 용액으로 처리되어야 한다는 것은 명백하다.

따라서, 본 발명의 광범위한 목적은 물리화학적 피니싱 기술을 사용하여 금속 표면을 정련하는 신규하고 매우 효과적인 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 더욱 구체적인 목적은, 본 발명 이전까지 비교가능한 수단에 의해 실현되었던 것보다 더 빠른 속도로 증진된 표면 정련을 수행할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 전술한 특징 및 장점을 가지며, 또한 동일한 종류의 종래 방법보다 수행하기가 더욱 경제적이고 용이하며 환경적인 장점을 가진 방법을 제공하는 것이다.

또 다른 구체적인 목적은 비교적 거친 금속 표면을 1단계로, 즉 부품을 이동시키지 않고 하나의 매체를 사용하여, 경면 상태로 정련할 수 있는 신규한 물리화학적 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 전술된 관련 목적은 비교적 거친 금속표면을 가진 일정량의 목적물 및 금속 표면을 보다 매끄러운 형태로 전환시킬 수 있는 용액을 포함하는 성분들의 매스를 매스 피니싱 유니트의 용기에 도입시킨 다음, 용기내에서, 신속히 진탕시켜 상기 성분들 사이에 상대적 운동을 형성시키고 노출된 금속을 전환시키기 위해 연속적으로 용액을 사용하여 표면을 습윤 상태로 유지시키는 표면 정련방법을 제공함으로써 성취되는 것으로 밝혀졌다. 진탕 조건하에서 성분들 사이와 상기한 목적물에 대하여 상대적인 미끄럼운동이 촉진되도록 하는 양 및 크기로 비교적 비마모성인 고체 매체 성분 일정량을 포함한다. 매체 성분은 응집성 매스에 융합되고 불연속 마모성 입자를 사실상 함유하지 않는 산화물 입자의 혼합물로 구성되며, 여기서 응집성 매스는 산소-비함유 기준으로 알루미늄 약 60 내지 80중량% 및 규소 약 5 내지 30중량%를 함유한다. 이들은 밀도가 약 2.75g/㎤이상이고, 바람직하게는 평균 다이아몬드 피라미드 경도(DPH)치가 약 845 이상이며, 양적으로 매체성분들은 벌크 밀도가 약 1.70g/㎤이상이다.

한가지 바람직한 양태에서, 매체 성분을 구성하는 응집성 매스는 산소-비함유 기준으로 알루미늄 약 76 내지 78중량%, 규소 약 10 내지 12중량%, 철 약 5 내지 9중량% 및 티탄 약 4 내지 6중량%로 필수적으로 이루어진다. 또한, 매스는 동일한 기준에서 알루미늄 약 63 내지 67중량%, 규소 약 26 내지 36중량%, 나트륨 약 2 내지 4중량%, 칼륨 약 1 내지 2중량% 및 인 약 0.5 내지 0.8중량%로 필수적으로 이루어질 수 있다. 또 다른 구체적인 형태에서, 조성은 알루미늄 약 62 내지 73중량%, 규소 약 7 내지 14중량%, 망간 약 10 내지 25중량% 및 나트륨 약 1 내지 4중량%일 수 있다.

가장 바람직하게는, 응집성 매스가 포함하는 산화물 입자는 직경이 약 25μ이하이고, 보통 이들 거의 모두가 직경이 1μ이상이다. 매스의 밀도는 보통 약 3.5g/㎤미만이고, 이의 다이아몬드 피라미드 경도치는 약 1200미만이며, 성분의 벌크 밀도는 약 2.5g/㎤미만이다.

매체 성분의 조성물은 일반적으로 본 공정에서의 진탕으로 인한 평균 중량 감소율이 시간당 약 0.1%이하이고, 매체 성분들은 실제적으로 예리한 모서리가 없는 것이다. 몇몇 경우에서, 이들을 응집성 매스로 전환시키는 산화물 입자의 융합은 승온 및 감압하에서 가열시킴으로써 수행하는데, 온도는 통상적으로 약 1,175℃이다.

본 발명의 방법에서 사용되는 표면-전환 용액의 활성성분은 옥살산염 라디칼을 바람직하게는 약 0.125 내지 0.65g mole/ι의 농도로 포함하는 것이 유리하다. 이는 또한 인산염 라디칼 약 0.05 내지 0.15g mole/ι, 질산염 라디칼 약 0.004g mole/ι이상 및 퍼옥시 그룹 약 0.001 내지 0.05g mole/ι를 포함할 수도 있다. 옥살산염 라디칼, 질산염 라디칼 및 퍼옥시 그룹은 각각 옥살산, 질산나트륨 및 과산화수소 또는 과황산나트륨에 의해 제공될 수 있다.

본 발명에 방법을 진동 매스 피니싱 유니트 내에서 수행할 경우, 2 내지 4mm의 진폭으로 작동시킴이 유리하며, 목적물 대 매체의 용적비는 넓은 범위에 걸쳐 다양할 수 있지만, 대부분의 경우에는 약 0.1 내지 3 : 1이다. 통상적으로, 목적물의 금속 표면은 산술 평균 조도(Ra)치가 약 100이상이며, 본 방법에 의해 가장 바람직하게는 조도치가 약 2 이하인, 사실상 물결모양(ripple)을 함유하지 않은 상태로 정련될 것이다. 산술 평균 조도는 평균선으로부터 벗어난 조도 프로파일의 산술적 평균을 의미하며, 본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 Ra는 μinch로 나타낸다. 일반적으로, 본 공정은 약 10시간미만이 소요되며, 바람직한 양태에서 최종 표면의 질은 7시간 이하에서 수득될 수 있다.

본 발명의 효과는 하기의 구체적인 실시예에 의해 예시된다.

[실시예 1]

옥살산 80중량%, 트리폴리포스핀산 나트륨 19.9중량% 및 라우릴 설폰산 나트륨 0.1중량%의 혼합물을 용해시켜 수용액을 제조하는데, 이 혼합물을 물 ι당 60g의 농도로 첨가한다. 용량이 약 280ι인 진동 매스 피니싱 유니트의 용기를 블락 : 매체비 약 1 : 3의 고체상 매체 및 5.1㎝×7.6㎝×1.3㎝의 직사각형 강철 블락으로 거의 충진시키며 ; 상기 블락은 경화된, 고탄소 강철로 이루어졌으며 ＂P-5＂ 호멜 시험기에 의해 측정된 것으로서 락웰(Rockwell) ＂C＂ 값이 45이고 표면 조도(粗度)의 산술 평균값이 약 110 내지 120이다. 4가지 다른 조성의 매체를 사용하는데 ; 각각은 예리한 모서리를 제거하기 위해 필요한 것으로서, 예비컨디셔닝한다 :

매체 ＂A＂는 입자 크기가 약 65 내지 80μ인 산화알루미늄 그리트로 하중된, 각을 낸 원통형의 2가지 표준 마모성 세라믹 물질의 혼합물이다. 매체용적의 약 반응 그리트 20%의 그리트 하중을 함유하고 2.4g/cc의 밀도를 나타내는 직경 약 1㎝ 및 길이 1.6㎝인 원통을 포함하며 ; 그 나머지는 30%하중 그리트 및 약 2.5g/cc의 밀도를 가진 직경 약 1.3㎝ 및 길이 1.9㎝의 원통을 포함한다. 혼합한 매체는 약 1.6g/cc의 벌크 밀도 및 780의 평균 다이아몬드 피라미드 경도(DPH)치(본 발명에서 상술한 바대로, 모든 DPH 값은 1000g 하중을 사용하는 ASTM 방법 E-384에 의해 측정하고, 3회 시험값의 평균값이다)를 나타낸다. 조성물에서, 매체 성분은 산화물의 혼합물로 구성되며, 하기의 성분을 괄호 안에 지적한 대략의 중량%(산소-비함유 기준으로)로 함유한다 : 규소(51), 알루미늄(36), 마그네슘(3), 칼슘(3), 티탄(2), 칼륨(2), 철(1.5) 및 나트륨(1.5).

이후에 표기되는 ＂B＂, ＂C＂ 및 ＂D＂매체 각각은 응집성 매스에 용융되는 산화물 입자의 혼합물이고 ; 3가지 매체 모두에서 입자의 크기는 직경이 약 1 내지 25μ이며, 이들은 구별되는 마모성 입자(즉, 약 50μ이상인 알루미나 및 실리카 등의 그리트 입자)를 거의 함유하지 않는다.

조성물에서, 매체 B는 하기 성분(산소-비함유 기준으로)을 함유한다(여기서 및 하기에서, 대략의 중량%를 괄호안에 기재한다) : 알루미늄(65), 규소(28), 나트륨(3), 칼륨(2), 칼슘(1.5) 및 인(0.5). 매체 B의 성분은 직경 약 1.3㎝ 및 길이 1.9㎝인 원통형이고, 이들은 밀도가 약 2.75g/cc이며 ; 성분 매스는 평균 PPH가 약 890이고 벌크 밀도가 약 1.72g/cc이다.

매체 C는 연마용 매체로서 시판되며, 대략 산소-비함유 기준으로 알루미늄(69), 망간(16), 규소(12) 및 나트륨(2)로 구성되었으며, 그 나머지는 1%이하 농도의 칼슘, 칼륨 및 염소이고 ; 입자는 크기가 약 1 내지 11μ이며, 판상 및 막대 형의 혼합 형태를 갖는다. 매체의 성분은 직경 약 0.8㎝ 및 길이 1.6㎝이며 밀도는 약 3.08g/cc이며 성분 매스는 DPH가 약 890이고 벌크밀도는 약 1.9g/cc이다.

매체 D도 역시 연마용 매체로서 시판되며, 산소-비함유 기준으로 알루미늄(77), 규소(11), 철(7) 및 티탄(5)으로 구성되며, 입자는 약 1 내지 25μ의 최대 크기를 가지며, 판상 및 과립상의 혼합 형태이다. 이를 구성하고 있는 원통형 성분은 직경이 약 1.3㎝이고, 이들 절반의 길이는 약 0.8㎝이며, 나머지 절반의 길이는 약 2.2㎝이고 ; 밀도는 약 3.3g/cc이며, 성분 매스의 벌크 밀도는 약 2.3g/cc이고, DPH는 약 1130이다.

진동 피니싱 유니트를 약 1300rpm 및 진폭 4mm에서 작동한다. 용액을 약 11ι/hr의 속도에서 유체-통과 기준으로(즉, 신선한 용액을 계속 도입하고 사용한 용액을 계속 빼내어 폐기한다)실온에서 첨가한다. 장치를 작동시키면 용액의 온도를 약 35℃로 증가시키기에 충분한 열이 발생된다.

하기 표1은 기술한 여러 가지 매체로 수행한 실험의 결과를 나타낸다. 표에서, ＂시간＂항목(시간으로 표시)은 ＂Ra＂열에서 나타낸 것에 상응하는 최종 조도의 산술 평균값을 얻기 위해 필요한 작동 시간을 나타내고 ; 이를 측정하기 위하여, 샘플을 약 1시간 간격으로 용기로 부터 제거하고, 어떠한 실제적인 개선점도 인지되지 않을때를 수득된 ＂최종＂Ra 값이라고 한다. 그런 후에, 용기에 물을 흘려 보내고, 동일한 유속에서 화학적 전환 제형 대신 연마용 용액(물중의 1% 알칼리성 비누)으로 추가로 1시간 더 작동시킨다. 최종적인 표면 정련정도는 금속 처리물 표면에 수직으로 고정된 괘지를 사용하여 만든 주관적인 평가를 기준으로 하는 1 내지 5의 ＂등급＂값으로 나타냈다. 값 ＂1＂은 경면 광택을 나타내고, 값 ＂5＂는 완전한 비반사성을 나타내며 ; ＂3＂은 흐릿한 파단선을 가지며 약간 반사됨을 나타내고, 등급 ＂2＂ 및 ＂4＂는 자명한 것처럼 중간정도의 상태를 나타낸다. 마모율 데이터는 작동하는 동안 발생하는 시간당 매체의 평균 중량 손실%를 나타낸다.

[표 1]

표에서 데이터는 매체 D가 실용적인 물질로서 매우 짧은 시간 내에 매체 마모율이 매우 낮은 블락상의 고도로 정련된 표면을 제조한다는 것을 나타내고 ; 실제로, 오랜 지속 시간의 시험에서 시간당 0.015％ 정도로 낮은 평균 마모율이 이러한 매체에서 실현된다. 매체 B로 취득한 결과는 덜 훌륭하지만, 여전히 매우 바람직하다. 비록 마모성 매체 A가 매체 C에서 보다 더 빠르게 이의 최종적인 경련을 성취한다 할지라도 최종 표면의 질은 결정적으로 열등하여, 매체 마모 손실율이 실제적으로 더 크다는 것을 나타낸다.

상기한 대로, 나타낸 Ra 값을 본 방법 및 부가된 청구범위 내에 함유된 모든 Ra 데이터의 기본인 ＂P-5＂호멜 시험기를 사용하여 결정한다. 좀더 정밀한 시험 장치는 상이한( 및 일반적으로 더 높은) 값을 주지만 ; 그러나 이들은 비례적으로 상관 관계가 있어서 이러한 데이터가 사용된 몇몇 매체의 성능을 정확히 표현했다고 믿어진다.

[실시예 2]

실시예 1의 방법을, 그 방법에서 사용된 용액 대신 활성 성분(용액 리터당 혼합물 60g의 농도로 재용해 시킨)으로서 옥살산 약 79.5%, 질산나트륨 20% 및 라우릴설폰산 나트륨 0.5%를 함유하고 ; 표준물 0.3%(용액의 용적에 대해), 과산화수소 시약 35%도 포함된 제제로 대체시켜 매체 B, C 및 D를 사용하여 반복한다. 표 1에서 보고된 것과 유사한 표면 정련도가 몇가지 매체를 사용하여 실현되지만, 표 1에서 지적한 것보다 훨씬 높은 속도이다.

본 발명의 작동 이론이 완전히 이해되진 않지만, 최종적으로 많은 경우에서 경면 조건을 달성하기 위한 고정련도는 마모성 특징을 갖는 매체보다 오히려 연마용 메체의 사용에 의한 것이라 생각된다. 이런 이유로, 마모성 매체를 사용할 때 반드시 수반되는 절삭 및 긁힘을 피하여, 최종 연마된 표면을 좀 더 용이하게 수득할 수 있다.

비교적 거친 금속 표면(예를 들어, Ra값이 100이상)을 고정련 상태 및 궁극적으로 경면 상태로 만드는 방법에서 필수적인 것은, 처리물의 금속 표면을 좀 더 부드럽거나, 덜 응집성 또는 점착성이 형태로 전환시킬 수 있는 화학 용액을 사용하는 것이다. 상기 언급된 미챠우드의 특허에 지시된 바와같이, 전환 피복체는 금속의 산화물, 인산염, 옥살산염, 황산염 또는 크롬산염의 형태가 유리할 수 있고, 또한 다른 반응 생성물로 이 방법에서 효과적이라고 생각된다. 선행 기술에 설명된 마모성 매체 대신에 연마용 매체의 사용이 본 발명의 수행에 따라 달성된 표면 정련을 나타내리라 기대되지는 않으며, 이것은 본원에 따라 중요하다고 밝혀진 비교적 짧은 시간이 특별히 주목된다.

본 발명의 성공에 필수적인 것은 사용되는 매체가 상기 명시한 것과 특정한 최소 밀도 값을 갖는 것이다 ; 뿐만 아니라 설명이 되었던 이러한 매개 변수에 대해 바람직한 상한선이 있다. 예를 들어, 본 발명의 방법에 있어서 강철 볼의 사용은 실질적인 ＂물결모양＂ 또는 ＂오렌지 껍질＂효과(즉, 부드럽지만 쉽게 인식할 수 있는 기복)가 처리물의 표면에 나타나는 경향이 있기 때문에 바람직하지 않다는 것이 밝혀졌다 ; 이 결과는 볼의 상대적경도 및 처리물의 표면과 같은 다른 요인에 의한 것으로 생각되긴 하지만, 강철의 매우 높은 밀도에 의한 것으로 생각된다. 또한 금속성 매체 성분은 화학적 처리 용액에서의 반응성 때문에 본 발명에 사용하기에는 부적당하다고 할 수 있으며 ; 이것은 물론 포함되는 금속 및 사용되는 용액의 조성물에 따라 좌우될 것이다.

상기 언급한 바와 같이, 사용되는 매체 성분은 세라믹 유형의 통상적인 절삭 매체의 특징을 갖는 마모성 그리트(즉, 직경이 50μ이상인 알루미나, 실리카 등의 입자)가 없어야 한다는 것이 대단히 중요하다. 상술한 바와같이 이러한 그리트 입자는 처리물 표면에 긁힘을 유발시킬 뿐만 아니라, 사용시 효율상 필요하지만 폐기에 앞서 진행 용액으로부터 제거되어야만 하는 생태학적으로 중요한 미립체 또는 미분체를 생성하는 파쇄작용이 또한 특징적이다. 주지한 바와 같이, 세라믹 매트릭스의 붕괴는 또한 입자의 형성 및 방출에 의한 폐기 문제를 만든다.

액체 매질 중 유리 미립자의 최소화로부터 기인하는 또 다른 잇점은 처리물의 표면 오염에 관한 것이다. 낮은 충격도에서 조차 부품과 매체 사이의 접촉력은 처리물 표면 내에 유리 입자를 일부 삽입시켜 최종 피니싱처리(예 : 전기도금)를 어렵게하고 흔히 오염물을 제거하기 위한 격렬한 후처리를 요구한다. 명확히, 이 문제점은 미립자의 제거로 어느 정도 완화될 수 있으며, 이점은 물론 매체가 상당히 고밀도인 경우(본 방법에서 처럼)특히 바람직하므로 상당한 수준의 동력 에너지를 전개시킬 수 있다.

매체 마모율은 부품 처리 과정에서 결정된다 할지라도, 비누 용액 중에서 매체만을 진탕시킴으로써 더욱 재생 가능한 값을 보통 수득할 것이지만 ; 부품의 존재 여부엔 무관하게 마모 값은 거의 동일하다는 것을 주지해야만 한다. 본 발명에서 보고된 마모율은 약 280ι의 용적을 갖는 진동 용기 내에서 매체를 실질적으로 충전시키고 비누 용액을 시간당 약 11ι의 속도로 용기에 유통시키면서 약 1300rpm 및 진폭 4mm에서 작동시켜서 측정한다. 대부분의 경우, 작동을 48시간동안 계속하지만 ; 매체가 특히 내마모성일 경우(상기한 매체 D의 경우처럼), 데이터의 정확성을 높이기 위해 96시간 이상을 수행한다. 매체는 보통 사용하기 전 1시간 또는 그 이상동안 날카로운 모서리를 둥글게 조성할 필요가 있는 바와같은 컨디셔닝(즉, 부품 없이 유통)을 한다. 재료를 더욱 더 지속시킬수록, 파쇄 기간은 더욱 길어질 것이다.

본 발명의 방법에 사용된 매체는 입자가 응집성 매스로 융합된 미세한 과립 구조를 가지며, 비교적 부드러운 표면을 가지고, 이들은 전형적으로 판상 및 과립상 또는 막대-유사형의 혼합형일 것이다. 보통, 매체는 개개 입자내에서 혼합된 성분 산화물로 구성되며, 단일 성분(예 : 알루미늄)의 산화물의 그리트입자를 함유하는 마모성 매체와는 대조적이다.

본 발명에서 사용하기에 가장 적합한 매체를 제조하는 방법에 대한 상세한 설명은 발명자에게 공지되어 있지 않지만, 무기 산화물의 적절한 혼합물을 조밀한 페이스트 또는 슬러리로서 압출시켜서, 압출물을 목적하는 크기 및 형태로 절삭하거나 절분시키는 것으로 알고 있다. 그런 다음 ＂미처리＂매체를 구워서 건조시켜 감압하에 연소시키는데 ; 전형적인 연소 온도는 약 1,175℃ 정도이다.

상기한 바와같이, 매체 성분의 크기 및 모양은 다양하게 변형될 수 있다. 따라서, 매체 성분은 각을 낸 원통형이거나, 비교적 편평한 원형, 직사각형, 삼각형판이거나, 무정형 또는 불규칙 모양 및 크기일 수 있다. 일반적으로, 매체 성분의 가장 작은 크기는 약 0.6㎝이상이며 가장 큰 크기는 보통 약 3㎝이하이다. 특정 실시예 가장 적합한 성분의 크기 및 형체는 본 분야 전문가라면 쉽게 알 수 있는 부품 대 매체의 최적비를 나타내는 처리물의 중량, 크기 및 형체에 의해 결정된다. 후자에 대해서, 매체의 중요한 기능은 부품들을 서로 잘 미끄럼시키고, 부품들간의 직접적이고 손상을 일으키는 충격을 최소화시키는 것이다. 그 결과로서, 부품들이 비교적 크고, 매우 조밀한 물질로 만들어진 경우, 고분율의 매체를 예를 들어, 매체 : 부품들의 비를 약 10 : 1, 또는 어떤 경우에 그 이상으로 사용할 것이다. 한편, 처리물이 비교적 작고 중량이 가벼운 경우, 이들은 매스 피니싱 장치에서 거의 운동량을 나타내지 않아서, 그 결과 약 3 : 1의 부품 대 매체의 비가 적당할 수 있다.

구멍이 난 수평의 또는 개구의 배럴과 같은, 다른 종류의 매스 피니싱 장치 및 고-에너지 원심 분리 디스크 기계를 사용할 수 있지만 본 발명의 방법은 대부분 진동 피니싱 유니트에서 수행한다. 전형적으로, 그 유니트는 800 내지 1500rpm 및 1 내지 8mm의 진폭으로 작동되지만; 바람직하게는 진폭을 2 내지 4mm에서 고정한다. 실제로, 본 발명의 장점중 하나는 요구되는 것보다 더 낮게 고정된 진폭으로도 피니싱을 수행할 수 있으며, 그 감소는 고밀도의 매체 사용에 기인한 좀 더 효율적인 에너지 전이에 기여할 것이다. 전원 요구도를 감소시키는 것 이외에, 더 낮은 진폭은 이러한 매체의 사용으로부터 기인한 물결효과를 최소화시킨다.

본 발명의 본질적인 양태는 물론 피니싱 작동에 있어서, 처리물의 표면을 기본 금속보다 더 용이하게 제거되는 반응 생성물로 전환시킬 수 있는 용액의 사용이다. 이러한 일반적인 개념은 상술한 미챠우드의 특허에 충분히 설명되어 있고, 거기서 설명된 제형은 본 발명의 시행에서의 우수한 결과를 위해 이용될 수 있다. 동일한 목적을 위해 매우 효과적인 다른 제형은 포버트 지.조비(Robert G.Zobbi) 및 마크 미챠우드(Mark Michaud)가 1986년 11월 20일자로, ＂금속 표면 정련의 조성물 및 방법＂이란 발명의 명칭으로 출원하여 계류중인 특허원 제 929,790호에 설명되고 특허 청구되었으며 현재 미합중국 특허 제 4,705,594호로 허여되어 있다. 상기로부터, 실시에 및 앞의 설명으로부터, 매우 다양한 조성물을 본 발명의 수행에서 사용할 수 있고, 특정 제형의 선택은 본 발명을 기준하여 본 기술의 숙련가들에게 용이할 것이다.

일반적으로, 이러한 조성물의 활성 성분은 물에 용해되고, 15 내지 250g/ι의 총 농도를 제공하지만 ; 이것은 사용되는 특정 성분에 따라 좌우된다. 활성 성분의 농도는 약 30 내지 100g/ι의 범위가 통상적이고, 대부분의 경우에 그 양은 약 60g/ι이하이다.

용액은 여러 가지 유동 방식 중의 어느 것에도 이용될 수 있으나, 상술한 것과 같이 최선의 결과는 연속 유동-통과 기준으로 수행함으로써 수득할 수 있는데 ; 전형적인 속도는 약 11ι/hr이다. 대안적으로, 이 용액을 배치식 기준으로 사용할 수 있거나, 장치를 통하여 재순환시킬 수 있으며 ; 일반적으로는 어느 경우에든 실온에서 도입시킨다.

따라서, 본 발명은 물리화학적 피니싱 처리 기술을 사용하여, 금속 표면을 정련하는 신규하고 매우 효과적인 방법을 제공함을 알 수 있다. 표면 정련은 선행 기술의 방법에 비해 강화된 수준 및 속도에서 1단계로 달성되고 ; 특히, 약 100Ra의 등급을 갖는 표면을 가지고 시작하여 10시간 미만에서 및 대부분의 경우에, 7미만의 정련 시간에서 2미만의 조도의 산출 평균 및 경면 광택 표면을 수득할 있다. 본 발명의 방법은 동일한 종류의 선행 방법과 비교하여 경제성 및 용이성이 개선되었고, 이는 또한 환경적인 관점에서 유리하다.

Claims (25)

1. 비교적 거친 금속 표면을 가진 일정량의 목적물 및 상기 금속 표면을 보다 매끄러운 형태로 전환시킬 수 있는 용액을 포함하는 성분들의 매스를 매스 피니싱 유니트의 용기에 도입시킨 다음, 용기내에서 일정 시간동안 신속히 진탕시켜 상기 성분들 사이에 상대적인 운동을 형성시키고 노출된 금속을 전환시키기 위해 연속적으로 상기 용액을 사용하여 표면을 습윤상태로 유지시킴으로써, 화학적 및 기계적 작용에 의해 조도를 상당히 감소시키는 목적물의 금속표면 정련방법에 있어서, 상기 성분들의 매스중에 일정량의 비교적 무겁고 비-마모성인 고체상 매체 성분(이 성분의 양 및 크기는 진탕조건하에서 성분들 사이 및 상기한 목적물에 대하여 상대적인 미끄럼운동이 촉진되도록 선택한다)을 포함시키며, 이러한 매체 성분은 불연속 마모성 입자를 사실상 함유하지 않으며 밀도 2.75g/㎤ 이상의 응집성 매스에 융합된 산화물 입자의 혼합물로 구성되며 매체 성분의 조성은 사실상 매체 성분으로 충전되고 1,300rpm 및 4mm의 진폭에서 작동되는 280ι용량의 진동 용기에서 약 11ι/hr의 속도로 용기를 통해 비누 용액을 흘려보냄으로써 측정된 매체성분의 평균 중량 감소율이 0.1%/hr 미만으로 되도록 하며 상기량의 매체 성분의 벌크 밀도는 1.70g/㎤ 이상으로 되도록 함을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 산소를 배제한 응집성 매스가 필수적으로 알루미늄 76 내지 78중량%, 규소 10 내지 12중량%, 철 5 내지 9중량% 및 티탄 4 내지 6중량%로 이루어지는 방법.
3. 제1항에 있어서, 산소를 배제한 응집성 매스가 필수적으로 알루미늄 63 내지 67중량%, 규소 26 내지 30중량%, 나트륨 2 내지 4중량%, 칼륨 1 내지 2중량% 및 인 0.5 내지 0.8중량%로 이루어지는 방법.
4. 제1항에 있어서, 산소를 배제한 응집성 매스가 필수적으로 알루미늄 62 내지 73중량%, 규소 7 내지 14중량%, 망간 10 내지 25중량% 및 나트륨 1 내지 4중량%로 이루어지는 방법.
5. 제1항에 있어서, 응집성 매스를 구성하는 산화물 입자의 직경이 25μ 이하인 방법.
6. 제5항에 있어서, 사실상 모든 산화물 입자의 직경이 1μ 이상인 방법.
7. 제1항에 있어서, 응집성 매스의 밀도가 3.5g/㎤미만이고, 다이아몬드 피라미드 경도치(이 경도치는 1000g 하중을 사용하는 ASTM 방법 E-384에 의해 측정한다)가 845 내지 1200이며, 상기량의 매체성분의 벌크 밀도가 2.5g/㎤ 미만인 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기량의 목적물 및 상기량의 매체 성분이 성분들의 매스 중에 0.1 내지 3 : 1의 목적물 : 매체의 용적비로 존재하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 매체 성분이 상기한 시간동안 사실상 예리한 모서리가 없는 상태로 존재하는 방법.
10. 제2항에 있어서, 산화물 입자의 혼합물을 승온 및 감압하에서 가열함으로써 응집성 매스를 형성시키는 방법.
11. 제10항에 있어서, 승온이 1,175℃인 방법.
12. 제1항에 있어서, 용액이 수용액이고, 이의 활성성분은 옥살산염 라디칼을 포함하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 용액이 0.125 내지 0.65gmol/ι의 옥살산염 라디칼을 함유하는 방법.
14. 제13항에 있어서, 용액이 0.05 내지 0.15gmol/ι의 인산염 라디칼을 함유하는 방법.
15. 제13항에 있어서, 용액이 0.004gmol/ι 이상의 질산염 라디칼을 함유하는 방법.
16. 제13항에 있어서, 용액이 0.001 내지 0.05gmol/ι의 퍼옥시 그룹을 함유하는 방법.
17. 제15항에 있어서, 용액이 0.001 내지 0.05gmol/ι의 퍼옥시 그룹을 함유하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 옥살산염 라디칼, 질산염 라디칼, 및 퍼옥시 그룹이 각각 옥살산, 질산나트륨, 및 과산화수소 또는 과황산나트륨에 의해 제공되는 방법.
19. 제1항에 있어서, 비교적 거친 금속 표면의 조도의 산술 평균치가 100이상이며, 상당한 감소에 의해, 조도의 산술 평균치가 2이하인, 사실상 물결무늬가 존재하지 않는 표면이 형성되고(여기서, 조도의 산술 평균치는 ＂P-5＂ 호멜 시험기 또는 동등한 장치를 사용하여 측정하고 μinch로 나타낸 값이다). 시간은 10시간 미만인 방법.
20. 제1항에 있어서, 신속한 진탕을 2 내지 4mm의 진폭에서 작동하는 진동 매스 피니싱 유니트내에서 수행하는 방법.
21. 비교적 거친 금속 표면을 가진 일정량의 목적물 및 상기 금속 표면을 보다 매끄러운 형태로 전환시킬 수 있는 용액을 포함하는 성분들의 매스를 매스 피니싱 유니트의 용기에 도입시킨 다음, 용기내에서 일정 시간동안 신속히 진탕시켜 상기 성분들 사이에 상대적인 운동을 형성시키고 노출된 금속을 전환시키기 위해 연속적으로 상기 용액을 사용하여 표면을 습윤상태로 유지시킴으로써, 화학적 및 기계적 작용에 의해 조도를 상당히 감소시키는 목적물의 금속 표면 정련방법에 있어서, 상기 성분들의 매스중에 일정량이 비교적 무겁고 비-마모성인 고체상 매체 성분(이 성분의 양 및 크기는 진탕조건하에서 성분들 사이 및 상기한 목적물에 대하여 상대적인 미끄럼운동이 촉진되도록 선택한다)을 포함시키며, 이러한 매체 성분은, 밀도가 2.75g/㎤ 이상이고 다이아몬드 피라미드 경도치(1,000g하중을 사용하여 ASTM방법 E-384에 따라 측정됨)가 845 내지 1,200인 응집성 매스에 융합된, 직경이 1 내지 25μ인 산화물 입자의 혼합물로 이루어지며 불연속 마모성 입자를 사실상 함유하지 않으며, 매체 성분의 조성은 사실상 매체성분으로 충전되고, 1,300rpm 및 4mm 진폭으로 작동되는 280ι 용량의 진동 용기에서 11ι/hr의 속도로 용기를 통해 비누 용액을 흘려보냄으로써 측정된 평균 중량 감소율이 0.1%/hr 미만으로 되게 하고, 매체 성분은 상기 시간동안 사실상 날카로운 모서리가 없으며 상기량의 매체 성분의 벌크 밀도가 1.70 내지 2.5g/㎤으로 되게 하며, 상기 시간전에 날카로운 모서리를 둥글게 하기 위해 상기 목적물 부재하에 1시간 이상 동안 매체 성분을 컨디셔닝하는 단계를 또한 포함함을 특징으로 하는 방법.
22. 비교적 거친 금속 표면을 가진 일정량의 목적물 및 상기 금속 표면을 보다 매끄러운 형태로 전환시킬 수 있는 용액을 포함하는 성분들의 매스를 매스 피니싱 유니트의 용기에 도입시킨 다음, 용기내에서 일정 시간동안 신속히 진탕시켜 상기 성분들 사이에 상대적인 운동을 형성시키고 노출된 금속을 전환시키기 위해 연속적으로 상기 용액을 사용하여 표면을 습윤 상태로 유지시킴으로써, 화학적 및 기계적 작용에 의해 조도를 상당히 감소시킨후, 용기내에서 상기 용액 대신에 대체된, 금속에 대해 불활성인 액체와 함께 상기 성분들의 매스를 진탕시킴으로써, 목적물의 금속 표면을 연마된 상태로 정련하는 방법에 있어서, 상기 성분들의 매스중에 일정량의 비교적 무겁고 비-마모성인 고체상 매체 성분(이 성분의 양 및 크기는 진탕조건하에서 성분들 사이 및 상기한 목적물에 대하여 상대적인 미끄럼운동이 촉진되도록 선택한다)을 포함시키며, 이러한 매체 성분은 밀도가 2.75g/㎤ 이상인 응집성 매스에 융합된 산화물 입자의 혼합물로 이루어지고 불연속 마모성 입자를 사실상 함유하지 않으며 매체의 조성은 사실상 매체 성분으로 충전되고 1,300rpm 및 4mm의 진폭에서 작동되는 280ι 용량의 진동 용기에서 11ι/hr의 속도로 용기를 통해 비누 용액으로 흘려보냄으로써 측정된 매체 성분의 평균 중량 감소율이 0.1%/hr 미만으로 되도록 하며 상기량의 매체 성분의 벌크 밀도는 1.70g/㎤ 이상이고 상기 용액을 용기로부터 매체 성분의 제거없이 상기 액체로 대체함을 특징으로 하는 방법.
23. 제22항에 있어서, 액체가 알칼리성 비누 수용액인 방법.
24. 제22항에 있어서, 상기 공정에 의해서 금속 표면이 경면 상태로 정련되는 방법.
25. 제1항에 있어서, 매체 성분의 가장 작은 크기가 0.6cm이상인 방법.