KR940000365B1 - 비정질 니켈 박막의 브레이징을 이용한 다이어몬드 절삭공구의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

비정질 니켈 박막의 브레이징을 이용한 다이어몬드 절삭공구의 제조방법

제1도는 기존 전착법에 의해 형성된 다이어몬드 공구의 다이어몬드 입자 고착상태와 브레이징(brazing)법에 의해 제조된 다이어몬드 입자 비교도. (a) 기존 니켈(Ni) 전착 방법에 의한 고착 상태. (b) 니켈 브레이징법에 의한 고착 상태.

본 발명은 급속 냉각법에 의해 제조된 비정질 니켈 박막의 브레이징을 이용한 다이어몬드 절삭공구의 제조방법에 관한 것이다.

다이어몬드 절삭공구는 금형의 정밀 가공, 석재의 절삭 및 가공, 기타 고경질 세라믹 물질의 절삭 가공에 폭 넓게 사용되고 있으며, 향후 그 응용 범위는 더욱 확대될 전망이다. 다이어몬드 절삭공구는 다이어몬드 분말를 이용하는 것과 화학 증착법 혹은 물리 증착법 등과 같이 탄소의 증기 상태를 이용하여 박막을 형성시키는 것으로 크게 나눌 수 있다. 그러나 화학 증착법이나 물리 증착법에 의해 형성된 다이어몬드 층은 소지와의 밀착력 문제로 실용화에 상당히 어려운 문제점이 있어 매우 제한적으로 사용되고 있으며, 여기에서의 다이어몬드 절삭공구는 다이어몬드 분말을 이용한 것이다.

종래의 다이어몬드 절삭공구 제조방법을 간단히 설명해 보면, 스텐레스강 및 공구강에 다이어몬드 분말을 고착시켜 줄 수 있는 도금층을 형성시키며, 도금 용액에 다이어몬드 분말을 혼입시켜 제조한다. 이때 도금층은 다이어몬드 분말에 충격(衝擊)이 가해졌을 때 이를 흡수할 수 있으며, 여기에서는 경도가 강한 니켈이나 니켈-인(Ni-P)이 사용되고 있다.

종래 기술의 문제점으로 앞에서 언급한 선착 니켈 또는 니켈-인 다이어몬드 공구의 단점은 우선 제조시간이 매우 길고 소지와 도금층간에 양호한 밀착력을 얻기 위해 니켈 스트라이크(strike)전처리를 하여야 하며, 그리고 다이어몬드 분말의 분포도 조절이 매우 어렵고, 특히 전착 다이어몬드 절삭공구에서 필수적으로 요구하고 있는 성질인 다이어몬드 분말과 전착층과의 밀착력이 약하다는 것이다.

이 밀착력이 양호하지 못하면 사용도중 다이어몬드 분말의 이탈 현상이 발생되고 절삭성이 급격히 저하된다. 그러나 전착 도금의 특성상 다이어몬드 분말 주위에서는 균일전착성(Throwing Power)의 저하로 전착층의 두께가 얇아져서 니켈 도금층이 충분하게 다이어몬드 분말을 감싸주지 못하게 되며 이것은 전류 밀도가 높을수록 다이어몬드 주위에서의 전기장의 약화로 인해 심하게 나타난다.

본 발명은 앞에서 언급하였던 전착 니켈 또는 니켈-인 다이어몬드 절삭공구의 단점을 보완하기 위하여 비정질 니켈 브레징용 박막을 이용하여 매우 우수한 기계적 특성을 갖는 다이어몬드 절삭공구를 제조하기 위한 방법을 창출한 것이다.

본 발명의 브레이징법에 의해 제조된 다이어몬드 절삭공구의 특징은 공구 제조시간이, 연속 환원성 브레이징 로(爐)를 사용할 경우 약 10분으로 매우 짧으며, 니켈 박막이 순간적으로 용융됨으로써 제1도(b)에서 보는 바와같이 다이어몬드 분말을 충분히 감싸주어, 공구 사용중 다이어몬드 분말의 이탈 현상이 거의 없다는 점, 그리고 브레이징하기 전에 분말의 분포를 브레이징하기 전에 임의로 조절할 수 있어, 고른 분포의 확보가 가능하다는 점이다.

또한 우수한 다이어몬드 절삭공구를 제조하기 위해서는 다이어몬드 분말을 고착시켜 주는 비정질 박막과 브레이징 방법, 브레이징 조건이 매우 중요하다.

이하는 본 발명의 요지를 그 실시예와 연관시켜 상세하게 설명하고자 한다.

다이어몬드 분말을 고착시켜 주는 비정질 니켈 박막은 급속 냉각법(R.S.P)에 의해 제조된 것으로 니켈을 주성분으로 하여 실리콘(Si)-7.45% 붕소(B)-2.3%가 함유되어 있으며 용융온도는 1040℃이다.

박막의 두께는 상품에 따라 여러가지가 있으나 본 발명에 따른 실시예(실험)에서는 두께 40㎛의 니켈박막을 사용하였다. 브레이징은 실시예(1) 내지 (3)으로 각각 구분하여 진공상태, 알곤(질소) 분위기, 수소 환원성 분위기 등에서 수행되었으며, 다음과 같다.

[실시예 1]

진공 분위기에서의 브레이징

초기 진공도 : 10^-5토르(torr)

브레이징시 진공도 : 10^-4토르

브레이징 온도 : 1040℃

브레이징 시간 : 10분

기판 : 스텐레스강(SUS 304), 고속도공구(SKH 9), 합금공구강(SKD11)

특징 : 기판의 변색 현상방지

진공분위기 브레이징 장치는 1차적으로 로터리 펌프에 의해 10^-2토르까지 진공도를 유지시킨 다음 2차적으로 유확산 펌프를 이용하여 10^-5토르까지 진공도를 유지하였다.

시편의 온도를 서서히 증가시킴에 따라 진공도는 낮아지기 시작하며 1040℃의 온도에서는 10^-4토르대의 진공도를 유지할 수 있었으며 이 온도에서 10분 동안 브레이징 처리하였다. 이 방법의 특징은 시편의 변색이 없었으며, 양호한 기계적 성질을 갖는 다이어몬드 공구를 제조할 수 있으나, 진공도를 유지시키기 위한 시간이 필요하여 제조시간이 다른 방법에 비해 길다는 단점을 가지고 있다.

[실시예 2]

알곤(Ar)(질소 : N₂)분위기에서의 브레이징

브레이징 온도 : 1040℃

브레이징 시간 : 10분

기판 : 스텐레스강(SUS 304), 합금공구강(SKD11), 고속도 공구강(SKH9)

특징 : 기판 변색, 제조시간 매우 짧음.

알곤(Ar)이나 질소(N₂)분위기에서의 브레이징은 시편의 변색이 상품성에 큰 영향을 미치지 않는 제품에 많이 사용되는 만큼 본 발명 실시예에서도 스텐레스강의 경우 청색 계통, SKH9 및 SKD11의 경우 검은 회색으로 변색되었으나 제조시간이 10분으로 매우 짧았다.

[실시예 3]

수소 환원성 분위기에서의 브레이징

수소 환원성 분위기 : 암모니아(NH₃) 가스의 분해(900℃)

브레이징 온도 : 1040℃

브레이징 시간 : 메쉬 벨트(mesh belt)의 속도에 의해 조절(10분)

기판 : 스텐레스강(SUS 304), 고속도공구강(SKH9), 합금공구강(SKD11)

특징 : 연속작업으로 대량 생산 가능, 시편의 변색 예방.

수소 환원성 분위기는 수소와 질소를 각각 유입하여 조절하는 방법과 암모니아 가스를 900℃에서 분해하여 조절하는 방법이 있는데 본 발명에서는 후자의 장비를 채택하였다.

연속 브레이징로에서의 브레이징 시간은 메쉬벨트의 속도를 조절할 수 있으며, 본 발명에서는 200mm/분의 속도로 2m 길이의 가열 부위를 통과하도록 하였다.

본 방법의 특징은 연속 작업에 의해 다이어몬드 절삭공구의 대량 생산이 가능하며, 시편의 변색도 예방할 수 있는 등 실용화에 매우 우수한 방법으로 평가되었다.

전체적으로 브레이징법에 의해 제조된 다이어몬드 절삭공구는 비정질 니켈 박막의 순간적인 용융상태에 의해 다이어몬드 분말을 감싸주는 현상을 보임으로서, 작업시 분말의 이탈 현상을 최대한으로 보호해 주며, 형성된 니켈층의 단면 경도도 500HV-530HV로 전착 니켈층과 유사하게 나타났다.

특히 브레이징 방법을 사용함으로써 다이어몬드 공구 제조시간의 대폭적인 감소와 환경오염 문제등을 제거시킬 수 있다는 큰 장점을 가지고 있어, 석재절단용 다이어몬드 휠, 석재가공용 다이어몬드 연마기, 세라믹절단용 정밀 다이어몬드 휠, 금형가공용 다이어몬드 줄, 금형가공용 절단기 등의 용도로 적합하다.

Claims (3)

1. 다이어몬드 분말을 이용하여 다이어몬드 절삭공구를 제조함에 있어서, 급속 냉각법에 의해 제조된 니켈 주성분의 비정질 박막을 이용하여 1040-1050℃, 진공분위기하에서 브레이징함을 특징으로 하는 다이어몬드 절삭공구의 제조방법.
2. 다이어몬드 분말을 이용하여 다이어몬드 절삭공구를 제조함에 있어서, 급속 냉각법에 의해 제조된 니켈 주성분의 비정질 박막을 이용하여 1040-1050℃, 알곤 또는 질소 분위기하에서 브레이징함을 특징으로 하는 다이어몬드 절삭공구의 제조방법.
3. 다이어몬드 분말을 이용하여 다이어몬드 절삭공구를 제조함에 있어서, 급속 냉각법에 의해 제조된 니켈 주성분의 비정질 박막을 이용하여 1040-1050℃, 암모니아 가스의 분해에 의해 수소 분위기하에서 브레이징함을 특징으로 하는 다이어몬드 절삭공구의 제조방법.