WO2011136444A1 - 발포 금속 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

발포 금속 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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WO2011136444A1
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foam
thickening
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김태원
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Industry University Cooperation Foundation IUCF HYU
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C22C1/083—Foaming process in molten metal other than by powder metallurgy
    • C22C1/086—Gas foaming process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Definitions

  • the present invention relates to a foamed metal manufacturing apparatus and a manufacturing method, and more particularly, to a foamed metal manufacturing apparatus and manufacturing method that can improve the pore particle size uniformity of the foamed metal by uniformly adjusting the particle size of the bubbles in the foamed metal. It is about.
  • Foamed metal refers to a metal containing a large number of pores. Such a foamed metal may be applied to various devices such as lightweight structures, transportation machines, building materials, and energy absorbers by having complex properties such as light weight, energy absorbency, heat insulation, fire resistance, or environment friendliness. In addition, it is a high-performance, high-value-added material that is promising for further expansion and development in the future because it is a material that is compatible with global environmental problems and energy saving problems.
  • the foaming metal in particular the foaming aluminum manufacturing method
  • the conventional foamed aluminum manufacturing method known as a batch casting method
  • the melting step of melting the aluminum ingot, and the molten aluminum molten state of the bubble shape A thickening step of imparting proper viscosity so as to be maintained, a stirring mixing step of uniformly dispersing the blowing agent in the molten aluminum, and a foaming step in which foaming occurs.
  • the block of the foamed aluminum (4) manufactured through the above-described process is cut to a suitable size depending on the use, there is a disadvantage that it is somewhat unsuitable for mass production because material loss may occur due to the cutting process.
  • TIH 2 Tianium Hydride
  • the cost of the foaming agent is high, which also increases the overall price of the foamed metal.
  • An object of the present invention by uniformly adjusting the particle size of the bubbles in the foamed metal can improve the pore particle size uniformity of the foamed metal accordingly to produce a foamed metal that can significantly improve the mechanical strength, energy absorption performance, etc. of the foamed metal It is to provide an apparatus and a manufacturing method.
  • Another object of the present invention is to prevent the residual molten metal from remaining in the thickening unit by smoothly moving the molten metal from the thickening unit in which the molten metal is thickened to the foaming unit in which the foaming process proceeds. It is to provide a foamed metal production apparatus and a production method.
  • Another object of the present invention it is possible to reliably perform the foaming process of the foamed metal without using an expensive foaming agent to reduce the production cost and sales price of the foamed metal compared to the conventional apparatus and manufacturing method To provide.
  • Foamed metal manufacturing apparatus a thickening unit for thickening the molten metal in the molten state; A foaming unit connected by the thickening unit and a conveying unit, and mixing the molten metal thickened by the thickening unit with bubbles provided through a bubble supply unit to foam the foamed metal; And a suction unit for sucking the foamed metal foamed by the foaming unit to move the foamed metal into a mold having a predetermined shape, wherein the bubble supply unit primarily controls the particle size of the foam.
  • It comprises a (foam-mesh) type of the first particle size control portion, by this configuration, by uniformly adjusting the particle size of the bubbles in the foam metal to improve the pore particle size uniformity of the foam metal and thus the mechanical strength of the foamed aluminum
  • the energy absorption performance can be significantly improved.
  • the thickening unit mixes ceramic particles with the molten metal to thicken the molten metal, wherein the molten metal 103 is molten aluminum in a molten state, and the ceramic particles are in silica powder (SiO 2 ).
  • the foaming unit may include: a foaming housing in which the molten metal transferred from the transfer unit is accommodated; And a foamed stirring part mounted on an upper portion of the foam housing and performing a stirring operation so that the bubbles provided from the bubble supply part are uniformly contained in the molten metal, wherein the first particle size adjusting part of the bubble supply part It is arranged at the bottom of the can supply the bubbles to the side and upward.
  • the suction unit may include: a suction pipe partially locked to one end of the foamed metal accommodated in the foam housing and the other end connected to the mold; A second particle size adjusting unit mounted at one end of the suction pipe and configured to secondarily adjust the particle size of bubbles in the foamed metal sucked into the suction pipe; And it may include a suction force generating unit for generating a suction force for suctioning the foam metal into the suction pipe.
  • the second particle size adjusting unit may be provided in a foam-mesh type, and thus, the foamed aluminum having a particle size adjusted may be sucked into the suction unit.
  • the foamed metal manufacturing method the melting step of melting the metal to be a molten metal in the molten state, the melting step; A thickening step of thickening the molten metal by driving a thickening unit; A conveying step of conveying the thickened molten metal to a foaming unit through a conveying unit; And foaming the molten metal contained in the foaming unit with the foaming metal by supplying bubbles into the foaming unit with a bubble supplying unit having a foam-mesh type first particle size adjusting unit. And an injection step of injecting the foamed metal in the foaming unit through a suction unit and then injecting the foamed metal into a mold of a predetermined shape.
  • the particle size of the bubbles in the foamed metal is uniformly sized.
  • the thickening step is to thicken the molten metal by administering ceramic particles to the molten metal, the molten metal is aluminum in a molten state, and the ceramic particles are oxidized by silica powder (SiO 2 ). Aluminum (Al 2 O 3 ).
  • the foaming step may include: generating a foamed metal by providing bubbles of a constant particle size to the molten metal through the first particle size adjusting portion of the bubble supply part; And a particle size adjusting step of adjusting the particle size of the bubbles in the foamed metal sucked into the suction unit from the foaming unit through a second particle size adjusting unit provided in the suction unit.
  • the foamed metal manufacturing method may further include a cooling step of cooling the foamed metal injected into the mold into a shape corresponding to the shape of the mold.
  • by uniformly adjusting the particle size of the bubbles in the foamed metal can improve the pore particle size uniformity of the foamed metal, thereby significantly improving the mechanical strength, energy absorption performance and the like of the foamed aluminum.
  • the molten metal can be prevented from remaining in the thickening unit by smoothly moving the molten metal from the thickening unit in which the molten metal is thickened to the foaming unit in which the foaming process is performed. have.
  • the cutting work of the foam metal can be omitted to prevent the material loss occurs.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic shape of foamed aluminum manufactured by a foamed aluminum manufacturing method according to a conventional embodiment.
  • FIG. 2 is a view showing a schematic form of the foamed aluminum produced by the apparatus for producing foamed aluminum according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view schematically showing the configuration of a manufacturing apparatus of foamed aluminum according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph for comparing the performance of the apparatus for producing foamed aluminum shown in FIG. 3 and the conventional apparatus for producing foamed aluminum.
  • FIG. 5 is a table comparing the performance of the apparatus for producing foamed aluminum according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3 and the conventional apparatus for producing foamed aluminum.
  • FIG. 6 is a flow chart of a method for producing foamed aluminum according to an embodiment of the present invention.
  • foamed metal manufactured by the foaming metal manufacturing apparatus and manufacturing method of this invention is foamed aluminum is explained in full detail, but is not limited to this, By the foaming metal manufacturing apparatus and manufacturing method of this invention Naturally, other types of foam metals can be produced.
  • FIG. 2 is a view showing a schematic form of the foamed aluminum produced by the foamed aluminum manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a schematic configuration of a foamed aluminum manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a graph for comparing the performance of the foamed aluminum manufacturing apparatus shown in Figure 3 and the conventional foamed aluminum manufacturing apparatus
  • Figure 5 is according to an embodiment of the present invention shown in FIG. It is a table comparing the performance of the foamed aluminum manufacturing apparatus and the conventional foamed aluminum manufacturing apparatus
  • Figure 6 is a flow chart of a foamed aluminum manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • the foamed aluminum manufacturing apparatus 100 includes a thickening unit 110, a conveying unit 120, and a conveying unit for thickening molten aluminum 103 in a molten state.
  • a foaming unit 130 connected to the thickening unit 110 by the unit 120 and foaming the molten aluminum 103 thickened by the thickening unit 110 into the foamed aluminum 104, and from the foaming unit 130.
  • a suction unit 140 for sucking the foamed aluminum 104 and moving it to the mold 150 having a predetermined shape.
  • a cooling device (not shown) for cooling the foamed aluminum 104 injected into the mold 150 may be further included.
  • the thickening unit 110 is mounted on the thickening crucible 111 in which the molten aluminum 103 is accommodated and the thickening crucible 111 is melted as shown in FIG. 3.
  • a thickened stirring unit 115 for stirring the aluminum 103 and ceramic particles (not shown) is included.
  • the thickening crucible 111 is a thickening furnace in which a thickening process for imparting viscosity to the molten aluminum 103 is performed, and the temperature of the thickening crucible 111 maintains a temperature higher than the melting point of aluminum.
  • ceramic particles are added to the molten aluminum 103 and mixed with each other.
  • the ceramic particles introduced into the molten aluminum 103 may be silica (SiO 2 ) powder having a nanometer (nm) or micrometer ( ⁇ m) size.
  • Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is generated by the above chemical formula to increase the viscosity of the molten aluminum (103).
  • the thickening unit 115 may include a rotary motor 116 for generating rotational force and a rotary motor 116 to uniformly mix the molten aluminum 103 and the silica powder. And a shaft 117 coupled to the shaft, and an impeller 118 coupled to the shaft 117. Accordingly, the impeller 118 immersed in the molten aluminum 103 rotates when the rotary motor 116 is driven, and the molten aluminum 103 and the silica particles may be uniformly stirred.
  • a single number of the thickening agitator 115 it is not limited thereto, and may be provided in plurality.
  • the transfer unit 120 connects the thickening crucible 111 of the thickening unit 110 and the foaming unit 130 to transfer the molten aluminum 103 from the thickening unit 110 to the foaming unit 130.
  • a flow rate control valve 122 mounted on the runway 121, a transfer runway 121 to adjust a transfer amount of the molten aluminum 103, and a transfer runway 121 mounted on the transfer runway 121. It includes a heating unit 123 for heating.
  • the transfer runaway 121 is closed or opened depending on whether the thickening unit 110 performs the thickening process. That is, when the molten aluminum 103 is thickened by the thickening unit 110, the transfer inflow 121 is closed to prevent the molten aluminum 103 of the thickening unit 110 from being transferred to the foaming unit 130. While the molten aluminum 103 is transferred from the thickening unit 110 to the foaming unit 130, the transfer inflow 121 is kept open.
  • the flow rate control valve 122 is mounted to adjust the amount of molten aluminum 103 transferred from the thickening unit 110 to the foaming unit 130, so that the appropriate amount of molten aluminum 103 is transferred to the transfer unit. It may be transferred to the thickening unit 110 by 120.
  • the molten aluminum 103 may be solidified due to a temperature drop when the molten aluminum 103 is transferred through the transfer runway 121.
  • the heating part 123 may be disposed on the transfer runway 121. Is fitted.
  • the heating unit 123 of the present embodiment enables the inner surface of the transfer runway 121 to maintain a predetermined temperature by heating the transfer runway 121, and thus, the molten aluminum 103 along the inside of the transfer runway 121. It is possible to prevent the solidification phenomenon caused by the temperature drop when the c) is transferred.
  • the foam unit 130 includes a foam housing 131 in which the molten aluminum 103 transferred by the transfer unit 120 is accommodated, and molten aluminum contained in the foam housing 131.
  • the bubble supply unit 160 for supplying the bubble 105 to the 103 and the bubble 105 mounted on the foam housing 131 and provided from the bubble supply unit 160 are uniformly contained in the molten aluminum 103. It includes a foam stirring section 135 to perform the stirring operation.
  • the foam housing 131 maintains a shielding state with the outside to prevent the inclusion of foreign matter in the foaming process of foaming the molten aluminum 103 into the foamed aluminum 104.
  • the foam housing 131 is made of a metal material having excellent heat resistance so as not to be deformed by the hot molten aluminum 103.
  • the foam housing 131 is attached to the heat insulating material (not shown) can not only prevent the internal heat from being released to the outside, but also prevent the operator from being injured even if the worker touches the foam housing 131. have.
  • Bubble supply unit 160 is a part for supplying bubbles to the molten aluminum 103 accommodated in the foam housing 131, as shown in FIG. 3, is connected to an external bubble supply tank (not shown) bubbles 105 ) Is a foam-mesh (foam-mesh) type for controlling the particle size of the bubble delivery pipe 161 for conveying the) and the bubble 105 is supplied to the molten aluminum 103 is attached to the end of the bubble delivery pipe (161)
  • the first particle size adjusting unit 162 is included.
  • bubbles 105 of a predetermined size can be provided to the molten aluminum 103 accommodated in the foam housing 131. That is, the bubble 105 transferred through the bubble transfer pipe 161 may be a bubble 105 having a constant particle size by passing through the first particle size adjusting unit 162, the bubble 105 is molten aluminum
  • the foamed aluminum 104 can have a uniform bubble state.
  • the bubble 105 to be supplied may be air, oxygen, nitrogen or an inert gas.
  • the foam stirring unit 135 may be provided in plural on the foam housing 131.
  • the foamed stirring unit 135 may have a configuration substantially the same as the above-described thickening unit 115. Accordingly, the impeller 138 coupled to the shaft 137 by the driving force of the rotary motor 136 rotates so that the bubble 105 can be evenly spread over the entire area of the molten aluminum 103 in the foam housing 131.
  • the aforementioned ceramic particles, that is, aluminum oxide can also be spread evenly, it is possible to improve the uniformity of the pores 105 of the foamed aluminum 104 is generated.
  • the suction unit 140 serves to transfer the foamed aluminum 104 foamed by the foaming unit 130 to the mold 150.
  • the suction unit 140 includes a suction pipe 141 having one end partially locked in the foamed aluminum 104 accommodated in the foam housing 131 and the other end connected to the mold 150.
  • the second particle size adjusting unit 142 which is attached to one end of the suction pipe 141 and secondly adjusts the particle size of the foam in the foamed aluminum 104 sucked into the suction pipe 141, and the foamed aluminum 104 to the suction pipe 141. It includes a suction force generating unit 143 for generating a suction force to be sucked into).
  • the suction pipe 141 serves to transfer the foamed aluminum 104 sucked from the foam housing 131 to the mold 150. However, at this time, the suction force to suck the foamed aluminum 104 is required because the foamed aluminum 104 has to be transferred upwards from the bottom. Therefore, the suction force generated from the suction force generator 143 is applied to the suction pipe 141, and the foamed aluminum 104 may be transferred to the mold 150 by the suction force.
  • bubbles are primarily bubbled by the first particle size adjusting unit 162 of the bubble supply unit 160 described above.
  • the size of the particle size of the 105 is further reduced through the second particle size adjusting part 142 mounted at one end of the suction pipe 141. Adjust the particle size of 105).
  • the particle size sizing of the bubbles 105 contained in the foamed aluminum 104 is performed over a second time, so that the foamed aluminum 104 as shown in FIG. 2 can be manufactured.
  • the mold 150 is a portion in which the foamed aluminum 104 is injected and manufactured in a predetermined shape.
  • the mold 150 may be manufactured in the shape desired by the operator.
  • a release agent (not shown) may be applied to the inner surface of the mold 150 so that the foamed aluminum 104 may be smoothly separated from the mold 150 after the cooling process is performed by a cooling unit (not shown). have.
  • the cooling unit is a part for cooling the mold 150 into which the foamed aluminum 104 is injected.
  • the mold 150 may be separated from the suction unit 140 when the injection of the foamed aluminum 104 is completed, and thus may be transferred to the cooling unit to undergo a cooling process.
  • the cooling method by the cooling unit may be natural or forced, but is not limited thereto.
  • FIG. 4 and 5 illustrate foamed aluminum 104 (see FIG. 2) manufactured by the foamed aluminum manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, and conventional foamed aluminum (see FIG. 1). Comparing performance.
  • the foamed aluminum 104 according to an embodiment of the present invention can be seen that the tensile strength is approximately 16 percent, the elongation at break is approximately 55 percent compared to the conventional foamed aluminum (4). That is, it can be seen that the foamed aluminum 104 according to the embodiment of the present invention has excellent mechanical properties compared to the conventional foamed aluminum 4.
  • the melting step (S100) and the molten aluminum 103 to melt the aluminum to be melted molten aluminum 103 in the molten state The thickening step (S200) for thickening by the above-mentioned thickening unit 110, the conveying step (S300) for transferring the thickened molten aluminum 103 to the foaming unit 130 through the transfer unit 120, and the transfer
  • the melting step (S100) is a step of melting aluminum in a solid state into molten aluminum 103 in a molten state. This step is therefore carried out in a crucible (not shown) to which hot heat is applied.
  • the thickening step (S200) is a step of increasing the viscosity of the molten aluminum 103 by adding ceramic particles, that is, silica particles of the present embodiment, to the molten aluminum 103.
  • the stirring operation by the thickening agitator 115 may be simultaneously performed to uniformly mix the molten aluminum 103 and the silica particles.
  • the transfer step S300 is a step of transferring the molten aluminum 103 of the thickening unit 110 to the foam housing 131 of the foam unit 130 through the transfer unit 120.
  • the transfer unit 120 for executing the transfer step (S300) of the present embodiment can adjust the amount of molten aluminum 103 to be transferred through the transfer runway 121 by having a flow control valve 122 as described above. In addition, it is possible to maintain the temperature of the molten aluminum 103 to be transferred by heating the transfer inlet 121 through the heating unit 123.
  • the foamed aluminum generating step (S410) is a step of supplying the bubble 105 to the molten aluminum 103 in the foam housing 131 to generate the foamed aluminum 104, wherein the bubble 105 is the bubble supply unit 160. Since the first particle size adjusting unit 162 passes through the molten aluminum 103, the particle size of the bubble 105 may be primarily adjusted. Therefore, the bubble 105 having a particle size of a certain size can be contained in the foamed aluminum 104, so that the particle size uniformity of the foam 105 of the foamed aluminum 104 can be improved as compared with the prior art.
  • the particle size adjusting step S420 may include a second particle size adjusting part provided in the suction unit 140 when the foamed aluminum 104 generated by the above-described foamed aluminum generating step S410 is sucked by the suction unit 140.
  • step 142 the size of the secondary bubble 105 is adjusted. That is, the foamed aluminum 104 containing the bubble 105 is sucked into the suction pipe 141 through the second particle size adjusting unit 142, wherein the second particle size adjusting unit 142 of the foam-mesh type is made of foamed aluminum ( The particle size uniformity of the pores 105 of the foamed aluminum 104 can be improved compared to the related art by adjusting the particle size of the bubbles 105 contained in the 104 again. That is, if the foamed aluminum 4 as shown in Figure 1 is conventionally manufactured by the foamed aluminum manufacturing method, the foamed aluminum 104 as shown in Figure 2 is manufactured through the foamed aluminum manufacturing method of the present embodiment can do.
  • the injection step (S500), the foamed aluminum 104 sucked through the suction unit 140 is filled with the mold 150 having a predetermined frame.
  • the mold 150 may be manufactured in various forms as described above.
  • the cooling step S600 is a step of cooling the mold 150 into which the foamed aluminum 104 is injected, and after this cooling step, the foamed aluminum 104 is separated from the mold 150.
  • the manufacturing work can be finished.
  • the particle size uniformity of the pores 105 of the foamed aluminum 104 may be improved by uniformly adjusting the particle size of the bubbles 105 in the foamed aluminum 104 in two steps. Accordingly, there is an effect that can significantly improve the mechanical strength, energy absorption performance, etc. of the foamed aluminum 104.
  • the molten aluminum 103 may be smoothly transferred from the thickening crucible 111 of the thickening unit 110 to the foam housing 131 of the foaming unit 130 by the transfer unit 120, thereby increasing the thickening crucible. There is also an effect that can prevent the residue of molten aluminum 103 from remaining in 111.
  • the foamed aluminum 104 is manufactured through the cooling process after the foamed aluminum 104 in the molten state is injected into the mold 150 of the predetermined mold, cutting and cutting of the foamed aluminum 104 is not required separately. Accordingly, there is an effect that can eliminate the material loss caused by the cutting operation.
  • the foamed aluminum 104 is manufactured by supplying the bubble 105 having the particle size controlled to the molten aluminum 103 in the molten state, a separate blowing agent is not required, and thus, the manufacturing cost of the foamed aluminum 104 can be lowered. Not only that, but it can also lower the selling price.

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Abstract

본 발명의 발포 금속 제조 장치는, 용융 상태의 용융 금속을 증점시키는 증점 유닛; 증점 유닛과 이송 유닛에 의해 연결되며, 증점 유닛에 의해 증점된 용융 금속과, 기포 공급부를 통해 제공되는 기포를 혼합시켜 발포 금속으로 발포시키는 발포 유닛; 및 발포 유닛에 의해 발포된 발포 금속을 흡입하여 발포 금속을 소정 형상의 주형으로 이동시키는 흡입 유닛;을 포함하며, 기포 공급부는 기포의 입도 크기를 1차적으로 조절하는 폼-메쉬(foam-mesh) 타입의 제1 입도 조절부를 포함하고, 흡입 유닛은 기포의 입도 크기를 2차적으로 조절하는 폼-메쉬(foam-mesh) 타입의 제2 입도 조절부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 발포 금속 내의 기포의 입도 크기를 균일하게 조절함으로써 발포 금속의 기포 입도 균일도를 향상시킬 수 있으며 이에 따라 발포 알루미늄의 기계적 강도, 에너지 흡수 성능 등을 현저히 향상시킬 수 있다.

Description

발포 금속 제조 장치 및 제조 방법
본 발명은, 발포 금속 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 발포 금속 내의 기포의 입도 크기를 균일하게 조절함으로써 발포 금속의 기공 입도 균일도를 향상시킬 수 있는 발포 금속 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
발포 금속이란, 다수의 기공이 포함된 금속을 가리킨다. 이러한 발포 금속은 경량성, 에너지 흡수성, 단열성, 내화성 또는 친환경 등의 복합적인 특성을 구비함으로써, 경량 구조용, 수송 기계용, 건축 자재용, 에너지 흡수용 등의 다양한 장치에 적용될 수 있다. 아울러, 현재 지구 환경 문제, 에너지 절감 문제와 잘 부합되는 소재이기 때문에 향후 응용 분야의 확대와 발전이 유망한 고기능성, 고부가가치 소재이다.
여기서, 발포 알루미늄을 포함한 발포 금속이 넓은 분야에 적용되기 위해서는 완성된 발포 금속 내에 균일한 크기의 기공이 전 영역에 걸쳐 균일하게 형성되는 것이 중요하며, 또한 기계-재료 성능을 향상시킬 수 있으면서도 낮은 제조 단가, 높은 생산성을 구현하는 것이 중요하다. 따라서, 이를 구현하기 위해 국내외적으로 발포 금속의 제조 방법에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다.
한편, 발포 금속, 특히 발포 알루미늄의 제조 방법에 대해 개략적으로 설명하면, 일괄처리 주조 방법으로 알려진 종래의 발포 알루미늄 제조 방법은, 알루미늄 주괴를 용융하는 용융 공정과, 용융 상태의 알루미늄 용탕이 기포 형상을 유지할 수 있도록 적절한 점성을 부여하는 증점 공정과, 발포제를 알루미늄 용탕 내에 균일하게 분산시키는 교반 혼합 공정과, 발포가 이루어지는 발포 공정을 구비한다.
그런데, 이러한 종래의 발포 알루미늄 제조 방법에 있어서는, 발포 작업 완료 후 발포괴 밑면에 미발포된 부분이 발생되고 상층부 역시 조대한 기공이 생성됨에 따라 궁극적으로 발포 알루미늄(4) 내 기공(5)의 균질성이 도 1에 도시된 것처럼 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 용융 상태의 용융 금속을 증점 도가니에서 발포 주형으로 이동시키는 과정에서 증점 도가니에 남아있는 용융 금속의 잔탕의 양이 많아 생산성을 저하시키는 문제점도 있다.
아울러, 전술한 공정을 통해 제조된 발포 알루미늄(4)의 블록은 용도에 따라 적당한 크기로 절단 가공되는데, 이때 절단 가공으로 인해 소재 손실이 발생될 수 있기 때문에 대량 생산에는 다소 부적합하다는 단점이 있다. 또한, 발포 공정에서 발포제로 TIH2(Titanium Hydride)가 사용되는데 이 발포제의 비용이 비싸 발포 금속의 전체적인 가격을 상승시키는 단점도 있다.
따라서, 제조되는 발포 금속 내의 기포의 균일도를 향상시킬 수 있으면서도, 생산성을 향상시킬 수 있고, 또한 발포 금속의 가격을 종래보다 낮출 수 있는 새로운 구조의 발포 금속의 제조 방법의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은, 발포 금속 내의 기포의 입도 크기를 균일하게 조절함으로써 발포 금속의 기공 입도 균일도를 향상시킬 수 있으며 이에 따라 발포 금속의 기계적 강도, 에너지 흡수 성능 등을 현저히 향상시킬 수 있는 발포 금속 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 용융 금속의 증점이 이루어지는 증점 유닛에서 발포 공정이 진행되는 발포 유닛으로 용융 금속의 이동이 원활하게 이루어지도록 함으로써 증점 유닛에 용융 금속의 잔탕이 잔류되는 것을 저지할 수 있는 발포 금속 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 발포 금속의 절단 가공 작업이 생략되어 소재 손실이 발생되는 것을 저지할 수 있는 발포 금속 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
아울러 본 발명의 다른 목적은, 고가의 발포제를 사용하지 않고도 발포 금속의 발포 공정을 신뢰성 있게 수행할 수 있어 발포 금속의 제작 단가 및 판매 가격을 종래에 비해 낮출 수 있는 발포 금속의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발포 금속 제조 장치는, 용융 상태의 용융 금속을 증점시키는 증점 유닛; 상기 증점 유닛과 이송 유닛에 의해 연결되며, 상기 증점 유닛에 의해 증점된 상기 용융 금속과, 기포 공급부를 통해 제공되는 기포를 혼합시켜 발포 금속으로 발포시키는 발포 유닛; 및 상기 발포 유닛에 의해 발포된 상기 발포 금속을 흡입하여 상기 발포 금속을 소정 형상의 주형으로 이동시키는 흡입 유닛;을 포함하며, 상기 기포 공급부는 상기 기포의 입도 크기를 1차적으로 조절하는 폼-메쉬(foam-mesh) 타입의 제1 입도 조절부를 포함하며, 이러한 구성에 의해서, 발포 금속 내의 기포의 입도 크기를 균일하게 조절함으로써 발포 금속의 기공 입도 균일도를 향상시킬 수 있으며 이에 따라 발포 알루미늄의 기계적 강도, 에너지 흡수 성능 등을 현저히 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 증점 유닛은 상기 용융 금속에 세라믹 입자를 혼합하여 상기 용융 금속을 증점시키며, 상기 용융 금속(103)은 용융 상태의 용융 알루미늄(Aluminium)이며, 상기 세라믹 입자는 실리카 분말(SiO2)에 의해 생성된 산화 알루미늄 (Al2O3)일 수 있다.
상기 발포 유닛은, 상기 이송 유닛으로부터 이송된 상기 용융 금속이 수용되는 발포 하우징; 및 상기 발포 하우징의 상부에 장착되어 상기 기포 공급부로부터 제공되는 상기 기포가 상기 용융 금속 내에 균일하게 함유되도록 교반 작업을 실행하는 발포 교반부를 포함하며, 상기 기포 공급부의 상기 제1 입도 조절부는 상기 발포 하우징의 저면에 배치되어 상기 기포를 측방 및 상방으로 공급할 수 있다.
상기 흡입 유닛은, 상기 발포 하우징에 수용된 상기 발포 금속 내에 일단부에 일부 잠기고 타단부는 상기 주형과 연결되는 흡입관; 상기 흡입관의 일단부에 장착되어 상기 흡입관으로 흡입되는 상기 발포 금속 내의 기포의 입도를 2차적으로 조절하는 제2 입도 조절부; 및 상기 발포 금속을 상기 흡입관으로 흡입하는 흡입력을 발생시키는 흡입력 발생부를 포함할 수 있다.
상기 제2 입도 조절부는 폼-메쉬(foam-mesh) 타입으로 마련될 수 있으며, 따라서 흡입 유닛으로 입도 크기 조절된 발포 알루미늄이 흡입될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 발포 금속 제조 방법은, 발포 대상물인 금속을 용융 상태의 용융 금속으로 용융시키는, 용융 단계; 상기 용융 금속을 증점 유닛의 구동에 의해 증점시키는, 증점 단계; 증점된 상기 용융 금속을 이송 유닛을 통하여 발포 유닛으로 이송시키는, 이송 단계; 및 폼-메쉬(foam-mesh) 타입의 제1 입도 조절부를 구비한 기포 공급부로 상기 발포 유닛 내에 기포를 공급함으로써 상기 발포 유닛에 수용된 상기 용융 금속을 발포 금속으로 발포시키는, 발포 단계; 및 흡입 유닛을 통해 상기 발포 유닛 내의 상기 발포 금속을 흡입한 후 상기 발포 금속을 소정 형상의 주형에 주입하는, 주입 단계;를 포함하며, 이러한 구성에 의해서, 발포 금속 내의 기포의 입도 크기를 균일하게 조절함으로써 발포 금속의 기공 입도 균일도를 향상시킬 수 있으며 이에 따라 발포 알루미늄의 기계적 강도, 에너지 흡수 성능 등을 현저히 향상시킬 수 있다.
상기 증점 단계는 상기 용융 금속에 세라믹 입자를 투여함으로써 상기 용융 금속을 증점시키는 단계이며, 상기 용융 금속은 용융 상태의 알루미늄(Aluminium)이며, 상기 세라믹 입자는 실리카 분말(SiO2)에 의해 생성된 산화 알루미늄 (Al2O3)일 수 있다.
상기 발포 단계는, 상기 기포 공급부의 상기 제1 입도 조절부를 통해 상기 용융 금속에 일정한 입도의 기포를 제공함으로써 상기 발포 금속을 생성하는, 발포 금속 생성 단계; 및 상기 흡입 유닛에 구비된 제2 입도 조절부를 통해 상기 발포 유닛으로부터 상기 흡입 유닛으로 흡입되는 상기 발포 금속 내의 기포 입도를 조절하는 입도 조절 단계를 포함할 수 있다.
상기 발포 금속 제조 방법은, 상기 주형에 주입된 상기 발포 금속을 상기 주형의 형상에 대응되는 형상으로 냉각시키는, 냉각 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 발포 금속 내의 기포의 입도 크기를 균일하게 조절함으로써 발포 금속의 기공 입도 균일도를 향상시킬 수 있으며 이에 따라 발포 알루미늄의 기계적 강도, 에너지 흡수 성능 등을 현저히 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 용융 금속의 증점이 이루어지는 증점 유닛에서 발포 공정이 진행되는 발포 유닛으로 용융 금속의 이동이 원활하게 이루어지도록 함으로써 증점 유닛에 용융 금속의 잔탕이 잔류되는 것을 저지할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 발포 금속의 절단 가공 작업이 생략되어 소재 손실이 발생되는 것을 저지할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 고가의 발포제를 사용하지 않고도 발포 금속의 발포 공정을 신뢰성 있게 수행할 수 있어 발포 금속의 제작 단가 및 판매 가격을 종래에 비해 낮출 수 있다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 발포 알루미늄 제조 방법에 의해 제조된 발포 알루미늄의 개략적인 형상을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발포 알루미늄의 제조 장치에 의해 제조된 발포 알루미늄의 개략적인 형태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발포 알루미늄의 제조 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 발포 알루미늄의 제조 장치와 종래의 발포 알루미늄의 제조 장치의 성능을 비교하기 위한 그래프이다.
도 5는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 발포 알루미늄의 제조 장치와 종래의 발포 알루미늄의 제조 장치의 성능을 비교한 표이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발포 알루미늄 제조 방법의 순서도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다.
이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
한편, 이하에서는, 본 발명의 발포 금속 제조 장치 및 제조 방법에 의해서 제조되는 발포 금속이 발포 알루미늄인 경우에 대해 상술할 것이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 발포 금속 제조 장치 및 제조 방법에 의해 다른 종류의 발포 금속이 제조될 수 있음은 당연하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발포 알루미늄 제조 장치에 의해 제조된 발포 알루미늄의 개략적인 형태를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발포 알루미늄 제조 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 발포 알루미늄 제조 장치와 종래의 발포 알루미늄 제조 장치의 성능을 비교하기 위한 그래프이며, 도 5는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 발포 알루미늄 제조 장치와 종래의 발포 알루미늄 제조 장치의 성능을 비교한 표이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발포 알루미늄 제조 방법의 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발포 알루미늄 제조 장치(100)는, 용융된 상태의 용융 알루미늄(103)을 증점시키는 증점 유닛(110)과, 이송 유닛(120)과, 이송 유닛(120)에 의해 증점 유닛(110)과 연결되며 증점 유닛(110)에 의해 증점된 용융 알루미늄(103)을 발포 알루미늄(104)으로 발포시키는 발포 유닛(130)과, 발포 유닛(130)으로부터 발포 알루미늄(104)을 흡입하여 소정 형상의 주형(150)으로 이동시키는 흡입 유닛(140)을 포함한다. 또한 도시하지는 않았지만, 주형(150)에 주입된 발포 알루미늄(104)을 냉각시키는 냉각 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
각각의 구성에 대해 설명하면, 먼저 증점 유닛(110)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 용융 알루미늄(103)이 수용되는 증점 도가니(111)와, 증점 도가니(111)의 상부에 장착되어 용융 알루미늄(103)과 세라믹 입자(미도시)를 교반하는 증점 교반부(115)를 포함한다.
증점 도가니(111)는 용융 알루미늄(103)에 점도를 부여하기 위한 증점 공정이 수행되는 증점로로서, 이러한 증점 도가니(111)의 온도는 알루미늄의 용융점보다 높은 온도를 유지한다.
이때 증점 공정에서 용융 알루미늄(103)에 점도를 부여하기 위해서 용융 알루미늄(103)에 세라믹 입자(미도시)가 투입되고 상호 혼합된다. 본 실시예에서 용융 알루미늄(103)에 투입되는 세라믹 입자는 나노미터(nm) 또는 마이크로미터(μm) 크기의 실리카(SiO2) 분말일 수 있으며,
4Al + 3SiO2 → 2Al2O3 +3Si......(화학식)
상기 화학식에 의해 산화알루미늄(Al2O3)이 발생되어 용융 알루미늄(103)의 점도를 증가시킬 수 있다.
증점 교반부(115)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 용융 알루미늄(103)과 실리카 분말을 상호 균일하게 혼합하기 위해, 회전력을 발생시키는 회전 모터(116))와, 회전 모터(116)에 축 결합되는 샤프트(117)와, 샤프트(117)에 결합되는 임펠러(118)를 포함한다. 이에 따라, 회전 모터(116)의 구동 시 용융 알루미늄(103)에 잠긴 임펠러(118)가 회전하며 용용 알루미늄(103)과 실리카 입자를 균일하게 교반시킬 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 증점 교반부(115)가 단수 개 마련된 경우에 상술하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수 개로 마련될 수도 있음은 당연하다.
한편, 이송 유닛(120)은, 증점 유닛(110)의 증점 도가니(111)와 발포 유닛(130)을 연결하여 용융 알루미늄(103)을 증점 유닛(110)으로부터 발포 유닛(130)으로 이송시키는 이송 탕도(121)와, 이송 탕도(121)에 장착되어 용융 알루미늄(103)의 이송량을 조절하는 유량 제어 밸브(122)와, 이송 탕도(121)에 장착되어 이송 탕도(121)를 가열하는 가열부(123)를 포함한다.
이송 탕도(121)는 증점 유닛(110)의 증점 공정의 실행 여부에 따라 폐쇄되거나 개방된다. 즉, 증점 유닛(110)에 의해 용융 알루미늄(103)을 증점시키는 경우 증점 유닛(110)의 용융 알루미늄(103)이 발포 유닛(130)으로 이송되는 것을 저지하기 위해 이송 탕도(121)는 폐쇄 상태를 유지하고, 반면에 증점 유닛(110)으로부터 발포 유닛(130)으로 용융 알루미늄(103)이 이송될 때 이송 탕도(121)는 개방 상태를 유지한다.
다만, 증점 유닛(110)으로부터 발포 유닛(130)으로 이송되는 용융 알루미늄(103)의 양을 조절하기 위해 유량 조절 밸브(122)가 장착되는 것이며, 따라서 적당한 양의 용융 알루미늄(103)이 이송 유닛(120)에 의해 증점 유닛(110)으로 이송될 수 있다.
또한, 이송 탕도(121)를 통해서 용융 알루미늄(103)이 이송될 때 온도 저하로 인해 용융 알루미늄(103)이 고화될 수 있는데, 이를 방지하기 위해 이송 탕도(121)에는 가열부(123)가 장착된다. 본 실시예의 가열부(123)는 이송 탕도(121)를 가열함으로써 이송 탕도(121)의 내면이 소정 온도를 유지할 수 있도록 하며, 따라서 이송 탕도(121)의 내부를 따라 용융 알루미늄(103)이 이송될 때 온도 저하로 인한 고화 현상이 발생되는 것을 저지할 수 있다.
한편, 발포 유닛(130)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 이송 유닛(120)에 의해 이송된 용융 알루미늄(103)이 수용되는 발포 하우징(131)과, 발포 하우징(131) 내에 수용된 용융 알루미늄(103)으로 기포(105)를 공급하는 기포 공급부(160)와, 발포 하우징(131)의 상부에 장착되어 기포 공급부(160)로부터 제공되는 기포(105)가 용융 알루미늄(103) 내에 균일하게 함유되도록 교반 작업을 실행하는 발포 교반부(135)를 포함한다.
먼저, 발포 하우징(131)은 용융 알루미늄(103)을 발포 알루미늄(104)으로 발포시키는 발포 공정 시 외부의 이물질이 함유되는 것을 저지할 수 있도록 외부와 차폐 상태를 유지한다. 이러한 발포 하우징(131)은 고온의 용융 알루미늄(103)에 의해 변형되지 않도록 내열성이 우수한 금속 재질로 마련된다.
또한, 도시하지는 않았지만, 발포 하우징(131)에는 단열재(미도시)가 부착되어 내부의 열이 외부로 이탈되는 것을 저지할 수 있을 뿐만 아니라 작업자가 발포 하우징(131)에 접촉되더라도 다치는 것을 방지할 수 있다.
기포 공급부(160)는, 발포 하우징(131)에 수용된 용융 알루미늄(103)에 기포를 공급하는 부분으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 외부의 기포 공급 탱크(미도시)와 연결되어 기포(105)를 이송시키는 기포 이송관(161)과, 기포 이송관(161)의 단부에 장착되어 용융 알루미늄(103)으로 공급되는 기포(105)의 입도를 제어하는 폼-메쉬(foam-mesh) 타입의 제1 입도 조절부(162)를 포함한다.
이러한 구성에 의해, 발포 하우징(131)에 수용된 용융 알루미늄(103)으로 일정 크기의 기포(105)가 제공될 수 있다. 즉, 기포 이송관(161)을 통해 이송된 기포(105)는 제1 입도 조절부(162)를 통과함으로써 일정한 입도 크기를 갖는 기포(105)가 될 수 있으며, 이러한 기포(105)가 용융 알루미늄(103)에 공급됨으로써 발포 알루미늄(104)은 균일한 기포 상태를 가질 수 있다. 여기서, 공급되는 기포(105)는 공기, 산소, 질소 또는 불활성 가스일 수 있다.
발포 교반부(135)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 발포 하우징(131) 상에서 복수 개로 마련될 수 있다. 이러한 발포 교반부(135)는 전술한 증점 교반부(115)와 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 이에 따라, 회전 모터(136)의 구동력에 의해 샤프트(137)에 결합된 임펠러(138)가 회전함으로써 발포 하우징(131) 내에서 기포(105)가 용융 알루미늄(103)의 전 영역에 고르게 퍼질 수 있으며, 또한 전술한 세라믹 입자, 즉 산화 알루미늄 역시 고르게 퍼질 수 있어, 생성되는 발포 알루미늄(104)의 기공(105)의 균일도를 향상시킬 수 있다.
한편, 흡입 유닛(140)은 발포 유닛(130)에 의해 발포된 발포 알루미늄(104)을 주형(150)으로 이송시키는 역할을 한다. 이러한 흡입 유닛(140)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 발포 하우징(131)에 수용된 발포 알루미늄(104) 내에 일단부가 부분적으로 잠기고 타단부는 주형(150)과 연결되는 흡입관(141)과, 흡입관(141)의 일단부에 장착되어 흡입관(141)으로 흡입되는 발포 알루미늄(104) 내의 기포 입도를 2차적으로 조절하는 제2 입도 조절부(142)와, 발포 알루미늄(104)을 흡입관(141)으로 흡입하는 흡입력을 발생시키는 흡입력 발생부(143)를 포함한다.
흡입관(141)은, 발포 하우징(131)으로부터 흡입된 발포 알루미늄(104)을 주형(150)으로 이송시키는 역할을 한다. 다만, 이때 발포 알루미늄(104)이 하부로부터 상방으로 이송되어야 하기 때문에 발포 알루미늄(104)을 흡입하는 흡입력이 요구된다. 따라서 흡입관(141)에는 흡입력 발생부(143)로부터 발생되는 흡입력이 작용되며 이러한 흡입력에 의해 발포 알루미늄(104)은 주형(150)으로 이송될 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 발포 알루미늄(104) 내에 함유된 기공(105)의 입도를 보다 정밀하게 제어하기 위해서, 전술한 기포 공급부(160)의 제1 입도 조절부(162)에 의해 1차적으로 기포(105)의 입도 크기를 조절하고, 아울러 발포 알루미늄(104)이 흡입관(141)으로 흡입될 때 흡입관(141)의 일단부에 장착된 제2 입도 조절부(142)를 통해 2차적으로 기포(105)의 입도 크기를 조절한다.
즉, 발포 알루미늄(104) 내에 함유된 기포(105)의 입도 크기 조절이 2차에 걸쳐 수행되며, 따라서 도 2에 도시된 바와 같은 발포 알루미늄(104)이 제조될 수 있는 것이다.
한편, 주형(150)은 발포 알루미늄(104)이 주입되어 소정 형상으로 제조되는 부분이다. 이에, 주형(150)은 작업자가 원하는 형상으로 제조될 수 있다. 다만, 후술할 냉각 유닛(미도시)에 의해 냉각 공정을 거친 후 주형(150)으로부터 발포 알루미늄(104)이 원활하게 분리될 수 있도록 주형(150)의 내면에는 이형제(미도시)가 도포될 수 있다.
냉각 유닛은, 발포 알루미늄(104)이 주입된 주형(150)을 냉각시키는 부분이다. 전술한 주형(150)은 발포 알루미늄(104)의 주입이 완료되면 흡입 유닛(140)과 분리될 수 있으며, 이에 따라 냉각 유닛으로 이송되어 냉각 공정을 거칠 수 있다. 이때 냉각 유닛에 의한 냉각 방법은 자연식 또는 강제식이 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발포 알루미늄 제조 장치(100)에 의해 제조된 발포 알루미늄(104, 도 2 참조)과, 종래의 발포 알루미늄(4, 도 1 참조)의 성능을 비교하고 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 발포 알루미늄(104)은 종래의 발포 알루미늄(4)에 비해 인장강도는 대략 16퍼센트, 파단연신률은 대략 55퍼센트 향상된 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 발포 알루미늄(104)이 종래의 발포 알루미늄(4)에 비해 우수한 기계적 특성을 갖는다는 것을 알 수 있다.
한편, 이하에서는 전술한 구성을 갖는 발포 알루미늄 제조 방법에 대해 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발포 알루미늄 제조 방법은, 도 6에 도시된 바와 같이, 발포 대상물인 알루미늄을 용용 상태의 용융 알루미늄(103)으로 용융시키는 용융 단계(S100)와, 용융 알루미늄(103)을 전술한 증점 유닛(110)에 의해 증점시키는 증점 단계(S200)와, 증점된 용융 알루미늄(103)을 이송 유닛(120)을 통하여 발포 유닛(130)으로 이송시키는 이송 단계(S300)와, 이송된 용융 알루미늄(103)에 기포 공급부(160)를 통해 기포(105)를 공급함으로써 용융 알루미늄(103)을 발포 알루미늄(104)으로 발포시키는 발포 단계(S400)와, 전술한 흡입 유닛(140)을 통해 발포 알루미늄(104)을 흡입하여 주형(150)에 주입하는 주입 단계(S500)와, 냉각 유닛을 이용하여 주형(150)에 주입된 발포 알루미늄(104)을 주형(150)의 형상에 맞게 냉각시키는 냉각 단계(S600)를 포함한다.
먼저 용융 단계(S100)는, 고체 상태의 알루미늄을 용융 상태의 용융 알루미늄(103)으로 용융시키는 단계이다. 따라서 이 단계는 고온의 열이 가해지는 도가니(미도시)에서 진행된다.
증점 단계(S200)는, 전술한 바와 같이, 용융 알루미늄(103)에 세라믹 입자, 즉 본 실시예의 실리카 입자를 투입하여 용융 알루미늄(103)의 점도를 증가시키는 단계이다. 이때 증점 교반부(115)에 의한 교반 작업이 동시에 진행됨으로써 용융 알루미늄(103)과 실리카 입자의 혼합이 균일하게 이루어질 수 있다.
이송 단계(S300)는, 이송 유닛(120)을 통하여 증점 유닛(110)의 용융 알루미늄(103)을 발포 유닛(130)의 발포 하우징(131)으로 이송시키는 단계이다. 본 실시예의 이송 단계(S300)를 실행하는 이송 유닛(120)은 전술한 바와 같이 유량 제어 밸브(122)를 구비함으로써 이송 탕도(121)를 통해 이송되는 용융 알루미늄(103)의 양을 조절할 수 있을 뿐만 아니라 가열부(123)를 통해 이송 탕도(121)를 가열함으로써 이송되는 용융 알루미늄(103)의 온도를 유지시킬 수 있다.
한편, 발포 단계(S400)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 기포 공급부(160)의 제1 입도 조절부(162)를 통해 용융 알루미늄(103)에 일정한 입도의 기포를 제공함으로써 발포 알루미늄(104)을 생성하는 발포 알루미늄 생성 단계(S410)와, 전술한 흡입 유닛(140)의 제2 입도 조절부(142)를 통해 흡입 유닛(140)으로 흡입되는 발포 알루미늄(104) 내의 기포(105)의 입도 크기를 조절하는 입도 조절 단계(S420)를 포함할 수 있다.
발포 알루미늄 생성 단계(S410)는, 발포 하우징(131) 내의 용융 알루미늄(103)에 기포(105)를 공급하여 발포 알루미늄(104)을 생성하는 단계로서, 이때 기포(105)는 기포 공급부(160)의 제1 입도 조절부(162)를 통과하여 용융 알루미늄(103)에 전달되기 때문에 기포(105)의 입도 크기를 1차적으로 조절할 수 있다. 따라서, 일정한 크기의 입도를 갖는 기포(105)가 발포 알루미늄(104) 내에 함유될 수 있어 발포 알루미늄(104)의 기포(105)의 입도 균일도를 종래에 비해 향상시킬 수 있다.
입도 조절 단계(S420)는, 전술한 발포 알루미늄 생성 단계(S410)에 의해 생성된 발포 알루미늄(104)이 흡입 유닛(140)에 의해 흡입될 때 흡입 유닛(140)에 구비된 제2 입도 조절부(142)를 통해 2차적인 기포(105)의 입도 조절을 하는 단계이다. 즉, 기포(105)가 함유된 발포 알루미늄(104)이 제2 입도 조절부(142)를 통해 흡입관(141)으로 흡입되는데 이때 폼-메쉬 타입의 제2 입도 조절부(142)가 발포 알루미늄(104)에 함유된 기포(105)의 입도 크기를 재차 조절함으로써 발포 알루미늄(104)의 기공(105)의 입도 균일도를 종래에 비해 향상시킬 수 있다. 즉, 종래에는 발포 알루미늄 제조 방법에 의해서 도 1에 도시된 바와 같은 발포 알루미늄(4)이 제조되었다면, 본 실시예의 발포 알루미늄 제조 방법을 통하여서는 도 2에 도시된 바와 같은 발포 알루미늄(104)을 제조할 수 있다.
한편, 주입 단계(S500)는, 흡입 유닛(140)을 통해 흡입된 발포 알루미늄(104)이 소정 틀을 갖는 주형(150)에 채워지는 단계이다. 여기서, 주형(150)은 전술한 바와 같이 여러 형태로 제작 가능하다.
이어서, 냉각 단계(S600)는, 발포 알루미늄(104)이 주입된 주형(150)을 냉각시키는 단계로서, 이러한 냉각 단계 후 발포 알루미늄(104)을 주형(150)으로부터 분리함으로써 발포 알루미늄(104)의 제조 작업을 마무리될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 발포 알루미늄(104) 내의 기포(105)의 입도 크기를 2차에 걸쳐 균일하게 조절함으로써 발포 알루미늄(104)의 기공(105)의 입도 균일도를 향상시킬 수 있으며 이에 따라 발포 알루미늄(104)의 기계적 강도, 에너지 흡수 성능 등을 현저히 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 이송 유닛(120)에 의해 증점 유닛(110)의 증점 도가니(111)로부터 발포 유닛(130)의 발포 하우징(131)으로 용융 알루미늄(103)이 원활하게 이송될 수 있으며, 이로 인해 증점 도가니(111) 내에서 용융 알루미늄(103)의 잔탕이 잔류되는 것을 저지할 수 있는 효과도 있다.
또한, 소정 형틀의 주형(150)에 용융 상태의 발포 알루미늄(104)이 주입된 후 냉각 공정을 통해 발포 알루미늄(104)이 제조되기 때문에 발포 알루미늄(104)의 절단 가공 작업이 별도로 요구되지 않으며, 이에 따라 절단 가공 작업을 통해 발생되는 소재 손실을 없앨 수 있는 효과도 있다.
아울러, 용융 상태의 용융 알루미늄(103)에 입도 조절된 기포(105)를 공급하여 발포 알루미늄(104)을 제조하기 때문에 별도의 발포제가 요구되지 않으며, 따라서 발포 알루미늄(104)의 제조 단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 판매 가격을 낮출 수 있는 효과도 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 용융 상태의 용융 금속을 증점시키는 증점 유닛;
    상기 증점 유닛과 이송 유닛에 의해 연결되며, 상기 증점 유닛에 의해 증점된 상기 용융 금속과, 기포 공급부를 통해 제공되는 기포를 혼합시켜 발포 금속으로 발포시키는 발포 유닛; 및
    상기 발포 유닛에 의해 발포된 상기 발포 금속을 흡입하여 상기 발포 금속을 소정 형상의 주형으로 이동시키는 흡입 유닛;
    을 포함하며,
    상기 기포 공급부는 상기 기포의 입도 크기를 1차적으로 조절하는 폼-메쉬(foam-mesh) 타입의 제1 입도 조절부를 포함하는 발포 금속 제조 장치.
  2. 제2항에 있어서,
    상기 증점 유닛은 상기 용융 금속에 세라믹 입자를 혼합하여 상기 용융 금속을 증점시키며,
    상기 용융 금속은 용융 상태의 용융 알루미늄(Aluminium)이며,
    상기 세라믹 입자는 실리카 분말(SiO2)에 의해 생성된 산화 알루미늄 (Al2O3)인 발포 금속 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발포 유닛은,
    상기 이송 유닛으로부터 이송된 상기 용융 금속이 수용되는 발포 하우징; 및
    상기 발포 하우징의 상부에 장착되어 상기 기포 공급부로부터 제공되는 상기 기포가 상기 용융 금속 내에 균일하게 함유되도록 교반 작업을 실행하는 발포 교반부를 포함하며,
    상기 기포 공급부의 상기 제1 입도 조절부는 상기 발포 하우징의 저면에 배치되어 상기 기포를 측방 및 상방으로 공급하는 발포 금속 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 흡입 유닛은,
    상기 발포 하우징에 수용된 상기 발포 금속 내에 일단부에 일부 잠기고 타단부는 상기 주형과 연결되는 흡입관;
    상기 흡입관의 일단부에 장착되어 상기 흡입관으로 흡입되는 상기 발포 금속 내의 기포의 입도를 2차적으로 조절하는 제2 입도 조절부; 및
    상기 발포 금속을 상기 흡입관으로 흡입하는 흡입력을 발생시키는 흡입력 발생부를 포함하는 발포 금속 제조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 입도 조절부는 폼-메쉬(foam-mesh) 타입으로 마련되는 발포 금속 제조 장치.
  6. 발포 대상물인 금속을 용융 상태의 용융 금속으로 용융시키는, 용융 단계;
    상기 용융 금속을 증점 유닛의 구동에 의해 증점시키는, 증점 단계;
    증점된 상기 용융 금속을 이송 유닛을 통하여 발포 유닛으로 이송시키는, 이송 단계; 및
    폼-메쉬(foam-mesh) 타입의 제1 입도 조절부를 구비한 기포 공급부로 상기 발포 유닛 내에 기포를 공급함으로써 상기 발포 유닛에 수용된 상기 용융 금속을 발포 금속으로 발포시키는, 발포 단계; 및
    흡입 유닛을 통해 상기 발포 유닛 내의 상기 발포 금속을 흡입한 후 상기 발포 금속을 소정 형상의 주형에 주입하는, 주입 단계;
    를 포함하는 발포 금속 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 증점 단계는 상기 용융 금속에 세라믹 입자를 투여함으로써 상기 용융 금속을 증점시키는 단계이며,
    상기 용융 금속은 용융 상태의 알루미늄(Aluminium)이며, 상기 세라믹 입자는 실리카(SiO2) 분말에 의해 생성된 산화 알루미늄(Al2O3)인 발포 금속 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 발포 단계는,
    상기 기포 공급부의 상기 제1 입도 조절부를 통해 상기 용융 금속에 일정한 입도의 기포를 제공함으로써 상기 발포 금속을 생성하는, 발포 금속 생성 단계; 및
    상기 흡입 유닛에 구비된 제2 입도 조절부를 통해 상기 발포 유닛으로부터 상기 흡입 유닛으로 흡입되는 상기 발포 금속 내의 기포 입도를 조절하는, 입도 조절 단계를 포함하는 발포 금속 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 주형에 주입된 상기 발포 금속을 상기 주형의 형상에 대응되는 형상으로 냉각시키는, 냉각 단계를 더 포함하는 발포 금속 제조 방법.
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