WO2020013633A1 - 골프클럽 및 그 제조방법 - Google Patents

골프클럽 및 그 제조방법 Download PDF

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WO2020013633A1
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iron
golf club
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amorphous alloy
based amorphous
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김충년폴
조근상
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아토메탈테크 유한회사
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Definitions

  • the present invention relates to a golf club and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a golf club and a method of manufacturing the improved flying distance by increasing the hardness of the club head surface, improve the repulsive force and elasticity.
  • golf is an athletic game in which a golf ball is put into a hole cup at a distance using a golf club called a golf club, and unlike other sports, a considerably high accuracy and mental power are required.
  • golf can be influenced by the direction and the distance of the hitting ball according to the golfer's shot posture and gripping state of the swing form and grip.
  • Golf clubs are divided into three types of clubs: drivers to increase distance, iron for precise shots, and putters for hitting golf balls on the green. It is made of high strength metal.
  • human factors such as posture and speed, and repulsive force depending on the material and characteristics of the driver club (particularly, the face of the club) are important.
  • the former face has a limitation in improving elastic force even if the surface of the club face is damaged or damaged, and in the latter case, it is troublesome because it is a mechanism to be incorporated inside the club face.
  • problems such as damage to the mixed member occurs when used for a long time, it is difficult to use the driver and the problem that the repulsive power is reduced. Therefore, the development of a new club face that can improve the performance of the golf club, such as repulsive force is required.
  • Patent Document US Patent Publication No. 3,102,187
  • An object according to an aspect of the present invention is a club face formed on one side of the club head by including a base layer and a coating layer comprising an iron-based amorphous alloy provided on the surface of the base substrate, the surface hardness and repulsive force of the club head surface, It is to provide a golf club that can improve the elasticity and the like.
  • An object according to one aspect of the present invention is to provide a golf club manufacturing method for forming a coating layer containing an iron-based alloy having a high amorphous phase ratio on the surface of the base of the club face formed on one surface of the golf head.
  • a golf club comprising a club head and a shaft connected to the club head
  • the club head includes a club face formed on one surface
  • the club face The club face
  • Base substrate It provides a golf club comprising a; coating layer comprising an iron-based amorphous alloy provided on the surface of the base substrate.
  • It provides a method for producing a golf club in which the ratio of the amorphous phase of the coating layer is 90 to 100%.
  • the golf club according to the embodiments of the present invention by coating an amorphous iron-based alloy layer on the surface of the base material of the club face formed on one surface of the club head, it is possible to maintain the amorphous structure even after the coating to the surface hardness of the club head surface The distance can be remarkably improved by improving the elastic force and the like.
  • the amorphous iron-based alloy coating layer formed at this time maintains a high amorphous phase.
  • FIG. 1 is an XRD graph of an iron-based amorphous alloy powder used as a coating material for a golf club face according to the present invention, wherein (a) to (e) are iron-based amorphous alloy powders of Examples 1, 3, 6, 7, and 8, respectively. Is the graph for.
  • Figure 2 is an XRD graph of the iron alloy powder used as a coating material on the golf club face according to the comparative example, (a) ⁇ (c) is a graph of the iron alloy powder of Comparative Examples 1, 5, 7.
  • Example 3 is an iron-based amorphous alloy powder (a) and its cross-section (b) used as a coating material on the golf club face according to Example 7 of the present invention, and an iron-based coating material on the golf club face according to Comparative Example 7 SEM photograph of the alloy powder (c) and its cross section (d).
  • Figure 4 is an XRD graph of the coating specimen applied to the golf club face according to the present invention, (a) ⁇ (e) is performed by applying the iron-based amorphous alloy powder of Examples 1, 3, 6, 7, 8, respectively Examples XRD graphs of 9, 11, 14, 15 and 16 specimens.
  • thermo spray coating using the iron-based amorphous alloy powder coated on the golf club face according to the present invention and the thermal spray coating using the alloy powder coated on the golf club face according to the comparative example
  • (a) ⁇ (c ) Are the surface images of the thermal spray coatings using the amorphous alloy powders of Examples 1, 7, and 8, respectively
  • (d) to (g) are the surfaces of the thermal spray coatings using the alloy powders of Comparative Examples 1, 3, 5, and 7, respectively. Image.
  • FIG. 7 is an image (200 times magnification) of a cross section of a spray coating specimen using the iron-based amorphous alloy powder of Examples 1, 3, 6, and 8 as a coating material on a golf club face according to the present invention.
  • (a)-(d) are the images which observed the cross section of Example 9, 11, 14, and 16 specimens, respectively.
  • FIG. 9 is an image of an uncorroded / corroded cross section of a thermally sprayed coating specimen using the iron-based amorphous alloy powder of Examples 2, 4, and 7 as a coating material on a golf club face according to the present invention (magnification: 200 times)
  • (A) to (c) are observation images of Examples 10, 12, and 15 specimens, respectively.
  • FIG. 10 is an image (200 times magnification) of an uncorroded / corroded section of a thermal spray coating specimen used as a coating material for a golf club face according to Comparative Examples 2, 4, and 6 (magnification 200 times). c) are observed images of Comparative Examples 8, 11 and 13, respectively.
  • FIG. 11 is a view schematically illustrating a form in which an iron-based amorphous alloy layer is coated on a surface of a golf club head photograph (a) and a base of a golf club face manufactured according to embodiments of the present invention.
  • amorphous refers to a phase in which no crystal in the solid is used, which is also used as a normal amorphous, amorphous phase, that is, does not have a regular structure.
  • the coating layer includes a coating film or the like made using an iron-based amorphous alloy powder, and these are mainly made by spray coating.
  • iron-based amorphous alloy powder in the present specification iron is included in the largest weight ratio, and the amorphous in the powder is not simply included, but substantially occupies most of it, for example, the ratio of amorphous is 90% or more.
  • the material of the golf club for improving the distance is particularly important. For this reason, attempts have been made to improve the elasticity of the golf club by changing the surface material of the club face formed on one side of the club head. However, even if the surface of the club face is damaged or damaged, the improvement in elastic force is limited. There is a difficulty in the development of golf clubs with improved performance. Accordingly, the applicant has led to the development of a new golf club that can improve the performance compared to the existing repulsive force.
  • Such an amorphous surface-treated club face according to the present invention may be obtained by coating the iron-based amorphous alloy of the present invention on the surface of a base material of a pre-made (faced) clubface (even if the iron-based amorphous alloy of the present invention is coated).
  • the thickness of the base substrate of the prefabricated clubface is reduced to a limit level (that is, thinning of the existing material for coating), and then coated with an iron-based amorphous alloy on the surface thereof. It may be.
  • the golf club according to the present invention is a golf club comprising a club head and a shaft connected to the club head, the club head includes a club face formed on one surface, the club face, the base substrate; And a coating layer comprising an iron-based amorphous alloy provided on the surface of the base substrate.
  • Golf club according to one aspect of the present invention includes a base layer of the head and a coating layer formed on the base substrate.
  • the base substrate of the head refers to a term referring to a conventional face (face) located on one side of the head portion.
  • the iron-based amorphous alloy powder is coated on the base material of the club face, there is a fear that the repulsive force at the time of hitting may not reach the desired level, and it is preferable to adjust the shape and thickness of the base material of the golf face.
  • the thickness of the base material of the club face may be 1.4 to 2.6 mm, preferably 1.6 to 2.4 mm, in consideration of the coating thickness of the iron-based amorphous alloy. If the thickness of the base substrate is less than 1.4 mm, the thickness of the base material constituting the golf club face is excessively thin, the base performance of the golf club face can be reduced by exceeding the limit level, the thickness of the base substrate is 2.6 When it exceeds mm, the sum of the thickness of the base substrate and the thickness of the iron-based amorphous alloy becomes excessively thick, and there is a fear that the repulsive force at the time of hitting does not reach the intended level.
  • the shape of the base material of the club face is flat in the case of iron, and in the case of the driver and the wood, it is preferable that at least a part of the center part of the base material has a convex shape than the other parts, and the thickness of the center part is 1.8 mm.
  • the thickness of the peripheral portion may be about 1.6mm
  • the thickness of the central portion may be about 2.2mm when the thickness of the peripheral portion may be about 2.0mm
  • the thickness of the peripheral portion may be about 2.4mm when the thickness of the central portion is 2.6mm.
  • a method or equipment such as mold thickness adjustment or CNC milling may be used, and it may be more desirable to reduce the thickness of the base substrate through thickness adjustment of the mold. .
  • the reduction in durability that can be caused by the reduced thickness of the base substrate with reduced thickness can be improved by improving the mechanical properties such as strength, toughness, and durability by performing a surface treatment process including forging treatment that can densify the surface structure of the base substrate. Can be.
  • the base material of the base material such as Ti, Al, V, Mo, Fe, Cr, Sn, Zr and two or more of these alloys, may be applicable to the face material of all the golf clubs released in the art so far.
  • the hardness of the base substrate may be HV 300 to HV 400, preferably HV 340 to HV 360.
  • the coating layer is provided on the club face to provide high repulsion, elasticity and hardness.
  • the coating layer is formed to be 60% or more of the surface area of the substrate on the base substrate.
  • the iron-based amorphous alloy forming the coating layer contains iron, chromium, and molybdenum as main components, and does not merely include amorphous in powder, but substantially occupies most of them.
  • the ratio of amorphous is 90% or more by volume, or It means that it is 90 to 100%.
  • the coating layer may be formed by spraying a molten iron-based amorphous alloy powder on the surface of the base substrate.
  • the coating layer may be formed by cooling the molten amorphous alloy powder at a cooling rate of 10 1 to 10 4 (degree / sec) from the melting point after the injection to the glass transition temperature.
  • the iron-based amorphous alloy is preferably provided from an iron-based amorphous alloy powder containing iron, chromium and molybdenum, and further comprising at least one or more selected from carbon and boron.
  • the iron-based amorphous alloy powder for example, when produced by the alloying powder by the atomizing method, the proportion of the amorphous phase is 90% or more, 95% or more, 99% or more, 99.9% or more, substantially 100% by volume A powder with a high proportion of amorphous phases.
  • Iron-based amorphous alloy powder can be produced in a variety of shapes and diameters there is no limitation, and includes a first component, a second component, a third component, and a fourth component for making the iron-based amorphous alloy described above.
  • the first component is iron (Fe)
  • iron (Fe) is a component used to improve the rigidity of the alloy powder coating
  • the second component is chromium (Cr)
  • the physical and chemical properties of the alloy powder coating for example, It is a component used for improving physical properties such as wear resistance and corrosion resistance, and the second component may be 55.3 parts by weight or less when the first component is 100 parts by weight, and preferably 25.4 parts by weight to 55.3 parts by weight.
  • the third component is molybdenum (Mo), which is used to impart wear resistance and corrosion resistance as well as friction resistance.
  • Mo molybdenum
  • the third component may be 84.2 parts by weight or less, and 35.6 parts by weight to 84.2 parts by weight. It is preferred to be included.
  • the fourth component uses at least one or two of carbon (C) and boron (B), and the fourth component is caused by atomic size mismatch or packing ratio efficiency with the other components. Improved amorphous forming ability, the fourth component is 23.7 parts by weight or less, 1.7 parts by weight to 23.7 parts by weight, 3.4 parts by weight to 23.7 parts by weight, or 3.4 parts by weight to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the first component It is desirable to be.
  • the iron-based amorphous alloy powder is intentionally or unintentionally selected from additional components selected from the group consisting of tungsten, cobalt, yttrium, manganese, silicon, aluminum, niobium, zirconium, phosphorus, nickel, scandium, and mixtures thereof. It may further include.
  • the additional components are used in an amount of less than 1.125 parts by weight, 1.000 parts by weight or less, or 0.083 parts by weight or less, when the total weight is 100 parts by weight of iron. That is, when the content of the first component, the second component, the third component, the fourth component, and the additional component meets the aforementioned weight ratio, it is regarded as an iron alloy powder according to an embodiment of the present invention.
  • each additional component is used in 0.9 weight part or less, Preferably it is 0.05 weight part or less. This is because the inclusion of additional components outside the above range significantly reduces the amorphous forming ability.
  • the iron-based amorphous alloy powder has excellent properties such as density, strength, abrasion resistance, friction resistance and corrosion resistance due to its high amorphous phase ratio.
  • the iron-based amorphous alloy powder may have an average particle size in the range of 1 ⁇ m to 150 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the powder size may be adjusted through a sieving treatment according to a use.
  • the target iron-based amorphous alloy powder can be used by adjusting the powder size in the range of 16 ⁇ m to 54 ⁇ m through the sieving treatment, to perform MIM (powder injection)
  • the target iron-based amorphous alloy powder can be used by adjusting the powder size to 20 ⁇ m or less through the sieving treatment.
  • the target iron-based amorphous alloy powder can also be adjusted to the powder size for each method.
  • the powder size is adjusted to 20 ⁇ m or less
  • the powder size is in the range of 54 ⁇ m to 150 ⁇ m. Can be used after adjustment.
  • Iron-based amorphous alloy powder for example, the density may be in the range of about 7 ⁇ 0.5 g / cc, but is not limited thereto.
  • Iron-based amorphous alloy powder may have a powder hardness in the range of approximately 800 Hv to 1500 Hv, but is not limited thereto.
  • the iron-based amorphous alloy powder maintains the above-mentioned amorphous ratio even when re-melted or exposed to high temperature and cooled again to solidify.
  • a method of manufacturing the alloy by melting the iron-based amorphous alloy powder above the melting point of the alloy and then recooling for example, conventional casting methods including spray coating, 3D printing, metallurgy, etc. This may correspond.
  • the b / a ratio of the above [Formula 1] may be preferably 0.95 to 1, more preferably 0.98 to 1, even more preferably 0.99 to 1.
  • the coating layer may be formed by thermal spraying.
  • a spray is a method of heating a metal or a metal compound to form a fine volume, spraying it on the surface of a workpiece, and contacting it.
  • the specific method of spraying is not limited to formation of a coating layer.
  • ultrafast flame spray coating HVOF
  • plasma coating laser cladding coating
  • general flame spray coating general flame spray coating
  • diffusion coating and cold spray coating vacuum plasma spray (VPS), low pressure plasma coating (LPPS) pressure plasma spray
  • VPS vacuum plasma spray
  • LPPS low pressure plasma coating
  • the coating layer is formed in the total volume of the amorphous phase. Since it contains 90% or more, 95% or more, 99% or more, 99.9% or more and substantially 100% by volume, the physical properties are very excellent. In particular, when performing the ultra-fast flame spray coating with the alloy powder of the present invention, the degree of improvement of physical properties is maximized because the amorphous ratio is substantially maintained.
  • iron-based amorphous alloy powder has a very high coating density (98-99.9%), and the penetration of corrosive materials is suppressed through pores.
  • the particle size of the alloy powder used for the spray coating is 10 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 15 ⁇ m to 55 ⁇ m, when the particle size of the alloy powder is less than 10 ⁇ m, small particles in the thermal spray coating process (gun spray gun) ),
  • the work efficiency may decrease, and when it exceeds 100 ⁇ m, it may not be completely dissolved and hits the base material (ie, it may not form a coating and fall to the bottom), resulting in a decrease in coating productivity and efficiency. Can be.
  • the Vickers hardness of the iron-based amorphous alloy is 700 to 1,200 Hv (0.2), preferably 800 to 1,000 Hv (0.2), the coefficient of friction (friction resistance) is 0.001 ⁇ to 0.08 ⁇ , preferably at a load of 100N It is 0.05 micrometer or less, and is 0.06 micrometer-0.12 micrometer, Preferably it is 0.10 micrometer or less at the load of 1,000N.
  • the ultra-high speed flame spray coating when the ultra-high speed flame spray coating is performed, a structure in which a plurality of paths are stacked is formed. Specifically, an oxide (black color) is stacked on each layer, and a plurality of layers are stacked in a wave-like shape. In general, this causes the properties of the coating to be degraded and weakened, but in the case of the present invention, there is no pore / oxidation film in the coating, which results in an extremely high density and the performance of the coating can be improved. In addition, the wear resistance, corrosion resistance and elasticity of the coating layer containing the iron-based amorphous alloy powder is also very excellent compared to the case of using the conventional alloy powder.
  • the thickness of the coating layer of the iron-based amorphous alloy coated on the base substrate is 0.01 to 0.3 mm, preferably 0.1 to 0.2 mm, more preferably 0.075 to 0.125 mm, the thickness of the iron-based amorphous alloy is outside the range In this case, the repulsive force of the golf club face of the present invention may not be satisfied.
  • the iron-based amorphous alloy may be coated on the entire surface of the base substrate, or may be coated only on a portion of the surface in the direction of hitting, preferably 60% or more of the total area of the base substrate surface of the golf club face, preferably 70 95%, more preferably 75 to 90% of the range is preferable because it can increase the flying distance of the golf ball hit the target area when hitting the golf ball.
  • the iron-based amorphous alloy may be formed in various patterns such as a lattice pattern as necessary.
  • the iron-based amorphous alloy powder which is a raw material of the iron-based amorphous alloy, is manufactured by a gas atomizer method, and specifically, an atom in an inert gas atmosphere such as helium, nitrogen, neon, or argon. It can be produced by spray cooling in a molten state in the optimizer. When prepared in this way, it is possible to form powders of high purity in the amorphous phase.
  • Vickers hardness of the coating layer of the iron-based amorphous alloy is 700 to 1,200 Hv (0.2), preferably 800 to 1,000 Hv (0.2), the coefficient of friction (friction resistance) is 0.0005 to 0.08 ⁇ , preferably 0.001 at a load of 100 N To 0.05 ⁇ m, and 0.01 to 0.12 ⁇ , preferably 0.03 to 0.10 ⁇ at a load of 1,000 N.
  • the coefficient of repulsion (COR) of the golf club to which the thermal spray coating layer of the iron-based amorphous alloy is applied indicates a high repulsion of 0.83 or more.
  • the ultra-high speed flame spray coating when the ultra-high speed flame spray coating is performed, a structure in which a plurality of paths are stacked is formed. Specifically, an oxide (black color) is stacked on each layer, and a plurality of layers are stacked in a wave-like shape.
  • the properties of the coating layer deteriorate and become weak, but in the case of the present invention, the alloy layer (coated material) has almost no pore / oxidation film, thus exhibiting ultra high density, and thus, properties such as hardness, corrosion resistance, and wear resistance It can also be improved.
  • the club face of the present invention is in the form of a conventional club face, there is no particular limitation on the size or shape.
  • Method for manufacturing a golf club according to the present invention forming a coating layer containing an iron-based amorphous alloy powder on the surface of the base substrate of the club face formed on one surface of the club head; And polishing the iron-based amorphous alloy layer.
  • the coating layer may be formed by thermal spraying.
  • the sprayed coating may be in a conventional manner known in the art, and the conditions or environment thereof may also apply mutatis mutandis in the art, for example, using a Sulzer Metco Diamond Jet or similar equipment, and using an oxygen flow rate. (Oxygen flow, propane flow, propane flow, air flow, feeder rate (nitrogen flow) and nitrogen flow (nitrogen flow), etc. may be appropriately adjusted.
  • the spraying is performed by melting the above-described iron-based amorphous alloy powder and then spraying on the surface of the base substrate, wherein the spraying is a high velocity flame spray (HVOF), plasma spraying, vacuum plasma spraying and arcing It can be carried out by a method selected from the group consisting of wire spraying.
  • HVOF high velocity flame spray
  • plasma spraying vacuum plasma spraying
  • arcing It can be carried out by a method selected from the group consisting of wire spraying.
  • the iron-based amorphous alloy is iron, chromium, molybdenum
  • the iron-based amorphous alloy powder further comprises at least one selected from carbon and boron after melting the melting point from the glass transition temperature
  • the ratio (a) of the amorphous phase in the alloy powder formed by cooling at a cooling rate of 10 1 to 10 4 (degree / sec) and the alloy powder are remelted again, and then from the melting point to the glass transition temperature 10 1 to 10 4 (degree).
  • the ratio (b) of the amorphous phase in the coating layer prepared at a cooling rate of / sec) may satisfy 0.9 ⁇ b / a ⁇ 1.
  • the ratio of b / a may be preferably 0.95 to 1, more preferably 0.98 to 1, and even more preferably 0.99 to 1.
  • the proportion of the amorphous phase of the coating layer is 90% by volume. 95% or more, 99% or more, 99.9% or more, substantially 100%, characterized in that the proportion of the amorphous phase contained is high.
  • the spray coating When the spray coating is performed, a structure in which a plurality of paths are stacked is formed, and in particular, oxides (black colors) are stacked on each layer, and a plurality of layers are stacked on the plate in the shape of wave waves.
  • this causes the properties of the coating layer to deteriorate and become weak, but in the case of the present invention, the alloy layer (coating layer) has little or minimal porosity / oxidation film and exhibits ultra-high density, such as hardness, corrosion resistance, and abrasion resistance. Physical properties can also be improved.
  • the iron-based amorphous alloy powder is thermally coated to form a coating layer with a predetermined thickness, and then the surface of the coating layer is polished to reduce the thickness. That is, only the densely sprayed portion remains on the face by reducing the thickness of the surface of the coating layer formed by the spraying. For example, after the thermal spray coating of 0.1mm thickness and polished to a thickness of about 0.025mm, a 0.075mm thermal spray coating layer is formed on the surface of the club face.
  • the method may further include adjusting the shape, strength, and thickness of the base substrate of the club face provided before forming the coating layer.
  • a method or equipment such as mold thickness adjustment or CNC milling may be used, and it may be more preferable to reduce the thickness of the base substrate through thickness adjustment of the mold. have.
  • the strength and durability deterioration that may occur due to the thickness reduction may be improved by improving the mechanical properties such as strength, toughness, and durability by performing a forging process for densifying the surface structure of the base substrate. .
  • the present invention provides a golf club including a head formed at one side of the club face, a shaft coupled to one end of the head, and a grip part formed at the other end of the shaft not connected to the head.
  • the rest of the head, the shaft and the head, except for the club face, all other substrates except the club face can be used mutatis mutandis in the art.
  • the present invention is to produce a new club face by coating a high repulsion, high hardness, high elasticity, low friction amorphous alloy (having more than twice the hardness of a typical face material) to a club face made of a common material, It is possible to achieve the object of the present invention to improve the speed, as well as to improve the distance by reducing the spin amount and the firing angle.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4
  • Example 5 Example 6
  • Example 7 Example 8
  • Example 8 Fe One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One
  • the embodiments according to the present invention include the first component to the fourth component in a specific content range, and cooled to a cooling rate of 10 1 to 10 4 (degree / sec) powder average diameter of 5 Alloy powders were prepared in the range of ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the clubface (base material, material: Ti) of the commonly used (bare) club head is reduced by using CNC milling to reduce the thickness of the center face to 1.8 mm and the peripheral thickness to 1.6 mm. At the same time, the clubface reduced to 2.0mm peripheral thickness and the clubface reduced to 2.6mm thickness at the same time as the peripheral thickness were prepared.
  • the iron-based amorphous alloy powders of Examples 1 to 8 were respectively spray-coated to a thickness of 0.1 mm on the base substrate surface of the club-face prepared according to Preparation Example 1 to prepare a club-face having an iron-based amorphous composite layer.
  • the thermal spray coating is the name of the equipment (Oerlikon Metco Diamond Jet series HVOF gas fuel spray system), the fuel uses oxygen and propane gas, the spray distance is 30cm, and the high velocity flame spray (HVOF) 0.3 A coating of mm thickness was formed.
  • the device and specific conditions used at this time are as follows.
  • the iron-based amorphous alloy layer on the surface of the base substrate formed on one surface of the club face prepared in Examples 9 to 16 was polished by 0.025 mm, and then attached to the head to manufacture a general type golf club connected to the shaft and the grip part.
  • FIG. 11 (a) The photo of the club face prepared in Example 9 is shown in Figure 11 (a), wherein the iron-based amorphous alloy layer is coated on the surface of the base substrate of the golf club face in Figure 11 (b) schematically. Indicated. Referring to FIG. 11 (b), it corresponds to a case where an iron-based amorphous alloy layer is formed at about 80% of the total surface area of the base substrate based on the center part, and in this case, it is confirmed that the desirable distance is increased through Experimental Example 8 below. It was.
  • the iron-based alloy powders of Comparative Examples 1 to 7 were prepared by supplying an atomizer in a nitrogen gas atmosphere with a composition as shown in Table 2 below, and then atomizing them in a molten state and cooling at the cooling rates shown in Table 2. Prepared.
  • Comparative Example 1 Comparative Example 2 Comparative Example 3 Comparative Example 4 Comparative Example 5 Comparative Example 6 Comparative Example 7 Fe One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One One Cr 0.56 0.20 0.714 0.714 0.550 0.411 0.196 Mo 0.30 0.85 0.345 0.245 0.183 0.374 0.686 C - - 0.020 0.060 0.028 0.028 0.020 B - 0.04 - - 0.073 0.056 0.059 Cooling rate (degree / sec) 10 4 10 4 10 3 10 2 10 2 10 2 * Powder average diameter 5 5 10 20 50 50 50 50 50 50
  • the preparation examples according to the present invention includes the first component to the fourth component in a specific content range, the powder average diameter is 5 by cooling at a cooling rate of 10 1 to 10 4 (degree / sec) Alloy powders were prepared in the range of ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • a golf club face having the same material as the (bare) golf club face of Preparation Example 1 and having a thickness of 3.0 mm was prepared (that is, not coated with an iron-based amorphous alloy powder).
  • the alloy powder of Comparative Examples 1 to 7 was thermally coated on the base substrate surface of the club face prepared according to Preparation Example 3 in the same manner as in Examples to prepare a club face having a coating layer. .
  • the club face of Preparation Example 3 was attached to the head to manufacture a golf club of a general type connected to the shaft and the grip part.
  • a golf club of Preparation Example 3 is referred to as Comparative Example 15 for convenience.
  • the alloy powder layer on the surface of the base substrate formed on one surface of the club face prepared from Comparative Examples 8 to 14 was polished by 0.025 mm, and then attached to the head to manufacture a golf club of a general form connected to the shaft and the grip part.
  • FIG. 1 is an XRD graph of an iron-based amorphous alloy powder according to the present invention, wherein (a) to (e) are graphs of iron-based amorphous alloy powders of Examples 1, 3, 6, 7, and 8, respectively. According to FIG. 1, it can be seen that in Examples 1, 3, 6, 7, and 8, the 2 theta (2 ⁇ ) values show broad peaks at 40 to 50 degrees, thereby forming an amorphous phase.
  • FIG. 2 is an XRD graph of the iron-based alloy powder according to the comparative example
  • (a) ⁇ (c) is a graph of the iron-based alloy powder of Comparative Examples 1,5,7.
  • both the Comparative Examples 1, 5 and 7 show an amorphous phase from the fact that the 2 theta (2 ⁇ ) values at least show an additional second peak at 65 to 70 (degree) with a sharp first peak at 40 to 50 (degree). It can be seen that together form some crystalline phase.
  • FIG. 3 shows an SEM image of the iron-based amorphous alloy powder (as atomized) according to Example 7 and its cross section, and the iron-based alloy powder (as atomized) according to Comparative Example 7 and its cross section.
  • (a) and (b) corresponds to the iron-based amorphous alloy powder (as atomized) of Example 7 and its cross-section
  • (c) and (d) is the iron-based alloy powder (as atomized) of Comparative Example 7 and It corresponds to the cross section.
  • FIG. 4 is an XRD graph of the coating specimen according to the invention
  • (a) ⁇ (e) is a coating of the iron-based amorphous alloy powder of Examples 1, 3, 6, 7, 8 Examples 9, 11, XRD graphs of 14, 15 and 16 specimens.
  • FIG. 4 since the additional peaks were not identified with the wide XRD first peak in the examples, it was found that the powder according to the present invention had an amorphous structure.
  • FIG. 5 shows an XRD graph of the iron-based alloy powder coating specimen prepared in Comparative Example.
  • 5 is a coating specimen XRD graph of the comparative example
  • (a) ⁇ (c) is a XRD graph of the coating comparative examples 8, 12, 14 specimens to which the iron-based alloy powder of Comparative Examples 1, 5, 7 are applied, respectively.
  • FIG. 5 in the comparative examples, it was confirmed that the crystalline powder had no amorphous phase from the additional peak with the sharp first peak.
  • the alloy powder of the present invention has a much higher amorphous forming ability than the alloy powder of the comparative example.
  • the coating is formed in the substantially amorphous phase (95% by volume or more) by coating in the HVOF method.
  • Comparative Example 14 did not have a good coating surface quality (see Fig. 6 (g)), the coatings of the remaining examples and comparative examples were all excellent or good coating surface quality.
  • FIG. 7 is an image of the cross section of the thermal spray coating specimen using the iron-based amorphous alloy powder of Examples 1, 3, 6, 8 according to the present invention with an optical microscope (Leica DM4 M),
  • (a) ⁇ (d) Are the images of the cross-sections of the specimens of Examples 9, 11, 14, and 16, respectively
  • FIG. 8 is an image of the cross-sections of the thermal spray coating specimens using the alloy powders of Comparative Examples 1, 4, and 7, respectively.
  • (a)-(c) are the images which observed the cross section of the comparative example 8, 11, and 14 test piece, respectively, and it turned out that the coating cross section of Example 9, 11, 14, 16 showed all high density.
  • HVS-10 digital low load Vickers hardness tester HVS-
  • HVS-10 digital low load Vickers hardness tester HVS-
  • Comparative Examples 8, 10, 10, and 12 Using a 10 digital low load Vickers Hardness Tester Machine, a micro-hardness test was performed on the cross section of the coating specimen, and the results are shown in Table 3 below.
  • each thermal spray coating specimen was immersed in a 95-98% sulfuric acid (H 2 SO 4 ) solution for 5 minutes at room temperature, and then coated with an uncorroded coating specimen using an optical microscope (Leica DM4 M). The cross-section and surface of the corroded coating specimens were observed, and the left side showed non-corrosive and the right side corrosive in FIGS. 9 and 10.
  • H 2 SO 4 sulfuric acid
  • the coating did not react at all with the strongly acidic corrosive, whereas in the comparative example containing crystalline, the coating reacted with the corrosive to corrode and exhibit poor corrosion resistance. .
  • the alloy powder coating specimens prepared in Examples 14 to 16 and Comparative Examples 11 to 14 were subjected to a metal ring-lump test under lubricating oil conditions.
  • the wear width was obtained.
  • the ring-lump test was performed using the MR-H3A high-speed ring-lump wear machine with L-MM46 resistance hydromantic lubricant, and the test parameters. 50N, 5min ⁇ 100N, 25min ⁇ 1000N, 55min in order.
  • Example 9 0.001-0.007 0.0044 0.040-0.078 0.0692
  • Example 14 0.005-0.024 0.0127 0.007-0.095 0.0860
  • Example 15 0.006-0.028 0.0135 0.007-0.098 0.0882
  • Comparative Example 8 0.030-0.054 0.0419 0.101 ⁇ 0.119 0.1123
  • Comparative Example 10 0.008 ⁇ 0.047 0.0196 0.088-0.116 0.0913
  • Comparative Example 12 0.065-0.087 0.0820 0.098-0.111 0.1085
  • Preparation Example 2 and Preparation Example 4 were respectively mounted on an ultrafast camera-type ball ballistic analysis swing robot (Foresight GCQuad), a golf swing robot distance hit test was conducted at 90 mph & 95 mph conditions. Test items were ball speed, firing angle, backspin amount, side angle, carry and total distance, and the test was repeated five times in total, and the average values are shown in Tables 6 and 7, respectively.
  • Example 14 1.7 ⁇ 137.9 12.9 2279 -0.6
  • Example 15 2.1 ⁇ 139.1 12.5 1867 -0.8
  • Example 16 2.5 ⁇ 139.2 14.6 1762 0 Comparative Example 15 3.0 ⁇ 136.4 12.3 2648 -0.9
  • Example 16 total flying distance As a result of hitting the golf ball with a golf club manufactured using a swing robot as described above, the ball speed and the firing angle were increased, the spin amount was decreased, and in particular, there was a significant improvement in the total flying distance, Example 16 total flying distance. In the case of it was confirmed that the maximum 23 yards (yard) increased compared to Comparative Example 15.
  • the coefficient of resilience (COR) of the golf club face specimen of Comparative Example 15 was found to be less than 0.83 to provide a high rebound driver.

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Abstract

클럽헤드의 일면에 형성된 클럽페이스의 베이스 기재 표면에 철계 비정질 합금 분말을 코팅함으로써, 코팅 이후에도 비정질 구조의 유지가 가능하여 클럽 페이스의 반발력, 내구성 및 표면 경도 등을 향상시킬 수 있는 골프클럽 및 그 제조방법을 제공한다. 상기 골프클럽은 클럽헤드와 상기 클럽헤드에 연결된 샤프트를 포함하는 골프클럽으로서, 상기 클럽헤드는 일면에 형성된 클럽페이스를 포함하며, 상기 클럽페이스는, 베이스 기재; 및 상기 베이스 기재의 표면에 구비된 철계 비정질 합금을 포함하는 코팅층;을 포함한다.

Description

골프클럽 및 그 제조방법
본 발명은 골프클럽 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 클럽헤드 표면의 경도를 높이고 반발력과 탄성력을 개선하여 비거리가 향상된 골프클럽 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 골프는, 골프클럽이라고 불리는 골프채를 이용하여 일정거리 떨어진 홀 컵에 골프공을 넣는 운동 경기로서, 다른 운동과는 달리 상당히 높은 정확도와 정신력이 요구된다. 또한, 골프는 다른 스포츠 종목과는 달리 골퍼의 샷 자세와 스윙 폼 및 그립의 파지 상태에 따라 타구의 방향과 비거리가 좌우될 수 있다. 골프클럽은 비거리를 증가시키기 위한 드라이버(driver)와, 정교한 샷을 위한 아이언(iron)과, 그린 위에서 골프공을 타격하기 위한 퍼터(putter)등 크게 3 종류의 클럽으로 구분되며, 대부분 티타늄 재질의 고강도 금속으로 제조된다. 특히, 드라이버 클럽의 경우, 비거리를 늘이기 위하여 자세나 스피드 등의 인적인 요인과 드라이버 클럽(특히, 클럽의 페이스)의 재질이나 특성에 따른 반발력 등이 중요하게 작용한다.
이와 같은 이유로, 골프 드라이버를 구성하는 요소 중 클럽의 헤드 페이스(head face)의 구성을 변경 적용하는 시도가 끊임없이 이루어지고 있으며, 예를 들어, 클럽헤드의 페이스 표면 재질을 변경하는 기술이나, 내부에 별도 부재를 혼입시키는 등 클럽헤드 페이스의 내부 구성을 변경하는 기술을 연구 개발하여, 골프클럽의 탄성력을 향상시키려는 노력이 지속되고 있다.
그러나 기존의 기술들 중 전자의 경우에는, 클럽 페이스의 표면이 손상되거나, 손상되더라도 탄성력 향상에 한계가 있고, 후자의 경우에는, 클럽 페이스의 내부에 혼입시켜야 하는 메커니즘이기 때문에 번거로움이 있고, 또한, 장시간 사용 시 혼입된 부재가 손상되는 등의 문제가 발생하여, 드라이버의 사용이 어렵다는 문제점과 반발력이 떨어진다는 문제점을 내포하고 있다. 따라서, 반발력 등 골프클럽의 성능을 향상시킬 수 있는 신규한 클럽 페이스의 개발이 요구된다.
(특허문헌) 미국 특허공개 제3,102,187호
본 발명의 일측면에 따른 목적은 클럽헤드의 일면에 형성되는 클럽 페이스로서 베이스 기재 및 상기 베이스 기재의 표면에 구비된 철계 비정질 합금을 포함하는 코팅층을 포함함으로써, 클럽헤드 표면의 표면 경도와 반발력, 탄성력 등을 향상시킬 수 있는 골프클럽을 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 목적은 골프헤드의 일면에 형성되는 클럽 페이스의 기재 표면에 높은 비정질상 비율을 가지는 철계 합금을 포함하는 코팅층을 형성하는 골프클럽의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
클럽헤드와 상기 클럽헤드에 연결된 샤프트를 포함하는 골프클럽으로서,
상기 클럽헤드는 일면에 형성된 클럽페이스를 포함하며,
상기 클럽페이스는,
베이스 기재; 및 상기 베이스 기재의 표면에 구비된 철계 비정질 합금을 포함하는 코팅층;을 포함하는 골프클럽을 제공한다.
또한, 본 발명은,
클럽헤드의 일면에 형성된 클럽페이스의 베이스 기재 표면에 철계 비정질 합금을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 코팅층을 연마하는 단계;를 포함하고,
상기 코팅층의 비정질상의 비율이 90 내지 100%인 골프클럽의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따른 골프클럽에 의하면, 클럽헤드의 일면에 형성된 클럽페이스의 베이스 기재 표면에 비정질 철계 합금층을 코팅함으로써, 코팅 이후에도 비정질 구조의 유지가 가능하여 클럽헤드 표면의 표면 경도와 탄성력 등을 개선시켜 비거리를 현저하게 향상시킬 수 있다. 이 때 형성된 비정질 철계 합금 코팅층은 높은 비정질상을 유지한다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 골프클럽의 제조방법에 의하면, 클럽헤드의 일면에 형성된 클럽페이스의 베이스 기재의 형상과 두께를 한계치까지 얇게 제어하는 동시에 철계 비정질 합금층의 두께를 감소시켜 반발력을 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 골프클럽 페이스에 코팅 재료로 사용되는 철계 비정질 합금분말의 XRD 그래프로서, (a)~(e)는 각각 실시예 1, 3, 6, 7, 8의 철계 비정질 합금분말에 대한 그래프이다.
도 2는 비교예에 따른 골프클럽 페이스에 코팅 재료로 사용되는 철계 합금분말의 XRD 그래프로서, (a)~(c)는 비교예 1, 5, 7의 철계 합금분말에 대한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 7에 따른 골프클럽 페이스에 코팅 재료로 사용되는 철계 비정질 합금분말(a)과 그 단면(b), 그리고 비교예 7에 따른 골프클럽 페이스에 코팅 재료로 사용되는 철계 합금분말(c) 및 그 단면(d)을 SEM 분석한 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 골프클럽 페이스에 적용된 코팅물 시편의 XRD 그래프로서, (a)~(e)는 각각 실시예 1, 3, 6, 7, 8의 철계 비정질 합금분말을 적용한 코팅물 실시예 9, 11, 14, 15, 16 시편의 XRD 그래프이다.
도 5는 비교예에 따른 골프클럽 페이스에 적용된 코팅물 시편 XRD 그래프로서, (a)~(c)는 각각 비교예 1, 5, 7의 철계 합금분말을 적용한 코팅물 비교예 8, 12, 14 시편의 XRD 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 골프클럽 페이스에 코팅된 철계 비정질 합금분말을 이용한 용사 코팅물과 비교예에 따른 골프클럽 페이스에 코팅된 합금분말을 이용한 용사 코팅물의 표면 이미지로서, (a)~(c)는 각각 실시예 1, 7, 8의 비정질 합금분말을 이용한 용사 코팅물의 표면 이미지이고, (d)~(g)는 각각 비교예 1, 3, 5, 7의 합금분말을 이용한 용사 코팅물의 표면 이미지이다.
도 7은 본 발명에 따른 골프클럽 페이스에 코팅 재료로서 실시예 1, 3, 6, 8의 철계 비정질 합금분말을 이용한 용사 코팅물 시편의 단면을 광학 현미경으로 관찰한 이미지(배율 200배)로서, (a)~(d)는 각각 실시예 9, 11, 14, 16 시편의 단면을 관찰한 이미지이다.
도 8은 비교예 1, 4, 7에 따른 골프클럽 페이스에 코팅 재료로서 합금분말을 이용한 용사 코팅물 시편의 단면을 광학 현미경으로 관찰한 이미지(배율 200배)로서, (a)~(c)는 각각 비교예 8, 11, 14 시편의 단면을 관찰한 이미지이다.
도 9는 본 발명에 따른 골프클럽 페이스에 코팅 재료로서 실시예 2, 4, 7의 철계 비정질 합금분말을 이용한 용사 코팅물 시편의 비부식/부식된 단면을 광학 현미경으로 관찰한 이미지(배율 200배)로서, (a)~(c)는 각각 실시예 10, 12, 15 시편의 관찰 이미지이다.
도 10은 비교예 2, 4, 6에 따른 골프클럽 페이스에 코팅 재료로 이용한 용사 코팅물 시편의 비부식/부식된 단면을 광학 현미경으로 관찰한 이미지(배율 200배)로서, (a)~(c)는 각각 비교예 8, 11, 13 시편의 관찰 이미지이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 골프클럽헤드 사진(a)과 골프클럽 페이스의 베이스 기재 표면에 철계 비정질 합금층이 코팅된 형태를 모식적으로 나타낸 도면(b)이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 명세서에서 비정질이란 통상의 비결정질, 비정질상으로도 사용되는 고체 내 결정이 이루어지지 않은, 즉 규칙적인 구조를 가지지 않는 상을 말한다.
또한, 본 명세서에서 코팅층이란 철계 비정질 합금분말을 이용하여 만들어지는 코팅막 등을 포함하는 것이며, 이들은 주로 용사 코팅에 의해서 만들어진다.
또한 본 명세서에서 철계 비정질 합금분말이란, 철이 가장 많은 중량비로 포함되며, 분말내 비정질이 단순히 포함된 것이 아니라 실질적으로 대부분을 차지하는 것으로서 예컨대 비정질의 비율이 90% 이상인 것을 말한다.
전술한 바와 같이, 다른 운동과는 달리 매우 높은 정확도가 요구되는 골프에 있어서, 특히 비거리 향상을 위한 골프클럽의 소재는 매우 중요하게 다루어지고 있다. 이와 같은 이유로, 클럽헤드의 일면에 형성된 클럽페이스(club face)의 표면 재질을 변경하여 골프클럽의 탄성력을 향상시키려는 시도가 끊임없이 이루어지고 있으나, 클럽페이스의 표면이 손상되거나, 손상되더라도 탄성력 향상에 한계가 있어, 보다 향상된 성능을 가지는 골프클럽의 개발에 어려움을 겪고 있다. 이에 본 출원인은, 반발력 등 기존 대비 성능을 향상시킬 수 있는 신규한 골프클럽 개발에 이르게 된 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 비정질 표면 처리된 클럽페이스는, 기 제작된(기성품) 클럽페이스의 베이스 기재 표면에 본 발명의 철계 비정질 합금을 코팅시킨 것이거나(본 발명의 철계 비정질 합금을 코팅하더라도, 본 발명의 목적 달성에 무리가 없는 두께 수준에 한함), 기 제작된 클럽페이스의 베이스 기재 두께를 한계 수준까지 줄인 후(즉, 코팅을 위한 기존 소재의 박막화), 그 표면에 철계 비정질 합금을 코팅시킨 것일 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 골프클럽은 클럽헤드와 상기 클럽헤드에 연결된 샤프트를 포함하는 골프클럽으로서, 상기 클럽헤드는 일면에 형성된 클럽페이스를 포함하며, 상기 클럽페이스는, 베이스 기재; 및 상기 베이스 기재의 표면에 구비된 철계 비정질 합금을 포함하는 코팅층;을 포함한다.
<골프 클럽>
본 발명의 일측면에 따른 골프 클럽은 헤드의 베이스기재와 베이스 기재상에 형성되는 코팅층을 포함한다.
헤드의 베이스 기재는 헤드부의 일면에 위치한 통상적인 페이스(Face, 타격부)를 일컫는 용어를 말한다.
클럽페이스의 베이스 기재에 상기 철계 비정질 합금 분말을 코팅하게 될 경우, 타구 시의 반발력이 목적으로 하는 정도에 미치지 못할 우려가 있어 상기 골프페이스의 베이스 기재의 형상과 두께를 조절하는 것이 바람직하다.
클럽페이스의 베이스 기재의 두께는, 상기 철계 비정질 합금의 코팅 두께를 고려하여, 1.4 내지 2.6 mm, 바람직하게는 1.6 내지 2.4 mm일 수 있다. 상기 베이스 기재의 두께가 1.4 mm 미만이면, 골프클럽 페이스를 구성하는 기초 소재의 두께가 과도하게 얇아져, 한계 수준을 초과함으로써 골프클럽 페이스의 기본 성능이 저하될 수 있고, 상기 베이스 기재의 두께가 2.6 mm를 초과하게 되면, 상기 베이스 기재의 두께와 철계 비정질 합금 두께의 합이 과도하게 두꺼워져, 타구 시의 반발력이 목적으로 하는 정도에 미치지 못할 우려가 있다.
클럽페이스의 베이스 기재의 형상은, 아이언의 경우에는 평면상이며, 드라이버와 우드의 경우에는 베이스 기재 중앙부의 적어도 일부가 나머지 부분들보다 볼록한 형상을 갖도록 하는 것이 바람직한 것으로, 상기 중앙부의 두께가 1.8mm인 경우 주변부 두께는 1.6mm 정도일 수 있고, 상기 중앙부의 두께가 2.2mm인 경우 주변부 두께는 2.0mm 정도일 수 있으며, 상기 중앙부의 두께가 2.6mm인 경우 주변부 두께는 2.4mm 정도일 수 있다.
베이스 기재의 두께와 형상을 조절하기 위해서는, 예를 들어, 금형 두께 조정 또는 CNC 밀링 등의 방식 또는 장비를 이용할 수 있으며, 금형의 두께조정을 통하여 베이스 기재의 두께를 감소시키는 것이 보다 바람직할 수 있다.
두께가 감소된 베이스 기재에 대하여 두께 감소로 인해 발생할 수 있는 내구성 저하는 베이스 기재의 표면 조직을 치밀화시킬 수 있는 단조 처리를 비롯한 표면 처리 공정을 수행함으로써 강도와 인성, 내구성등의 기계적 물성이 향상 향상될 수 있다.
한편, 상기 베이스 기재의 소재는 Ti, Al, V, Mo, Fe, Cr, Sn, Zr 및 이들 중 2종 이상의 합금 등, 지금까지 당업계에서 내놓은 모든 골프클럽의 페이스 소재가 해당될 수 있다.
베이스 기재의 경도는 HV 300 내지 HV 400, 바람직하게는 HV 340 내지 HV 360일 수 있다.
이하에서는, 클럽페이스의 베이스 기재 표면에 구비된 철계 비정질 합금으로 이루어진 코팅층에 대하여 설명한다.
코팅층은 클럽페이스에 구비되어 고반발 및 탄성, 경도를 부여하기 위하여 구비되는 층으로서, 베이스 기재상에 기재의 표면 면적의 60% 이상이 되도록 형성한다.
코팅층을 형성하는 철계 비정질 합금은 철, 크롬 및 몰리브데늄을 주 성분으로 포함되며, 분말내 비정질이 단순히 포함된 것이 아니라 실질적으로 대부분을 차지하는 것으로서 예컨대 비정질의 비율이 부피 기준으로 90% 이상, 또는 90 내지 100%인 것을 말한다.
코팅층은 용융된 철계 비정질 합금분말이 상기 베이스 기재 표면에 분사됨으로써 형성될 수 있다.
코팅층은 용융된 비정질 합금분말이 분사 후 용융점에서 유리전이온도까지 101 내지 104 (degree/sec)의 냉각속도로 냉각되어 형성되는 것일 수 있다.
철계 비정질 합금은 철, 크롬 및 몰리브데늄을 포함하고, 탄소와 붕소에서 선택된 적어도 1종 이상을 더 포함하는 철계 비정질 합금분말로부터 제공되는 것이 바람직하다.
이 때, 철계 비정질 합금분말은 일례로 아토마이징 방법으로 합금분말로 제조할 때, 비정질상의 비율이 부피 기준으로 90% 이상, 95% 이상, 99% 이상, 99.9% 이상, 실질적으로 100% 포함되는 비정질상의 비율이 높은 분말이다.
철계 비정질 합금분말은 다양한 형상과 직경으로 제조될 수 있어 그 제한이 없으며, 전술한 철계 비정질 합금을 만들기 위한 제1성분, 제2성분, 제3성분, 및 제4성분을 포함한다.
제1성분은 철(Fe)로서, 철(Fe)은 합금분말 코팅물의 강성 향상을 위하여 사용되는 성분이며, 제2성분은 크롬(Cr)으로서, 합금분말 코팅물의 물리 화학적 특성, 예를 들어, 내마모성 및 내식성 등의 물성 향상을 위하여 사용되는 성분이며, 제2성분은 제1성분을 100중량부로 했을 때, 55.3 중량부 이하일 수 있고, 25.4 중량부 내지 55.3 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
제3성분은 몰리브덴(Mo)으로서, 내마모성 및 내식성과 아울러 내마찰성을 부여하기 위하여 사용되는 성분으로, 제1성분을 100중량부로 했을 때, 84.2 중량부 이하일 수 있고, 35.6 중량부 내지 84.2 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
제4성분은 탄소(C)와 붕소(B)에서 적어도 하나 또는 둘을 사용하며, 제4성분은 나머지 구성 성분들과의 원자 크기 부정합(atomic size mismatch) 또는 패킹 효율(packing ratio efficiency) 등에 의해 비정질 형성능을 향상시키며, 제4성분은 제1성분을 100중량부로 했을 때, 23.7 중량부 이하, 1.7중량부 내지 23.7 중량부, 3.4 중량부 내지 23.7 중량부, 또는 3.4 중량부 내지 15 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
전술한 성분 외에 상기 철계 비정질 합금 분말은 텅스텐, 코발트, 이트륨, 망간, 실리콘, 알루미늄, 니오븀, 지르코늄, 인, 니켈, 스칸디움 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 추가성분을 의도적 도는 비의도적으로 더 포함할 수 있다. 함량에 있어서 추가성분은 총합으로 중량부가 철 중량부를 100으로 했을 때 1.125 중량부 미만, 1.000 중량부 이하, 또는 0.083 중량부 이하로 사용된다. 즉, 제1성분, 제2성분, 제3성분, 제4성분, 및 추가성분의 함량이 전술한 중량비율에 맞는 경우 본 발명의 실시예에 따른 철계 합금분말로서 간주된다.
또한, 각 추가성분의 중량부는 0.9 중량부 이하, 바람직하게는 0.05 중량부 이하로 사용된다. 상기 범위를 벗어나는 추가성분이 포함되면 비정질 형성능이 현저히 감소하기 때문이다. 상기 철계 비정질 합금분말은 높은 비정질상의 비율로 인해서 자체적으로도 밀도, 강도, 내마모성, 내마찰성 및 내식성 등의 특성이 우수하다.
철계 비정질 합금분말은 평균입도가 1㎛ 내지 150 ㎛ 범위 내일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 용도에 따라 시빙 처리를 통해 분말 사이즈를 조절할 수 있다.
일례로, 후술할 바와 같이 용사코팅을 수행하고자 하는 경우, 대상 철계 비정질 합금분말은 시빙 처리를 통해 분말 사이즈를 16㎛ 내지 54㎛ 범위로 조절하여 사용할 수 있고, MIM(분말 사출)을 수행하고자 하는 경우, 대상 철계 비정질 합금분말은 시빙 처리를 통해 분말 사이즈를 20㎛ 이하로 조절하여 사용할 수 있다.
또한 베이스 기재상에 코팅층을 3D 프린팅으로 형성하고자 하는 경우, 대상 철계 비정질 합금분말 또한 방식 별로 분말 사이즈를 조절할 수 있다. 일례로 powder bed fusion 방식에 따라 3D 프린팅을 수행하고자 하는 경우에는 분말 사이즈를 20㎛ 이하로 조절하고, direct energy deposit 방식에 따라 3D 프린팅을 수행하고자 하는 경우에는 분말 사이즈를 54㎛ 내지 150㎛ 범위로 조절하여 사용할 수 있다.
철계 비정질 합금분말은 일례로 밀도가 대략 7±0.5 g/cc 범위 내일 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.
철계 비정질 합금분말은 분말 경도가 대략 800Hv 내지 1500Hv 범위 내일 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.
철계 비정질 합금분말은 재용융 또는 고온에 노출되어 다시 냉각되어 고화되더라도 전술한 비정질 비율을 유지한다. 이 때, 아토마이징 방법에 의해 제조된 철계 비정질 합금분말 내의 비정질의 비율(a)과 철계 비정질 합금분말을 그 합금의 용융점 이상으로 용융한 후 재냉각하여 만들어진 합금의 비율(b)은 다음 식을 만족한다.
[식 1]
0.9 ≤ b/a ≤ 1
여기서 상기 (b)를 도출하기 위해 철계 비정질 합금분말을 그 합금의 용융점 이상으로 용융한 후 재냉각하여 합금을 제조하는 방식으로는, 일례로 용사 코팅, 3D 프린팅, 야금 등을 비롯한 통상의 주조 방식이 해당할 수 있다.
또한, 상기 [식 1]의 b/a 비율은 바람직하게는 0.95 내지 1일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.98 내지 1 일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 0.99 내지 1 일 수 있다.
전술한 바와 같이 코팅층의 형성은 용사에 의해 형성될 수 있다. 용사(spray)는 금속이나 금속 화합물을 가열해서 미세한 용적 형상으로 해서 가공물의 표면에 분무시켜 밀착시키는 방법으로 코팅층의 형성에 용사의 특정 방법이 한정되지 않는다. 예를 들면, 초고속 화염용사 코팅(HVOF), 플라즈마 코팅, 레이저 클래딩 코팅, 일반 화염용사 코팅, 디퓨전 코팅 및 콜드 스프레이 코팅, 진공 플라즈마 코팅(VPS, vacuum plasma spray), 저압 플라즈마 코팅(LPPS, low-pressure plasma spray) 등이 코팅층을 형성하는 데 사용될 수 있다.
본 실시예에서 비정질상의 비율이 90% 이상, 99% 이상, 99.9% 이상, 실질적으로 100% 포함되는 높은 분말인 철계 비정질 합금분말이 용사의 재료로 사용되는 경우, 코팅층은 비정질상을 전체 부피에 대하여 90% 이상, 95% 이상, 99% 이상, 99.9% 이상, 실질적으로 100부피%로 포함하기 때문에, 물성이 매우 우수하다. 특히, 본 발명의 합금분말로 초고속 화염 용사 코팅을 수행하는 경우에는, 비정질 비율이 실질적으로 그대로 유지되기 때문에 물성 향상 정도가 극대화된다.
또한, 철계 비정질 합금분말은 측정시 밀도(coating density)가 98~99.9%로 매우 높아 기공을 통해서 부식물의 침투가 억제된다.
용사 코팅용으로 사용되는 합금 분말의 입도는 10㎛ 내지 100㎛, 바람직하게는 15㎛ 내지 55㎛로서, 상기 합금분말의 입도가 10㎛ 미만인 경우, 용사 코팅 공정상 작은 입자들이 용사 코팅 건(gun)에 달라붙어 작업 효율성이 저하될 우려가 있고, 100㎛를 초과하는 경우에는 완전히 용해되지 못하고 모재에 부딪혀(즉, 코팅물을 형성하지 못하고 바닥으로 떨어져) 코팅 생산성 및 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 상기 철계 비정질 합금의 비커스 경도는 700 내지 1,200Hv(0.2), 바람직하게는 800 내지 1,000Hv(0.2)이고, 마찰계수(내마찰성)는 100N의 하중에서 0.001μ 내지 0.08μ, 바람직하게는 0.05μ 이하이고, 1,000N의 하중에서 0.06μ 내지 0.12μ, 바람직하게는 0.10μ 이하이다.
특히 초고속 화염용사에 의한 코팅물의 경우, 기존과 달리 단면적(cross section)에 기공이 거의 존재하지 않아 최대 밀도(full density)를 나타내며, 기공이 존재하더라도 약 0.1% 내지 1.0%에 불과한 기공율을 나타낼 수 있다.
즉, 초고속 화염용사 코팅이 수행되면 여러 번의 path가 쌓이는 구조가 형성되고, 구체적으로 각 층에 산화물(검정 색상)이 쌓이고, 파도 물결과 같은 형상으로 다수의 층이 적층된다. 통상의 경우, 이로 인해 코팅물의 성질이 저하되고, 취약해지나, 본 발명의 경우에는 코팅물에 기공/산화막이 없어 초고밀도를 나타내게 되고, 코팅의 성능 향상이 가능하다. 그 밖에 상기 철계 비정질 합금분말을 포함하는 코팅층의 내마모성, 내식성 및 탄성도 또한 기존의 합금분말을 이용하는 경우 대비 매우 우수하다.
또한, 상기 베이스 기재에 코팅된 철계 비정질 합금의 코팅층의 두께는 0.01 내지 0.3 mm, 바람직하게는 0.1 내지 0.2 mm, 더욱 바람직하게는 0.075 내지 0.125 mm로서, 상기 철계 비정질 합금의 두께가 상기 범위를 벗어날 경우에는, 본 발명이 목적으로 하는 골프클럽 페이스의 반발력을 만족하지 못할 수 있다.
한편, 상기 철계 비정질 합금은 상기 베이스 기재의 표면 전체에 코팅될 수도 있고, 타격방향 표면의 일부에만 코팅될 수도 있으나, 가급적 상기 골프클럽 페이스의 베이스 기재 표면 전체 면적의 60% 이상, 바람직하게는 70~95%, 보다 바람직하게는 75~90% 범위로 형성되는 것이 골프공의 타격시 해당 부위에 타격된 골프공의 비거리를 늘릴 수 있어 바람직하다.
그밖에, 상기 철계 비정질 합금은, 필요에 따라 격자무늬 형상 등 다양한 패턴으로 형성될 수도 있다.
한편, 철계 비정질 합금의 원료가 되는 철계 비정질 합금 분말(powder)은, 가스 아토마이저(gas atomizer) 방식에 의해 제조되는 것으로서, 구체적으로는, 헬륨, 질소, 네온 또는 아르곤 등의 불활성 기체 분위기 하의 아토마이저 내에서 용융된 상태로 분사 냉각되어 제조될 수 있다. 이와 같이 제조할 경우, 순도 높은 비정질 상의 분말 제조 형성이 가능하다.
계속해서, 상기 베이스 기재의 표면에 형성된 철계 비정질 합금의 코팅층의 물성에 대하여 설명한다. 철계 비정질 합금의 코팅층의 비커스 경도는 700 내지 1,200 Hv(0.2), 바람직하게는 800 내지 1,000 Hv(0.2)이고, 마찰계수(내마찰성)는 100 N의 하중에서 0.0005 내지 0.08 μ, 바람직하게는 0.001 내지 0.05 μ이고, 1,000 N의 하중에서 0.01 내지 0.12 μ, 바람직하게는 0.03 내지 0.10 μ이다. 철계 비정질 합금의 용사 코팅층이 적용된 골프클럽의 반발계수(COR)은 0.83 이상의 고반발을 나타낸다.
또한, 초고속 화염용사에 의해 형성되는 코팅층의 경우, 단면적(cross section)에 기공이 거의 존재하지 않아, 99 내지 100 %, 바람직하게는 99.5 내지 100 %, 더욱 바람직하게는 99.8 내지 100 %의 최대 밀도(full density)를 나타내며, 기공이 존재하더라도 약 0.2 내지 1.0 %에 불과한 기공율을 나타낼 수 있다.
즉, 초고속 화염용사 코팅이 수행되면 여러 번의 path가 쌓이는 구조가 형성되고, 구체적으로 각 층에 산화물(검정 색상)이 쌓이고, 파도 물결과 같은 형상으로 다수의 층이 적층된다. 통상의 경우, 이로 인해 코팅층의 성질이 저하되고 취약해지나, 본 발명의 경우에는 합금층(코팅물)에 기공/산화막이 거의 없어 초고밀도를 나타내게 되고, 따라서, 경도, 내식성 및 내마모성 등의 물성 또한 향상될 수 있다. 한편, 본 발명의 클럽페이스는 통상적인 클럽페이스의 형태를 가지는 것으로서, 그 크기나 형태에 특별한 제한을 두지 않는다.
<골프클럽의 제조방법>
이하에서는, 본 발명에 따른 골프클럽의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 골프클럽의 제조방법은, 클럽헤드의 일면에 형성된 클럽페이스의 베이스 기재 표면에 철계 비정질 합금 분말을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 철계 비정질 합금층을 연마하는 단계;를 포함한다.
코팅층을 형성하는 단계에서 상기 코팅층은 용사에 의해 형성될 수 있다. 상기 용사에 의한 코팅은 당업계에 알려진 통상의 방식일 수 있고, 그 실시 조건이나 환경 또한 당 분야의 그것을 준용할 수 있으며, 예를 들어, Sulzer Metco Diamond Jet 또는 이와 유사한 장비를 이용하고, 산소 유량(Oxygen flow), 프로판 유량(Propane flow), 기류량(Air flow), 피더 속도(Feeder rate) 및 질소 유량(Nitrogen flow) 등을 적절히 조절하는 방식 등을 채택할 수 있다.
구체적으로, 상기 용사는 전술한 철계 비정질 합금분말을 용융한 후 상기 베이스 기재 표면에 분사함으로써 이루어지는 것으로, 이 때 용사는 초고속 화염용사(HVOF, High Velocity Oxygen Fuel), 플라즈마 용사, 진공 플라즈마 용사 및 아크와이어 용사로 이루어진 군으로부터 선택되는 방식에 의해 수행될 수 있다.
코팅층을 형성하는 단계에서, 상기 철계 비정질 합금은 철, 크롬, 몰리브데늄을 포함하고, 탄소와 붕소에서 선택된 적어도 1종 이상을 더 포함하는 철계 비정질 합금분말을 용융한 후 용융점에서 유리전이온도까지 101 내지 104 (degree/sec)의 냉각속도로 냉각하여 형성하는 합금분말 내의 비정질상의 비율(a)과 상기 합금분말을 다시 재용융시킨 후 용융점에서 유리전이온도까지 101 내지 104 (degree/sec)의 냉각속도로 제조된 코팅층 내의 비정질상의 비율(b)이 0.9 ≤ b/a ≤ 1을 만족할 수 있다. 상기 b/a의 비율은 바람직하게는 0.95 내지 1일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.98 내지 1 일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 0.99 내지 1 일 수 있다.
용융된 합금분말은 분사 후 용융점에서 유리전이온도까지 102 내지 103 또는 101 내지 104 (degree/sec)의 냉각속도로 냉각되어 형성되는 경우에도 코팅층의 비정질상의 비율이 부피 기준으로 90% 이상, 95% 이상, 99% 이상, 99.9% 이상, 실질적으로 100% 포함되는 비정질상의 비율이 높은 것을 특징으로 한다.
이와 같은 용사코팅이 수행되면 여러 번의 path가 쌓이는 구조가 형성되고, 구체적으로 각 층에 산화물(검정 색상)이 쌓이고, 파도 물결과 같은 형상으로 다수의 층이 판재 상에 적층된다. 통상의 경우, 이로 인해 코팅층의 성질이 저하되고 취약해지나, 본 발명의 경우에는 합금층(코팅층)에 기공/산화막이 거의 없거나 최소가 되어 초고밀도를 나타내게 되고, 경도, 내부식성 및 내마모성 등의 물성 또한 향상될 수 있다.
철계 비정질 합금층을 연마하는 단계에서는 철계 비정질 합금 분말을 용사코팅하여 미리 정해진 두께로 코팅층을 형성한 후 코팅층의 표면을 연마하여 두께를 감소시킨다. 즉, 용사에 의해 형성된 코팅층의 표면의 두께를 감소시킴으로써 치밀하게 용사된 부분만을 페이스에 잔류시킨다. 예를 들면, 0.1mm 두께의 용사코팅 후 0.025mm 정도의 두께로 연마하고 0.075mm 용사코팅층이 클럽페이스 표면에 형성된다.
한편, 코팅층을 형성하는 단계 전 제공되는 클럽페이스의 베이스 기재의 형상과 강도, 및 두께를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 베이스 기재의 두께와 형상을 조절하기 위해서는, 예를 들어, 금형 두께 조정 또는 CNC 밀링 등의 방식 또는 장비를 이용할 수 있으며, 금형의 두께조정을 통하여 베이스 기재의 두께를 감소시키는 것이 보다 바람직할 수 있다.
두께가 감소된 베이스 기재에 대하여 두께 감소로 인해 발생할 수 있는 강도 및 내구성 저하는 베이스 기재의 표면 조직을 치밀화시킬 수 있는 단조 공정을 수행함으로써 강도와 인성, 내구성등의 기계적 물성이 향상 향상될 수 있다.
본 발명은, 상기 클럽페이스가 일 측면에 형성된 헤드, 상기 헤드의 일단에 결합된 샤프트 및 상기 헤드와 연결되지 않은 샤프트의 다른 일단에 형성된 그립부를 포함하는 골프클럽을 제공한다. 상기 클럽페이스를 제외한 헤드의 나머지 부분, 샤프트 및 헤드 등, 클럽페이스를 제외한 모든 나머지 기재는 당업계에서 통용되는 것을 제한 없이 준용할 수 있다.
본 발명은, 일반적인 소재로 제작된 클럽페이스에 고반발, 고경도, 고탄성,저마찰의 비정질 합금(일반적인 페이스 소재 대비 2배 이상의 경도를 가짐)을 코팅하여 신규한 클럽페이스를 제조하는 것으로서, 볼 스피드 향상은 물론, 스핀량 감소 및 발사각 개선을 통한 비거리 향상이라는 본 발명의 목적 달성이 가능하다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
<실시예>
[실시예 1 내지 실시예 8: 철계 비정질 합금분말의 제조]
하기 표 1과 같은 성분과 중량비(weight ratio) 조성으로, 질소 가스 분위기 하의 아토마이저 내에 공급한 후, 용융 상태로 아토마이즈시키고 하기 표 1에 기재한 냉각 속도로 냉각하여 실시예 1 내지 실시예 8의 철계 비정질 합금분말을 제조하였다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8
Fe 1 1 1 1 1 1 1 1
Cr 0.55 0.26 0.355 0.292 0.374 0.355 0.292 0.374
Mo 0.84 0.36 0.645 0.502 0.411 0.645 0.502 0.411
C 0.06 - 0.092 - .056 0.092 0.080 0.056
B - 0.04 - 0.04 - 0.1 0.092 0.04
냉각속도(degree/sec) 104 104 104 103 103 102 102 102
*분말평균직경 5 5 10 20 20 50 50 50
* D50(단위: ㎛)
상기 표 1에서 보듯이, 본 발명에 따른 실시예들은 제1성분 내지 제4성분을 특정 함량 범위로 포함하여, 101 내지 104 (degree/sec)의 냉각속도로 냉각시켜 분말 평균직경이 5㎛ 내지 50㎛ 범위의 합금분말을 제조하였다.
[제조예 1: 클럽페이스 준비]
CNC Milling을 이용하여 통상적으로 사용되는 (bare) 클럽헤드의 클럽페이스(베이스 기재, 소재: Ti)의 두께를 중앙부 두께 1.8mm인 동시에 주변부 두께 1.6 mm가 되도록 줄인 클럽페이스와, 중앙부 두께 2.2mm인 동시에 주변부 두께 2.0mm가 되도록 줄인 클럽페이스, 그리고 중앙부 두께 2.6mm인 동시에 주변부 두께 2.4mm로 줄인 클럽페이스를 각각 준비하였다.
[실시예 9 내지 실시예 16: 코팅층 형성]
상기 제조예 1에 따라 준비된 클럽페이스의 베이스 기재 표면에 실시예 1 내지 8의 철계 비정질 합금 분말을 각각 0.1 mm의 두께로 용사코팅시켜 철계 비정질 합층층이 구비된 클럽페이스를 제조하였다.
구체적으로, 용사코팅은 장비명(Oerlikon Metco Diamond Jet series HVOF gas fuel spray system)으로, 연료는 산소와 프로판가스를 사용하고, 스프레이 거리는 30cm로 하여 초고속 화염용사(HVOF, High Velocity Oxygen Fuel)로 0.3mm 두께의 코팅물을 형성하였다. 이 때 사용된 장치 및 구체적인 조건은 아래와 같다.
DJ Gun HVOF
[조건] Gun type: Hybrid, 에어 캡: 2701, LPG 유량(LPG Flow) 160 SCFH, LPG압(LPG Pressure) 90 PSI, 산소 유량(Oxygen flow) 550 SCFH, 산소압(Oxygen Pressure) 150 PSI, 기류량(Air flow) 900 SCFH, 기류압(Air Pressure) 100 PSI, 질소 유량(Nitrogen flow) 28 SCFH, 질소압(Nitrogen Pressure) 150 PSI, Gun speed: 100 m/min, Gun pitch: 3.0mm, 피더 속도(Feeder rate) 45 g/min, Stand-off distance: 250mm
[제조예 2: 골프클럽 제조]
상기 실시예 9 내지 실시예 16으로부터 제조된 클럽페이스의 일면에 형성된베이스 기재 표면의 철계 비정질 합금층을 0.025mm 연마한 다음 헤드에 부착하여 샤프트와 그립부까지 연결된 일반적인 형태의 골프클럽을 제조하였다.
상기 실시예 9로부터 제조된 클럽페이스의 사진을 도 11(a)에 나타내었으며, 이 때 해당 골프클럽 페이스의 베이스 기재 표면에 철계 비정질 합금층이 코팅된 형태를 도 11(b)에 모식적으로 나타내었다. 도 11(b)를 참조하면, 중앙부를 기준으로 베이스 기재 표면 전체면적의 80% 정도로 철계 비정질 합금층이 형성되어 있는 경우에 해당하며, 이 경우 비거리를 늘리기에 바람직한 것을 아래 실험예8을 통해 확인하였다.
[비교예 1 내지 비교예 7: 철계 합금분말의 제조]
하기 표 2와 같은 성분 및 중량비의 조성으로, 질소 가스 분위기 하의 아토마이저 내에 공급한 후, 용융 상태로 아토마이즈시키고 표 2에 나타내는 냉각 속도로 냉각하여 비교예 1 내지 비교예 7의 철계 합금분말을 제조하였다.
구분 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7
Fe 1 1 1 1 1 1 1
Cr 0.56 0.20 0.714 0.714 0.550 0.411 0.196
Mo 0.30 0.85 0.345 0.245 0.183 0.374 0.686
C - - 0.020 0.060 0.028 0.028 0.020
B - 0.04 - - 0.073 0.056 0.059
냉각속도(degree/sec) 104 104 104 103 102 102 102
*분말평균직경 5 5 10 20 50 50 50
* D50(단위: ㎛)
상기 표 2에서 보듯이, 본 발명에 따른 제조예들은 제1성분 내지 제4성분을 특정 함량 범위로 포함하여, 101 내지 104 (degree/sec)의 냉각속도로 냉각시켜 분말 평균직경이 5㎛ 내지 50㎛ 범위의 합금분말을 제조하였다.
[제조예 3: 클럽페이스 준비]
통상적으로 사용되는 것으로서, 소재가 상기 제조예 1의 (bare) 골프클럽 페이스와 동일하고 두께가 3.0 mm인 골프클럽 페이스를 준비하였다(즉, 철계 비정질 합금 분말을 코팅시키지 않음).
[비교예 8 내지 비교예 14: 철계 합금분말을 이용한 코팅층 형성]
상기 제조예 3에 따라 준비된 클럽페이스의 베이스 기재 표면에 비교예 1 내지 비교예 7의 합금분말을 실시예들과 같은 방법으로 각각 0.1 mm의 두께로 용사코팅시켜 코팅층이 구비된 클럽페이스를 제조하였다.
[제조예 4: 골프클럽 제조]
상기 제조예 3의 클럽페이스를 헤드에 부착하여 샤프트와 그립부까지 연결된 일반적인 형태의 골프클럽을 제조하였다. 이하에서 제조예 3의 골프클럽을 사용한 경우를 편의상 비교예 15라 한다.
또한 상기 비교예 8 내지 비교예 14로부터 제조된 클럽페이스의 일면에 형성된 베이스 기재 표면의 합금분말층을 0.025mm씩 연마한 다음 헤드에 부착하여 샤프트와 그립부까지 연결된 일반적인 형태의 골프클럽을 제조하였다.
[실험예 1:합금분말의 비정질도 평가]
실시예의 철계 비정질 합금분말에 대한 XRD 측정 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1은 본 발명에 따른 철계 비정질 합금분말의 XRD 그래프로서, (a)~(e)는 각각 실시예 1, 3, 6, 7, 8의 철계 비정질 합금분말에 대한 그래프이다. 도 1에 따르면 실시예 1, 3, 6, 7, 8 모두 2쎄타(2θ)값이 40 내지 50(degree)에서 브로드한 피크를 보여 모두 비정질상을 형성하는 것을 알 수 있다.
또한, 비교예의 철계 비정질 합금분말에 대한 XRD 측정 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2는 비교예에 따른 철계 합금분말의 XRD 그래프로서, (a)~(c)는 비교예 1,5,7의 철계 합금분말에 대한 그래프이다. 도 2에 따르면 비교예 1,5,7 모두 2쎄타(2θ)값이 40 내지 50(degree)에서 급격한 제1 피크와 함께 65 내지 70(degree)에서 추가 제2 피크를 최소한 보이는 것으로부터 비정질상과 함께 일부 결정질상을 형성하는 것을 알 수 있다.
특히, 제2 피크의 높이를 고려할 때, 비교예 7로부터 비교예 5를 거쳐 비교예 1로 갈수록, 즉 도 2(c)에서 도 2(a)로 갈수록 결정질이 상당수 형성되는 것으로 확인되었다.
[실험예 2: 코팅물의 비정질도 평가]
실시예 7에 따른 철계 비정질 합금분말(as atomized)과 그 단면, 그리고 비교예 7에 따른 철계 합금분말(as atomized) 및 그 단면을 SEM 분석한 사진을 도 3에 나타내었다. 도 3에서 (a)와 (b)는 실시예 7의 철계 비정질 합금분말(as atomized)과 그 단면에 해당하며, (c)와 (d)는 비교예 7의 철계 합금분말(as atomized)과 그 단면에 해당한다.
도 3에 따르면, (b)에서 보듯이 실시예의 경우 조직이 관찰되지 않았으며, 따라서 실질적으로 0%의 기공율을 나타내는 것을 알 수 있다. 반면, (d)에서 보듯이 비교예의 경우에는 다수의 조직이 관찰되었다.
또한, 실시예 9 내지 16에서 제조된 철계 비정질 합금분말 코팅물 시편에 대하여 비정질 XRD 그래프를 도 4에 나타내었다. 도 4는 본 발명에 따른 코팅물 시편의 XRD 그래프로서, (a)~(e)는 각각 실시예 1, 3 ,6, 7, 8의 철계 비정질 합금분말을 적용한 코팅물 실시예 9, 11, 14, 15, 16 시편의 XRD 그래프이다. 도 4에 따르면, 실시예들의 경우 넓은 XRD 제1 피크와 함께 추가 피크가 확인되지 않으므로, 본 발명에 따른 분말은 비정질 구조로 이루어져 있음을 알 수 있었다.
또한, 비교예에서 제조된 철계 합금분말 코팅물 시편에 대한 XRD 그래프를 나타낸 도 5에 나타내었다. 도 5는 비교예의 코팅물 시편 XRD 그래프로서, (a)~(c)는 각각 비교예 1, 5, 7의 철계 합금분말을 적용한 코팅물 비교예 8, 12, 14 시편의 XRD 그래프이다. 도 5에 따르면, 비교예들의 경우 급격한 제1 피크와 함께 추가 피크를 보이는 것으로부터 비정질 상이 없는 구조의 결정성 분말임을 확인할 수 있었다.
즉, 이를 통하여, 본 발명의 합금분말은 비교예의 합금분말에 비하여 월등히 높은 비정질 형성능을 가짐을 알 수 있다.
도 1의 XRD 그래프와 도 3의 XRD 그래프를 대비한 결과, 도 1의 실시예들 모두, 도 3에 도시된 바와 같이, 분말일 때의 비정질 구조가 코팅물에서도 그대로 유지된 것을 확인할 수 있었다.
특히 본 실험예의 경우 HVOF 방식으로 코팅하여 실질적으로 전체가 비정질상(95부피%이상)인 코팅물이 형성됨을 확인할 수 있다.
[실험예3: 합금분말을 이용한 용사 코팅물의 거시적 품질 평가]
도 6은 본 발명에 따른 철계 비정질 합금분말을 이용한 용사 코팅물과 비교예의 합금분말을 이용한 용사 코팅물의 표면 이미지로서, (a)~(c)는 각각 실시예 1, 7, 8의 비정질 합금분말을 이용한 용사 코팅물인 실시예 9 ,15, 16의 표면 이미지이고, (d)~(g)는 각각 비교예 1, 3, 5, 7의 합금분말을 이용한 용사 코팅물인 비교예 8, 10, 12, 14의 표면 이미지이다.
이에 따르면, 비교예 14의 코팅물은 코팅물 표면 품질이 좋지 못하였으며(도 6(g) 참조), 나머지 실시예 및 비교예의 코팅물은 모두 코팅물 표면 품질이 우수 또는 양호하였다.
[실험예4: 합금분말을 이용한 용사 코팅물의 미시적 품질 평가]
도 7은 본 발명에 따른 실시예 1, 3, 6, 8의 철계 비정질 합금분말을 이용한 용사 코팅물 시편의 단면을 광학 현미경(Leica DM4 M)으로 관찰한 이미지로서, (a)~(d)는 각각 실시예 9, 11, 14, 16 시편의 단면을 관찰한 이미지이고, 도 8은 비교예 1, 4, 7의 합금분말을 이용한 용사 코팅물 시편의 단면을 광학 현미경으로 관찰한 이미지로서, (a)~(c)는 각각 비교예 8, 11, 14 시편의 단면을 관찰한 이미지로서, 실시예 9, 11, 14, 16의 코팅물 단면이 모두 높은 밀도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
반면, 도 8에서 보듯이, 비교예 8, 11, 14의 코팅물 단면은 다수의 미용융된 입자를 포함하고 있을 뿐만 아니라 회색 상(grey phase)이 많이 포함되어 있음이 관찰되었고, 레이어(layer)-레이어(layer) 특성이 나타났다.
[실험예5: 합금분말을 이용한 용사 코팅물의 경도 평가]
상기 실시예 11, 실시예 14, 실시예 16의 용사 코팅물과 비교예 8, 비교예 10, 비교예 12, 비교예 14의 용사 코팅물에 대해서 HVS-10 디지털 저부하 비커스 경도 시험기(HVS-10 digital low load Vickers Hardness Tester Machine)를 이용하여, 코팅물 시편의 단면에 대한 미소경도(Miro-hardness) 시험을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 area Test value HV0.2 Average HV0.2
실시예11 단면 802/754/828/765/710 771
실시예14 단면 898/834/944/848/789 862
실시예16 단면 1304/1139/1097/1194/1139 1174
비교예8 단면 669/756/623/689/683 684
비교예10 단면 928/862/876/921/802 877
비교예12 단면 828/848/1012/944/771 880
비교예14 단면 821/855/808/783/633 780
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 단면에 있어서 실시예 16의 합금분말을 적용한 시편의 평균 경도가 가장 우수하였으며, 나머지 실시예의 경우 비교예와 유사한 경도값을 나타내었다
[실험예6: 합금분말을 이용한 용사 코팅물의 내식성 평가]
도 9는 본 발명에 따른 실시예 2, 4, 7의 철계 비정질 합금분말을 이용한 용사 코팅물 시편의 비부식/부식된 단면을 광학 현미경으로 관찰한 이미지로서, (a)~(c)는 각각 실시예 10, 12, 15 시편의 관찰 이미지이고, 도 10은 비교예 2, 4, 6의 합금분말을 이용한 용사 코팅물 시편의 비부식/부식된 단면을 광학 현미경으로 관찰한 이미지로서, (a)~(c)는 각각 비교예 8, 11, 13 시편의 관찰 이미지이다.
구체적으로, 각각의 용사 코팅물 시편을 실온 하에서 농도 95~98%의 황산(H2SO4) 용액에 5분 동안 담근 후, 광학 현미경(Leica DM4 M)을 이용하여 부식되지 않은 코팅물 시편과 부식된 코팅물 시편의 단면(cross-section)과 표면(surface)을 관찰하였으며, 도 9 및 도 10에서 좌측은 비 부식물을, 그리고 우측은 부식물을 나타내었다.
관찰 결과, 실시예 10, 12, 15의 코팅물 시편을 이용한 경우, 도 9에서 보듯이 황산에 담근 이전과 이후의 모습에 별다른 차이가 없어 내식성이 가장 우수함을 확인할 수 있었다.
반면, 비교예 8, 11, 13의 코팅물 시편을 이용한 경우, 도 10에서 보듯이 부식이 강하게 진행되어 매우 좋지 않은 내식성을 나타내었다.
이는 코팅물의 비정질 여부에 기인한 것으로서, 실시예의 경우에는 코팅물이 강산성의 부식물에 전혀 반응하지 않은 반면, 결정질을 포함하는 비교예의 경우에는 코팅물이 부식물에 반응하여 부식됨으로써 좋지 않은 내식성을 나타내는 것이다.
[실험예7: 합금분말을 이용한 용사 코팅물의 마찰력 평가]
마찰력(마찰계수)를 평가하기 위하여, 상기 실시예 14 내지 실시예 16, 비교예 11 내지 비교예 14에서 제조된 합금분말 코팅물 시편을, 윤활유 조건 하의 금속 링-럼프(ring-lump) 테스트를 통해 마모 폭(wear width)을 얻었으며, 구체적으로 링-럼프 테스트는 L-MM46 저항 마찰 수점(hydromantic)의 윤활유가 있는 MR-H3A 고속 링-럼프 마모 기계를 이용하였으며, 테스트 매개 변수(parameters)는 50N, 5min →100N, 25min → 1000N, 55min 순으로 진행하였다.
매개 변수 100N, 25 min 및 1000N, 55min의 샘플 마찰 계수(friction coefficient)를 하기 표 4에 나타내었고, 마모 폭 측정 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
구분 100N, 25min 1000N, 55min
마찰계수(μ) 평균 마찰계수(μ) 마찰계수(μ) 평균 마찰계수(μ)
실시예9 0.001~0.007 0.0044 0.040~0.078 0.0692
실시예14 0.005~0.024 0.0127 0.007~0.095 0.0860
실시예15 0.006~0.028 0.0135 0.007~0.098 0.0882
비교예8 0.030~0.054 0.0419 0.101~0.119 0.1123
비교예10 0.008~0.047 0.0196 0.088~0.116 0.0913
비교예12 0.065~0.087 0.0820 0.098~0.111 0.1085
구분 Width/mm
실시예9 0.79
실시예14 0.75
실시예15 0.71
비교예8 0.98
비교예10 1.15
비교예12 0.82
상기 표 4 및 표 5의 결과를 종합하면, 평균적으로 실시예 9, 14의 코팅물은 마찰 계수가 낮았고, 비교예 8, 10의 경우는 매우 높음을 알 수 있다. 또한, 도 11과 상기 표 5를 통해서는, 실시예들이 좁은 너비 폭을 가지며, 나머지 비교예는 상대적으로 넓은 너비 폭을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
[실험예8: 골프공의 비거리 측정]
상기 제조예 2와 제조예 4에서 얻어진 골프클럽을 각각 초고속 카메라 방식 볼 탄도분석 스윙 로봇(Foresight GCQuad)에 장착한 후, 90mph & 95mph 조건으로 골프스윙 로봇 비거리 타격 시험을 실시하였다. 시험 항목은 볼 속도, 발사 각도, 백스핀량, 사이드 각도, 캐리 및 토탈 비거리 등이었고, 시험은 각각 총 5회 반복하였으며, 하기 표 6 및 표 7에 그 평균값을 각각 나타내었다.
페이스 총 두께(mm) 표면처리여부 Ball Speed(MPH) Launch Angle(Degrees) Backspin(RPM) Side Angle(Degree)
실시예 14 1.7 ○ 137.9 12.9 2279 -0.6
실시예 15 2.1 ○ 139.1 12.5 1867 -0.8
실시예 16 2.5 ○ 139.2 14.6 1762 0
비교예 15 3.0 × 136.4 12.3 2648 -0.9
페이스 총 두께(mm) 표면처리여부 Carry(YDS) Total(YDS)
실시예 14 1.7 ○ 231 251
실시예 15 2.1 ○ 235 258
실시예 16 2.5 ○ 243 266
비교예 15 3.0 × 223 243
상기와 같이 스윙로봇을 이용하여 제조된 골프클럽으로 골프공을 타격 시험한 결과, 볼 속도와 발사 각도가 증가하였고, 스핀량은 감소하였으며, 특히, 토탈 비거리의 비약적인 향상이 있었고, 실시예 16 토탈 비거리의 경우 비교예 15 대비 최고 23 야드(yard)가 늘어난 것을 확인할 수 있었다.
이상의 결과를 통하여, 골프클럽 페이스의 두께를 한계 수준까지 박막화 하고, 이를 비정질 합금층으로 표면처리 함으로써, 클럽 페이스의 경도 등이 향상되어, 볼 스피드, 발사각 및 스핀량이 개선되어 비거리가 비약적으로 증가함을 알 수 있었다.
[실험예9: 클럽 페이스에 코팅된 비정질 합금의 반발계수 평가]
반발계수(COR, Coefficient of Restitution)을 평가하기 위하여, 상기 실시예 16 내지 실시예 18 및 비교예 15의 골프클럽 페이스 시편을, 반발계수 테스트를 통해 반발계수를 얻었다.
그 결과, 실시예 16 내지 실시예 18의 골프클럽 페이스 시편의 반발계수(COR)은 모두 0.83 이상으로 고반발 드라이버인 것을 확인할 수 있었다.
반면, 비교예 15의 골프클럽 페이스 시편의 반발계수(COR)은 0.83 미만으로 고반발 드라이버를 제공하지 못하는 것을 확인하였다.

Claims (18)

  1. 클럽헤드와 상기 클럽헤드에 연결된 샤프트를 포함하는 골프클럽으로서,
    상기 클럽헤드는 일면에 형성된 클럽페이스를 포함하며,
    상기 클럽페이스는,
    베이스 기재; 및 상기 베이스 기재의 표면에 구비된 철계 비정질 합금을 포함하는 코팅층;을 포함하는 골프클럽.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 용융된 철계 비정질 합금분말이 상기 베이스 기재 표면에 분사됨으로써 형성되어, 상기 코팅층 내의 비정질상의 비율이 90 내지 100%인 골프클럽.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 용융된 비정질 합금분말이 분사 후 용융점에서 유리전이온도까지 101 내지 104 (degree/sec)의 냉각속도로 냉각되어 형성되는 골프클럽.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 철계 비정질 합금은 비정질 구조로서 철, 크롬 및 몰리브데늄을 주 성분으로 포함하는 골프클럽.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 철계 비정질 합금은 철 100 중량부에 대하여 크롬 함량 25.4 내지 55.3 중량부와 몰리브데늄 함량 35.6 내지 84.2 중량부를 포함하고, 탄소와 붕소에서 선택된 적어도 1종 이상을 더 포함하는 철계 비정질 합금분말로부터 제공되는 골프클럽.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 코팅층의 두께는 0.01 내지 0.3 mm인 골프클럽.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 베이스 기재의 두께는 1.4 내지 2.6 mm이고, 중앙부의 적어도 일부가 나머지 부분들보다 볼록한 형상을 갖는 골프클럽.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 베이스 기재 표면 전체 면적의 60% 이상의 면적으로 형성되는 골프클럽.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 철계 비정질 합금의 코팅층의 비커스 경도는 700 내지 1,200 Hv(0.2)인 골프클럽.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 철계 비정질 합금의 코팅층의 마찰계수는 100 N의 하중에서 0.0005 내지 0.08 μ이고, 1,000 N의 하중에서 0.01 내지 0.12 μ인 골프클럽.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 철계 비정질 합금의 용사 코팅층이 적용된 골프클럽의 반발계수(COR)는 0.83 이상인 골프클럽.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 철계 비정질 합금은 텅스텐, 코발트, 이트륨, 망간, 실리콘, 알루미늄, 니오븀, 질코늄, 인, 니켈, 스칸디움 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 더 포함하는 골프클럽.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 베이스 기재는 Ti, Al, V, Mo, Fe, Cr, Sn, Zr 및 이들 중 2종 이상을 포함한 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 골프클럽.
  14. 클럽헤드의 일면에 형성된 클럽페이스의 베이스 기재 표면에 철계 비정질 합금을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계; 및
    상기 코팅층을 연마하는 단계;를 포함하고,
    상기 코팅층의 비정질상의 비율이 90 내지 100%인 골프클럽의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 코팅층을 형성하는 단계에서 상기 코팅층은 용사에 의해서 형성되는 골프클럽의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 용사는 철계 비정질 합금분말을 용융한 후 상기 베이스 기재 표면에 분사함으로서 이루어지는 골프클럽의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 용융된 합금분말은 분사 후 용융점에서 유리전이온도까지 101 내지 104 (degree/sec)의 냉각속도로 냉각되는 골프클럽의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 코팅층을 형성하는 단계에서, 상기 클럽페이스의 베이스 기재를 중앙부의 적어도 일부가 나머지 부분들보다 볼록한 형상을 갖도록 형상과 두께를 조절하는 골프클럽의 제조방법.
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