KR102499091B1 - Wire manufacturing apparatus and manufacturing method that can have excellent cooling ability through centrifugal casting - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 양상인 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 장치는, 상부금형과 하부금형이 결합하여 원반형으로 형성되고, 용해된 금속이 주입되는 중앙의 주입공간과 상기 주입공간 주변 둘레에 형성되는 비정질 형성공간을 포함하는 캐비티(cavity)를 구비하는 몰드; 및 상기 용해된 금속에 원심력이 가해지도록 상기 몰드를 회전시키는 회전부;를 포함하되, 상기 비정질 형성공간에는, 나선형으로 회전하는 홈이 더 구비되고, 상기 비정질 형성공간은 가장자리로 갈수록 늘어나거나 줄어드는 기울기를 갖는 경사구배를 가지며, 상기 주입공간과 상기 비정질 형성공간이 만나는 지점에는, 상기 유입된 용해된 금속이 상기 홈을 따라 상기 나선형으로 회전하며 냉각될 수 있도록 지원하는 가이드 월(wall)이 추가적으로 배치되고, 상기 회전으로 인한 원심력을 기초로, 상기 비정질 형성공간 내부로 유입된 용해된 금속이, 상기 홈을 따라 상기 나선형으로 회전하며 상기 가장자리 방향으로 밀려나면서 냉각됨으로써, 와이어가 제조될 수 있다.The present invention relates to a wire manufacturing apparatus and manufacturing method capable of having excellent cooling performance through centrifugal casting. An aspect of the present invention, a wire manufacturing apparatus capable of having excellent cooling performance through centrifugal casting, is formed in a disk shape by combining an upper mold and a lower mold, and an injection space in the center where molten metal is injected and around the injection space A mold having a cavity (cavity) including an amorphous forming space formed around the periphery; and a rotation unit for rotating the mold so that a centrifugal force is applied to the molten metal, wherein the amorphous forming space further includes a spirally rotating groove, and the amorphous forming space has a slope that increases or decreases toward the edge. has an inclination gradient, and at the point where the injection space and the amorphous formation space meet, a guide wall supporting the flowed molten metal to be helically rotated and cooled along the groove is additionally disposed, , Based on the centrifugal force caused by the rotation, the melted metal introduced into the amorphous forming space rotates in the spiral shape along the groove and is cooled while being pushed toward the edge, whereby a wire can be manufactured.
Description
본 발명은 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것으로, 순동 금형에 원심력을 적용하여 액체 금속계 유리질 합금 또는 비정질 합금을 주입하였을 때, 용탕과 몰드의 접촉시간을 증가시켜 냉각능을 높임으로써, 높은 냉각 속도가 요구되는 금속 비정질 합금의 종류를 균일하고 재현성이 높은 새로운 비정질 금속 와이어 제조 장치 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wire manufacturing apparatus and manufacturing method capable of having excellent cooling performance through centrifugal casting, and when a liquid metal-based vitreous alloy or amorphous alloy is injected by applying centrifugal force to a pure copper mold, It relates to a novel amorphous metal wire manufacturing apparatus and manufacturing method with high reproducibility and uniform type of metal amorphous alloy requiring high cooling rate by increasing the cooling capacity.
금속계 유리질 합금 (Metallic Glass Alloy) 및 비정질 합금(Amorphous Alloy)은 상온에서도 결정학적으로 규칙적인 주기성이 없이 액체상태의 무질서한 구조를 갖는 금속 재료를 말한다. 금속계 유리질 합금 및 비정질 합금은 일반적인 결정구조를 가진 금속에 비해 인장강도, 경도, 내식성, 내마모성, 영률(Young's Modulus) 등의 특성이 매우 우수한 소재라 할 수 있다.Metallic glass alloy and amorphous alloy refer to metal materials having a disordered structure in a liquid state without regular crystallographic periodicity even at room temperature. Metal-based vitreous alloys and amorphous alloys can be said to be materials with very excellent properties, such as tensile strength, hardness, corrosion resistance, wear resistance, and Young's Modulus, compared to metals having a general crystalline structure.
그러나, 금속계 유리질 합금 또는 비정질 합금은 합금조성에 따라 샘플 전체에 걸쳐 비정질상을 유지할 수 있는 임계 두께가 한정된다. 상온에서도 100% 비정질상을 갖는 임계 두께는 액체상태에서 고체상태로 응고되는 과정에서 냉각속도에 의해서 결정되는데, 임의의 응고조건에서 어떤 비정질 합금이 갖는 임계 두께를 비정질 형성능 (GFA, Glass Forming Ability)이라고 정의한다. 비정질 형성능 지배인자는 유리천이온도(Tg), 결정화 개시온도(Tx), 융점(Tm)과 같은 비정질의 특성온도와, 합금성분의 원자크기 차이, 과냉된 액상의 점도 등을 들 수 있다.However, the metal-based vitreous alloy or amorphous alloy has a critical thickness capable of maintaining the amorphous phase throughout the sample depending on the alloy composition. The critical thickness with 100% amorphous phase even at room temperature is determined by the cooling rate during the solidification process from the liquid state. define. Factors governing the ability to form amorphous include amorphous characteristic temperatures such as glass transition temperature (Tg), crystallization start temperature (Tx), melting point (Tm), difference in atomic size of alloy components, viscosity of supercooled liquid phase, and the like.
금속 와이어는 자동차 및 항공부품 소재뿐만 아니라 의료기기 등 다양한 분야에서 활발히 사용되고 있다. Metal wires are actively used in various fields such as medical devices as well as materials for automobiles and aviation parts.
또한, 비정질 금속 마이크로 와이어의 거대 자기 임피던스(Giant Magnetoimpedance, GMI)효과는 비정질 금속 와이어의 수 십 %의 자기 임피던스 변화율(Magneto-Impedance Ratio, MIR)에 비해 수 만 %가 넘는 초고감도 자기 임피던스 효과를 나타내어 자기센서에 응용되기에 적합하다.In addition, the giant magnetoimpedance (GMI) effect of amorphous metal microwires has an ultra-sensitive magnetic impedance effect of more than tens of thousands of % compared to the magnetic impedance change rate (Magneto-Impedance Ratio, MIR) of several tens of % of amorphous metal wires. It is suitable for application to magnetic sensors.
종래 와이어를 제조하는 장치는 일반적으로 도 1a 및 도 1b로 도시될 수 있다.A conventional wire manufacturing apparatus can be generally shown in FIGS. 1A and 1B.
도 1 a은 유리 코팅 용융 방사 기술의 개략도를 도시한 것이고, 도 1b는 IN-Roquench 실험실 규모의 와이어 주조 시스템의 일례를 도시한 것이다.1A shows a schematic diagram of a glass coating melt spinning technique, and FIG. 1B shows an example of an IN-Roquench laboratory scale wire casting system.
그러나 비정질 합금 와이어 제작에 있어서 높은 냉각속도가 유지하는 것이 요구되지만, 도 1a 및 도 1b에서의 종래 기술에 따르면 휠의 속도 및 사이즈, 노즐과 휠의 간격 및 분사 압력을 통해서 조절되는 냉각속도에는 한계가 있다.However, it is required to maintain a high cooling rate in the manufacture of amorphous alloy wire, but according to the prior art in FIGS. 1A and 1B, the cooling rate controlled through the speed and size of the wheel, the distance between the nozzle and the wheel, and the injection pressure is limited. there is
본 발명에서는 종래의 와이어 제조 장치 및 그의 방법을 개선하기 위해, 순동금형에 중력가속도의 50 ~ 100 배 크기의 원심력을 이용하여 수 백 ~ 수 천 그램(g)의 액체 금속계 유리질 합금 또는 비정질 합금을 주입하였을 때, 용탕과 몰드의 접촉시간을 증가시켜 냉각능을 높임으로써, 높은 냉각 속도가 요구되는 금속 비정질 합금의 종류를 균일하고 재현성이 높은 새로운 비정질 금속 와이어 제조 장치 및 그의 사용방법을 제시하고자 한다.In the present invention, in order to improve the conventional wire manufacturing apparatus and method, hundreds to thousands of grams (g) of liquid metal-based vitreous alloy or amorphous alloy is applied to a pure copper mold by using centrifugal force 50 to 100 times the gravitational acceleration. When injected, by increasing the contact time between the molten metal and the mold to increase the cooling capacity, the type of metal amorphous alloy requiring high cooling rate is uniform and reproducible, and a new amorphous metal wire manufacturing device and method of using the same are proposed. .
또한, 본 발명에 따르면, 용탕 주입은 가스 가압 혹은 푸어링(pouring) 을 통해서 이루어 지며 이때 완전한 형상의 와이어 제작을 위하여 용탕 주입부와 와이어 홈 사이에는 가이드 dam을 설치하며, 몰드의 기저면은 2˚ ≤ α ≤ 20˚의 각도를 유지하여 원심력에 의해 용탕이 몰드 밖으로 나가지 않으며, 응고 이후 용이하게 분리할 수 있는 환경을 제공하고자 한다.In addition, according to the present invention, molten metal injection is performed through gas pressurization or pouring, and at this time, a guide dam is installed between the molten metal injection part and the wire groove in order to manufacture a complete wire, and the base surface of the mold is 2˚ An angle of ≤ α ≤ 20° is maintained so that the molten metal does not come out of the mold due to centrifugal force, and an environment in which it can be easily separated after solidification is provided.
또한, 본 발명에 따르면, 와이어 홈의 직경(x1)은 0.5 내지 200 ㎛로, 용탕이 용이하게 흘려 건전한 와이어를 제작할 수 있는 범위이며, 와이어 홈의 간격(x2)은 10 내지 50 mm 의 간격으로 냉각속도에 영향을 주지 않고, 생산성을 최대로 할 수 있는 범위를 제안하고자 한다.In addition, according to the present invention, the diameter (x1) of the wire groove is 0.5 to 200 μm, which is a range in which molten metal can flow easily to produce a sound wire, and the wire groove interval (x2) is 10 to 50 mm at intervals. We would like to propose a range that can maximize productivity without affecting the cooling rate.
또한, 본 발명에 따르면, 순동 금형의 각 위치에 작용하는 원심력은 F = mω2r (여기서, F = 원심력, m = 질량, ω = 각속도, r = 금형 중심에서 각 위치까지의 거리]로 정의되는데, 각속도를 높이거나 금형의 반경을 증가시킴으로써 작용하는 원심력을 임의로 제어할 수 있어 비정질 형성능이 떨어지는 비정질 합금에 대해서도 높은 냉각속도를 구현하고자 한다.In addition, according to the present invention, the centrifugal force acting on each position of the pure copper mold is defined as F = mω2r (where F = centrifugal force, m = mass, ω = angular velocity, and r = distance from the center of the mold to each position), Since the centrifugal force acting by increasing the angular velocity or the radius of the mold can be arbitrarily controlled, a high cooling rate is intended to be realized even for amorphous alloys with poor amorphous forming ability.
또한, 본 발명에 따르면, 몰드의 와이어 제조 홈(x1)과 제조 홈 간의 간격(x2)의 조절을 통해 와이어의 두께 및 냉각속도를 조절하고자 한다.In addition, according to the present invention, the thickness and cooling rate of the wire are controlled by adjusting the gap (x2) between the wire manufacturing groove (x1) and the manufacturing groove of the mold.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems that are not mentioned will become clear to those skilled in the art from the description below. You will be able to understand.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상인 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 장치는, 상부금형과 하부금형이 결합하여 원반형으로 형성되고, 용해된 금속이 주입되는 중앙의 주입공간과 상기 주입공간 주변 둘레에 형성되는 비정질 형성공간을 포함하는 캐비티(cavity)를 구비하는 몰드; 및 상기 용해된 금속에 원심력이 가해지도록 상기 몰드를 회전시키는 회전부;를 포함하되, 상기 비정질 형성공간에는, 나선형으로 회전하는 홈이 더 구비되고, 상기 비정질 형성공간은 가장자리로 갈수록 늘어나거나 줄어드는 기울기를 갖는 경사구배를 가지며, 상기 주입공간과 상기 비정질 형성공간이 만나는 지점에는, 상기 유입된 용해된 금속이 상기 홈을 따라 상기 나선형으로 회전하며 냉각될 수 있도록 지원하는 가이드 월(wall)이 추가적으로 배치되고, 상기 회전으로 인한 원심력을 기초로, 상기 비정질 형성공간 내부로 유입된 용해된 금속이, 상기 홈을 따라 상기 나선형으로 회전하며 상기 가장자리 방향으로 밀려나면서 냉각됨으로써, 와이어가 제조될 수 있다.An apparatus for manufacturing a wire that can have excellent cooling capacity through centrifugal casting, which is an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, is formed in a disk shape by combining an upper mold and a lower mold, and the center where the melted metal is injected. A mold having a cavity including an injection space and an amorphous formation space formed around the injection space; and a rotation unit for rotating the mold so that a centrifugal force is applied to the molten metal, wherein the amorphous forming space further includes a spirally rotating groove, and the amorphous forming space has a slope that increases or decreases toward the edge. has an inclination gradient, and at the point where the injection space and the amorphous formation space meet, a guide wall supporting the flowed molten metal to be helically rotated and cooled along the groove is additionally disposed, , Based on the centrifugal force caused by the rotation, the melted metal introduced into the amorphous forming space rotates in the spiral shape along the groove and is cooled while being pushed toward the edge, whereby a wire can be manufactured.
또한, 비정질 형성능을 모합금을 용해시키는 용해부; 및 상기 용해부와 몰드 사이에 위치하여 용해된 금속을 몰드에 주입하는 주입부;를 더 포함할 수 있다.In addition, a dissolving unit for dissolving the master alloy with an amorphous forming ability; and an injection unit located between the melting unit and the mold to inject the melted metal into the mold.
또한, 상기 몰드는, 상기 용해된 금속의 종류에 따라 회전 각속도, 상기 캐비티의 반경, 상기 기울기, 상기 홈의 직경 및 상기 나선을 형성한 홈 간의 이격 거리 중 적어도 하나를 더 변경시킬 수 있다.In addition, the mold may further change at least one of a rotational angular velocity, a radius of the cavity, the slope, a diameter of the groove, and a separation distance between grooves forming the spiral according to the type of the molten metal.
또한, 상기 홈의 직경은 0.5 내지 200 ㎛이고, 상기 나선을 형성한 홈 간의 이격 거리는 10 내지 50 mm일 수 있다.In addition, the diameter of the groove may be 0.5 to 200 μm, and the distance between the grooves forming the spiral may be 10 to 50 mm.
또한, 상기 몰드는, 상기 기울기 α가 2˚ ≤ α ≤ 20˚를 유지하도록 하고, 상기 기울기의 유지를 기초로, 상기 용해된 금속이 상기 홈에 균일하게 퍼지고, 이후 냉각된 상기 용해된 금속의 분리가 가능할 수 있다.In addition, the mold allows the slope α to maintain 2˚ ≤ α ≤ 20 °, and based on the maintenance of the slope, the molten metal spreads uniformly in the groove, and then the cooled molten metal separation may be possible.
한편, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 양상인 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 방법은, 상부금형과 하부금형이 결합하여 원반형으로 형성되고, 중앙의 주입공간과 상기 주입공간 주변 둘레에 형성되는 비정질 형성공간을 포함하는 캐비티(cavity)를 구비하는 몰드의 상기 주입공간으로 용해된 금속을 주입하는 제 1 단계; 회전부를 이용하여, 상기 용해된 금속에 원심력이 가해지도록 상기 몰드를 회전시키는 제 2 단계; 상기 주입공간과 상기 비정질 형성공간이 만나는 지점에 배치된 가이드 월(wall)을 이용하여 상기 비정질 형성공간 내부로 유입된 용해된 금속이, 상기 회전으로 인한 원심력을 기초로, 상기 비정질 형성 공간 상에 구비된 나선형으로 회전하는 홈을 따라 회전하며 이동하는 제 3 단계; 및 상기 용해된 금속이 상기 가장자리 방향으로 회전하여 밀려나면서 냉각되어, 상기 비정질 형성공간의 가장자리로 갈수록 늘어나거나 줄어드는 기울기에 따라 두께가 연속적으로 변하는 비정질 금속의 와이어가 제조되는 제 4 단계; 를 포함할 수 있다.On the other hand, in another aspect of the present invention for achieving the above technical problem, a method for manufacturing a wire capable of excellent cooling performance through centrifugal casting is formed in a disk shape by combining an upper mold and a lower mold, and an injection space in the center A first step of injecting molten metal into the injection space of a mold having a cavity including an amorphous formation space formed around the injection space; a second step of rotating the mold by using a rotating part so that centrifugal force is applied to the molten metal; The melted metal introduced into the amorphous formation space by using a guide wall disposed at the point where the injection space and the amorphous formation space meet is on the amorphous formation space based on the centrifugal force caused by the rotation. A third step of rotating and moving along the provided spirally rotating groove; and a fourth step of manufacturing an amorphous metal wire whose thickness continuously changes according to a slope that increases or decreases toward the edge of the amorphous forming space by cooling the molten metal while being rotated and pushed toward the edge. can include
또한, 상기 제 2 단계에서, 상기 몰드를 회전시키는 것은, 상기 용해된 금속의 종류에 따라 회전 각속도, 상기 캐비티의 반경, 상기 기울기, 상기 홈의 직경 및 상기 나선을 형성한 홈 간의 이격 거리 중 적어도 하나를 더 변경시킴으로써 수행될 수 있다.Further, in the second step, rotating the mold may include at least one of a rotational angular velocity, a radius of the cavity, the slope, a diameter of the groove, and a separation distance between grooves forming the spiral, depending on the type of the molten metal. It can be done by changing one more.
본 발명은 순동금형에 중력가속도의 50 ~ 100 배 크기의 원심력을 이용하여 수 백 ~ 수 천 그램(g)의 액체 금속계 유리질 합금 또는 비정질 합금을 주입하였을 때, 용탕과 몰드의 접촉시간을 증가시켜 냉각능을 높임으로써, 높은 냉각 속도가 요구되는 금속 비정질 합금의 종류를 균일하고 재현성이 높은 새로운 비정질 금속 와이어 제조 장치 및 그의 사용방법을 사용자에게 제공할 수 있다.The present invention increases the contact time between the molten metal and the mold when hundreds to thousands of grams (g) of liquid metal-based vitreous alloy or amorphous alloy is injected into a pure copper mold using centrifugal force 50 to 100 times greater than the acceleration of gravity. By increasing the cooling capacity, it is possible to provide users with a new amorphous metal wire manufacturing apparatus and a method of using the same, which are uniform in the type of metal amorphous alloy requiring high cooling rate and have high reproducibility.
또한, 본 발명에 따르면, 용탕 주입은 가스 가압 혹은 푸어링(pouring) 을 통해서 이루어 지며 이때 완전한 형상의 와이어 제작을 위하여 용탕 주입부와 와이어 홈 사이에는 가이드 dam을 설치하며, 몰드의 기저면은 2˚ ≤ α ≤ 20˚의 각도를 유지하여 원심력에 의해 용탕이 몰드 밖으로 나가지 않으며, 응고 이후 용이하게 분리할 수 있는 환경을 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, molten metal injection is performed through gas pressurization or pouring, and at this time, a guide dam is installed between the molten metal injection part and the wire groove in order to manufacture a complete wire, and the base surface of the mold is 2˚ An angle of ≤ α ≤ 20° is maintained so that the molten metal does not come out of the mold due to centrifugal force, and an environment in which it can be easily separated after solidification can be provided.
또한, 본 발명에 따르면, 와이어 홈의 직경(x1)은 0.5 내지 200 ㎛로, 용탕이 용이하게 흘려 건전한 와이어를 제작할 수 있는 범위이며, 와이어 홈의 간격(x2)은 10 내지 50 mm 의 간격으로 냉각속도에 영향을 주지 않고, 생산성을 최대로 할 수 있는 범위를 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, the diameter (x1) of the wire groove is 0.5 to 200 μm, which is a range in which molten metal can flow easily to produce a sound wire, and the wire groove interval (x2) is 10 to 50 mm at intervals. It is possible to provide a range in which productivity can be maximized without affecting the cooling rate.
또한, 본 발명에 따르면, 순동 금형의 각 위치에 작용하는 원심력은 F = mω2r (여기서, F = 원심력, m = 질량, ω = 각속도, r = 금형 중심에서 각 위치까지의 거리]로 정의되는데, 각속도를 높이거나 금형의 반경을 증가시킴으로써 작용하는 원심력을 임의로 제어할 수 있어 비정질 형성능이 떨어지는 비정질 합금에 대해서도 높은 냉각속도를 구현할 수 있다.In addition, according to the present invention, the centrifugal force acting on each position of the pure copper mold is defined as F = mω2r (where F = centrifugal force, m = mass, ω = angular velocity, and r = distance from the center of the mold to each position), Since the centrifugal force acting by increasing the angular velocity or the radius of the mold can be arbitrarily controlled, a high cooling rate can be implemented even for amorphous alloys with poor amorphous forming ability.
또한, 본 발명에 따르면, 몰드의 와이어 제조 홈(x1)과 제조 홈 간의 간격(x2)의 조절을 통해 와이어의 두께 및 냉각속도를 조절할 수 있다.In addition, according to the present invention, the thickness and cooling rate of the wire can be adjusted by adjusting the gap (x2) between the wire manufacturing grooves (x1) and the manufacturing grooves of the mold.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.
도 1 a은 유리 코팅 용융 방사 기술의 개략도를 도시한 것이고, 도 1b는 IN-Roquench 실험실 규모의 와이어 주조 시스템의 일례를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 장치를 나타낸 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 나선형으로 회전하는 홈이 구비되고, 가장자리로 갈수록 늘어나거나 줄어드는 기울기를 갖는 경사구배를 갖는 비정질 형성공간의 일례를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 방법의 일례를 도시한 것이다.1A shows a schematic diagram of a glass coating melt spinning technique, and FIG. 1B shows an example of an IN-Roquench laboratory scale wire casting system.
Figure 2 is a perspective view showing a wire manufacturing apparatus that can have excellent cooling performance through centrifugal casting according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 show an example of an amorphous formation space having a slope that has a slope that increases or decreases toward the edge and is provided with a spirally rotating groove according to an embodiment of the present invention.
5 shows an example of a wire manufacturing method capable of having excellent cooling performance through centrifugal casting according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments introduced below are provided as examples to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention may be embodied in other forms without being limited to the embodiments described below. Also, in the drawings, the lengths and thicknesses of layers and regions may be exaggerated for convenience. Like reference numbers indicate like elements throughout the specification.
도 1 a은 유리 코팅 용융 방사 기술의 개략도를 도시한 것이고, 도 1b는 IN-Roquench 실험실 규모의 와이어 주조 시스템의 일례를 도시한 것이다.1A shows a schematic diagram of a glass coating melt spinning technique, and FIG. 1B shows an example of an IN-Roquench laboratory scale wire casting system.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 장치를 나타낸 사시도이다.Figure 2 is a perspective view showing a wire manufacturing apparatus that can have excellent cooling performance through centrifugal casting according to an embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 나선형으로 회전하는 홈이 구비되고, 가장자리로 갈수록 늘어나거나 줄어드는 기울기를 갖는 경사구배를 갖는 비정질 형성공간의 일례를 도시한 것이다.3 and 4 show an example of an amorphous formation space having a slope that has a slope that increases or decreases toward the edge and is provided with a spirally rotating groove according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 방법의 일례를 도시한 것이다.5 shows an example of a wire manufacturing method capable of having excellent cooling performance through centrifugal casting according to an embodiment of the present invention.
종래기술의 문제점Problems with the prior art
금속계 유리질 합금 (Metallic Glass Alloy) 및 비정질 합금(Amorphous Alloy)은 상온에서도 결정학적으로 규칙적인 주기성이 없이 액체상태의 무질서한 구조를 갖는 금속 재료로서, 종래의 결정구조 금속소재에 비해 인장강도, 경도, 내식성, 내마모성, 영률(Young’s Modulus) 등의 특성이 매우 우수한 소재인데, 합금조성에 따라 샘플 전체에 걸쳐 비정질상을 유지할 수 있는 임계 두께가 한정된다.Metallic Glass Alloy and Amorphous Alloy are metal materials that have a disordered structure in a liquid state without regular crystallographic periodicity even at room temperature. It is a material with excellent properties such as corrosion resistance, wear resistance, and Young's Modulus, but the critical thickness that can maintain an amorphous phase throughout the sample is limited depending on the alloy composition.
상온에서도 100% 비정질상을 갖는 임계 두께는 액체상태에서 고체상태로 응고되는 과정에서 냉각속도에 의해서 결정되는데, 임의의 응고조건에서 어떤 비정질 합금이 갖는 임계 두께를 비정질 형성능 (GFA, Glass Forming Ability)이라고 정의할 수 있다.The critical thickness with 100% amorphous phase even at room temperature is determined by the cooling rate during the solidification process from the liquid state. can be defined
금속 와이어는 자동차 및 항공부품 소재뿐만 아니라 의료기기 등 다양한 분야에서 활발히 사용되고 있다. Metal wires are actively used in various fields such as medical devices as well as materials for automobiles and aviation parts.
또한, 비정질 금속 마이크로 와이어의 거대 자기 임피던스(Giant Magnetoimpedance, GMI)효과는 비정질 금속 와이어의 수 십 %의 자기 임피던스 변화율(Magneto-Impedance Ratio, MIR)에 비해 수 만 %가 넘는 초고감도 자기 임피던스 효과를 나타내어 자기센서에 응용되기에 적합하다.In addition, the giant magnetoimpedance (GMI) effect of amorphous metal microwires has an ultra-sensitive magnetic impedance effect of more than tens of thousands of % compared to the magnetic impedance change rate (Magneto-Impedance Ratio, MIR) of several tens of % of amorphous metal wires. It is suitable for application to magnetic sensors.
그러나 비정질 합금 와이어 제작에 있어서 높은 냉각속도가 유지하는 것이 요구되지만, 도 1a 및 도 1b에서의 종래 기술에 따르면 휠의 속도 및 사이즈, 노즐과 휠의 간격 및 분사 압력을 통해서 조절되는 냉각속도에는 한계가 있다.However, it is required to maintain a high cooling rate in the manufacture of amorphous alloy wire, but according to the prior art in FIGS. 1A and 1B, the cooling rate controlled through the speed and size of the wheel, the distance between the nozzle and the wheel, and the injection pressure is limited. there is
따라서 본 발명에서는 종래의 와이어 제조 장치 및 그의 방법을 개선하기 위해, 순동금형에 중력가속도의 50 ~ 100 배 크기의 원심력을 이용하여 수 백 ~ 수 천 그램(g)의 액체 금속계 유리질 합금 또는 비정질 합금을 주입하였을 때, 용탕과 몰드의 접촉시간을 증가시켜 냉각능을 높임으로써, 높은 냉각 속도가 요구되는 금속 비정질 합금의 종류를 균일하고 재현성이 높은 새로운 비정질 금속 와이어 제조 장치 및 그의 사용방법을 제시하고자 한다.Therefore, in the present invention, in order to improve the conventional wire manufacturing apparatus and its method, hundreds to thousands of grams (g) of liquid metal-based vitreous alloy or amorphous alloy is used by centrifugal force of 50 to 100 times the gravitational acceleration in a pure copper mold. In order to present a new amorphous metal wire manufacturing device with high reproducibility and uniformity of the type of metal amorphous alloy requiring high cooling rate by increasing the cooling capacity by increasing the contact time between the molten metal and the mold when injecting the do.
또한, 본 발명에 따르면, 용탕 주입은 가스 가압 혹은 푸어링(pouring) 을 통해서 이루어 지며 이때 완전한 형상의 와이어 제작을 위하여 용탕 주입부와 와이어 홈 사이에는 가이드 dam을 설치하며, 몰드의 기저면은 2˚ ≤ α ≤ 20˚의 각도를 유지하여 원심력에 의해 용탕이 몰드 밖으로 나가지 않으며, 응고 이후 용이하게 분리할 수 있는 환경을 제공하고자 한다.In addition, according to the present invention, molten metal injection is performed through gas pressurization or pouring, and at this time, a guide dam is installed between the molten metal injection part and the wire groove in order to manufacture a complete wire, and the base surface of the mold is 2˚ An angle of ≤ α ≤ 20° is maintained so that the molten metal does not come out of the mold due to centrifugal force, and an environment in which it can be easily separated after solidification is provided.
또한, 본 발명에 따르면, 와이어 홈의 직경(x1)은 0.5 내지 200 ㎛로, 용탕이 용이하게 흘려 건전한 와이어를 제작할 수 있는 범위이며, 와이어 홈의 간격(x2)은 10 내지 50 mm 의 간격으로 냉각속도에 영향을 주지 않고, 생산성을 최대로 할 수 있는 범위를 제안하고자 한다.In addition, according to the present invention, the diameter (x1) of the wire groove is 0.5 to 200 μm, which is a range in which molten metal can flow easily to produce a sound wire, and the wire groove interval (x2) is 10 to 50 mm at intervals. We would like to propose a range that can maximize productivity without affecting the cooling rate.
또한, 본 발명에 따르면, 순동 금형의 각 위치에 작용하는 원심력은 F = mω2r (여기서, F = 원심력, m = 질량, ω = 각속도, r = 금형 중심에서 각 위치까지의 거리]로 정의되는데, 각속도를 높이거나 금형의 반경을 증가시킴으로써 작용하는 원심력을 임의로 제어할 수 있어 비정질 형성능이 떨어지는 비정질 합금에 대해서도 높은 냉각속도를 구현하고자 한다.In addition, according to the present invention, the centrifugal force acting on each position of the pure copper mold is defined as F = mω2r (where F = centrifugal force, m = mass, ω = angular velocity, and r = distance from the center of the mold to each position), Since the centrifugal force acting by increasing the angular velocity or the radius of the mold can be arbitrarily controlled, a high cooling rate is intended to be realized even for amorphous alloys with poor amorphous forming ability.
또한, 본 발명에 따르면, 몰드의 와이어 제조 홈(x1)과 제조 홈 간의 간격(x2)의 조절을 통해 와이어의 두께 및 냉각속도를 조절하고자 한다.In addition, according to the present invention, the thickness and cooling rate of the wire are controlled by adjusting the gap (x2) between the wire manufacturing groove (x1) and the manufacturing groove of the mold.
원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 장치 및 제조 방법Wire manufacturing apparatus and manufacturing method capable of having excellent cooling performance through centrifugal casting
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 와이어 제조 장치(100)는 상부금형(131)과 하부금형(133)이 결합하여 원반형으로 형성되되 용해된 금속(10a)이 주입되는 중앙의 주입공간(135a)과 상기 주입공간(135a) 주변 둘레에 형성되는 비정질 형성공간(135b)을 포함하는 캐비티(cavity, 135)를 구비하는 몰드(130); 및 용해된 금속(10a)에 원심력이 가해지도록 상기 몰드를 회전(R)시키는 회전부;를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, in the
나아가, 상기 와이어 제조 장치(100)는, 모합금(10b)을 용해시키는 용해부(110); 및 상기 용해부(110)와 몰드(130) 사이에 위치하여 용해된 금속(10a)을 몰드(130)에 주입하는 주입부(120);를 포함할 수 있다. Furthermore, the
또한, 상기 비정질 형성공간(135b)의 단면 폭(d)은 가장자리로 갈수록 점차 줄어들거나 늘어나는 경사구배를 가질 수 있다.In addition, the cross-sectional width d of the amorphous formation space 135b may have an inclined gradient that gradually decreases or increases toward the edge.
또한, 용해된 금속(10a)은, 상기 원심력으로 인해 상기 비정질 형성공간(135b) 내부로 유입되면서 상기 몰드(130)를 통해 냉각되며, 상기 비정질 형성공간(135b)에 대응하여 두께가 연속적으로 변하는 비정질 금속이 제조되고, 제조된 비정질 금속 시편(11)에서 결정화가 시작될 수 있다.In addition, the melted metal 10a is cooled through the
여기서 비정질 형성공간(135b)에는, 나선형으로 회전하는 홈(wall, 140b)이 더 배치될 수 있다.Here, a spirally rotating groove (wall, 140b) may be further disposed in the amorphous forming space 135b.
또한, 비정질 형성공간(135b)은 가장자리로 갈수록 늘어나거나 줄어드는 기울기를 갖는 경사구배를 가질 수 있다.In addition, the amorphous formation space 135b may have a gradient that increases or decreases toward the edge.
본 발명에 따르면, 회전으로 인한 원심력을 기초로, 상기 비정질 형성공간(135b) 내부로 유입된 용해된 금속이, 상기 홈(140b)을 따라 나선형으로 회전하며 가장자리 방향으로 밀려나면서 냉각되어 와이어가 제조될 수 있다.According to the present invention, based on the centrifugal force caused by the rotation, the melted metal introduced into the amorphous forming space 135b rotates spirally along the
한편, 주입부(120)의 주입공간과 비정질 형성공간(135b)이 만나는 지점에는, 유입된 용해된 금속이 홈(140b)을 따라 나선형으로 회전하며 냉각될 수 있도록 지원하는 가이드 월(wall, 140a)이 추가적으로 배치될 수 있다.On the other hand, at the point where the injection space of the
이때, 몰드(130)는, 용해된 금속의 종류에 따라 회전 각속도, 캐비티(135)의 반경, 비정질 형성공간(135b)의 기울기, 홈(140b)의 직경 및 나선을 형성한 홈(140b) 간의 이격 거리 중 적어도 하나를 더 변경시킬 수 있다.At this time, the
용해부(110)는 모합금(10b)이 위치하는 도가니(112)와, 도가니(112) 주변에 위치하여 상기 도가니(112)의 내부에 위치한 모합금(10b)을 용융시키는 가열수단(114)을 포함할 수 있으며, 예로써 가열수단(114)은 유도코일을 적용할 수 있다.The
용해된 금속(10a)은 몰드의 캐비티(135)로 주입될 수 있다. 즉, 상부금형(131)과 하부금형(133)이 결합하여 원반형으로 형성된 캐비티(135)의 중앙의 주입공간(135a)으로 용해된 금속(10a)이 주입될 수 있으며, 상기 몰드(130)를 회전시키는 회전부(미도시)에 의해 몰드(130)에는 원심력이 적용되어 상기 주입공간(135a) 주변 둘레에 형성된 비정질 형성공간(135b)에 용해된 금속(10a)이 충진 될 수 있다. Molten metal 10a may be injected into the
예로써, 용해된 금속(10a) 100 내지 3000g이 상기 캐비티(135)로 주입될 수 있으며, 상기 상부금형(131)과 하부금형(133)은 열전도성이 높은 순동으로 구비되어 냉각속도를 빠르게 할 수 있다.For example, 100 to 3000 g of molten metal 10a may be injected into the
회전부에 의해 상기 몰드(130)가 회전(R)하는 경우 원심력이 발생하게 되고, 원심력에 의해 몰드(130)의 가장자리까지, 즉 비정질 형성공간(135b)으로 용해된 금속(10a)이 충진될 수 있다. 몰드(130)의 각 위치에 작용하는 원심력은 
이 경우, 상기 캐비티(135)는, 주입공간(135a)의 단면 폭이 가장자리로 갈수록 점차 줄어드는 경사구배를 가지되, 상기 주입공간(135a)의 경사구배 각(θ)은 상기 비정질 형성공간(135b)의 경사구배 각보다 큰 것일 수 있다.In this case, the
따라서, 주입공간(135a)에 위치한 용해된 금속(10a)이 원심력에 의한 비정질 형성 공간(135b) 충진에 걸림이 없이 더욱 원활히 이루어질 수 있다.Therefore, the molten metal 10a located in the
원심력에 의해 비정질 형성공간(135b)까지 충진된 용해된 금속(10a)은 상하부 금형과 맞닿은 영역부터 냉각되어 비정질합금 와이어가 성형될 수 있다. The molten metal 10a filled up to the amorphous forming space 135b by the centrifugal force is cooled from an area in contact with the upper and lower molds, so that an amorphous alloy wire may be formed.
즉, 원심력에 의해 용해된 금속(10a)이 비정질 형성공간(135b)에 빠르게 충진 됨과 동시에 최대한 빠르게 냉각될 수 있으며, 알려진 임계 냉각속도보다 빠르게 냉각될 수 있다. That is, the metal 10a dissolved by the centrifugal force can be quickly filled in the amorphous formation space 135b and cooled as quickly as possible, and can be cooled faster than a known critical cooling rate.
상기 몰드(130)는, 상부금형(131)과 하부금형(133)의 비정질 형성공간(135b)에 충진되는 용융 비정질 합금에 원심력을 가하여 충진의 효율을 높임으로써 응고되는 비정질 합금 시편의 높이 조절 및 균일한 냉각을 위해 중력가속도의 50 내지 100배 크기의 원심력으로 회전하는 것일 수 있다. 중력가속도의 50배 미만이면, 원심력이 낮아 100㎛의 미세한 갭(d)에 조밀하게 충진되지 않아 표면에 불연속 응고층이 형성되고 불균일하게 냉각 응고된 시편을 얻을 수 있으며, 100배를 초과하면 상기 몰드(130)를 회전시키는 회전부의 구동에 과부하가 걸릴 수고 진동이 심하게 발생하여 오히려 충진을 방해하는 문제을 야기하기 때문에 상기의 원심력을 가지는 것이 바람직하다.The
나아가서, 상기 몰드(130)는, 금속의 종류에 따라 몰드(130)의 회전 각속도, 상기 캐비티(135)의 반경, 상기 캐비티(135)의 경사구배 각을 변경시키는 것일 수 있다. 몰드(130)에 주입된 용해된 금속(10a)은 몰드(130)에 맞닿은 영역부터 냉각되며 시편(11)이 형성될 수 있는데, 몰드(130)의 회전 각속도, 상기 캐비티(135)의 반경, 상기 캐비티(135)의 경사구배 각을 변경시킴으로써 비정질 합금의 종류에 따라 다양한 두께의 시편을 서로 다른 냉각조건으로 형성하여, 임의의 냉각속도에서 비정질 합금의 최대 두께를 도출할 수 있는 장점이 있다.Furthermore, the
여기에서 냉각속도는 결정질 합금의 dendrite arm spacing (DAS)를 측정하여 구해질 수 있다. 라멜라 조직 내의 층상 간격은 
이 경우, 냉각 속도를 측정하는 방법은 비정질 합금이 아닌 결정질 합금의 dendrite arm spacing (DAS)을 측정하여 구해질 수 있다.In this case, the method of measuring the cooling rate can be obtained by measuring the dendrite arm spacing (DAS) of the crystalline alloy rather than the amorphous alloy.
특히, 본 발명에 따르면 비정질 형성공간(135b)에는, 나선형으로 회전하는 홈(140b)이 더 배치될 수 있다.In particular, according to the present invention, a spirally
도 3을 참조하면, 몰드(130)의 비정질 형성공간(135b)과 관련하여, 주입 공간(135a)과 나선형으로 회전하는 홈(140b)이 도시된다.Referring to FIG. 3 , in relation to the amorphous forming space 135b of the
또한, 도 3을 참조하면, 주입부(120)의 주입공간과 비정질 형성공간(135b)이 만나는 지점에는, 유입된 용해된 금속이 홈(140b)을 따라 나선형으로 회전하며 냉각될 수 있도록 지원하는 가이드 월(wall, 140a)이 추가적으로 배치될 수 있다.In addition, referring to FIG. 3, at the point where the injection space of the
또한, 비정질 형성공간(135b)은 가장자리로 갈수록 늘어나거나 줄어드는 기울기를 갖는 경사구배를 가질 수 있고, 본 발명에 따르면, 회전으로 인한 원심력을 기초로, 상기 비정질 형성공간(135b) 내부로 유입된 용해된 금속이, 상기 홈(140b)을 따라 나선형으로 회전하며 가장자리 방향으로 밀려나면서 냉각되어 와이어가 제조될 수 있다.In addition, the amorphous forming space 135b may have a gradient with a slope that increases or decreases toward the edge, and according to the present invention, based on the centrifugal force caused by rotation, the melt introduced into the amorphous forming space 135b. A wire may be manufactured by cooling the metal while rotating in a spiral shape along the
이때, 몰드(130)는, 용해된 금속의 종류에 따라 회전 각속도, 캐비티(135)의 반경, 비정질 형성공간(135b)의 기울기, 홈(140b)의 직경 및 나선을 형성한 홈(140b) 간의 이격 거리 중 적어도 하나를 더 변경시킬 수 있다.At this time, the
도 3 및 도 4를 참조하면, 비정질 형성공간(135b)의 기울기 α와 홈(140b)의 직경인 x1 및 나선을 형성한 홈(140b) 간의 이격 거리 x2가 도시되고, 이 중 적어도 하나를 변경시킬 수 있다.3 and 4, the slope α of the amorphous formation space 135b, the diameter x1 of the
순동 금형의 각 위치에 작용하는 원심력은 F = mω2r (여기서, F = 원심력, m = 질량, ω = 각속도, r = 금형 중심에서 각 위치까지의 거리]로 정의되는데, 각속도를 높이거나 금형의 반경을 증가시킴으로써 작용하는 원심력을 임의로 제어할 수 있어 비정질 형성능이 떨어지는 비정질 합금에 대해서도 높은 냉각속도를 구현할 수 있다. The centrifugal force acting on each position of a pure copper mold is defined as F = mω2r (where F = centrifugal force, m = mass, ω = angular velocity, and r = distance from the center of the mold to each position). Since the centrifugal force acting by increasing the can be arbitrarily controlled, a high cooling rate can be realized even for an amorphous alloy with poor amorphous forming ability.
또한, 몰드(130)의 비정질 형성공간(135b)의 기울기 α, 홈(140b)의 직경인 x1 및 나선을 형성한 홈(140b) 간의 이격 거리 x2 중 적어도 하나를 조절하여 와이어의 두께 및 냉각속도의 조절이 가능하다.In addition, at least one of the slope α of the amorphous forming space 135b of the
본 발명에서는, 완전한 형상의 와이어 제작을 위하여 용탕 주입부와 와이어 홈 사이에 가이드 dam(140a)을 설치하는 것이고, 몰드(130)의 기저면은 2˚ ≤ α ≤ 20˚의 각도를 유지하여 원심력에 의해 용탕이 wall(140b)에 균일하게 퍼지며, 응고 이후 용이하게 분리할 수 있는 환경을 제공할 수 있다.In the present invention, a guide dam (140a) is installed between the molten metal inlet and the wire groove in order to manufacture a completely shaped wire, and the base surface of the
또한, 본 발명에 따르면 와이어 홈의 직경(x1)은 0.5 내지 200 ㎛로, 용탕이 용이하게 흘려 건전한 와이어를 제작할 수 있는 범위가 될 수 있고, 와이어 홈의 간격(x2)은 10 내지 50 mm 의 간격으로 냉각속도에 영향을 주지 않고, 생산성을 최대로 할 수 있는 범위가 될 수 있다.In addition, according to the present invention, the diameter (x1) of the wire groove is 0.5 to 200 μm, which can be a range in which molten metal can flow easily to produce a sound wire, and the interval (x2) of the wire groove is 10 to 50 mm. The interval can be within a range that can maximize productivity without affecting the cooling rate.
결국, 본 명세서에서 제안하는 발명은, 높은 냉각 속도가 요구되는 금속 비정질 합금을 몰드와의 접촉시간을 증가시켜 냉각속도를 증가시킴으로써, 박판의 완전한 비정질 와이어로 제조 할 수 있는 새로운 개념의 주조기술로서, 몰드의 설계 기술 및 주입구 설계 기술, 와이어의 두께 및 와이어 홈의 간격 제어 기술 및 주입량 제어 기술을 핵심으로 한다.After all, the invention proposed in this specification is a casting technology of a new concept that can manufacture a metal amorphous alloy requiring a high cooling rate into a completely amorphous wire of a thin plate by increasing the cooling rate by increasing the contact time with the mold. , mold design technology and injection hole design technology, wire thickness and wire groove spacing control technology, and injection amount control technology are the core.
이를 통해, 기존의 냉각속도로 제조 불가능한 다양한 금속 비정질 와이어를 높은 냉각속도를 통해 제조 가능해질 수 있다.Through this, it is possible to manufacture various metal amorphous wires that cannot be manufactured at a conventional cooling rate through a high cooling rate.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 방법은, 도 5를 참조하면, 가장 먼저, 상부금형과 하부금형이 결합하여 원반형으로 형성되고, 중앙의 주입공간과 상기 주입공간 주변 둘레에 형성되는 비정질 형성공간을 포함하는 캐비티(cavity, 135)를 구비하는 몰드(130)의 상기 주입공간(135a)으로 용해된 금속을 주입하는 제 1 단계(S110)가 수행된다.On the other hand, in the wire manufacturing method that can have excellent cooling capacity through centrifugal casting according to an embodiment of the present invention, referring to FIG. 5, first, the upper mold and the lower mold are combined to form a disk shape, and the central injection A first step (S110) of injecting molten metal into the
이후, 회전부를 이용하여, 상기 용해된 금속에 원심력이 가해지도록 상기 몰드(130)를 회전시키는 제 2 단계(S120)가 진행된다.Thereafter, a second step (S120) of rotating the
이때, 상기 회전으로 인한 원심력을 기초로, 상기 비정질 형성공간(135b) 내부로 유입된 용해된 금속이, 상기 비정질 형성공간에 배치된 나선형으로 회전하는 홈(140b)을 따라 회전하며 이동하는 제 3 단계(S130)가 진행된다.At this time, based on the centrifugal force caused by the rotation, the melted metal introduced into the amorphous forming space 135b rotates and moves along the spirally rotating
또한, 용해된 금속은, 상기 가장자리 방향으로 회전하여 밀려나면서 냉각되고, 상기 비정질 형성공간(135b)의 가장자리로 갈수록 늘어나거나 줄어드는 기울기에 따라 두께가 연속적으로 변하는 비정질 금속의 와이어가 제조되는 제 4 단계(S140)가 진행된다.In addition, the molten metal is cooled while being rotated and pushed toward the edge, and an amorphous metal wire whose thickness continuously changes according to a slope that increases or decreases toward the edge of the amorphous forming space 135b is manufactured. A fourth step (S140) proceeds.
한편, S120 단계에서, 몰드(130)를 회전시키는 것은, 용해된 금속의 종류에 따라 회전 각속도, 상기 캐비티의 반경, 상기 기울기, 상기 홈의 직경 및 상기 나선을 형성한 월 간의 이격 거리 중 적어도 하나를 더 변경시킴으로써 수행될 수 있다.On the other hand, in step S120, rotating the
이를 통해, 와이어의 두께 및 냉각속도의 조절이 가능하다. Through this, it is possible to adjust the thickness and cooling rate of the wire.
본 발명은 순동금형에 중력가속도의 50 ~ 100 배 크기의 원심력을 이용하여 수 백 ~ 수 천 그램(g)의 액체 금속계 유리질 합금 또는 비정질 합금을 주입하였을 때, 용탕과 몰드의 접촉시간을 증가시켜 냉각능을 높임으로써, 높은 냉각 속도가 요구되는 금속 비정질 합금의 종류를 균일하고 재현성이 높은 새로운 비정질 금속 와이어 제조 장치 및 그의 사용방법을 사용자에게 제공할 수 있다.The present invention increases the contact time between the molten metal and the mold when hundreds to thousands of grams (g) of liquid metal-based vitreous alloy or amorphous alloy is injected into a pure copper mold using centrifugal force 50 to 100 times greater than the acceleration of gravity. By increasing the cooling capacity, it is possible to provide users with a new amorphous metal wire manufacturing apparatus and a method of using the same, which are uniform in the type of metal amorphous alloy requiring high cooling rate and have high reproducibility.
또한, 본 발명에 따르면, 용탕 주입은 가스 가압 혹은 푸어링(pouring) 을 통해서 이루어 지며 이때 완전한 형상의 와이어 제작을 위하여 용탕 주입부와 와이어 홈 사이에는 가이드 dam을 설치하며, 몰드의 기저면은 2˚ ≤ α ≤ 20˚의 각도를 유지하여 원심력에 의해 용탕이 몰드 밖으로 나가지 않으며, 응고 이후 용이하게 분리할 수 있는 환경을 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, molten metal injection is performed through gas pressurization or pouring, and at this time, a guide dam is installed between the molten metal injection part and the wire groove in order to manufacture a complete wire, and the base surface of the mold is 2˚ An angle of ≤ α ≤ 20° is maintained so that the molten metal does not come out of the mold due to centrifugal force, and an environment in which it can be easily separated after solidification can be provided.
또한, 본 발명에 따르면, 와이어 홈의 직경(x1)은 0.5 내지 200 ㎛로, 용탕이 용이하게 흘려 건전한 와이어를 제작할 수 있는 범위이며, 와이어 홈의 간격(x2)은 10 내지 50 mm 의 간격으로 냉각속도에 영향을 주지 않고, 생산성을 최대로 할 수 있는 범위를 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, the diameter (x1) of the wire groove is 0.5 to 200 μm, which is a range in which molten metal can flow easily to produce a sound wire, and the wire groove interval (x2) is 10 to 50 mm at intervals. It is possible to provide a range in which productivity can be maximized without affecting the cooling rate.
또한, 본 발명에 따르면, 순동 금형의 각 위치에 작용하는 원심력은 F = mω2r (여기서, F = 원심력, m = 질량, ω = 각속도, r = 금형 중심에서 각 위치까지의 거리]로 정의되는데, 각속도를 높이거나 금형의 반경을 증가시킴으로써 작용하는 원심력을 임의로 제어할 수 있어 비정질 형성능이 떨어지는 비정질 합금에 대해서도 높은 냉각속도를 구현할 수 있다.In addition, according to the present invention, the centrifugal force acting on each position of the pure copper mold is defined as F = mω2r (where F = centrifugal force, m = mass, ω = angular velocity, and r = distance from the center of the mold to each position), Since the centrifugal force acting by increasing the angular velocity or the radius of the mold can be arbitrarily controlled, a high cooling rate can be implemented even for amorphous alloys with poor amorphous forming ability.
또한, 본 발명에 따르면, 몰드의 와이어 제조 홈(x1)과 제조 홈 간의 간격(x2)의 조절을 통해 와이어의 두께 및 냉각속도를 조절할 수 있다.In addition, according to the present invention, the thickness and cooling rate of the wire can be adjusted by adjusting the gap (x2) between the wire manufacturing groove (x1) and the manufacturing groove of the mold.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that it can be done.
Claims (7)
상기 용해된 금속에 원심력이 가해지도록 상기 몰드를 회전시키는 회전부;를 포함하되,
상기 비정질 형성공간에는, 나선형으로 회전하는 홈이 더 구비되고,
상기 중앙의 주입공간의 위치를 수평 기준으로 하여, 일정 기울기에 따라 상기 비정질 형성공간은 가장자리로 갈수록 더 높은 곳에 배치되는 경사구배를 가지며,
상기 주입공간과 상기 비정질 형성공간이 만나는 지점에는, 상기 유입된 용해된 금속이 상기 홈을 따라 상기 나선형으로 회전하며 냉각될 수 있도록 지원하는 가이드 월(wall)이 추가적으로 배치되고,
상기 회전으로 인한 원심력을 기초로, 상기 비정질 형성공간 내부로 유입된 용해된 금속이, 상기 홈을 따라 상기 나선형으로 회전하며 상기 가장자리 방향으로 밀려나면서 냉각됨으로써, 와이어가 제조되는 것을 특징으로 하는 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 장치.
A mold formed in a disk shape by combining an upper mold and a lower mold and having a cavity including a central injection space into which molten metal is injected and an amorphous formation space formed around the injection space; and
A rotation unit rotating the mold so that centrifugal force is applied to the molten metal;
In the amorphous forming space, a spirally rotating groove is further provided,
Based on the position of the central injection space as a horizontal reference, the amorphous formation space has a gradient that is disposed higher toward the edge according to a predetermined inclination,
At the point where the injection space and the amorphous formation space meet, a guide wall is additionally disposed to support the flowed molten metal to rotate in the spiral shape along the groove and be cooled,
Based on the centrifugal force caused by the rotation, the molten metal introduced into the amorphous forming space rotates in the spiral along the groove and is cooled while being pushed toward the edge, thereby manufacturing a wire. Wire manufacturing apparatus capable of having excellent cooling capacity through.
모합금을 용해시키는 용해부; 및
상기 용해부와 몰드 사이에 위치하여 용해된 금속을 몰드에 주입하는 주입부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 장치.
According to claim 1,
a melting unit for dissolving the master alloy; and
Wire manufacturing apparatus that can have excellent cooling capacity through centrifugal casting, characterized in that it further comprises; injection unit located between the dissolution unit and the mold to inject the melted metal into the mold.
상기 몰드는, 상기 용해된 금속의 종류에 따라 회전 각속도, 상기 캐비티의 반경, 상기 기울기, 상기 홈의 직경 및 상기 나선을 형성한 홈 간의 이격 거리 중 적어도 하나를 더 변경시키는 것을 특징으로 하는 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 장치.
According to claim 1,
wherein the mold further changes at least one of a rotational angular velocity, a radius of the cavity, a slope of the groove, a diameter of the groove, and a separation distance between grooves forming the spiral according to the type of the molten metal. Wire manufacturing apparatus capable of having excellent cooling capacity through.
상기 홈의 직경은 0.5 내지 200 ㎛이고,
상기 나선을 형성한 홈 간의 이격 거리는 10 내지 50 mm인 것을 특징으로 하는 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 장치.
According to claim 1,
The diameter of the groove is 0.5 to 200 μm,
Wire manufacturing apparatus that can have excellent cooling capacity through centrifugal casting, characterized in that the separation distance between the grooves forming the spiral is 10 to 50 mm.
상기 몰드는, 상기 기울기 α가 2˚ ≤ α ≤ 20˚를 유지하도록 함으로써, 상기 용해된 금속이 상기 홈에 균일하게 퍼지고, 이후 냉각된 상기 용해된 금속의 분리가 가능한 것을 특징으로 하는 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 장치.
According to claim 1,
The mold is centrifugal casting, characterized in that the inclination α maintains 2˚ ≤ α ≤ 20˚, so that the molten metal spreads uniformly in the groove and then the cooled molten metal can be separated. A wire manufacturing apparatus capable of having excellent cooling performance through
회전부를 이용하여, 상기 용해된 금속에 원심력이 가해지도록 상기 몰드를 회전시키는 제 2 단계;
상기 주입공간과 상기 비정질 형성공간이 만나는 지점에 배치된 가이드 월(wall)을 이용하여 상기 비정질 형성공간 내부로 유입된 용해된 금속이, 상기 회전으로 인한 원심력을 기초로, 상기 비정질 형성 공간 상에 구비된 나선형으로 회전하는 홈을 따라 회전하며 이동하는 제 3 단계; 및
상기 용해된 금속이 상기 가장자리 방향으로 회전하여 밀려나면서 냉각되고, 상기 중앙의 주입공간의 위치를 수평 기준으로 하여 일정 기울기에 따라 상기 비정질 형성공간이 가장자리로 갈수록 더 높은 곳에 배치되는 경사구배를 이용하여, 두께가 연속적으로 변하는 비정질 금속의 와이어가 제조되는 제 4 단계; 를 포함하는 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 방법.
An upper mold and a lower mold are combined to form a disc shape, and molten metal is injected into the injection space of a mold having a cavity including a central injection space and an amorphous formation space formed around the injection space. The first step of doing;
a second step of rotating the mold by using a rotating part so that centrifugal force is applied to the molten metal;
The melted metal introduced into the amorphous formation space by using a guide wall disposed at the point where the injection space and the amorphous formation space meet is on the amorphous formation space based on the centrifugal force caused by the rotation. A third step of rotating and moving along the provided spirally rotating groove; and
The molten metal is cooled while being rotated and pushed toward the edge, and the amorphous forming space is disposed higher toward the edge according to a certain inclination based on the position of the central injection space as a horizontal reference. By using an inclination gradient , a fourth step in which an amorphous metal wire having a continuously variable thickness is manufactured; Wire manufacturing method that can have excellent cooling capacity through centrifugal casting comprising a.
상기 제 2 단계에서, 상기 몰드를 회전시키는 것은,
상기 용해된 금속의 종류에 따라 회전 각속도, 상기 캐비티의 반경, 상기 기울기, 상기 홈의 직경 및 상기 나선을 형성한 홈 간의 이격 거리 중 적어도 하나를 더 변경시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 원 원심주조를 통한 우수한 냉각능을 가질 수 있는 와이어 제조 방법
According to claim 6,
In the second step, rotating the mold,
Circular centrifugal casting characterized in that it is performed by further changing at least one of the rotational angular velocity, the radius of the cavity, the inclination, the diameter of the groove, and the separation distance between the grooves forming the spiral according to the type of the molten metal. Wire manufacturing method capable of having excellent cooling performance through
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