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KR20010104587A - 정밀주조용 알루미나계 주형 및 그 제조방법 - Google Patents

정밀주조용 알루미나계 주형 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20010104587A
KR20010104587A KR1020000025868A KR20000025868A KR20010104587A KR 20010104587 A KR20010104587 A KR 20010104587A KR 1020000025868 A KR1020000025868 A KR 1020000025868A KR 20000025868 A KR20000025868 A KR 20000025868A KR 20010104587 A KR20010104587 A KR 20010104587A
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KR
South Korea
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alumina
mold
slurry
coating
wax
Prior art date
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KR1020000025868A
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KR100348713B1 (ko
Inventor
김재철
최승주
서성문
조창용
김두현
김재원
Original Assignee
이종훈
한국전력공사
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 왁스 또는 플라스틱 모형의 코팅용 슬러리에 알루미늄 금속분말을 첨가하여 제작됨으로써 소성이 용이하고 고온변형 특성이 우수한 정밀주조용 알루미나계 주형 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 주형은 왁스나 플라스틱으로 제조하려는 제품의 모형을 만들고, 상기 왁스나 플라스틱 모형 표면에 콜로이달 실리카 및 알루미나 분말을 포함하는 내화물 슬러리와 알루미나 모래를 번갈아 수회 코팅한 다음, 그 위에 상기 슬러리만을 한번 더 도포하여 마무리 코팅한 후 완전히 건조시키고 탈왁스 및 소성하여 제조되며, 이때 상기 내화물 슬러리에는 알루미늄 금속분말이 첨가된 것을 특징으로 한다. 상기 알루미늄 금속분말은 입자크기가 10∼50㎛인 것이 바람직하며, 상기 슬러리 중의 알루미나 분말과 콜로이달 실리카의 중량의 합에 대하여 1.0∼4.0 wt첨가된다. 또한 상기 소성 공정은 바람직하게는 1000∼1500℃에서 1시간 동안 행하여진다. 이와 같이 제조된 본 발명의 알루미나계 주형은 표면상태 및 치수안정성이 우수한 정밀주조품, 특히 니켈기 초내열 합금의 방향성 응고품 주조에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

정밀주조용 알루미나계 주형 및 그 제조방법{Alumina-base investment casting shell mold and manufacturing method thereof}
본 발명은 정밀주조법의 일종인 로스트왁스법(또는 인베스트먼트법)으로 정밀주조품을 만드는 과정 중에 필요한 알루미나계 주형 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 왁스 또는 플라스틱 모형의 코팅용 슬러리에 알루미늄 금속 분말을 첨가하여 제작됨으로써 소성이 용이하고 고온변형 특성이 우수한 정밀주조용 알루미나계 주형 및 그 주형을 제조하는 방법에 관한 것이다.
정밀주조법인 로스트왁스법(또는 인베스트먼트법)의 일반적인 공정을 살펴보면 먼저, 왁스나 플라스틱 등을 이용하여 제조하려는 금속제품의 모형을 만들고, 상기 모형들을 하나의 클러스터(cluster) 또는 트리(tree) 형태로 조립한다. 그런다음, 상기 왁스 클러스터의 표면을 슬러리(slurry) 상태의 내화물과 분말상태의 내화물로 최종 금속제품의 형상 및 크기에 따라 7 차례 내지 10여 차례에 걸쳐 반복적으로 코팅하는데, 이때 매회마다 클러스터 표면에 도포된 내화물 슬러리가 건조되기 전에 내화물 모래를 도포한 후 충분히 건조시킨다. 건조된 주형을 증기 고압솥에서 가열하여 주형내의 왁스모형을 녹여낸 다음, 적정한 온도에서 일정한 시간 동안 소성하여 내화물의 강도를 유지시키면 정밀주조용 주형이 완성된다. 이와 같이 제조된 주형에 용융상태의 금속을 주입하고 응고 및 냉각된 후에 외곽의 주형을 제거하여 클러스터 상태의 금속만 남게한 후, 이를 절단하고 연마하는 공정을 거쳐 원하는 금속제품을 생산한다.
정밀주조법으로 제조되는 금속제품들 중에서도 니켈기 초내열 합금, 특히 니켈기 초내열 합금 방향성 응고품의 정밀주조를 위해서는 통상적으로 알루미나계 주형을 사용한다. 상기 로스트왁스법에 따라 알루미나계 주형을 제조할 때, 코팅공정에 사용되는 내화물 슬러리는 통상 미세한 알루미나 분말을 점결제인 콜로이달 실리카(colloidal silica)에 혼합하여 사용되며, 슬러리 위에 도포하는 분말상의 스터코 재료는 보통 알루미나 모래가 사용되는데, 이러한 내화물 분말의 종류와 특성에 따라 주형의 내화도 및 붕괴성에 차이가 발생하고, 스터코 재료에 따라 주형의 통기성이 좌우된다. 한편, 상기 콜로이달 실리카는 음(-)으로 하전된 Si-O-Si 구조의 실리카 입자가 물속에 분산되어 콜로이드 상태로 된 액체이며, 실리카 입자의 크기는 보통 6×10-3내지 100×10-3㎛의 초미립자이다.
또한, 상기 코팅공정에 사용되는 내화물 슬러리의 조성 및 점도와 내화물 모래의 입자크기는 코팅 차수에 따라 약간씩 달리하기도 하는데, 현재 통상적으로 1차 슬러리로는 콜로이달 실리카, 알루미나 분말, 소포제(defoaming agent) 및 계면활성제(surfactant) 등을 혼합하여 사용하고 있으며, 이들의 특성 및 성분은 하기 표 1과 같다.
종래의 1차 슬러리
Al2O3: SiO2 87 : 13
조성 ·콜로이달 실리카 13 wt입자크기 : 0.008∼0.013㎛SiO2함유량 : 30 wtpH(상온) : 10.5·알루미나 분말 87 wt입자크기 : 320 mesh·계면활성제 1.0 wt(콜로이달 실리카에 대한 첨가량)·소포제 0.4 wt(콜로이달 실리카에 대한 첨가량)
점도(Zahn #5) 30∼35 sec
또한, 1차 코팅에 사용되는 내화물 모래로는 1차 슬러리에 사용된 알루미나 분말과 동일한 화학조성을 가지면서 입자 크기가 100 mesh인 알루미나 모래를 사용한다.
2차 슬러리 역시 콜로이달 실리카, 알루미나 분말, 소포제 및 계면활성제 등을 혼합하여 사용하고 있으며, 이들의 특성 및 성분은 하기 표 2와 같다.
종래의 2차 슬러리
Al2O3: SiO2 87 : 13
조성 ·콜로이달 실리카 13 wt입자크기 : 0. 008∼0.013㎛SiO2함유량 : 30 wtpH(상온) : 10.5·알루미나 분말 87 wt입자크기 : 320 mesh·계면활성제 1.0 wt(콜로이달 실리카에 대한 첨가량)·소포제 0.4 wt(콜로이달 실리카에 대한 첨가량)
점도(Zahn #4) 20∼25 sec
2차 코팅에 사용되는 내화물 모래로는 상기 1차 코팅에 사용된 것과 동일한 알루미나 모래를 사용한다.
백업(back-up) 슬러리는 3차 코팅부터 최종 코팅까지 공용으로 사용되는 슬러리로서, 콜로이달 실리카, 알루미나 분말, 소포제 및 계면활성제 등을 혼합하여 사용하고 있으며, 이들의 특성 및 성분은 하기 표 3과 같다.
종래의 백업 슬러리
Al2O3: SiO2 87 : 13
조성 ·콜로이달 실리카 13 wt입자크기 : 0. 008∼0.013㎛SiO2함유량 : 30 wtpH(상온) : 10.5·알루미나 분말 87 wt입자크기 : 320 mesh·계면활성제 1.0 wt(콜로이달 실리카에 대한 첨가량)·소포제 0.4 wt(콜로이달 실리카에 대한 첨가량)
점도(Zahn #4) 10∼17 sec
백업 코팅에 사용되는 내화물 모래로는 백업 슬러리에 사용된 알루미나 분말과 동일한 화학조성을 가지면서 입자크기가 28×48 mesh인 알루미나 모래를 통상 사용하며, 각 코팅 차수에 따라 입자크기를 달리하여 사용하기도 한다.
7 내지 10여 차례의 백업 코팅이 끝나면, 표면에 묻어있는 모래 입자의 이탈을 방지하기 위하여 백업 슬러리만을 한번 더 도포하고 완전히 건조시키는데, 이를 마무리 코팅(sealer coating)이라 한다.
한편, 각 층의 코팅 후에는 온도 23±1℃, 상대습도 50∼60의 범위로 유지되는 항온-항습실에서 5시간 이상 코팅층을 건조시킨 후 다음 차수의 코팅을 진행하여야 하며, 이는 먼저 행한 코팅층의 건조가 충분히 이루어져야만 완성된 주형의 균열을 방지할 수 있기 때문이다. 특히, 마무리 코팅시에는 상기 조건의 건조실에서 12시간 이상 건조시킨다.
상기와 같은 반복적인 코팅공정이 끝나고 완전히 건조된 주형을 증기 고압솥에서 가열하여 주형내의 왁스모형을 녹여낸 다음, 통상 약 1500℃ 이상의 온도에서 4시간 이상 소성하는 공정을 거침으로써 니켈기 초내열 합금의 진공정밀주조용 알루미나계 주형이 완성된다.
이와 같이 제조된 종래의 알루미나계 주형은 용탕 즉, 용융된 금속이 주입된 후 약 1400∼1600℃ 정도의 고온에서 장시간 동안 유지되어도 고온변형이 적고 적절한 강도를 유지하며 용탕과의 반응성이 작다는 우수함 때문에, 지금까지 니켈기 초내열 합금의 방향성 응고를 위한 정밀주조용 주형으로서 널리 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 알루미나계 주형의 우수한 특성은 소성공정을 통하여 점결제로 사용된 콜로이달 실리카가 알루미나 내화물과 반응하여 뮬라이트로 충분히 변화됨으로써 주형내 실리카 잔류량이 최소화될 경우에만 얻어질 수 있다. 그런데, 알루미나 자체의 고온 안정성이 매우 우수하므로, 콜로이달 실리카가 알루미나 내화물과 반응하여 뮬라이트로 변화되기 위해서는 반드시 1500℃ 이상의 고온에서 4시간 이상의 장시간 동안 소성공정을 거쳐야만 한다. 만약, 소성이 충분히 이루어지지 않으면 잔류 실리카 함량이 증가하고 알루미나 내화물들 간의 결합이 충분하게 이루어지지 못하여, 실제 주조 온도인 1500℃ 이상의 온도에서 주형의 고온강도가 감소하여 주형이 파손되고 치수안정성이 유지되지 않는 주조결함이 유발되며, 잔류 실리카가 용탕과 반응을 일으켜 금속제품의 표면상태가 불량해질 뿐 아니라 용융금속 내의 원소들이 손실되는 문제점이 발생한다. 또한, 알루미나의 열팽창 계수가 크기 때문에, 주형의 형상이 복잡하거나 크기가 클 경우 1500℃ 이상의 고온에서 장시간에 걸쳐 소성하는 동안 가열 또는 냉각에 의한 열적 팽창과 수축 효과가 증가되어 주형 내부에 균열이 발생하는 문제점이 나타나게 된다. 균열이 발생한 주형은 건전한 주형으로서 사용되기 어려우며, 특히 니켈기 초내열 합금을 방향성 응고하는 경우 심각한 주조결함을 유발시킴으로써 주조품의 제조 수율을 현저히 저하시킨다. 또한, 1500℃ 이상의 고온에서 4시간 이상 계속되는 소성공정은 열에너지의 과도한 소모를 요구하므로, 제품의 제조비용을 상승시키는 원인으로도 작용한다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 왁스 또는 플라스틱으로 된 제품모형 표면을 알루미늄 금속 분말이 첨가된 알루미나 내화물 슬러리로 코팅하여 제작됨으로써 소성이 용이하고 고온변형 특성이 우수한 정밀주조용 알루미나계 주형을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 왁스 또는 플라스틱으로 된 제품모형 표면을 알루미늄 금속 분말이 첨가된 알루미나 내화물 슬러리로 코팅하고 소성하는 공정을 포함하는 정밀주조용 알루미나계 주형의 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 알루미나계 주형 표면의 미세조직을 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 정밀주조용 알루미나계 주형은 왁스나 플라스틱으로 제조하려는 제품의 모형을 만들고, 상기 왁스나 플라스틱 모형 표면에 콜로이달 실리카 및 알루미나 분말을 포함하는 내화물 슬러리와 알루미나 모래를 번갈아 수회 코팅한 다음, 그 위에 상기 슬러리만을 한번 더 도포하여 마무리 코팅한 후 완전히 건조시키고 탈왁스 및 소성하여 제조되며, 이때 상기 내화물 슬러리에는 알루미늄 금속분말이 첨가된 것을 특징으로 한다.
상기 내화물 슬러리에 첨가되는 알루미늄 금속 분말은 입자크기가 10∼50㎛인 것이 바람직하다. 알루미늄 금속분말 입자의 크기를 10∼50㎛로 한정하는 이유는 입자크기가 10㎛보다 작은 분말은 고가이어서 주형 제조비용 측면에서 바람직하지 못하며, 입자크기가 50㎛보다 큰 분말은 슬러리에 균일하게 혼합되지 못하기 때문이다. 또한, 알루미늄 금속분말의 첨가량은 상기 내화물 슬러리 중의 알루미나 분말과 콜로이달 실리카의 중량의 합에 대하여 1.0∼4.0 wt, 바람직하게는 1.0∼3.0 wt, 가장 바람직하게는 3.0 wt로 첨가한다. 알루미늄 금속분말의 첨가량을 1.0∼4.0 wt로 한정하는 이유는 1.0 wt미만에서는 주형의 소성시간을 단축하고 고온변형 특성을 향상시키는 효과를 거둘 수 없으며, 4.0 wt를 넘어서면 주형의 상온강도가 지나치게 약해지기 때문이다. 한편, 상기 내화물 슬러리에 사용되는 알루미나 분말 및 콜로이달 실리카와 분말상태의 알루미나 모래는 공지의 것을 사용한다.
아울러, 상기와 같이 알루미늄 금속분말이 첨가된 내화물 슬러리로 코팅된 본 발명의 주형은 1000∼1500℃에서 1시간 동안 소성되어지는 것을 특징으로 한다. 종래의 알루미나계 주형은 완성된 주형의 고온변형을 방지하는데 필요한 알루미나-실리카 계면의 뮬라이트 미세조직을 형성하기 위해서 1500℃에서 적어도 4시간 동안 소성되었다. 그러나, 본 발명의 주형은 슬러리에 첨가된 알루미늄에 의하여비교적 낮은 온도에서도 뮬라이트화 반응이 촉진되므로, 1000∼1500℃의 온도에서 1시간, 보다 바람직하게는 1000℃에서 1시간 동안만 소성하여도 뮬라이트 조직이 충분히 형성된다.
한편, 본 발명의 정밀주조용 알루미나계 주형 제조방법은 (i) 왁스나 플라스틱으로 제조하려는 제품의 모형을 만드는 공정; (ii) 상기 왁스나 플라스틱 모형 표면을 콜로이달 실리카와 알루미나 분말을 포함하는 내화물 슬러리와 알루미나 모래로 번갈아 수회에 걸쳐 코팅하는 공정; (iii) 상기 코팅 층 위에 상기 슬러리만을 한번 더 도포하여 마무리 코팅한 후 주형을 완전히 건조시키는 공정; 및, (iv) 건조된 주형 내부의 왁스를 제거하고 소성하는 공정을 포함하며, 상기 코팅 공정에 사용되는 내화물 슬러리에 알루미늄 금속분말을 첨가하여 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기 알루미늄 금속분말은 입자크기가 10∼50㎛인 것이 바람직하고, 첨가량은 상기 내화물 슬러리 중의 알루미나 분말과 콜로이달 실리카의 중량의 합에 대하여 1.0∼4.0 wt로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 주형 제조방법은 또한 상기 소성공정을 1000∼1500℃에서 1시간 동안 행하는 것을 특징으로 한다. 소성시간이 단축되면 오랜 소성공정 중에 발생하는 주형의 균열을 사전에 방지할 수 있으므로, 본 발명의 방법에 의하여 제조된 알루미나계 주형은 니켈기 초내열 합금 중에서도 특히 주형의 균열에 매우 민감한 니켈기 초내열 합금의 방향성 응고품 주조에 매우 유용하게 사용될 있다. 또한, 소성시 알루미늄에 의한 뮬라이트 형성의 촉진으로 인하여 주형 내의 잔류 실리카의 양이 최소화되므로, 주조시 주형과 금속용탕 간의 반응이 감소되어 주형의 손상 및 최종 주조품의 품질저하를 예방할 수 있다. 게다가, 알루미늄 금속분말의 첨가량에 비례하여 주형의 상온강도가 감소하므로, 알루미늄의 함량을 달리하여 주형의 상온강도를 적절하게 조절함으로써 정밀주조 후 주형의 탈사 공정에 소요되는 인력 및 시간을 절감하여 제품의 원가절감을 기할 수 있다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
[실시예 1] 알루미나계 주형의 제조
콜로이달 실리카 13 wt및 알루미나 분말 87 wt로 이루어진 혼합물 100 중량부에 대하여 알루미늄(Al) 금속분말을 각각 다른 비율로 첨가하고 소포제와 계면활성제를 콜로이달 실리카에 대하여 일정한 비율로 첨가하여, 하기 표 4의 조성을 가지는 1차 및 2차 코팅용 슬러리 3가지를 제조하였다.
본 발명의 1차 및 2차 코팅용 내화물 슬러리
슬러리 종류 알루미나+1.0 wtAl 알루미나+3.0 wtAl 알루미나+4.0 wtAl
조성 ·Al2O3: SiO2 87 : 13 87 : 13 87 : 13
·콜로이달 실리카입자크기 : 0.008∼0.013㎛SiO2함유량 : 30wtpH(상온) : 10.5 13 wt 13 wt 13 wt
·알루미나 분말입자크기 : 320 mesh 87 wt 87 wt 87 wt
·알루미늄 금속분말입자크기 : 10∼50㎛ 1.0 wt 3.0 wt 4.0 wt
·계면활성제 1.0 wt 1.0 wt 1.0 wt
·소포제 0.4 wt 0.4 wt 0.4 wt
점도(Zahn #5) 20∼25 sec 20∼25 sec 20∼25 sec
또한, 콜로이달 실리카 13 wt및 알루미나 분말 87 wt로 이루어진 혼합물 100 중량부에 대하여 알루미늄(Al) 금속분말을 각각 다른 비율로 첨가하고 소포제와 계면활성제를 콜로이달 실리카에 대하여 일정한 비율로 첨가하여, 하기 표 5의 조성을 가지는 백업 코팅용 슬러리 3가지를 제조하였다.
본 발명의 백업 코팅용 내화물 슬러리
슬러리 종류 알루미나+1.0 wtAl 알루미나+3.0 wtAl 알루미나+4.0 wtAl
조성 ·Al2O3: SiO2 87 : 13 87 : 13 87 : 13
·콜로이달 실리카입자크기 : 0.008∼0.013㎛SiO2함유량 : 30wtpH(상온) : 10.5 13 wt 13 wt 13 wt
·알루미나 분말입자크기 : 320 mesh 87 wt 87 wt 87 wt
·알루미늄 금속분말입자크기 : 10∼50㎛ 1.0 wt 3.0 wt 4.0 wt
·계면활성제 1.0 wt 1.0 wt 1.0 wt
·소포제 0.4 wt 0.4 wt 0.4 wt
점도(Zahn #5) 17∼20 sec 17∼20 sec 17∼20 sec
이어서, 본 발명의 주형재 시편을 제조하기 위해서, 상기 표 4 및 표 5의 슬러리를 사용하여 통상적인 로스트왁스법으로 왁스모형의 반복적인 코팅을 수행하였다. 이때, 내화물 슬러리 처리 후 도포하는 내화물 모래로는 1차 및 2차 코팅시에는 입자 크기가 100 mesh인 알루미나 모래를 사용하였고, 3차 이후의 백업 코팅에는 28×48 mesh의 알루미나 모래를 사용하였으며, 총 7차례의 백업 코팅을 시행한 후 마무리 코팅을 하고 완전히 건조시켰다. 건조된 주형을 증기 고압솥에서 가열하여 주형내의 왁스모형을 녹여낸 다음, 1000℃에서 1시간 동안 소성시켜 고온변형 시험용 주형재 시편을 완성하였다.
한편, 알루미늄 분말이 첨가되지 않은 종래의 내화물 슬러리를 사용한 것을제외하고는 상기와 동일한 방법으로 비교시험용 주형재 시편을 제조하였다. 이 때, 1차 및 2차 코팅에 사용된 슬러리의 조성은 각각 상기 표 1 및 표 2에 개시된 바와 같으며, 백업 코팅에는 상기 표 3의 슬러리를 사용하였다.
[실시예 2] 고온변형 시험
상기 실시예 1로부터 수득한 주형재 시편들을 실제 주조온도인 1500℃에서 4시간 동안 가열한 후, 코팅용 슬러리에 알루미늄 금속분말을 첨가했을 때와 첨가하지 않았을 때의 주형의 변형량을 각각 측정하였다. 그 결과 하기 표 6에서 보듯이, 종래의 슬러리를 사용하여 제조된 주형재 시편의 경우 1500℃에서의 고온변형량이 4.5mm이었으나, 알루미늄 분말이 1.0 wt첨가된 슬러리를 사용한 경우 고온변형량이 1.0mm에 지나지 않았으며, 알루미늄 분말이 3.0 wt이상 첨가된 슬러리를 사용한 경우에는 고온변형이 전혀 발생하지 않았다.
고온변형 시험(1500℃, 4시간)
종래의 알루미나 주형 본 발명의 알루미나 주형
알루미나 알루미나+1.0 wtAl 알루미나+3.0 wtAl 알루미나+4.0 wtAl
소성조건 1000℃/1hr 1000℃/1hr 1000℃/1hr 1000℃/1hr
변형량(mm) 4.5 1.0 없음 없음
또한, 고온변형 시험이 끝난 시편들을 회수하여 주사전자현미경(SEM)으로관찰한 결과, 알루미늄 분말의 첨가량에 비례하여 주형의 알루미나-실리카 계면에 고온안정상인 뮬라이트 미세조직이 증가함을 확인하였다(참조: 도 1). 도 1에서, (a)는 0. 0 wt, (b)는 1. 0 wt, (c)는 2. 5wt, 및 (d)는 3. 0wt로 슬러리에 알루미늄 분말을 첨가한 경우를 각각 나타낸다.
이와 같은 결과로부터 알루미늄 분말을 포함하는 슬러리로 코팅된 본 발명의 주형은 종래의 주형에 비하여 낮은 온도에서 짧은 시간 동안 소성되어도 우수한 고온변형 특성이 유지되고 결과적으로 고도의 치수 안정성을 요하는 정밀주조품의 제조에 유용함이 확인되었다. 또한, 상기 도 1의 결과는 전술한 본 발명의 주형이 가지는 우수한 특성이 알루미늄에 의한 뮬라이트화 촉진의 결과이며 주형내 잔류 실리카 함량이 매우 낮음을 보여주고 있으므로, 본 발명의 주형을 사용하면 실리카와 금속용탕 간의 반응에 따른 최종 주조품의 품질저하 및 성분조성 변화를 방지할 수 있다.
[실시예 3] 상온강도 시험
소성공정에서 온도와 시간을 달리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 주형재 시편들을 제조하고, 상온강도 시험을 수행하였다. 그 결과 하기 표 7에서 보듯이, 알루미늄 분말을 첨가한 주형재 시편의 경우 종래 주형재와 비교해서 동일한 시험조건에서 알루미늄 첨가량이 증가함에 따라 상온강도가 비례적으로 감소하는 현상을 보였다. 이와 같은 결과로부터 알루미늄 분말이 첨가된 본 발명의 알루미나계 주형은 종래 주형에 비하여 주조 후 붕괴성이 우수하므로,주조후 탈사공정에 소요되는 인력 및 시간을 절감할 수 있음을 확인하였다.
상온강도 시험
소성조건 상온강도(㎏/㎟)
종래의 알루미나 주형 본 발명의 알루미나 주형
알루미나 알루미나+1.0 wtAl 알루미나+3.0 wtAl
1400℃/1hr 2.4 2.1 2.0
1500℃/1hr 2.6 2.5 2.1
1550℃/1hr 2.6 2.6 2.2
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 정밀주조용 알루미나계 주형은 알루미늄이 첨가된 슬러리로 코팅되어 1000℃에서 1시간의 소성으로도 충분한 뮬라이트 조직이 생성되므로, i) 주형 제조에 소요되는 비용과 시간을 크게 절감할 수 있고, ii) 고온에서 장시간의 소성에 따른 주형의 균열을 방지할 수 있으며, iii) 주조 온도에서의 고온변형특성이 우수하고, iv) 주조시 금속용탕과 반응을 일으키지 않으며, v) 주조 후 주형의 붕괴가 용이하다. 따라서 본 발명의 알루미나계 주형을 이용하면 표면상태 및 치수안정성이 우수한 정밀주조품, 특히 니켈기 초내열 합금의 방향성 응고품을 낮은 원가로 용이하게 주조할 수 있다.

Claims (5)

  1. 왁스나 플라스틱으로 제조하려는 제품의 모형을 만들고, 상기 왁스나 플라스틱 모형 표면에 콜로이달 실리카와 알루미나 분말을 포함하는 내화물 슬러리와 알루미나 모래를 번갈아 수회에 걸쳐 코팅한 다음, 그 위에 상기 슬러리만을 한번 더 도포하여 마무리 코팅한 후 완전히 건조시키고 탈왁스 및 소성하여 제조되는 정밀주조용 알루미나계 주형에 있어서,
    상기 내화물 슬러리는 알루미늄 금속분말이 첨가된 것을 특징으로 하는 정밀주조용 알루미나계 주형.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 알루미늄 금속분말은 입자 크기가 10∼50㎛인 것을 특징으로 하는 정밀주조용 알루미나계 주형.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 알루미늄 금속분말은 상기 내화물 슬러리 중의 콜로이달 실리카 및 알루미나 분말의 중량의 합에 대하여 1.0∼4.0 wt첨가되는 것을 특징으로 하는 정밀주조용 알루미나계 주형.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 소성공정은 1000∼1500℃에서 1시간 동안 행하여지는 것을 특징으로 하는 정밀주조용 알루미나계 주형.
  5. (i) 왁스나 플라스틱으로 제조하려는 제품의 모형을 만드는 공정;
    (ii) 상기 왁스나 플라스틱 모형 표면을 콜로이달 실리카와 알루미나 분말을 포함하는 내화물 슬러리와 알루미나 모래로 번갈아 수회에 걸쳐 코팅하는 공정;
    (iii) 상기 코팅 층 위에 상기 슬러리만을 한번 더 도포하여 마무리 코팅한 후 주형을 완전히 건조시키는 공정; 및,
    (iv) 상기 주형 내부의 왁스를 제거하고 소성하는 공정을 포함하는 알루미나계 주형의 제조방법에 있어서,
    상기 코팅 공정에 사용되는 내화물 슬러리는 알루미늄 금속분말이 첨가된 것을 특징으로 하는 정밀주조용 알루미나계 주형의 제조방법.
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