KR20090085943A

KR20090085943A - 고경도 질화층을 구비한 칼의 제조 방법

Info

Publication number: KR20090085943A
Application number: KR1020080011880A
Authority: KR
Inventors: 아키코 히라이
Original assignee: 아키코 히라이
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2009-08-10
Also published as: EP2090672A1; US20090194203A1

Abstract

가공을 한 칼 본체의 표면에 표면 질화 가공을 실시하여 두께 10㎛ 이상 100㎛ 이하의 비커스 경도 Hv값 1000 이상의 고경도 질화층을 형성하여 고경도 질화층을 구비한 칼 표면에 산화은, 산화 구리 피막을 소결 형성에 의해 강고한 피막을 구비함으로써, 항균성과 살균성과 내곰팡이 특성을 가진 것으로서, 높은 절단 유지 성능뿐만 아니라 위생 기능이 뛰어난 칼을 제공한다.

가공을 한 칼 본체의 표면에 표면 질화 가공을 실시하여 두께 10㎛ 이상 100㎛ 이하의 비커스 경도 Hv값 1000 이상의 고경도 질화층을 형성하고, 고경도 질화층을 형성하여 가공한 칼 본체를 얻는 동시에 질산구리, 황산구리 또는 염화구리을 포함한 무기 구리염류 화합물의 수용액과, 질산은, 초산은 또는 브롬화은을 포함한 무기 은염류 화합물의 수용액과의 혼합액에 침지시키거나 혼합액을 도포한 후에, 450℃ 이상의 온도에 의해 가열 소결시켜 형성한 항균성 산화은, 산화 구리 피막을 형성한 것이다.

Description

고경도 질화층을 구비한 칼의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING A KNIFE WITH HIGH HARDNESS NITRIDE LAYER}

본 발명은, 고경도 질화층을 구비한 칼의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 방법으로 가공한 칼에 고경도 질화층을 피막하여 고경도로 함과 함께 항균성 산화은, 산화구리 층을 피막한 적어도 일부에 절삭용 날끝을 가지는 칼에 관한 것이다.

종래, 적어도 일부에 절삭용 날끝을 가지는 부엌칼, 나이프, 가위, 커터, 손도끼, 낫, 면도칼날, 톱, 도끼, 조각칼, 대패, 끌, 둥근날 커터, 각형날 커터 등의 칼은 일반 가정용, 또는 각종 산업에서 업무용으로 널리 사용되고 있고, 그 종류나 재질도 다방면에 걸쳐 개발 사용되고 있으며 모든 생활이나 업무에 도움이 된다.

그러나, 일반적인 탄소강계, 합금강계의 칼은 함유 탄소를 주된 요소로서 가열 급냉 담금질에 의해 날끝이나 칼 본체의 경도가 얻어지지만, 얻을 수 있는 경도의 상한값은 HRC값으로 약 64, 즉 Hv값 800 이하의 경도로서, 그 결과 절단 능력의 지속성이 짧고, 절단 유지 성능에 있어서, 충분한 능력을 발휘하기 어려운 난점을 가지고 있고, 절단 능력이 떨어지면 그때마다 숫돌에 의한 연마 작업이 필요하게 되지만, 일반 가정에서 숫돌을 구비한 가정은 적고, 또 높은 절단 유지 성능을 위한 오랜 개선 연구에도 그 성과를 얻지 못하고 있는 실정이다.

또, 이런 종류의 질화 피막을 형성하는 것으로서는, 예를 들면 먼저 개시된 고용형 질소를 0.1~2.0％(질량) 함유하는 오스테나이트 나노 결정 입자의 집합체로 이루어진 오스테나이트강 벌크재로서, 상기 각 나노 결정 입자의 입자간 및／또는 동일 입자의 내부에, 결정립 성장 억제 물질로서 금속 또는 반금속 산화물, 질화물, 탄화물 등을 존재시켜 이루어진 것(특허 문헌 1 참조)이나, 화학 성분 조성(질량％)으로서 0<C≤0.08, 0≤Si<0.50, 0≤Mn≤1.50, 15≤Cr≤30, 0≤Ni<0.05, 1≤Mo≤10, 1.00<N≤2.00, 0≤Ca<0.005를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고, 게다가, 상기 Cr, Mo 및 N의 각 함유량은, Cr, Mo 및 N을 포함한 식에서 나타낸 내식성 지수가, 강중 비금속 개재물의 면적 점유율, 강중 비금속 개재물의 최대 직경과의 관계를 만족하는 화학 성분 조성 및 비금속 개재물의 청정 특성을 가지는 것을 특징으로 하고, 내식성, 강도, 성형성 및 내마모성이 뛰어난 니켈이 없는 고질소 스테인리스강으로 하는 것(특허 문헌 2 참조) 등이 개시되어 있다.

[특허 문헌 1: 일본국 특허공개 2004-137600호 공보]

[특허 문헌 2: 일본국 특허공개 2007-51368호 공보]

한편, 근년 많이 사용되고 있는 지르코늄 세라믹을 이용한 칼날은 Hv값 1200 이상의 경도를 가지고, 높은 절단 유지 성능이 우수하므로 지지를 얻고 있지만, 금속 칼에 비하여 인성값이 뒤떨어지기 때문에 한정적인 용도로 이용되어 왔고, 종래부터 이용되고 있는 탄소강계, 합금강계의 칼이 요구되지만 높은 절단 유지 성능에 대한 과제가 있고, 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2에 기재된 바와 같이, 표면 질화 처리된 것은 있지만, 널리 사용되고 있는 탄소강계, 합금강계의 칼에 높은 절단 유지 성능을 요구하지는 않는다.

상기 과제에 감안하여 예의 연구한 결과, 본 발명의 고경도 질화층을 구비한 칼의 제조 방법의 제 1 양태는, 금속제 강판을 적어도 일부에 절삭용 날끝을 가지는 칼 본체의 외형 형상으로 가공하는 공정과, 상기 외형 형상으로 가공한 칼 본체를 담금질 경화 처리하는 공정과, 상기 담금질 경화 처리된 칼 본체를 표면 연삭 가공하는 공정과, 상기 표면 연삭 가공을 한 칼 본체에 날끝 형성 연마 가공하는 공정과, 상기 날끝 형성 연마 가공을 한 칼 본체를, 또한 날끝 마무리 연마 가공하는 공정을 거쳐 제조된 칼 본체를 상기 날끝 마무리 연마 가공을 한 칼 본체의 표면에 600℃ 이하의 가열 공정을 포함한 표면 질화 가공을 실시하여, 두께 10㎛ 이상 100㎛ 이하의 비커스 경도 Hv값 1000 이상의 고경도 질화층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 양태에 따라서, 청구항 1에 있어서, 상기 고경도 경화층을 형성하는 공정 후에 최종 날형성 마무리 연마 가공하는 공정을 더 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3 양태에 따라서, 청구항 2에 있어서, 상기 최종 날형성 마무리 연마 가공을 한 칼 본체에, 질산구리, 황산구리, 또는 염화구리를 포함한 무기 구리염류 화합물의 수용액, 및 질산은, 초산은, 또는 브롬화은을 포함한 무기 은염류 화합물의 수용액의 각각의 수용액 또는 이들 양 수용액의 혼합액에 상기 칼 본체를 침지시키거나 상기 각각의 수용액 또는 이들 양 수용액의 혼합액을 상기 칼 본체에 도포한 후에, 450℃ 이상의 온도에 의해 가열 소결시켜 형성한 항균성의 산화은, 산화 구리 피막을 겹쳐 형성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고경도 질화층을 구비한 칼의 제조 방법은, 일반 가정용 또는 업무용의 수동 이기(利器) 분야에서 이용할 수 있고, 종래부터 대량으로 제조되어 오고, 용이하게 입수할 수 있는 탄소강계, 합금강계로 가공을 한 칼 본체에 표면 질화 가공을 함으로써 표면에 두께 10㎛ 이상 100㎛ 이하의 고경도 질화층을 구비한 것으로서, 높은 절단 유지 성능을 가지는 칼날이 되는 것으로서, 고경도 질화층을 구비한 칼 표면에 산화은, 산화 구리 피막을 소결 형성에 의한 강고한 피막을 더 구비함으로써, 항균성, 살균성과 내곰팡이 특성을 가진 것으로서, 높은 절단 유지 성능뿐만 아니라 위생 기능이 뛰어난 칼을 제공할 수 있는 것으로서, 지극히 실용성이 높은 발명이다.

이하, 본 발명의 고경도 질화층을 구비한 칼의 제조 방법의 실시예를 도면을 이용하여 상세하게 설명하면, 도 1은 본 발명의 고경도 질화층을 구비한 칼 제조 방법의 실시예의 칼의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 고경도 질화층을 구비한 칼의 제조 방법의 다음 실시예의 칼의 단면도이다.

본 발명은, 고경도 질화층을 구비한 칼의 제조 방법에 관한 것이고, 더욱 상세하게는, 종래부터 제조되는 가공을 한 칼에 고경도 질화층을 입혀 고경도로 하는 동시에, 항균성 산화은, 산화 구리층을 피막한 적어도 일부에 절삭용 날끝을 가지는 칼에 관한 것으로서, 청구항 1에 기재된 고경도 질화층을 구비한 칼의 제조 방법은, 금속제 강판을 적어도 일부에 절삭용 날끝을 가지는 칼 본체(1)의 외형 형상으로 가공하는 공정과, 상기 외형 형상으로 가공한 칼 본체(1)를 담금질 경화 처리하는 공정과, 상기 담금질 경화 처리한 칼 본체(1)를 표면 연삭 가공하는 공정과, 상기 표면 연삭 가공한 칼 본체(1)에 날끝 형성 연마 가공하는 공정과, 상기 날끝 형성 연마 가공을 한 칼 본체(1)를 더 날끝 마무리 연마 가공하는 공정을 포함하여 제조되고 가공이 된 칼 본체(1)의 표면에 600 ℃ 이하의 가열 공정을 포함한 표면 질화 가공을 실시하고, 두께 10㎛ 이상 100㎛ 이하의 비커스 경도 Hv값 1000 이상의 고경도 질화층(2)을 형성하고, 상기 고경도 질화층(2)을 형성하여 가공한 칼이다.

청구항 2에 기재된 발명은 상기 고경도 경화층을 형성하는 공정 후에 최종 날형성 마무리 연마 가공하는 공정을 더 구비한 것을 특징으로 하는 고경도 질화층 을 구비한 칼이다.

또한, 청구항 3에 기재된 고경도 질화층을 구비한 칼의 제조 방법은, 청구항 1에 기재된 고경도 질화층을 구비한 칼의 제조 방법에 있어서, 상기 최종 날형성 마무리 연마 가공을 실시하여 가공이 된 칼 본체(1)에 질산구리, 황산구리 또는 염화구리를 포함한 무기 구리염류 화합물의 수용액과 질산은, 초산은 또는 브롬화은을 포함한 무기 은염류 화합물의 수용액과의 혼합액에 침지시키거나 혼합액을 도포한 후에, 450℃ 이상의 온도에 의해 가열 소결시켜 형성한 항균성 산화은, 산화 구리 피막(3)을 형성한 것이다.

[실시예]

즉, 본 발명의 고경도 질화층(2)을 구비한 칼의 제조 방법은, 세계 대부분의 칼 제조에서 행해지고 있는 제조 수단에 의해 가공을 한 칼 본체(1)를 제조하는 것이고, 즉 외형 형상으로 가공하는 공정은, SUS계 합금 탄소강, 탄소강계 합금강, 질화강계 합금강의 모재인 금속제 강판을 프레스 가공 등의 수단에 의해 적어도 일부에 절삭용 날끝을 가지는 목적의 칼 본체(1)로 형성하는 것으로서, 칼 본체(1)라는 것은, 부엌칼, 나이프, 가위, 커터, 손도끼, 낫, 면도칼, 톱, 도끼, 조각칼, 대패, 끌, 둥근날 커터, 각형날 커터 등이다.

다음, 담금질 경화 처리 공정이라는 것은, 외형 형상에 가공한 칼 본체(1)를 경화시키기 위해 가열 급냉함으로써, 이 공정에 의해 칼 본체(1)는 비커스 값의 최대값으로 Hv 800 이하로 경화한다.

이어서, 표면 연삭 가공 공정이라는 것은, 담금질 경화 처리한 칼 본체(1)에 그라인더 등의 연삭 장치에 의해 표면 연삭 가공으로 상기 목적의 칼이 되도록 형성시키는 동시에, 적어도 일부에 날끝을 형성시키기 위하여, 날끝부에 연삭 가공하고 후술하는 공정이 용이하도록 하는 것이다.

또한, 날끝 형성 연마 가공 공정이라는 것은, 표면 연삭 가공을 한 칼 본체(1)에 예리한 날끝을 형성하기 위해 거친 연마 숫돌 등의 연마 장치에 의해 날끝 형성의 연마 가공하는 것이다.

또한, 날끝 마무리 연마 가공 공정이라는 것은, 상기 날끝 형성 연마 가공을 한 칼 본체(1)의 날끝에 더욱 마무리 연마 숫돌 등의 연마 장치에 의해 예리하고 부드러운 날끝의 표면을 형성하는 것이다.

전술과 같이, 상기와 같이 제조하여 가공이 된 칼 본체(1)는, 일반 가정이나 각종 산업에서 널리 사용되는 것과 대략 동등한 것이지만, 상기 가공이 된 칼 본체(1)의 표면에 표면 질화 가공을 실시하여 고경도 질화층(2)을 형성하는 것으로서, 표면 질화 가공은 플라스마법, 염욕법, 황화 가스법, 이온법 등 공지의 수단에 의해 행한다.

그리고, 고경도 질화층(2)은, 두께 10㎛ 이상 100㎛ 이하의 박막으로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 고경도 질화층(2)의 두께 A가 10㎛이면, 가공이 된 칼 본체(1)의 첨단변의 고경도 질화층(2)의 두께 B는 20㎛로 이루어진 것으로서, 고경도 질화층(2)의 경도는 비커스 경도값 Hv값 1000 이상의 것이고, 즉, 가공이 된 칼 본체(1)의 표면에 고경도 질화층(2)을 형성한 것에 의해, 높은 절단 유지 성능을 구비한 칼이 된다.

또, 고경도 질화층을 구비한 칼의 제조 방법의 다음 실시예에서는, 전술의 최종 날형성 마무리 연마 가공을 실시한 가공이 된 칼 본체(1)에 항균성 산화은,산화 구리 피막(3)을 형성한 것이다.

즉, 고경도 질화층(2)을 구비한 가공이 된 칼 본체(1)를, 질산구리, 황산구리 또는 염화구리를 포함한 무기 구리염류 화합물의 수용액과 질산은 또는 초산은 또는 브롬화은을 포함한 무기 은염류 화합물의 수용액과의 혼합액에 침지시키거나 가공이 된 칼 본체(1)에 상기 혼합액을 도포한 후에 450℃ 이상의 온도에 의해 가열 소결시킨 것이다.

[산업상 이용가능성]

본 발명의 고경도 질화층을 구비한 칼의 제조 방법은, 일반 가정용 또는 업무용의 수동 이기 분야에서 이용할 수 있고, 종래부터 대량으로 제조되고 용이하게 입수할 수 있는 탄소강계, 합금강계의 가공이 된 칼 본체에 표면 질화 가공을 함으로써 표면에 고경도 질화층을 구비한 것으로서, 높은 절단 유지 성능을 가지는 칼이 되는 것으로, 더욱, 고경도 질화층을 구비한 칼의 표면에 산화은, 산화 구리 피막을 소결 형성에 의한 강고한 피막으로서 구비한 것에 의하여, 항균성, 살균성과 내방곰팡이 특성을 가진 것으로, 높은 절단 유지 성능뿐만 아니라 위생 기능에 뛰어난 칼을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 고경도 질화층을 구비한 칼 제조 방법의 실시 예의 칼의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 고경도 질화층을 구비한 칼 제조 방법의 다음 실시 예의 칼의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 칼 본체

2 : 고경도 질화층

3 : 산화은, 산화 구리 피막

Claims

금속제 강판을 적어도 일부에 절삭용의 날끝을 가지는 칼 본체의 외형 형상으로 가공하는 공정과,

상기 외형 형상으로 가공한 칼 본체를 담금질 경화 처리하는 공정과,

상기 담금질 경화 처리된 칼 본체를 표면 연삭 가공하는 공정과,

상기 표면 연삭 가공을 한 칼 본체에 날끝 형성 연마 가공하는 공정과,

상기 날끝 형성 연마 가공을 한 칼 본체를, 또한 날끝 마무리 연마 가공하는 공정과,

상기 날끝 마무리 연마 가공을 한 칼 본체의 표면에 600℃ 이하의 가열 공정을 포함한 표면 질화 가공을 실시하여, 두께 10㎛ 이상 100㎛ 이하의 비커스 경도 Hv값 1000 이상의 고경도 질화층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고경도 질화층을 구비한 칼의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 고경도 질화층을 형성하는 공정 후에 최종 날형성 마무리 연마 가공하는 공정을 더 구비한 것을 특징으로 하는 고경도 질화층을 구비한 칼의 제조 방법.
청구항 2에 있어서,

상기 최종 날형성 마무리 연마 가공을 한 칼 본체에, 질산구리, 황산구리, 또는 염화구리를 포함한 무기 구리염류 화합물의 수용액, 및 질산은, 초산은, 또는 브롬화은을 포함한 무기 은염류 화합물의 수용액의 각각의 수용액 또는 이들 양 수용액의 혼합액에 상기 칼 본체를 침지시키거나 상기 각각의 수용액 또는 이들 양 수용액의 혼합액을 상기 칼 본체에 도포한 후에, 450℃ 이상의 온도에 의해 가열 소결시켜 형성한 항균성의 산화은, 산화 구리 피막을 겹쳐 형성한 것을 특징으로 하는 고경도 질화층을 구비한 칼의 제조 방법.