금속구조물의 표면처리의 가장 큰 목적은 도재와 금속의 결합을 위해 가장 최대한의 효과를 나타낼 수 있도록 금속표면에 적절한 산화막을 형성하고, 금속면의 적절한 표면의 형태를 만들며 도재소성 중의 다양한 열처리 및 연삭, 세정과정 중에 도재에 기포발생이 되지 않도록 하는 작업입니다. 도재와 금속 간의 결합 기전은 앞서 설명한 내용이 있지만 화학적 결합 및 물리적 결합이 있지만 기계적인 결합도 중요합니다. 기계적인 결합을 만들 수 있는 기술적인 측면 즉 주조후 나온 금속 구조물을 어떻게 다듬고 다루느냐에 따라 도재용착주조관의 제작 과정에 있어 도재와 금속 간의 결함을 줄일 수 있는지에 대해 알아보도록 하겠습니다.
금속 구조물 표면의 연삭
금속 구조물 표면의 연삭이라 함은 주조후 표면에 남아있는 매몰재, 작은 기포, 불안정한 산화막 등을 제거하고 주조체를 디자인했던 모습으로 삭제하며 도재가 올라갈 수 있는 충분한 공간을 만들고 두께를 조정하는 과정 등을 말합니다. 표면을 다듬는 과정을 통해 기계적인 결합을 유도할 수 있으나 오히려 잘못된 과정은 주조체의 변형 및 도재의 기포 발생을 야기시킬 수 있습니다. 다양한 형태의 버를 이용하여 주조체의 두께를 줄이고 원하는 형태로 만든 후 일률적으로 주조체를 다듬어 주도록 합니다. 이때 치축방향으로 다듬는 것이 아니라 근원심 방향으로 삭제하며 일률적 이도록 합니다. 다듬으면서는 예각이 없도록 만들어 주어야 하며 오염되지 않도록 주의하도록 합니다. 또한 마진 부위의 두께를 줄이려 다양한 버를 이용하여 과도한 힘이나 압력을 가해 변형되지 않도록 유의하여야 합니다. 마진부위에는 도재가 올라갈 충분한 공간이 없기에 최소의 메탈 두께를 확보하는 데 이때 변형이 올 수 있으니 주의하여야 합니다. 다양한 버를 통해 주조체 표면을 다듬고 난 후에는 Sandblasting 하여 연삭과정 중 발생한 오염물을 제거하고 미세한 요철면을 형성함으로써 도재와의 결합력을 증가시키도록 합니다. 대체적으로 alumina가루를 이용하여 4 bar정도의 압력으로 골고루 분사하도록 합니다.
금속 구조물의 세정
연삭 후 금속면에 남아있는 연삭재의 미세한 입자나 술자의 손에 있던 유성물질 제거등을 목적으로 시행하도록 합니다. 과거 gold를 이용하여 pfg를 많이 제작하던 시기에는 불산을 이용하여 세정하였으나 메탈이 주재료인 pfm에서는 시행하지 않습니다. (불산을 사용할 때는 마스크와 장갑을 착용하여야 하며 인체에 상당히 유해한 물질이므로 주의가 필요한 재료입니다.) 메탈이 주재료인 pfm에서는 알코올을 통한 세정을 하도록 합니다. 물론 알코올 말고도 다양한 재료가 있으나 구하기 쉬운 재료인 알코올을 이용하여 초음파 세척기에 담가 세정하도록 합니다. 그 후 스팀클리너로 금속 구조물에 남아있는 이물질이 없도록 깨끗하게 세정하도록 합니다.
Degassing
Degassing이란 도재와 금속의 결합에 중요한 역할을 하는 Sn, In, Fe과 같은 미량원소의 산화막을 형성하고, 금속구조물의 표면에 기포를 감소시키며 금속이 갖고 있던 stress를 제거하는 역할을 합니다. Degassing 온도는 보통 도재소성온도 보다 높은 온도 (약 20~30도 정도)에서 시행하도록 하며 비귀금속 합금의 경우 계류하지 않고 즉시 muffle밖으로 꺼내도록 합니다. 물론 술자의 경험에 의해 다양한 방법의 degassing이 존재하기도 하며 싱글의 경우 degassing 없이 작업할 수 도 있습니다. 하지만 싱글이 아닌 브릿지의 경우 degassing은 꼭 필요한 작업입니다. 메탈제조회사의 메뉴얼을 따르는 게 좋고 사용하는 파우더 회사의 메뉴얼 중 degassing 과정을 참조하여 도재 작업 중 기포나 크랙이 발생하지 않도록 합니다.
금속 구조물과 도재의 결합에 있어서 화학적 결합과 물리적 결합은 술자가 다룰 수 없는 형태의 결합으로 메탈과 도재 파우더 선택 시 그보다 도재파우더 선택 시 추천하는 메탈을 사용하여 도재 작업 중 생길 수 있는 문제를 최소화하도록 하여야 하며 기계적 결합은 화학적 결합과 물리적 결합에 더불어 더 강한 결합이 될 수 있는 술자가 다룰 수 있는 형태의 결합입니다. 도재용착주조관을 만드는 과정에 있어서 모든 작업이 중요하지만 금속 구조물의 표면 처리 과정을 소홀히 했다가는 도재 완성 시 크랙이나 기포를 발견할 수 있습니다. 그렇기 때문에 반드시 지켜야 하는 제일 중요한 과정이라 할 수 있습니다.