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합금 귀금속 주얼리 주조결함의 기술적 해결 방법에 관한 연구
정갑주 ( Kap-joo Jung ),안일훈 ( Il-hoon Ahn ) 한국디자인트렌드학회 2019 한국디자인포럼 Vol.24 No.2
연구배경 1980년대 이전의 한국의 귀금속 산업은 금과은을 장신구의 주재료로 제작하여 착용하였으며 부의개념으로 귀금속의 현물 화적, 물질적 가치를 최우선으로 여겼었다. 이러한 사회 인식은 판매점의 사업적 확장성과 마케팅 판촉의 영향으로 80년대 들어서면서 점차 인식이 바뀌게 되는데 그 이유는 경제성장으로 인한 국내 내수경기가 신장하였기 때문이다. 더욱이 80년대 초, 컬러 TV가 국내에 활성화되기 시작하면서 색상과 디자인의 조화로운 장신구들이 필요하게 되었다. 86년 아시안게임, 87년 익산 귀금속보석 사업 단지 조성, 88년 올림픽 개최, 보석 수입 자율화, 창업의 허가제에서 신고제로 전환, 해외여행 자율화 등으로 인해 소비자들의 안목이 글로벌화 되었기 때문이다(박지룡, 2013). 이러한 사회 환경 변화는 국내 귀금속 시장을 크게 활성화하여 귀금속 장신구뿐 아니라 액세서리가 포함된 주얼리 시장으로 확대되었다. 액세서리와 귀금속 장신구의 경계가 불분명해진 만큼 귀금속 장신구도 소품종 소량 생산을 할 수밖에 없는 핸드메이드 시대를 탈피하여 다품종 대량생산이 가능한 캐스팅 시대로 접어들게 되었다. 하지만 이러한 캐스팅 주조 시스템이 도입된 지 오랜 시간이 흘렀지만 아직 주조공법에서 최적의 주조를 할 수 있는 명확한 시스템의 데이터나 기준이 없는 실정이다. 그리고 주조공법에서 일어나는 다양한 결함들을 어떻게 보완해야 하는지에 대해 연구된 바가 없으며, 기술인들에 의해 구전이나 경험으로만 전해져 오고 있다. 따라서 본 연구는 현장에서 자주 발생하는 주조공법에 대한 다양한 결함들을 정리하고, 이러한 결함의 원인을 발견한 후 이들 결함을 보완하는 방법을 연구하고자 한다. 연구방법 주조공법에 대한 보편적인 표본과 형식을 정리하여 쉽게 접근할 수 있으며 완성도 높은 캐스팅 결과물을 얻을 수 있는 환경을 분석하고 결함의 종류와 이들 결함을 보완할 방법을 현장 경험을 토대로 진행하였다. 합금 귀금속 주얼리 주조 결함에 대한 내용으로 주조 실패 시 결함의 내용을 사진을 찍어 첨부 하였으며 주조에 실패한 결과물은 각자 고유의 패턴을 가지게 되는데 결함 원인을 해결하고 난 뒤의 결과물 사진과 비교하여 그에 해당하는 인과관계에 관해 정리하였다. 그리고 현장 업계 종사자들에게 설문 조사한 내용을 바탕으로 최적화된 주조 방식에 대한 내용을 데이터화 하여 가장 많았던 답변과 평균화된 내용을 가지고 실패율이 적고 안정화된 주조 방식에 대해 다루었다. 연구결과 연구에서 얻은 결함의 종류와 주요 결함에 대한 보완 방법 및 권장 사항은 다음과 같다. 첫째, 주조공법의 주요 결함 원인 중 왁스 사출 과정에서 일어나는 결함들로 왁스 사출 시의 결함, 왁스 압력 및 고무 금형 결합 부주의로 일어나는 결함, 왁스 사출후 검토·보완조치 미비로 인한 결함, 왁스 트리 접착 시 부주의로 인한 결함, 왁스 물줄기 결합 미숙으로 인한 결함 등을 실험을 통해 찾아내어 보완 방법을 연구하고 그 결함 해결을 위한 권장 사항을 제시하였다. 둘째, 두 번째 결함으로 석고 매몰 작업과정에서 일어나는 결함들로 석고와 물의 배합비율 오차로 인한 결함, 석고 매몰 과정의 진공 탈랍 과정 미숙으로 인한 결함, 석고 응고시간 조절에 따른 결함 등을 실험을 통해 찾아내어 보완 방법을 연구하고 그 결함 해결을 위한 권장 사항을 제시하였다. 셋째, 주조 온도 조절 실패로 인한 결함으로 전기로에서 왁스 탈랍(소성)을 위한 온도조절 미숙으로 인한 결함, 산소/가스 토치 온도조절 미숙으로 인한 용탕(도가니) 온도 결함, 주조물(개체)의 두께, 폭에 따른 차별화 등 실험을 통해 찾아내어 보완 방법을 연구하고 결함 해결을 위한 권장사항을 제시하였다. 결론 연구를 통해 더욱더 체계화된 최적의 주조 기법을 개발하고 성공적인 제품을 생산하는 것은 고가의 귀금속 특성을 고려할 때 손실률과 시간 절감 효과가 이점으로 부각되어 귀금속 관련 산업의 선순환적 역할에 기여할 것으로 보인다. Background Before 1980s, Korean jewelry industry used gold and silver as the main ingredient of jewelry and prioritized spot and material value of jewelry as the wealth. Such social perception gradually changed in 1980s through business expansion of jewelry shops and marketing promotion. Such change was brought by domestic business condition extended by economic growth. urthermore, in early 1980s, color television became popular in South Korea and various beautiful colors captivated consumers. As a result, jewelry in harmony with color and design became necessary. In addition, Asian Game in 1986, Iksan Jewelry Business Valley establishment in 1987, Olympic in 1988, liberalization of jewelry import, change from license system to report system for business foundation, and liberalization of overseas travel globalized eye of consumers. Such social environment change largely vitalized domestic jewelry market and domestic jewelry market expanded to include not only jewelry but also accessories. As boundary of accessories and jewelry was unclear, jewelry market broke away from handmade measures which is limited to small amount of type and production and entered casting generation which allows various kinds and mass production. However, although many years have passed since the introduction of such casting system, there is no clear data or standard for optimal casting methods. Also, there has been no research on supplementing method for various defects during casting and supplementing method is only passed by oral tradition or experience of technicians. Methods This study aims to organize various defects frequently occurred during casting, discover causes of such defects, and suggest supplementing methods for such defects. Furthermore, this study organized general example and form for casting and analyzed easily accessible environment for high-quality casting result. The study also conducted research on type of defect and supplement method for such defects through field experience. For alloy jewelry casting defect, the study took a picture of defect when casting failed. Then, the study attached the picture and solved the cause of defect since product failed on casting has unique pattern. After solving the cause, the study compared the pictures of defect picture and result picture and organized corresponding casual relationship. The study also created data on optimized casting method based on survey conducted on people involved in jewelry industry at field. Through the survey on the most frequent answer and averaged content, the study covered stable casting method with low failure rate. The study also referred to the fact that different casting data is used based on thickness of the product group. Result Following is the defect type, supplement method for major defect, and recommendation obtained from this study. First, among the causes of major defect on casting, defects occurred during wax injection process were identified. Defect during wax injection, defect due to was pressure and inadequate rubber mold bonding, defect due to insufficient review, supplement measures after wax injection, defect due to careless wax tree glueing, and defect due to unskilled wax stream bonding were found through test. The study researched on supplement method and suggested recommendation for solving such defects. Second, defects occurred during investment mold process were identified. The defect due to mixing ratio difference between gypsum and water, defect due to unskilled vacuum dewaxing during investment mold, and defect due to gypsum setting time control were identified through test. The study researched on supplement method and suggested recommendation for solving such defects. Third, defects occurring due to casting temperature control failure were identified. The defect due to unskilled temperature control for dewaxing(burning) at electric furnace, squeeze casting(melting pot) temperature defect due to unskilled control of oxygen/gas torch, differentiation based on thickness and width of cast(object) were identified through test. The study researched on supplement method and suggested recommendation for solving such defects. Conclusion The research shows that the development of a more systematic optimized casting technique and production of successful products will contribute to the virtuous cycle of the precious metal related industry by taking advantage of the loss rate and time saving effect considering the high precious metal characteristics.
18K White Gold의 백색 색상 개선에 관한 연구
정갑주 ( Kap-joo Jung ),안일훈 ( Ahn Il-hoon ) 한국디자인트렌드학회 2021 한국디자인포럼 Vol.26 No.1
연구배경 1900년대 초반 다이아몬드 광산이 다량 발견되면서 다이아몬드와 잘 어울리는 백색 주얼리의 호황기가 시작되었다. 이로 인해 백금(Pt)을 소재로 한 주얼리는 시간이 갈수록 소비자들의 선호성이 높아졌지만, 백금의 채굴 생산은 감소하여 공급에 차질이 발생하게 된다. 이러한 백금의 대체제로 백금과 비슷한 느낌을 주는 백색 합금 금(白色 合金 金)이 상업적 목적에 의해 개발 유통된 것이 White Gold(이하 WG)의 시초다. 초기의 WG는 합금으로 사용되는 원소 금속의 종류나 함량 등이 일률적이지 않았지만, 차츰 정형화 된 WG 제작 방법이 생겨나게 되는데 그 제작 방법에 따라 니켈(Ni)계 WG와 팔라듐(Pd)계 WG 두 가지로 나눌 수 있다. 하지만 현대에서 제작되는 WG에는 니켈이나 팔라듐이 주로 사용되지 않는데, 니켈은 접촉 알러지 성분을 유발하여 신체에 해로운 영향을 끼치며 팔라듐은 가격이 폭등하여 금과 비슷한 경제적 가치를 가지고 있어 경쟁이 극심한 현대 시장에서 경제적인 가격을 제시 할 수 없기 때문이다. 그럼에도 불구하고 일부 명품 브랜드 주얼리 기업에서는 WG 주얼리에 팔라듐이나 백금을 알로이 합금 재료로 사용하여 제작하기도 한다. 이러한 방식으로 제작 된 WG는 맑은 백색을 가지게 되는데 변색의 우려가 없으며 백색 색상 도금을 하지 않아도 꾸준히 백색 색감이 유지되므로 과거의 방식을 고수한 명품 브랜드들이 재료비 상승에도 불구하고 스스로의 가치를 지켜온 것이라 볼 수 있다. 연구방법 과거의 국내 팔라듐계 WG 합금 비율은 4:4:2 비율로 금 40%, 팔라듐 40%, 은과 백금 등 기타 금속의 합 20%로 제작 되었는데 주조기법이 활성화되기 이전으로 핸드메이드 방식으로 제작하고 백색 도금으로 마무리하여 판매해왔다. 이러한 방법을 기반으로 도금이 필요 없는 WG를 개발하되, 경제적 가치를 고려한 합금 알로이를 제작하고자 하였다. 40%의 금으로 제작 된 합금은 9~10K정도 되지만 본 연구에서는 가장 보편적이고 주얼리 소재로 적합한 18K 함량 한 가지에 대한 백색 색상에 대해 연구하고자 하였다. 18K는 75%의 금이 주소재이므로 나머지 25%의 알로이가 백색 색상 개선에 관한 실험 연구이다. 백색 색상을 간섭하는 금속 원소들을 최대 15%까지 알로이로 합금하여 백색 색상 개선이 이루어졌는지를 비교 분석 하였으며 그중 색상 개선이 이루어진 개체는 연마 과정을 통해서 실제 주얼리 제작시 가공에 이상이 없는지, 시간이 지날수록 변색이 일어나는지, 광내기 작업 후에도 백색 광택이 꾸준히 유지되는지 연구 하였다. 또한 고가의 알로이 재료가 사용 될 경우 경제성을 고려하여 알로이 함량을 차츰 줄여가며 제작하고, 만들어진 개체들을 비교분석 하여 최소한의 가치로 최대의 효과를 거둘 수 있는 황금비율을 제시하였다. 연구결과 고가의 알로이로 인한 합금 자체의 고비용과 그로 인한 제품 가격 증대라는 단점도 존재하지만 색상개선을 통해 주얼리 제품 자체의 품질이 향상되고 불필요한 도금 지출 비용을 줄이면 소매점에서 귀금속 상품 진열에 대한 안정성을 높일 수 있게 되며, 저가의 기존 WG와 고가의 WG라는 새로운 색상의 라인업을 구성 할 수 있게 될 것이다. 무엇보다 WG의 변색으로 인한 판매상의 부득이한 해명이 필요치 않아 판매성과를 높일 수 있으며 변색이 발생하지 않으므로 소비자들의 불만이 해소되어 더욱 다양한 WG 주얼리 구매에 거부감이 없어지게 될 것이다. 결론 연구의 결과로 나타난 이로운 효과는 주얼리 시장 경제에 많은 도움이 될 것으로 기대가 되며, 주얼리 제조업계를 비롯한 도ㆍ소매 유통업계 등 모든 주얼리 분야에 경제적 선순환 역할을 하게 될 것으로 기대한다. Background White color jewelrys can be said to have been booming since a large number of diamond mines were discovered in the early 1900s. However, while demand for platinum increases over time, the production of platinum decreases, causing disruptions in supply. White gold, which is similar to platinum, is developed and distributed for commercial purposes when such a platinum substitute is desperately needed. Early white gold was not uniform in the type and content of elemental metals used as alloys, Gradually, the production method of standardized white gold will be created. According to the production method, it can be divided into nickel-based white gold and palladium-based white gold. However, nickel and palladium are not commonly used in modern white gold. Nickel causes contact allergens to cause harmful effects on the body, and palladium has soaring prices that have similar economic value to gold and cannot offer economic prices in a highly competitive modern market. Nevertheless, some luxury brand jewelery companies use palladium or platinum as alloy alloys in white gold jewelry. White gold produced in this way will have a clear white color without worry of discoloration. The white color is steadily maintained even without white plating, which means that luxury brands have kept their values. Methods In the past, the palladium-based white gold alloy ratio was 4: 4: 2, which was made of 40% of gold, 40% of palladium, and 20% of other metals such as silver and platinum. Based on this method, white gold without plating was developed. And alloy alloy considering economic value was intended. Alloys made of 40% gold range from 9 to 10K, but this study attempted to study the white color of one of the most popular and jeweled 18K content. Since 18K is 75% gold, the remaining 25% alloy is the main experimental study on white color improvement. Several metal elements that induce white color are selected and alloyed with alloys up to 25%, the maximum ratio, to compare white color improvement. Among them, the subjects whose color improvements were made were studied whether or not there was any abnormality in the processing of the actual jewelry, the discoloration occurred over time, and whether the white luster was maintained even after the polishing operation. In addition, when expensive alloy material is used, it is produced by gradually reducing the alloy content in consideration of economical efficiency. By comparing and analyzing the created objects, the golden ratio that can achieve the maximum effect with the minimum value is presented. Result Such research has disadvantages such as the high cost of alloys due to expensive alloys and the resulting increase in product prices, but color improvement can improve the quality of jewelry products and reduce unnecessary plating expenses. The retailer will be able to increase the stability of the display of precious metal products and will be able to construct a new color lineup of low priced existing white gold and expensive white gold. First of all, the seller's excuses due to the discoloration of white gold are unnecessary. It can improve sales performance and resolve dissatisfaction with consumers due to no discoloration. Consumers will also buy more jewelry. Conclusion The beneficial effects of these studies are expected to be of great benefit to the jewelry market economy. It is expected to play an economic virtuous circle in all jewelry sectors, including the jewelry manufacturing industry and the wholesale and retail distribution industry.