KR100300938B1 - 철기초분말조성물및그의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해면철 분말과 경질상 재료로 이루어진 미세하게 연마된 분말을 제조하기 위한 방법 및 이 방법에 의해서 만들어진 조성물을 제공하려는 것이다.
Description
제1도 내지 제4도는 본 발명의 조성물의 분말 혼합물에 따른 분쇄 입자 크기와 밀링 시간 관계를 도시한 그래프이다.
본 발명은 경질상 재료(hard-phase material)를 포함하는 철기초 분말 조성물(iron-based powder composition)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 본 발명은 해면철 기초 분말 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 미세하게 분할된 분말재료를 준비하여 이를 압축소결된 제품을 제조하는데 사용할 수 있다. 최종제품의 원하는 성질들은 경질상 재료의 선택에 의해서 결정된다. 소결된 제품의 성질들은 첨가제에 의해서 영향을 받을 수 있는데, 이러한 첨가제는 본 발명에 따른 분말 조성물에 포함된다.
경질상 재료를 함유하는 철기초 분말 재료로는 튐러() 등이 저술한 논문{국제 분말 야금학(Powder Metallurgy International), vol. 23, No. 5, 1991, pp 285-290}에 개시되어 있다. 이러한 철기초 분말 재료를 제조하기 위해서는, 사용된 철함유 개시 재료가 철분말이나 카보닐 철로 분무화된다. 철분말 또는 카보닐 철은 경질상 재료에 의해서 분쇄되는 경우, 고 내마모성을 갖는 소결 제품을 제조하는데 사용될 수 있는 기계적으로 합금화된 분말을 제공한다.
만약에 분무화된 철이나 카보닐 철이 경질상 재료에 의해서 함께 분쇄되는 개시 재료로서 해면철로 대체되는 경우에, 공지된 분말과 같은 유용한 성질을 갖는 분말을 제조할 수 있다. 이러한 장점 이외에, 해면철은 분무화된 철 및 카보닐 철 보다 값이 저렴하다. 본 발명에 따른 분말 조성물은 상기한 공지된 분말 조성물을 제조할 때 보다 에너지 소비가 감소되고 보다 간단한 분쇄 과정을 거쳐서 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 해면철 분말, 경질상 재료의 분말, 및 선택적인 합금 성분들은 강이나 세라믹 재료로 이루어진 볼들을 함유하는 볼 밀(ball mill)과 같은 밀링 장치에서 혼합된다. 분말과 볼을 함유하는 밀용기는 헵탄, 알코올, 시클로헥산 또는 물과 같은 액체로 채워지고, 분산제가 액체에 선택적으로 첨가되는데, 이러한 밀 용기는 질소 가스 또는 다른 불활성 가스로 채워진 후에 밀봉된다. 밀 용기는 원하는 입자 크기 및 원하는 입자 크기 분포가 얻어질 때까지 회전된다. 밀링 장치의 다른 예로는 마찰식 밀 또는 진동식 밀을 들 수 있다.
본 발명에서 사용된 형태의 분쇄 방법은 독일 특허공보 제 1,905,764호에 개시되어 있다. 그러나, 이 공보는 경질상 재료를 첨가하지 않고 단지 금속만의 분쇄에 관한 것으로서, 1 g/㎤ 이하의 분말 밀도와 적어도 1㎡/g 의 표면적을 갖는 입자들이 산출된다. 본 발명의 개념에 따르면, 이러한 입자들이 경질상 재료의 입자들과 혼합되는 경우에 부적당한 압축성을 갖는 분말이 얻어진다는 것을 알 수 있다. 만약, 다른 한편으로 해면철 분말의 분쇄가 경질상 분말의 존재 하에서 이루어지면, 미세한 분말이 얻어지는데, 이러한 미세한 분말은 선택적으로 통상적인 괴상화 과정 후에 압축 및 소결 제품을 제조하는데 매우 적합하며, 경질상 재료의 존재로 인하여 바람직한 성질을 가질 것으로 기대된다. 또한, 소결 공정 그 자체의 관점에서 보면, 새로운 분말들은 종래의 분말 조성물에 비해서 가치있는 장점들을 제공할 것으로 기대된다.
개시 재료로서 적합하게 사용되는 해면철 분말은 90㎛의 평균 입자 크기를 갖는 NC 100.24 또는 M 100 과 같은 상업적으로 이용가능한 어닐링되거나 비어닐링된 해면철 분말이다. 이러한 분말들은 스웨덴 왕국의 법인체인 회가내스 아베(AB)에 의해서 시판되고 있다. 본 발명은 이러한 평균 입자 크기를 갖는 분말들로 제한되지 않으며, 더 크고 작은 크기의 분말들이 사용될 수 있다.
분쇄의 정도는 개시 재료의 형태 및 입자 크기에 따라서 변하고, 각각의 경우에 적당하게 결정된다. 약 90㎛의 평균 입자 크기를 갖는 NC 100.24 또는 M 100을 사용하는 경우에, 약 60㎛, 바람직하게는 약 50㎛의 평균 입자 크기로 분쇄될 때 바람직한 결과가 얻어진다. 일반적으로, 작은 입자 크기들은 소결의 견지에서 볼 때 바람직하다. 그러나, 압축성이라는 견지에서 볼 때에는 바람직하지 못하다. 어떤 경우에 있어서, 분쇄를 통해서 얻어진 분말의 괴상화는 만족할만한 압축성을 달성하기 위해서 바람직할 수도 있다.
경질상 재료는 NbC, TiN, TiC, Al2O3, SiC, Cr3C2, VC, MO2C, 및 WC 와 같은 상업적으로 유용한 경질상 재료들로부터 선택될 수 있다. 분쇄 조성물 내의 경질상 재료의 양은 약 80부피% 이하이다.
본 발명에 따르면, 분쇄용 합금 첨가제들이 또한 분쇄 과정의 전후에 분말 조성물에 첨가될 수 있다. 합금 첨가제들의 예로서는 Ni, Mo, Mn, Cr, Cu, Si, V, Ti, P, Fe3P, 및 C이다.
본 발명은 다음의 실시예를 통해서 상세하게 설명될 것이며, 본 발명이 결코 이러한 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
210mm의 직경과 250mm의 길이를 갖는 볼 밀에 12000g, 4mm 직경의 강제 볼들과 1200g의 분말 혼합물(철분말, 경질상 분말, 및 선택적으로 분말 형태의 합금 첨가제들을 포함하는 혼합물)을 장입하였다. 밀은 2000g 의 n-헵탄 및 질소 가스로 채워졌다. 이후, 밀을 밀봉하고, 59rpm의 속도로 회전시켰다. 이에 의해, 다음의 분말 혼합물들이 분쇄되었다.
NC 100.24 + 5.4% Al2O3(10부피%의 Al2O3)
ASC 100.29 + 5.4% Al2O3(10부피%의 Al2O3)
NC 100.24 + 9.7% NbC (10부피%의 NbC)
ASC 100.29 + 9.7% NbC (10부피%의 NbC)
NC 100.24 + 20% INCO 123(Ni) + 5% Al2O3
ASC 100.29 + 20% INCO 123(Ni) + 5% Al2O3
NC 100.24 + 20% INCO 123(Ni) + 5% Al2O3+ 3.75% Fe3P
ASC 100.29 + 20% INCO 123(Ni) + 5% Al2O3+ 3.75% Fe3P
NC 100.24로 지정된 분말은 회가내스 아베에 의해 시판중에 있으며, 105㎛의 평균 입자 크기를 갖는 해면철 분말이다.
ASC 100.29로 지정된 분말은 회가내스 아베에 의해 시판중에 있으며, 105㎛의 평균 입자 크기를 갖는 분무화된 철분말이다.
Al2O3과 NbC는 5㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 경질상 재료로서 첨가된다. 5㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 Fe3P와 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 니켈과 같은 INCO 123은 합금 성분으로서 첨가된다.
제 1 도 내지 제 4 도를 참조하면, 분무화된 분말 ASC 100.29가 분쇄 과정 동안 경질상 재료와 함께 혼합될 때, 제한된 범위로만 분쇄되게 하고, 즉 분쇄 시간을 증가시켜도 입자 크기가 작아지지 않지만, 본 발명에 따른 해면철 분말 NC 100.24가 사용되는 경우에는 분쇄 시간을 증가시킴에 따라 입자 크기가 작아진다는 것을 알 수 있다.
Claims (8)
- 철기초 분말 조성물에 있어서, 분쇄 과정 동안에 혼합되는 해면철 분말 및 경질상 재료 분말을 포함하며, 상기 경질상 재료의 함유량이 80부피% 이하인 것을 특징으로 하는 철기초 분말 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 경질상 재료로서 NbC, TiN, TiC, Al2O3, SiC, Cr3C2, VC, MO2C, 및 WC로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 철기초 분말 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 첨가제로서 Ni, Mo, Mn, Cr, Cu, Si, V, Ti, P, Fe3P, 및 C로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나이상의 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철기초 분말 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 60㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 철기초 분말 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 괴상화된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 철기초 분말 조성물.
- 분쇄 과정 동안에 혼합되는 해면철 분말 및 경질상 재료 분말을 포함하는 철기초 분말 조성물을 제조하기 위한 방법에 있어서, 액체를 함유하고 있는 밀링 장치 내에서 불활성 분위기 하에서 해면철 분말, 경질상 재료 분말, 및 임의의 합금 첨가제를 혼합하는 단계와, 원하는 입자 크기 및 입자 크기 분포가 얻어질 때까지 상기 혼합물을 분쇄하는 단계와, 그리고 분쇄된 재료를 분리 및 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 액체가 헵탄, 알코올, 시클로헥산, 또는 물, 또는 이들의 혼합물로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 혼합물을 분쇄하는 단계가 볼 밀 내에서 질소 분위기 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
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