KR100696312B1 - 소결 부품을 제조하기 위한 소결성 금속 분말 혼합물 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 충분한 강도뿐만 아니라 높은 경도를 갖는 부품을 제조할 수 있는 소결 부품, 특히 자동차 제작용 소결 부품을 제조하기 위한 소결성 분말 혼합물을 제공하는 것이다. 그러한 목적을 달성하기 위해, 분말 혼합물의 총량을 기준으로 하여 60 내지 98.5 중량 %가 금속 및/또는 그 합금으로 이루어진 Al계 분말을 함유하고, 금속 및/또는 그 합금은 Al계 분말의 총량을 기준으로 한 중량 백분율로 Al, 0.2 내지 30 중량 %의 Mg, 0.2 내지 40 중량 %의 Si, 0.2 내지 15 중량 %의 Cu, 0.2 내지 15 중량 %의 Zn, 0.2 내지 15 중량 %의 Ti, 0.2 내지 10 중량 %의 Sn, 0.2 내지 5 중량 %의 Mn, 0.2 내지 10 중량 %의 Ni, 및/또는 1 중량 % 미만의 As, Sb, Co, Be, Pb 및/또는 B를 함유하고, 분말 혼합물의 총량을 기준으로 하여 금속 분말의 0.8 내지 40 중량 %는 Mo, W, Cr, V, Zr 및/또는 Y로 이루어진 제1 그룹의 금속 및/또는 그 합금으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 분말 혼합물을 제공한다.

분말 혼합물, 소결 부품, Al계 분말, 성형체, 윤활제, 강도, 경도

Description

소결 부품을 제조하기 위한 소결성 금속 분말 혼합물{SINTERABLE METAL POWDER MIXTURE FOR THE PRODUCTION OF SINTERED COMPONENTS}

본 발명은 소결 부품, 특히 자동차 제작용 소결 부품을 제조하기 위한 Al 분말 기반의 소결성 분말 혼합물, 그로부터 제조된 소결 부품, 및 그러한 유형의 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

알루미늄은 그 특수한 특성에 입각하여 특히 항공기 산업 및 자동차 산업에서 선호되는 재료이다. 알루미늄 또는 알루미늄 함유 재료로 제조된 부품은 예컨대 주철로 제조된 통상의 부품에 비해 현저히 더 가볍다. 그러한 중량 감소에 의해, 예컨대 자동차에서는 효율의 상승, 연료 소비의 감소, 및 배기 가스 수치의 개선이 얻어질 수 있게 된다.

바람직한 자동차의 중량 감소 과정 중에서 알루미늄을 자동차 부문에 적용하려는 요구가 증대되고 있다. 그 때문에, 예컨대 엔진 제작 및 트랜스미션 제작에서는 지금까지 부품에 사용되던 강(또는 주철 부품)을 알루미늄 부품 또는 알루미늄을 사용하여 제조된 부품으로 대체하고 있다. 강 부품 또는 주철 부품을 알루미늄 부품과 조합시킬 경우에는 재료의 상이한 물리적 거동으로 인해 문제점이 생기기 때문에, "고전적인" 강 부품 또는 주철 부품을 최대한으로 많이 알루미늄을 사 용하여 제조된 부품으로 대체하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 그럼으로써 열팽창 계수, 열전도도, 탄성 특성 등에 있어서의 사용된 재료의 차이로 인해 생기는 문제점이 회피되기 때문이다. 알루미늄을 사용하여 제조된 서로 맞춰진 부품을 사용함으로써, 매우 높은 효율도 구현되게 된다.

특히, 다수의 엔진 부품, 커플링 부품, 및 트랜스미션 부품은 분말 야금에 의해 제조되기 때문에, 분말 혼합물을 제조하는 것과 알루미늄 부품을 분말 야금에 의해 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 많은 관심이 모아지고 있다. 알루미늄을 사용하여 분말 야금에 의해 부품을 제조함에 있어서의 단점은 특히 알루미늄과 그 합금이 공기 접촉시에 매우 안정된 금속 산화물로 피복된다는 것이다. 그로 인해, 무엇보다도 비표면적이 증가된다. 사용되는 알루미늄 함유 재료상에 있는 산화물 표피는 소결에 필요한 사용되는 분말 재료의 입자의 확산을 방해한다. 또한, 알루미늄 함유 재료로 제조된 부품은 강 또는 주철로 제조된 부품에 비해 감소된 강도 값, 특히 낮은 경도를 나타낸다. 아울러, 알루미늄 함유 재료상에 있는 산화물 표피는 통상의 가압 성형 과정에서 입자의 상호 냉간 접합을 방해한다.

그에 따라, 분말 야금에 의해 잘 가공될 수 있고, 우수한 강도 및 높은 경도를 갖는 부품을 분말 야금에 의해 제조할 수 있도록 하는 재료인 소결성 분말 혼합물이 요구되고 있다. 또한, 그러한 유형의 알루미늄 함유 소결성 분말 혼합물의 분말 야금 가공 방법도 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술된 단점을 나타내지 않는 분말 혼합물, 그 분 말 혼합물로 제조된 부품, 및 그에 상응하는 방법을 제공하는 것이다.

그러한 목적은 본 발명에 따라 분말 혼합물의 총량을 기준으로 하여 60 내지 98.5 중량 %, 바람직하게는 75 내지 92 중량 %가 금속 및/또는 그 합금으로 이루어진 Al계 분말을 함유하며, Al계 분말은 Al과 필요에 따라 Al계 분말의 총량을 기준으로 한 중량 백분율로 다음의 금속, 즉 0.2 내지 30 중량 %의 Mg, 0.2 내지 40 중량 %의 Si, 0.2 내지 15 중량 %의 Cu, 0.2 내지 15 중량 %의 Zn, 0.2 내지 15 중량 %의 Ti, 0.2 내지 10 중량 %의 Sn, 0.2 내지 5 중량 %의 Mn, 0.2 내지 10 중량 %의 Ni, 및/또는 1 중량 % 미만의 As, Sb, Co, Be, Pb 및/또는 B 중의 하나 이상을 함유하고, 분말 혼합물의 총량을 기준으로 하여 금속 분말의 0.8 내지 40 중량 %, 바람직하게는 8 내지 15 중량 %가 Mo 및/또는 W로 이루어진 제1 그룹의 금속 및/또는 그 합금으로부터 선택되는 소결 부품, 특히 자동차 제작용 소결 부품을 제조하기 위한 소결성 분말 혼합물에 의해 달성된다.

Mo 및/또는 W로 이루어진 제1 그룹의 금속 및/또는 그 합금을 첨가함으로써, 그러한 분말 혼합물에 의해 매우 높은 경도를 나타내는 부품이 분말 야금에 의해 제조될 수 있게 된다. 제1 그룹의 금속 및/또는 그 합금으로부터 선택된 분말로 제조되는 부품의 경도 값은 그러한 제1 그룹의 금속 및/또는 그 합금을 첨가하지 않은 것의 경도 값에 비해 5 내지 35 %, 바람직하게는 10 내지 25 %정도 상승된다. 특히, 제1 그룹의 금속 및/또는 그 합금을 Al계 분말에 첨가함으로써, 무엇보다도 가압 성형 과정 동안, 특히 재압축에 의해 발생되는 입자의 상호 냉간 접합이 개선되게 된다. 그럼으로써, 궁극적으로 개별 소결 과정 동안 개별 입자의 확산도 개선되어 높은 강도 값과 높은 경도를 갖는 부품을 얻게 된다.

또한, 소결성 분말 혼합물은 Cu, Sn, Zn, Li 및/또는 Mg로 이루어진 제2 그룹의 금속 및/또는 그 합금을 함유하는 것이 바람직하다. 그러한 제2 그룹의 금속 및/또는 그 합금의 첨가는 특히 가압 성형 과정 동안, 특히 재압축 동안 Al계 분말에 의해 합금 및/또는 금속간 상이 형성되도록 하는 것으로 추정된다. 그럼으로써, 사용되는 Al계 분말의 표면 상에 산화물 표피가 형성되는 것이 저지되게 된다. 부가적으로, 제2 그룹의 합금 및/또는 그 합금은 고유의 소결 과정 동안 적어도 부분적으로 소결 온도에서 적어도 부분적인 액상 상태로 전이되고, 그럼으로써 특히 제1 그룹의 금속 및/또는 그 합금이 Al계 분말에 접합되는 것을 개선시킨다.

분말 혼합물 중에서의 제2 그룹의 금속 및/또는 그 합금의 양에 대한 제1 그룹의 금속 및/또는 그 합금의 양의 비는 중량 분율로 1:8 내지 15:1의 범위에 있는 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 것은 그 비가 중량 분율로 2:1 내지 6:1의 범위에 있는 것이다. 그러한 혼합비에서는 제1 그룹의 금속 및/또는 그 합금이 Al계 분말에 최대한으로 접합되는 것이 구현된다. 그럼으로써, 그러한 분말 혼합물에 의해 높은 경도를 갖는 부품이 얻어질 수 있게 된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구성에서는 Al계 분말이 Al계 분말의 총량을 기준으로 하여 Al 이외에도 0.2 내지 15 중량 %의 Mg, 0.2 내지 16 중량 %의 Si, 0.2 내지 10 중량 %의 Cu, 및/또는 0.2 내지 15 중량 %의 Zn을 함유한다. 또한, Cu, Zn, 및/또는 Sn으로 이루어진 제2 그룹의 금속 및/또는 그 합금을 함유하는 것이 바람직하다.

소결성 분말 혼합물은 분말 혼합물의 총량을 기준으로 하여 0.2 내지 5 중량 %의 양으로 된 윤활제를 함유하는 것이 바람직하다. 그 경우, 예컨대 MoS₂, WS₂, BN, MnS와 같은 자기 윤활성 제제와 흑연 및/또는 코크스, 분극 흑연 등과 같은 다른 탄소 개질물이 윤활제로서 제공된다. 1 내지 3 중량 %의 윤활제를 소결성 분말 혼합물에 첨가하는 것이 바람직하다. 그러한 윤활제를 사용함으로써, 소결성 분말 혼합물로 제조된 부품에 자기 윤활성 특성이 전해질 수 있게 된다.

또한, 소결성 분말 혼합물은 접합제 및/또는 감마제를 함유할 수 있다. 그러한 접합제 및/또는 감마제는 폴리비닐아세테이트, 왁스, 특히 에틸렌비스스테아로일아미드와 같은 아미드 왁스, 셸락, 폴리알킬렌옥사이드 및/또는 폴리글리콜을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 폴리알킬렌옥사이드 및/또는 폴리글리콜은 평균 분자량이 100 내지 500,000 g/mol, 바람직하게는 1,000 내지 3,500 g/mol, 더욱 바람직하게는 3,000 내지 6,500 g/mol인 중합체 및/또는 공중합체로서 사용되는 것이 바람직하다. 그러한 제제는 각각 분말 혼합물의 총량을 기준으로 하여 약 0.01 내지 12 중량 %, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량 %, 더욱 바람직하게는 0.6 내지 1.8 중량 %의 범위에 있는 양으로 투여되는 것이 바람직하다. 접합제 및/또는 감마제는 소결성 분말 혼합물로 제조된 부품을 가압 성형 몰드로부터 빼내는 것을 용이하게 해준다.

분말 혼합물은 요동 믹서와 같은 통상의 장치에 의해 열기(열간 혼합) 중에서는 물론 실온(냉간 혼합)에서 개별 성분을 혼합함으로써 제조될 수 있는데, 그 경우에 열간 혼합이 바람직하다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법대로 제조되는 소결 부품에 관한 것이다. 그러한 유형의 본 발명에 따른 소결 부품은 통상의 방법에 의해 제조된 소결 부품보다 현저히 더 높은 강도 값 및 경도를 나타낸다. 본 발명에 따른 소결 부품은 DIN EN 10002-1에 따라 측정된 140 N/㎟ 이상의 인장 강도를 나타내는 것이 바람직하다. 인장 강도는 200 N/㎟를 넘는 것이 바람직하고, 300 N/㎟를 넘는 것이 더욱 바람직하다. 본 발명에 따른 소결 부품은 DIN EN 10002-1에 따라 측정된 70 kN/㎟ 이상의 탄성 계수를 나타내는 것이 바람직한데, 그 탄성 계수는 80 kN/㎟보다 더 큰 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 소결 부품은 또 다른 바람직한 구성에서는 DIN EN 24498-1에 따라 측정된 100 이상의 경도(HB 2.5/62.5 ㎏)를 나타낸다. 경도는 110보다 더 큰 것이 바람직하고, 125보다 더 큰 것이 더욱 바람직하다.

또 다른 바람직한 구성에서는 소결 부품이 톱니바퀴, 펌프 휠, 특히 오일 펌프 휠, 커넥팅 로드 및/또는 로터 세트로서 형성된다.

본 발명의 의미에서의 소결 부품이란 완전히 소결성 재료로 제조된 부품을 의미하고, 다른 한편으로는 복합 부품을 의미하기도 하는데, 그러한 복합 부품의 주 몸체는 예컨대 알루미늄 함유 분말 혼합물로 제조될 수 있고, 주 몸체에 결합되는 다른 몸체는 다른 재료, 예컨대 소결된 또는 괴상의 강 또는 주철이나 괴상의 알루미늄 주물로 제조될 수 있다. 그와는 반대로, 복합 부품은 예컨대 단부 면 또는 그 측면에만 알루미늄 함유 분말 혼합물로 이루어진 소결 층을 구비하는 한편, 주 몸체가 예컨대 소결된 또는 괴상의 강 또는 주철로 이뤄질 수도 있다. 그 경우, 소결 부품은 교정되고/교정되거나 열기 중에서 시효 경화될 수 있다.

끝으로, 본 발명은 본 발명에 따른 분말 혼합물로 소결 부품뿐만 아니라 복합 부품까지 제조하는 방법에 관한 것인데, 그러한 제조 방법은

- 제1 몰드에 분말 혼합물을 넣는 제1 단계;

- 분말 혼합물을 성형체(green body)로 가압 성형하는 제2 단계;

- 성형체를 적어도 부분적으로 재압축하는 제3 단계; 및

- 재압축된 성형체를 소결하는 제4 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법은 고유의 소결 과정 전에 이미 제3 단계에서 얻어지는 높은 밀도에 의해 한편으로 탁월한 강도 값을 나타내고, 다른 한편으로 특히 높은 밀도 및 경도까지 나타내는 부품을 제조할 수 있다는 장점을 갖는다. 특히, 본 발명에 따른 방법대로 행하는 재압축에 의해, 소결 단계에 이어지는 통상의 재가공 단계, 예컨대 교정 및/또는 열기 중에 방치하는 것에 의한 시효 경화가 현저히 단축될 수 있든지, 아니면 경우에 따라서는 통상의 재가열 또는 교정이 생략될 수도 있게 된다. 그와 같이 전체의 공정이 단축됨으로써, 생산성 향상 및 그에 따른 경제적 이득이 얻어지게 된다.

본 발명에 따른 방법의 제3 단계의 재압축에 의해, 바람직하게도 사용되는 재료의 표면 상에 있는 산화물 표피가 기계적으로 파괴되어 가압 성형 과정 동안 보다 더 우수한 냉간 접합이 얻어지는 것이 구현된다. 또한, 그럼으로써 고유의 소결 공정에서 개별 재료 입자의 확산도 개선된다. 그에 따라, 높은 강도 값과 특히 매우 높은 경도를 갖는 부품이 얻어질 수 있게 된다. 본 발명에 따른 방법의 제2 및 제3 단계에서 행하는 가압 성형 과정은 특히 전술된 제제, 특히 폴리 글리콜의 첨가 하에 고온(열간 가압 성형)에서 행해질 수 있지만, 실온(냉간 가압 성형)에서도 행해질 수 있고, 진동 압축으로서도 행해질 수 있다. 여기서, 진동 압축이란 가압 성형 과정 동안 적어도 일시적으로 진동을 가압 성형 과정에 중첩시키되, 진동을 하나 이상의 가압 성형 스탬프를 경유하여 도입할 수 있는 방법을 의미한다. 전술된 가압 성형 방법을 조합시키는 것도 가능하다. 소결성 재료는 분말 또는 금속 혼합물, 특히 예컨대 크롬/니켈 강과 같은 강, 청동, 해스텔로이(Hastelloy)와 같은 니켈계 합금, 인코넬(Inconel), 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 규화물 등과 같은 금속 분말 및/또는 세라믹 분말과 특히 알루미늄 함유 분말 또는 알루미늄 함유 분말 혼합물로 되는데, 그러한 분말 혼합물은 예컨대 백금 등과 같은 고융점 성분을 함유할 수 있다. 사용되는 분말 및 그 입자 크기는 각각의 사용 목적에 의존하여 정해진다. 철 함유 분말은 합금 316 L, 합금 304 L, 인코넬 600, 인코넬 625, 모넬(Monel), 및 해스텔로이 B, 해스텔로이 X, 및 해스텔로이 C인 것이 바람직하다. 또한, 소결성 재료는 전체적으로 또는 부분적으로 단섬유 또는 섬유, 바람직하게는 직경이 약 0.1 내지 250 ㎛이고 길이가 수 ㎛ 내지 50 ㎜까지의 밀리미터 크기인 예컨대 금속 섬유 부직포와 같은 섬유로 될 수 있다.

예컨대, 강 또는 주철로 이루어진 몸체의 단부 면에 소결성 재료로 된 소결 층을 구비하게 되는 복합 부품을 제조하려면, 본 발명에 따른 방법의 제1 단계에서 소결성 재료를 예컨대 통상의 방법에 의해 주 몸체 상에 부착한다. 그러나, 예컨 대 분말 형태의 재료를 분사(습식 분말 분사(Wet Powder Spraying; WPS)하는 조치도 있을 수 있다. 그렇게 하기 위해서는 소결성 재료의 현탁액을 만드는 것이 필요하다. 그에 필요한 현탁액은 용제, 접합제, 안정화제, 및/또는 분산제를 함유하는 것이 바람직하다. 특히 용제는 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 테르펜, C₂-C₅ 알켄, 톨루올, 트리클로로에틸렌, 디에틸에테르, C₁-C₆ 알데히드, 및/또는 케톤을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 그 경우, 100 ℃ 미만의 온도에서 기화될 수 있는 용제가 바람직하다. 사용되는 용제의 양은 사용되는 소결성 분말 혼합물의 총량을 기준으로 하여 약 40 내지 70 중량 %의 범위, 바람직하게는 약 50 내지 65 중량 %의 범위에 있는 것이 바람직하다.

제 3단계에서 행하는 재압축(중간 압축이라고도 지칭될 수 있음)은 성형체를 가압 성형하는데 통상적인 공지의 방법에 의해 행해질 수 있다. 즉, 예컨대 제2 단계에서 가압 성형된 성형체를 다시 통상의 몰드에 넣고, 그 몰드에서 적어도 부분적으로 적절한 가압 성형 스탬프에 의해 재압축할 수 있다. 재압축 공구는 전체적으로 또는 부분적으로 원추형으로 형성되어 미리 정해진 일정한 지점에서 매우 높은 압축을 구현할 수 있게끔 되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시 형태에서는 제3 단계 전에 추가의 단계로 성형체를 탈왁스 처리한다. 그러한 탈왁스는 특히 의도적인 공기 공급을 동반하는 질소, 수소, 공기, 및/또는 그 기체들의 혼합물 하에서 행해진다. 또한, 탈왁스는 흡열성 가스 또는 발열성 가스와 함께 행해질 수 있지만, 진공 중에서 행해질 수도 있다. 탈왁스는 간섭 마이크로파 및/또는 초음파에 의해, 아니면 온도 유도용 마이크로파에만 의해 행해질 수 있는 것이 바람직하다. 끝으로, 탈왁스는 온도, 마이크로파, 또는 초음파의 작용이나 그러한 방식의 조합을 동반하거나 동반하지 않은 채로 알코올 등과 같은 용제 또는 초임계 이산화탄소에 의해 행해질 수도 있다. 제3 단계에서 재압축을 행하는 본 발명에 따른 방법에 의해, 재압축 전의 밀도보다 약 2 내지 40 %, 바람직하게는 5 내지 30 %, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 % 더 높은 밀도가 얻어지게 된다.

본 발명에 따른 방법의 제2 단계에서는 DIN ISO 2738에 따라 측정된 2.1 내지 2.5 g/㎤, 바람직하게는 2.2 내지 2.4 g/㎤, 더욱 바람직하게는 2.25 내지 2.38 g/㎤의 범위에 있는 출발 밀도를 갖는 성형체를 가압 성형하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시 형태에서는 경우에 따라 탈왁스 처리한 성형체가 넣어지는 몰드를 성형체를 넣기 전에 감마제로 분무하거나 또는 성형체를 침적시키는 것이 바람직하다. 또한, 제4 단계에서의 소결 공정을 - 40 ℃ 미만, 바람직하게는 - 50 ℃ 미만의 이슬점을 갖는 질소 하에서 행하는 것이 매우 바람직하다. 그 경우, 소결을 순수한 질소 하에서 행하는 것이 바람직하다. 아울러, 성형체의 밀도 및/또는 조성이 적절할 경우에는 소결을 공기, 수소, 의도적인 공기 공급을 동반하거나 동반하지 않는 질소와 수소의 혼합물, 흡열성 가스, 발열성 가스 하에서 또는 진공 중에서 행할 수도 있는데, 그 경우에 간섭 마이크로파 아니면 온도 유도용 마이크로파에 의해 소결을 행할 수 있다.

소결 단계에는 경우에 따라 필요한 열처리, 특히 균질화 어닐링이 바로 이어 지는 것이 바람직하다. 그 경우, 열처리는 얻어진 부품의 화학 조성에 의존하여 행해질 수 있다. 열처리에 대해 대안적으로 또는 부가적으로, 소결 부품을 소결 온도 또는 균질화 어닐링 온도로부터 출발하여 바람직하게는 수중에서 아니면 가스 급냉에 의해 급냉시킬 수도 있다.

소결 전후에 추가의 표면 압축을 행하는 것은 통상적인 것이다. 샌드 블라스팅, 쇼트 피닝, 롤링 등에 의해 표면 구역에 압축 내부 응력을 도입하는 것이 가능하다. 균질화 어닐링 전후에 교정을 행할 수도 있다. 그 경우, 교정은 실온에서 또는 단조 온도까지의 고온에서 900 N/㎟의 압력까지 사용하면서 행해진다. 경우에 따라서는 특히 고상선의 위에서 교정을 행할 수도 있는데, 그럴 경우에는 부품으로부터 직접 소결 열이 인출될 수 있게 된다.

교정에 사용되는 교정 공구 및/또는 단조 공구는 전체적으로 또는 부분적으로 원추형으로 형성될 수 있고, 그럼으로써 미리 정해진 일정한 구역에서 매우 높은 압축이 구현될 수 있게 된다. 그 경우, 교정 공구 및/또는 단조 공구의 온도는 가공하려는 부품에 의존하여 차이가 날 수 있고, 경우에 따라서는 등온 범위로 유지될 수도 있다. 표면 압축 또는 표면에 압축 내부 응력을 도입하는 것은 열처리 또는 교정 전후에도 가능하다.

끝으로, 소결 부품 상에 최종적으로 코팅을 부착할 수도 있다. 그에는 부품을 경질 코팅하고/코팅하거나 양극 처리하는 방법, 예컨대 플라즈마 용사, 불꽃 용사와 같은 열 용사 방법 또는 PVD, CVD와 같은 물리적 및/또는 화학적 방법 등이 바람직하다. 그러나, 예컨대 테프론을 함유할 수 있는 감마제 래커 또는 나노 복 합 소재에 의한 것과 같은 순수한 화학적 방법으로 코팅을 부착할 수도 있다. 그러한 코팅은 부품의 표면을 경도, 거칠기 및 마찰 계수에 있어서 사용 목적에 알 맞게 개질시킨다.

이하, 본 발명의 그러한 장점 및 추가의 장점에 관해 실시예에 의거하여 설명하기로 한다.

실시예 1:

독일 펠텐에 소재한 ECKA Granulate GmbH & Co. KG사를 제조원으로 하는 조성이 Al4Cu1Mg0.5Si(종래의 알루미늄 합금 명칭 AC2014에 해당되고, 모재 분말은 분말의 총량을 기준으로 하여 4 중량 %의 Cu, 1 중량 %의 Mg, 0.5 중량 %의 Si 및 94.5 중량 %의 Al을 함유함)인 Al계 분말, 소위 회사 명칭 ECKA Alumix 123(92. 5 중량 %의 Al)을 Hoechst사를 제조원으로 하는 Mikrowachs C라는 명칭을 갖는 접합제로서의 1.5 중량 %의 아미드 왁스와 함께 하기 표에 따른 몰리브덴 분말 또는 텅스텐 분말과 혼합하였다. 여기서는, 실온에서 미리 담겨진 Al계 분말에 몰리브덴 분말 또는 텅스텐 분말을 첨가함으로써 요동 믹서 중에서 5분 동안 혼합을 행하였다.

Al계 분말은 45 내지 200 ㎛의 입자 크기 분포를 보였는데, 평균 입자 직경(D₅₀)은 75 내지 95 ㎛이었다. 혼합된 몰리브덴 분말 또는 텅스텐 분말은 독일 고슬라에 소재한 H.C. Starck GmbH & Co. KG로부터 입수한 것이었고, 약 5 내지 50 ㎛의 범위의 입자 크기 분포와 함께 25 ㎛의 평균 입자 직경(D₅₀)을 보였다.

이어서, 분말 혼합물을 몰드에 넣고, 실온에서 약 175 N/㎟의 압력(20 ㎠의 휠 단부 면에 대해 계산됨) 하에 약 0.2 내지 0.5초 동안 펌프 휠의 형태의 성형체로 가압 성형 하였다. 성형체의 밀도는 약 2.35 내지 2.38 g/㎤이었다. 이어서, 그와 같이 제조된 성형체를 약 430 ℃에서 약 30분 동안 탈왁스 한 후에, 3.4 m/h의 속도로 세팅된 컨베이어 노에서 - 50 ℃의 이슬점을 갖는 순수한 질소 분위기 하에 610 ℃의 소결 온도로 30분에 걸쳐 소결하였다. 그 경우, 성형체는 Al₂O₃ 패턴으로 존재하였다. 이어서, 515 ℃의 온도에서 1.5시간에 걸쳐 균질화 어닐링을 행하였다. 그런 연후에, 소결된 펌프 휠을 약 40 ℃의 온도를 갖는 물에 의한 10초 동안의 급냉에 의해 급냉시켰다.

이어서, 200 ℃에서 약 810 N/㎟의 압력을 사용하여 97 내지 98 %의 이론 밀도로 교정하였다.

그 다음으로, 교정 후에 소결된 펌프 휠을 160 ℃의 열기 중에서 16시간에 걸쳐 시효 경화시켰다. 이어서, 표준화된 시편에서 DIN EN 10002-1에 따라 인장 강도(R_m), 탄성 계수 및 연신율을 결정하였다. 또한, 2.5 ㎝의 직경과 62.5 ㎏의 하중을 갖는 경질 강구(steel ball)에 의해 DIN EN 24498-1(브리넬 경도)에 따라 경도를 파악하였다. 파악된 값을 아래의 표 1에 나타낸다.

실시예 2:

전술된 실시예 1에서 언급된 시험을 반복하되, 다만 추가로 Eckart Granules 사로부터 Ecka Kupfer CH-S라는 상품명으로 시판되고 있는 구리 분말을 함께 첨가 혼합하였다. 그러한 첨가 혼합은 우선 요동 믹서 중에서 몰리브덴 분말 또는 텅스텐 분말을 실온에서 5분 동안 구리 분말과 혼합하고, 이어서 그것을 요동 믹서 중에서 5분에 걸쳐 Al계 분말과 혼합하는 형식으로 행하였다. 구리 분말은 25 ㎛의 평균 입자 직경(D₅₀)과 5 내지 약 50 ㎛의 범위에 있는 입자 크기 분포를 보였다. 구리 분말은 전해에 의해 제조되었고, 개별 입자는 수지상 결정 형태로 존재하였다.

각종의 혼합물을 제조하였는데, 그 혼합물을 재압축을 동반하거나 동반하지 않은 채로 실시예 1에서 설명된 바와 같이 펌프 휠로 소결하였다. 재압축을 위해, 성형체를 가압 성형한 후에 질소 분위기 하에서 30분 동안 약 430 ℃의 온도로 탈왁스 하고, 이어서 독일 바일러바흐에 소재한 Fuchs Lubritech GmbH사의 감마제 GLEITMO 300을 분무한 제1 몰드와 동일한 제2 몰드에서 760 N/㎟의 압력 하에 실온에서 약 0.2 내지 0.5초 동안 재압축하여 재압축된 성형체의 밀도가 약 2.8 내지 2.9 g/㎤로 되도록, 그에 따라 재압축되지 않은 펌프 휠 성형체의 밀도보다 약 19 내지 23 % 위에 있도록, 즉 이론적 밀도의 약 95 %가 되도록 하였다.

이어서, 생성된 성형체를 전술된 바와 같이 소결하였고, 810 N/㎟의 압력 하에, 그러나 실온에서 97 내지 98 %의 이론적 밀도로 교정하였으며, 아울러 시효 경화시켰다. 구리 분말에 대한 몰리브덴 분말 또는 텅스텐 분말의 혼합비는 중량 분율로 5:1이었다. 그러한 혼합비 및 파악된 물리적 특성 값들은 표 2로부터 인용될 수 있다.

표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 재압축에 의해 물리적 특성에 긍정적인 영향을 미친다. 특히, 제조된 펌프 휠의 경도가 추가로 상승될 수 있다.

본 발명에 의해, 탁월한 강도 값뿐만 아니라 높은 경도를 나타내는 소결 부품, 특히 Al 분말을 기반으로 한 소결 부품을 제조하는 것이 가능하다. 그럼으로써, 그러한 부품이 강한 응력을 받는 지점, 특히 엔진 또는 트랜스미션에 사용될 수 있게 된다. 또한, 소결 부품의 교정 및 시효 경화를 생략함으로써, 그 부품이 보다 더 양호하고도 신속하게 제조될 수 있게 된다.

Claims (15)

1. 분말 혼합물의 총량을 기준으로 하여 60 내지 92 중량 %의 Al계 분말, 6.4 내지 15 중량 %의 Mo 또는 W로 이루어진 제1 그룹 및 1.6 내지 25 중량 %의 Cu, Sn, Zn, Li 또는 Mg로 이루어진 제2 그룹의 금속 또는 그 합금을 함유하며, 상기 Al계 분말은 밸런스로서 Al과 Al계 분말의 총량을 기준으로 한 중량 백분율로 다음의 금속, 0.2 내지 30 중량 %의 Mg, 0.2 내지 40 중량 %의 Si, 0.2 내지 15 중량 %의 Cu, 0.2 내지 15 중량 %의 Zn, 0.2 내지 15 중량 %의 Ti, 0.2 내지 10 중량 %의 Sn, 0.5 내지 5 중량 %의 Mn, 0.2 내지 10 중량 %의 Ni, 1 중량 % 미만의 As, Sb, Co, Be, Pb 또는 B 중의 하나 이상을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 소결 부품을 제조하기 위한 소결성 분말 혼합물.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 분말 혼합물 중에서의 제2 그룹의 금속 또는 그 합금의 양에 대한 제1 그룹의 금속 또는 그 합금의 양의 비는 중량 분율로 1:4 내지 9:1의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 소결성 분말 혼합물.
4. 제 1 항에 있어서, Al계 분말은 Al계 분말의 총량을 기준으로 하여 Al 이외에도 0.2 내지 15 중량 %의 Mg, 0.2 내지 16 중량 %의 Si, 0.2 내지 10 중량 %의 Cu 또는 0.2 내지 15 중량 %의 Zn을 함유하는 것을 특징으로 하는 소결성 분말 혼합물.
5. 제 1 항에 있어서, 제2 그룹의 금속 또는 그 합금은 Cu, Zn 또는 Sn을 함유하는 것을 특징으로 하는 소결성 분말 혼합물.
6. 제 1 항에 있어서, 분말 혼합물은 분말 혼합물의 총량을 기준으로 하여 0.2 내지 5 중량 %의 윤활제를 함유하는 것을 특징으로 하는 소결성 분말 혼합물.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 따른 소결성 분말로 제조되는 것을 특징으로 하는 소결 부품.
8. 제 7 항에 있어서, 소결 부품은 DIN EN 10002-1에 따라 측정된 140 N/㎟ 이상의 인장 강도를 나타내는 것을 특징으로 하는 소결 부품.
9. 제 7 항에 있어서, 소결 부품은 DIN EN 10002-1에 따라 측정된 70 kN/㎟ 이상의 탄성 계수를 나타내는 것을 특징으로 하는 소결 부품.
10. 제 7 항에 있어서, 소결 부품은 DIN EN 24498-1에 따라 측정된 100 이상의 경도(HB 2.5/62.5 ㎏)를 나타내는 것을 특징으로 하는 소결 부품.
11. - 제1 몰드에 분말 혼합물을 넣는 제1 단계;

    - 분말 혼합물을 성형체로 가압 성형하는 제2 단계;

    - 성형체를 적어도 부분적으로 재압축하는 제3 단계; 및

    - 재압축된 성형체를 소결하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 따른 분말 혼합물로 소결 부품 및 복합 부품을 제조하는 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 제3 단계 전에 성형체를 탈왁스 처리하는 것을 특징으로 하는 소결 부품 및 복합 부품 제조 방법.
13. 제 11 항에 있어서, 제3 단계에서 행하는 재압축에 의해 얻어지는 성형체의 밀도를 재압축 전의 밀도보다 2 내지 40 % 정도 크게 하는 것을 특징으로 하는 소결 부품 및 복합 부품 제조 방법.
14. 제 11 항에 있어서, 제3 단계에서 성형체를 제2 몰드에 넣기 전에, 감마제를 제2 몰드에 분무하는 것을 특징으로 하는 소결 부품 및 복합 부품 제조 방법.
15. 제 11 항에 있어서, 소결 공정은 - 40 ℃ 미만의 이슬점을 갖는 질소 하에서 실행되는 것을 특징으로 하는 소결 부품 및 복합 부품 제조 방법.