CN106967935A

CN106967935A - 制造耐热组件的方法

Info

Publication number: CN106967935A
Application number: CN201611237625.5A
Authority: CN
Inventors: 郑载玉; 权相九; 林荣珉; 严京和; 金玟澈; 朴相民; 李浩镇
Original assignee: PIM Corp
Current assignee: PIM Corp
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2017-07-21
Also published as: KR101649584B1; US20170182559A1; JP6373955B2; DE102016125542A1; JP2017122276A

Abstract

公开了一种制造耐热组件的方法。更具体地，制造耐热组件的方法包括：通过将包含金属粉末和浆料材料的混合物喷射到装配有圆盘的壳体中并且旋转圆盘来制备颗粒的步骤；通过压缩成型颗粒来制备成型体的步骤；通过在1,000℃至1,600℃的温度下烧结成型体来制备烧结体的步骤；及通过切割烧结体来调节尺寸的步骤，其中，壳体被密封并且70℃至200℃的热空气被供给到壳体中。

Description

制造耐热组件的方法

相关申请的交叉引证

本申请要求于2015年12月28日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0187154号的权益，其全部公开内容通过引证结合于此。

技术领域

本发明涉及使用颗粒制造耐热组件的方法。

背景技术

近来，对具有优异的尺寸精度和机械性能的工业部件的需求一直在增加。

这种工业部件可以使用粉末冶金技术、金属粉末注射成型技术等制造。粉末冶金是通过压缩成型金属粉末然后烧结金属粉末来制造具有预定形状的成型金属体的技术。

图1示出粉末冶金方法。参考图1，粉末冶金方法可以包括成型步骤、烧结步骤及切割步骤。

例如，粉末冶金方法可以包括：成型步骤S1，其中，金属粉末与作为结合剂的粘合剂混合，然后将合成的混合物进行压缩以制成铸锭，然后通过切割或压制过程将产品制造成设计的形状；烧结步骤S2，其中，已经经历成型步骤S1的产品在烧结炉中加热；以及切割步骤S3，其中，已经经历烧结步骤S2的产品被研磨或切割成设计尺寸。

因为在粉末冶金方法中使用粒径为50μm至200μm的粗粉末，因此难以确保机械特性，即，密度、强度、硬度等，因此不能将所制造的产品应用于汽车涡轮增压器等。

在成型步骤中，当将金属粉末馈送到模具中并压缩时，可以通过增加抗压强度来提高机械性能。然而，在该情况下，因为模具可能被损坏，所以在增加抗压强度方面存在限制。因此，存在需要进行诸如锻造或热处理的后续过程的缺点。

另外，在粉末冶金方法中，为了确保成型性并且生产均匀的产品，应该使用粒径为50μm至200μm的粗粉末。然而，该尺寸的粉末在成型过程中在成型体中形成大孔。这种大孔可以降低成型体的密度。

同时，金属粉末注射成型技术使用尺寸仅5μm至10μm的微金属粒子。当进行粉末冶金方法时，已经尝试应用用于在金属粉末注射成型中使用的微金属粒子。然而，当应用具有该尺寸的微金属粒子时，由于粒子之间的内聚力，粒子不紧密地填充在模具中，因此在成型过程中出现不均匀密度的问题。另外，由于不均匀填充量，所以产品的均匀性劣化。

此外，因为粉末细度与塑性变形的难度成比例，所以细粉末出于大量应力下，这是在热处理期间可能导致破裂的因素。此外，具有小于模具之间的公差的尺寸的细粉末导致模具损坏，因此该细粉末在应用于粉末冶金中具有许多问题。

图2示出了金属粉末注射成型方法。参考图2，金属粉末注射成型方法可以包括捏合步骤S100、注射成型步骤S200、脱脂步骤S300、烧结步骤S400以及切割步骤S500。

更具体地，金属粉末注射成型方法可以包括：混合步骤，其中，将金属粉末和作为结合剂的粘合剂在混合器中混合；注射成型步骤，其中，已经经历混合步骤的混合物被注入注射成型机并且然后受到压缩成型以制造具有设计形状的产品；脱脂步骤，其中，在脱脂炉中加热已经经历注射成型步骤的产品以去除粘合剂；烧结步骤，其中，在烧结炉中加热已经经历脱脂步骤的产品；以及切割步骤，其中，已经经历烧结步骤的产品被研磨或切割成设计尺寸。

脱脂步骤提供为确保金属粉末在注射成型机内的流动性。另外，因为粘合剂(例如蜡、聚合物等)基于在惰性环境下的热处理而可以作为碳保留，所以应该通过脱脂步骤去除粘合剂。

另外，当进行金属粉末注射成型方法时，在脱脂步骤中存在从室温加热12小时至60小时到1000℃的繁琐的流程。这导致生产率降低和燃料成本增加，因此，生产成本增加。在韩国专利第1202462号中已公开这种包括脱脂步骤的制造耐热组件的方法。

另外，虽然粉末冶金方法中的线性收缩是1％至5％，金属粉末注射成型方法中的线性收缩是12％至22％。因此，金属粉末注射成型方法显示出相当大的线性收缩，并且具有难以三维控制线性收缩的问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了使用颗粒制造耐热组件的方法。

在本发明的实施方式中，制造耐热组件的方法包括：通过将包含金属粉末和浆料材料的混合物喷射到装配有圆盘的壳体中并旋转圆盘来制备颗粒的步骤；通过压缩成型颗粒来制备成型体的步骤；通过在1000℃至1600℃的温度下烧结成型体来制备烧结体的步骤；以及通过切割烧结体来调节尺寸的步骤，其中，壳体被密封并且将70℃至200℃的热空气供给到壳体中。

在本发明的实施方式中，金属粉末可以包含0.1重量％至3重量％的碳(C)、大于0且小于或等于5重量％的硅(Si)、大于0且小于或等于15重量％的锰(Mn)、大于0且小于或等于1重量％的磷(P)、大于0且小于或等于1重量％的硫(S)、大于0且小于或等于90重量％的镍(Ni)、大于0且小于或等于50重量％的铁(Fe)以及大于0且小于或等于50重量％的铬(Cr)。

在本发明的实施方式中，颗粒的平均尺寸可以是20μm至200μm之间。

在本发明的实施方式中，金属粉末的平均粒径可以是0.01μm至50μm之间，并且金属粉末的粒径分布是0.001μm至100μm之间。

在本发明的实施方式中，混合物的固体负载量(S/L)可以是10体积％至45体积％之间。

在本发明的实施方式中，圆盘的旋转速度可以是4000rpm至20000rpm之间。

在本发明的实施方式中，浆料材料可以包含溶剂和粘合剂。

在本发明的实施方式中，溶剂可以包含水、己烷、丙酮和碳数为1至10的醇中的一种或多种。

在本发明的实施方式中，粘合剂可以包含聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙烯醇(PVA)、蜡和聚乙二醇(PEG)的一种或多种。

在本发明的实施方式中，可以在0.1吨/cm²至10吨/cm²之间的压力下进行压缩成型。

因此，本发明的目的在于提供一种制造用于制备球形颗粒的耐热组件的方法，以及用颗粒均匀地填充模具的内部。

本发明的另一目的在于提供一种制造耐热组件的方法，该方法提供优异的压制成型性和具有优异的机械强度的烧结体。

本发明的另一目的在于提供一种制造耐热组件的方法，该方法使产品的线性收缩最小化，同时提供具有优异的表面和内部质量以及优异的成型密度的产品。

本发明的又一目的在于提供制造耐热组件的方法，该方法提供优异的生产力并且在处理时间和能量消耗方面具有优势。

附图说明

通过参考附图详细描述本发明的示例性实施方式，本发明的上述和其它目的，特征和优点对于本领域普通技术人员将变得更加明显，附图中

图1示出了粉末冶金方法；

图2示出了金属粉末注射成型方法；

图3示出了根据本发明的实施方式的制造耐热组件的方法；

图4示出了根据本发明的实施方式制备颗粒的方法；

图5(a)至图5(e)示出了根据本发明的实施方式制备颗粒的方法；

图6示出了根据本发明的实施方式用于制备颗粒的成型机；

图7(a)是在本发明的实例中使用的金属粉末的光学显微镜图像，以及图7(b)是根据本发明的实例制备的颗粒的光学显微镜图像；

图8(a)是根据本发明的实例的颗粒的光学显微镜图像，图8(b)是根据本发明的比较例的颗粒的光学显微镜图像，以及图8(c)是根据本发明的比较例的颗粒的光学显微镜图像；

图9(a)是根据本发明的实例的颗粒的光学显微镜图像，图9(b)是根据本发明的比较例的颗粒的光学显微镜图像；

图10(a)是示出了根据本发明的比较例的耐热组件的微结构的电子显微镜图像，图10(b)是示出了根据本发明的实例的耐热组件的微结构的电子显微镜图像，图10(c)是示出了比较例的受到热处理的耐热组件的微结构的电子显微镜图像，以及图10(d)是示出了实例的受到热处理的耐热组件的微结构的电子显微镜图像；并且

图11(a)是示出了形成在根据本发明的实例的在环境条件下受到热处理的耐热组件上的表面氧化层的电子显微镜图。以及图11(b)是示出了形成在根据实例的在连续式退火炉中受到热处理的耐热组件上的表面氧化层的电子显微镜图像。

具体实施方式

详细描述本发明的示例性实施方式，使得本领域普通技术人员可以参考附图容易地实现本发明。本发明可以以各种不同的形式实现并且不限于这些实施方式。为了清楚地描述本发明，在附图中省略了与描述无关的部分，并且在整个说明书中相同或相似的元件用相同的附图标记表示。

使用颗粒制造耐热组件的方法

本发明涉及使用颗粒制造耐热组件的方法。图3示出了根据本发明的实施方式的制造耐热组件的方法。参考图3，制造耐热组件的方法包括制备颗粒的步骤S10；制备成型体的步骤S20；制备烧结体的步骤S30；以及切割步骤S40。

更具体地，制造耐热组件的方法包括通过将包含金属粉末和浆料材料的混合物喷射到装配有圆盘的壳体中并且旋转圆盘而制备颗粒的步骤S10；通过用颗粒填充模具然后压缩成型该颗粒而制备成型体的步骤S20；通过在烧结炉中以1,000℃至1,600℃烧结成型体然后冷却该成型体而制备烧结体的步骤S30；以及通过切割烧结体而调节尺寸的步骤S40。

以下，将提供制造耐热组件的方法的每个步骤的详细描述。

制备颗粒的步骤S10

该步骤涉及通过将包含金属粉末和浆料材料的混合物喷射到装配有圆盘的壳体中并且旋转圆盘而制备颗粒。

图4示出了根据本发明的实施方式制备颗粒的方法。参考图4，制备颗粒的方法可以包括制备混合物的步骤S11以及干燥步骤S12。

制备混合物的步骤S11

该步骤涉及制备包含金属粉末和浆料材料的混合物。

金属粉末

在本发明的实施方式中，金属粉末的平均粒径可以是0.01μm至50μm。在本发明中，术语“尺寸”限定为金属粉末粒子的最大长度。当应用具有上述平均尺寸的金属粉末粒子时，可以容易地制备球形颗粒，可以用颗粒均匀地填充模具，并且可以制造具有优异的机械性能的耐热产品。

金属粉末的尺寸分布可以是0.001μm至100μm(粉末的90％或更多)。具有该尺寸分布的金属粉末可以容易地制备为颗粒。

在本发明的实施方式中，金属粉末可以是应用于涡轮增压柴油和汽油发动机等的用于耐热组件的金属粉末。用于耐热组件的金属粉末可以包括18％或更多的铬。

在本发明的实施方式中，金属粉末可以包含0.1至3重量％的碳(C)，大于0且小于或等于5重量％的硅(Si)、大于0且小于或等于15重量％的锰(Mn)、大于0且小于或等于1重量％的磷(P)、大于0且小于或等于1重量％的硫(S)、大于0且小于或等于90重量％的镍(Ni)、大于0且小于或等于50重量％的铁(Fe)以及大于0且小于或等于50重量％的铬(Cr)。当使用这些范围内的金属粉末时，本发明的耐热组件可以具有优异的机械强度。

例如，金属粉末可以包含0.2至0.5重量％的碳(C)、0.75至1.3重量％的硅(Si)、大于0且小于或等于1.5重量％的锰(Mn)、0.2至0.3重量％的钼(Mo)、24至27重量％的铬(Cr)、19至22重量％的镍(Ni)、1至1.75重量％的铌(Nb)以及剩余的铁(Fe)和不可避免的杂质。当使用这些范围内的金属粉末时，本发明的耐热组件在机械强度方面可以是优异的。

在本发明的实施方式中，HK-30(ASTM标准)可以用作金属粉末。具体地，HK-30由于其优异的耐热性可在高温化学仪器或用于热处理的端口中使用。

在本发明的实施方式中，金属粉末的固体负载量(S/L)可以是10体积％至45体积％。这里，S/L表示为金属粉末的体积与混合物的总体积之比。该S/L范围内的金属粉末具有优异的相容性和成型性，并且因此金属粉末可以被容易地制备成颗粒。例如，金属粉末的S/L可以是13体积％至40体积％。

浆料材料

浆料材料确保混合物的流动性，使得金属粉末可以被喷射到壳体中。

在本发明的实施方式中，浆料材料可以包含溶剂和粘合剂。

溶剂

溶剂可以包括在浆料材料中以确保混合物的流动性和相容性。在本发明的实施方式中，溶剂可以是易挥发的。在本发明的说明书中，术语“易挥发的”是指通过以下将描述的热空气干燥，溶剂在70℃至200℃的温度范围内蒸发。

在本发明的实施方式中，溶剂可以包含水、己烷、丙酮和碳数为1至10的醇中的一种或多种。当使用溶剂时，显示出优异的流动性和相容性，并且可以容易地制备颗粒。

在本发明的实施方式中，作为碳数为1至10的醇，可以使用包括甲醇、乙醇、丁醇、戊醇、己醇等的一元醇，包括1,2-戊二醇、1,5-戊二醇、己二醇、庚二醇、辛二醇、癸二醇等的二元醇，以及包括丙二醇、1,3-丁二醇、甘油等的三元醇。这些醇可以单独使用或其两种或更多种混合使用。

在另一个实施方式中，基于100体积份的混合浆料材料，溶剂的含量可以为50至90体积份。例如，溶剂的含量可以包括为60体积份至70体积份。例如，溶剂的含量可以包括为50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89或90体积份。

粘合剂

可以包括粘合剂以通过凝结金属粉末而形成颗粒。在本发明的实施方式中，粘合剂可以包含聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙烯醇(PVA)、蜡、及聚乙二醇(PEG)中的一种或多种。当包括粘合剂时，可以有效地形成颗粒。

在本发明的实施方式中，基于100重量份的金属粉末，粘合剂的含量可以包括为0.01重量份至5重量份。当粘合剂包括在该重量范围内时，可以容易地制备球形颗粒。例如，粘合剂的含量可以包括为0.05重量份至5重量份。例如，粘合剂的含量可以包括为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、4或5重量份。

在本发明的实施方式中，溶剂可以包含乙醇。在本发明的实施方式中，粘合剂可以包含聚乙烯醇缩丁醛(PVB)。当应用包含溶剂和粘合剂的浆料材料时，可以有效防止金属粉末的氧化。

在本发明的另一实施方式中，金属粉末和粘合剂可以包括为100：0.01至100：6的重量比。当金属粉末和粘合剂包括为这种重量比时，提供优异的相容性、可加工性及成型性并且可以容易地制备颗粒。例如，金属粉末和粘合剂可以包括为100：0.05至100：2的重量比。

图5(a)至图5(e)示出了根据本发明的实施方式制备颗粒的方法。参考图5(a)至图5(e)，在实施方式中，混合物可以通过将金属粉末10注入溶剂20中、使溶剂分散并将粘合剂12注入溶剂中来制备。

在另一实施方式中，与金属粉末10混合的浆料可以通过将溶剂20注入容器中并且然后将粘合剂12溶解在溶剂20中来制备。替换地，混合物可以通过将溶剂、粘合剂及金属粉末引入容纳有球状件的球磨机中并且使其混合来制备。另外，浆料可以使用除球磨机以外的一般混合器来制备。在本发明的实施方式中，混合物可以通过在混合器中将溶剂、粘合剂及金属粉混合1至2小时来制备。

干燥步骤S12

干燥步骤是通过将混合物喷射到装配有圆盘的壳体中并且在旋转圆盘的同时干燥该溶剂来制备颗粒的步骤。

图6示出了根据本发明的实施方式用于制备颗粒的成型机。参考图6，成型机1000可以包括装配有可旋转圆盘300的壳体200。

例如，颗粒可以通过将混合物喷射到装配有圆盘300的壳体200中并且通过在旋转圆盘300的同时干燥包括在混合物中的溶剂来制备。在本发明的实施方式中，壳体200被密封，并且热空气可以被供应至壳体200的内部并且可以从壳体200排出。

参考图5(d)和图5(e)，喷射的混合物在圆盘300的旋转和其中的溶剂干燥期间通过表面张力形成为凝结的球状粒子。因此，形成颗粒100。

在本发明的实施方式中，将70℃至200℃的热空气供给至壳体200中。当圆盘在供给具有上述条件的热空气的同时旋转时，颗粒的形成速率和形成比率可以是优异的，而不会发生粘合剂的分解。当将小于70℃的热空气供给到壳体中时，混合物没有被适当地干燥并且因此颗粒的形状有缺陷，由此可能劣化耐热组件的机械性能和外观。另一方面，当将大于200℃的热空气供给到壳体中时，混合物中的粘合剂被分解并且因此颗粒的形状有缺陷，由此可能劣化耐热组件的机械性能和外观。

例如，可以供给80℃至150℃的热空气。例如，可以供给70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、160、170、180、190或200℃的热空气。

在本发明的实施方式中，圆盘的旋转速度可以是4000rpm至20000rpm。在该旋转速度，有效地进行干燥，并且因此球形颗粒的形成比率可以是优异的。例如，圆盘的旋转速度可以是4000、4500、5000、5500、6000、6500、7000、7500、8000、8500、9000、9500、10000、11000、12000、13000、14000、15000、16000、17000、18000、19000或20000rpm。

在本发明的实施方式中，颗粒的平均尺寸可以是20μm至200μm。当颗粒形成在该尺寸范围中时，耐热组件的模具填充能力和机械性能可以是优异的。例如，颗粒的平均尺寸可以是30μm至150μm。在另一实例中，颗粒的平均尺寸可以是30μm至90μm。例如，颗粒的平均尺寸可以是20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、160、170、180、190或200μm。

参考图6，混合物可以由于由圆盘300的旋转产生的离心力而以水滴的形状从壳体200的上部分分散到壳体200的下部分(或壳体200的下部分到壳体200的上部分)。在此，混合物中的形成为球形的溶剂被干燥并且可以形成球形颗粒。在本发明的实施方式中，多个金属粉末粒子通过粘合剂的粘合力和金属粉末的内聚力(范德华力)结合，并因此颗粒可以形成为球形。

制备成型体的步骤S20

该步骤涉及通过用颗粒填充模具并通过压缩成型颗粒来制备成型体。在本发明的实施方式中，可以用颗粒填充压模以制备预定形状的铸锭，然后对铸锭进行压缩成型。

在本发明的实施方式中，可以在0.1吨/cm²至10吨/cm²的压力下进行压缩成型。颗粒的尺寸可以是金属粉末的尺寸的十倍或更多倍。另外，因为颗粒具有球形形状，所以受重力影响的流动性可以是优异的。因此，可以用颗粒均匀地填充模具的内部。即，颗粒与金属粉末的比较可以通过稻粒比面粉更均匀地填充模具的情况来解释。

在本发明的实施方式中，可以通过对填充有颗粒的模具进行压制成型来制备成型体以使其与耐热组件的形状一致。例如，可以用颗粒填充模具以制备具有块或圆板的形状的铸锭。

在实施方式中，当压制机的模具填充有颗粒以制备具有预定形状的铸锭且随后压缩成型时，颗粒的颗粒形状被损坏，并且颗粒被分成细金属粉末，由此模具的内部可以均匀地填充有细金属粉末。

制备烧结体的步骤S30

该步骤涉及通过在烧结炉中烧结成型体并且然后冷却该烧结体来制备烧结体。

在本发明的实施方式中，可以在1000℃至1600℃下进行烧结。在该温度范围中，容易去除包含在混合物中的粘合剂，并且因此烧结体可以呈现优异的机械强度和表面性能。当在小于1000℃下进行烧结时，由于不完全烧结，可能出现烧结体的密度降低以及表面和机械性能的降低。另一方面，当在大于1600℃下进行烧结时，由于熔化而出现形状缺陷，并且烧结体的机械性能可能劣化。例如，烧结可以在1000、1050、1100、1150、1200、1250、1300、1350、1400、1450、1500、1550或1600℃下进行。

在本发明的实施方式中，可以通过在烧结炉中以上述温度加热成型体且然后将成型体冷却至室温来制备烧结体。

粘合剂可以在烧结期间被分解和去除。在本发明的实施方式中，当聚乙烯醇缩丁醛用作粘合剂时，容易从烧结炉去除聚乙烯醇缩丁醛，由此烧结过程的效率优异并且烧结体的机械强度和表面性能优异。

在本发明的实施方式中，烧结可以在包括氢、氮和氩中的一种或多种的气体环境中进行。当在该气体环境中进行凝结时，可以防止由氧的流入所引起的氧化现象。在本发明的实施方式中，烧结可以在Ar-N₂或N₂-H₂的气体环境中进行。

切割步骤S40

切割步骤涉及通过切割烧结体来调节尺寸。在本发明的实施方式中，烧结体的尺寸可以通过将在制备烧结体的步骤中制备的烧结体切割为期望尺寸来调节。

通过制造耐热组件的方法制造耐热组件

根据本发明的另一方面，通过使用颗粒制造耐热组件的方法制造耐热组件。

当应用根据本发明的使用颗粒的粉末冶金方法时，制备的颗粒的形状接近球形形状，并且颗粒的晶粒尺寸是20μm至200μm，并且颗粒的流动性小于40sec/50g。因此，颗粒具有与用于粉末冶金的粉末相似的特性。因此，模具的内部可以容易地填充有颗粒。

另外，当颗粒化粉末受到压制成型时，粒化粉末损坏为细粉末并且因此可以均匀填充模具的内部。另外，烧结后的相对密度可以增加至99％或更高，并且可以制造具有优异的机械性能的耐热组件。

另外，由于细金属粉末粒子被颗粒化和凝结，随后在成型步骤中被压缩，所以与压缩金属粉末的情况相比，可以增加内部均匀性。另外，由于用于烧结的相对大的驱动力，所以在烧结之后可以获得高密度。因此，即使使用了粉末冶金方法，但可以获得与通过金属粉末注射成型或者铸造方法制造的产品相比具有优异的机械性能的产品。

另外，因为，如在金属粉末注射成型方法中，脱脂过程是不必要的，所以制造过程简单。而且，因为脱脂不需要加热，所以能量消耗和处理时间减少。因此，可以改进生产率，并且可以减少生产成本。

此外，可以确认较高的成型密度导致烧结后的低线性收缩。根据本发明，因为使用细金属粉末并且通过压缩颗粒进行成型，所以与现有的粉末冶金方法相比，可以增加成型密度。另外，与金属粉末注射成型方法相比，容易控制线性收缩，并且因此在成型之后，成型物体可被烧结成具有接近预定尺寸的尺寸。因此，由于仅通过切割过程完成工作，所以降低处理和生产成本的效果是优异的。

在下文中，参考本发明的实例更详细地描述了本发明的构造和功能。然而，以下实例仅提供为优选实施方式并且因此，本发明不限于这些实例。

实例与比较例

实例1

根据下表1所示的内容，制备包含金属粉末、聚乙烯醇缩丁醛和乙醇的混合物。使用具有1000ml体积的容器和球磨机。根据下表1所示的条件，通过在室温下将金属粉末、聚乙烯醇缩丁醛和乙醇混合1小时来制备混合物。

作为金属粉末，使用由Parmaco(菲欣根，瑞士)制造的平均粒径为5μm至9μm的HK-30。HK-30包含0.20至0.50重量％的碳(C)、24至27重量％的铬(Cr)、19至22重量％的镍(Ni)、0.75至1.30重量％的硅(Si)、大于0且小于或等于1.5重量％的锰(Mn)、0.2至0.3重量％的钼(Mo)、1至1.75重量％的铌(Nb)以及剩余的铁(Fe)和不可避免的杂质。

【表1】

如图6所示，通过将混合物注入包括装配有可旋转圆盘的密封壳体的成型机中来制备颗粒，然后在以6000rpm的旋转速度旋转圆盘的同时将130℃的热空气供给到壳体中。

模具填充有颗粒并且在100MPa(即1.01吨/cm²)的压力下受到压缩成型，从而制造具有用于涡轮增压器的叶片环形的形式的成型体。

在高温真空分批炉中，将成型体在低于形成液相的温度的1240℃下烧结2至3小时。在分批炉中的真空环境下和在连续式炉中的氢气环境下进行烧结，以制备烧结体。随后，通过切割来调节烧结体的尺寸，从而制造耐热组件。

实例2

除了使用下表2中总结的组分和含量制备混合物之外，通过与实例1相同的方法制造耐热组件。

【表2】

实例3

除了在600MPa(即，6.12吨/cm²)的压力下进行压缩成型之外，通过与实例1相同的方法制造耐热组件。

实例4

除了在600MPa(即，6.12吨/cm²)的压力下进行压缩成型之外，通过与实例2相同的方法制造耐热组件。

比较例1

除了通过供给65℃热空气至壳体来制备颗粒之外，通过与实例1相同的方法制造耐热组件。

比较例2

除了通过供给215℃热空气至壳体来制备颗粒之外，通过与实例1相同的方法制造耐热组件。

耐热组件的特性的评估

(1)相对密度、线性收缩、表观密度和颗粒回收率的测定：相对于实例1至4和比较例1至2，在下面的表3中示出了制造的耐热组件的相对密度、线性收缩、表观密度(g/cc)和颗粒回收率(％)。

【表3】

参考表3，因为在实例1至4的情况中在颗粒被压缩之后进行成型，所以与现有的细粉末相比，在模具填充期间封装密度增加。而且，因为线性收缩容易控制，所以在成型之后，成型物体可被烧结为具有接近预定尺寸的尺寸。因此，可以通过最小限度地切割烧结体来制造耐热组件。

另一方面，在比较例1的情况下，由于缺少干燥，所以没有形成颗粒化粉末，并且在比较例2的情况下，与实例1至4相比，颗粒回收率显著降低。

如下所示，图7(a)是实例1中使用的金属粉末的光学显微镜图像(放大率：1000×)，以及图7(b)是根据本发明的实例1制备的颗粒的光学显微镜图像(放大率：1000×)。参考图7(a)和图7(b)，可以确认金属粉末的平均粒径为5μm至9μm，并且根据实例1至3制备的颗粒被制备为平均尺寸为30μm至90μm的粒子。

图8(a)是根据实例1的颗粒的光学显微镜图像，图8(b)是根据比较例1的颗粒的光学显微镜图像，以及图8(c)是根据比较例2的颗粒的光学显微镜图像；另外，图9(a)示出了实例1的颗粒的光学显微镜图像，图9(b)示出了比较例1的颗粒的光学显微镜图像。参考图8(a)至图8(c)和图9(a)至图9(b)，在实例2的情况下，可以确认颗粒被制备成平均尺寸为30至90μm的粒子，然而在比较例1的情况下，颗粒的形状由于不完全干燥的混合物而有缺陷，并且在比较例2的情况下，由于粘合剂的分解，颗粒的形状有缺陷。

(2)耐热性的评估：如下所述，评估根据本发明制造的耐热组件的耐热性。在比较例3中，通过使用实例1的金属粉末铸造来制造耐热组件。然后，通过在820℃热处理50小时评估分别根据实例1和比较例3制造的耐热组件的耐热特性。

图10(a)是示出了比较例3的耐热组件的微结构的电子显微镜图像，图10(b)是示出了实例1的耐热组件的微结构的电子显微镜图像，图10(c)是示出了比较例3的受到热处理的耐热组件的微结构的电子显微镜图像，以及图10(d)是示出了实例1的受到热处理的耐热组件的微结构的电子显微镜图像。

参考图10(a)至图10(d)，可以确认，当与比较例3的铸造的耐热组件的微结构(参见图10(a))相比时，实例1的耐热组件的微结构(参见图10(b))呈现精细结构以及优异的均匀性，但不呈现西格玛相位(sigma phase)。

同时，西格玛相位引起耐热组件的耐热性和耐腐蚀性的降低。当在耐热组件中形成西格玛相位时，耐热组件可能在强酸性环境(诸如氮气环境)下显著损坏。因此，在用于涡轮增压器的耐热组件中，西格玛相位的面积比限于小于2％。

图11(a)是示出了形成在根据实例1的在900℃环境条件下进行了500小时热处理的耐热组件上的表面氧化层的电子显微镜图像，以及图11(b)是示出了实例1的在连续式退火炉中在900℃下进行了500小时热处理的耐热组件上形成的表面氧化层的电子显微镜图像。

参考图11(a)和图11(b)，在实例1的情况下，当在真空条件下进行热处理时，表面氧化层的最大厚度是12.405μm，并且当在连续式退火炉中进行热处理时，表面氧化层的最大厚度是15.405μm。因此，可以确认根据实例1的用于涡轮增压器的耐热组件满足表面氧化层的厚度极限值，即，小于30μm。

当制造根据本发明的耐热组件时，因为颗粒的尺寸是金属粉末的尺寸的十倍或更多倍，所以颗粒均匀地封装在模具中，并且在烧结之后，均匀地形成耐热组件的密度。

另外，根据本发明的实施方式，因为金属粉末被颗粒化并且然后在成型步骤中被压缩，所以与在粉末冶金过程中压缩金属粉末的情况相比，颗粒化金属粉末均匀地封装在模具中。另外，由于使用具有优异的烧结驱动力的细金属粉末而在烧结期间可以导致结构的致密化，因此与现有的粉末冶金过程相比，可以获得相对高的密度。

因此，当制造根据本发明的耐热组件时，如以金属粉末注射成型方法可以获得具有优异的机械性能的耐热组件。

另外，本发明不需要金属粉末注射成型方法所需的脱脂过程，并且因此根据本发明的制造过程简单。此外，因为不需要脱脂所需的加热，所以生产率优异，并且在处理时间和能量消耗方面具有优势。

本领域技术人员应当理解，在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在本发明中进行形式和细节上的各种改变。

Claims

1.一种制造耐热组件的方法，所述方法包括：

通过将包含金属粉末和浆料材料的混合物喷射到装配有圆盘的壳体中并旋转所述圆盘来制备颗粒；

通过压缩成型所述颗粒来制备成型体；

通过在1,000℃至1,600℃的温度下烧结所述成型体来制备烧结体；以及

通过切割所述烧结体来调节尺寸，

其中，所述壳体被密封并且将70℃至200℃的热空气供给至所述壳体。

2.根据权利要求1所述的方法，所述金属粉末包含0.1至3重量％的碳、大于0且小于或等于5重量％的硅、大于0且小于或等于15重量％的锰、大于0且小于或等于1重量％的磷、大于0且小于或等于1重量％的硫(S)、大于0且小于或等于90重量％的镍、大于0且小于或等于50重量％的铁以及大于0且小于或等于50重量％的铬。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述颗粒的平均尺寸是20μm至200μm之间。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属粉末的平均粒径是0.01μm至50μm之间，并且所述金属粉末的粒径分布是0.001μm至100μm之间。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述混合物的固体负载量是10体积％至45体积％之间。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述圆盘的旋转速度是4000rpm至20000rpm之间。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述浆料材料包含溶剂和粘合剂。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述溶剂包含水、己烷、丙酮和碳数为1至10的醇中的一种或多种。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述粘合剂包含聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、蜡和聚乙二醇中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，在0.1吨/cm²至10吨/cm²之间的压力下进行所述压缩成型。