KR100307711B1 - 급냉응고된 마그네슘합금분말의 제조장치 및 마그네슘합금 제조방법 - Google Patents

급냉응고된 마그네슘합금분말의 제조장치 및 마그네슘합금 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100307711B1
KR100307711B1 KR1019990003401A KR19990003401A KR100307711B1 KR 100307711 B1 KR100307711 B1 KR 100307711B1 KR 1019990003401 A KR1019990003401 A KR 1019990003401A KR 19990003401 A KR19990003401 A KR 19990003401A KR 100307711 B1 KR100307711 B1 KR 100307711B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
orifice
gas
vacuum
magnesium alloy
alloy
Prior art date
Application number
KR1019990003401A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20000054999A (ko
Inventor
김연욱
Original Assignee
김상렬
학교법인 계명기독학원
김연욱
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김상렬, 학교법인 계명기독학원, 김연욱 filed Critical 김상렬
Priority to KR1019990003401A priority Critical patent/KR100307711B1/ko
Publication of KR20000054999A publication Critical patent/KR20000054999A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100307711B1 publication Critical patent/KR100307711B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/20—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by extruding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • B22F2009/088—Fluid nozzles, e.g. angle, distance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • B22F2009/0888—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid casting construction of the melt process, apparatus, intermediate reservoir, e.g. tundish, devices for temperature control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

본 발명에 의한 마그네슘합금을 제조하기 위한 진공가스분무장치는 하부에 오리피스를 가진 도가니와, 도가니 내부의 마그네슘 합금을 용해하는 용해로와, 상기 오리피스를 개폐하는 오리피스 개폐수단과, 용융된 금속이 응고되어 분말화되는 진공실과, 상기 용해로와 상기 진공실을 연결하며 상기 오리피스의 단부에 고속분사된 고압가스를 제공하는 노즐수단과, 상기 응고된 금속분말을 수거하는 채집수단 및 진공펌프수단등으로 구성되며,
상기 도가니와 상기 오리피스의 내부를 질화붕소(boron nitride)로 얇게 코팅하고 건조하는 단계; 상기 용해로 내부를 진공상태의 분위기로 조성한 후 준비된 모합금 시료를 용해하는 단계; 상기 오리피스 개폐수단을 작동시켜 오리피스를 개방함과 동시에 상기 노즐수단에 의해 고압가스를 분사하는 단계; 상기 용해로에서 상기 오리피스를 통해 용융된 금속이 상기 노즐 부위로 흘러내리면서 상기 분사된 고압가스에 의해 구형의 액적으로 분해된 후 급냉응고되는 단계; 상기 급냉응고된 금속분말을 수거하는 단계; 및 상기 수거된 금속분말을 진공압출성형하여 합금을 제조하는 단계를 포함하는 마그네슘합금의 제조방법으로 본 발명에 의해 제조된 마그네슘합금은 종래의 주조된 잉곳(ingot)보다 5배 이상의 항복강도의 증가를 얻을 수 있다.

Description

급냉응고된 마그네슘합금 분말의 제조장치 및 마그네슘합금 제조방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING MAGNESIUM ALLOY}
본 발명은 마그네슘합금 분말의 제조장치 및 마그네슘합금 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 진공가스분무장치를 이용한 급냉응고된 마그네슘합금 분말의 제조장치 및 마그네슘합금 제조방법에 관한 것이다.
마그네슘은 가벼운 금속(밀도=1.74g/㎤)이며, 저밀도 금속이 요구되는 경우에 알루미늄과 경쟁적인 합금이기도 하지만, 마그네슘과 마그네슘합금은 단점이 많아서 널리 이용되지 못하고 있다. 특히 마그네슘은 알루미늄에 비해 값이 비싸며, 용융상태에서 대기 중 연소되므로 주조 중에 용제로 덮어주어야 하는 점 때문에 주조하기가 어렵다. 또한 마그네슘합금은 비교적 강도가 낮으며 크리프 저항이나 피로, 마모에 대한 저항이 낮다. 그리고 마그네슘은 HCP 결정구조로 단지 3개의 슬립계만이 작용하므로 상온에서 가공이 어렵다.
마그네슘합금은 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있는데, 박판이나 후판, 압출품 및 단조품의 형태로 사용되는 가공합금과 주조용 합금으로 나눌 수 있다. 또한 마그네슘은 HCP구조로서 마그네슘합금의 냉간가공은 제한된 정도로 할 수 있으나, 고온에서는 기저면 외에 다른 슬립면도 작용하게 되어 마그네슘 합금을 냉간가공하기보다는 열간가공을 하는 것이 보통이다.
가공 마그네슘합금은 보통 마그네슘을 주성분으로 하고, 이것에 알루미늄, 망간, 지르코늄, 아연, 회토류 금속, 토륨등을 단독 또는 복합해서 첨가하여 만드는데, 알루미늄과 아연은 고용강화로 마그네슘의 강도를 증가시키며, 토륨과 지르코늄은 마그네슘내에 석출물을 형성시켜 약 427℃의 고온에서까지 사용할 수 있는합금을 만들게 한다.
따라서 마그네슘 합금의 경량성(밀도=1.7-2.0g/㎤), 높은 비강도, 양호한 피삭성 등을 이용해서 주로 항공기를 비롯해서 자동차, 전기기구, 선박, 광학기계, 사진제판, 운동용구 등 각방면에서 사용되고 있다, 그러나 마그네슘합금은 구조용 소재로서 마그네슘의 강한 반응성에 기인한 절대강도가 낮고 부식성이 크다는 결점 때문에 경량합금으로서 손쉽게 사용되기 어렵다.
현재 이러한 문제점을 해결하기 위해 마그네슘합금에 제 3 혹은 제 4의 원소를 첨가하여 상기 결점을 보완하려는 합금 설계에 대한 많은 연구가 진행 중이다. 예를 들어 이러한 연구는 1980년대에 380 다이케스팅용 알루미늄합금에 버금가는 내식성을 갖는 AZ91 다이케스팅용 마그네슘 합금을 개발하여 마그네슘 합금을 자동차 산업에 적용시키는데 기여하였으며, 다우 케미컬(Dow Chemical)과 노스크 하이드로(Norsk Hydro)사는 샌드주물용 등의 상업성 있는 내부식성 마그네슘합금 개발에 노력하고 있다.
따라서, 내부식성 마그네슘합금을 비롯한 종래의 마그네슘합금이 갖는 결점이 없는 마그네슘합금 및 가공방법 등이 요구되고 있다.
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 본 발명에서는 급냉응고법을 사용하여 마그네슘합금 분말을 제조한다. 급냉응고법은 마그네슘합금 제조방법을 개량하기 위한 것으로, 마그네슘합금을 급냉응고법을 사용하여 제조하는 경우, 미세한 응고조직을 얻을수 있고, 고용한이 확장되므로 합금설계의 폭이 보다 넓어지고, 비평형결정질의 제조 또는 비정질재료를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 보다 균질한 조성을 가진 마그네슘합금을 얻을 수 있다는 장점이 있다.또한 마그네슘합금의 용해와 분말제조를 고진공 분위기 혹은 불활성 분위기에서 수행함으로서 활성이 강한 마그네슘합금을 산화피막이 없는 표면이 깨끗한 분말로 제조할 수 있어 기계적 성질과 내식성이 우수한 마그네슘합금 분말을 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 급냉응고법에 의해 마그네슘합금 분말을 제조하기에 적합한 급냉응고된 마그네슘합금 분말의 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 경량성 구조용 합금인 마그네슘합금의 최대 취약점인 부식성과 낮은 절대강도를 급냉응고법을 이용하여 극복하고 제 3, 제 4의 원소를 첨가함으로써 급냉응고 효과를 극대화하여 고강도인 알루미늄합금 이상의 기계적 특성을 갖는 마그네슘 합금을 제조하는 진공압출성형 방법을 제공하는 것이다.
도면 1은 본 발명에 따른 진공가스분무장치의 개략적인 구조도 이다.
도면 2는 본 발명에 따른 진공가스분무장치의 구성 중에서 노즐 부위의 상세도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100: 도가니 101: 추
102: 스톱퍼 103: 용해로
104: 열전대 105: 노즐
106: 진공실 107: 창
108: 채집기 109: 고속확산펌프
110, 110′: 로터리펌프 111: 필터112: 고압가스공급장치
200: 도가니 하부 201: 오리피스
202: 고온 단열판 203: 제1 노즐 피스
204: 제2 노즐 피스 205: 제3 노즐 피스206: 가스유입구 207: 지지대
이러한 본 발명의 목적은 하부에 오리피스를 갖는 도가니와, 상기 오리피스를 개폐할 수 있는 오리피스 개폐수단과, 상기 도가니 주위에 위치하여 마그네슘합금을 가열하는 용해로와, 상기 가열수단에 열을 공급하는 열공급수단과, 상기 도가니의 하부에 위치하고 고압 분무 가스의 운동 에너지에 의해 상기 용해로에서 용융된 금속의 분무화가 일어나는 노즐과 분무화된 액적의 응고가 일어나는 진공실과, 상기 오리피스 단부에 고압가스를 분사하는 노즐수단과, 상기 진공실 전면에 위치하여 상기 진공실의 내부를 관찰하기 위한 수단과, 상기 진공실 하부에 위치하고 상기 진공실에서 응고된 금속 또는 합금의 분말을 수거하는 채집수단과 상기 진공실의 진공상태를 유지하기 위한 펌프수단 및 상기 고압가스 분사시 발생되는 가스압을 조절하기 위한 펌프수단에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 목적은 하부에 오리피스를 가진 도가니와, 상기 오리피스를 개폐하는 오리피스 개폐수단과, 용융된 금속이 분말화되어 응고하는 진공실과, 상기 오리피스의 단부에 고압가스를 고속분사하는 노즐수단과, 상기 응고된 금속분말을 수거하는 채집수단 및 펌프수단을 포함하는 진공가스분무장치에 있어서,
상기 도가니와 상기 오리피스의 내부를 이행재인 질화붕소(boron nitride)로 얇게 코팅하고 건조하는 단계;상기 도가니에 마그네슘합금을 장입하는 단계;
상기 진공실 내부를 진공상태로 만든 후 불활성 분위기를 조성하고 준비된 모합금 시료를 용해하는 단계;
상기 오리피스 개폐수단을 작동시켜 오리피스를 개방함과 동시에 상기 노즐수단에 의해 고압가스를 분사하는 단계;
상기 도가니에서 상기 오리피스를 통해 용융된 금속이 상기 노즐 부위로 흘러내리면서 상기 분사된 고압가스에 의해 구형의 액적으로 분해된 후 급냉응고되는 단계;
상기 급냉응고된 금속분말을 수거하는 단계; 및
상기 수거된 금속분말을 진공압출성형하여 합금을 제조하는 단계를 포함하는 합금제조방법에 의해 달성된다.
본 발명에서는 마그네슘합금을 급냉응고법의 사용에 의해 제조하기 위해 진공가스분무장치를 사용한다. 본 발명의 진공가스분무장치는 용융상태의 금속 또는 합금을 고압의 가스 주입에 의하여 미세한 액적으로 분리한 후 급냉응고시켜서 분말로 제조하는 장치로서, 특히 종래의 대기 혹은 분위기 하에서 금속분말을 제조하는 일반적인 가스분무법과는 달리 금속의 용해와 분말제조시 확산펌프를 이용하여 5x10-5torr정도의 고진공을 유지할 수 있도록 고안되어 마그네슘, 티타늄, 지르코늄 등과 같은 반응성이 강한 금속의 분말을 제조하는데 특히 유효성을 갖는다. 특히 마그네슘 및 마그네슘합금의 경우 알루미늄과는 달리 일단 산화가 시작되면 산화피막이 지속적으로 성장하며, 표면 대 체적의 비율이 큰 미세한 분말은 이와 같은 산화반응이 폭발적으로 일어나기 때문에 대기 중에서 금속의 분말을 제조하는 것은 불가능하므로 상기와 같은 분위기 하에서 수행하는 것이다.따라서 마그네슘합금의 용해와 분말제조를 고진공 분위기 혹은 불활성 분위기에서 수행함으로서 활성이 강한 마그네슘합금을 산화피막이 없는 표면이 깨끗한 분말로 제조할 수 있어 기계적 성질과 내식성이 우수한 마그네슘합금 분말을 제조할 수 있는 것이 특징이다.
이하, 본 발명에 따른 진공가스분무장치 및 상기 장치를 이용하여 급냉응고법에 의해 반응성이 큰 합금분말을 제조하는 진공가스분무법을 첨부도면에 도시한 실시예에 의해 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 진공가스분무장치의 구조를 개략적으로 나타내는 구조도를 보인 것으로, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 진공가스분무장치는 하부의 중앙에 내경이 3mm인 오리피스를 갖고 금속 또는 합금을 용융하기 위한 도가니(100)와, 상기 오리피스를 막는 추(101)와, 상기 추에 연결되어 진공분무장치 밖에서 개폐할 수 있는 스톱퍼(102)와, 상기 도가니를 가열하는 용해로(103)와, 상기 도가니의 용탕 온도를 측정하기 위한 열전대(104)와, 상기 도가니의 오리피스에서 분출되는 용융금속을 분쇄하기 위하여 고압가스를 분사하는 노즐(105)과, 상기 노즐 하부에 위치하고 상기 노즐에서 고속분사된 질소, 아르곤, 헬륨등과 같은 불활성 분무 가스의 운동 에너지에 의해 용융된 금속의 분무화와 응고가 일어나는 진공실(106)와, 상기 진공실 전면에 위치하여 상기 진공실의 내부를 관찰하기 위한 작은 창(107)과, 상기 진공실 하부에 위치하고 상기 진공실에서 응고된 금속 또는 합금의 분말을 수거하는 채집기(108)와, 상기 진공실의 진공상태를 유지하기 위한 고속확산펌프(109)와 로터리펌프(110)와, 상기 노즐에 고압가스를 제공하기 위한 고압가스공급장치(112)와, 상기 가스 분사시 발생되는 가스압을 조절하기 위한 로타리펌프(110′)와, 상기 가스압을 조절할 때 상기 로타리펌프 쪽으로 유입되는 응고된 금속분말을 수집하기 위한 필터(111)로 구성된다.
보다 상세하게는 상기 도가니는 마그네슘과 반응성이 없는 연강으로 내경 100mm, 길이 150mm, 두께 10mm로 제작하고, 칸탈 발열체를 이용하여 제작한 상기 전기로의 중앙에 위치하도록 준비하였다. 또한 상기 도가니 하부의 중앙에 있는 내경이 3mm인 오리피스를 막는 직경 30mm, 길이 30mm의 상기 추를 설치하고 철사를 연결시켜 진공실 밖에서 개폐하여 용융금속을 노즐에 공급할 수 있는 상기 스토퍼(stopper)를 만들었다. 아울러 상기 노즐 부위에서 구형의 액적으로 분해된 액상 금속분말은 진공실에서 비행하며 응고하여 노즐에서 150cm 거리에 위치한 채집기에 모이도록 설계되었다. 상기 진공실은 고속확산펌프(109)와 로터리펌프(110)를 작동시켜 진공 조건을 조성하며, 가스분사시 발생되는 가스압은 분말 수집을 위한 필터가 설치되어 있는 또다른 로터리 펌프(110′)로 조절할 수 있다.
도 2는 상기 진공가스분무장치에서 상기 도가니 하부와 상기 하부의 중앙에 위치한 오리피스에 연결되는 노즐의 개략도를 보인 것으로, 이에 도시된 바와 같이, 상기 도가니 하부(200)의 중앙에서 노즐의 끝 부위까지 위치하는 내경이 3mm인 오리피스(201)와, 상기 도가니하부와 오리피스를 둘러싸는 고온 단열판(202)과, 제1 노즐 피스(203), 제2 노즐 피스(204)와, 제3 노즐 피스(205)로 구성된다.
보다 상세하게는, 상기 노즐은 3피스(piece)로 설계되었고, 중간에 위치한 제2 노즐 피스(204)와 콘 모양의 제3 노즐 피스(205)사이의 간격을 조절하여 가스 압력과 가스분사 정도를 조절할 수 있게 하였다. 노즐의 양쪽에 위치한 가스유입구(206)에서 유입된 고압가스는 3피스 노즐에 의하여 형성되는 공간에서 일정한 압력으로 유지시킨 후 제2 노즐 피스와 제3 노즐 피스 사이의 간격에서 70도 각도의 콘 모양으로 분사된다. 한편 도가니하부(200)에서 용융된 금속은 내경이 3mm되는 연강으로 제작된 오리피스(201)에서 분출되어 노즐에서 고압 분사된 가스에 의하여 미세한 구형의 입자형상으로 상기 진공실에 분무됨으로서 급속히 응고되어 분말형태가 된다. 또한 상기 도가니와 노즐 사이에 1mm 두께의 고온 단열판을 설치하여 열손실을 최소화하였다.
이하에서는 본 발명에 따른 진공가스분무장치를 이용하여 마그네슘합금 분말을 제조하는 공정을 설명한다.
급냉응고 효과를 증대시킬 목적으로 AZ31 마그네슘합금(Mg, 3% Al, 1% Zn)과 무게비 1% 미쉬메탈(misch metal)(48% Ce, 16-26% La, 12-19% Nd, 4-6% Pr)을 모합금 시료로 하여 본 발명에 따른 마그네슘합금을 제조하였다. 한편 미쉬메탈의 용융점이 1500℃ 이상으로 마그네슘합금의 용융점인 640℃와 비교할 때 용융점이 상당히 높기 때문에 500㎛정도의 박판으로 절단하여 AZ31과 함께 용해하도록 하였다.
또한 마그네슘은 산화하기 쉽기 때문에 일정한 보호 조건하에서 용해작업을 수행하여야 하므로, 본 발명에 따른 진공가스분무장치를 이용하여 상기 모합금 시편으로 마그네슘합금 분말을 제조하였다.
먼저 도가니와 오리피스를 질화붕소(boron nitride)로 얇게 코팅하고 300℃까지 가열하여 충분히 건조한 후에 준비된 모합금 시편을 약 500g 상기 도가니에 넣고 고속확산펌프(109)로 10-4torr까지 진공상태로 만든 다음, 마그네슘 용해 중 산화를 방지하기 위하여 아르곤 가스 및 설파 헥사플로라이드(sulfur hexafluoride : SF6) 가스를 주입하여 30mmHg 압력으로 조성한 후에 2kw 칸탈 저항로에서 700℃까지 가열하여 상기 모합금 시편을 용해하였다. 용해중에 도가니 하부 중심에 위치한 오리피스를 통한 용융금속의 누출을 차단하기 위하여 오리피스를 막는 추를 설치하고 상기 추는 외부에서 스토퍼로 개폐를 조절할 수 있도록 하였다. 상기 모합금의 시편이 용융되고 5분 후에 스토퍼를 작동시켜 오리피스를 개방함과 동시에 노즐을 통해 아르곤 가스를 분사시킨다. 이때 상기 노즐에서 분사되는 가스는 로터리펌프로 다시 배기하여 진공실 내부를 진공조건으로 유지한다. 상기 오리피스를 통해 흘러 내려오는 용융금속은 분사되는 고압의 가스에 의해 구형의 액적으로 분해된 후 불활성 분위기에서 분말로 급냉응고된다. 일반적으로 가스압력이 높고, 노즐과 오리피스 사이의 간격이 작을수록 미세한 분말이 제조된다. 따라서 본 발명에서는 9kgf/㎟ 가스압의 아르곤 가스를 1mm의 노즐 간격에서 분사하여 분말을 제조하였다. 이때 제조된 AZ31 + 1% 미쉬메탈 합금의 경우 300㎛ 이하의 분말의 회수율은 80%이상이 된다.
이와 같이 진공가스분무에 의해 제조된 분말에서는 수지상결정(dendrite) 응고조직을 관찰할 수 있는데 분말의 크기가 감소할수록 냉각속도는 증가하여 제2차 수지상결정 암(arm) 간격이 감소한다. 또한 AZ31에 미쉬메탈의 첨가량이 증가할수록 수지상결정 주위에 희토류 원소의 편석이 많아져 석출물은 증가한다. 또한 희토류 금속이 포함된 석출물은 고온에서 안정하여 분말의 열간 압출시 미세조직의 조대화를 억제할 것이다. 상기 분말들을 진공압출성형법으로 300℃에서 성형하여 마그네슘합금을 제조하였다. 이때 사용된 분말은 300㎛ 이하이며, 이것을 두께 3mm, 외경 50mm, 길이 100mm 의 알루미늄 컨테이너에 장입하고 밀봉하지 않은 상태에서 진공열간암연장치에서 10-4torr 이상의 진공 분위기에서 1시간 이상 탈가스 처리한 후 25 : 1 의 압출비와 100mm/min 의 속도로 성형시켜 직경 10mm 인 마그네슘합금 압출 봉재를 제조하였다. 표 1에서는 본 발명에 따른 마그네슘합금의 기계적 특성을 평가한 결과를 나타내었다.
특성시편 최대인장강도(σTS:MPa) 0.2%항복강도 (σ0.2:MPa) 연신율(ε:%) 가공경화지수(n) 강도계수 (K:MPa)
AZ31 잉곳 372.58 63 22.3 0.57 875.78
AZ31+1%MM잉곳 191.60 68 10.0 0.37 448.48
성형식 AZ31+1%MM 416.60 325 16.8 0.11 506.82
상기 표 1에 의해 본 발명에 따른 마그네슘합금은 종래의 주조된 잉곳(ingot)과 비교하여 5배 이상의 항복강도의 증가가 얻어짐을 알 수 있다.
본 발명에 따른 진공가스분무장치는 경량성 구조용합금인 마그네슘합금의 최대 취약점인 부식성과 낮은 절대강도를 급냉응고법을 이용하여 극복하고, 1%미시 메탈을 첨가하여 급냉응고 효과를 극대화하여 알루미늄합금 이상의 기계적특성을 갖는 마그네슘합금을 용이하게 제조하게 한다. 또한 상기 진공가스분무장치에 의해 제조된 마그네슘합금은 미세한 응고조직을 가지며, 고용한이 확장되므로 합금설계의 폭이 보다 넓어지고, 비평형결정질의 제조 또는 비정질재료를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 보다 균질한 조성을 가진다.

Claims (10)

  1. 하부에 오리피스를 갖는 도가니와;
    상기 오리피스를 개폐할 수 있는 오리피스 개폐수단과;
    상기 용해로 주위에 위치하여 상기 도가니를 가열하는 가열수단과;
    상기 용해로의 하부에 위치하고 고압 분무 가스의 운동 에너지에 의해 상기 용해로에서 용융된 금속의 분무화와 응고가 일어나는 진공실과;
    상기 오리피스 단부에 고압가스를 분사하는 노즐수단과;
    상기 진공실 하부에 위치하고 상기 진공실에서 응고된 금속 또는 합금의 분말을 수거하는 채집수단과;
    상기 진공실의 진공상태를 유지하기 위한 진공펌프수단; 및
    상기 고압가스 분사시 발생되는 가스압을 조절하기 위한 펌프수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 급냉응고된 마그네슘합금 분말의 제조장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 도가니는 마그네슘과 반응성이 없는 연강으로 제조되며, 하부를 고온 단열판으로 감싸도록 한 것을 특징으로 하는 급냉응고된 마그네슘합금 분말의 제조장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 오리피스 개폐수단은 상기 오리피스를 막는 추와 상기 추를 연결부재로 연결하여 상기 용해로 외부에서 조작할 수 있게 설치된 스토퍼로 구성된 것을 특징으로 하는 급냉응고된 마그네슘합금 분말의 제조장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 고압가스를 분사하는 노즐수단은 3 피스로 설계되어 상기 피스간의 간격을 조절하여 가스 압력과 가스 분사를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 급냉응고된 마그네슘합금 분말의 제조장치
  5. 용해로 하부에 형성된 오리피스의 내부를 질화붕소(boron nitride)로 얇게 코팅하고 건조하는 단계;
    상기 용해로 내부를 진공상태의 일정압력으로 조성한 후 준비된 모합금 시료를 용해하는 단계;
    상기 오리피스의 개폐수단을 마련하고, 상기 오리피스 개폐수단을 작동시켜 상기 오리피스를 개방함과 동시에 상기 용해로 하부에 위치한 노즐수단에 의해 고압가스를 분사하는 단계;
    상기 용해로에서 상기 오리피스를 통해 용융된 금속이 상기 오리피스 하부에 위치한 진공실 내부로 흘러내리면서 상기 분사된 고압가스에 의해 미세한 구형의 입자로 분해된 후 분말로 급냉응고되는 단계;
    상기 급냉응고된 금속분말을 상기 진공실 하부에 위치한 채집기에서 수거하는 단계; 및
    상기 수거된 금속분말을 진공압출성형하여 합금을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 용해로의 내부는 10-4torr 까지 진공상태로 한 다음, 아르곤(Ar) 가스와 설파 헥사플로라이드(sulfur hexafluoride : SF6) 가스로 30mmHg의 압력을 유지하도록 상기 용해로 내부의 압력을 조성하는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 모합금 시료는 AZ31 마그네슘합금과 1% 미쉬메탈(misch metal)(48% Ce, 16-26% La, 12-19% Nd, 4-6% Pr)인 것을 특징으로 하는 마그네슘합금제조방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 노즐수단에 의해 고압가스를 분사하는 단계에서 사용되는 가스는 아르곤인 것을 특징으로 하는 마그네슘합금제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 노즐수단에 의해 분사되는 아르곤 가스의 가스압은 9kgf/㎟ 이고 1mm의 노즐 간격에서 분사하는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금제조방법.
  10. 제 5항에 있어서, 상기 수거된 금속분말을 진공압출성형하여 합금을 제조하는 단계의 성형온도는 300℃인 것을 특징으로 하는 마그네슘합금 제조방법.
KR1019990003401A 1999-02-02 1999-02-02 급냉응고된 마그네슘합금분말의 제조장치 및 마그네슘합금 제조방법 KR100307711B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990003401A KR100307711B1 (ko) 1999-02-02 1999-02-02 급냉응고된 마그네슘합금분말의 제조장치 및 마그네슘합금 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990003401A KR100307711B1 (ko) 1999-02-02 1999-02-02 급냉응고된 마그네슘합금분말의 제조장치 및 마그네슘합금 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000054999A KR20000054999A (ko) 2000-09-05
KR100307711B1 true KR100307711B1 (ko) 2001-09-13

Family

ID=19573085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990003401A KR100307711B1 (ko) 1999-02-02 1999-02-02 급냉응고된 마그네슘합금분말의 제조장치 및 마그네슘합금 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100307711B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010120031A1 (ko) * 2009-04-14 2010-10-21 한국기계연구원 가스분무공정을 이용한 금속복합분말의 제조장치 및 이를 이용한 금속복합분말의 제조방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114985744B (zh) * 2022-05-24 2023-09-08 西安建筑科技大学 一种稀土镁合金粉体的制备装置、制备方法及应用
CN115041687B (zh) * 2022-05-24 2023-09-08 西安建筑科技大学 一种稀土镁合金粉体的制备装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010120031A1 (ko) * 2009-04-14 2010-10-21 한국기계연구원 가스분무공정을 이용한 금속복합분말의 제조장치 및 이를 이용한 금속복합분말의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20000054999A (ko) 2000-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3167971B1 (en) Methods of improving hot workability of metal alloys
US11826832B2 (en) Passivation and alloying element retention in gas atomized powders
Heidloff et al. Advanced gas atomization processing for Ti and Ti alloy powder manufacturing
US5980604A (en) Spray formed multifunctional materials
Estrada et al. Characteristics of rapidly solidified Al-Si-X preforms produced by the Osprey process
US20170298477A1 (en) Aluminum-Scandium-Calcium Alloy
EP2251447A1 (en) Spray deposition of L12 aluminum alloys
CA2411044A1 (en) Rapid solidification processing system for producing molds, dies and related tooling
CN109465414A (zh) 一种制备无氧铜杆的方法
US5102620A (en) Copper alloys with dispersed metal nitrides and method of manufacture
CN109722570A (zh) 一种高刚度、低密度新型铝锂合金及其制备方法
KR100307711B1 (ko) 급냉응고된 마그네슘합금분말의 제조장치 및 마그네슘합금 제조방법
US5266099A (en) Method for producing closed cell spherical porosity in spray formed metals
CN101279361B (zh) 一种高强韧镁合金的制备方法
KR20120072235A (ko) 페라이트계 산화물 분산강화합금 및 그 제조방법
CN110722162A (zh) 一种喷射成形1420铝锂合金空心锭坯的制备方法
Si et al. Microstructure and mechanical properties of low-pressure spray-formed Zn-rich aluminum alloy
Tomochika et al. Fabrication of NiTi intermetallic compound by a reactive gas laser atomization process
CN112296606B (zh) 一种真空离心TiAl金属间化合物板材的制备方法
WO1997047415A1 (en) Spray deposition in a low pressure environment
Satyanarayana et al. Studies on spray casting of Al-alloys and their composites
CN1069292A (zh) 金属基体复合材料制造方法
McHugh et al. Density of spray-formed materials
CN106916981A (zh) 一种镁合金制备方法
Wang et al. Comparison of gas atomization on A6060 Al alloy powders produced by internal and external mixing type nozzles

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
N231 Notification of change of applicant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20070627

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee