KR100414452B1 - 유체여과 매체용 비정질 금속재료 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오염물을 포집, 제거하는 여과공정에서 핵심적으로 사용되는 유체여과 매체용으로서 기존의 종이 필터나 폴리머 필터와는 달리 오염된 유체 중에 함유되어 있는 철분 및 기타 자성체 불순물을 효과적으로 여과할 수 있는 유체여과 매체용 비정질 금속재료에 관한 것으로서, 합금의 조성이 Few-Nix-Cry-Pz으로 되며, 여기에서 x는 2 내지 8, y는 5 내지 7이고, z는 15 내지 20이며, w가 잔량으로서 전체 100이 되도록 하는 조성범위 내에서 통상의 비정질 금속리본 제조방법인 멜트스피닝법으로 제조하여서 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 높은 투자율과 양호한 포화자화값 및 우수한 내식성을 갖는 유체여과 매체용 비정질 금속재료를 제공하며, 이는 자기필터링 시스템에서 공정의 자동화에 보다 더 효율적으로 적용될 수 있는 필터를 제조할 수 있는 유체여과 매체용 비정질 금속재료를 제공하는 효과가 있다.

Description

유체여과 매체용 비정질 금속재료 {Amorphous alloy materials for the fluid filtering media}
본 발명은 유체여과 매체용 비정질 금속재료에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 오염물을 포집, 제거하는 여과공정에서 핵심적으로 사용되는 유체여과 매체용으로서 기존의 종이 필터나 폴리머 필터와는 달리 오염된 유체 중에 함유되어 있는 철분 및 기타 자성체 불순물을 효과적으로 여과할 수 있는 유체여과 매체용 비정질 금속재료에 관한 것이다.
비정질 합금에 있어서 내식성을 확보하고자 하면 자성특성은 매우 저하되는것이 종래 기술에서의 비정질 합금에서 일반적으로 나타나는 현상이며 문제점이었다. 고내식성 합금으로 제조되어온 철-크롬-인(Fe-Cr-P)계 합금에서 크롬의 농도가 8원자% 이상으로 형성되면 아주 우수한 내식성을 나타내게 된다. 이같은 합금들은 사용환경에서 표면에 부동태를 형성하여 거의 부식이 일어나지 않는 특징이 있다. 또한, 이런 원소의 첨가와 더불어 미량의 몰리브덴(Mo), 바나듐(V) 등의 원소를 첨가함에 따라 보다 더 내식성을 증가시키는 효과를 얻을 수 있게 된다. 이러한 원소첨가의 효과는 비정질 합금에 있어서 내식성을 가지게 하는데 매우 효과적인 방법으로 선택되어지고 있으나, 이러한 원소들을 다량 함유하게 되면 자성특성이 매우 저하되어 자기필터링 시스템(magnetic filtering system)에서는 이러한 소재들을 사용하는 데 문제가 있게 된다.
특히, 크롬원소의 첨가농도가 증가됨에 따라 자성특성은 급격히 감소하게 되고, 8원자% 이상의 조건에서는 자성특성을 잃어버리는 결과를 보이게 된다. 이는 크롬이 반자성 원소이기 때문에 나타나는 현상으로 투자율 등에서도 감소가 나타난다. 따라서, 이러한 자기적 특성을 잃어버리는 경우에 자기필터링 시스템에서의 사용은 거의 불가능하게 된다. 그러나, 자성특성을 증가시키기 위해 내식성 원소들의 사용을 고려하지 않는 경우, 일반적인 제강 및 제철공정에서 여과하고자 하는 불순물 유체의 사용환경이 중성 보다는 산성 또는 알칼리성으로 pH가 유지되기 때문에 내식성을 유지하면서 사용하기가 곤란하게 되는 문제점이 있다. 따라서, 자기적 특성과 함께 내식성 또한 유체여과 매체용 비정질 금속재료가 갖추어야 할 중요한 특성으로 고려되어야 한다.
종래의 기술에서 비정질 합금의 개발이 자기적 특성의 향상 만을 추구하는 경우가 많았으며, 부식환경에서의 여과매체 용도의 실용화를 위한 목적의 발명은 거의 없었다.
대한민국 공개특허 제87-9047호에는 내식성을 향상시킨 철-크롬계 고내식 비정질 금속재료에 대하여 기술하고 있기는 하나, 자기적 특성이 고려되지 않은 내식성 위주의 비정질 금속재료의 개발에 중점을 두고 있었다. 따라서 종래의 발명으로 여과매체로 사용할 수 있는 비정질 합금의 자기적 특성과 내식성을 동시에 확보하여 실용화하는 데는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 니켈의 첨가농도범위를 제어하여 보자력은 감소하나, 투자율 및 내식성이 향상된 유체여과 매체용 비정질 금속재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 산업용 전자기 필터링 시스템에 여과매체로 사용할 수 있도록 우수한 내식성 및 자기적 특성을 갖는 유체여과 매체용 비정질 금속재료를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 유체여과 매체용 비정질 금속재료에서 니켈의 함량변화에 따른 투자율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 유체여과 매체용 비정질 금속재료에서 니켈의 함량변화에 따른 포화자화 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 유체여과 매체용 비정질 금속재료에서 니켈의 함량변화에 따른 내식성 변화를 나타내는 그래프이다.
본 발명에 따른 유체여과 매체용 비정질 금속재료는, 합금의 조성이 Few-Nix-Cry-Pz으로 되며, 여기에서 x는 2 내지 8, y는 5 내지 7이고, z는 15 내지 20이며, w가 잔량으로서 전체 100이 되도록 하는 조성범위 내에서 통상의 비정질 금속리본 제조방법인 멜트스피닝법으로 제조하여서 이루어진다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 유체여과 매체용 비정질 금속재료는, 합금의 조성이 Few-Nix-Cry-Pz으로 되며, 여기에서 x는 2 내지 8, y는 5 내지 7이고, z는 15 내지 20이며, w가 잔량으로서 전체 100이 되도록 하는 조성범위 내에서 통상의 비정질 금속리본 제조방법인 멜트스피닝법으로 제조하여서 이루어짐을 특징으로 한다.
철-인계 비정질은 내식성이 아주 우수한 것으로 알려져 있으며, 이것은 철-붕소계에 비해 크롬이 첨가되었을 경우, 수산화크롬산을 빨리 생성시키고, 부동태화가 빨리 일어나는 것으로 알려져 있다. 이러한 철-인계 비정질에 크롬의 첨가는 매우 중요하다. 크롬은 반자성체이므로 자성특성을 저하시키는 역할을 하고, 그 사용의 폭, 즉 자기적 특성이 사라지는 퀴리온도 또한 저하되는 경향을 나타낸다. 그러나, 크롬은 내식성 합금에서 중요한 인자로서, 산소(O2)와 반응하여 산화물을 형성하여 부식을 방지하는 매우 중요한 합금원소이다. 그러므로, 크롬의 첨가농도는 매우 중요하며, 크롬의 첨가농도조절이 중요한 인자로 고려되어야 한다. 비정질 합금에서의 크롬의 역할은 1974년 나카(M. Naka)와 하시모토(K. Hashimoto)에 의해 발표되었으며(J. Japan inst), 이 논문에 따르면 철-크롬-메탈로이드 합금의 경우, 비정질 합금의 내식성의 향상에는 크롬의 첨가가 매우 효과적임을 기술하였다. 그리고, 여기에서 크롬의 첨가농도가 8원자% 이상이면 매우 우수한 내식성을 가진다고 발표하였다. 하지만, 일반적으로 크롬의 첨가농도가 8원자% 이상인 비정질 합금은 자기적 특성이 매우 저하되는 것으로 알려져 있다. 본 발명에서는 크롬의 첨가농도를 조절함과 동시에 첨가원소로서 니켈을 철과 치환시키므로써 우수한 내식성을 가지면서도 자기적 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있음을 확인하였다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.
이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4
본 발명에 따른 유체여과 매체용 비정질 금속재료를 합금의 조성이 Few-Nix-Cry-Pz으로 되며, 여기에서 x는 2 내지 8, y는 5 내지 7이고, z는 15 내지 20이며, w가 잔량으로서 전체 100이 되도록 하는 조성범위 내에서 인의 함량과 크롬 및 니켈의 함량을 하기 표 1과 같이 조절하고, 통상의 비정질 금속리본 제조방법인 멜트스피닝법에 따라 급냉응고시켜 비정질상의 스트립을 제조하였다. 수득된 금속재료의 자기적 특성의 측정을 위해 비-에이취 미터(B-H meter ; 리켄덴시사(RIKEN DENSHI CO. LTD) 제품명 비에이취에스-40(BHS-40))를 이용하였으며, 부식특성은 5용적%의 염산수용액에서 분극시험(polarization test :시험 용액으로는 5중량% 염산을 사용하여 비정질 합금을 반응 용기에 넣고 포텐티오스태트/갈바노스태트(POTENTIOSTAT/GALVANOSTAT)로 분극 시험을 하였다. 분석법으로는 타펠 테스트를 사용하였다.)
구 분 합금의 성분비 실용성
실시예 1 Fe78-Ni2-Cr5-P15 사용가능
실시예 2 Fe70.5-Ni7.5-Cr5-P17 사용가능
실시예 3 Fe73-Ni2-Cr5-P20 사용가능
실시예 4 Fe71-Ni5-Cr7-P17 사용가능
비교예 1 Fe81-Cr5-P14 사용불능
비교예 2 Fe75-Cr5-P20 사용불능
비교예 3 Fe67-Ni5-Cr8-P20 사용불능
비교예 4 Fe68-Ni7-Cr3-P22 사용불능
한편, 본 발명에 따른 유체여과 매체용 비정질 금속재료에서 합금 중 니켈의 첨가농도에 따른 투자율의 변화를 도 1에, 그리고 포화자화값을 도 2에 각각 그래프로 나타내었으며, 또한 니켈의 첨가농도에 따른 내식성의 변화를 도 3에 그래프로 나타내었다. 도 2에 나타난 바와 같이, 니켈의 첨가농도의 증가에 따라 포화자화값은 감소하나, 도 1에 나타난 바와 같이, 니켈의 첨가농도에 따라 일정비율까지는 투자율이 증가하는 경향을 보이고 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 내식성에 있어서도 니켈이 5원자% 내외로 될 때, 1mpy(mils penetration per year, 1mpy = 0.0254mm/yr = 25.4 μm/yr = 2.90 nm/hour = 0.805 pm/sec)로 가장 우수한 내식성을 나타내고 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 니켈의 거동은 용액내에서 합금이 부식될 때 크롬의 국부적인 부동태형성에 도움을 주는 것으로 판단된다.
또한, 상기 실시예 1의 유체여과 매체용 비정질 금속재료의 포화자화값, 투자율 및 내식성을 공지의 기술인 일본특허 공개번호 소58-1061에 기재된 금속재료(비교예 5)와 비교하여 보았을 때, 하기 표 2와 같이 나타남을 확인할 수 있었다.
구 분 포화자화(emu/g) 투자율(μ) 내식성(mpy)
실시예 1 90 ~ 115 14057 1 ~ 3
비교예 5 90 ~ 150 13000 ≤3
상기한 실시예들을 종합한 결과, 본 발명에 따른 유체여과 매체용 비정질 금속재료의 경우, 니켈이 첨가되면서 투자율이 향상되는 경향을 보이고 있음을 확인할 수 있었다. 이는 니켈이 첨가되면서 포화자화값(Bs)는 다소 감소하나, 투자율의 향상으로 공정의 자동화에 보다 더 효율적으로 적용될 수 있음을 의미한다. 투자율의 향상은 자기필터링 시스템에서 자장이 인가될 경우, 보다 효과적인 필터링을 이루고, 자장이 제거되는 경우, 여과된 고용분의 제거가 효과적임을 의미한다.
또한, 상기 실시예들 및 비교예들에서 인의 함량이 15원자% 이하인 경우, 비정질을 형성하는 데 어려움이 있는 것으로 나타났고, 21원자% 이상인 경우에서는 자기적특성의 감소로 인하여 여과매체로서 사용하기에 문제점이 있는 것으로 나타났다. 또한, 크롬의 함량이 5원자% 미만인 경우, 내식성이 저하되고, 8원자% 이상인 경우, 자기적특성이 저하되어 역시 자기필터링 시스템에서 사용하기에 곤란하다는 문제점이 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 높은 투자율과 양호한 포화자화값 및 우수한 내식성을 갖는 유체여과 매체용 비정질 금속재료를 제공하며, 이는 자기필터링 시스템에서 공정의 자동화에 보다 더 효율적으로 적용될 수 있는 필터를 제조할 수 있는 유체여과 매체용 비정질 금속재료를 제공하는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (1)

  1. 합금의 조성이 Few-Nix-Cry-Pz으로 되며, 여기에서 x는 2 내지 8, y는 5 내지 7이고, z는 15 내지 20이며, w가 잔량으로서 전체 100이 되도록 하는 조성범위 내에서 통상의 비정질 금속리본 제조방법인 멜트스피닝법으로 제조하여서 이루어짐을 특징으로 하는 유체여과 매체용 비정질 금속재료.
KR10-2001-0064126A 2001-10-17 2001-10-17 유체여과 매체용 비정질 금속재료 KR100414452B1 (ko)

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