KR100771731B1 - 후방 압출에 의한 몰리브덴의 냉간 성형 - Google Patents

후방 압출에 의한 몰리브덴의 냉간 성형 Download PDF

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Abstract

본원발명은 후방 압출에 의해 몰리브덴의 냉간성형을 하는 방법에 있어서 냉간성형에 전에 완전한 재결정화가 실행되는 것을 포함한다.
몰리브덴, 후방압출, 냉간성형, 재결정화

Description

후방 압출에 의한 몰리브덴의 냉간 성형{COLD-FORMING OF MOLYBDENUM BY BACKWARD EXRUSION}
도 1은 본 발명의 방법에 따라 제조된 몰리브덴 캡의 종단면을 50:1의 축척으로 도시한 도면이다.
본 발명은 후방 압출에 의한 몰리브덴의 냉간 성형에 관한 것이다.
몰리브덴은 그 열적, 전기적, 화학적 특성으로 인해 조명 기술에 사용되고 있다. 몰리브덴은 상온에서 취성(brittleness)을 갖는 재료이며, 프리 프러덕트(pre-product) 및 반제품(semi-finished product)은 보통 열에 의해 재성형된다. 조명 기술에 사용되는 파이프 또는 캡(cap)과 같은 몰리브덴으로 제작된 기계 가공 부품은 딥드로잉(deep-drawing) 가공에 의해 상온에서 박판(sheet) 및 밴드(band)로부터 제조될 수 있다.
프리 프러덕트 및 반제품은 보통 열에 의해, 즉 가장 적절하게는 소결(sintering) 직후에(US 5,158,709) 혹은 전자 빔 용융 몰리브덴의 경우에는 핫 웰딩(hot welding) 이후에, 또는 열기계적 재성형(thermomechanical reshaping)(US 5,051,139)에 의해 재성형된다. 또한, 바람직하게는 작은 치수에 대하여 냉간 재성형 방법(cold reshaping method)이 있긴 하지만, 재료에 인장 응력이 가해져 처리될 때 균열이나 파단면(fracture)이 형성되는 것을 방지하기 위하여 몰리브덴은 완전히 재결정화되지는 않는다. 재료의 재성형을 위해 필요한 인장 응력은 재료가 재결정화된 연화 풀림 상태에 있을 때 재료의 파괴[네킹(necking), 균열]를 초래할 수 있기 때문에, 재료가 완전히 재결정화되지 않아야 한다는 것이 일반적이다.
또한, 재성형, 재결정화(recrystallization) 및 템퍼링(tempering)을 번갈아 사용하는 방법도 공지되어 있다(예를 들면, US 4,600,446).
몰리브덴을 포함하는 재료로서 취성이 있거나 재결정화되거나 또는 완화된 재료를 압출에 의해 냉간 성형하는 방법이 US 3,552,996에 개시되어 있다. 이러한 방법은 전방 압출(forward extrusion)로 알려져 있다. US 3,552,996에 기재된 방법에 있어서, 주된 관심사는 압출 다이(die) 상에 날카로운 엣지(edge)가 형성되는 것을 방지하는 것에 있다. 이러한 방법은 재성형 후에 불연속적인 장력의 전이(tension transition)를 방지하기 위한 것이다. 하지만, 이러한 방법은 실제적인 적용에 있어서는 오직 TZM 합금의 경우에 대해서만 검증이 되어 있으며, 기껏해야 부분적으로 균열이 없는 기계 가공된 몸체를 제조하는 데 사용될 수 있을 뿐이다(실시예 참조).
본 발명에는 후방 압출에 의한 몰리브덴의 냉간 성형 방법이 기재되어 있다. 놀랍게도, 몰리브덴이 그의 취성에도 불구하고 균열이나 파단면의 형성을 수반하지 않고서 후방 압출에 의하여 재성형될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이러한 압출 방법에서는 에너지가 압축 변형(compressive strain)의 형태로 가해진다. 이러한 단계에 앞서 몰리브덴은, 인장력을 충분히 낮춰 재료의 항복점(yielding point)을 통과하도록 하기 위하여, 열처리에 의해 완전히 재결정화된다. 재결정화는 재성형 이전에 발생된 모든 격자 인장력(lattice tension)을 제거하기 위한 것이다. 이후 재료는 단지 비교적 작은 힘만을 받아 그 항복점에 도달한다. 재결정화는 1300℃ 이상, 특히 1400℃ 이상에서 진행되는 것이 바람직하다(몰리브덴의 용융점은 2623℃ 내지 2625℃임).
따라서 본 발명은 완전한 재결정화가 선행되는 후방 압출에 의한 몰리브덴의 냉간 성형 방법에 관한 것이다. 바람직하게는, 이러한 방법은 다음과 같이 실행된다.
직경이 완제품의 직경 범위인 몰리브덴 재료가 1400℃ 이상의 온도에서 진공 하에서, 또는 보호 가스 하에서, 또는 진공과 보호 가스 하에서 완전히 재결정화된 다음에 진공 하에서, 또는 보호 가스 하에서, 또는 진공과 보호 가스 하에서 냉각된다. 이와 같이 재결정화된 재료의 단편들은 회전 대칭형 완제품을 형성하기 위하여 상온에서 압출된다.
이와 같은 방법의 핵심적인 이점은 다음과 같다. 먼저, 딥드로잉에 비하여 재료가 더욱 잘 사용될 수 있다. 또한 후방 압출에 의하여 더욱 두껍거나 형상이 있는 하부를 구비한 부품을 형성할 수 있다. 이러한 방법은 또한 크롬, 텅스텐 등과 같은 다른 취성 금속 또는 합금과 함께 사용하기에 적합하다.
산업적인 측면에서, 이러한 방법은 예를 들어 조명 기술에 사용되는 몰리브덴 캡과 같은 몰리브덴 부품의 제조를 위해 사용될 수 있다. 이러한 방법에 따라 제조된 몰리브덴 부품은 유리 또는 세라믹 구(bulb)를 통해 전류를 전도하는 부품으로서 사용될 수 있으며, 또한 냉음극 형광 램프(CCFL: cold cathode fluorescent lamp) 또는 냉음극 램프(cold cathode lamp, 독일어로 Kaltkathodenlampen, KKL)의 에미터 전극(emitter electrode)으로서 사용될 수도 있다. 이하에서는 본 발명의 범위를 제한하지 않는 실시예를 중심으로 하여 본 발명을 상세히 설명한다.
딥드로잉이란 용어는 중공체(hollow body)를 제조하기 위하여 금속 박판의 인장력에 의해 재성형하는 것을 나타내거나, 또는 큰 원주의 중공체로부터 작은 원주의 중공체를 형성하는 것을 나타낸다. 공정 중에 금속 박판의 두께는 임의로 변경되지는 않는다. 우선 예비 절단된 박판이 수용부에 놓여진다. 이어서, 누름 클램프(clamp)가 박판을 드로잉 다이 상으로 눌러서 딥드로잉 가공 중에 크리스(crease)가 형성되는 것을 방지한다. 하강하는 드로잉 펀치가 박판을 드로잉 다이 내로 눌러서 원하는 작업편(work piece)으로 성형한다. 드로잉 비율(drawing ratio)이 높을 때에는, 딥드로잉을 여러 단계에 걸쳐 실행할 수도 있다. 드로잉 비율이란 작업편의 직경에 대한 예비 절단된 박판의 직경의 비율을 말한다. 딥드로잉 단계 사이에 중간 어닐링(annealing) 단계가 포함될 수 있다.
압출 가공은 중공체 또는 비중공체의 제조를 위한 냉간 성형법이다. 재료가 압출 성형법(extrusion molding)에서와 같이 펀치에 의해 다이를 통해 눌려지거나(전방으로) 또는 펀치가 재료 내로 눌려져서 재료가 펀치를 따라 후방으로 흐른다. 이러한 방법은 처리 온도에 있어서 압출 성형법과 다르며, 또한 압출 성형법은 복잡한 형태의 제조가 가능하고 압출 반제품보다는 각각의 부품을 제조하는 데 이용된다는 점에서도 압출 성형법과 다르다. 이러한 방법의 이점은 공구 비용이 저렴하고, 공구 수명이 길며, 처리량이 대략 1분당 30개 내지 50개인 높은 작업 속도를 갖는다는 점이다. 표면 품질이 우수하여, 후속 표면 처리에 적합하다. 알루미늄 합금이 주된 적용 분야이다.
냉음극 램프 및 냉음극 형광 램프는 저압에서의 방전 원리를 이용하는 형광 램프이다. 이러한 방전으로 인해 희박 가스 혼합물(예를 들어, Ar/Hg)이 여기된다. 가스 혼합물을 이온화시켜 전기를 전도하도록 하기 위하여, 전극을 가열하기보다는 초기에 높은 전압을 관에 인가한다. 전기 에너지가 가스 원자들을 여기하면, 가스 원자들은 과잉 에너지를 가시 광선 또는 자외선의 형태로 방출한다. 관의 내부에 인을 기초로 한 코팅을 함으로써 자외선을 가시 광선으로 전환시킨다. 전극은 내화성 금속, 보통 몰리브덴으로 제조된다. 몰리브덴은 쉽게 전자를 방출하는 특성이 있으므로 특히 적합하다. 교류로 작동시키게 되면, 전극은 번갈아 가며 음극과 양극으로서 작동한다.
상온과 약 1500MPa의 압력하에서 프레스 상에서 후방 압출에 의해 1mm의 몰리브덴 와이어로부터 캡이 성형되며, 이때 몰리브덴 와이어는 진공 상태로 1400℃ 이상에서 재결정되어 진공 상태에서 냉각된 것이다.
이러한 유형의 캡은 냉음극 형광 램프의 에미터 전극으로서 사용될 수 있다.
이러한 방법에 의해 재료는 폐기물을 생산함이 없이 완전히 재성형될 수 있다.
도 1에 도시되어 있는 이러한 방법에 따라 제조된 캡의 미시 종단면은 이러한 방법이 균열이 없는 회전 대칭형 기계 가공 부품을 제조하는 데 사용될 수 있다는 것을 보여준다.
본 발명에 따른 방법에 의하면, 딥드로잉에 비하여 재료가 더욱 잘 사용될 수 있다. 또한 후방 압출에 의하여 더욱 두껍거나 형상이 있는 하부를 구비한 부품을 형성할 수 있으며, 또한 크롬, 텅스텐 등과 같은 다른 취성 금속 또는 합금과 함께 사용하기에 적합하다.

Claims (7)

  1. 후방 압출에 의해 몰리브덴을 냉간 성형하기 위한 방법에 있어서,
    냉간 성형 전에 완전한 재결정화가 실행되는 것을 특징으로 하는 후방 압출에 의한 몰리브덴의 냉간 성형 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    진공 하에서, 또는 보호 가스 하에서, 또는 진공과 보호 가스 하에서, 재결정화가 실행되는 것을 특징으로 하는 후방 압출에 의한 몰리브덴의 냉간 성형 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    1300℃ 이상의 온도에서 재결정화가 실행되는 것을 특징으로 하는 후방 압출에 의한 몰리브덴의 냉간 성형 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    1) 몰리브덴 재료가 1400℃ 이상의 진공 하에서, 또는 보호 가스 하에서, 또는 진공과 보호 가스 하에서 완전히 재결정화되고,
    2) 상기 재료가 진공 하에서, 또는 보호 가스 하에서, 또는 진공과 보호 가스 하에서 냉각되며,
    3) 재결정화된 재료의 단편들이 완제품을 제조하기 위하여 상온에서 압출되는 것을 특징으로 하는 후방 압출에 의한 몰리브덴의 냉간 성형 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 완제품은 회전 대칭형으로 압출되는 것을 특징으로 하는 후방 압출에 의한 몰리브덴의 냉간 성형 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 따른 후방 압출에 의한 몰리브덴의 냉간 성형 방법에 의해 성형되는 몰리브덴 부품을 조명 기술에 사용하는 몰리브덴 부품 사용 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 몰리브덴 부품을,
    유리 또는 세라믹 구를 통해 전기를 전도하는 부품에, 또는
    냉음극 형광 램프나 냉음극 램프의 에미터 전극에 사용하는 몰리브덴 부품 사용 방법.
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