KR100886944B1 - 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법 - Google Patents

텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 텅스텐카바이드 분말과 유체를 혼합하여 슬러리를 제조하는 슬러리제조단계; 슬러리 내에서 코발트 금속선을 전기적으로 폭발시키는 전기폭발단계; 및 슬러리에 함유된 유체를 건조시키는 건조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법이 제공된다.
이와 같은 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법에 의하면, 텅스텐카바이드 분말과 유체를 혼합하여 제조된 슬러리 내에서 코발트 금속선을 폭발시킴으로써, 기지상 역할을 하는 코발트 분말의 산화를 원천적으로 억제할 수 있으며, 텅스텐카바이드 분말과 코발트 금속분말이 균일하게 복합화되도록 할 수 있으며, 제조된 텅스텐카바이드-코발트 복합분말로부터 초경 합금의 고강도화가 가능해 초경공구, 내마모용부품, 금형소재의 원료로 이용이 가능한 장점을 갖는다.
텅스텐카바이드, 코발트, 복합분말, 전기 폭발

Description

텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법{Producing method of WC-Co composite powder}
본 발명은 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 텅스텐카바이드 분말과 코발트 금속분말이 균일하게 복합화되도록 할 수 있으며, 제조된 텅스텐카바이드-코발트 복합분말로부터 초경 합금의 고강도화가 가능해 초경공구, 내마모용부품, 금형소재의 원료로 이용이 가능하도록 한 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법에 관한 것이다.
텅스텐카바이드-코발트 복합분말은 일반적으로 텅스텐(W) 분말과 고상의 탄소(C) 분말을 혼합하여 고온에서 침탄하는 고상 반응에 의하여 텅스텐카바이드(WC)를 합성하고, 이후 코발트(Co) 분말을 혼합하는 기술이 현재 사용되고 있다.
1990년도 이후 금속 수용성 염을 이용하여 텅스텐과 코발트를 함유한 수용액을 분무 건조하여 초미립 텅스텐카바이드-코발트 복합분말을 얻는 합성 기술이 현재 상용화 단계에 이르고 있다.
그러나 고상 반응에 의한 합성 방법은 기계적 분쇄 공정에 의하여 분말을 미립화시키므로, 텅스텐카바이드 분말의 입자 크기가 0.5㎛ 이하가 되도록 제조하기 가 어려우며, 액상을 이용한 합성 공정에서도 수용액의 건조 과정 및 환원침탄 열처리 중에 텅스텐카바이드 분말 입자의 성장으로 0.1㎛ 이하의 극미세분말을 제조하는데 한계가 있다.
아울러, 텅스텐카바이드 분말과 코발트 분말을 제조하여 텅스텐카바이드-코발트 복합분말을 제조할 경우에는 극미세한 크기의 분말이 갖는 응집성으로 인하여 균일한 혼합이 어려울 뿐만 아니라, 극미세한 크기의 코발트 분말에서는 급격한 산화가 일어나는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 텅스텐카바이드 분말과 코발트 금속분말이 균일하게 복합화되도록 할 수 있으며, 제조된 텅스텐카바이드-코발트 복합분말로부터 초경 합금의 고강도화가 가능해 초경공구, 내마모용부품, 금형소재의 원료로 이용이 가능하도록 한 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 텅스텐카바이드 분말과 유체를 혼합하여 슬러리를 제조하는 슬러리제조단계; 상기 슬러리 내에서 코발트 금속선을 전기적으로 폭발시키는 전기폭발단계; 및 상기 슬러리에 함유된 유체를 건조시키는 건조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 슬러리제조단계는 물, 과산화수소수, 에탄올, 에탄올글리콜, 글리세린, 젤라틴, 엔진오일, 증류수, 벤젠, 톨루엔, 식염수, 식용류, 석유 및 휘발류로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 유체로 구성된 액체 내에 슬러리를 제조한다.
특히, PVP(polyvinylpyrrolidone), PEI(polyethylenimine), PDADMAC(polydiallydimethylammonium chloride), TWIN 80, 폴리에틸렌글리콜 축합형, 지방산 모노글리세린에스테르, 지방산 폴리글리콜에스테르, 지방산 알칸올아미 드 등 시판되는 고분자로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 고분자 분산제; 또는 아크릴, 스테아린산(stearic acid), 왁스(wax) 등 저융점 유기화합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 결합제를 첨가하여 슬러리를 제조하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법에 의하면,
첫째, 텅스텐카바이드 분말과 유체를 혼합하여 제조된 슬러리 내에서 코발트 금속선을 폭발시킴으로써, 기지상 역할을 하는 코발트 분말의 산화를 원천적으로 억제할 수 있으며, 텅스텐카바이드 분말과 코발트 금속분말이 균일하게 복합화되도록 할 수 있다.
둘째, 슬러리내에 결합제와 분산제를 첨가함으로써, 보다 효과적으로 코발트 금속분말이 텅스텐카바이드 분말에 균일하게 복합화되도록 할 수 있다.
셋째, 제조된 텅스텐카바이드-코발트 복합분말로부터 초경 합금의 고강도화가 가능해 초경공구, 내마모용부품, 금형소재의 원료로 이용이 가능하다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있 다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법을 나타낸 흐름도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법에 사용되는 장치를 나타낸 사진, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법에서 전기폭발단계의 슬러리를 나타낸 상태도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법에 따라 제조된 텅스텐카바이드-코발트 복합분말을 나타낸 개념도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법은 슬러리제조단계(S110), 전기폭발단계(S120), 건조단계(S130) 및 회수단계(S140)를 포함한다.
상기 슬러리제조단계(S110)는 텅스텐카바이드 분말을 유체와 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계이다. 여기서, 상기 텅스텐카바이드 분말은 ㎛ 또는 ㎚급의 크기를 갖는 텅스텐카바이드 분말이 사용가능하다.
상기와 같은 텅스텐카바이드 분말은 물, 과산화수소수, 에탄올, 에탄올글리콜, 글리세린, 젤라틴, 엔진오일, 증류수, 벤젠, 톨루엔, 식염수, 식용류, 석유, 휘발류 등으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 유체와 혼합되도록 할 수 있다.
여기서, 텅스텐카바이드 분말이 유체에서 잘 분산되도록 하기 위하여 분산제를 첨가할 수 있다. 분산제로는 PVP(polyvinylpyrrolidone), PEI(polyethylenimine), PDADMAC(polydiallydimethylammonium chloride), TWIN 80, 폴리에틸렌글리콜 축합형, 지방산 모노글리세린에스테르, 지방산 폴리글리콜에스테르, 지방산 알칸올아미드 등 시판되는 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상 고분자 분산제를 이용할 수 있다.
아울러, 후술할 전기폭발단계(S120)에서 방출되는 코발트 금속분말과 텅스텐카바이드 분말의 결합력을 높이기 위하여 결합제를 첨가할 수 있으며, 여기서, 아크릴, 스테아린산(stearic acid), 왁스(wax) 등 저융점 유기화합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 결합제를 이용할 수 있다.
상기 전기폭발단계(S120)는 상기 슬러리 내에서 코발트 금속선에 전력을 공급하여 전기폭발되도록 하는 단계이다. 금속선에 전력을 공급하면, 금속선은 저항 발열에 의하여 용융, 방전, 기화 고장을 통한 폭발이 일어나게 되고, 이에 따라 금속의 분말화가 진행된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전기폭발단계(S120)는0.5-20kV에서 의 전력을 마이크로초(㎲)-수십분 동안 공급하여 전기 폭발이 일어나도록 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기폭발단계(S120)는 도 2와 같은 장치를 이용하여 실시한다. 상기와 같이 슬러리 내에서 코발트 금속선을 전기폭발시킴으로써, 산화를 원천적으로 억제할 수 있으며, 코발트 금속분말끼리 응집이 일어나지 않도록 하여 나노미터(㎚)급의 코발트 금속분말을 형성시킬 수 있다.
도 3을 참조하여 보다 자세히 설명하면, 슬러리제조단계(S110)에서 텅스텐카바이드 분말(110)과 유체(130)를 혼합하여 제조된 슬러리 내에 코발트 금속선(120)이 위치되도록 하고, 코발트 금속선(120)에 전력을 공급하면, 코발트 금속선(120)으로부터 유체(130)내로 코발트 금속분말(121)이 방출된다. 이렇게 방출된 코발트 금속분말(121)은 텅스텐카바이드 분말(110)과 결합하게 된다.
상기와 같은 전기폭발단계(S120)에서 형성된 텅스텐카바이드-코발트 복합분말의 형상을 도 4에 나타내었다. 도 4를 참조하면, 전기폭발단계(S120)에서 형성된 텅스텐카바이드-코발트 복합분말에서 텅스텐카바이드 분말에 코발트 금속분말이 균일하게 복합화되어 있는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기와 같이 유체 내에서 전기폭발이 일어나도록 함으로써, 코발트 금속분말이 성장하거나 산화되는 것을 방지할 수 있어, 코발트 금속선으로부터 나노미터(㎚) 크기의 코발트 금속분말이 방출되도록 할 수 있는 것이다.
상기 건조단계(S130)는 슬러리제조단계(S130)에서 사용된 유체를 건조시키는 단계이다. 본 발명의 일실시예에 따르면 건조단계(S130)에서는 상기 유체가 기화되도록 유체의 증발 온도 이상에서 가열하지만, 이에 한정된 것은 아니고 사용된 유체를 건조시키는 어떠한 방법도 가능하다.
상기 회수단계(S140)는 상기 건조단계(S130)에서 유체를 건조시킨 다음 남아있는 텅스텐카바이드-코발트 복합분말을 회수하는 단계이다. 이렇게 회수된 텅스텐카바이드-코발트 복합분말은 초경공구, 내마모용부품, 금형소재의 원료로 이용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법을 나타낸 흐름도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법에 사용되는 장치를 나타낸 사진,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법에서 전기폭발단계의 슬러리를 나타낸 상태도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법에 따라 제조된 텅스텐카바이드-코발트 복합분말을 나타낸 개념도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 텅스텐카바이드 분말 120 : 코발트 전기선
121 : 코발트 분말 130 : 유체

Claims (3)

  1. 텅스텐카바이드 분말과 유체를 혼합하여 슬러리를 제조하는 슬러리제조단계;
    상기 슬러리 내에서 코발트 금속선을 전기적으로 폭발시키는 전기폭발단계; 및
    상기 슬러리에 함유된 유체를 건조시키는 건조단계를 포함하며,
    상기 슬러리제조단계는 PVP(polyvinylpyrrolidone), PEI(polyethylenimine), PDADMAC(polydiallydimethylammonium chloride), TWIN 80, 폴리에틸렌글리콜 축합형, 지방산 모노글리세린에스테르, 지방산 폴리글리콜에스테르 및 지방산 알칸올아미드로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 고분자 분산제; 또는 아크릴, 스테아린산(stearic acid) 및 왁스(wax)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 저융점 유기화합물인 결합제를 첨가하여 슬러리를 제조하는 것을 특징으로 하는 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유체는 물, 과산화수소수, 에탄올, 에탄올글리콜, 글리세린, 젤라틴, 엔진오일, 증류수, 벤젠, 톨루엔, 식염수, 식용류, 석유 및 휘발류로 이루어진 군 에서 선택된 어느 하나 이상의 유체를 이용하는 것을 특징으로 하는 텅스텐카바이드-코발트 복합분말 제조방법.
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