KR101080926B1 - The preparation method of ceramic/metal composite powders for metal materials to enhance the mechanical properties - Google Patents

The preparation method of ceramic/metal composite powders for metal materials to enhance the mechanical properties Download PDF

Info

Publication number
KR101080926B1
KR101080926B1 KR1020090045408A KR20090045408A KR101080926B1 KR 101080926 B1 KR101080926 B1 KR 101080926B1 KR 1020090045408 A KR1020090045408 A KR 1020090045408A KR 20090045408 A KR20090045408 A KR 20090045408A KR 101080926 B1 KR101080926 B1 KR 101080926B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal
ceramic
powder
composite powder
metal composite
Prior art date
Application number
KR1020090045408A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20100126955A (en
Inventor
박진주
이창규
이민구
이정구
이상훈
홍성모
Original Assignee
한국수력원자력 주식회사
한국원자력연구원
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 한국수력원자력 주식회사, 한국원자력연구원 filed Critical 한국수력원자력 주식회사
Priority to KR1020090045408A priority Critical patent/KR101080926B1/en
Publication of KR20100126955A publication Critical patent/KR20100126955A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101080926B1 publication Critical patent/KR101080926B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/105Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material containing inorganic lubricating or binding agents, e.g. metal salts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/043Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

본 발명은 세라믹/금속 복합분말 강화재의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 기계적 특성을 향상시키는 세라믹/금속 복합분말 강화재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 TiC 분말과 Cu 분말을 기계적 밀링하는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 제조된 TiC/Cu 복합분말에 계면활성제 금속을 혼합하여 세라믹/금속 복합분말 강화재를 제조하는 단계(단계 2)를 포함하는 세라믹/금속 복합분말 강화재의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 세라믹/금속 복합분말 강화재는 금속재료에 첨가됨으로써 금속재료의 내부 조직을 균일하고 미세하게 하여 기계적 특성(강도 및 경도 등)을 향상시키며, 첨가되는 금속재료에 대한 제한이 없기 때문에 다양한 금속재료에 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a method for producing a ceramic / metal composite powder reinforcement and to a ceramic / metal composite powder reinforcement for improving the mechanical properties produced thereby, and more specifically, mechanically milling TiC powder and Cu powder (step 1). ; And a step of preparing a ceramic / metal composite powder reinforcing material by mixing a surfactant metal to the TiC / Cu composite powder prepared in step 1 (step 2). The ceramic / metal composite powder reinforcement according to the present invention improves mechanical properties (strength and hardness, etc.) by adding to the metal material to make the internal structure of the metal material uniform and fine, and there is no limitation on the added metal material. It can be usefully used for metal materials.

기계적 밀링, 계면활성제, 기계적 특성, 세라믹/금속 복합분말 강화재 Mechanical milling, surfactants, mechanical properties, ceramic / metal composite powder reinforcements

Description

세라믹/금속 복합분말 강화재의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 기계적 특성을 향상시키는 세라믹/금속 복합분말 강화재{The preparation method of ceramic/metal composite powders for metal materials to enhance the mechanical properties}The preparation method of ceramic / metal composite powders for metal materials to enhance the mechanical properties

본 발명은 세라믹/금속 복합분말 강화재의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 기계적 특성을 향상시키는 세라믹/금속 복합분말 강화재에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a ceramic / metal composite powder reinforcement and to a ceramic / metal composite powder reinforcement for improving the mechanical properties produced thereby.

최근 산업발전이 가속화되면서 고강도/고인성의 기계부품 소재 개발을 위하여 이종재료의 복합화에 대한 연구가 진행되고 있고 그 결과들이 산업계 전반에 걸쳐 응용되고 있다. 그러나, 세라믹과 같은 비금속 재료와 금속재료로 이루어진 복합재료의 경우, 세라믹과 금속 간의 근본적인 이질성에 의해 복합화가 매우 어렵다. 지금까지는 주로 물리적 방법에 의존한 분말야금기술 즉, 금속분말과 세라믹 분말을 기계적/물리적으로 분쇄하고 혼합하는 과정에 의해 복합화하는 기계적 합금화(mechanical alloying) 기술을 소재 개발에 적용하려는 연구가 진행되어왔다. 대 한민국 공개특허 제2006-0123881호에는 준결정상 분말과 알루미늄 분말 또는 합금원소와의 혼합 분말을 기계적/합금화한 후, 열간 성형공정을 거쳐 고강도의 준결정상 강화 알루미늄 복합재료를 제조하는 방법이 기재되어 있으며, 대한민국 공개특허 제2008-0057544호에는 알루미늄 분말 및 탄화규소 분말을 볼 밀링으로 혼합하여 기계적 합금화법에 의한 복합분말의 제조방법이 기재되어 있다.Recently, as the industrial development is accelerated, researches on the complexation of dissimilar materials for the development of high strength / high toughness mechanical parts materials are being conducted, and the results are applied throughout the industry. However, in the case of a composite material made of a metal material and a nonmetallic material such as a ceramic, the compounding is very difficult due to the fundamental heterogeneity between the ceramic and the metal. Until now, research has been conducted to apply powder metallurgy technology, which mainly depends on physical methods, that is, mechanical alloying technology that combines metal powder and ceramic powder by mechanical / physical grinding and mixing. . Korean Patent Laid-Open Publication No. 2006-0123881 describes a method of manufacturing a high strength semi-crystalline reinforced aluminum composite material after mechanically / alloying a mixed powder of a semi-crystalline powder and an aluminum powder or an alloying element, followed by a hot forming process. In addition, Korean Patent Laid-Open No. 2008-0057544 discloses a method for producing a composite powder by mechanical alloying by mixing aluminum powder and silicon carbide powder by ball milling.

그러나, 상기와 같은 기계적 합금화 기술은 공정이 매우 복잡하고 생산성이 낮아 제조방법이 제한되는 문제가 있다.However, the mechanical alloying technique as described above has a problem that the manufacturing method is limited because the process is very complicated and the productivity is low.

또한, 미국등록특허 제5296301호에는 기계적 강도를 향상시키기 위해 금속 상이 분산된 다결정립 세라믹의 세라믹 매트릭스를 제조하는 방법이 기재되어 있으며, 대한민국 공개특허 제1996-0017578호에는 지르코니아가 첨가된 알루미나 실리카계 섬유로 제조된 예비 성형체를 알루미늄, 마그네슘 합금에서 선택된 용융금속으로 가압주조한 후 열처리하여 세라믹 섬유강화 금속복합재료의 제조방법이 기재되어 있다. 또한, 일본공개특허 제2006-016296호에는 세라믹 분말의 입자 내에 나노 사이즈의 금속 입자인 금속 나노입자를 첨가하여 금속 나노입자를 포함하는 세라믹 분말의 제조방법이 기재되어 있다.In addition, US Patent No. 5296301 describes a method of manufacturing a ceramic matrix of a polycrystalline ceramic in which a metal phase is dispersed in order to improve mechanical strength, and Korean Patent Publication No. 1996-0017578 discloses an alumina silica based addition of zirconia. A method for producing a ceramic fiber-reinforced metal composite material is described by press-casting a preform made of fiber with a molten metal selected from aluminum and magnesium alloys, followed by heat treatment. Further, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2006-016296 discloses a method for producing a ceramic powder including metal nanoparticles by adding metal nanoparticles, which are nano-sized metal particles, to particles of ceramic powder.

최근에는, 복잡하고 정교한 형상을 갖는 부품의 제조방법에 대한 연구가 진행되고 있어 주조(casting)에 의한 복합재료의 제조방법이 연구되고 있으나, 세라믹 분말과 금속간의 이질성, 즉 세라믹 분말 강화재와 용융금속의 비중차이에 의해 젖음성 및 분산성이 매우 낮아 복합체 주조가 매우 어려운 문제가 있다. 또한, 기계적합금화를 이용한 복합체의 경우, 세라믹 분말의 크기가 나노화가 되면 복합체의 기계적 특성이 획기적으로 향상되나, 액상주조에 이를 적용할 경우에는 나노세라믹의 응집현상으로 인해 분산성이 매우 나빠지기 때문에 액상주조를 이용한 복합체 제조가 불가능한 문제가 있다. In recent years, researches have been made on a method of manufacturing a component having a complex and sophisticated shape, and a method of manufacturing a composite material by casting has been studied, but heterogeneity between ceramic powder and metal, that is, ceramic powder reinforcement and molten metal Due to the difference in specific gravity, wettability and dispersibility are very low, and casting of a composite is very difficult. In addition, in the case of composites using mechanical alloying, the mechanical properties of the composites are remarkably improved when the size of the ceramic powder becomes nanoscale, but when applied to liquid casting, the dispersibility becomes very poor due to the aggregation phenomenon of the nanoceramic. There is a problem that it is impossible to manufacture a composite using a liquid casting.

이에, 본 발명자들은 금속의 기계적 특성을 향상시키는 강화재를 연구하던 중, 세라믹 분말, 금속 분말 및 계면활성제 금속을 이용하여 금속소재의 기계적 특성을 향상시키는 세라믹/금속 복합분말 강화재를 개발하고, 본 발명을 완성하였다.Therefore, the inventors of the present invention while studying the reinforcing material to improve the mechanical properties of the metal, using a ceramic powder, metal powder and surfactant metal to develop a ceramic / metal composite powder reinforcement to improve the mechanical properties of the metal material, the present invention Was completed.

본 발명의 목적은 세라믹/금속 복합분말 강화재의 제조방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a method for producing a ceramic / metal composite powder reinforcement.

본 발명의 또 다른 목적은 기계적 특성을 향상시키는 세라믹/금속 복합분말 강화재를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a ceramic / metal composite powder reinforcement for improving mechanical properties.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 TiC 분말과 Cu 분말을 기계적 밀링하는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 제조된 TiC/Cu 복합분말에 계면활성제 금속을 혼합하여 세라믹/금속 복합분말 강화재를 제조하는 단계(단계 2)를 포함하는 세라믹/금속 복합분말 강화재의 제조방법를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of mechanical milling the TiC powder and Cu powder (step 1); And it provides a method for producing a ceramic / metal composite powder reinforcement comprising the step (step 2) of preparing a ceramic / metal composite powder reinforcement by mixing a surfactant metal to the TiC / Cu composite powder prepared in step 1.

또한, 본 발명은 기계적 특성을 향상시키는 세라믹/금속 복합분말 강화재를 제공한다.The present invention also provides a ceramic / metal composite powder reinforcing material for improving mechanical properties.

본 발명에 따른 세라믹/금속 복합분말 강화재는 금속재료에 첨가됨으로써 금속재료의 내부 조직을 균일하고 미세하게 하여 기계적 특성(강도 및 경도 등)을 향상시키며, 첨가되는 금속재료에 대한 제한이 없기 때문에 다양한 금속재료에 유용하게 사용될 수 있다.The ceramic / metal composite powder reinforcement according to the present invention improves mechanical properties (strength and hardness, etc.) by adding to the metal material to make the internal structure of the metal material uniform and fine, and there is no limitation on the added metal material. It can be usefully used for metal materials.

본 발명은 기계적으로 밀링된 TiC 및 Cu 분말과 계면활성제 금속을 중량비로 0.5:0.5~1로 혼합된 세라믹/금속 복합분말 강화재를 제공한다.The present invention provides a ceramic / metal composite powder reinforcement in which a mechanically milled TiC and Cu powder and a surfactant metal are mixed in a weight ratio of 0.5: 0.5 to 1.

본 발명에 따른 세라믹/금속 복합분말 강화재는 세라믹/금속 복합분말 강화재를 첨가함으로써 금속 재료의 내부 조직을 균일하고 미세화하기 때문에 브리넬 경도와 인장강도를 향상시킨다.The ceramic / metal composite powder reinforcement according to the present invention improves Brinell hardness and tensile strength by adding a ceramic / metal composite powder reinforcement to uniform and refine the internal structure of the metal material.

또한, 본 발명에 따른 세라믹/금속 복합분말 강화제는 TiC 분말과 Cu 분말을 기계적으로 밀링하였을 때, 금속 Cu 기지가 미세한 TiC 세라믹 입자들을 감싸고 있는 형상이 바람직하다.In addition, when the ceramic / metal composite powder reinforcing agent according to the present invention is mechanically milled TiC powder and Cu powder, the shape of the metal Cu matrix surrounding the fine TiC ceramic particles is preferable.

나아가, 상기 계면활성제 금속은 주석(Sn), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 리튬(Li) 등을 사용하는 것이 바람직하며, 주석(Sn)을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.Furthermore, it is preferable to use tin (Sn), calcium (Ca), magnesium (Mg), lithium (Li), etc., and it is more preferable to use tin (Sn).

또한, 본 발명에 따른 세라믹/금속 복합분말 강화재는 TiC/Cu 복합분말과 계면활성제 금속을 중량비로 0.5:0.5~1로 혼합하는 것이 바람직하다. 만약, 상기 중량비를 벗어나는 경우에는 분말의 용탕내 투입이 제한되는 문제가 있다.In the ceramic / metal composite powder reinforcing material according to the present invention, it is preferable to mix the TiC / Cu composite powder and the surfactant metal in a weight ratio of 0.5: 0.5 to 1. If out of the weight ratio, there is a problem that the injection of the powder in the molten metal is limited.

나아가, 본 발명은 TiC 분말과 Cu 분말을 기계적 밀링하는 단계(단계 1); 및Furthermore, the present invention comprises the steps of mechanical milling the TiC powder and Cu powder (step 1); And

상기 단계 1에서 제조된 TiC/Cu 복합분말에 계면활성제 금속을 혼합하여 세 라믹/금속 복합분말 강화재를 제조하는 단계(단계 2)를 포함하는 세라믹/금속 복합분말 강화재의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a ceramic / metal composite powder reinforcement comprising the step (step 2) of preparing a ceramic / metal composite powder reinforcement by mixing a surfactant metal to the TiC / Cu composite powder prepared in step 1.

이하, 본 발명에 따른 세라믹/금속 복합분말 강화재의 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a ceramic / metal composite powder reinforcing material according to the present invention will be described in detail.

먼저, 본 발명에 따른 상기 단계 1은 TiC 분말과 Cu 분말을 기계적 밀링하는 단계이다.First, step 1 according to the present invention is a step of mechanical milling TiC powder and Cu powder.

상기 단계 1의 기계적 밀링은 고속 볼밀 공정으로 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Mechanical milling of step 1 may be performed by a high speed ball mill process, but is not limited thereto.

또한, 상기 단계 1의 TiC 분말에 대하여 Cu 분말의 혼합은 50 : 50 중량%인 것이 바람직하다. 만약, 상기 혼합비율을 벗어나는 경우에는 분말의 용탕내 투입이 제한되는 문제가 있다. In addition, the mixing of the Cu powder with respect to the TiC powder of step 1 is preferably 50: 50% by weight. If out of the mixing ratio, there is a problem that the injection of the powder in the molten metal is limited.

나아가, 상기 단계 1의 기계적 밀링은 900 - 1100 rpm으로 6 - 10분 동안 수행하는 것이 바람직하다. 만약, 기계적 밀링을 900 rpm 미만에서 수행하는 경우에는 세라믹이 나노사이즈로 미세하게 분쇄되지 않는 문제가 있고, 1100 rpm을 초과하여 수행하는 경우에는 복합분말 강화재 제조시 회수율이 낮아져 생산성이 감소하는 문제가 있다. 또한, 6분 미만으로 수행하는 경우에는 세라믹이 나노사이즈로 미세하게 분쇄되지 않으며 세라믹이 금속 기지 내에 균일하게 분포되지 않는 문제가 있고, 10분을 초과하는 경우에는 복합분말 강화재 제조시 회수율이 낮아져 생산성 이 감소하는 문제가 있다.Further, the mechanical milling of step 1 is preferably carried out at 900-1100 rpm for 6-10 minutes. If mechanical milling is performed at less than 900 rpm, there is a problem that the ceramic is not finely pulverized to a nano size, and if it is performed at more than 1100 rpm, the recovery rate is lowered when manufacturing the composite powder reinforcement, thereby reducing productivity. have. In addition, when less than 6 minutes, there is a problem that the ceramic is not finely pulverized to a nano-size and the ceramic is not evenly distributed in the metal base, if more than 10 minutes, the recovery rate in the production of composite powder reinforcement is lowered and productivity There is a decreasing problem.

다음으로, 본 발명에 따른 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 복합분말에 계면활성제 금속을 혼합하여 세라믹/금속 복합분말 강화재를 제조하는 단계이다.Next, step 2 according to the present invention is a step of preparing a ceramic / metal composite powder reinforcing material by mixing a surfactant metal to the composite powder prepared in step 1.

상기 단계 2의 계면활성제 금속은 주석(Sn), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 리튬(Li) 등을 사용할 수 있으며, 주석(Sn)을 사용하는 것이 바람직하다.The surfactant metal of step 2 may be tin (Sn), calcium (Ca), magnesium (Mg), lithium (Li) and the like, it is preferable to use tin (Sn).

또한, 상기 단계 2의 혼합(mixing)은 60 - 80 rpm으로 50 - 70분 동안 수행하는 것이 바람직하다. 만약, 기계적 밀링을 60 rpm 미만으로 수행하는 경우에는 계면활성제 금속과 단계 1에서 제조된 복합분말이 균일하게 섞이지 않는 문제가 있고, 80 rpm을 초과하여 수행하는 경우에는 계면활성제 금속 분말끼리 응집하는 문제가 있다. 또한, 50분 미만으로 수행되는 경우에는 계면활성제 금속과 단계 1에서 제조된 복합분말이 균일하게 섞이지 않는 문제가 있고, 70분을 초과하여 수행하는 경우에는 계면활성제 금속 분말끼리 응집하는 문제가 있다.In addition, the mixing of step 2 is preferably performed at 60-80 rpm for 50-70 minutes. If mechanical milling is performed at less than 60 rpm, there is a problem that the surfactant metal and the composite powder prepared in step 1 do not mix uniformly, and when the mechanical milling is performed at more than 80 rpm, the surfactant metal powders aggregate. There is. In addition, if it is carried out in less than 50 minutes, there is a problem that the composite metal prepared in step 1 and the surfactant metal is not mixed uniformly, and when carried out for more than 70 minutes, there is a problem that the surfactant metal powder is aggregated.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the following examples are merely to illustrate the present invention, but the content of the present invention is not limited by the following examples.

<실시예 1> 세라믹/금속 복합분말 강화재가 첨가된 탄소강의 제조Example 1 Preparation of Carbon Steel Added Ceramic / Metal Composite Powder Reinforcement

단계 1: TiC 분말과 Cu 분말을 기계적 밀링하는 단계Step 1: mechanically milling TiC powder and Cu powder

TiC 분말과 Cu 분말을 50:50의 중량%로 1000 rpm, 6분 동안 기계적 밀링하였다.TiC powder and Cu powder were mechanically milled at 50 rpm for 50 minutes at 1000 rpm.

단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 복합분말에 계면활성제 금속을 혼합하여 세라믹/금속 복합분말 강화재를 제조하는 단계Step 2: preparing a ceramic / metal composite powder reinforcing material by mixing a surfactant metal to the composite powder prepared in step 1

상기 단계 1에서 제조된 TiC/Cu 복합분말에 계면활성제 금속인 주석(Sn)을 첨가하여 70 rpm으로 1시간 동안 혼합하였다.Tin (Sn), which is a surfactant metal, was added to the TiC / Cu composite powder prepared in Step 1 and mixed at 70 rpm for 1 hour.

상기 제조방법으로 제조된 세라믹/금속 복합분말 강화재를 금속용탕에 장입하고 응고시켜 세라믹/금속 복합분말 강화재가 첨가된 탄소강의 제조하였다(도 1 참조).The ceramic / metal composite powder reinforcement prepared in the above manufacturing method was charged and solidified in the molten metal to prepare carbon steel to which the ceramic / metal composite powder reinforcement was added (see FIG. 1).

<비교예 1> 세라믹/금속 복합분말 강화재가 첨가되지 않은 탄소강Comparative Example 1 Carbon Steel Without Addition of Ceramic / Metal Composite Powder Reinforcement

탄소강(S45C, 현대특수강)을 비교예 1로 사용하였다.Carbon steel (S45C, Hyundai Special Steel) was used as Comparative Example 1.

분석 1. 세라믹 분말과 금속 분말의 입자 분석Analysis 1. Particle Analysis of Ceramic Powder and Metal Powder

TiC 분말과 Cu 분말의 입자를 분석하기 위해 주사전자현미경(SEM, JAPAN, SIRION)으로 관찰하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.In order to analyze the particles of the TiC powder and the Cu powder were observed by scanning electron microscope (SEM, JAPAN, SIRION), the results are shown in FIG.

도 2에 나타난 바와 같이, Cu 분말(도 2의 (a))과 TiC 분말(도 2의 (b))의 입자는 비교적 균일한 상태인 것을 알 수 있었다.As shown in FIG. 2, it was found that the particles of the Cu powder (FIG. 2A) and the TiC powder (FIG. 2B) are in a relatively uniform state.

분석 2. 기계적 밀링된 복합분말, 계면활성제 금속 분말, 세라믹/금속 복합 분말 강화재의 양태분석Analysis 2. Aspect analysis of mechanically milled composite powder, surfactant metal powder, ceramic / metal composite powder reinforcement

기계적으로 밀링된 TiC/Cu 복합분말, 계면활성제 금속 Sn 분말 및 단순 혼합된 TiC/Cu 복합분말과 Sn 분말의 양태를 알아보기 위해 분말 사진을 촬영하였다.Powder photographs were taken to investigate the mechanically milled TiC / Cu composite powder, surfactant metal Sn powder, and simple mixed TiC / Cu composite powder and Sn powder.

도 3의 (a)는 기계적으로 밀링된 TiC/Cu 복합분말(도 3의 (a)) 사진이고, 도 3의 (b)는 계면활성제 금속 Sn 분말 사진이며, 도 3의 (c)는 TiC/Cu 복합분말과 Sn 분말을 혼합한 후의 분말사진이다.Figure 3 (a) is a mechanically milled TiC / Cu composite powder (Fig. 3 (a)) is a picture, Figure 3 (b) is a surfactant metal Sn powder picture, Figure 3 (c) is TiC Powder photograph after mixing / Cu composite powder and Sn powder.

분석 3. 기계적으로 밀링된 세라믹/금속 복합분말의 입자 분석Analysis 3. Particle Analysis of Mechanically Milled Ceramic / Metal Composite Powders

실시예 1의 단계 1에서 제조된 TiC/Cu 복합분말의 입자를 분석하기 위해 주자전자현미경(SEM)으로 관찰하고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.In order to analyze the particles of the TiC / Cu composite powder prepared in step 1 of Example 1 was observed by a runner electron microscope (SEM), the results are shown in FIG.

도 4에 나타난 바와 같이, 기계적 밀링 후의 표면은 비교적 균일한 입자 분포를 나타내고 있음을 알 수 있고, 밝은색의 Cu 입자 내에 검은색의 TiC 세라믹 입자가 균일하게 분포하고 있음을 알 수 있다(도 4의 (a) 참조). 또한, 미세한 TiC 세라믹 입자들을 금속 Cu 기지가 감싸고 있는 형상으로 이루어져 있음을 알 수 있다(도 4의 (b) 참조).As shown in FIG. 4, it can be seen that the surface after mechanical milling shows a relatively uniform particle distribution, and that black TiC ceramic particles are uniformly distributed in the bright Cu particles (FIG. 4). (A)). In addition, it can be seen that the fine TiC ceramic particles are made of a shape wrapped around the metal Cu base (see FIG. 4B).

분석 4. 세라믹/금속 복합분말 강화재를 첨가하여 주조된 탄소강과 첨가하지 않고 주조된 탄소강의 미세구조 분석Analysis 4. Microstructure analysis of cast carbon steel with and without ceramic / metal composite powder reinforcement

세라믹/금속 복합분말 강화재를 첨가하여 주조된 탄소강과 강화재를 첨가하지 않고 주조된 탄소강의 미세구조를 분석하기 위해, 광학현미경으로 관찰하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.In order to analyze the microstructure of the cast carbon steel with the addition of the ceramic / metal composite powder reinforcement and the cast carbon steel without the addition of the reinforcing material, the optical microscope was observed and the results are shown in FIG. 5.

도 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 탄소강은 비교예 1의 탄소강에 비해 결정립(grain)의 크기가 미세한 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 5, it can be seen that the carbon steel of Example 1 has a smaller grain size than the carbon steel of Comparative Example 1.

<실험예 1> 세라믹/금속 복합분말 강화재를 첨가하여 주조된 탄소강과 강화재를 첨가하지 않고 주조된 탄소강의 인장 파단면 분석Experimental Example 1 Analysis of tensile fracture surface of carbon steel cast by adding ceramic / metal composite powder reinforcement and carbon steel cast without reinforcing material

세라믹/금속 복합분말 강화재를 첨가하여 주조된 탄소강과 강화재를 첨가하지 않고 주조된 탄소강의 인장 파단면을 분석하기 위해, 주사전자현미경으로 분석하고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.In order to analyze the tensile fracture surface of the cast carbon steel with the addition of the ceramic / metal composite powder reinforcement and the cast carbon steel without the reinforcing material, it was analyzed by a scanning electron microscope, and the results are shown in FIG. 6.

도 6에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 탄소강 파단면(도 6의 (a))은 실시예 1의 탄소강 파단면(도 6의 (b))에 비해 결정립 크기가 큰 것을 알 수 있고, 파괴 거동의 경우에도 세라믹/금속 복합분말 강화재를 첨가한 탄소강은 연성파괴가 주도적으로 발생되는 것을 알 수 있다. 그러므로, 탄소강에 세라믹/금속 복합분말 강화재를 분산시킴으로써, 인장강도가 향상됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, it can be seen that the carbon steel fracture surface (FIG. 6A) of Comparative Example 1 has a larger grain size than the carbon steel fracture surface (FIG. 6B) of Example 1, and fractured. Even in the case of behavior, carbon steel added with ceramic / metal composite powder reinforcement shows that ductile fracture is dominant. Therefore, it can be seen that the tensile strength is improved by dispersing the ceramic / metal composite powder reinforcement in carbon steel.

<실험예 2> 세라믹/금속 복합분말 강화재를 첨가하여 주조된 탄소강과 강화재를 첨가하지 않고 주조된 탄소강의 브리넬 경도 및 인장강도 분석Experimental Example 2 Analysis of Brinell Hardness and Tensile Strength of Carbon Steel Cast by Addition of Ceramic / Metal Composite Powder Reinforcement and Carbon Steel Cast without Addition of Reinforcement

세라믹/금속 복합분말 강화재를 첨가하여 주조된 탄소강과 강화재를 첨가하지 않고 주조된 탄소강의 브리넬 경도 및 인장강도를 분석하기 위해 브리넬 경도와 인장강도를 측정하고, 그 결과를 표 1 및 표 2에 나타내었다.Brinell hardness and tensile strength were measured to analyze the Brinell hardness and tensile strength of the cast carbon steel with the addition of ceramic / metal composite powder reinforcement and the cast carbon steel without the reinforcement, and the results are shown in Table 1 and Table 2. It was.

물질matter 브리넬경도(HB)Brinell Hardness (HB) 인장강도(MPa)Tensile Strength (MPa) 실시예 1Example 1 215215 506.1506.1 비교예 1Comparative Example 1 169169 402.9402.9

표 1을 참조하면, 실시예 1의 탄소강은 비교예 1의 탄소강에 비해 브리넬 경도가 27% 향상된 것을 알 수 있고, 인장강도 또한 25% 향상된 것을 알 수 있다. 따라서, 탄소강에 세라믹/금속 복합분말 강화재를 첨가함으로써 결정립이 미세화되고, TiC 입자 자체의 특성으로 인해 기계적 특성이 향상됨을 알 수 있다. Referring to Table 1, it can be seen that the carbon steel of Example 1 is 27% improved Brinell hardness compared to the carbon steel of Comparative Example 1, the tensile strength is also improved 25%. Therefore, it can be seen that by adding the ceramic / metal composite powder reinforcement to the carbon steel, the grains are refined and mechanical properties are improved due to the properties of the TiC particles themselves.

도 1은 본 발명에 따른 세라믹/금속 복합분말 강화재의 제조공정을 나타낸 도식도이고;1 is a schematic view showing a manufacturing process of a ceramic / metal composite powder reinforcement according to the present invention;

도 2는 TiC 세라믹 분말과 Cu 금속 분말의 주사전자현미경 사진이고;2 is a scanning electron micrograph of a TiC ceramic powder and a Cu metal powder;

도 3은 기계적으로 밀링된 TiC/Cu 복합분말, 계면활성제 금속 Sn 분말 및 TiC/Cu 복합분말과 Sn 분말이 혼합된 분말의 사진이고;3 is a photograph of a mechanically milled TiC / Cu composite powder, a surfactant metal Sn powder, and a powder mixed with a TiC / Cu composite powder and a Sn powder;

도 4는 실시예 단계 1에서 제조된 TiC/Cu 복합분말의 주사전자현미경 사진이고;4 is a scanning electron micrograph of the TiC / Cu composite powder prepared in Example 1;

도 5는 실시예 1의 탄소강과 비교예 1의 탄소강의 광학현미경 사진이고;5 is an optical micrograph of the carbon steel of Example 1 and the carbon steel of Comparative Example 1;

도 6은 실시예 1의 탄소강과 비교예 1의 탄소강의 인장 파단면을 분석한 주사전자현미경 사진이다.6 is a scanning electron micrograph of the tensile fracture surface of the carbon steel of Example 1 and the carbon steel of Comparative Example 1.

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete TiC 분말과 Cu 분말을 900 - 1100 rpm으로 6 - 10분 동안 기계적 밀링하는 단계(단계 1); 및Mechanically milling the TiC powder and the Cu powder at 900-1100 rpm for 6-10 minutes (step 1); And 상기 단계 1에서 제조된 TiC/Cu 복합분말에 계면활성제 금속을 혼합하여 세라믹/금속 복합분말 강화재를 제조하는 단계(단계 2)를 포함하는 세라믹/금속 복합분말 강화재의 제조방법.Method for producing a ceramic / metal composite powder reinforcement comprising the step (step 2) of preparing a ceramic / metal composite powder reinforcement by mixing a surfactant metal to the TiC / Cu composite powder prepared in step 1. 제4항에 있어서, 상기 단계 1의 기계적 밀링은 고속볼밀공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 세라믹/금속 복합분말 강화재의 제조방법.The method of claim 4, wherein the mechanical milling of step 1 is performed by a high speed ball mill process. 제4항에 있어서, 상기 단계 1의 TiC 분말과 Cu 분말의 혼합은 50 : 50 중량%인 것을 특징으로 하는 세라믹/금속 복합분말 강화재의 제조방법.5. The method of claim 4, wherein the mixing of the TiC powder and the Cu powder in Step 1 is 50: 50 wt%. 삭제delete 제4항에 있어서, 상기 단계 2의 계면활성제 금속은 주석, 칼슘, 마그네슘, 리튬으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 세라믹/금속 복합분말 강화재의 제조방법.5. The method of claim 4, wherein the surfactant metal of step 2 is selected from the group consisting of tin, calcium, magnesium and lithium. 제4항에 있어서, 상기 단계 2의 혼합은 60 - 80 rpm으로 50 - 70 분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 세라믹/금속 복합분말 강화재의 제조방법.The method of claim 4, wherein the mixing of step 2 is performed for 60 to 80 rpm for 50 to 70 minutes.
KR1020090045408A 2009-05-25 2009-05-25 The preparation method of ceramic/metal composite powders for metal materials to enhance the mechanical properties KR101080926B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090045408A KR101080926B1 (en) 2009-05-25 2009-05-25 The preparation method of ceramic/metal composite powders for metal materials to enhance the mechanical properties

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090045408A KR101080926B1 (en) 2009-05-25 2009-05-25 The preparation method of ceramic/metal composite powders for metal materials to enhance the mechanical properties

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100126955A KR20100126955A (en) 2010-12-03
KR101080926B1 true KR101080926B1 (en) 2011-11-08

Family

ID=43504348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090045408A KR101080926B1 (en) 2009-05-25 2009-05-25 The preparation method of ceramic/metal composite powders for metal materials to enhance the mechanical properties

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101080926B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210061608A (en) 2019-11-20 2021-05-28 한국생산기술연구원 Method For Forming Powder Of High Entropy Ceramic And Method For Forming Thermal Spray Coatings Layer Using Powder Of High Entropy Ceramic

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111118324A (en) * 2020-01-13 2020-05-08 西安工程大学 Preparation method of TiC reinforced copper-based composite material added with coupling agent

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5356842A (en) 1990-12-26 1994-10-18 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Composite ceramic powder and production process thereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5356842A (en) 1990-12-26 1994-10-18 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Composite ceramic powder and production process thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210061608A (en) 2019-11-20 2021-05-28 한국생산기술연구원 Method For Forming Powder Of High Entropy Ceramic And Method For Forming Thermal Spray Coatings Layer Using Powder Of High Entropy Ceramic

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100126955A (en) 2010-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Munir et al. Improving the strengthening efficiency of carbon nanotubes in titanium metal matrix composites
CN109759578B (en) Aluminum-based composite powder for 3D printing assembled and modified by two types of ultrafine ceramic particles and preparation method and application thereof
Varol et al. Microstructure, electrical conductivity and hardness of multilayer graphene/copper nanocomposites synthesized by flake powder metallurgy
Han et al. Synthesis of CNT-reinforced AZ31 magnesium alloy composites with uniformly distributed CNTs
Rashad et al. Effect of graphene nanoplatelets (GNPs) addition on strength and ductility of magnesium-titanium alloys
Mazahery et al. Development of high-performance A356/nano-Al2O3 composites
Zhao et al. AZ91 alloy nanocomposites reinforced with Mg-coated graphene: phases distribution, interfacial microstructure, and property analysis
CN106893881B (en) A kind of method of zirconium oxide modified graphene enhancing magnesium-based composite material
Amirkhanlou et al. Effects of reinforcement distribution on low and high temperature tensile properties of Al356/SiCp cast composites produced by a novel reinforcement dispersion technique
Rashad et al. Room temperature mechanical properties of Mg–Cu–Al alloys synthesized using powder metallurgy method
Taha et al. Effect of ZrO2 contents and ageing times on mechanical and electrical properties of Al–4.5 wt.% Cu nanocomposites prepared by mechanical alloying
Gao et al. Effects of nanosized TiCp dispersion on the high-temperature tensile strength and ductility of in situ TiCp/Al-Cu-Mg-Si nanocomposites
Miao et al. Laser powder-bed-fusion of Si3N4 reinforced AlSi10Mg composites: Processing, mechanical properties and strengthening mechanisms
Zheng et al. Synthesis and mechanical properties of TiC-Fe interpenetrating phase composites fabricated by infiltration process
Katzensteiner et al. Synthesis of nanodiamond reinforced silver matrix nanocomposites: Microstructure and mechanical properties
Otte et al. High strength and ductility of titanium matrix composites by nanoscale design in selective laser melting
Ma et al. Microstructure evolution and high temperature tensile properties of AlNp/Al–Fe composites induced by microalloying
Baghchesara et al. Effects of MgO nano particles on microstructural and mechanical properties of aluminum matrix composite prepared via powder metallurgy route
Sang-Hoon et al. Fabrication of cast carbon steel with ultrafine TiC particles
Chen et al. Tungsten particles reinforced high-entropy alloy matrix composite prepared by in-situ reaction
Zhu et al. Effect of in-situ Al2O3 on tensile strength and ductility of AlSi10Mg alloy fabricated by selective laser melting
Xu et al. The effect of carbon source and molar ratio in Fe–Ti–C system on the microstructure and mechanical properties of in situ TiC/Fe composites
Li et al. Effect of in situ Mg 2 Si p contents on microstructure and mechanical properties of Mg 2 Si p/AZ91D composite s
Bhaskar Raju et al. Mechanical and Tribological Behaviour of Aluminium Metal Matrix Composites using Powder Metallurgy Technique—A Review.
Rea et al. Structure and property evaluation of a vacuum plasma sprayed nanostructured tungsten–hafnium carbide bulk composite

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
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141008

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141230

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160928

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190430

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200204

Year of fee payment: 9