KR101116192B1 - Method for manufacturing high strength alloy open cell of hollow sphere - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구리 및 니켈의 금속 산화물의 고강도 금속 합금 중공구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ⅰ) 구리산화물 분말 50 ~ 95 중량%과 니켈산화물 분말 5 ~ 50 중량%을 혼합하여 산화 혼합물을 수득하는 단계; ⅱ) 상기 산화 혼합물 50 ~ 80 중량%과 용매 20 ~ 50 중량%를 혼합하여 슬러리(slurry)를 제조하는 단계; ⅲ) 슬러리 총 중량 기준으로 10중량% 이하의 PA(폴리아크릴아미드)를 추가하여 혼합하는 단계; ⅳ) 단계 ⅲ)의 상기 슬러리를 폴리머 볼 상에 코팅하고 건조하여 용매를 증발시켜 구리-니켈 산화물을 수득하는 단계; 및 ⅴ) 상기 구리-니켈 산화물을 수소분위기 하에서 가열하여 환원하는 단계를 포함하는 고강도 합금 중공구의 제조방법에 관한 것이다. 이에 의하여 기존 제품에 비해서 기계적 특성이 향상된 고강도 합금 중공구를 제조할 수 있다. 또한, 니켈은 구리와 전율 고용체로서 그 함량의 제한없이 합금화가 유리한 장점을 가지고 있으며, 고온 특성 및 내식성이 우수하다.The present invention relates to a high-strength metal alloy hollow sphere of metal oxides of copper and nickel, and more specifically iii) 50 to 95% by weight of copper oxide powder and 5 to 50% by weight of nickel oxide powder to obtain an oxidation mixture. step; Ii) mixing 50 to 80% by weight of the oxidation mixture with 20 to 50% by weight of a solvent to prepare a slurry; Iii) adding up to 10% by weight of PA (polyacrylamide) based on the total weight of the slurry and mixing; Iii) coating the slurry of step iv) on polymer balls and drying to evaporate the solvent to obtain a copper-nickel oxide; And iii) heating the copper-nickel oxide under a hydrogen atmosphere to reduce the copper-nickel oxide. As a result, high-strength alloy hollow spheres having improved mechanical properties can be manufactured. In addition, nickel has the advantage that alloying is advantageous as copper and an electrolytic solid solution without limiting its content, it is excellent in high temperature properties and corrosion resistance.

구리, 니켈, 고강도 합금 중공구 Copper, Nickel, High Strength Alloy Hollow Hole

Description

고강도 합금 중공구의 제조 방법{Method for manufacturing high strength alloy open cell of hollow sphere}Method for manufacturing high strength alloy open cell of hollow sphere

본 발명은 구리 및 니켈의 금속 산화물 또는 구리, 니켈의 금속원소가 합금화된 합금 산화물을 이용한 고강도 금속 합금 중공구에 관한 것이다.The present invention relates to a high-strength metal alloy hollow sphere using a metal oxide of copper and nickel or an alloy oxide in which metal elements of copper and nickel are alloyed.

순수한 구리 산화물을 이용하여 제조한 중공구는 소결 중 환원 반응에 의하여 기공이 발생되는데, 수축에 의해 치밀화된다(도 2). 그러나, 순수한 구리는 전기적 특성은 우수한 반면, 변형이 잘 되어 구조 재료로 사용하는데 한계가 있으며, 재결정 온도가 150℃ 이하로서, 사용 온도에 한계를 가지고 있다[참고문헌: Ja-Myeong Koo and Seung-Boo Jung: Materials Science Forum, vol. 510-511(2006), p. 730-733]. Hollow spheres produced using pure copper oxide are pore generated by a reduction reaction during sintering, densified by shrinkage (Fig. 2). However, pure copper has excellent electrical properties, but is well deformed and has limitations for use as a structural material. Recrystallization temperature of 150 ° C. or lower has limitations on the use temperature [Reference: Ja-Myeong Koo and Seung- Boo Jung: Materials Science Forum, vol. 510-511 (2006), p. 730-733].

일반적으로 금속 산화물은 하기의 화학반응으로 수소 분위기, 고온의 일정 온도에서 환원되는데, 두 가지 이상의 금속 산화물이 존재하면 상대적으로 환원성이 우수한 금속부터 환원된다[참고문헌: 이동복, 재료열역학, 보성문화사, p. 285~291].In general, metal oxides are reduced in a hydrogen atmosphere and a constant temperature at a high temperature by the following chemical reaction. When two or more metal oxides are present, the metal oxides are reduced from a relatively reducing metal [Reference: Lee Dong-bok, Materials Thermodynamics, Boseong Hwasa, p. 285-291].

MOx + xH2 -> xM xH2OMO x + xH 2- > xM xH 2 O

환원된 금속은 순간적으로 매우 활성화된 상태로 존재하며, 주위의 다른 원소들과 쉽게 반응하고, 하기와 같은 과정에 의하여 구리 및 아연이 합금된 황동 중공구가 생성된다.The reduced metal is present in a very active state instantaneously, easily reacts with other elements around it, and a brass hollow sphere alloyed with copper and zinc is produced by the following procedure.

(1) 구리 산화물의 환원 및 활성화(1) reduction and activation of copper oxides

(2) 아연 산화물의 환원 및 활성화(2) reduction and activation of zinc oxide

(3) 동시에 활성화된 아연의 구리 기지 내에 치환형으로 고용 (금속 이온 활성화가 결합 반응 촉진).(3) simultaneously dissolved as a substitution type within the copper base of activated zinc (metal ion activation promotes bonding reaction).

(4) 냉각 중 냉각 조건에 따라 석출 또는 고용 상태 유지(4) Precipitation or solid solution state depending on cooling conditions during cooling

이러한 원리는 기타 다른 합금 중공구의 제조에 응용이 가능하며, 조합 금속 산화물의 손실이 적기 때문에 과량의 첨가 금속을 금속 기지(matrix) 내에 효과적으로 고용 및 반응 석출 시킬 수 있다.This principle is applicable to the production of other alloy hollow spheres, and because of the low loss of the combined metal oxides, the excess additive metal can be effectively dissolved and reacted in the metal matrix.

구리와 아연을 합금할 경우에는 기계적 특성이 증가하지만, 아연의 낮은 융점과 높은 증기압으로 인하여 합금 주소 시 상당한 양의 아연이 손실되게 된다. 또한, 수소 분위기하에서 아연 산화물은 구리 산화물보다 낮은 환원성을 가지므로 상대적으로 늦게 환원된다. The alloying of copper with zinc increases the mechanical properties, but due to the low melting point and high vapor pressure of zinc, a significant amount of zinc is lost at the address of the alloy. In addition, under a hydrogen atmosphere, zinc oxide has a lower reducibility than copper oxide and thus is reduced relatively late.

또한, 구리 산화물과 아연으로 제조된 황동 중공구는 소결 중 아연이 구리 기지 내에 고용되지 않고, 증발하여 기공이 많은 중공구가 제조된다(도 3). 이는 중공구의 단면적을 넓혀 필터나 전극재료로서의 유용성을 가질 수 있으나, 다수의 기공(void) 형성으로 인하여 압축 강도가 매우 낮고, 조합된 원소들이 대부분 증발하여 원하는 조성으로의 합금화가 어렵다는 단점이 있다[참고문헌: Ja-Myeong Koo, Hideki Araki and Seung-Boo Jung: Effect of Zn addition on mechanical properties of brass hollow spheres, Materials Science and Engineering A, In-Press]. In addition, in the brass hollow spheres made of copper oxide and zinc, zinc is not dissolved in the copper base during sintering, and evaporated to produce hollow pores with many pores (FIG. 3). This can increase the cross-sectional area of the hollow spheres and have usefulness as a filter or electrode material. However, due to the formation of a large number of voids, the compressive strength is very low, and the combined elements are mostly evaporated, making it difficult to alloy the desired composition [ References: Ja-Myeong Koo, Hideki Araki and Seung-Boo Jung: Effect of Zn addition on mechanical properties of brass hollow spheres, Materials Science and Engineering A, In-Press.

이에 의하여, 본 발명에서는 고강도의 특성을 지닌 합금 중공구를 제조하고자 하였고, 소결 온도에 따라 중공구의 밀도가 다양하게 조절 가능하며, 조합된 금속 산화물들의 비율에 따라 조성 비율이 자유로운 합금 중공구를 제조하고자 한다. As a result, in the present invention, an alloy hollow sphere having high strength characteristics is to be manufactured, and the density of the hollow sphere can be variously adjusted according to the sintering temperature, and an alloy hollow sphere having a free composition ratio is produced according to the ratio of the combined metal oxides. I would like to.

본 발명의 목적은 본 발명에 따라, 구리 및 니켈의 금속 산화물을 이용하여 고강도의 금속 합금 중공구의 제조방법을 제공하는 데 있다. It is an object of the present invention to provide a method for producing a high strength metal alloy hollow sphere using metal oxides of copper and nickel in accordance with the present invention.

본 발명은 ⅰ) 구리산화물 분말 50 ~ 95 중량%과 니켈산화물 분말 5 ~ 50 중량%을 혼합하여 산화 혼합물을 수득하는 단계; ⅱ) 상기 산화 혼합물 50 ~ 80 중량%과 용매 20 ~ 50 중량%를 혼합하여 슬러리(slurry)를 제조하는 단계; ⅲ) 슬러리 총 중량 기준으로 10중량% 이하의 PA(폴리아크릴아미드)를 추가하여 혼합하는 단계; ⅳ) 단계 ⅲ)의 상기 슬러리를 폴리머 볼 상에 코팅하고 건조하여 용매를 증발시켜 구리-니켈 산화물을 수득하는 단계; 및 ⅴ) 상기 구리-니켈 산화물을 수소분위기 하에서 가열하여 환원하는 단계를 포함하는 고강도 합금 중공구의 제조방법 을 제공한다.The present invention comprises the steps of: i) mixing 50 to 95% by weight of copper oxide powder with 5 to 50% by weight of nickel oxide powder to obtain an oxidation mixture; Ii) mixing 50 to 80% by weight of the oxidation mixture with 20 to 50% by weight of a solvent to prepare a slurry; Iii) adding up to 10% by weight of PA (polyacrylamide) based on the total weight of the slurry and mixing; Iii) coating the slurry of step iv) on polymer balls and drying to evaporate the solvent to obtain a copper-nickel oxide; And iii) heating the copper-nickel oxide under a hydrogen atmosphere to reduce the copper-nickel oxide.

바람직하게는, 본 발명에 따른 고강도 금속 합금 중공구는 금속 또는 합금 산화물로 슬러리를 제조하여 밀도를 낮출 수 있어 균일하게 용매에 분산될 수 있다.Preferably, the high-strength metal alloy hollow sphere according to the present invention can be prepared by a slurry of a metal or an alloy oxide to lower the density can be uniformly dispersed in a solvent.

바람직하게는, 금속 산화물 또는 합금 산화물을 제조하기 위해서 폐벌크 재료 또는 스크랩 또는 dust(폐금속분말)를 잘게 파쇄하여 분말이나 리본 형태로 제조한 후 산화시킬 수 있으며, 필요에 따라 산화된 재료를 한 번 더 파쇄시켜서 충분히 고운 산화물 분말이나 리본을 이용하거나, 기(期) 제조된 분말 형태의 금속 또는 합금 산화물을 이용할 수 있다. 이때, 분말이나 리본의 지름은 최종적으로 제조할 중공구 지름의 1/50 이하의 입자 크기이나, 이에 제한하지 아니한다.Preferably, in order to prepare a metal oxide or alloy oxide, the waste bulk material, scrap or dust (pulverized metal powder) may be finely pulverized into powder or ribbon, and then oxidized. It is possible to use an oxide powder or a ribbon that is finely crushed once more, or a metal or alloy oxide in the form of a powder prepared in advance. At this time, the diameter of the powder or ribbon is a particle size of 1/50 or less of the diameter of the hollow sphere to be finally produced, but is not limited thereto.

바람직하게는, 모 합금 대비 첨가 금속 산화물은 0.001 ~ 50 % 범위로 조합될 수 있으며, 모합금 내에 첨가금속을 석출시키기 위해 중공구 소결 후 냉각 시에는 수냉 또는 액체 질소를 사용하여 상온에서 냉각시킨 후, 50℃ ~ 융점의 95 %의 온도 범위에서 3 시간 이내로 시효 처리를 하여 모합금 입(grain) 내 또는 입계에 첨가 금속을 미세하게 석출시켜서 강도를 향상시킬 수 있다.Preferably, the additive metal oxides compared to the parent alloy may be combined in a range of 0.001 to 50%, and after cooling the hollow spheres to cool the precipitates to precipitate the additive metals in the master alloy, the mixture is cooled at room temperature using water or liquid nitrogen. Aging may be performed within 3 hours at a temperature in the range of 50 ° C. to 95% of the melting point, thereby finely depositing the additive metal in the mother alloy grain or at the grain boundary, thereby improving strength.

바람직하게는, 용매로서 물, 알코올, 아세톤, 테트라데칸 또는 티올(thiol) 계를 사용할 수 있으며, 바인더로서 폴리비닐알코올(PVA: Poly Vinyl Acetate) 또는 PMMA (Poly Methyl Meth Acrylate) 또는 PA(Poly Acrilamide)를 사용할 수 있다. 용매로서 아세톤을 사용할 경우, 폴리머 볼의 아세톤에 용해되는 것을 방지하기 위해서, 폴리머 볼 표면에 파라핀을 코팅하거나 폴리머볼 대신에 용매에 녹지 않으면서 가열시 완벽하게 승화하는 찌꺼기가 남지 않는 파라핀 볼을 사용할 수 있다.Preferably, water, alcohol, acetone, tetradecane or thiol system may be used as a solvent, and polyvinyl alcohol (PVA: Poly Vinyl Acetate) or PMMA (Poly Methyl Meth Acrylate) or PA (Poly Acrilamide) as a binder. ) Can be used. When using acetone as a solvent, to prevent dissolving in the acetone of the polymer ball, use a paraffin ball that is coated with paraffin on the surface of the polymer ball or does not leave a residue that completely sublimes upon heating without being dissolved in the solvent instead of the polymer ball. Can be.

바람직하게는, 바인더는 슬러리 총 중량의 10 % 이하로 조합될 수 있으며, 가장 바람직하게는 슬러리 총 중량의 5 중량% 이하이다.Preferably, the binder may be combined at up to 10% of the total weight of the slurry, most preferably at most 5% by weight of the total weight of the slurry.

바람직하게는, 구리 및 니켈의 금속 산화물 분말 또는 구리 및 니켈 금속원소로 이루어진 합금 산화물 분말과 용매가 7:3의 중량비일 수 있다.Preferably, the metal oxide powder of copper and nickel or the alloy oxide powder and the solvent consisting of copper and nickel metal elements may have a weight ratio of 7: 3.

바람직하게는, 단계 ⅴ)는 수소분위기하에서 700 ~ 930℃, 1시간 동안 가열할 수 있다.Preferably, step iii) may be heated at 700 to 930 ° C. for 1 hour under a hydrogen atmosphere.

바람직하게는, 폴리머 볼은 폴리스티렌(Polystyrene)과 같이 아세톤이나 벤젠 또는 톨루엔에 쉽게 용해되거나 가열 시 쉽게 분해되는 물질을 사용할 수 있으며, 필요에 따라 아세톤이나 톨루엔 또는 벤젠에 침적시키거나 내부에 주입하여 폴리머 볼을 용침시킬 수 있다. 또한, 슬러리를 폴리머 볼에 분사(spray)하거나 담금질 (dipping) 법을 사용하여 폴리머 볼 표면(surface)에 원하는 두께로 코팅할 수 있다.Preferably, the polymer ball may be a substance which is easily dissolved in acetone, benzene, or toluene, such as polystyrene, or easily decomposed when heated, and may be deposited or injected into acetone, toluene, or benzene, if necessary, into the polymer. The ball can be infiltrated. In addition, the slurry may be sprayed onto the polymer balls or coated with a desired thickness on the polymer ball surface using a dipping method.

바람직하게는, 본 발명에 따른 고강도 합금 중공구는 소결 온도가 400℃ 이상이고, 소결 시간은 1분 이상일 수 있다. Preferably, the high-strength alloy hollow sphere according to the present invention may have a sintering temperature of 400 ° C. or more, and a sintering time of 1 minute or more.

상기한 과제 해결 수단에 의한 본 발명에 따르면, 니켈은 구리와 전율 고용체로서 그 함량의 제한없이 합금화가 유리한 장점을 가지고 있으며, 니켈을 첨가한 백동의 경우 아연을 첨가한 황동과 비교하여, 고온 특성, 내식성 및 기계적 강도가 높은 장점이 있다.According to the present invention by the above-mentioned means for solving the problem, nickel has the advantage of alloying without limiting the content of copper and the electrolytic solid solution, and in the case of nickel-containing cupronickel compared to zinc-containing brass, high temperature characteristics It has the advantage of high corrosion resistance and mechanical strength.

또한, 산화 및 소결과정에서 불순물 원자들이 증발하여, 고순도 발포금속의 제조가 가능하고, 소결 온도 및 시간을 조절하여 구조적으로, 중공구의 크기 조절(지름: 1 mm ~ 300 mm) 및 금속 껍질(shell) 두께(지름: 0.01 mm ~ 200 mm) 및 shell내의 기공의 크기(지름: 0.01 mm ~ 200 mm)를 자유롭게 조절할 수 있으며, 소결 후 냉각과정에서 냉각 속도의 조절 또는 냉각 후 후열처리를 통해서 다양한 강화 또는 연성과 인성을 증가시킬 수 있다.In addition, impurity atoms evaporate during the oxidation and sintering process, making it possible to manufacture high-purity foam metals, and by controlling the sintering temperature and time, the size of the hollow spheres (diameter: 1 mm to 300 mm) and the metal shell ) The thickness (diameter: 0.01 mm ~ 200 mm) and the size of the pores in the shell (diameter: 0.01 mm ~ 200 mm) can be freely controlled, and various reinforcement by adjusting the cooling rate in the cooling process after sintering or after heat treatment after cooling Or increase the ductility and toughness.

이하, 본 발명을 하기 실시예를 통하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through the following examples.

실시예Example

실시예 1: 구리-아연 중공구의제조Example 1 Preparation of Copper-Zinc Hollow Spheres

구리와 아연 순금속 또는 구리-아연 합금 스크랩에 묻은 기름 찌꺼기와 오염물질을 제거하고 비중이 낮은 산화물로 만들기 위해 가열하여 산화시켰다. 또는 산화 공정 없이 구리 산화물과 아연 산화물 또는 구리-아연 합금 산화물을 바로 사용할 수 있다. Oil and contaminants on copper and zinc pure metal or copper-zinc alloy scraps were heated and oxidized to remove oxides of low specific gravity. Alternatively, copper oxide and zinc oxide or copper-zinc alloy oxide can be used directly without an oxidation process.

바인더는 PA, 용매는 물을 준비하였고, 슬러리 제조를 위해 구리 산화물 분말, 아연 산화물 분말, PA 및 물을 충분히 교반하였다. 이때 구리 및 아연 산화물 분말과 용매의 중량비는 7 : 3 으로 하였고, PA는 슬러리 총 중량을 기준으로 5 중량%로 혼합 하였다. 상기 제조된 슬러리에 담금질 방법으로 폴리머 볼 상에 코팅한 후 25℃, 50% RH 분위기하에서 건조하여 용매를 증발시켰다. 수소 분위기하에서 800℃ 및 930℃의 온도 조건에서 1시간 동안 가열하여 산화물을 구리-아연 합금 중공구로 환원시켰다. 이때, 승온 속도는 15 ℃/s, 냉각속도는 -15 ℃/s으로 하였다. PA was prepared as a binder, water was prepared, and copper oxide powder, zinc oxide powder, PA, and water were sufficiently stirred to prepare a slurry. At this time, the weight ratio of the copper and zinc oxide powder and the solvent was 7: 3, and the PA was mixed at 5% by weight based on the total weight of the slurry. After coating on the polymer ball by quenching the slurry prepared above, the solvent was evaporated by drying in 25 ℃, 50% RH atmosphere. The oxide was reduced to a copper-zinc alloy hollow sphere by heating for 1 hour at 800 ° C. and 930 ° C. under hydrogen atmosphere. At this time, the temperature increase rate was 15 degreeC / s, and the cooling rate was -15 degreeC / s.

따라서, 소결 중에 내부의 폴리머 볼은 소멸되었고, 본 발명에 따른 구리-아연 합금 중공구를 완성하였다. Thus, the polymer balls inside disappeared during sintering, completing the copper-zinc alloy hollow sphere according to the present invention.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 아연 산화물 30 중량%, 20 중량%를 800℃ 및 930℃에서 1시간 동안 소결하여 제조된 황동(구리-아연) 중공구의 단면사진이다. 도 4의 경우 기공이 좀더 미세하고 균일한 중공구를 얻을 수 있었으며, 도 5의 경우 거의 기공이 없는 완전한 소결체를 얻을 수 있었다.4 and 5 are cross-sectional photographs of brass (copper-zinc) hollow spheres prepared by sintering 30 wt% and 20 wt% zinc oxide at 800 ° C. and 930 ° C. for 1 hour according to Example 1 of the present invention. In the case of FIG. 4, pores were more fine and uniform hollow spheres were obtained, and in FIG. 5, a perfect sintered body with almost no pores was obtained.

도 6은 소결 온도와 아연 산화물의 양에 따라 제조된 중공구의 압축 강도를 측정한 결과이다. 소결 온도가 증가함에 따라 기계적 특성은 증가하였으며, ZnO 함량이 20 중량%일 때 최대 기계적 특성을 보였다.6 is a result of measuring the compressive strength of the prepared hollow sphere according to the sintering temperature and the amount of zinc oxide. The mechanical properties increased with increasing sintering temperature, and showed the maximum mechanical properties when the ZnO content was 20% by weight.

실시예 2: 구리-니켈 중공구의제조Example 2: Preparation of Copper-Nickel Hollow Spheres

구리와 니켈 순금속 또는 구리-니켈 합금 스크랩에 묻은 기름 찌꺼기와 오염물질을 제거하고 산화물로 만들기 위해 가열하여 산화시켰다. 그러나 산화 공정 없이 구리 산화물과 니켈 산화물 또는 구리-니켈 합금 산화물을 바로 사용할 수 있다.Oil and contaminants on copper and nickel pure metal or copper-nickel alloy scraps were heated and oxidized to remove oxides. However, copper oxide and nickel oxide or copper-nickel alloy oxide can be used directly without oxidation process.

바인더는 PA, 용매는 물을 준비하였고, 구리 산화물 분말 70 ~ 95 중량%과 니켈 산화물 분말 5 ~ 30 중량%를 혼합하였으며, 슬러리 제조를 위해 혼합물에 PA 및 물을 넣고 충분히 교반하였다. 이때 혼합물과 용매의 중량비는 7 : 3 으로 하 였고, PA는 슬러리 총 중량을 기준으로 5 중량%로 혼합하였다. 상기 제조된 슬러리에 담금질 방법으로 폴리스티렌(Polystyrene)의 폴리머 볼 상에 코팅한 후 25℃, 50% RH 분위기하에서 건조하여 용매를 증발시켰다. 후속하여, 수소 분위기하에서 700℃ 및 930℃의 온도 조건에서 1시간 동안 가열하여 산화물을 구리-니켈 합금 중공구로 환원시켰다. 이때 승온 속도는 15 ℃/s, 냉각속도는 -15 ℃/s으로 하였다. 중공구 소결 후 수냉 또는 액체 질소를 사용하여 상온에서 냉각시킨 후, 50℃ ~ 1350℃에서 3 시간 이내로 시효 처리(aging treatment)하여, 합금중공구 결정립(grain)내 또는 결정립 계면에 첨가 금속을 석출시킴으로써 강도를 향상시켰다. PA was prepared as a binder, and water was used as a solvent. 70 to 95 wt% of copper oxide powder and 5 to 30 wt% of nickel oxide powder were mixed. PA and water were added to the mixture and stirred sufficiently to prepare a slurry. At this time, the weight ratio of the mixture and the solvent was 7: 3, PA was mixed at 5% by weight based on the total weight of the slurry. After coating on the polymer ball of polystyrene by quenching the slurry prepared above, the solvent was evaporated by drying in 25 ℃, 50% RH atmosphere. Subsequently, the oxide was reduced to a copper-nickel alloy hollow sphere by heating at a temperature of 700 ° C. and 930 ° C. under a hydrogen atmosphere for 1 hour. At this time, the temperature increase rate was 15 ° C / s, the cooling rate was -15 ° C / s. After sintering the hollow spheres, the mixture is cooled at room temperature using water or liquid nitrogen, and then aged at 50 ° C. to 1350 ° C. for 3 hours to precipitate the additive metal in the grains of the alloy tool or at the grain interface. The strength was improved by doing so.

따라서, 소결 중에 내부의 폴리머 볼은 소멸되었으며, 원하는 형상, 크기 및 첨가원소의 양을 검사하여 양품을 분류하여 본 발명에 따른 고강도 합금 중공구를 수득하였다. Therefore, the polymer ball inside was extinguished during sintering, and the high quality alloy hollow sphere according to the present invention was obtained by classifying good products by inspecting the desired shape, size and amount of added elements.

도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예 2에 따라 니켈 산화물 5 중량%, 30 중량%를 930℃, 700℃에서 1시간 동안 소결하여 제조된 니켈 중공구의 단면사진이다. 소결 온도가 감소하고, 니켈 산화물의 양이 증가할수록 재료 내 기공의 양이 증가함을 알 수 있었다. 7 and 8 are cross-sectional photographs of nickel hollow spheres prepared by sintering 5% by weight and 30% by weight of nickel oxide in 930 ° C and 700 ° C for 1 hour according to Example 2 of the present invention. As the sintering temperature decreases and the amount of nickel oxide increases, the amount of pores in the material increases.

도 9는 소결 온도와 니켈 산화물의 양에 따라 비커스 경도계로 소결체의 경도를 측정한 결과이다. 소결 온도와 니켈 함량이 증가함에 따라 기계적 특성이 증가함을 보였다.9 is a result of measuring the hardness of the sintered compact with a Vickers hardness tester according to the sintering temperature and the amount of nickel oxide. The mechanical properties increased with increasing sintering temperature and nickel content.

실시예 3: 소결 온도에 따른 정량 분석Example 3: Quantitative Analysis According to Sintering Temperature

도 11은 30 중량%의 아연, 아연 산화물 및 니켈 산화물을 구리 산화물과 혼합한 슬러리를 사용하여 중공구를 각각 제조한 후, 중공구 내에 존재하는 첨가 원소의 양을 측정한 결과이다.11 shows the results of measuring the amount of additional elements present in the hollow spheres after the hollow spheres were prepared by using a slurry obtained by mixing 30% by weight of zinc, zinc oxide and nickel oxide with copper oxide.

아연의 경우 구리와 비교하여 융점과 증기압이 매우 낮기 때문에, 첨가량 대비 효율이 낮으나, 니켈의 경우 구리와 유사한 물성을 가지고 있기 때문에 높은 수율을 나타냄을 알 수 있었다. 따라서, 일정 함량의 합금비를 맞추기 위해서, 첨가해야 할 니켈의 양을 최소화할 수 있다. Since zinc has a very low melting point and vapor pressure compared to copper, the efficiency is low compared to the amount added, but nickel has a high yield because it has properties similar to copper. Therefore, in order to match the alloy ratio of a certain content, it is possible to minimize the amount of nickel to be added.

실시예 4: 소결 온도에 따른 정량 분석Example 4 Quantitative Analysis According to Sintering Temperature

도 12는 구리 산화물 내에 20중량%의 아연, 아연 산화물 및 니켈 산화물을 첨가한 후 소결 온도에 따른 중공구 표면의 강도를 측정한 결과이다. 12 is a result of measuring the strength of the surface of the hollow sphere according to the sintering temperature after adding 20% by weight of zinc, zinc oxide and nickel oxide in the copper oxide.

니켈 산화물은 구리 소재 내에 아연을 첨가했을 경우와 비교하여 약 80%의 강도 증가 효과가 관찰되었고, 아연 산화물을 첨가했을 경우와 비교하여 약 50%의 강도 증가 효과가 관찰되었다. 아연만 첨가하게 되면 소결 중 아연 원소의 증발로 인하여 생성된 기공에 의한 강도 저하가 발생됨을 알 수 있었다.Nickel oxide was observed to increase the strength of about 80% compared to the case of adding zinc in the copper material, and about 50% strength increase effect was observed compared to the case of adding zinc oxide. When only zinc is added, it can be seen that strength decrease due to pores generated by evaporation of the zinc element during sintering.

실시예 5: 소결로의 구성 Example 5 Configuration of Sintering Furnace

도 13은 소결로의 형상으로서 이송장치에 의해서 연속적인 소결이 가능하며, 크게 3개의 존으로 나뉜다. 승온존과 냉각존은 질소나 아르곤 같은 불활성 가스 분위기이며, 소결존은 수소 가스로 채워진 환원 분위기이다. 이때, 질소 가스의 온도에 따라 승온 및 냉각 속도의 조절이 가능하다. 제2존에 장벽(격벽)을 쌓은 이유는 각 구역마다 온도를 다르게 조절하여 효과적인 소결 및 환원을 이루게 하기 위함이다. 또한, 가열장치는 각 존마다 온도를 달리하여 양질의 합금 중공구를 제조하기 위한 최적의 오도 프로파일을 만들기 위함이다. 13 is a shape of a sintering furnace, continuous sintering is possible by the transfer device, it is divided into three zones. The heating zone and the cooling zone are inert gas atmospheres such as nitrogen and argon, and the sintering zone is a reducing atmosphere filled with hydrogen gas. At this time, the temperature increase and the cooling rate can be adjusted according to the temperature of the nitrogen gas. The reason why the barriers are formed in the second zone is to control the temperature differently in each zone to achieve effective sintering and reduction. In addition, the heating device is to create an optimal misleading profile for producing a high quality alloy hollow sphere by varying the temperature in each zone.

질소와 수소 가스는 필요에 따라 일정 비율의 혼합 가스를 사용할 수 있으며, 일정 유속으로 순환시켜 항상 양질의 분위기가 유지되도록 하고, 컨베이어를 통해서 연속 생산이 가능하여 생산 수율을 높일 수 있다. 존 1과 3에는 일정 간격으로 간이 불꽃 점화장치나 산화 장치를 설치하여, 외부에서 산소가 존 2로 혼입되는 것을 막고, 존 2에서 나오는 가스는 끊임없이 태워서 뜨거운 수소와 외부의 산소가 반응 및 폭발하는 것을 방지한다.Nitrogen and hydrogen gas can be used as a proportion of the mixed gas, if necessary, by circulating at a constant flow rate to maintain a high quality atmosphere at all times, it is possible to continuously produce through a conveyor can increase the production yield. Zones 1 and 3 are equipped with a simple flame igniter or oxidizer at regular intervals to prevent oxygen from entering the zone 2 from outside, and the gases from zone 2 are constantly burned to react and explode with hot hydrogen and oxygen outside. To prevent them.

본 발명은 구리 및 니켈의 금속 산화물의 고강도 금속 합금 중공구에 관한 것으로, 다른 금속 구조보다 강도가 높기 때문에, 고온용 열교환기 및 히트 싱크(heat sink) 뿐만 아니라, 범퍼나 기타 구조 재료로 사용이 가능하다. 이에 의하여, 자동차 충격 흡수재, 전자파 차폐장치, 필터, 열교환기, 자동차 및 항공기 구조재료, 건축 자재 등 다양한 응용이 가능하고, 자동차 및 수송기들의 효율 증대 요구가 증가함에 따라 점차 기존의 벌크재료를 발포 금속으로 교체할 것으로 예상되며, 가격 경쟁력과 강도의 우수성을 바탕으로 새롭게 시장을 선점할 수 있다. 또한, 구리 및 니켈 합금 중공구는 고온 내열 특성이 우수하기 때문에, 고온용 열교환기, 히트 싱크 및 범퍼 및 흡음재료 등이 요구되는 발전소, 우주항공재료, 선박, 잠수함 및 화학 플랜트에 응용이 가능하다. The present invention relates to high-strength metal alloy hollow spheres of metal oxides of copper and nickel, and because they have higher strength than other metal structures, they are not only used for high temperature heat exchangers and heat sinks, but also for bumpers or other structural materials. It is possible. As a result, various applications such as automobile shock absorbers, electromagnetic shielding devices, filters, heat exchangers, automobile and aircraft structural materials, and building materials are possible. The company is expected to replace the company with a new market, based on its price competitiveness and strength. In addition, copper and nickel alloy hollow spheres are excellent in high temperature and heat resistance characteristics, it can be applied to power plants, aerospace materials, ships, submarines and chemical plants that require high temperature heat exchangers, heat sinks and bumpers and sound-absorbing materials.

도 1은 본 발명의 제조 순서를 도시한 것이다.1 illustrates a manufacturing sequence of the present invention.

도 2는 종래기술의 구리 중공구의 단면 사진을 나타낸 것이다.Figure 2 shows a cross-sectional photograph of a copper hollow sphere of the prior art.

도 3은 종래기술의 황동 중공구의 단면 사진을 나타낸 것이다.Figure 3 shows a cross-sectional picture of the brass hollow sphere of the prior art.

도 4는 본 발명에 따라 800℃에서 소결한 황동(구리+아연) 중공구의 사진을 나타낸 것이다. Figure 4 shows a photograph of a brass (copper + zinc) hollow sphere sintered at 800 ℃ in accordance with the present invention.

도 5는 본 발명에 따라 930℃에서 소결한 황동(구리+아연) 중공구의 사진을 나타낸 것이다. Figure 5 shows a photograph of a brass (copper + zinc) hollow sphere sintered at 930 ℃ in accordance with the present invention.

도 6은 본 발명을 통해서 제조된 황동 중공구의 압축 강도 결과를 나타낸 것이다. Figure 6 shows the compressive strength results of the brass hollow sphere produced through the present invention.

도 7은 발명에 따라 930℃에서 소결한 백동(구리+니켈) 중공구의 사진을 나타낸 것이다. Figure 7 shows a photograph of a cuprous (copper + nickel) hollow sphere sintered at 930 ℃ according to the invention.

도 8은 발명에 따라 700℃에서 소결한 백동(구리+니켈) 중공구의 사진을 나타낸 것이다. Figure 8 shows a photograph of a cuprous (copper + nickel) hollow sphere sintered at 700 ℃ according to the invention.

도 9는 본 발명에 따른 구리-니켈 중공구의 표면 경도 측정한 결과를 나타낸 것이다. Figure 9 shows the results of measuring the surface hardness of the copper-nickel hollow sphere according to the present invention.

도 10은 본 발명에 따른 중공구의 모식도를 나타낸 것이다.Figure 10 shows a schematic diagram of the hollow sphere according to the present invention.

도 11은 구리 산화물과 아연, 아연 산화물과 니켈 산화물을 첨가하였을 때, 소결 온도에 따른 중공구 내의 아연 또는 니켈의 정량 분석 결과를 나타낸 것이다.11 shows the results of quantitative analysis of zinc or nickel in the hollow spheres according to the sintering temperature when copper oxide and zinc, zinc oxide and nickel oxide are added.

도 12는 구리 산화물과 아연, 아연 산화물과 니켈 산화물을 첨가하였을 때, 소결 온도에 따른 중공구 표면의 강도 측정 결과를 나타낸 것이다. Figure 12 shows the results of measuring the strength of the hollow sphere surface according to the sintering temperature when the copper oxide and zinc, zinc oxide and nickel oxide is added.

도 13은 본 발명의 소결장치의 모식도를 나타낸 것이다.Figure 13 shows a schematic diagram of the sintering apparatus of the present invention.

Claims (9)

고강도 합금 중공구의 제조에 있어서,In the production of high strength alloy hollow spheres, ⅰ) 구리산화물 분말 50 ~ 95 중량%과 니켈산화물 분말 5 ~ 50 중량%을 혼합하여 산화 혼합물을 수득하는 단계;V) mixing 50 to 95% by weight of copper oxide powder with 5 to 50% by weight of nickel oxide powder to obtain an oxidation mixture; ⅱ) 상기 산화 혼합물 50 ~ 80 중량%과 용매 20 ~ 50 중량%를 혼합하여 슬러리(slurry)를 제조하는 단계;Ii) mixing 50 to 80% by weight of the oxidation mixture with 20 to 50% by weight of a solvent to prepare a slurry; ⅲ) 상기 슬러리 총 중량 기준으로 1 ~ 10 중량%의 PA(폴리아크릴아미드)를 추가하여 혼합하는 단계;Iii) mixing by adding 1 to 10% by weight of PA (polyacrylamide) based on the total weight of the slurry; ⅳ) 단계ⅱ)의 상기 슬러리를 폴리머 볼 상에 코팅하고 건조하여 용매를 증발시켜 구리-니켈 산화물을 수득하는 단계; 및Iii) coating the slurry of step ii) on polymer balls and drying to evaporate the solvent to obtain a copper-nickel oxide; And ⅴ) 상기 구리-니켈 산화물을 수소분위기 하에서 가열하여 환원하는 단계를 포함하는 고강도 합금 중공구의 제조방법.Iii) a method for producing a high strength alloy hollow sphere comprising the step of reducing the copper-nickel oxide by heating in a hydrogen atmosphere. 제1항에 있어서, 단계 ⅱ)에서 용매가 물, 알코올, 아세톤, 테트라데칸 또는 티올(thiol)계 임을 특징으로 하는 고강도 합금 중공구의 제조방법.The method of claim 1, wherein the solvent in step ii) is water, alcohol, acetone, tetradecane or thiol system. 제1항에 있어서, 단계 ⅳ)에서 10 ~ 25℃의 온도와 50 ~ 80% RH의 습도 분위기 하에서 건조하여 용매를 증발시킴을 특징으로 하는 고강도 합금 중공구의 제조방법.The method of claim 1, wherein in step i), the solvent is evaporated by drying under a temperature of 10 to 25 ° C. and a humidity atmosphere of 50 to 80% RH to evaporate the solvent. 제1항에 있어서, 단계ⅴ)에서 700 ~ 930℃에서 1시간 동안 가열하는 것을 특징으로 하는 고강도 합금 중공구의 제조방법.The method of manufacturing a high-strength alloy hollow sphere according to claim 1, wherein the heating is performed at 700 to 930 ° C. for 1 hour in step iii). 제1항에 있어서, v) 단계후에 수냉 또는 액체 질소를 사용하여 상온에서 냉각시킨 후, 50℃ ~ 1350℃에서 1 ~ 3 시간 이내로 시효 처리(aging treatment)하여, 합금중공구 결정립(grain)내 또는 결정립 계면에 첨가한 금속을 석출시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 고강도 합금 중공구의 제조방법.The method according to claim 1, wherein after step v), the mixture is cooled at room temperature using water cooling or liquid nitrogen, and then aged at 50 ° C. to 1350 ° C. for 1 to 3 hours, and then in the grains of the alloy hollow tool. Or depositing a metal added to the grain boundary. 삭제delete 제1항에 있어서, ii) 단계에서 산화 혼합물과 용매가 7 : 3의 중량비임을 특징으로 하는 고강도 합금 중공구의 제조방법.The method of claim 1, wherein the oxidizing mixture and the solvent in the step ii) is a weight ratio of 7: 3. 제1항에 있어서, PA가 슬러리 총 중량 기준으로 1 ~ 5 중량% 임을 특징으로 하는 고강도 합금 중공구의 제조방법.The method of claim 1, wherein the PA is 1 to 5% by weight based on the total weight of the slurry. 삭제delete
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018199677A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 주식회사 솔루에타 Method for producing nickel nanopowder
WO2018199679A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 주식회사 솔루에타 Method for preparing nickel nanopowders and method for making nickel nanopowders into paste

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005028575A (en) 2003-07-07 2005-02-03 National Institute For Materials Science Porous oxide ultrathin film, core-shell particle composed of shell comprising ultrathin film and core comprising polymer, porous hollow oxide shell structure derived from core-shell particle, and methods for manufacturing them
JP2006307295A (en) 2005-04-28 2006-11-09 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Clay composition for porous metal or porous ceramic, and method for producing porous metal or porous ceramic using it
JP2007009278A (en) 2005-06-30 2007-01-18 Jfe Techno Research Corp Hollow metallic body and manufacturing method therefor
KR100943826B1 (en) 2007-11-12 2010-02-25 성균관대학교산학협력단 Method for manufacturing Metal hollow sphere

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005028575A (en) 2003-07-07 2005-02-03 National Institute For Materials Science Porous oxide ultrathin film, core-shell particle composed of shell comprising ultrathin film and core comprising polymer, porous hollow oxide shell structure derived from core-shell particle, and methods for manufacturing them
JP2006307295A (en) 2005-04-28 2006-11-09 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Clay composition for porous metal or porous ceramic, and method for producing porous metal or porous ceramic using it
JP2007009278A (en) 2005-06-30 2007-01-18 Jfe Techno Research Corp Hollow metallic body and manufacturing method therefor
KR100943826B1 (en) 2007-11-12 2010-02-25 성균관대학교산학협력단 Method for manufacturing Metal hollow sphere

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018199677A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 주식회사 솔루에타 Method for producing nickel nanopowder
WO2018199679A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 주식회사 솔루에타 Method for preparing nickel nanopowders and method for making nickel nanopowders into paste
US11090722B2 (en) 2017-04-28 2021-08-17 Solueta Co., Ltd. Method for preparing nickel nanopowders and method for making nickel nanopowders into paste
US11260452B2 (en) 2017-04-28 2022-03-01 Solueta Co., Ltd. Method for producing nickel nanopowder

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