KR101431731B1 - The preparation method of sintered titanium or titanium alloy having low oxygen content and high density - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density.
티타늄(Ti) 또는 티타늄 합금은 경량 소재임에도 불구하고, 높은 인장강도, 내식성을 갖는 특성으로 인하여 항공기, 우주선, 의료 장비, 스포츠 장비 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. Titanium (Ti) or titanium alloys are used in various fields such as airplanes, spaceships, medical equipment, and sports equipment due to their high tensile strength and corrosion resistance, despite being lightweight materials.
티타늄 또는 Ti-6Al-4V(중량%로, Ti: 90%, Al: 6%, V: 4%)와 같은 상용의 티타늄(commerically pure titanium) 또는 티타늄 합금 분말은 대략 수천 중량ppm 정도의 산소를 함유하고 있다. 이러한 높은 함량의 산소로 인하여 티타늄 또는 티타늄 합금 분말로부터 제조된 소재의 경우, 목표하는 물성이 제대로 나타나기 어렵다. Commercially pure titanium or titanium alloy powders such as titanium or Ti-6Al-4V (by weight, Ti: 90%, Al: 6%, V: 4%) contain approximately several thousand ppm by weight of oxygen . In the case of a material made from titanium or titanium alloy powder due to such a high oxygen content, it is difficult to achieve the desired physical properties.
따라서, 이러한 티타늄 또는 티타늄 합금 분말의 높은 산소 함량을 낮추고, 밀도를 높여 티타늄 또는 티타늄 합금의 기계적 특성을 증가시키기 위한 연구가 진행되고 있다. 본 발명과 관련된 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1014350호(2011.02.15. 공고)에 개시된 고순도 티타늄 합금 분말의 제조방법이 있다. 상기 문헌에 기재된 고순도 티타늄 합금 분말 제조 방법의 경우, 티타늄 합금 표면 환원, 세척, 수소화반응, 분쇄 및 탈수소화 과정으로 수행된다. 그러나, 이러한 방법의 경우, 제조된 티타늄 합금 분말의 산소 함량이 대략 2000 ppm 이상이어서 원하는 경도 및 강도를 얻을 수 없다. 이러한 분말을 이용하여 일반적인 진공 소결법으로 소결체를 제조하는 경우 경도 및 강도가 증가하는 대신 연신율이 크게 감소하여 기계적 파괴가 쉽게 발생하는 단점이 있다.
Therefore, research is underway to increase the mechanical properties of titanium or titanium alloys by lowering the high oxygen content of these titanium or titanium alloy powders and increasing their density. Prior art related to the present invention is a method for producing high purity titanium alloy powder disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1014350 (published on Mar. 15, 2011). In the case of the high purity titanium alloy powder manufacturing method described in the above document, the titanium alloy is subjected to surface reduction, washing, hydrogenation, pulverization and dehydrogenation. However, in the case of this method, the oxygen content of the produced titanium alloy powder is about 2000 ppm or more, so that desired hardness and strength can not be obtained. When such a sintered body is manufactured by a general vacuum sintering method using such a powder, there is a disadvantage in that mechanical strength is easily generated because the elongation is greatly reduced, instead of increasing hardness and strength.
따라서, 본 발명은 산소 함량이 낮고 고밀도를 가지면서 연신율이 향상된 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법을 제공하는데 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density and an improved elongation.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned can be understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 티타늄 또는 티타늄 합금 분말을 가압하여 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체에 탈산제를 장입하고 소결시키는 단계를 포함하는 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method for manufacturing a titanium or titanium alloy green compact, comprising: preparing a titanium or titanium alloy green compact by pressurizing titanium or titanium alloy powder; And charging and deoxidizing the produced titanium or titanium alloy green compact with a deoxidizing agent, thereby producing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density.
이때, 상기 티타늄 합금 분말은 Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-7Al-4Mo 및 Ti-13V-11Cr-3Al로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다. The titanium alloy powder may be at least one selected from the group consisting of Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-7Al- -3Al may be used.
상기 티타늄 또는 티타늄 합금 분말의 가압시 압력은 2800 ~ 3200 kgf/㎠에서 수행되는 것을 특징으로 한다. The pressure of the titanium or titanium alloy powders is preferably 2800 to 3200 kgf / cm 2.
상기 탈산제는 칼슘 또는 염화칼슘 등을 사용할 수 있고, 상기 탈산제는 상기 티타늄 또는 티타늄 합금 분말에 대해 50 ~ 150 무게비로 포함되는 것을 특징으로 한다. The deoxidizing agent may be calcium or calcium chloride, and the deoxidizing agent may be contained in a weight ratio of 50-150 to the titanium or titanium alloy powder.
이때, 상기 소결은 1100 ~ 1400 ℃에서 수행되고, 상기 소결시 진공도는 1×10-6 ~ 1×10-5 torr인 것을 특징으로 한다. At this time, the sintering is performed at 1100 to 1400 ° C, and the degree of vacuum during sintering is 1 × 10 -6 to 1 × 10 -5 torr.
또한, 본 발명은 티타늄 또는 티타늄 합금 분말을 가압하여 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체를 제조하는 단계; 및 상기 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체를 티타늄 소결 장치의 도가니에 구비하고, 상기 도가니 하부에 구비된 브래킷에 탈산제를 구비한 후 소결시키는 단계를 포함하고, 상기 탈산제는 소결온도에 의해 증발하여 상기 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체가 구비된 도가니에 유입되고 탈산제의 증기압으로 상기 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체를 탈산시키는 것을 특징으로 한다. The present invention also provides a method of manufacturing a titanium or titanium alloy green compact, comprising: preparing a titanium or titanium alloy green compact by pressurizing titanium or titanium alloy powder; And a step of providing the titanium or titanium alloy green compact in a crucible of a titanium sintering apparatus and sintering the bracket provided at the bottom of the crucible with a deoxidizing agent and the deoxidizing agent is evaporated by the sintering temperature, Titanium alloy green compact and deoxidizing the titanium or titanium alloy green compact by the vapor pressure of the deoxidizer.
상기 티타늄 소결 장치는 알루미나 재질의 도가니 및 철 재질의 브래킷을 포함하고, 상기 도가니 및 브래킷 사이에는 마이크로시브가 구비되는 것을 특징으로 한다. The titanium sintering apparatus includes a crucible made of alumina and a steel bracket, and a microsieve is provided between the crucible and the bracket.
상기 마이크로시브는 100 ~ 200 메쉬 크기의 다수의 홀을 포함하는 것을 특징으로 한다. The microsieve may include a plurality of holes having a size of 100 to 200 mesh.
또한, 본 발명은 상대밀도가 93 ~ 98%이고, 연신율이 6 ~ 7.4%이며, 산소함량이 3000 ~ 3100 ppm인 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체를 제공한다.
The present invention also provides a titanium or titanium alloy sintered body having a relative density of 93 to 98%, an elongation of 6 to 7.4%, and an oxygen content of 3000 to 3100 ppm.
본 발명에 따르면, 티타늄 또는 티타늄 합금 분말을 가압하여 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 밀도를 증가시킬 수 있고, 소결 공정시 탈산제가 장입되어 소결과 탈산을 동시에 수행할 수 있으며, 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 산소 함량을 낮추면서 밀도를 증가시킴으로써 경도(비커스 경도)와 인장강도는 상용합금과 유사하면서 연신율은 크게 증가된 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체를 제조할 수 있다.
According to the present invention, it is possible to increase the density of the titanium or titanium alloy sintered body by pressurizing the titanium or titanium alloy powder and to simultaneously carry out the sintering and deoxidation by charging the deoxidizing agent in the sintering step. In the titanium or titanium alloy sintered body, By increasing the density while lowering the content, the hardness (Vickers hardness) and the tensile strength can be made to titanium or titanium alloy sintered bodies having a greatly increased elongation similar to that of common alloys.
도 1은 본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체를 제조하기 위한 장치를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법에서 탈산제 유무에 따른 티타늄 소결체의 산소 농도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법에서 탈산제 유무에 따른 티타늄 소결체의 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법에서 탈산제 유무에 따른 티타늄 소결체의 경도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법에서 탈산제 유무에 따른 티타늄 소결체의 인장강도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법에서 탈산제 유무에 따른 티타늄 소결체의 연신율을 나타낸 그래프이다. 1 is a flowchart showing a method of manufacturing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density according to the present invention.
2 is a schematic view showing an apparatus for manufacturing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the oxygen concentration of a titanium sintered body with and without a deoxidizing agent in a method of producing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen concentration and a high density according to the present invention.
4 is a graph showing the density of a titanium sintered body with and without a deoxidizing agent in a method of producing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen concentration and a high density according to the present invention.
5 is a graph showing the hardness of a titanium sintered body with and without a deoxidizing agent in a method of producing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density according to the present invention.
6 is a graph showing tensile strength of a titanium sintered body with and without a deoxidizing agent in a method of producing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen concentration and a high density according to the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the elongation of a titanium sintered body with and without a deoxidizing agent in a method of producing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen concentration and a high density according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving it will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
본 발명은 티타늄 또는 티타늄 합금 분말을 가압하여 티타늄 합금 압분체를 제조하는 단계; 및The present invention relates to a method for producing a titanium alloy green compact by pressurizing a titanium or titanium alloy powder to produce a titanium alloy green compact; And
상기 제조된 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체에 탈산제를 장입하고 소결시키는 단계를 포함하는 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density, which comprises charging and sintering a produced deoxidizer to a titanium or titanium alloy green compact.
본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법은 종래 진공 소결법으로 제조된 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체가 산소함량의 증가로 인해 연신율이 크게 감소하는 점을 인지하여 연신율이 향상된 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법은 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 밀도는 높이면서 산소 함량은 낮출 수 있고, 탈산과 소결 공정을 동시에 수행하여 진공 소결법으로 제조된 소결체의 경도와 인장강도는 유사하면서도 연신율을 크게 증가시켜 기계적 파괴가 발생하지 않는다. The titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density according to the present invention can be manufactured by using a titanium or titanium alloy sintered body manufactured by the vacuum sintering method in which the elongation is greatly reduced due to an increase in oxygen content, A method of manufacturing a titanium alloy sintered body is provided. The method for producing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density according to the present invention is characterized in that the density of the titanium or titanium alloy sintered body is increased while oxygen content can be lowered and deoxidation and sintering are simultaneously performed, The hardness and tensile strength of the sintered body are similar, but the elongation is greatly increased, and mechanical fracture does not occur.
도 1은 본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법을 나타낸 순서도이다. 이하, 도 1을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.
1 is a flowchart showing a method of manufacturing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density according to the present invention. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Fig.
본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법은 티타늄 또는 티타늄 합금 분말을 가압하여 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체를 제조하는 단계(S10)를 포함한다.The method for producing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density according to the present invention includes a step (S10) of producing a titanium or titanium alloy green compact by pressurizing titanium or a titanium alloy powder.
본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법에서 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체를 제조하는 단계를 수행함으로써, 제조되는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 밀도를 증가시켜 경도 및 인장강도를 증가시킬 수 있다. 이때, 상기 티타늄 합금 분말은 Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-7Al-4Mo 및 Ti-13V-11Cr-3Al로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다. The titanium or titanium alloy green compact according to the present invention can be manufactured by increasing the density of the produced titanium or titanium alloy sintered body to increase the hardness and tensile strength by performing the step of producing the titanium or titanium alloy green compact in the method of producing the titanium or titanium alloy sintered body having low oxygen content and high density. . The titanium alloy powder may be at least one selected from the group consisting of Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-7Al- -3Al may be used.
또한, 상기 티타늄 또는 티타늄 합금 분말의 가압시 압력은 2800 ~ 3200 kgf/㎠ 범위인 것이 바람직하다. 상기 압력이 2800 kgf/㎠ 미만인 경우에는 압분체로 성형되지 못하는 문제가 있고, 3200 kgf/㎠를 초과하는 경우에는 압분체 형성을 위한 충분한 압력이 가해지므로, 에너지 효율의 측면에서 3200 kgf/㎠ 이하인 것이 바람직하다.
The pressure of the titanium or titanium alloy powders is preferably in the range of 2800 to 3200 kgf / cm 2. When the pressure is less than 2800 kgf / cm 2, the green compact can not be formed. When the pressure exceeds 3200 kgf / cm 2, sufficient pressure is applied to form a green compact. Therefore, .
다음으로, 본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법은 상기 제조된 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체에 탈산제를 장입하고 소결시키는 단계(S20)를 포함한다. Next, a method of manufacturing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density according to the present invention includes a step (S20) of loading and sintering a deoxidizing agent into the prepared titanium or titanium alloy green compact.
본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법에서 탈산제 장입과 소결 공정을 수행함으로써, 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체에 포함된 산소 함량을 감소시킬 수 있고, 연신율이 증가된 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체를 제조할 수 있다. By carrying out the deoxidizing agent charging and sintering process in the method of producing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density according to the present invention, it is possible to reduce the oxygen content contained in the titanium or titanium alloy green compact, Titanium alloy sintered body can be produced.
상기 탈산제는 칼슘 또는 염화칼슘 등을 사용할 수 있고, 상기 탈산제는 상기 티타늄 또는 티타늄 합금 분말에 대해 50 ~ 150 무게비로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 탈산제가 50 무게비 미만으로 포함되는 경우에는 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체에 포함된 산소 함량이 높아 경도 및 인장강도가 증가하지 않는 문제가 있고, 150 무게비를 초과하는 경우에는 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체가 더 이상 탈산되지 않고 장치에 탈산제가 흡착되는 문제가 있다. The deoxidizer may be calcium or calcium chloride, and the deoxidizer may be contained in a weight ratio of 50-150 to the titanium or titanium alloy powder. When the amount of the deoxidizer is less than 50 parts by weight, there is a problem that the hardness and the tensile strength are not increased due to the high oxygen content of the titanium or titanium alloy green compact. When the weight ratio of the deoxidizer is more than 150, titanium or a titanium alloy green compact There is a problem that the deoxidizer is adsorbed on the apparatus without being further deoxidized.
또한, 상기 소결은 1100 ~ 1400 ℃에서 3 ~ 5시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 소결온도가 1100 ℃ 미만인 경우에는 소결체의 밀도 및 기계적 특성(경도, 인장강도 및 연신율)이 저하되는 문제가 있고, 1400 ℃를 초과하는 경우에는 에너지 대비 기계적 특성 증가의 폭이 작고 탈산제와 반응하여 티타늄 또는 티타늄 합금 내 불순물 양이 증가하는 문제가 있다. 상기 소결시 진공도는 1×10-6 ~ 1×10-5 torr인 것이 바람직하다.
The sintering is preferably performed at 1100 to 1400 ° C for 3 to 5 hours. When the sintering temperature is lower than 1100 ° C, the density and mechanical properties (hardness, tensile strength and elongation) of the sintered body are lowered. When the sintering temperature is higher than 1400 ° C, There is a problem that the amount of impurities in the titanium or titanium alloy increases. The degree of vacuum at the time of sintering is preferably 1 × 10 -6 to 1 × 10 -5 torr.
또한, 본 발명은 티타늄 또는 티타늄 합금 분말을 가압하여 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체를 제조하는 단계; 및The present invention also provides a method of manufacturing a titanium or titanium alloy green compact, comprising: preparing a titanium or titanium alloy green compact by pressurizing titanium or titanium alloy powder; And
상기 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체를 티타늄 소결 장치의 도가니에 구비하고, 상기 도가니 하부에 구비된 브래킷에 탈산제를 구비한 후 소결시키는 단계를 포함하고, The titanium or titanium alloy green compact is provided in a crucible of a titanium sintering apparatus, and a deoxidizing agent is provided on a bracket provided at the bottom of the crucible and then sintered,
상기 탈산제는 소결온도에 의해 증발하여 상기 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체가 구비된 도가니에 유입되고 탈산제의 증기압으로 상기 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체를 탈산시키는 것을 특징으로 하는 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법을 제공한다. Wherein the deoxidizing agent is evaporated by the sintering temperature to be introduced into the crucible equipped with the titanium or titanium alloy green compact and deoxidizing the titanium or titanium alloy green compact by the vapor pressure of the deoxidizing agent. The titanium or titanium alloy A method for producing a sintered body is provided.
상기 티타늄 소결 장치는 알루미나 재질의 도가니 및 철 재질의 브래킷을 포함하고, 상기 도가니 및 브래킷 사이에는 마이크로시브가 구비될 수 있다. The titanium sintering apparatus includes a crucible made of alumina and a bracket made of iron, and a microsieve may be provided between the crucible and the bracket.
도 2는 본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체를 제조하기 위한 소결 장치를 나타낸 모식도이다. 도 2를 참조하면, 소결 장치(100)의 외부 용기(170)는 내부 용기를 소결하고 탈산시키기 위해 가열 장치로 이용되며, 내부 용기는 철 재질의 팟(110, pot) 및 캡(120, cap)으로 이루어지고, 팟(110)과 캡(120)에 의해 증발된 탈산제(141)의 누설을 방지할 수 있다. 내부 용기에는 알루미나 재질의 도가니(130)와 철 재질의 브래킷(140, bracket)이 구비되며, 도가니(130)와 브래킷(140) 사이에는 마이크로시브(150, micro sieve)가 구비된다. 상기 도가니(130)의 하부는 증기가 유입될 수 있도록 다수의 구멍이 형성되어 있고, 브래킷(140)의 상부에도 도가니(130) 하부와 마찬가지로 증기가 방출될 수 있도록 다수의 구멍이 형성되어 있다. 상기 도가니(130)에는 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체(131)가 구비되고, 브래킷(140)에는 탈산제(141)가 구비된다. 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체(131)의 소결과 탈산은 외부 용기(170) 양측에 구비된 그라파이트 히터(160, graphite heater)에 의해 수행된다. 또한, 마이크로시브(150)는 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체(131)가 낙하하지 않도록 150 mesh를 사용할 수 있고, 탈산제(141)가 고온에서 상부 방향으로 증발하도록 설계한다. 2 is a schematic view showing a sintering apparatus for producing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density according to the present invention. 2, the
상기 마이크로시브(150)는 100 ~ 200 메쉬 크기의 다수의 홀(구멍)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 마이크로시브(150)의 홀이 100 메쉬 미만인 경우에는 탈산제의 유입이 원활하지 않아 산소 함량이 증가하는 문제가 있고, 200 메쉬를 초과하는 경우에는 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체의 분말이 탈산제가 구비된 브래킷에 유입되어 탈산제의 기화를 저하시켜 탈산 효율이 저하되는 문제가 있다.
Preferably, the
또한, 본 발명은 상대밀도가 93 ~ 98%이고, 연신율이 6 ~ 7.4%이며, 산소함량이 3000 ~ 3100 ppm인 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체를 제공한다.The present invention also provides a titanium or titanium alloy sintered body having a relative density of 93 to 98%, an elongation of 6 to 7.4%, and an oxygen content of 3000 to 3100 ppm.
본 발명에 따른 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체는 전술한 제조방법을 이용하여 경도 및 인장강도는 상용합금과 유사하면서 산소함량이 낮을 뿐 아니라 밀도가 높고 연신율을 향상시킬 수 있다.
In the titanium or titanium alloy sintered body according to the present invention, the hardness and the tensile strength are similar to those of a commercial alloy, and the oxygen content is low, and the density and the elongation can be improved.
실시예 1: 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 소결체의 제조 1Example 1: Preparation of titanium sintered body having low oxygen and
고순도 티타늄 분말 200g을 냉간 등압 성형기(CIP:Cold Isostatic Press)에 넣고 3000 kgf/㎠의 압력을 가해 압분체를 제조한 후 도 2에 나타난 바와 같이 알루미나 도가니에 제조된 압분체를 장입하고, 도가니 하부에 구비된 브래킷에 칼슘 200g을 장입하여 1×10-5 torr의 진공에서 1100 ℃의 온도로 4시간 동안 소결시켜 티타늄 소결체를 제조하였다.
A green compact was produced by putting 200 g of high purity titanium powder into a cold isostatic press (CIP) and applying a pressure of 3000 kgf / cm 2. Then, a green compact produced in the alumina crucible was charged as shown in FIG. 2, 200 g of calcium was charged into a bracket provided in a mold and sintered at a temperature of 1100 캜 for 4 hours under a vacuum of 1 × 10 -5 torr to prepare a titanium sintered body.
실시예 2: 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 소결체의 제조 2Example 2: Production of titanium sintered body having low oxygen and high density 2
소결 온도를 1200 ℃에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 티타늄 소결체를 제조하였다.
A titanium sintered body was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature was 1200 캜.
실시예 3: 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 소결체의 제조 3Example 3: Production of titanium sintered body having low oxygen and
소결 온도를 1300 ℃에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 티타늄 소결체를 제조하였다.
The titanium sintered body was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature was 1300 캜.
실시예 4: 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 소결체의 제조 4Example 4: Preparation of titanium sintered body having low oxygen and high density 4
소결 온도를 1400 ℃에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 티타늄 소결체를 제조하였다.
A titanium sintered body was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the sintering temperature was 1400 캜.
실험예 1: 탈산제 유무에 따른 티타늄 소결체의 산소 농도 및 밀도 분석Experimental Example 1: Oxygen Concentration and Density Analysis of Titanium Sintered Body with and without Deoxidizer
본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법에서 탈산제 유무에 따른 티타늄 소결체의 산소 농도와 상대밀도를 분석하고, 그 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다. The oxygen concentration and the relative density of the titanium sintered body according to the presence or absence of the deoxidizing agent in the method of manufacturing the titanium or titanium alloy sintered body having the low oxygen concentration and the high density according to the present invention were analyzed and the results are shown in FIG. 3 and FIG.
도 3은 본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법에서 탈산제 유무에 따른 티타늄 소결체의 산소 농도를 나타낸 그래프이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 탈산제를 사용하지 않은 경우에는 티타늄 소결체의 산소농도가 약 4300 ~ 4500 ppm이었으나, 본 발명의 제조방법에서와 같이 탈산제를 사용하면 티타늄 소결체의 산소농도는 약 3100 ppm 수준으로 급격히 낮아졌다. 티타늄 소결체에서의 산소농도가 낮아짐으로써, 연신율이 크게 증가하는 효과가 있다.FIG. 3 is a graph showing the oxygen concentration of a titanium sintered body with and without a deoxidizing agent in a method of producing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen concentration and a high density according to the present invention. As shown in FIG. 3, when the deoxidizer was not used, the oxygen concentration of the titanium sintered body was about 4300 to 4500 ppm. However, when a deoxidizer was used as in the manufacturing method of the present invention, the oxygen concentration of the titanium sintered body was about 3100 ppm It fell sharply. As the oxygen concentration in the titanium sintered body is lowered, the elongation rate is greatly increased.
도 4는 본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법에서 탈산제 유무에 따른 티타늄 소결체의 상대밀도를 나타낸 그래프이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 탈산제를 사용한 경우 소결체의 상대밀도는 탈산제를 사용하지 않은 경우보다 높았으며, 온도가 증가할수록 증가하는 것을 알 수 있다.
4 is a graph showing the relative density of a titanium sintered body with and without a deoxidizing agent in a method of producing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen concentration and a high density according to the present invention. As shown in FIG. 4, when the deoxidizer was used, the relative density of the sintered body was higher than that of the deoxidizing agent, and increased with increasing temperature.
실험예 2: 탈산제 유무에 따른 티타늄 소결체의 경도 및 인장강도 분석Experimental Example 2: Analysis of Hardness and Tensile Strength of Titanium Sintered Body with and without Deoxidizing Agent
본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법에서 탈산제 유무에 따른 티타늄 소결체의 경도 및 인장강도를 분석하고, 그 결과를 도 5 및 도 6에 나타내었다. The hardness and tensile strength of the titanium sintered body with and without deoxidizing agent were analyzed in a method of producing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen concentration and a high density according to the present invention, and the results are shown in FIG. 5 and FIG.
도 5는 본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법에서 탈산제 유무에 따른 티타늄 소결체의 경도를 나타낸 그래프이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 소결온도가 1150 ℃ 이하에서는 탈산제를 사용한 경우가 티타늄 소결체의 경도가 높은 것을 알 수 있고, 1150 ℃ 이후에서는 탈산제를 사용하지 않은 경우가 경도가 더 높은 것을 알 수 있다. 그러나, 탈산제 유무에 따른 경도 차이는 약 1% 이내로 나타나 차이가 크지 않은 것을 알 수 있다. 5 is a graph showing the hardness of a titanium sintered body with and without a deoxidizing agent in a method of producing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density according to the present invention. As shown in FIG. 5, it can be seen that when the sintering temperature is lower than 1150 ° C, the titanium sintered body has a higher hardness when deoxidizing agent is used, and the hardness is higher when the deoxidizing agent is not used after 1150 ° C. However, the difference in hardness with or without deoxidizing agent is less than about 1%, indicating that the difference is not large.
도 6은 본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법에서 탈산제 유무에 따른 티타늄 소결체의 인장강도를 나타낸 그래프이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 탈산제 유무에 따른 인장강도의 변화는 거의 없는 것을 알 수 있다.
6 is a graph showing tensile strength of a titanium sintered body with and without a deoxidizing agent in a method of producing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen concentration and a high density according to the present invention. As shown in FIG. 6, it can be seen that there is little change in the tensile strength with or without deoxidizing agent.
실험예 3: 탈산제 유무에 따른 티타늄 소결체의 연신율 분석Experimental Example 3: Elongation Analysis of Titanium Sintered Body with and without Deoxidizer
본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법에서 탈산제 유무에 따른 티타늄 소결체의 연신율을 분석하고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.The elongation of the titanium sintered body according to the presence or absence of the deoxidizing agent in the method of producing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density according to the present invention was analyzed and the results are shown in FIG.
도 7에 나타난 바와 같이, 탈산제를 사용한 경우의 티타늄 소결체가 연신율이 1% 이상 크게 향상되는 것을 알 수 있다.
As shown in Fig. 7, it can be seen that the sintered body of titanium when the deoxidizer is used has a remarkably improved elongation of 1% or more.
따라서, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체는 산소함량은 감소하고 밀도는 증가하며, 소결체의 경도와 인장강도는 거의 유사하나, 연신율이 크게 증가하여 기계적 특성이 향상되는 것을 알 수 있다.
Therefore, in the titanium or titanium alloy sintered body manufactured by the manufacturing method according to the present invention, the oxygen content is decreased, the density is increased, and the hardness and tensile strength of the sintered body are almost similar, but the mechanical properties are improved .
지금까지 본 발명에 따른 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.Although the present invention has been described with respect to a method for manufacturing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density according to the present invention, it is apparent that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It is to be understood that the foregoing embodiments are illustrative and not restrictive in all respects and that the scope of the present invention is indicated by the appended claims rather than the foregoing description, It is intended that all changes and modifications derived from the equivalent concept be included within the scope of the present invention.
100: 소결 장치
110: 팟
120: 캡
130: 도가니
131: 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체
140: 브래킷
141: 탈산제
150: 마이크로시브
160: 그라파이트 히터
170: 외부 용기 100: sintering apparatus
110: Pot
120: cap
130: Crucible
131: Titanium or titanium alloy green compact
140: Bracket
141: Deoxidizer
150: microsieve
160: graphite heater
170: outer container
Claims (8)
상기 제조된 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체에 탈산제를 장입하고 소결시키는 단계를 포함하고,
상기 소결은 1100 ~ 1400 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법.
Pressing a titanium or titanium alloy powder to produce a titanium or titanium alloy green compact; And
Charging and sintering the deoxidizing agent to the titanium or titanium alloy green compact thus prepared,
Wherein the sintering is performed at a temperature of 1100 to 1400 占 폚. The method of manufacturing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density.
상기 티타늄 합금 분말은 Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-7Al-4Mo 및 Ti-13V-11Cr-3Al로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Ti-6Al-4Al, Ti-6Al-6Al, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-10V-2Fe- Wherein the titanium or titanium alloy sintered body has a low oxygen content and a high density.
상기 탈산제는 칼슘 또는 염화칼슘인 것을 특징으로 하는 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the deoxidizing agent is calcium or calcium chloride. 2. A method for producing a titanium or titanium alloy sintered body according to claim 1, wherein the deoxidizing agent is calcium or calcium chloride.
상기 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체를 티타늄 소결 장치의 도가니에 구비하고, 상기 도가니 하부에 구비된 브래킷에 탈산제를 구비한 후 소결시키는 단계를 포함하고,
상기 탈산제는 소결온도에 의해 증발하여 상기 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체가 구비된 도가니에 유입되고 탈산제의 증기압으로 상기 티타늄 또는 티타늄 합금 압분체를 탈산시키며,
상기 소결은 1100 ~ 1400 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법.
Pressing a titanium or titanium alloy powder to produce a titanium or titanium alloy green compact; And
The titanium or titanium alloy green compact is provided in a crucible of a titanium sintering apparatus, and a deoxidizing agent is provided on a bracket provided at the bottom of the crucible and then sintered,
The deoxidizer is evaporated by the sintering temperature and flows into a crucible equipped with the titanium or titanium alloy green compact, deoxidizes the titanium or titanium alloy green compact by the vapor pressure of the deoxidizer,
Wherein the sintering is performed at a temperature of 1100 to 1400 占 폚. The method of manufacturing a titanium or titanium alloy sintered body having a low oxygen content and a high density.
상기 티타늄 소결 장치는 알루미나 재질의 도가니 및 철 재질의 브래킷을 포함하고, 상기 도가니 및 브래킷 사이에는 마이크로시브가 구비되는 것을 특징으로 하는 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the titanium sintering apparatus comprises a crucible made of an alumina material and a bracket made of iron, and a microsieve is provided between the crucible and the bracket.
상기 마이크로시브는 100 ~ 200 메쉬 크기의 다수의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 저산소와 고밀도를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 소결체의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the microsieve includes a plurality of holes having a size of 100 to 200 mesh.
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